CC BY
55
УДК 676.1
В. Г. Борбузанов, Е. Л. Матухин, Ф. Т. Юсупов, З. Т. Валишина, А. В. Косточко
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ПОДГОТОВКИ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ
НОВОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
Ключевые слова: лаковый коллоксилин, уплотненная физическая форма, лакокрасочные материалы, разволокнение
целлюлозного сырья.
В данной статье приведены данные по внедрению производственного комплекса для разрыхления хлопковой и древесной целлюлоз, представляющих собой уплотненную физическую форму, при производстве лаковых коллоксилинов, являющихся основным сырьем, для получения лакокрасочных материалов использующихся в машиностроительной отрасли.
The Keywords: nitrocellulose, compacted physical form, varnish-colorful materials, conversion raw cellulose.
This article presents data on the implementation of the industrial complex to loosen the cotton and wood pulp, which are compacted physical form, in the manufacture of nitrocellulose, which are the main raw materials for paints and varnishes used in the engineering industry.
Лаковый коллоксилин представляет собой азотнокислый эфир целлюлозы с содержанием азота 11,8 - 12,2 % [1] и используется в машиностроительной отрасли в качестве сырья для лакокрасочных материалов.
Применения отдельных марок лаковых коллоксилинов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Марки коллоксилинов и их применение
Виды коллоксилинов Область применения
Лаковые высоковязкие ВВ Авиалаки и изоляционные лаки
Лаковые средневязкие СВ Лаки для дерева, авиалаки, цапонлаки, клеящие составы, искусственные кожи и переплетные материалы с нитроцеллюлозным покрытием
Лаковые весьма низковязкие ВНВ Лаки для металла, эмали для грузовых машин
Лаковые весьма низковязкие высокосортные ВНВА Эмали для легковых машин
Важнейшей проблемой при производстве коллоксилинов является отсутствие доступного сырья. Основным сырьем для изготовления высококачественной целлюлозы является хлопок, используемый в виде хлопкового линта.
Оборудование для изготовления хлопковой целлюлозы в г.г. Н. Новгород, Кемерово, Бийске в настоящее время частично перепрофилировано на производство другого вида продукции или практически простаивает из-за отсутствия линта первого, второго сортов. До недавнего времени хлопковый линт для изготовления целлюлозы поставляли 150-160 хлопкозаводов Узбекистана, Таджикистана и др. Практически более 80% поступающего линта не соответствует требованиям ГОСТа. Именно в связи с этим изготовление НЦ на основе этого сырья стало нерентабельным.
Учитывая отсутствие в России сырьевой базы для производства хлопковой целлюлозы, целесообразно решить проблему изготовления коллоксилинов и лакокрасочных материалов на их основе частичной заменой сырья на древесную целлюлозу. Однако для этого необходим ряд мероприятий, связанных с восстановлением хотя бы на одном из целлюлозно-бумажных комбинатов действовавших ранее производственных марок целлюлозы ЦА, РБ [1].
В то же время было бы разумным освоение переработки в коллоксилины альтернативных отечественных видов древесной целлюлозы, которые изготавливаются в промышленном масштабе и вполне доступны на потребительском рынке. К ним относяится, в первую очередь, древесная целлюлоза в форме папки, например, целлюлоза сульфитная вискозная (ГОСТ 5982). Кроме того международный опыт, представленный на недавно проходившей 3-й Международной конференции производителей нитроцеллюлозы (911 сентября 2014г. г. Казань) [2] показывает, что наметился общий переход на поставку целлюлозы уплотненной физической формы (рулон, «папка»). Внедрение этого материала целесообразно в связи с уменьшением расходов на транспортировку и хранение сырья.
На ФКП «КГКПЗ» с участием специалистов КНИТУ разработаны осноные методические технологические принципы подготовки
уплотненных физических форм различных целлюлозных материалов к нитрованию с получением образцов нитратов целлюлозы с заданными физико-химическим показателями в пределах стандартных требований. Следует отметить, что ФКП «КГКПЗ» является единственным среди Российских производителей представителем Международной ассоциации европейских производителей и членом ENA, входящего в состав Всемирной организации производителей WONIPA [3].
Резка листов папки на элементы площадью 10^25 мм , по аналогии с подготовкой к нитрации
целлюлозы РБ, из -за высокой плотности материала папки, не обеспечивает достаточный диффузионный обмен между внутренними слоями элементов и объемом нитросмеси. Это в конечном итоге приводит к получению коллоксилинов с пониженным содержанием азота, неоднородных по степени этерификации. Таким образом, получение высококачественных коллоксилинов из элементов, получаемых резкой целлюлозной папки с использованием стандартных нитросмесей является проблемной задачей.
Для решения этой проблемы, на ФКП «КГКПЗ» было решено использовать новый комплекс подготовки целлюлозного сырья на основе молотковой мельницы.
Молотковые мельницы используются для разволокнения рулонной, листовой древесной и хлопковой целлюлозы. В зависимости от размера ячейки сита изменяется размер волокна целлюлозы. Качество разволокнения целлюлозы напрямую влияет на качество дальнейшего процесса нитрации и на качество конечной нитроцеллюлозы.
Технологический комплекс разволокнения целлюлозного сырья (рис. 1) состоит из:
1 Откаточного устройства (1) для закрепления целлюлозы в виде рулонов;
2 Втяжного устройства (2) для подачи целлюлозы в виде рулонов или «папки» на молотковую мельницу;
3 Молотковой мельницы (3), где происходит разволокнение поступающего плотного материала и рыхление;
4 Вентилятора (4), с помощью которого волокна разрыхленной целлюлозы по пневмопроводу подается на следующую стадию.
2
Рис. 1 - Схема технологического комплекса разволокнения целлюлозного сырья
Таблица 2 - Характеристика хлопковой целлюлозы в виде «папки»
Наименование показателя Норма
Высший сорт Первый сорт Второй сорт
Внешний вид Белые листы без видимых посторонних включений
Толщина листа, мм от 1,0 до 3,5
Плотность листа, г/см3 0,2 - 0,6
Размер листа, мм 600 (± 10) - 800 (±10)
Масса листа площадью 1 м2, г, не более 500
Динамическая вязкость, сПа -с (СП) для марок: 15 25 1,0-2,0 (10-20) 2,1-3,0 (21-30)
Определение влажности, %, не более 8 10 10
Массовая доля золы, %, не более 0,1 0,2 0,3
Массовая доля остатка, не растворимого в серной кислоте, % , не более 0,10 0,30 0,50
Белизна, %, не менее 88 85 -
Массовая доля альфа-целлюлозы, %, не менее: а) по весовому методу для марок: 15, 25,35 98,2 98,5 97,2 97,7 96,0 97,5
Устройство самой молотковой мельницы поквзано на рисунке 2. Загрузка целлюлозы проводится через втяжное устройство поверх ротора. На двухсторонне закрепленном роторе (1) качающиеся плоские стальные молотки (2) становятся посредством центробежной силы во время вращения ротора на внешнюю сторону и разволокняют находящийся в камере помола (3) материал. При этом материал трется не только по внутренним стенкам и на них расположенным отбойным плитам (4), но и по установленному в нижней части ситу (5). Перфорация сита либо ширина проемов сетки определяет конечную тонкость помола продукта.
Рис. 2 - Устройство молотковой мельницы
Внедрение производственного комплекса позволило перерабатывать хлопковую и древесную целлюлозу уплотненной физической формы при производстве лаковых коллоксилинов. Некоторые
физико-химические характеристики применяемого показаны в таблицах 2 и 3.
сырья и полученных лаковых коллоксилинов
Таблица 3 - Физико-химические характеристики коллоксилинов
Коллоксилины Содержание азота Условная вязкость, °Э
мл NO/г %
Лаковые высоковязкие ВВ 190 - 196 11,89-12,26 1,9-2,2
Лаковые средневязкие СВ 190 - 196 11,89-12,26 1,31-1,89
Лаковые весьма низковязкие ВНВ 190 - 196 11,89-12,26 1,03-1,1
Лаковые весьма низковязкие высокосортные ВНВА 190 - 196 11,89-12,26 1,04-1,08
Разработанный комплекс разволокнения хлопковой и древесной целлюлозы уплотненной физической формы может применяться при переработке целлюлозного сырья для изготовления других эфиров целлюлозы (метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза,
карбоксиметилцеллюлоза) и целлюлозы порошкообразных форм. Специалисты предприятия и КНИТУ готовы оказать консультационные услуги по освоению разработанного комплекса на других предприятиях по их запросу.
Литература
1. В.И. Гиндич Технология пироксилиновых порохов. Том 1. Производство нитратов целлюлоз и регенерация кислот. Казань, 1995;
2. 3 Международная конференция производителей нитроцеллюлозы ( г. Казань, 9-11 сентября 2014 г)
3. Е.Л. Матухин, И.А. Абдуллин, Х.З. Гиниятов и др. Вестник Казанского технологического университета 9, (2012)
© В. Г. Борбузанов - аспирант каф. ХТВМС КНИТУ; Е. Л. Матухин - д. т. н., главный научный сотрудник ФКП «КГКПЗ»; Ф. Т. Юсупов - сотрудник ФКП «КГКПЗ»; З. Т. Валишина - д.х.н, профессор каф. ХТВМС КНИТУ, [email protected]; А. В. Косточко - д.т.н., профессор, зав. кафедрой ХТВМС КНИТУ, [email protected].
© V. G. Borbuzanov - graduate student of chemistry and technology of macromolecular compounds department of KNRTU; E. L. Matukhin - Dr. technical. Sciences, chief scientific Officer of the FKP "KG KPZ"; F. T. Yusupov - member of the FKP "KG KPZ" Z. T. Valishina - Dr. chemical. Sciences, prof. of chemistry and technology of macromolecular compounds department of KNRTU, [email protected]; A. V. Kostochko - - Dr. technical. Sciences, prof., head of the same department of KNRTU, [email protected].
