Нитрозолигнин в качестве стабилизатора целлюлозы при гипохлоритной отбелке Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Химия растительного сырья. 1999. №4. С. 9-12.

УДК 547.576 + 66.061.5

НИТРОЗОЛИГНИН В КАЧЕСТВЕ СТАБИЛИЗАТОРА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ПРИ ГИПОХЛОРИТНОЙ ОТБЕЛКЕ

© А.Ф. Гоготов Центральная лаборатория ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», Ангарск, а/я 575, Иркутская обл., 665805, (Россия) e-mail: anhk@irmail.ru

Проведена отбелка сульфатной небеленой целлюлозы Братского ЛПК по традиционной многоступенчатой схеме с использованием на гипохлоритной стадии в качестве стабилизаторов выхода волокнистой массы различных добавок органических индивидуальных соединений. Показано, что альтернативой многим дорогостоящим соединениям может быть продукт модификации отработанного лигнина азотистой кислотой - нитрозолигнин.

Автор выражает свою признательность Ю.С. Тендетник и С.В. Стромскому за помощь в выполнении данной работы.

Введение

В современном целлюлозно-бумажном производстве применяется многоступенчатая схема отбелки целлюлозы с использованием молекулярного хлора и его различных кислородных соединений. В связи с обнаружением в продуктах хлорирования небеленых целлюлоз весьма токсичных соединений - диоксинов [1], обладающих мутагенным действием, в последние два-три десятилетия ведется интенсивная разработка технологий отбелки, не использующих молекулярный хлор. В то же время кислородные соединения хлора - диоксид хлора ClO2, гипохлорит натрия NaClO - сохраняют свои позиции либо в связи с высокой отбеливающей способностью (С102), либо в связи с многофакторностью своего действия на лигноцеллюлозный комплекс (NaClO), позволяющим не только разрушать лигнин в процессе отбелки, но и регулировать молекулярно-массовые характеристики отбеленных целлюлоз [2]. Стадия гипохлоритной отбелки целлюлозы в связи с вышеуказанным является агрессивной в отношении целлюлозы, что ведет к снижению выхода целлюлозы на данной стадии. Поэтому на данной стадии отбелки все более широкое применение находят различные окислительно-восстановительные добавки, играющие роль стабилизаторов целлюлозы. В частности, с открытием стабилизирующих свойств в отношении целлюлозы такого органического соединения, как антрахинон, предложены для применения на стадии гипохлоритной отбелки в качестве стабилизаторов различные производные этого класса, например, ализарин (1,2-диокси-АХ) [3]. Тенденция к получению различных химических вспомогательных веществ для целлюлознобумажной промышленности из отходов этого производства, в основном из лигнина (в большинстве своем для варки целлюлозы), в последние годы начала распространяться и на другие стадии многоступенчатого производства беленых целлюлоз, в частности для стадии отбелки. В ряде работ показано, что в процессах кислородно-щелочной отбелки с определенным положительным эффектом применялись азопроизводные лигнина [4-8].

В развитие указанных тенденций нами предложено применение в качестве стабилизирующей добавки на стадии гипохлоритной отбелки целлюлозы для бумаг структурно-функционального аналога азолигнина - нитрозопроизводных сульфатного щелочного лигнина [9]. Суть предложения состояла в простоте получения и доступности необходимых реагентов для синтеза добавок-стабилизаторов целлюлозы [10].

Экспериментальная часть

Нитрозопроизводные лигнина получаются по схеме:

путем простого смешения нитрита натрия и сульфатного щелочного лигнина в щелочной среде в определенных массовых соотношениях с последующим изменением рН раствора до 3-4 и выдержки суспензии лигнина в течение 0.5-1 ч. В результате с выходом 90-93% от исходного лигнина получают его нитрозопроизводное с содержанием азота 1.3-1.5%. Применение нитрита натрия в количестве 40 мол. % к лигнину и проведение процесса нитрозирования при температуре не выше 2-4°С в реакторе без доступа воздуха позволяют провести модификацию щелочного лигнина без побочных реакций [11, 12, 13].

ИК-спектр нитрозолигнина показывает наличие в препарате нитрозогрупп: в спектре нитрозолигнина присутствуют характерные полосы при 1360 и 1550 см-1.

Полученный препарат нитрозолигнина был применен нами в качестве добавки на стадии гипохлорит-ной отбелки сульфатной целлюлозы для бумаг.

Целлюлоза перед обработкой гипохлоритом имеет следующие показатели: жесткость - 5.2 ед.Каппа; вязкость 1%-ного медноаммиачного раствора - 44.8 МПахс. Условия гипохлоритной отбелки целлюлозы в присутствии органических добавок следующие: концентрация волокнистой массы - 12%; температура обработки - 80°С; время обработки - 9 мин; расход гипохлорита натрия - 1.75%; расход КаОИ - 0.5% от массы абсолютно сухого волокна (а.с.в.). Добавку органического стабилизатора вводят в массу перед отбелкой в количестве 0.1-0.5% от массы а.с.в. После промывки массы водой по стандартным методикам определяли белизну, вязкость и выход беленой целлюлозы.

Обсуждение результатов

Как видно из таблицы 1 , обработка целлюлозной массы нитрозолигнином дает увеличение выхода целлюлозы после гипохлоритной стадии на 0.40-0.55% при стабилизации вязкости целлюлозы в пределах 24-25 мПахс и некоторое увеличение белизны по сравнению с контрольным образцом.

При обработке целлюлозы жесткостью 7.6 ед. Каппа и вязкостью 45.0 мПахс в следующих условиях: концентрация массы - 10%; температура - 43°С; время обработки - 60 мин; расход №СЮ - 2.5% в присутствии добавок различной природы при расходе 0.4% к массе целлюлозы (табл. 2), показано, что стабилизирующее действие добавок имеет различную природу: так при использовании гидрохинона - известного ингибитора радикальных процессов - наблюдается значительное сохранение вязкости целлюлозы, однако существенно падает выход волокна; применение же ализарина, оксихинолина и нитрозолиг-нина позволяет при близких показателях вязкости целлюлозы повысить выход волокна после обработки гипохлоритом.

О н

О н

Таблица 1 . Результаты гипохлоритной отбелки в присутствии нитрозолигнина

Добавка нитрозолигнина, % к а. с. волокну Выход целлюлозы после отбелки, % к исходной Ц Вязкость целлюлозы, мПаxс Белизна целлюлозы, %

0 - Холостой 98.05 25.1 70.5

0.1 98.40 24.5 70.4

0.2 98.45 24.2 70.3

0.3 98.60 24.3 70.8

0.4 98.55 24.7 70.7

0.5 98.35 25.1 70.2

Таблица 2. Влияние добавок различной природы на свойства целлюлозы после гипохлоритной отбелки

Добавка Вязкость целлюлозы, мП^с Выход, %

Без добавки 21.2 99.30

1 ,2-Диоксиантрахинон 22.4 99.15

8-Оксихинолин 22.6 98.55

Гидрохинон 28.3 99.08

Нитрозолигнин 21.9 99.97

Процесс гипохлоритной отбелки в присутствии органических добавок представляет собой один из вариантов ингибированного окисления лигноцеллюлозного комплекса. Нитрозолигнин в щелочной растворе выступает (по данным УФ-спектроскопии) в своей таутомерной форме - хиноноксимного производного. Не исключено, что хиноноксимная форма под действием гипохлорита натрия окисляется в весьма эффективный ингибитор - нитроксильный радикал по схеме:

OH"

+

H MeO

3 Y3

[O]

i"Y'^N_OH Me^YiN-°

OO

который и ингибирует радикальные процессы деструкции целлюлозы под действием окислителя в щелочной среде.

Выводы

Таким образом, синтезировано и экспериментально проверено в условиях гипохлоритной отбелки нитрозопроизводное сульфатного щелочного лигнина.

Показано, что дешевые, доступные и достаточно эффективные в сравнении с индивидуальными соединениями добавки для отбелки целлюлозы могут быть получены из отходов целлюлозно-бумажного производства.

Литература

1. Лаптанович И.В. // Экспресс-информация. Целлюлоза, бумага, картон. Зарубежный опыт. М., 1989. №9.

С. 15-23.

2. Отбелка целлюлозы: Монография ТАППИ №27. / Под ред. У.Г. Рэпсона: Пер. с англ. М., 1968.

3. Пат. 4295928 США. Кл. D 21 С 9/14. 1981. Способ отбелки целлюлозы.

4. А.с. 1040010 СССР. МКИ Б 21 С 9/10. Способ отбелки целлюлозы.

5. Долматова Л. А. Азосоединения лигнина - ингибиторы при кислородно-щелочной обработке целлюлозы // Ав-тореф. дис. ... канд. хим. наук. Л., 1984.

6. Красюк Л.А., Альбицкая В.М., Рихтер Н.Е. Кислородно-щелочная обработка технических целлюлоз в присутствии азопроизводных лигнина // Межвуз. сб. науч. тр. “Хим. переработка древесного сырья”. Л., 1984. С. 78-82.

7. Долматова Л.А., Оболенская А.В., Альбицкая В.М. Кислородно-щелочная обработка целлюлоз с добавками азосоединений лигнина // Межвуз. сб. науч. тр. “Хим. переработка древесного и недревесного сырья”. Л. 1989. С. 28-32.

8. Долматова Л.А., Оболенская А.В., Альбицкая В.М. Кислородно-щелочная обработка целлюлоз в присутствии

модельных азосоединений // Межвуз. сб. науч. тр. “Химия и технология целлюлозы и полуцеллюлозы”. Л. 1989. С. 18-22.

9. А.с. 1296647 СССР. МКИ Б 21 С 9/16. Способ отбелки целлюлозы.

10. Чеснокова Л.Н., Гельфанд Е.Д., Богомолов Б.Д. // Сб. «Химия и химическая технология древесины». Вып. 5. Красноярск, 1977. С. 139-144.

11. Базанова Г.В., Стоцкий А.А. // Журнал органической химии. 1980. Т. XVI. Вып. 11. С. 2416-2421.

12. Горбунова О.Ф., Богомолов Б.Д. // Химия древесины. 1988. №6. С. 75-78.

13. Горбунова О.Ф., Богомолов Б.Д. // Химия древесины. 1988. №6. С. 64-74.

Поступило в редакцию 17 июня 1999 года