Определение примесей в технических целлюлозах (стр. 1 из 5)

РЕФЕРАТ

На тему

Определение примесей в технических целлюлозах

Москва, 2009

Введение

Присутствие в технической целлюлозе различных примесей, таких, как минеральные вещества, смолы и жиры, остаточный лигнин и пентозаны, характеризует степень ее чистоты и определяет возможность дальнейшей переработки целлюлозы в различные ее производные. Все нецеллюлозные примеси, по существу, являются нежелательными и количество их в целлюлозе для химической переработки должно быть минимальным. Отрицательное их влияние на технологический процесс переработки и свойства готовых искусственных волокон и пленок изучено и освещено в литературе достаточно подробно.

Зольность целлюлозы существенно влияет на процессы получения вискозных и ацетатных волокон и пленок. Даже незначительное повышение общего содержания золы в целлюлозе приводит к нарушению режима производства эфиров целлюлозы и ухудшению свойств готовой продукции. При использовании целлюлозы для химической переработки имеет значениемассовая доля золы, но и ее состав.

Ионы металлов переменной валентности оказывают сильное влияние на окислительную деструкцию целлюлозы во время предсозревания щелочной целлюлозы в процессе получения вискозного волокна. Соединения кальция и кремния ухудшают процесс фильтрации вискозы. Кроме того, соли кальция способствуют увеличению засоряемости фильер вследствие образования гипса во время формования волокна, что приводит к обрыву нити.

Реакционная способность целлюлозы при ацетилировании также в значительной степени зависит от содержания в ней различных солей. Даже небольшие количества сульфатов, особенно сульфата магния, присутствующих в целлюлозе, снижают скорость ацетилирования, тогда как силикаты и другие соли марганца ускоряют реакцию. Катионы натрия, железа и меди вызывают помутнение растворов ацетатов целлюлозы. В присутствии зольных элементов происходят заметные изменения и в растворах нитратов целлюлозы. Например, щелочноземельные и поливалентные металлы повышают вязкость концентрированных растворов. Вследствие вышеизложенного в целлюлозах для химической переработки содержание золы согласно требованиям стандартов не должно превышать 0,07...0,12%.

Содержание золы в беленых и небеленых целлюлозах, идущих на производство бумаги и картона, не нормируется, за исключением целлюлозы для выработки электроизоляционных бумаги и картонов. Присутствие в целлюлозах солей, являющихся сильными электролитами, понижает диэлектрические свойства целлюлозы, что имеет отрицательное значение при ее использовании для электроизоляционных видов бумаги. Зольность целлюлозы для электроизоляционных бумаги и картона не должна превышать 0,25 и 0,51%, соответственно.

Повышенное содержание смол и жиров в целлюлозе, применяемой для получения вискозного волокна, нежелательно по нескольким причинам. Прежде всего эти примеси вызывают увеличение содержания воздуха в вискозе, повышают стабильность его пузырьков и тем самым затрудняют процесс их удаления из вискозы. Кроме того, жиры и смолы засоряют отверстия фильер, а при сушке волокна разлагаются и остаются на нем в виде желтых пятен. Однако в литературе имеются и противоположные мнения. Отмечается, что вискоза, полученная из целлюлозы, не содержащей смол и жиров, труднее фильтруется. Поэтому остаточная массовая доля смолы в целлюлозе для вискозообразования должна быть не менее 0,06%, но и не более 0,3%. В процессе ацетилирования содержащиеся в целлюлозе смолы и жиры в значительной мере определяют желтую окраску ацетата целлюлозы.

Лигнин, остающийся в целлюлозе, как правило, понижает ее реакционную способность, ухудшает ее набухание и растворимость полученных эфиров. С увеличением содержания остаточного лигнина замедляется окислительный распад макромолекул целлюлозы в процессе предсозревания щелочной целлюлозы, повышается жесткость искусственных волокон.

Большое влияние как на свойства целлюлозы, так и на качество искусственных волокон и пленок оказывают гемицеллюлозы. Вследствие меньшей длины цепей они легко переходят в раствор при мерсеризации и загрязняют щелочь, а это влечет за собой необходимость ее очистки и, следовательно, усложнение технологического процесса. Маннаны и ксиланы, несмотря на более высокую скорость ацетилирования по сравнению с целлюлозой, образуют ацетаты с низкой растворимостью, что приводит к помутнению растворов ацетатов целлюлозы. Гемицеллюлозы влияют и на вязкость растворов ацетатов целлюлозы.

Таким образом, определение примесей целлюлозы является одним из необходимых условий для характеристики целлюлозы для химической переработки.

1. Определение содержания золы

Количество золы в целлюлозе характеризует содержание в ней минеральных веществ, состав которых обусловлен используемой древесиной, солями жесткости воды, применяемой в технологическом процессе варки и отбелки, механическими загрязнениями из растворов химикатов и используемого оборудования. Метод определения общего содержания золы основан на сжигании и прокаливании навески целлюлозы при определенной температуре до полного удаления углерода. Содержание отдельных элементов в полученной золе целлюлозы определяют с помощью химического и спектрального методов.

Спектральным методом определяют содержание катионов в золе целлюлозы, предназначенной для химической переработки и производства электротехнической бумаги. Сущность метода заключается в сжигании пробы исследуемой золы целлюлозы в дуге переменного тока и фотографировании спектра излучения на фотопластинку. По интенсивности линий спектра определяют содержание каждого элемента золы. Спектральный метод определения элементов золы в сравнении с химическим методом значительно ускоряет проведение анализа, позволяет получать более точные результаты и в настоящее время широко применяется в технологическом контроле ЦБП.

При определении содержания золы в целлюлозе целлюлозу измельчают на кусочки без применения ножей и другой металлической аппаратуры, так как остающиеся на волокне мельчайшие частицы металла могут исказить результаты. Такое условие подготовки образца для анализа особенно необходимо соблюдать при дальнейшем определении составляющих компонентов золы. Сжигание целлюлозы следует проводить осторожно при возможно более низкой температуре, чтобы избежать воспламенения и возможной потери золы.

Методика анализа. Для анализа используют воздушно-сухую измельченную вручную целлюлозу. Масса навески целлюлозы зависит от ее предполагаемой зольности. Навеску берут с таким расчетом, чтобы масса золы составляла 10...20 мг. Чем ниже зольность целлюлозы, тем больше должна быть масса навески:

Навеску целлюлозы определенной массы помещают в предварительно прокаленный и взвешенный тигель и осторожно обугливают в муфельной печи при температуре около 300°С, не допуская воспламенения целлюлозы. Если навеска не помещается сразу в тигель, то ее сжигают частями. Затем золу прокаливают в течение 3 ч при температуре °С до исчезновения темных частиц углерода. Тигель с золой извлекают из муфельной печи с помощью тигельных щипцов, несколько секунд охлаждают на воздухе на несгораемой подставке и помещают в эксикатор. Охлажденный до комнатной температуры тигель с минеральным остатком взвешивают. Прокаливание тигля с золой повторяют по 1 ч до получения постоянной массы.

Массовую долю золы, % к абсолютно сухой целлюлозе, рассчитывают по формуле

где т — масса пустого тигля, г; ш, — масса тигля с золой после прокаливания, г; g— абсолютно сухая навеска целлюлозы, г.

2. Определение смол и жиров

Массовая доля смол и жиров в целлюлозе, предназначенной для химической переработки, колеблется в пределах от 0,06 до 0,07% для сульфатной предгидролизной и от 0,2 до 0,3% для сульфитной. Состав смол и жиров в целлюлозе зависит как от методов варки и отбелки, так и от исходной древесины. Целлюлоза, полученная из древесины хвойных пород, содержит большее количество смолистых веществ, чем целлюлоза из древесины лиственных пород. Однако в целлюлозах из лиственных пород, особенно в березовой технической целлюлозе, содержатся экстрактивные нейтральные соединения, которые подобно смолистым веществам целлюлозы из хвойных пород вызывают затруднения в технологических процессах получения и переработки производных целлюлозы.

Сущность метода определения смол и жиров в целлюлозе, как и для древесины, заключается в многократном экстрагировании волокнистого полуфабриката органическими растворителями с последующей отгонкой растворителя, сушкой и взвешиванием. В зависимости от применяемого растворителя результаты определения массовой доли смол и жиров в целлюлозе будут различными. До настоящего времени в разных странах для более полного выделения смол и жиров используют смесь двух растворителей или последовательное экстрагирование двумя или тремя растворителями. Экстрагирование целлюлозы осуществляют в аппарате Сокслета.

По ГОСТ 6841—77 для определения содержания смол и жиров в целлюлозе в качестве растворителя используют дихлорметан. Температура кипения дихлорметана равна 40°С. Дихлорметан трудногорючая жидкость, не взрывоопасен в смеси с воздухом, но токсичен. Работу с дихлорметаном следует проводить в вытяжном шкафу.

Методика анализа. Навеску массой около 20. г воздушно-сухой целлюлозы, предварительно нарезанной на кусочки 1,0X 1,0 см, помещают в насадку для экстрагирования вместимостью 150 см. В сифонную трубку насадки предварительно вводят небольшое количество обессмоленной ваты, смоченной дихлорметаном. При этом уровень навески целлюлозы должен быть на 1,0...1,5 см ниже уровня сифонной трубки. В предварительно высушенную и взвешенную до постоянной массы колбу аппарата наливают дихлорметан в количестве, в 1,5 раза превышающем объем насадки Соединяют насадку с холодильником и колбой, ставят аппарат на нагревательную плитку с закрытым электрообогревом. Перед включением электрообогрева пускают в холодильник воду со скоростью, обеспечивающей полную конденсацию паров растворителя. Экстрагирование проводят в течение 3 ч. По окончании экстрагирования отгоняют через экстрактор чистый растворитель до тех пор, пока в колбе не останется 5...7 экстракта. Колбу с экстрактом сушат в сушильном шкафу при температуре °С в течение 3...4 ч с последующим доведением до постоянной массы.