2.3. Отбелка целлюлозы.

Вырабатываемые волокнистые полуфабрикаты имеют низкую белизну, оцениваемую сравнением их белизны с эталоном – сульфатом бария BaSO₄, белизна которого принята за 100%, и выражаемую в процентах. Так, белизна небеленых целлюлоз существующих методов варки колеблется в пределах 20-65%. Полуфабрикаты с такой белизной непригодны для производства белой бумаги и химической переработки. Назначением отбелки является придание волокнистому полуфабрикату высокой и стабильной белизны. Процесс этот называют отбелкой, а продукт, полученный в результате отбелки, беленым.

Темную окраску небеленых полуфабрикатов обуславливает содержащийся в стенках волокон лигнин, вернее его хромофорные группы, образующиеся как результат сложных структурно-химических превращений лигнина в процессе варки. Понижают белизну также смолы, таниды и др. вещества.

Отбелку полуфабрикатов осуществляют двумя методами: обесцвечиванием хромофорных групп изменением структуры лигнинных компонентов; удалением лигнина из волокон. Второй метод широко применяется для отбелки целлюлозы известных методов варки различного целевого назначения.

С начала XIX в. до настоящего времени основными отбеливающими веществами являются хлор и его соединения – гипохлориты, двуокись хлора, а также перекиси. Объясняется это высоким избирательным разрушающим действием хлора и его соединений на лигнин и другие окрашивающие вещества, превращающим их в легкоудаляемые соединения последующим растворением щелочью или водой, в то время как целлюлоза практически не затрагивается. Также важное промышленное значение для отбелки приобрел кислород, явившийся основой перспективных методов отбелки: кислородно-щелочного и электрохимического.

Хлорирование является наиболее дешевым методом отбелки волокон; его применяют на первых ступенях отбелки, куда поступает небеленая целлюлоза с высоким начальным содержанием остаточного лигнина. Хлорирование проводят при низкой концентрации массы (3-4 %) и низкой температуре (20-40 ^оС) в течение 30-60 минут. Концентрация хлора является важным фактором, так как при слишком высокой концентрации происходит нежелательное окисление полисахаридов, приводящее к снижению прочности целлюлозы. Хлорирование вызывает загрязнение окружающей среды сточными водами и поэтому предпринято множество попыток замены и снижения расхода хлора, а так же уменьшения количества хлорсодержащих соединений в стоках.

Отбелка гипохлоритами преимущественно следует за ступенью хлорирования. В результате гидролиза гипохлоритов кальция и натрия образуются соответствующие щелочи, придающие среде щелочную реакцию:

NaOCl + HOH → NaOH + HClO.

В этих условиях хлорноватистая кислота легко разлагается на соляную и атомарный кислород:

HClO → HCl + O.

Атомарный кислород в момент выделения обладает сильной химической активностью и разрушает окрашивающие и лигнинные вещества, а также обесцвечивает волокнистый материал. Гипохлоритную отбелку целлюлозы проводят в щелочной среде при рН = 8-9, концентрациях массы 10-12%, температуре 35-40 ^оС в течение 2-3 часов.

Диоксид хлора давно известен как отличный делигнифицирующий и отбеливающий реагент, но при использовании в промышленных процессах возникают определённые трудности из-за его высокой реакционной способности в газовой фазе и токсичности. Тем не менее, диоксидом хлора постепенно заменяют хлор на первой ступени многоступенчатой отбелки, тогда как первоначально его использовали на конечных ступенях. Диоксид хлора увеличивает конечную белизну целлюлозы и её прочностные свойства, а так же снижает расход химикатов. Отбелку диоксидом хлора обычно осуществляют при концентрации массы 7-14%, рН = 3-5, низкой температуре 50-80^оС в течение 1-3 часов.

Перекись используют главным образом на последних ступенях в сочетании с диоксидом хлора, что приводит к получению целлюлозы с высокой стабильной белизной. Особенность перекиси как белящего реагента состоит в способности хорошо отбеливать соринки, состоящие из коры и повышать белизну полуфабрикатов даже с высоким содержанием лигнина. Отбелку перекисями проводят при концентрации массы 10-12%, при температуре 50-90 ^оС в течение 1-2 часов.

Отбелка кислородом (кислородная делигнификация) – один из наиболее интенсивно исследуемых процессов в последнее время. Делигнификацию кислородом применяют для получения как целлюлозы, так и других волокнистых полуфабрикатов. Окисление лигнина кислородом используют при отбелке с удалением лигнина. Однако кислород не имеет высокой избирательности, приводящей к разрушению только лигнина. Поэтому целлюлозу невозможно отбелить до высокой белизны исключительно кислородом без воздействия на полисахаридную часть, значительно снижающего показатели прочности. В современной промышленной практике кислородом при отбелке удаляют примерно половину остаточного лигнина, содержащегося в небелёной целлюлозе, а затем удаляют остальной лигнин другими отбеливающими реагентами.