автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Щелочная делигнификация древесины карибской сосны в присутствии соединений алюминия

ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С.М.КИРОВА

На правах рукописи

ПЕРЕРА МЕСА МАРСИАЛЬ ЛАСАРО

ЩЕЛОЧНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ ДРЕВЕСИНЫ КАРИБСКОЙ СОСНЫ В ПРИСУТСТВИИ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮМИНИЯ

05 . 21.03 - технология и оборудование химической переработки древесины; химия древесины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1991

У ,

у ' -

Работа выло лн а на на кафедре целлюлозно-бумажного производства Ленинградской ордена Ленина лесотехнической акадеши имени С.М.Кирова.

Научный руководитель Официальные оппоненты:

доктор технических наук Ш7Шк Г. А.

доктор технических наук, профессор БУШ! ¡и.Г.

кандидат химических наук, ег. научный сотр. НйКАНДРОБ А,

Водущез предприятие - Всесоюзное научно-производственное

объединение бумажной промышленности ВШЮБумл ром

Защита диссертации состоится " 12 " марта 1991 г. в", час на заседании специализированного совета Д.063.50.02 в Ленинградской лесотехнической акадеши имени С.М.Кирова по адресу: 194018, г.Ленинград, Институтский пер., 5, 2-е учебное здание, библиотека кафедры целлюлозно-бумажного производства.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан •■/7» Фуг 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Пономарев Д.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В планах развития Республики Кубы прадусыатриваэтся увеличить выпуск бумаги и картона за счет внадрания прогрессивной технологии производства целлюлозы из багассы, являющейся основным сырьем для целлюлозно-бумажного производства, и обеспечить исследования лесосырьевых ресурсов. Для Республики Куба второе направление имеет более важное экономическое значение. Целлюлоза из багассы из-за короткой длины волокон не ыожат обеспечить высоких показателей механической прочности бумаги, в связи с чем в композицию бумаги необходимо вводить определенное количество хвойной целлюлозы. В настоящее время на Кубе не выпускается целлюлоза из древесины.

Высокие цены на целлюлозу и бумагу на международном рынка заставляют Кубу перейти от импорта целлюлозы к производству еа из отечественного сырья. В сотрудничестве с Советским Союзом проектируется строительство целлюлозного завода с использованием карийской, тропической сосны. С целью увеличения выхода технической целлюлозы, ускорения процесса делигнификации и уменьшения загрязнения окружающей среды проводятся работы по поиску новых химических реагентов или новых технологических решений, которые смогли бы стать альтернативой сульфатному способу производства целлюлозы, занимающему в настоящее время главенствующее положение в производства целлюлозы.

Разработка эффективной научно обоснованной технологии производства целлюлозы из древесины карибской сосны щелочным способом в присутствии соединений алюминия будет способствовать решению важных народнохозяйственных задач Республики Ку-5ы.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование анатомического строения, физических свойств и химического состава древесины молодой карибской и тропической сосны о.Куба и разработка научно обоснованного технологического режима щелочной делигнификации этой дравесины в присутствии соединений алюминия с характеристикой бумагообразую-[цих свойств получаемой целлюлозы. В соответствии с этим в за-

дачи исследования входило:

- изучить анатомическое строение, физические свойства и химический состав древесины молодой карибской и тропической сосны о.Куба;

- разработать технологический режим натронной и сульфатной варки древесины молодой карибской сосны;

- установить особенности делигнификации древесины молодой карибской сосны натронный способом в присутствии алюмината на трия;

- изучить бумагообразующие свойства щелочных целлюлоз из древесины молодой карибской сосны;

- сравнить свойства щелочных целлюлоз, полученных из древесины карибской и тропической сосны;

- выработать бумагу для гофрирования из целлюлозы, полученной из древесины карибской сосны натронной варкой с добавлением алюмината натрия;

- провести технико-экономическую оценку натронной варки древесины карибской сосны с добавлением алюмината натрия.

Научная новизна. Выявлены особенности анатомического строения, физических свойств и химического состава древесины молодой карибской (10 лет) и тропической (15 лет) сосны о.Куба, влияющие на делигнификацию этой древесины щелочными способами и бумагообразующие свойства получаемой целлюлозы. Впервые для щелочной делигнификации древесины карибской и тропической сосны использованы добавки оксида алюминия и алюмината натрия. Предложен и в основном экспериментально подтвержден механизм стабилизации углеводных компонентов древесины при натронной варке в присутствии алюмината натрия.

Практическая ценность. Разработан технологический режим натронной варки древесины карибской сосны с добавкой алюмината натрия, обеспечивающий повышение выхода и улучшение механической прочности целлюлозы. Выработанные на бумагоделательной машине ЦНИИБ два вида бумаги для гофрирования из натронной целлюлозы, полученной из древесины молодой карибской сосны в присутствии алюмината натрия, полностью соответствовали требованиям ГОСТ 7377-85 "Бумага для гофрирования марки Б-I неклеёная первого'сорта". Ожидаемый экономический эффект для проектируемого на Куба завода производительностью 50000 т цел-

люлозы в год составит 291,5 тыс.рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международной научно-технической конференции "Использование вспомогательных химических веществ при производстве целлюлозы, бумаги, картона и других древесных волокон" (НЕБ, София, 1990 г.); на Всесоюзном семинаре "Проблемы окислительио-восстановитель-ных преврацений компонентов древесины" (Архангельск, 1990 г.); на научно-исследовательской конференции по итогам научно-исследовательских работ ЛТА им.С.М.Кирова (Ленинград, 1989 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы три научные статьи.

Автор выносит на защиту:

- результаты исследования анатомического строения, физических свойств и химического состава древесины молодой карибской и тропической сосны о.Куба;

- научно обоснованный технологический режим натронной варки с введением малых количеств алюмината натрия;

- механизм повышения устойчивости углеводных компонентов древесины к щелочной деструкции в присутствии малых количеств алюмината натрия;

- результаты исследования бумагообразующих свойств натронной, натронной с добавлением алюмината натрия и сульфатной целлюлозы из древесины молодой карибской и тропической сосны.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц, 35 рисунков и библиографию из 94 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определены общие задачи, которые необходимо рошить для исследования щелочной делигнификации карибской сосны в присутствии соединений алюминия.

Обзор литературы посвящен сырьевым ресурсам Республики Куба для производства целлюлозы, химическим и физическим свойствам древесины сосны, произрастающей в тропических условиях® к полученной из нее целлюлозы. Приводятся имеющиеся в литература сведения по интенсификации щелочной делигнификации древесины введением различных веществ, по применению соединений алюилния при производстве целлюлозы.

Методическая часть содержит характеристику и методы анализа древесины, методы анализа целлюлозы, мотодику проведения щелочных варок и анализа варочных и отработанных растворов, методику определения углеводного состава образцов древесины и целлюлозы, методику определения равномерности провара волокон целлюлозы и метод качественного определения содержания ионов алюминия в целлюлозе.

В первом разделе экспериментальной части приведены результаты исследования анатомического строения, физических свойств и химического состава молодой древесины карибской и тропической сосны. Карибская сосна в возрасте 10 лет достигает высоты 12,3 ы и имеет диаметр 135 мм. Тропическая сосна в возрасте 15 лот имеет высоту 9,8 и'и диаметр ствола 147 мм. Как видно из табл.1, древесина карибской и тропической сосны имеет повышенную плотность (485-560 кг/м3), которая возрастает от вершинной части ствола к срединной и далее к комлевой. Оба вида сосны откладывают длинные волокна, однако карибская сосна образует более длинные волокна (до 3,3 мм), размер которых зависит от их расположения по высоте ствола. Особенностью волокон исследованных видов сосны такие является большая толщина клеточных оболочек (см.табл.1), которая но изменяется или мало изменяется по ширине годичного слоя, как это наблюдается для сосны обыкновенной. Ширина волокон для карибской сосны уменьшается по высоте ствола, тогда как ширина люмена возрастает. При этом наибольшая толщина клеточных стенок отмечается у срединной и комлевой части ствола. Тропическая сосна откладывает наиболее широкие с относительно тонкими стенками волокна в вершинной части и несколько меньшого диаметра волокна с толстой клеточной оболочкой в срединной и комлевой частях ствола (см.табл.!).'Показатель гибкости волокон (отношение ши-

Таблица I

Характеристика древесины карибской и тропической сосны

Свойства древесины Верииннзя часть Срединная часть Ко«левая часть

Карибская сосна

Плотность древесины, кг/м-5 488 522 560

Длина волокон, мм 2,70 3,30 3,20

Ширина волокон, шш 47 5'2 53

Ширина люмена, мкм 29 27 26

Двойная толщина клеточной оболочки, мкм 1В 25 27

Показатель гибкости волокон 0,61 0,52 0,49

Тропическая сосна

Плотность древесины, кг/!Г 455 519 531

Длина волокон, мм 2,80 2,90 2,70

Иирина волокон, мкм 55 50 49

Ширина люмена, мкы 38 26 25

Двойная толщина клеточной оболочки, мкм 17 24 24

Показатель гибкости волокон 0,69 0,52 0,49

рины люмена к ширине клеточной оболочки) оказался невысоким

для обоих видов сосны и в зависимости от расположения волокон по высоте ствола находился в пределах от 0,49 до 0,69.

Определение химического состава показало, что древесина карибской сосны по сравнению с древесиной тропической сосны содержит больше целлюлозы Кюршнара - .Хоффера (на 4-5%), меньше Лигнина (на 2,5-3,5%), пэнтозанов (на 0,7-0,8%) и экстраактивных веществ, но несколько больше веществ экстрагируомых горячей водой (на 0,5-2,3$). Химический состав обоих видов сосны мало изменяется по высоте ствола.

Во втором раздала экспериментальной части приведены результаты исследований по разработке режимов натронной и сульфатной варки древесины карибской сосны.

При разработке режима натронной варки древесины карибской сосны изменяли расход гидроксида натрия от 20 до 30% в од. На ОН к массе древесины, а также продолжительность варки на конечной температуре. В результате был определен следующий режим натронной варки: жидкостный модуль " 4,5:1 ; расход активной щелочи - 26$ 4/л ОМ к массе древесины; температурный режим: подъем температуры до 170°С в течение 2 ч и варка при температура 170°С в точение 4 ч. По этому режиму получена целлюлоза с выходом 42,3% и степенью долигнификации 38,3 единицы.

' При разработке режима сульфатной варки сульфидность боло-го щелока была принята равной 25%. Расход активной щелочи на варку изменяли от 19,3 до 25,8% Ц(кОИ к массе дровосины. Проведенные исследования позволили рекомендовать следующий режим сульфатной варки: жидкостный модуль - 4,5:1; расход активной щелочи 24,5$ в ед. д(аОИ к массе древесины; температурный режим варки: подъем температуры до 1?0°С в течение 2 ч, продолжительность варки при конечной температуре 3 ч. В результате разработанного режима варки била получена целлюлоза с выходом 42,9% и степенью долигнификации 29,8 единицы.

Разработанные режимы варки свидетельствуют о том, что древесина карибской сосны трудно варится щелочными способами, а получаемая целлюлоза имеет невысокий выход.

В третьем разделе экспериментальной части проведено исследование по влиянию алюмината натрия и оксида алюминия на щелочную варку древесины карибской сосны. Результаты натронных варок по разработанному ранее режиму с добавками алюмината натрия в количестве от 0,01% до 10% к массе древесины с учетом содержания /\/с{гО Б алюминате натрия при расчете расхода гидроксида натрия на варку приведены на рис.1. Наиболее эффективной оказалась добавка алюмината натрия в количества 0,05% и 0,10% к массе древесины. В этих случаях выход целлюлозы увеличивается на 3,1-3,2% без повышения показателя степени долигнификации целлюлозы и при отсутствии непровара. При добавке

Рис.1. Изменение выхода целлюлозы (I), степени ее делигнификации (2) и содержания непровара (3) в зависимости от количества добавляемого алюмината натрия при натронной варке древе-весины карибской сосны

0,25% к массе древесины показатель степени делигнификации возрастает на 4-7 единиц при неизменном выхода целлюлозы. Дальнейшее увеличение количества вводимого алюмината натрия вплоть до Ъ% дополнительно замедляет процесс делигнификации древесины, несмотря на увеличение остаточной щелочности конечного щелока. Введение 1Щ> алюцината натрия при увеличении почти в два раза остаточной щелочности конечного щелока приводит к сильному замедлению процесса делигнификации древесины и появлению непровара. По-видимому, это объясняется так называемым солевым эффектом.

При добавке на натронную варку небольших количеств оксида алюминия (0,25 и 0,5% к массе древесины), выход отсортированной целлюлозы возрастает примерно на 1,8$ с одновременным небольшим замедлением процесса делигнификации. Увеличение добавки оксида алюминия вплоть до 10$ к массе древесины сильно замедляет процесс делигнификации древесины, понижает выход отсортированной целлюлозы и увеличивает количество непровара. Таким образом, введение оксида алюминия на натронную варку оказалось менее эффективным, чем добавка алюмината натрия.

При делигнификации карибской сосны сульфатным способом введение в варочный раствор оксида алюминия в количестве до 3% к мэссо древосины не оказывало влияния на степень делигнификации и выход целлюлозы. Введение больших количеств оксида алюминии (5% к 10^) вызывало ухудшение процесса делигнификации древесины и появление значительного количества непровара.

В четвертом разделе эксперимантальной части изучались особенности делигнификации древесины карибской сосны натронным способом в присутствии алюмината натрия. Для сравнения были проведены обычные натронные и сульфатные варки по разработанным рожимам.

Как видно из рис.2, по мере удлинения процесса варки растворение лигнина с наиболее высокой скоростью происходило при сульфатной варке, заметно медленнее при ¡атронной, и еще с некоторым замедлением при натронной варке с добавлением алюмината натрия.

На ранних этапах делигнификации при равном содержании лигнина общий выход древесного остатка сохраняется на более высоком уровне при натронной варке с добавкой алюмината натрия (рис.3); несколько ниже располагается кривая для сульфатной варки и заметно ниже - для натронной варки. Однако при содержании лигнина около 1&% кривые изменения общего выхода полуфабрикатов при натронной варке с добавлением алюмината натрия и сульфатной варка пересеклись. После этого общий выход целлюлозы, полученной натронной варкой с введением алюмината натрия, оказался нижа, чем при сульфатной варке, и по пере углубления делигнификации эта разница слегка увеличивалась. При содержании лигнина в целлюлозе около Ъ% общий выход целлюлозы при на-

Рис.2. Изменение содержания лигнина в древесных остатках в зависимости от продолжительности натронной (I), натронной с добавкой алюмината натрия (2) и сульфатной (3) варок древесины карибской сосны

тронной варке с добавлением алюмината натрия был на 1,6$ больше, чем при натронной варке, и на 2,5% меньше, чем при сульфатной варке. Такой характер изменения общего выхода дровос-ного остатка свидетельствует о проявлении защитного действия присутствующего при натронном процессе алюмината натрия по отношению к углеводным компонентам древесины с начала процесса варки. Однако стабилизация углеводных компонентов древесины по отношению к щелочной деструкции при натронной варка за счет присутствия алюмината натрия оказалась недостаточной на поздних этапах далигнификации, в отличие от стабилизации, имеющей масто при сульфатной варке. Можно предположить, что в условиях

Рис.3. Зависимость общего выхода полуфабриката от содержания в нем лигнина при натронной (I), натронной с добавкой алюмината натрия (2) и сульфатной (3) варках

натронной варки с добавкой алюмината натрия при набухании клеточных стенок древесины на ранних стадиях варки происходит разрыв межыолекулярных водородных связей, увеличение сегментальной подвижности молекул углеводов, их деацетилирования, проникновение гидроксида натрия и алюмината натрия в капиллярную систему древесины. При этом гидроксид натрия активно расходуется на химические реакции с древесиной,и при невысоком РН внутри капилляров присутствующий ион алюминия образует координационные связи с углеводными компонентами древесины. Это в значительной мере защищает углеводные компоненты древесины от щелочной деструкции и может в какой-то степени препятствовать растворению лигнина, что и наблюдается на начальных стадиях варки. 1

Следующее за набуханием "отбуханиа" клеточных стенок древесины в начальный период увеличивает насыщенность и силу ко-

орадиационных связей иона алюминия с углеводами. Однако, как можно предположить, углубление процесса "отбухания" клеточных стенок вызывает, разрушение этих связей, вытесняя ион алюминия из капилляров, что вновь создает условия для возникновения водородных связей, препятствующих щелочной деструкции углеводов. В период замены координационных связей иона алюминия на водородные может происходить усиление щелочной деструкции углеводов, что и наблюдается при изменении содержания лигнина в древесных остатках от 20 до 12%.

В соответствии с высказанным преположением применение высоких расходов соединений алюминия на натронную варку, по-видимому, приводило к образованию сильно развитой системы координационных связей ионов алюминия внутри клеточных стенок древесины, что существенно замедляло не только щелочную деструкцию углеводов, но и процесс делигнификации клеточных стенки древесины.

Изучение морфологической однородности (равномерности провара) образцов целлюлозы с одинаковой степенью делигнификации - 30 и 40 единиц - путем подсчета количества волокон с различными формами набухания в медно-аммиачном растворе показало (табл.2), что введение алюмината натрия создает благоприятные условия для высокой равномерности провара целлюлозы. Получаемая этим способом целлюлоза имеет значительно более высокую равномерность провара, чем натронная и сульфатная целлюлозы.

Определение углеводного состава технических целлюлоз методом газо-жидкостной хроматографии показало, что повышение выхода у натронной целлюлозы при добавлении на варку алюмината натрия происходит в основном за счет лучшей сохранности геми-целлюлоз.

При сравнении углеводного состава технических целлюлоз с одинаковой степенью делигнификации (33 единицы) введение алюмината натрия на натронную варку повышвет содержание глю-коыанна на 9%, ксилана на 4,3% при примерно одинаковой содержании целлюлозы (клетчатки). '

При содержании лигнина 5,5% характеристическая вязкость и степень полимеризации натронной целлюлозы составляли

283 см3/г и 790, тогда как для натронной целлюлозы с введением

Таблица 2

Изменение количества волокон с различными формами набухания в мздноаммиачном растворе для образцов целлюлозы, полученных натронной, натронной с добавлением А/о^МЮг. и сульфатной варками

Степень Количе-

делиг- ство -

нифика- проемов нена- малона ции ранных бухиио бухшие Целлюлоза в све-

товом микроскопе волокон, шт.

Волокна, % от просмотренных

с еди- ига ровид- удлинен- червяч-ничными ной фор- но шаро- ной вздути- мы видной аярмы ями (Тор мы

Степень экспозиции

Натронная 40 30 818 601 5 6 II 10 66х 49х 17 26 I 9 38 47

Натронная с добавками 40 30 627 569 6 4 3 5 26 19 3 4 15 19 47 49 63 70

Сульфа тна я

40 30

778 612

5 7

6 6

25 24

2 4

52 23

10

36

58 61

хЭти две формы набухания плохо различаются: лигнин в виде гребней и спиралей располагается на поверхности волокна, т.е. плохо растворяется в межклеточных пространствах.

алюмината натрия эти показатели были равны 328 и 930 с!г/г соответственно. Это свидетельствует о более слабом развитии процесса щелочного гидролиза целлюлозы в условиях натронной варки с добавлением алюмината натрия. ИК-спектрц данных образцов целлюлозы показали, что целлюлоза, полученная натронным способом в присутствии алюмина «атрия, обладает более прочной системой водородных связей, чем целлюлоза, полученная обычным натронным способом.

В пятом разделе зкспаримантальной части изучены бумаго-образукхцие свойства щелочных целлюлоз из древесины карибской сосны.

Для сравнения бумагообразующих свойств натронной, сульфатной и натронной с добавкой алюмината натрия целлюлоз из древесины карибской сосны были приготовлены образцы с выходом от 40,1 до 54,0% и степенью делигнификации от 16 до 86 единиц. Результаты исследования показали, что по мере углубления делигнификации полуфабрикатов всех трех спосооов варки отмечается сокращение продолжительности размола до с0° и рост объемной массы полученных бумажных листов.

Было установлено, что щелочные целлюлозы из кэрио'ской сосны молодого возраста обладают невысокими показателями механической прочности. Это связано с особенностями анптскичаскогс и морфологического строения этой древасины, которая имеет грубые толстостенные волокна с узким люменом. Наиболее высокие показатели механической прочности имела сульфатная целлюлоза, затем натронная с добавкой 0,05% алюмината натрия в варочный щелок и, наконец, обычная натронная целлюлоза.

Все три вида целлюлозы при стандартной степени помола (60° 1йр ) имели наиболее высокие показатели механической прочности при степени делигнификации 30-40 единиц. Эти образцы целлюлозы были отобраны для дальнейшего изучения бумагообра-зующих свойств. Как видно из табл.3, характерным для всех трех видов целлюлозы является медленное нарастание сто пони помола в начале процесса помола (до 20° - 25° щр> )• При размола целлюлозы до 30°ш/з скорость размола натронной целлюлозы с добавкой алюмината натрия оказалась выше, чем у натронной целлюлозы в 1,2 раза и в 1,7 раза больше, чем у суль-

Таблица 3

Показатели механической прочности образцов целлюлозы со степенью далигнификации 30 единиц из карибской сосны при различных степенях помола

Способ Сте- Объем- Разрыв- Сопротив-Сопротив- Сопротив-варки пень ная на я ление лени о ление

помола, масса, длина, излому, продавли- раздираемо г/см-5 м число ванию, нию, мН г двойных кПа

перегибов

20 0,591 5100 460 240 1255

Натронная 28 0,619 5150 550 245 1190

47 0,655 5300 480 220 940

60 0,691 5700 460 210 ШО

Натронная с добавкой алюмината натрия 20 0,632 5400 520 240 1040

32 47 60 0,666 0,674 0,692 5500 5600 5700 ООО 3 245 245 195 940 900 890

22 0,647 6500 1600 365 1500

Сульфатная 29 47 0,665 0,694 6900 6560 1640 1600 370 365 1380 1190

60 0,695 6300 1510 290 1010

фатной целлюлозы. Как можно предположить, это связано с высокой равномерностью провара и особенностями состояния клеточных оболочек волокон целлюлозы. С повышением степени помола для всех образцов целлюлозы наблюдается увеличение объемной массы. Наиболее высоким этот показатель оказался у сульфатной целлюлозы, несколько меньше - для натронной целлюлозы с добавлением алюмината натрия и самым низким для натронной целлюлозы.

Натронная целлюлоза с добавкой алюмината натрия на варку имеет более высокие показатели механической прочности, чем обычная натронная, за исключением сопротивления раздиранию, и несколько более низкие, чем сульфатная целлюлоза. Особенностью щелочных целлюлоз, полученных из молодой древесины карибской

сосны, является слабая зависимость показателей механической прочности от степени помола.

При исследовании процесса делигнификации и бумагообразую-¡дих свойств целлюлозы, полученной на-тронным способом с добавлением алюмината натрия из различных частей ствола молодой карибской сосны(комлевой, срединной и вершинной) существенных различий в скорости делигнификации и в бумагообразующих свойствах получаемых целлюлоз на быдр отмочено.

В шестом разделе экспериментальной части изложены результаты сравнительного исследования свойств целлюлозы из древесины карибской тропической сосны. Для древесины тропической сосны при переходе от натронной варки к натронной варко с добавкой алюмината натрия наблюдается увеличение общего выхода целлюлозы на 1,9% с одновременным ростом выхода отсортированной целлюлозы на 3,5% и увеличением показателя степени делигнификации на 6,8 единиц за счет превращения напровара в целлюлозу. При сульфатной варке молодой древесины тропической сосны, так же как и при варке карибской сосны, заметно увеличивается скорость делигнификации по сравнению с натронной при меньшем расходе активной щелочи. Общий выход целлюлозы оказался примерно одинаковым (около 43,5%), с натронной варкой вва-дением алюмината натрия, однако целлюлоза была более глубоко делигнифицирована,

3 целом древесина тропической сосны делигнифицируется различными щелочными методами насколько труднее, чем древесина карибской сосны и образует целлюлозу более низкого выхода с пониженными показателями механической прочности^ особенно сопротивление излому 150 двойных перегибов, против 570

двойных перегибов для целлюлозы из карибской соснь^. Это объясняется большим содержанием в ней грубых толстостенных волокон.

В седьмом раздела экспериментальной части приведены результаты выработки бумаги для гофрирования на основа целлюлозы из дравасины карибской сосны, полученные натронной варкой с добавлением 0,05% алюмината натрия, на экспериментальной бумагоделательной машине ЦНИИБа. Полученные два вида бумаги для гофрирования марки Б-I массой 100 т/и2 и г/ы2 (100%-ная

цаллюлоза) были испытаны в ВНПО Буыпром. Результаты испытаний показали, что оба вида бумаги полностью соответствовали требованиям ГОСТ 7377-85 "Бумага для гофрирования марки Б-1 неклееная первого "сорта".

В восьмом раздело экспериментальной части приводится технико-экономическая оценка натронной варки древесины карибской сосны с добавлением алюмината натрия в сравнении с обычной натронной варкой. Экономический эффект при добавлении алюмината натрия составляет 5 руб.83 коп. на I т полученной целлюлозы. Годовой экономический эффект завода, строительство которого проектируется на Кубе, составляет 291500 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Исследованы и выявлены особенности анатомического строения физических свойств и химического состава древесины десятилетней карибской и пятнадцатилетней тропической сосны о.Куба. Показано, что карибская сосна образует более длинные волокна (со сродной длиной до 3,3 ыы), чем тропическая (2,8 мм). Длина волокон карибской сосны' уменьшается от комля к вершине, тогда как для тропической сосны длина трахеид практически на меняется по высоте ствола. Особенностью трахеид исследованных видов сосны является большая толщина клеточных .оболочек, которая не изменяется или мало изменяется по ширине годичного слоя. Показатель гибкости волокон оказался невысоким для обоих видов и в зависимости от расположения волокон по высоте ствола находится в пределах от 0,49 (вершинная часть ствола) до 0,69 (комлевая часть ствола). Древесина как карибской, так и тропической сосны отличается повышенной плотностью, которая возрастает от вершинной части ствола (488 и 485 кг/м^. соответственно) к комлевой (560 и 531 кг/м^. соответственно).

2. Древесина карибской сосны по сравнению с древесиной тропической сосны содержит больше целлюлозы Кшнера - Хоффера (на 4-5%), меньше лигнина (на 2,5-3,5%), пентозанов (на 0,70,8%) и экстрактивных веществ, но несколько больше веществ, экстрагируемых горячей водой (0,5-2,3%). Химический состав обоих видов сосны мало изменялся по высоте ствола.

3. Древесина карибской сосны трудно делигнифицируется палочными способами, а получаемая целлюлоза имеет пониженный выход и при неглубокой делигнификации содержит непровар. При сульфатном способе расход активной щелочи на варку оказался на 1,5$ меньше, а продолжительность варки на I ч короче, чем при натронной варке. При равном выходе (около 45$) сульфатная целлюлоза имеет значение степени делигнификации на 8,5 единиц меньше.

4. Введение малых количеств алюмината натрия (0,05-0,10$ к массе древесины) на натронную варку древесины карибской сосны заметно (на 3$) увеличивает выход целлюлозы при равной степени делигнификации. Применение расходов алюмината натрия свыше 0,25$ к массе древесины, и особенно более 1%, замедляет процесс делигнификации и приводит к появлению непровара.

5. Введение оксида алюминия на натронную варку в количестве до 3$ оказалось менее эффективным, чаы добавка алюмината натрия. 'Для сульфатной варки введение оксида алюминия в тех не самых количествах.не привело к изменению выхода и степени делигнификации целлюлозы.

6. Присутствие малых количеств алюмината натрия (0,СБ% к массе древесины) при натронной варке древесины карибской сосны повышает избирательность процесса делигнификации за счет лучшей сохранности глюкоманнана и глюкуроноксилана, сохраняет степень полимеризации целлюлозы на более высоком уровне и обеспечивает высокую равномерность провара целлюлозы.

7. Предложена и в основном экспериментально подтверждена гипотеза, объясняющая стабилизацию углеводных компонентов дро-весины при натронной варке в присутствии алюмината натрия.

8. Независимо от способа щелочной долигкификацни целлюлоза из древесины молодой карибской сосны отличается низкими показателями механической прочности. Это объясняется особенностями строения трахеид этой древесины, которые имеют толстые клеточные оболочки и узкий люмен, т.о. являются весьма грубыми.

9. Способ щелочной варки окозызз-зг алкают на бумагообра-зующие свойства целлюлозы. Наиболее прочная и трудно раз калы-

ваомая целлюлоза получается при сульфатной варке и с заметно более низкой прочностью и лучшей способностью к размолу при натронных варках. Натронная целлюлоза с добавками алюмината натрия на варку имеет несколько болеевысокие показатели механической прочности, чем обычная натронная целлюлоза, за исключением сопротивления раздиранию. Важной особенностью щелочных целлюлоз, полученных из древесины молодой карибской сосны, является слабая зависимость показателей механической прочности от степени помола.

10. При натронных варках с добавлением алюмината натрия не было отмечено различий в скорости делигнификации древесины из различных частей ствола молодой карибской сосны и бумаго-образующих свойствах получаемых целлюлоз.

11. Древесина тропической сосны в равных условиях щелочных варок делигнифицируегся медленнее и образует целлюлозу более низкого выхода с понинонными показателями механической прочности, особенно сопротивление излому, по сравнению с карибской сосной. Это объясняется большим содержанием в ной грубых толстостенных волокон.

12. Выработанные на опытной бумагодолательной машине ДОШБа два вида бумаги для гофрирования из целлюлозы, полученной из древесины молодой карибской сосны натронной варкой в присутствии алюмината натрия (0,05% к массе древесины), полностью соответствовали требованиям ГОСТ 7377-85 "Бумага для гофрирования марки Б-I неклееная первого сорта".

13. Технико-экономическая оценка способа натронной варки с добавлением алюмината натрия показала, что себестоимость I т целлюлозы уменьаается на 5 руб.83 коп. по сравнению с натронной целлюлозой. Годовой экономический эффект для проектируемого на Кубе завода производительностью 50000 т целлюлозы в год составит 291,5 тыс.рублей.

Научные результаты, содержащиеся в диссертации, изложены в следующих работах:

I. ПЕРЕРА U.M., ПАЗУШИНА Г.А. Натронная варка карибской сосны в присутствии соединений алюминия// Всесоюзный семи-

нар "Проблемы окислительно-восстановительных превращений компонентов древесины": Тез. докл. Архан-

гельск, 1990. С.54. 2. EtíPiiPA ¡«i.tí., ПА-ЗУХША Г.А. Натронная варка древесины ка-

рибской сосны в присутствии алюмината натрия // Научно-техническая конференция с международным участием "Лзползуване на химически спомогателни вещества при производствого на целулоза, хартия, картон и прочи от дьрвесни влакна": программа резвизта. НРБ, София, 1990. 0.38.

3. Í1EPBPA М.М., ПАЗУ ХИНА Г.А. Характеристика молодой, дрелеси-ны карибской и тропической сосны острова Куба //

Всесоюзный семинар "Образование и строение древесной ткани": Тезисы докладов. Рига, 1^91. С.32.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать по адресу: 194018, Ленинград, Институтский пер., 5. Лесотехническая академия им. С.М.Кирова, ученый совет.

Подписано с оригинял-мокетя р печать 13.02.1991г. Формпт С0х90 I/I6. Бумага оберточная. Печать офсетная. Изд. 2. Уч.-изд.л. 1,3. П-ч.Л. 1.3. Тираж 100. Зрк. IÍ 5. Бесплатно.

Редгк!.ионно-иэдртельский отдел

Подразделение оперативной полиграфии ЛТА.

194 018, Ленинград, Институтский пер., 3.