Общая характеристика целлюлоз, предназначенных для химической

Переработки

Для химической переработки целлюлозы на вискозное волокно (шта­пель, шелк, корд), ацетилцеллюлозу, целлюлозные лаки, пластические массы применяются в настоящее время различные виды целлюлозы: древесная сульфитная, главным образом облагороженная, и сульфатная, полученная с предгидролизом. В основном перерабатывается ель, но применяются и лиственные породы. Хавранек и Гайдос IЧ указывают, например, что в последнее время все больше начали перерабатывать на вискозную целлюлозу бук. В Европе, главным образом по бисульфит — ному способу, бук перерабатывается на шести фабриках. В Чехословакии пускают в ход один завод по сульфатному способу с предгидролизом. Имеются данные о получении в Германии облагороженной целлюлозы из бука азотнокислым способом [2]. В нашей стране приступают к пере­работке древесины лиственницы по сульфатному способу с предгидро­лизом. Также может быть использован для переработки тростник и не­которые другие виды растительного сырья (К. Симионеску, Е. Калистру и сотр. [29]).

Очищенный хлопковый линтер, состоящий из почти чистой целлюлозы, имеющей высокую степень полимеризации — 1000—3000, (зависящую от метода очистки), не может количественно удовлетворить растущие требования промышленности. Поэтому его применяют главным образом при таких видах химическойтпереработки, где необходима высокая чи­стота или большой молекулярный вес целлюлозы. Однако и для этих целей в последнее время все чаще стремятся применять высококачествен­ную целлюлозу, как например, для производства высокопрочного корда. В 1953 г. производство хлопкового линтера и «растворимой» древесной целлюлозы превышало 2 млн. т, из которых продукция линтера составляла менее 10% [2]. В настоящее время для получения высококачественной древесной целлюлозы часто пользуются соответственно разработанным! режимами предгидролиза древесной щепы (для удаления гемицеллюлоз), сульфатной или натронной варкой, повторным хлорированием, щелоч­ным облагораживанием и отбелкой целлюлозы. О свойствах и химических процессах получения высококачественной сульфитной целлюлозы полез­ные сведения приводятся у проф. Н. Н. Непенина [3].

Непенин правильно отмечает, что задачу облагораживания целлю­лозы в прошлом часто формулировали как максимальное приближение исходного материала к хлопковому волокну, что является слишком об­щим определением. Области применения облагороженной целлюлозы все время расширяются и предъявляемые в зависимости от этого специаль­ные требования к тому или иному виду высококачественной целлю­лозы весьма разнообразны и конкретны. Задачей облагораживания является придание исходному материалу таких дополнительных свойств, которые наилучшим образом отвечают целеназначению готового про­дукта.

В последние несколько лет отмечаются в иностранной литературе очень большие успехи в технологии прядения кордного волокна [4]. В связи с этим и к качеству исходной целлюлозы для получения кордного волокна в новейшее время предъявляют особо высокие требования.

В табл. 188, по данным Шенкера и Хиз [4], приведены для сравнения характеристики трех образцов целлюлозы: 1) древесной кордной (по — видимому, сульфатной), старого производства 1950 г.; 2) кордной целлю­лозы F-5 выпуска 1958 г, полученной по сульфатному способу с пред — гидролизом, имеющей много более высокие показатели; 3) хлопкового линтера.

Таблица 188

Физико-химические свойства кордной целлюлозы

Из данных табл. 188 видны большие преимущества в высоких показа­телях целлюлозы F-5 выпуска 1958 г. перед древесной кордной целлю­лозой 1950 г.

Гемицеллюлозы, являющиеся спутниками целлюлозы, оказывают влияние на набухаемость и другие свойства последней. Для переработки на искусственное волокно является важным не только их количественное содержание в целлюлозе, но, вероятно, и состав, который неодинаков для технических целлюлоз, полученных из хвойных и лиственных пород. Самыми распространенными в древесных целлюлозах спутниками яв­ляются ксилан и маннан. Наиболее точным методом их количественного определения является хрома гографиче< кий, при котором определяют простейшие сахара в гидролизатах испытуемых древесных целлюлоз.

Рентц L5], исследуя различные целлюлозы, применяемые в бумажним производстве или для переработки на вискозу, приводит следующие данные о содержании в них гемицеллюлозных частей (табл. 189).

Табл. 189 показывает, какое большое облагораживание приходится производить при получении вискозной кордной целлюлозы из хвойных пород.

В опубликованной в 1960 г. интересной работе проф. В. Иенсена [6] по получению целлюлозы из древесины березы отмечается необходимость удаления мелочи из целлюлозы для облегчения фильтрации растворов ксантогенатов (см. ниже, стр. 681). Использование березовой целлюлозы для химической переработки имеет преимущество в том отношении, что меньшая длина волокон этой лиственной породы не имеет значения, так как целлюлоза подвергается растворению при получении вискозы.

В табл. 190 приведены химические характеристики вискозной целлю­лозы из лиственной древесины бука, по данным Хавранека и Гайдоса [х].

Исследование некоторых типичных образцов высокооблагороженной сульфитной и сульфатной целлюлозы было недавно проведено JI. Е. Аки­мом и сотр.[7]. Этим зре автором и его сотрудниками разработаны режимы получения облагороженной сульфитной целлюлозы для высокопрочного и сверхпрочного корда [8].

По данным Комарова и других I28, 30], хорошая беленая вискозная целлюлоза обычного типа (полученная lfi3 еловой древесины) имеет сте­пень полимеризации 720—850 и ксантигбнатную вязкость 720—850 милли-
пуаз. Содержание золы в ней низкое, смолы и лигнина — несколько десятых процента. Впитывающая способность папки должна быть высокая, объемный вес ее 0.6—0.8. Выдерживание постоянной вязкости и других показателей в различных партиях целлюлозы является основным прин­ципом налаженного производства вискозной целлюлозы. Жесткость небеленой целлюлозы, по мнению указанного автора, не должна превы­шать 45—50 перманганатных единиц.

Опыт химической переработки древесной целлюлозы на вискозное волокно, ацетилцеллюлозный шелк и пленки, однако, показал, что при­меняемые методы химического и технического анализа древесных целлюлоз во многих случаях оказываются недостаточными для характеристики их качеств и пригодности для указанных производств. Определения таких показателей, как содержа-

Ние альфа-целлюлозы, медное число, средняя степень по­лимеризации, процент золь­ности, набухание целлюлоз­ного листа и т. п. еще не дают возможности уверенно предсказать поведение того или иного образца целлю­лозы при проводимой реак­ции. В производстве искус­ственных волокон и пленок из высокосортной беленой древесной целлюлозы часто применяют не совсем ясный и правильный термин: «реак­ционная способность целлю­лоз». Недостаточная опреде­ленность этого названия заключается прежде всего в том, что реакционная способность какого-либо образца целлюлозы зависит от условий проведения той или другой реакции, например от способности целлюлозы набухать в щелочной среде или реагировать в ацетилирующей кислотной смеси. В зависимости от целеназначения процесса и условий реакции поведение присутствующих в целлюлозе остатков пентозанов, следов измененного остаточного лигнина, частично удержи­ваемых волокном малых количеств продуктов разрушения самой целлю­лозы, будет совершенно различным. Мутность, например, растворов ксантогенатов или ацетатов целлюлозы проявляется различным образом и в разной степени, в зависимости от характерных условий среды, в ко­торой целлюлоза реагирует.

Существуют, конечно, такие особенности технических целлюлоз, как наличие многочисленных повреждений в делигнифицированных и час­тично разрушенных волокнах или, наоборот, присутствие недостаточно удаленных частей первичной стенки в более «жестких» целлюлозах [24]. Эти особенности усиливают или уменьшают набухание волокон, облег­чают или затрудняют диффузию реагентов в глубь волокна. Поскольку делигнификация и отбелка волокон сол ровенгдиготся снижением степени полимеризации целлюлозы и появлением продуктов распада, которые приходится удалять холодной или горячей обработкой растворами ед­кого натра, то получается сложная картина налагающихся друг на друга процессов, которые оказывают существенное влияние на фипико-химиче-
ские свойства волокон [9]. Поэтому решение вопроса о пригодности тех­нической целлюлозы для того или иного вида переработки сперва при­ходилось осуществлять полуэмпирическим путем наблюдения и лишь постепенно разъяснять теоретические основы отдельных сторон этого — дела. Замкнутость патентной литературы, как и всегда в таких случаях,, отнюдь не содействовала передаче практического опыта тонкой харак­теристики древесной целлюлозы. Лишь с 20—30-х годов по вопросу о реакционной способности древесной целлюлозы, предназначенной для переработки на вискозу и ацетилцеллюлозу, стали появляться открытые — научные работы [10].