Kraft Pulping Process

14.2 Dissolving Pulp Manufacture

Attualmente, il DWP è prodotto dai processi AS e PHK in fase di vapore, entrambi sviluppati negli anni ‘ 50. Mentre il primo è rimasto tecnicamente in gran parte invariato, è stata adottata una moderna procedura di cottura a spostamento per il processo PHK a vapore. Queste tecnologie di pasta di dissoluzione, Visbatch e VisCBC, combinano i vantaggi della tecnologia di spostamento e della preidrolisi del vapore. Sono caratterizzati da un basso fabbisogno energetico, da tempi di copertura brevi e da una qualità del prodotto omogenea ed elevata. Andritz ha recentemente sviluppato aggiornamenti del sistema di cottura per il retrofit al funzionamento DWP in digestori continui, tra cui un recipiente del reattore di preidrolisi per la preidrolisi dell’acqua.

La tabella 14.2 mostra i principali processi per la produzione di pasta per carta e pasta per dissoluzione. La pasta di carta è prodotta principalmente dal processo di spappolamento kraft (Fig. 14.3), mentre la pasta di dissoluzione è prodotta con il metodo AS e il processo PHK (Fig. 14.4) e da linters di cotone. Le emicellulosi sono impurità indesiderabili nella dissoluzione delle polpe e influenzano la filtrabilità della cellulosa, la reazione di xantazione nel processo di viscosa e la resistenza viscosa dei prodotti finali di cellulosa. Durante il processo PHK, grandi quantità di emicellulosi vengono disciolte nel liquore di preidrolisi (PHL) prima di spappolare. Il preidrolizzato contiene quanto segue che può potenzialmente essere convertito in prodotti di valore:

Tabella 14.2. Principali Processi per la Produzione di Carta, in Grado di Polpa e di Dissoluzione Grado di Polpa di

Polpa di Carta

oltre il 90% dalla kraft processo di produzione della pasta

Polpa di Dissoluzione

65% da solfito acido metodo

5% dal prehydrolysis kraft processo

10% da linters di cotone

Figura 14.3. Processo Kraft (pasta di carta).

Riprodotto con permesso Välimaa (2015); Courtesy Stora En; https://mycourses.aalto.fi/…/Dissolving%20pulp%20and%20viscose%20manufacturing_.

Figura 14.4. Processo kraft preidrolisi.

Courtesy Stora En; Riprodotto con permesso Välimaa (2015); https://mycourses.aalto.fi/…/Dissolving%20pulp%20and%20viscose%20manufacturing_.

carboidrati a catena Corta (arabinosio, xilosio, mannosio, galattosio, glucosio)

Polisaccaridi (galactomannan, glucuronoxylan)

Altri composti chimici (acido acetico, furfurolo, composti fenolici)

Come sciogliere polpa metodo di produzione, il PHK processo è in genere caratterizzata da un basso polpa di rendimento e maggiore capitale e spese chimiche. Pertanto, è molto importante ottimizzare ogni fase del processo PHK che influisce sulla dissoluzione della purezza della polpa, sull’integrazione del processo e sull’efficienza energetica senza compromettere l’accessibilità e la reattività della cellulosa.

DWP è una polpa sbiancata chimicamente raffinata composta da oltre il 90% di cellulosa pura. Quando si produce pasta di dissoluzione per la produzione di prodotti come carbossimetilcellulosa, viscosa, pellicola di cellulosa e pelle di salsiccia, è essenziale determinare la qualità della polpa. La qualità della polpa di dissoluzione dipende sia dalle proprietà del materiale di legno grezzo che dalla lavorazione della polpa. La reattività della polpa di cellulosa mostra la sua capacità di partecipare a diverse reazioni chimiche. I due gruppi idrossilici secondari sui carboni due e tre sono più reattivi del gruppo idrossile primario sul carbonio sei. Per le reazioni di derivatizzazione, è importante notare che le reazioni con i gruppi idrossilici sui carboni due e tre sono cineticamente favorevoli, mentre la sostituzione sul carbonio sei è termodinamicamente più stabile. Entrambe le cellulose I e II sono state trovate nella polpa. La cellulosa II è più stabile termodinamicamente della cellulosa I, il che può rendere le polpe di dissoluzione con grandi proporzioni di cellulosa II più resistenti al riscaldamento rispetto alle polpe con grandi proporzioni di cellulosa I. Negli ultimi anni sono stati sviluppati vari metodi innovativi di spappolamento, principalmente in risposta a considerazioni ambientali.

Le materie prime utilizzate per la produzione di pasta per dissoluzione sono riportate nella tabella 14.3. I linters del cotone sono comunemente usati per la produzione delle polpe di dissoluzione a causa del contenuto molto alto della cellulosa (>86%). Legni dolci e legni duri sono stati utilizzati a causa dell’aumento della domanda e dei progressi nelle tecnologie di spappolamento. Le materie prime non legnose, come bambù, canna, bagassa, gambo di mais, sono state utilizzate anche per la produzione di polpe di dissoluzione. Circa l ‘ 85% della polpa di dissoluzione globale è prodotta da legni teneri e legni duri, mentre circa il 10% è prodotto da linter di cotone e circa il 5% è prodotto da bambù e altri materiali lignocellulosici (Tabella 14.4). In Cina, alcuni progetti di dissoluzione di bambù sono stati completati e messi in produzione.

Tabella 14.3. Materia prima Utilizzata per la Produzione di Sciogliere la Pasta

linters di Cotone

Conifere

tipi di Legni

Nonwood Materie prime

Bamboo

Canna

Bagasse

Mais gambo

Tabella 14.4. Produzione globale di pasta per dissoluzione

Legni dolci (ad esempio, pino e abete rosso) e legni duri (ad esempio, faggio ed eucalipto)-85%

Linters di cotone—10%

Bambù e altri materiali lignocellulosici— ∼5%

Sulla base di Chen et al., (2016).

Diverse materie prime hanno caratteristiche uniche che dipendono dalla struttura morfologica e dalla composizione chimica della lignocellulosa. Le qualità della materia prima utilizzata e delle specie influenzano il processo di fabbricazione e la qualità del prodotto finale della pasta di dissoluzione. Nel caso dei linters di cotone, le impurità costituiscono meno del 20% del contenuto totale e il 60% di queste impurità (ad esempio, gusci di semi, sabbia, corpi estranei, ecc.) sono facilmente rimossi con metodi fisici chimici e lievi che causano danni minimi alla cellulosa nativa. I prodotti di cellulosa di altissima qualità devono avere un contenuto di α-cellulosa del 99% e un peso molecolare di 7000. I linter di cotone sono considerati la migliore materia prima, in quanto hanno il vantaggio di una maggiore omogeneità Mw rispetto ad altre materie prime.

Il legno è la principale materia prima per la dissoluzione della produzione di pasta, ma non tutti i tipi di specie legnose possono essere utilizzati. Chimica del legno e la composizione deve essere considerato per selezionare il processo di spappolamento più appropriato. Alcune specie di legno non sono adatti per COME spappolamento. Nel processo AS, i fenolici, come il pinosilvino nel durame di pino o il taxifolin nell’abete di Douglas, reagiscono con la lignina per formare strutture condensate che impediscono la delignificazione. Inoltre, taxifolin diminuisce la stabilità del liquore di cottura del solfito convertendo il solfito in tiosolfato. Pertanto, le specie legnose ricche di resina, come il pino e il larice, non sono adatte COME spappolamento.

Il bambù è una materia prima importante per l’industria della pasta e della carta non solo per la produzione di pasta di carta, ma anche per la dissoluzione della produzione di pasta. Il bambù appartiene alla famiglia delle erbe e contiene il 45% -55% di cellulosa, il 23% -30% di lignina, il 20% -25% di emicellulosi, il 10% -18% di estrattivi totali e l ‘ 1,5% di cenere. Le sue fibre sono lunghe 1,5–2,5 mm. La sua struttura e composizione (cellulosa, emicellulosi e lignina) sono simili a quelle che si trovano in alcune specie di legno duro; tuttavia, le sostanze minori, come gli estrattivi (composti organici e estraibili in acqua) e la cenere, sono più abbondanti nel bambù che nel legno duro. Questi fattori presentano sfide durante il processo di spappolamento, sbiancamento e recupero chimico. Il volume delle cellule di fibra di bambù è inferiore a quello del legno, ad esempio, 40% -70% per il bambù contro 60% -80% per i legni duri e 90% -95% per i legni dolci. Il bambù presenta altri svantaggi che includono impurità elevate (ceneri e ioni metallici), cellulosa a basso peso molecolare e viscosità intrinseca e scarsa uniformità. Le strutture in fibra di bambù possiedono più strati con orientamenti e disposizioni complessi nella parete cellulare secondaria. Al contrario, le fibre di legno hanno una semplice parete secondaria a tre strati (esterno, medio e interno). La parete cellulare più spessa, la struttura compatta e il più alto contenuto di cellule ibride del bambù possono causare effetti negativi durante la dissoluzione della produzione di pasta. Pertanto, possono essere necessarie condizioni di cottura e sbiancamento difficili per la produzione di pasta di dissoluzione di buona qualità dal bambù.

La spappolatura è un passo cruciale nella dissoluzione della produzione di pasta. Il metodo di spappolamento tradizionale utilizza COME processo. Questo processo viene eseguito in condizioni acide in cui vengono rimosse la maggior parte delle emicellulosi e parte della cellulosa a basso peso molecolare, il che si traduce in una polpa non sbiancata con un alto contenuto di cellulosa. Negli ultimi decenni, il processo di spappolamento PHK è stato commercializzato con successo per la produzione di paste di dissoluzione. Contrariamente alle condizioni acide di COME spappolamento, il processo PHK è condotto sia con condizioni acide (preidrolisi) che alcaline (cottura kraft). Nella fase di preidrolisi, i carboidrati a catena corta, principalmente emicellulosi, vengono idrolizzati dal rilascio di acido acetico dai gruppi acetilici. Pertanto, la maggior parte delle emicellulosi viene estratta dai chip prima della macerazione kraft.

Le principali proprietà della dissoluzione delle polpe da AS e PHK rispetto alla composizione dei carboidrati, alla distribuzione del peso molecolare (MWD), all’accessibilità e alla reattività sono diverse perché diverse reazioni chimiche si verificano in ambienti acidi o alcalini. POICHÉ le polpe hanno un contenuto di cellulosa inferiore, un contenuto S10/S18 più elevato, MWD più ampi e una maggiore reattività rispetto alle polpe PHK.

La preidrolisi dei trucioli di legno aiuta ad allentare la matrice della polpa e migliora l’accessibilità della lignina alle sostanze chimiche di spappolamento e sbiancamento. Le emicellulosi sono più facili da idrolizzare rispetto alla cellulosa a causa della loro struttura ramificata e del basso grado di polimerizzazione. Il processo PHK per la produzione di pasta di dissoluzione da legno duro viene utilizzato commercialmente. In questo processo, una fase di preidrolisi viene utilizzata per estrarre la maggior parte delle emicellulosi, seguita dalla polpa kraft per rimuovere la maggior parte della lignina e una fase di sbiancamento/purificazione, che si traduce nella produzione di pasta di dissoluzione con un alto contenuto di cellulosa (90%). Questo processo che fraziona i tre principali componenti del legno è stato considerato come una base per lo sviluppo di una bioraffineria forestale integrata (IFBR). Il recupero economico / utilizzo a valore aggiunto dei prodotti organici disciolti nel liquore PHL/black aggiungerebbe ulteriori entrate al mulino. Tuttavia, PHK, inoltre, pone alcune limitazioni, come l’aumento in totale dissoluzione di produzione della polpa di tempo, a causa dell’ulteriore prehydrolysis passaggi (il totale del tempo di reazione di 160-200 min e 240-270 min convenzionali kraft spappola e PHK densità, rispettivamente) e la riduzione della dissoluzione di polpa di rendimento (in media 38%), rispetto al 48% per il convenzionale kraft spappolare. La preidrolisi dei trucioli di legno prima della macerazione kraft può essere eseguita utilizzando vari metodi come acqua calda, autoidrolisi, mezzo acido o alcalino. La preidrolisi acida viene solitamente eseguita per la rimozione dell’emicellulosa mediante idrolisi a monosugar. Gli zuccheri emicellulosi sono oggi considerati una fonte alternativa di sostanze chimiche a valore aggiunto. La preidrolisi acida, tuttavia, può portare a una serie di effetti corrosivi indesiderati, una condensazione estesa della lignina e una scarsa resa a causa dell’idrolisi parziale ma indesiderabile della cellulosa. Per la ragione di cui sopra, l’autoidrolisi acquosa è più comunemente praticata nelle industrie di pasta di dissoluzione. Durante l’autoidrolisi (effettuata a 150-180°C), si forma acido organico (acido acetico) a causa della scissione dei gruppi acetilici (da emicellulosa) che fungono da catalizzatore per idrolizzare i legami glicosidici nell’emicellulosa e ridurre il pH del PHL a circa 4. Le emicellulosi degradate, presenti principalmente nella loro forma oligomerica, sono solubilizzate nel PHL e possono essere successivamente estratte dal digestore e utilizzate. Una quantità significativa di materiali in legno viene disciolta nel PHL, che contiene fino al 50% e al 10% di emicellulosi e lignina, rispettivamente. Emicellulosi e lignina possono essere separate dal PHL; inoltre, il loro efficiente recupero e conversione in prodotti a valore aggiunto è un passo verso la costruzione di una bioraffineria a base di pasta di dissoluzione. Numerose tecniche di separazione individuali o processi multistep combinati, che includono acidificazione, flocculazione, adsorbimento, filtrazione a membrana, estrazione e scambio ionico, sono state studiate per il recupero dei prodotti organici PHL. La produzione di pasta di dissoluzione richiede una maggiore area di recupero rispetto al normale mulino di pasta kraft a causa della minore resa e dell’elevata carica in cottura. La porzione organica dei solidi secchi alla caldaia di recupero è leggermente inferiore nella produzione di pasta di dissoluzione, con conseguente valore di calore inferiore. Valmet ha l’esperienza e la più ampia gamma di tecnologie nella fornitura di attrezzature e processi flessibili per la produzione di paste di dissoluzione per vari prodotti finali. Fico. 14.5 mostra tipica fiberline DP.

Figura 14.5. Tipica fiberline DP.

Cortesia Andritz; Vehmaa J (2013). 6 ° Colloquio internazionale sulla polpa di Eucalipto, 24-27 novembre Colonia UY.

Le emicellulosi presenti nel PHL sono una preziosa fonte di zuccheri esosi e pentosi, che possono essere convertiti in prodotti a valore aggiunto (Tabella 14.5).

Tabella 14.5. Conversione di Hemicelluloses Da Prehydrolysis Liquore di Prodotti a Valore Aggiunto

Prehydrolysis Liquore

Emicellulosa

Xilitolo

Etanolo

Carta additivi

Furfurolo

acidi Organici

intermedi Chimici

PHK è popolare a new dissoluzione cartiere a causa dei vantaggi connessi con l’investimento di capitale, il funzionamento e la compatibilità ambientale. Il processo PHK rappresentava il 56% della produzione mondiale di pasta per dissoluzione (a partire dal 2014), mentre il processo AS rappresentava il 42%. Per il settore canadese della pasta di dissoluzione, il processo AS rappresentava ancora il 64% della capacità produttiva di pasta di dissoluzione, anche se il processo PHK è diventato sempre più importante. In Cina, il processo PHK rappresenta il 78% della capacità produttiva totale.

È stato discusso un nuovo processo di dissoluzione della polpa che fornisce la base per una bioraffineria avanzata. Il processo SO2-etanolo-acqua ha il potenziale per sostituire il processo di solfito acido per la produzione di polpe di qualità rayon, a causa di una maggiore flessibilità nella scelta della fonte di materia prima, tempi di cottura sostanzialmente inferiori e la quasi assenza di prodotti di degradazione dello zucchero. Particolare attenzione è rivolta agli sviluppi mirati al frazionamento selettivo e quantitativo di polpe cartacee in emicellulosi e cellulosa di altissima purezza. Questo obiettivo è stato raggiunto dal processo IONCELL, dove l’intera frazione emicellulosa viene selettivamente disciolta in un liquido ionico in cui la basicità e l’acidità del legame H sono sufficientemente regolate dall’aggiunta di un cosolvente. Allo stesso tempo, l’emicellulosa pura può essere recuperata mediante ulteriore aggiunta del cosolvente, che quindi funge da non solvente. La frazione di cellulosa pura residua può quindi entrare in un processo lyocell per la produzione di prodotti di cellulosa rigenerata.

Il processo di sbiancamento non solo aumenta la luminosità della polpa di dissoluzione, ma aumenta anche la purezza, regola la viscosità e MWD della cellulosa e modifica la reattività della polpa di dissoluzione per soddisfare i requisiti dei prodotti di uso finale premium Pertanto, lo sbiancamento è un processo critico durante la produzione di pasta di dissoluzione. Attualmente, i principali metodi utilizzati sono la combinazione di delignificazione dell’ossigeno (O), delignificazione del biossido di cloro (D0) e luminosità (D1 e D2), sbiancamento dell’ipoclorito (H) e sbiancamento del perossido di idrogeno (P). Sebbene l’ipoclorito sia stato quasi eliminato dallo sbiancamento della pasta per i tipi di carta a causa di motivi ambientali, è ancora comunemente usato per sciogliere la produzione di pasta. L’ipoclorito può ossidare e degradare la cellulosa in modo tale da poter regolare il suo peso molecolare e la viscosità per migliorare l’uniformità della polpa.

Fichi. 14.6 e 14.7 mostrano fiberline per la dissoluzione della polpa con sbiancamento totalmente privo di cloro (TCF) e senza cloro elementare (ECF), rispettivamente.

Figura 14.6. Fiberline per sciogliere la polpa, decolorazione TCF.

Courtesy Metso; Paul Flickinger, Lari Lammi, Bertil Ernerfeldt (2011). Tappi Peers, Dissolving Pulp, 2 ottobre 2011.

Figura 14.7. Fiberline per sciogliere la polpa, candeggio ECF.

Courtesy Metso; Paul Flickinger, Lari Lammi, Bertil Ernerfeldt (2011). Tappi Peers, Dissolving Pulp, 2 ottobre 2011.

La produzione di pasta di dissoluzione da linters di cotone comporta la rimozione delle fibre di linters, essendo attaccate ai semi di cotone. Questo processo è definito delintering, producendo fibre di diverse lunghezze. I linter di secondo taglio o le fibre più corte sono usati come materia prima chimica. La purificazione viene eseguita da una combinazione di trattamenti meccanici e chimici che comprendono un lieve trattamento alcalino ad alta temperatura per rimuovere proteine, cere, pectine e altri polisaccaridi e sbiancamento per ottenere la luminosità richiesta. La pasta di dissoluzione di più alta purezza della cellulosa è fabbricata dai linters purificati del cotone ed è utilizzata per la fabbricazione della plastica dell’acetato e degli eteri ad alta viscosità della cellulosa.

Alcuni tipi speciali di trattamenti (post-trattamento) sono stati utilizzati per migliorare la qualità della polpa, in particolare la sua purezza e reattività. Questi trattamenti sono i seguenti:

Trattamento con sostanze chimiche

Trattamento con enzimi Azioni meccaniche

Microonde

*

Combinazioni di trattamenti di cui sopra

I metodi di post-trattamento possono essere utilizzati prima e dopo lo sbiancamento. Molti di questi trattamenti sono stati utilizzati commercialmente. Inoltre, questi posttrattamenti svolgono anche un ruolo importante nel processo di conversione della pasta cartacea in pasta di dissoluzione.

Le emicellulosi sono facilmente disciolte in alcali, quindi l’estrazione caustica è un modo efficace per rimuovere le emicellulosi dalle fibre della polpa, specialmente nelle polpe. Generalmente, la purificazione alcalina viene effettuata come CCE. Il processo CCE viene condotto a 20-40 ° C e 8% -10% di idrossido di sodio. In CCE vengono utilizzate temperature più basse e concentrazioni di alcali più elevate. Il meccanismo comporta il gonfiore delle fibre e la dissoluzione e la rimozione delle emicellulosi dalla fibra interna alla fase di massa. Il consumo di alcali nel processo CCE non è molto. Il contenuto di cellulosa della polpa trattata con CCE può raggiungere il 98% e oltre.

L’estrazione caustica a caldo (HCE) utilizza temperature più elevate e concentrazioni più basse di alcali. L’HCE viene effettuato a 95-135°C e allo 0,4% -1,5% di idrossido di sodio. Le fibre non si gonfiano sufficientemente a causa della bassa concentrazione di alcali, quindi l’emicellulosa nella parete profonda delle fibre non può essere rimossa più completamente, ma le reazioni chimiche della degradazione dei carboidrati e ulteriori ossidazioni avvengono alle alte temperature, il che presenta diversi svantaggi come rese più basse, viscosità della polpa più basse e consumo aggiuntivo di sostanze chimiche. È più difficile produrre polpe di dissoluzione ad alta purezza (contenuto di α-cellulosa del 96% o superiore) con HCE.

In contrasto con l’estrazione alcalina, l’estrazione acida (A) consente la dissoluzione di una frazione di emicellulosi resistenti agli alcali. L’estrazione acida viene effettuata a pH da 2,5 a 3,5 e 95-150°C per 1-2, 5 h.Le emicellulose resistenti alle alcaline vengono rimosse facilmente in queste condizioni e quindi sono adatte per il trattamento di polpe PHK. Sia le emicellulosi che i cationi metallici vengono rimossi. Le emicellulosi nella polpa sono diminuite dal 16,27% all ‘ 11,08%, che rappresentava un 31.diminuzione del 9% con trattamento acido di una polpa kraft di legno dolce delignificata con ossigeno a pH 3 e 150°C per 2 h.

Le fibre di polpa possono essere frazionate in base alle loro dimensioni. Il trattamento di frazionamento è stato utilizzato nel tradizionale processo di produzione della polpa allo scopo di migliorare la luminosità della polpa sbiancata e le proprietà di resistenza meccanica. Il frazionamento della fibra è stato utilizzato per migliorare la purezza delle polpe di dissoluzione. Frazionando una polpa di solfito di conifere, la frazione di fibra lunga trattenuta su uno schermo a 30 maglie aveva livelli inferiori di emicellulosa (9.59%) rispetto alla frazione a fibra corta che passava attraverso uno schermo a 30 maglie (11,65%). Il contenuto di α-cellulosa della frazione a fibra lunga era di circa il 2,5% superiore a quello della frazione a fibra corta (91,08% contro 88,53%). Gli effetti del frazionamento sulla polpa di dissoluzione del bambù hanno mostrato che la purezza della cellulosa può essere migliorata rimuovendo le multe. Man mano che venivano rimosse più multe, la purezza della polpa di dissoluzione risultante era più alta. Per una polpa di bambù sbiancata con la rimozione del 14,7% (p/p) della polpa originale, il contenuto di α-cellulosa è aumentato dal 94,7% al 96,2%, il contenuto di lignina è diminuito dallo 0,86% allo 0.63% e il contenuto di ceneri è diminuito dallo 0,89% allo 0,41%.

Il trattamento con enzimi cellulasi ed emicellulasi può essere utilizzato per modificare la dissoluzione delle polpe, migliorando le proprietà della polpa come purezza, viscosità e reattività. La cellulasi agisce sulla cellulosa amorfa, che si trova sulla superficie della fibra e tra le microfibrille. Questo trattamento enzimatico aumenta il gonfiore e l’accessibilità della fibra cellulosica, che aumenta la sua reattività alla derivatizzazione. Il trattamento di una polpa di dissoluzione del legno duro PHK con cellulasi ha aperto la struttura e aumentato la porosità delle fibre, che ha migliorato l’accessibilità e la reattività della polpa trattata. Il volume dei pori delle fibre è aumentato da 4,79 a 6,74 µm3 / g e la reattività Fock è migliorata dal 47,67% al 66,02%. Rispetto alle cellulasi, le emicellulasi (ad esempio mannanasi e xilanasi) sono utilizzate principalmente per la purificazione della polpa.

Sono stati utilizzati alcuni metodi meccanici—raffinazione, fresatura e triturazione—che aprono la struttura della parete della fibra e migliorano la penetrazione della sostanza chimica nella fibra. Questi cambiamenti positivi nelle morfologie delle fibre aumentano significativamente la reattività delle fibre cellulosiche. Alcuni trattamenti meccanici possono essere facilmente commercializzati. La raffinazione meccanica di una polpa PHK di legno duro ha comportato un aumento della superficie, della dimensione dei pori e del volume; questi cambiamenti hanno aumentato la reattività Fock della polpa risultante. La raffinazione di un campione di pasta di legno duro PHK con 25.000 giri in un raffinatore PFI ha aumentato la superficie specifica da 0,98 a 1,20 m2/g, ha ridotto il rapporto cristallino da 1,27 a 1,17 e ha aumentato la reattività Fock da 49,27% a 58,32%.

Complessi metallici come nitren e cuen sono stati applicati nella conversione della pasta di carta in pasta di dissoluzione. Il nitrene, una soluzione fortemente alcalina costituita da tris (2-amminoetil) – ammina e nichel (II)-idrossido in un rapporto molare di 1:1, è efficace nell’estrazione di emicellulosa da polpe cartacee. Può sciogliere sia lo xilano che la cellulosa mediante il legame coordinativo dei gruppi idrossilici nelle posizioni C2 e C3 degli zuccheri anidro. La complessazione dello xilano è più favorita della cellulosa, poiché lo xilano può essere solubilizzato a concentrazioni di nitrene inferiori. Il nitren è, tuttavia, inefficace contro le polpe del legno dolce che sono ricche in glucomannano. Il Cuen (complesso di etilendiammina di rame) è noto come solvente di cellulosa e può anche essere utilizzato per la purificazione delle polpe di dissoluzione. Ma cuen è meno selettivo nella rimozione dello xilano perché scioglie anche parte della cellulosa, che influisce sulla purezza della polpa desiderata.

Il legame di idrogeno nelle polpe di dissoluzione impedisce la penetrazione e la diffusione di sostanze chimiche nella fibra interna, che è importante per la derivatizzazione della cellulosa delle polpe di dissoluzione. Ci sono anche pochi altri metodi oltre ai metodi di cui sopra che migliorano la purezza e / o la reattività della cellulosa nella dissoluzione delle polpe. Questi metodi includono il trattamento con solvente liquido ionico, il trattamento a microonde e il trattamento con radiazioni elettroniche. Ma questi trattamenti non sono ancora stati messi in uso commerciale. Recenti ricerche hanno dimostrato che nuovi metodi di trattamento, come l’estrazione caustica modificata, l’estrazione acida, il trattamento meccanico e il trattamento enzimatico, sono molto efficaci nel migliorare la qualità delle paste di dissoluzione.

L’uso di specie legnose e non legnose non tradizionali a crescita rapida per la produzione di pasta di dissoluzione è aumentato significativamente negli ultimi anni. Trema orientalis è stato utilizzato per la produzione di pasta di dissoluzione a base di PHK. Sono stati utilizzati anche bastoncini di iuta e gambi di mais. Le polpe di carta non legnose di lino, canapa e sisal sono state aggiornate alla polpa di dissoluzione, utilizzando trattamenti con enzimi e alcali per la rimozione selettiva dell’emicellulosa. A causa delle basse concentrazioni di emicellulosa e di altri prodotti organici (acidi acetici, furfurali e lignina) nel PHL, il loro recupero e utilizzo sono risultati impegnativi. Il trattamento Laccase è stato utilizzato per migliorare la filtrabilità della membrana durante la nanofiltrazione del PHL per il recupero del prodotto. La ricerca e lo sviluppo recenti inoltre si sono concentrati sul miglioramento delle proprietà dissolventi della polpa.

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