Анализ состояния смолы при обессмоливании сульфатной лиственной целлюлозы

УДК

676.085.2

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.4.168

Аннотация

Липкие включения, присутствующие на целлюлозном волокне, подчас создают серьезные препятствия, называемые «смоляными затруднениями». В настоящее время не существует универсального и действенного метода для их устранения. Предлагаемый способ обработки целлюлозы синергетическими смесями поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ферментов позволит сочетать в себе как традиционные, так и прогрессивные технологии обессмоливания. Для оценки качества работы таких композиций в работе проанализировано влияние самих смесей и их индивидуальных компонентов на состояние смолы в сульфатной небеленой лиственной целлюлозе. Выбор объекта исследования обусловлен тем, что проблемы со смолой особо остро проявляются именно при производстве данного волокнистого полуфабриката. Общая смолистость целлюлозы была определена экстракционно-гравиметрическим методом. Состояние смолы (коагулированная, капсулированная или диспергированная) оценивалось методом микроскопии. Установлено, что обессмоливающее действие неионогенных ПАВ взаимно активируется при их совместном присутствии. Однако при действии смеси неионогенного ПАВ и фермента липазы наблюдается небольшое снижение общей смолистости. Установлено, что независимо от природы веществ все реагенты проявили хорошие диспергирующие свойства. Показано снижение содержания коагулированной смолы средних размеров при одновременном росте количества диспергированной смолы и при практически полном отсутствии крупных смоляных агломератов, что наиболее важно для обессмоливания. Тенденция изменения состояния смолы при действии синергетической смеси неионогенных ПАВ, вероятно, обусловлена диффузионно-солюбилизационным механизмом обессмоливания. Анализ обессмоливающего действия выбранных реагентов и их смесей показал, что имеющиеся исследования по проблеме снижения смолистости целлюлозы смесями ферментов и ПАВ не дают исчерпывающей оценки и необходимо детальное исследование многофакторного процесса обессмоливания.

*Статья опубликована в рамках реализации программы развития научных журналов в 2019 г.

Сведения об авторах

Р.А. Смит, аспирант; ResearcherID: O-2661-2019, ORCID: 0000-0002-9665-4636
Е.Ю. Демьянцева, канд. хим. наук, доц.; ResearcherID: P-5165-2019, ORCID: 0000-0001-9570-1827
О.С. Андранович, аспирант; ResearcherID: P-5570-2019, ORCID: 0000-0002-7947-7068
Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, ул. Ивана Черных, д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 198095; e-mail: zz1234567@yandex.ru, demyantseva@mail.ru, ilonichka3377@mail.ru

Ключевые слова

обессмоливание, частицы смолы, синергетические смеси, микроскопия, экстракция

Для цитирования

Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С. Анализ состояния смолы при обессмоливании сульфатной лиственной целлюлозы // Лесн. журн. 2019. № 4. С. 168–178. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.168

Литература

1. Абрамзон А.А., Бочаров В.В., Гаевой Г.М. Поверхностно-активные вещества: cправ. Л.: Химия, 1979. 376 с.
2. Болотова К.С., Новожилов Е.В. Применение ферментных технологий для повышения экологической безопасности целлюлозно-бумажного производства // Химия растительного сырья. 2015. № 3. С. 5–23. DOI: 10.14258/jcprm.201503575
3. ГОСТ 14940–75. Целлюлоза сульфатная беленая из лиственной древесины (осиновая). Технические условия. М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986.
4. ГОСТ 6841–77. Целлюлоза. Метод определения смол и жиров. М.: ИПК Издательство стандартов, 1998.
5. Ковалева И.Н., Шпензер Н.П., Талмуд С.Л. Пути рационального выбора смесей ПАВ для обессмоливающих добавок, применяемых в процессе сульфитной варки целлюлозы // Журнал прикладной химии. 1983. № 9. С. 2131–2135.
6. Ковтун Т.Н., Хакимов Р.Р. Использование обессмоливающих веществ при варке лиственной сульфатной целлюлозы // Химия растительного сырья. 2009. № 1. С. 37–41.
7. Лысогорская Н.П. Научные основы обессмоливания целлюлозы поверхностно-активными веществами: дис. ... д-ра хим. наук: 05.21.03. СПб., 1993. 417 с.
6. Печурина Т.Б., Миловидова Л.А., Комарова Г.В., Комаров В.И. Влияние добавок диспергантов на изменение состояния смолы и содержание экстрактивных веществ в лиственной сульфатной целлюлозе // Лесн. журн. 2003. № 2–3. С. 68–75. (Изв. высш. учеб. заведений).
9. Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона: информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. М.: Бюро НДТ, 2015. 479 с.
10. Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С. Влияние липазы на мицеллообразующую и солюбилизирующую способность неионогенных поверхностно-активных веществ // Химия и хим. технология. 2018. Т. 61, вып. 6. С. 54–60. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.6060/tcct.20186106.5696
11. Buchert J., Mustranta A., Holmbom B. Enzymatic Control of Dissolved and Colloidal Substances During Mechanical Pulping. Biotechnology in Pulp and Paper Industry, 8th ICBPPI / Ed. L. Viikari, R. Lantto. 2002. Pp. 271–280.
12. Choi J.M., Han S.S., Kim H.S. Industrial Applications of Enzyme Biocatalysis: Current Status and Future Aspects. Biotechnol Adv., 2015, Nov. 15; 33(7):1443–54. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2015.02.014
13. Delorme V., Dhouib R., Canaan S. Fotiadu F., Carrière F. Cavalier J. Effects of Surfactants on Lipase Structure, Activity, and Inhibition. Pharm Res., 2011, 28: 1831. DOI: 10.1007/s11095-010-0362-9
14. Gutiérrez A., del Río J.C., Martínez M.J., Martínez A.T. The Biotechnological Control of Pitch in Paper Pulp Manufacturing. Trends in Biotechnology, 2001, vol.19, no. 9, pp. 340–348.
15. Helisto P., Korpela T. Effects of Detergents on Activity of Microbial Lipases as Measured by the Nitrophenylalkanoate Esters Method. Enzyme And Microbial Technology, 1998, 23:113–117. DOI: 10.1016/S0141-0229(98)00024-6
16. Holmberg K. Interactions Between Surfactants and Hydrolytic Enzymes, Colloids and Surfaces. Biointerfaces, vol. 168, 1 August 2018, pp. 169–177. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2017.12.002
17. Hubbe M.A., Rojas O.J., Venditti R.A. Control of Tacky Deposits on Paper Machines – a Review. Nordic Pulp Paper Res. J. 2006, vol. 21, no. 2, pp. 154-171. DOI: 10.3183/npprj-2006-21-02-p154-171
18. JeffriesT.W., Viikari L. Enzymes for Pulp and Paper Processing. Washington, DC.: American Chemical Society, 1996. 326 p.
19. Otzen D. Protein-surfactant Interactions: A Tale of Many States // Biochimica et Biophysica Acta 1814. 2011, pp. 562–591. DOI: 10.1016/j.bbapap.2011.03.003
20. Reis P., Holmberg K., Watzke H., Leser M.E., Miller R. Lipases at Interfaces: A Review. Advances in Colloid and Interface Science, 2009, no. 147–148. pp. 237–250. DOI:10.1016/j.cis.2008.06.001

Поступила 14.02.19

Ссылка на английскую версию:

Analysis of the Resin Forms in the Process of the Short Fiber Sulphate Cellulose Deresination

UDC 676.085.2
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.168

Analysis of the Resin Forms in the Process of the Short Fiber Sulphate Cellulose Deresination*

R.A. Smith, Postgraduate student; ResearcherID: O-2661-2019, ORCID: 0000-0002-9665-4636
E.Yu. Demyantseva, Candidate of Chemistry, Assoc. Prof.; ResearcherID: P-5165-2019, ORCID: 0000-0001-9570-1827
O.S. Andranovich, Postgraduate student; ResearcherID: P-5570-2019, ORCID: 0000-0002-7947-7068
Saint-Petersburg State University of Industrial Technology and Design, 4 Ivana Chernykh St., Saint-Petersburg,198095, Russian Federation; e-mail: zz1234567@yandex.ru, demyantseva@mail.ru, ilonichka3377@mail.ru

Sticky inclusions in fiber often create a serious obstruction called as «pitch troubles». At the present time there is no universal and effective method for their elimination. The proposed approach of cellulose treatment with synergistic mixtures of surfactants and enzymes will allow combining both traditional and progressive deresination technologies. The influence of the mixtures of deresination agents and their individual components on the resin forms in the sulphate non-bleached short fiber (leaf) pulp was analyzed to assess the functional efficiency of these compositions. The target of research choice is due to the fact that pitch troubles particularly occur in the manufacturing of sulphate short fiber pulp. The total resin content of the cellulose was determined by the extraction-gravimetric method. The resin forms (coagulated, encapsulated or dispersed) were evaluated by microscopy. It has been established that the deresination action of nonionic surfactantsis mutually activated in the joint presents. However, a small reduction of total resin content is observed under the deresination action of a mixture of nonionic surfactant and lipase. At the same time, all reagents showed good dispersing properties regardless of their nature. A decrease in the coagulated resin content of medium size with a simultaneous increase in the dispersed resin amount and with the almost complete absence of large resin agglomerates was shown to be most important for deresination. The trend of resin forms under the effect of synergistic mixture of nonionic surfactants is probably due to the diffusion-solubilization mechanism of the deresination action. Analysis of the deresination action of selected reagents and their mixtures has shown that the existing studies on problem of reducing cellulose pitch content with mixtures of surfactants and enzymesdoes do not give an overarching assessment, so a detailed study of the multifactor deresination process is needed.
For citation: Smith R.A., Demyantseva E.Yu., Andranovich O.S. Analysis of resin forms in the process of sulphate hardwood cellulose deresination. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 4, pp.168–178. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.168
Keywords: deresination, pitch particles, synergistic mixtures, microscopy, extraction.

*The article was published in the framework of implementation the development program of scientific journals in 2019.

REFERENCES

1. Abramzon A.A., Bocharov V.V., Gaevoi G.M. Superficially Active Substances: Handbook. Leningrad, Khimiya Publ.. 1979. 376 p.
2. Bolotova K.S., Novozhilov E.V. The Use of Enzyme Technologies for The Environmental Safety Improvment of Pulp and Paper Manufacturing. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya, 2015, no. 3. pp. 5–23. DOI: 10.14258/jcprm.201503575
3. GOST 14940–75. Bleached sulphate short fiber cellulose (aspen). Specifications. Moscow, Standards Publ., 1986.
4. GOST 6841–77. Cellulose. Method for Determination of Pitch and Fats. Moscow, Standards Publ., 1998.
5. Kovaleva I.N., Shpenzer N.P., Talmud S.L. Ways of a Judicious Choice of Sufactant Mixtures for Deresination Agents Used in the Process of Sulfite Pulping. Journal of Applied chemistry, 1983, no. 9, pp. 2131–2135.
6. Kovtun T. N., Hakimov R.R. The use of deresination agents during cooking of short fiber sulphate pulp. Khimija rastitel’nogo syr’ja, 2009, no. 1. pp. 37–41.
7. Lysogorskaja N.P. Scientific Basis of Surfactant Deresination of the Cellulose: Doct. Chem. Sci. Diss. Saint-Petersburg, 1993. 417 p.
8. Pechurina T.B., Milovidova L.A., Komarova G.V., Komarov V.I. The Effect of Dispersant Additives on the Change In The Resin Condition and the Extractive Substances Content in Hardwood Sulphate Pulp. Lesnoy Zhurnal, 2003, no. 2–3, pp. 68–75.
9. Manufacturing of Pulp, Wood Pulp, Paper, Cardboard: Handbook. Moscow, NDT Bureau Publ., 2015, 479 p.
10. Smit R.A., Dem’janceva E. Ju., Andranovich O.S. Impact of Lipase on Micelle Formation and Solubilization Abilities of Non-Ionic Surfactants. Khimiya and Khimicheskiye Technologies, 2018, vol. 61, no. 6, pp. 54-60. DOI: 10.6060/tcct.20186106.5696
11. Buchert J., Mustranta A., Holmbom B. Enzymatic Control of Dissolved and Colloidal Substances During Mechanical Pulping. Biotechnology in Pulp and Paper Industry, 8th ICBPPI / Ed. L. Viikari, R. Lantto. 2002, pp. 271–280.
12. Choi J.M., Han S.S., Kim H.S. Industrial Applications of Enzyme Biocatalysis: Current Status and Future Aspects. Biotechnol Adv., 2015, Nov. 15; 33(7):1443-54. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2015.02.014
13. Delorme V., Dhouib R., Canaan S. Fotiadu F., Carrière F. Cavalier J. Effects of Surfactants on Lipase Structure, Activity, and Inhibition. Pharm Res., 2011, 28: 1831. DOI: 10.1007/s11095-010-0362-9
14. Gutiérrez A., del Río J.C., Martínez M.J., Martínez A.T. The Biotechnological Control of Pitch in Paper Pulp Manufacturing. Trends in Biotechnology, 2001, vol.19, no. 9, pp. 340–348.
15. Helisto P., Korpela T. Effects of Detergents on Activity of Microbial Lipases as Measured by the Nitrophenylalkanoate Esters Method. Enzyme And Microbial Technology, 1998, 23:113–117. DOI: 10.1016/S0141-0229(98)00024-6
16. Holmberg K. Interactions Between Surfactants and Hydrolytic Enzymes, Colloids and Surfaces. Biointerfaces, vol. 168, 1 August 2018, pp. 169–177. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2017.12.002
17. Hubbe M.A., Rojas O.J., Venditti R.A. Control of Tacky Deposits on Paper Machines – a Review. Nordic Pulp Paper Res. J. 2006, vol. 21, no. 2, pp. 154-171. DOI: 10.3183/npprj-2006-21-02-p154-171
18. JeffriesT.W., Viikari L. Enzymes for Pulp and Paper Processing. Washington, DC.: American Chemical Society, 1996. 326 p.
19. Otzen D. Protein-surfactant Interactions: A Tale of Many States // Biochimica et Biophysica Acta 1814. 2011, pp. 562–591. DOI: 10.1016/j.bbapap.2011.03.003
20. Reis P., Holmberg K., Watzke H., Leser M.E., Miller R. Lipases at Interfaces: A Review. Advances in Colloid and Interface Science, 2009, no. 147–148. Pp. 237–250. DOI:10.1016/j.cis.2008.06.001

Received on February 14, 2019