Главная | Обратная связь

Тема: ВИЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ ТЕХНІЧНОЇ ЦЕЛЮЛОЗИ

Мета роботи: Ознайомлення із методами визначення лігнину в технічній целюлози

 

Яким би чином не була одержана целюлоза, в стінках її клітин завжди залишається певна кількість лігнину, більша чи менша в залежності від способу варки, режиму, вихідної сировини і т.п. ( 2 - 8% ).

В залежності від вмісту лігнину целюлоза по різному веде себе при подальшій переробці. Лігнин впливає на здатність целюлози до гідролізу, гідратації, негативно позначається на швидкості розмолу волокна, а отже, і на фізичних властивостях паперу, отриманого з цієї целюлози. Тому вміст остаточного лігнину - це один із найважливіших показників якості технічних целюлоз. Він визначає жорсткість целюлози.

Жорсткість целюлози характеризує ступінь її проварки, тобто ступінь видалення лігніну, а також здатність целюлози до відбілювання. По жорсткості не біленої целюлози судять також про необхідну затрату активного хлору на відбілювання цієї целюлози.

Швидке визначення жорсткості целюлози являється ефективним методом контролю варочного процесу і процесу відбілювання при якому відбувається подальше видалення лігніну із целюлози.

На данний час розроблено багато методів визначення жорсткості целюлози (Зібера, Енсо, ТАРРІ, Б'єркмана, Каппа), які широко ввійшли в практику контролю, хоча будь-який із них не вільний від недоліків. Внаслідок того, що нема найбільш довершеного методу визначення ступеню проварки ,посуті, кожна країна мала свій стандартний метод визначення жорсткості. Це призводило до путанини при порівнянні даних різних досліджень. Міжнародним комітетом аналізу целюлози (ІССА ) був розроблений і прийнятий в якості стандартного універсального методу визначення ступені проварки -метод «числа Каппа».

В нашій країні найбільшого розповсюдження набули метод Б'єркмана та числа Каппа. Обидва методи являються перманганатними і основані на короткочасному, при певних умовах, впливі перманганату калію на лігнин технічної целюлози.

 

Визначення жорсткості по методу Б'єркмана

Жорсткість целюлози цим методом визначається перманганатним числом або градусами Б'єркмана.

Перманганатним числом прийнято називати кількість мілілітрів 0,02 н розчину КМпО₄ яке пішло на окиснення лігнину, який знаходиться в 2 г абсолютно-сухої целюлози протягом 30 сек при кімнатній температурі (20±2°С). Спосіб годиться для целюлоз, які містять порівняно невелику кількість лігнину.

Із підготовленої проби целюлози відбирають з точністю до 0,01 г наважку целюлози, яка містить точно 2,0 г абсолютно сухого волокна.

В склянку ємністю 750-800 мл вносять наважку целюлози і заливають 100 мл дистильованої води. Склянку підставляють під мішалку з 1000±50 об/хв. і мішають протягом 2 хвилин до зникнення шматків. Потім швидко приливають раніше відміряні в один стакан 30 мл 0,1 н КМпО₄ і 5 мл 1н Н₂SО₄, одночасно вмикають секундомір. Стакан обполіскують 20 мл води і зливають в реакційну суміш з целюлозою.

По закінченні 30 секунд реакцію окиснення лігнину зупиняють швидким приливанням 100 мл 0,02 н розчину солі закису заліза і аммонія ( солі Мора ) FеSО₄ • (NН₄)₂SО₄ • 6Н₂О.

Стакан обполіскують 40 мл води, добавляють її в реакційний стакан і мішають ще 10-15 секунд.

Перманганат, який не прореагував з лігнином окислює закисну сіль заліза в окисну:

2КМпО₄ + 10FеSО₄ 8Н₂SО₄ = К₂SО₄ + 5Fе₂(SО₄)₃ 8Н₂О.

Потім вміст склянки з волокном переносять на воронку зі скляним фільтром і фільтрують в суху колбу Бунзена за допомогою водосруменого насосу. Відбирають піпеткою 100 мл фільтрату і відтитровують надлишок солі Мора 0,02 н розчином КМпО₄,до першої появи рожевого забарвлення. Розрахунок проводять наступним чином:

Взято для окиснення лігнину 30 мл 0,1 н КМпО₄, внесено води на сепарування целюлози 100мл і на обполіскування перманганату 20 мл. Загальний об'єм розчину перманганату калію з прийняттям до уваги розбавлення водою:

30 + 100 + 20 = 150 мл

Концентрація перманганату в момент окислення лігнину 0,02 н

30 х 0,1/150 = 0,02

Загальний об'єм розчину після завершення реакції окислення дією солі Мора і ополіскуванні її залишків водою склав:

150 мл - 0,02 н КМпО₄

5мл - 1н Н₂5О₄

100 мл - 0,02 н Fе5О₄

40 мл - вода на ополіскування солі Мора

5 мл - волога в зразку целюлози ^х/

^х/ кількість води в наважці целюлози може бути різним, в залежності від її вологовмісту. Тому її потрібно враховувати при розрахунку кількості води, яку використовують для обполіскування стакана з під розчину солі Мора.

Кількість води для обполіскування солі Мора визначається по різниці: 45 - а, де а -кількість вологи на наважку целюлози.

Перманганатне число (П) вираховують за формулою:

П= 150-(100-ЗV),

де: V - кількість мл 0,02 і розчину КМпО₄ , яка пішла на зворотнє титрування.

Якщо, використовувані розчини мають поправки до нормальності, то це потрібно враховувати і розрахунок проводити за формулою:

П = ( 30 • К₁ + 120) - (100 • К₂ - З V • К₃),

де: К₁ - коефіцієнт до 0,1 н розчину КМпО₄;

К₂- коефіцієнт до 0,02 н розчину FеSО₄;

Кз - коефіцієнт до 0,02 н розчину КМпО₄.

При аналізі м'якої целюлози витрати перманганату незначні і на відновлення його надлишку береться 120-150 мл розчину солі Мора. Тому для м'якої целюлози формула повинна бути зміненою. Наприклад, при використанні 150 мл солі Мора:

П = 150 -(150- 3,5 V)

Проводять два паралельних визначення. За результат приймається середнє значення. Різниця між паралельними визначеннями не повинна перевищувати трьох одиниць.

Примітка. Розчини марганцевокислого калію і солі Мора відміряють бюретками, а воду мірним циліндром на 100 мл.

 

Визначення жорсткості по Каппа

Ступінь делігнифікаци целюлози або напівцелюлози по Каппа характеризується кількістю мл 0,1 н розчину КМпО₄, яка пішла на окиснення лігнину, який міститься в 1 г

абсолютно-сухого волокна протягом 10 хв при температурі 25°С і витраті перманганату десь 50% від заданого.

Цей спосіб являється найбільш точним і швидким методом визначення лігнину, так як між числом Каппа і вмістом лігнину(в рамках 2 - 22 %) існує прямолінійна залежність.

В теперішній час жорсткість целюлози по Каппа являється міжнародним стандартним методом.

Перше визначення числа Каппа проводять з метою знаходження необхідної наважки целюлози для аналізу, при якому витрачається 30-70% перманганату від заданого. Чим жорсткіше целюлоза, тим менше повинна бути наважка. При відомому значенні вмісту лігніну наважку можна визначити з таблиці 4.

Підготовлену наважку целюлози, взяту з точністю до 0,0001 г, поміщають в посудину ємністю 1 л, заливають відміряну циліндром 350 мл дистильованої води і мішають мішалкою до відсутності комків. Потім, не припиняючи перемішування, приливають

50 мл 0,1 н розчину КМnО₄ і 50 мл 4 н розчину Н₂SО₄ попередньо відміряні в стакан ємністю 250 мл. Залишки суміші в стакані змивають 500 мл води, яку також додають в реакційний стакан. Загальний об'єм рідини повинен складати 500 мл.

Через 5 хв від початку реакції заміряють температуру реакційної суміші, яку приймають за середню. Середня температура повинна знаходитися в рамках 20 - 30°С.

По проходженні 10 хв від початку реакції в реакційний стакан швидко вносять 10 мл

1 М розчину КІ і закінчують реакцію окиснення лігнину за рахунок відновлення перманганату йодистим калієм по реакції:

2КМnО₄ + 10КІ + 8Н₂SО₄ = 5І₂+ К₂SО₄ + 2МnSО₄ + 8Н₂О

НЕ перестаючи перемішувати, вільний йод, який виділився, відтитровують 0,2 н розчином Na₂S₂О₃ в присутності в якості індикатору 0,4 % -ого розчину крохмалю. На початку титрування проводять до солом'яного кольору без індикатора.

І₂ - 2 Na₂S₂О₃ = 2 Na І + Na ₂ S ₄О_б

Паралельно проводять одне холосте визначення (без целюлози).

При випробовуванні напівцелюлози (всі інші умови незмінні) беруть 100 мл марганцевокислого калію, 100 мл сірчаної кислоти і 20 мл йодистого калію. Загальний об'єм рідини повинен складати 1000 мл.

Ступінь делігнифікації вираховується з формули:

К=-~ [1+0,013(25-1)]

де:

V кількість мл ОД н розчину КМпО₄, яку втягує в себе наважка целюлози і розраховане з формули:

 

Р- наважка целюлози, г;

Ксух- коефіцієнт сухості целюлози;

І - середня температура при реакції;

сі- коефіцієнт для перерахунка на 50 % витрату перманганату, який залежить від V і

визначається з таблиці 5;

V] - кількість розчину сіркуватокислого натрію, яка тратиться на титрування холостої

проби, мл;

И2 - те ж саме, при титруванні з наважкою целюлози, мл;

Н - нормальність розчину сіркуватокислого натрію.

При підрахункі результатів випробувань напівцелюлози сі знаходять також за таблицею № 4, але в цьому випадку V ділять на 2. Наприклад, V - 54 мл, - =27. Коефіцієнт сі

в цьому випадку буде дорівнює 1,009.

Проводять два паралельних визначення і за результат приймають середнє арифметичне. Результат знаходять з точністю до 0,1, якщо ступінь делігнифікації менше 100,і з - доі, якщо більше 100.

Різниця між паралельними визначеннями повинна бути не більше 0,5 одиниць.

При вмісті лігнину в межах 2 -16 % між числом Каппа і вмістом лігнину існує прямолінійна залежність. Тому, знаючи число Каппа, можна легко визначити кількість лігнину у волокнистому напівфабрикаті за наступними рівняннями:

для сульфітної целюлози - Л = К • 0,17 %;

для сульфатної целюлози - Л = К • 0,15 %;

для напівцелюлози - Л = К • 0,16 %.

Між числом Каппа і жоркістю Б'єркмана існує наступна залежність :

К = 0,17 Х2 +2,37 Х +9,77;

Х = П-50 10

 

 

Таблиця 4

Наважка абсолютно-сухої целюлози для визначення числа Каппа при відомому

вмісту лігнину

 

Всмоктування Перманганату, мл	Лігнин, %
30 50 70				2,35 4,10 6,20	1,55 2,67 4,1	1Д5 2,00 3,05	0,92 1,60 2,45	0,76 1,34 2,00	0,65 1Д4 1,73	0,57 0,99 1.50	0,50 0,88 1,35
30 50 70		0,45 0,79 1,2	0,41 0,71 1,09	0,37 0,65 0,99	0,35 0,6 0,92	0,32 0,56 0,85	0,3 0,52 0,79	0,28 0,49 0,74	0,26 0,46 0,70	0,25 0,43 0,66	0,24 0,41 0,62
30 50 70		0,22 0,39 0,59	0,21 0,37 0,56	0,2 0,35 0,53

 

 

Таблиця 5

			Значення поправочного	коефіцієнту сі
V		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5
	0,958	0,960	0,962	0,964
	0,979	0,981	0,983	0,985
	1,000	1,002	1,004	1,006
	1,022	1,024	1,026	1,
	1,044