Podchloryn sodu jako środek wybielający w przemyśle papierniczym

Papier i przemysł papierniczy odgrywa ważną rolę w erze cyfrowej. Rocznie na świecie produkuje się ponad 400 milionów ton papieru i tektury. Przeciętny mieszkaniec Ziemi zużywa około 50 kg papieru rocznie. Najczęściej produkowanym rodzajem jest papier opakowaniowy i karton, które w ostatnich latach są coraz bardziej poszukiwane ze względu na boom na zakupy online. Produkcja masy celulozowej i papieru jest łańcuchem złożonych procesów chemicznych obejmujących niebezpieczne chemikalia. Jednym z nich jest podchloryn sodu. Inne, bardziej ekologiczne alternatywy, doprowadziły do spadku jego stosowania, ale nadal jego duże ilości są wykorzystywane do produkcji papieru, a także usuwania atramentu w procesach recyklingu makulatury.

Przemysł papierniczy

Przemysł papierniczy nieustannie się rozwija i bez wątpienia staje przed zupełnie odmiennymi wyzwaniami niż chociażby 30 lat temu. Przemysł papierniczy i leśny, jako całość rozwija się jednak znacznie wolniej niż poprzednio, ponieważ inne produkty wypełniają lukę, jaką pozostawił kurczący się rynek papieru graficznego. Zapotrzebowanie na opakowania rośnie na całym świecie, podobnie jak na papiery higieniczne i pulpe do produktów higienicznych.

Dwoma największymi producentami papieru na świecie są Chiny i Stany Zjednoczone. Chiny to prawdziwy potentat. Z roku na rok udział chińskiej produkcji na globalnym rynku jest coraz wyraźniejszy. Wzrost produkcji w tej branży  w ostatnich latach odnotowano także w Japonii, Brazylii i Rosji.  Tendencje spadkową mają natomiast Indie, Korea Południowa czy Kanada. W Polsce produkcja skupiona jest głównie w Kostrzynie, Kwidzynie czy Świeciu. Rynek krajowy jest uznawany za silnie zmonopolizowany. Główni producenci wytwarzają nawet do 6000 ton papieru rocznie. Panujące tendencje podobne są do tych na rynku międzynarodowym. W ostatnich latach odnotowano aż 6% wzrost udziału papieru opakowaniowego w ogólnej produkcji, w porównaniu z latami ubiegłymi.

Ponieważ papier można zaklasyfikować jako surowiec odnawialny, odzysk w przemyśle papierniczym ma kluczowe znaczenie. Papier i tektura stanowią prawie 20% globalnych odpadów komunalnych, ale mają również jeden z najwyższych wskaźników recyklingu wszystkich odpadów. W krajach Unii Europejskiej około 70% makulatury jest odzyskiwane. Polska wypada niestety dużo słabiej – w naszym kraju odzyskiwane jest średnio 42% makulatury. Nie ulega wątpliwości, że w dzisiejszym świecie, selektywna zbiórka makulatury jest absolutną koniecznością. Recykling pozwala oszczędzać energię, redukować zanieczyszczenia wód i powietrza, a także chronić miliardy drzew przed wycinką.

Wybielanie masy celulozowej w procesie produkcji papieru

Jak się produkuje papier? Sama technologia wbrew pozorom jest bardzo skomplikowana i wymaga dużej wiedzy oraz fachowości. Papier produkuje się z odpowiednio przygotowanej pulpy powstałej z włókien roślinnych rozpuszczonych w wodzie. Takie przygotowanie pulpy często odbywa się metodami chemicznymi i wykorzystuje się do tego celu ług (stężony roztwór wodny wodorotlenku sodu) lub sodę kaustyczną. W przemyśle popularny jest tzw. proces Krafta, który ma na celu usunięcie ligniny spajającej włókna. Kolejnym etapem obróbki masy włóknistej jest flotacja i bielenie.

Bielenie polega na zastosowaniu odpowiednich chemikaliów w celu podwyższenia białości masy. Proces ten jest stosowany gdy od produktu końcowego wymaga się wysokiej czystości i odporności na żółknięcie. Do tego celu często wykorzystywany jest podchloryn sodu. Innym jego zastosowaniem w przemyśle celulozowo-papierniczym jest także produkcja karbometylocelulozy (CMC) z trocin.

Właściwości wybielające podchlorynu sodu

Istnieją dwa rodzaje podchlorynowych środków wybielających stosowanych w przemyśle celulozowo-papierniczym: podchloryn sodu i podchloryn wapnia. Jednak pierwszy z wymienionych jest zdecydowanie częściej wybierany. Ogólnie rzecz biorąc, etap ten następuje po chlorowaniu i ekstrakcji alkalicznej. Może to być proces jednoetapowy lub wieloetapowy. Metoda wybielania podchlorynem sodu jest jedną z najstarszych metod wybielania. Ten wybielacz utlenia kilka chromoforowych grup ligniny i dzięki temu odbarwia. Ponadto rozpuszcza naturalne barwniki i inne zanieczyszczenia. Należy pamiętać, że nie jest to selektywny typ wybielacza. Atakuje nie tylko ligninę, ale także celulozę, zwłaszcza jeśli reakcja nie jest odpowiednio kontrolowana.

Wydajność wybielania podchlorynem sodu zależy od takich czynników jak:

• pH – najlepiej utrzymywać pH w początkowej fazie między 9 a 11. W trakcie procesu pH się obniża w wyniku powstawania kwasu organicznego oraz dwutlenku węgla i jego wartość zwykle nie przekracza 7. Obniżenie pH powoduje rozpad włókien celulozy. Może zwiększyć również zużycie wybielacza. Z drugiej strony utrzymywanie na początku wysokiego pH może poważnie wpłynąć na początkową szybkość reakcji;
• czas procesu – ważny czynnik bielenia podchlorynem sodu. Idealne warunki dla tego etapu to 1-4 godzin. Krótszy czas wpływa na efekt wybielający. gdy jest on zbyt długi, włókno może się rozkładać. Zbyt długie bielenie zawsze ma negatywne skutki;
• temperatura – zużycie wybielaczy wzrasta jeśli nie kontroluje się odpowiednio temperatury. Wysoka temperatura rozkłada włókna celulozowe, ale przyspiesza reakcję i zmniejsza zużycie. Optymalna temperatura zależy od kilku czynników, takich jak konsystencja miazgi, pH i stosunek bielenia;

charakter miazgi – jest on również istotnie odpowiedzialny za zdolność wybielania podchlorynem sodu. Zrębki drewna miękkiego są stosunkowo trudne do wybielania w porównaniu z drewnem twardym. Kolejny aspekt to świeżość paliwa, im świeższe, tym jest łatwiejsze do wybielenia.

Inne środki wybielające

Podchloryn sodu jest często wybieranym składnikiem wybielającym. Stosowane są też inne środki chemiczne:

• ług sodowy (stężony roztwór wodny wodorotlenku sodu),
• kwas chlorooctowy,
• tlen,
• dwutlenek chloru,
• nadtlenek wodoru.

Różne substancje chemiczne stosowane w procesie wybielania pulpy mają swoje zalety i wady. Na przykład tlen jest tani, ale musi być używany w dużych ilościach i przy użyciu drogiego sprzętu. Dwutlenek chloru zapewnia wysoką jasność bez uszkadzania masy celulozowej, ale musi być produkowany na miejscu w zakładzie celulozowo-papierniczym. Nadtlenek wodoru jest bardzo łatwy w użyciu, ale dość drogi. Jest to związek wyjątkowy i może być stosowany jako środek chemiczny konserwujący ligninę lub rozkładający ligninę, w zależności od warunków procesu.

Podchloryn sodu w ofercie Grupy PCC

Grupa PCC posiada szeroką gamę substancji niezbędnych w przemyśle celulozowo-papierniczym, takich jak alkalia, środki do usuwania piany, środki dyspergujące, antyelektrostatyki czy środki zmiękczające. Jednym z nich jest podchloryn sodu GREENLINE o numerze CAS 7681-52-9. Znany jest również pod nazwą chloran (I) sodu lub sól sodowa kwasu podchlorawego. Produkt jest dostępny wyłącznie w postaci płynnej.

Podchloryn sodu jest przedstawicielem nieorganicznych związków chemicznych. Powstaje w procesie nasycenia chlorem wodnego roztworu wodorotlenku sodu. W stanie swobodnym związek ten jest niestabilny, ma lekko żółty kolor, przez niektórych określany jako słomkowy. Jego charakterystyczną cechą jest ostry zapach chloru. Oprócz właściwości utleniających, działa bakteriobójczo i antyseptycznie. Ma wysoką zawartość aktywnego chloru, na poziomie min. 150 g/l.  Energia wykorzystywana w technologii produkcji pochodzi ze źródeł odnawialnych, dzięki czemu redukowany jest ślad węglowy.

Podchloryn sodu oprócz zastosowania w przemyśle papierniczym ma również wiele innych, nie mniej istotnych funkcji. Przykłady wykorzystania podchlorynu sodu produkowanego przez Grupę PCC:

• w medycynie, jako środek bakteriobójczy i przeciwwirusowy,
• preparat do dezynfekcji wody basenowej,
• środek do rozpuszczania osadów sanitarno-technicznych,
• w stomatologii jako substancja antyseptyczna,
• do produkcji skrobi spożywczej zmodyfikowanej w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

Zachęcamy do zapoznania się z ofertą Podchlorynu sodu od Grupy PCC dostępną na Portalu Produktowym.