5. A KUTATÓMUNKA EREDMÉNYEINEK ÉRTÉKELÉSE
5.6. Az ojtási reakció függése az ipari cellulóz lignintartalmától
Az ipari cellulóz ojthatóságát befolyásolja a feltárás, illetve fehérítés során a rostanyagban maradt lignin mennyisége, amely a reakcióban inhibitorként viselkedik, mivel késlelteti az ojtás megindulásához szükséges makrogyökök kialakulását.
Korábbi vizsgálatok azt is megállapították, hogy az azonos feltárási eljárással készült fenyĘcellulózban és nyárfacellulózban maradt lignin nem azonos mértékben inhibeálja az ojtásos kopolimerizációt. A szulfátos nyárfacellulózban maradt lignin inhibeáló hatása erĘsebb, mint a fenyĘcellulózé, ami a két lignintípus eltérĘ kémiai szerkezetével magyarázható. A lombosfából elĘállított ligninben nagyobb mennyiségben találhatók rezinol, katechnin és flavon típusú szerkezeti egységek, melyek erĘsítik a lignin makromolekula inhibitor jellegét. E szerkezeti elemek és a ligninben található kettĘskötések a cellulóz-iniciátor rendszer egymásra hatásából kialakuló makrogyökök blokkolódását segíthetik elĘ.
Ennek következtében csökken a reakcióközeg aktív iniciáló gyökkoncentrációja és így csökken az ojtási reakció sebessége és az ojtott kopolimer hozama is. Ezzel kapcsolatos kutatási eredményeimet a 12. táblázat és a 13. ábra foglalja össze.
12. táblázat
Az ojtási reakció hozamának függése az ipari cellulóz lignintartalmától
Lignintartalom (%)
Az ojtási reakció mért hozamértékei (%)
A hozamértékek átlaga (%)
A 12. táblázat adataiból látható, hogy ha nagyobb a cellulóz lignintartalma, akkor jelentĘsen csökken az ojtott termék hozama. Megállapítottam, hogy 2 % lignintartalomnál
kevesebb lignint tartalmazó ipari cellulóz esetén vinil-acetát monomerrel kielégítĘ mértékĦ
Az ojtási reakció hozamának függése az ipari cellulóz lignintartalmától
A lignin inhibeáló hatásának vizsgálatához 12 % lignintartalmú fehérítetlen cellulózt ojtottam a 0-120 perces reakcióidĘ tartományban. Az eredményeket a 13. táblázat és a 14.
ábra tartalmazza.
13. táblázat
12 % lignintartalmú cellulóz ojtásának hozama a reakcióidĘ függvényében
ReakcióidĘ (min) Az ojtási reakció mért hozamértékei (%)
A hozamértékek átlaga (%)
A 14. ábrán látható, hogy ebben az esetben is indukciós periódussal indul az ojtási reakció, melynek idĘtartama az ábra alapján 70-80 perc között van.
20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40 50 60
hozam (%)
reakcióidõ (min)
14. ábra
12 % lignintartalmú cellulóz ojtásának hozama a reakcióidĘ függvényében 5.7. Az ojtási reakció függése az ipari cellulóz hemicellulóz tartalmától
A 15. ábrán 5 különbözĘ hemicellulóz tartalmú, eltérĘ fajtájú ipari cellulóz vinil-acetáttal történĘ ojtásának hozamát ábrázoltam a hemicellulóz tartalom függvényében.
Tapasztalataim szerint a hemicellulóz növekvĘ mennyisége hozamnövelĘ hatású, de az értékek összehasonlítását nehezíti a különbözĘ cellulózok eltérĘ fajlagos felülete, mely különösen a szalmacellulóznál tér el jelentĘsen a többi cellulózétól.
6 8 10 12 14 16 18
80 100 120 140 160 180 200 220 240
hozam (%)
hemicellulóz tartalom
15. ábra
Az ojtási reakció hozamának függése az ipari cellulóz hemicellulóz tartalmától
A 14. táblázat adataiból kitĦnik az is, hogy a hemicellulózokat az ipari cellulózból eltávolítva, a kapott alfacellulóz ojthatósága alatta marad a hemicellulózt is tartalmazó ipari
cellulóz ojthatóságának, vagyis ez is bizonyítja a hemicellulózok hozamnövelĘ hatását. Ez a hemicellulóz nagyobb reakciókészségével, jobb hozzáférhetĘségével magyarázható.
Vizsgáltam ugyanannak a cellulózfajtának az ojthatóságát is, csökkentve a hemicellulóz tartalmat. A lúgos kezelés 20 perc után 6,2 %-ról 3,8 %-ra, 40 perc után pedig gyakorlatilag 0-ra csökkentette az ipari cellulóz hemicellulóz tartalmát. Azt tapasztaltam, hogy a hemicellulóz tartalom csökkenése az elsĘ lépésben 18 %-kal, a második lépésben pedig a kiindulásihoz képest 45 %-kal csökkentette az ojtási reakció hozamát.
14. táblázat
Az ojtási reakció hozamának függése az ipari cellulóz hemicellulóz tartalmától
Cellulózfajta A rost külsĘ fajlagos felülete
(m2/g)
Hemicellulóz tartalom (%)
Az ipai cellulóz ojtásának hozama
(%)
Az alfa cellulóz ojtásának hozama
5.8. Az ojtási reakció függése a cellulóz fajlagos felületétĘl
Az ojtási reakció hozamának a cellulóz fajlagos felületétĘl való függésével kapcsolatos vizsgálati eredményeimet grafikusan a 16. 17. 18. ábrák szemléltetik.
A 16. ábrán a fehérített szulfát fenyĘcellulóz Ęrlésgörbéje látható, a 17. ábra pedig a cellulóz fajlagos felületének és az Ęrlés idĘtartamának összefüggését ábrázolja. Látható, hogy a 30-60 perces Ęrlési idĘtartamban az összefüggés közelítĘleg lineáris.
0 10 20 30 40 50 60 10
20 30 40 50 60
õrlésfok (SRo )
õrlési idõ (min)
16. ábra
A fehérített szulfát fenyĘcellulóz Ęrlésfokának változása az Ęrlési idĘ függvényében
0 10 20 30 40 50 60
0 2 4 6 8 10 12
fajlagos felület (m2 /g)
õrlési idõ (min)
17. ábra
A fehérített szulfát fenyĘcellulóz fajlagos felületének változása az Ęrlési idĘ függvényében
Az ojtási reakcióban kapott hozamok a 15. táblázatban és a 18. ábrán láthatók.
15. táblázat
Az ojtási reakció hozamának függése az ipari cellulóz fajlagos felületétĘl
ėrlési idĘ (min) A cellulóz külsĘ fajlagos felülete (m2/g)
Az ojtási reakció hozama (%)
A 18. ábra az eltérĘ Ęrlésfokú, így különbözĘ fajlagos felületĦ cellulózminták vinil-acetáttal történĘ ojtásának hozamait tartalmazza. Az ojtási reakció hozama a 4,41 m2/g fajlagos felületĦ cellulóz ojtásánál volt a legnagyobb. A 4,41 m2/g fajlagos felület értékét a cellulóz 35 perces Ęrlésével értük el.
0 2 4 6 8 10 12 60
80 100 120 140 160 180 200 220 240
hozam (%)
fajlagos felület (m2/g)
18. ábra
Az ojtási reakció hozamának függése az ipari cellulóz fajlagos felületétĘl
Kísérleteim eredményei szerint az Ęrlési idĘ további növelése hozamcsökkenéssel jár, mert azonos iniciátorkoncentráció alkalmazása esetén a fajlagos felület rohamos növekedésével csökken a felületegységre esĘ gyökök száma. Ezt alátámasztja az a tény, hogy megnövelve az iniciátorkoncentrációt, az ojtási reakció maximális hozama nagyobb fajlagos felületĦ (8,512 m2/g) cellulóz ojtásánál jelentkezett. A cérium(IV)só koncentrációjának nagymértékĦ növelését gazdaságossági szempontból nem tartom célszerĦnek. Az ipari hasznosítás szempontjából viszont jelentĘs az a tény, hogy nagyobb Ęrlésfokú cellulózon rövidebb idĘ alatt érhetĘ el kielégítĘ mértékĦ ojtás.