ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2025.256.539-553isplta-671Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYИсследование влияния добавок поверхностно-активных веществ в варочный раствор на качество сульфатной лиственной целлюлозыInvestigation of the effect of additives of surfactants in the cooking solution on the quality of sulfate hardwood celluloseКовалеваО. П.KovalevaO. P.

КОВАЛЕВА Ольга Петровна – доцент, кандидат технических наук

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

KOVALEVA Olga P. – PhD (Technical), Associate Professor 

194021. Institute per. 5. St. Petersburg

lta_cbp@mail.ruАлексеевС. Р.AlekseevS. R.

АЛЕКСЕЕВ Сергей Романович – ведущий специалист по технической поддержке

187420, ул. Мира, д. 1, г. Сясьстрой, Ленинградская область

ALEKSEEV Sergey R. – Leading Specialist in technical support 

187420. Mira str. 1. Syasstroy. Leningrad Region

biochemical@inbox.ruПетруничевО. В.PetrunichevO. V.

ПЕТРУНИЧЕВ Олег Викторович – студент 

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

PETRUNICHEV Oleg V. – student

194021. Institute per. 5. St. Petersburg

lta_cbp@mail.ruСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt.Petersburg State Forest Technical UniversityRussian FederationООО «Н.С.Р. Биокемикал»РоссияLLC «N.S.R. Biokemical»Russian Federation2025120320260256539–553Copyright © Ковалева О.П., Алексеев С.Р., Петруничев О.В., 20262026Ковалева О.П., Алексеев С.Р., Петруничев О.В.Kovaleva O.P., Alekseev S.R., Petrunichev O.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/671

В статье рассматриваются перспективы применения поверхностноактивных веществ при сульфатной варке целлюлозы. Присутствие поверхностно-активных веществ снижает поверхностное натяжение между жидкостью и древесной щепой, что способствует быстрому проникновению щелока во внутреннюю матрицу щепы и обеспечивает селективную делигнификацию, снижение количества непровара и содержания экстрактивных веществ в полученной целлюлозе. Исследования компонентного состава лиственной древесины, представляющей смесь березы и осины, показали, что содержание экстрактивных веществ в ней составило 1,037%. Сульфатные варки были проведены по классической схеме и с добавками поверхностно-активных веществ марки Dispersol. Расход поверхностно-активных веществ на варку составлял 0,1% от массы абсолютно сухой древесины. В результате варок получена техническая сульфатная целлюлоза, определен общий выход лиственной целлюлозы, количество непровара в полученной целлюлозе, произведен анализ целлюлозы на содержание остаточного лигнина и экстрактивных веществ. Исследования показали, что добавка поверхностноактивных веществ марки Dispersol в варочный раствор для сульфатной варки незначительно влияет на выход целлюлозы и содержание остаточного лигнина. Содержание непровара в полученной целлюлозе при добавлении в варочный раствор поверхностно-активных веществ марки Dispersol PCS 306 снижается на 14% по сравнению с варкой без добавок. При этом использование добавок поверхностно-активных веществ в варочный раствор для сульфатной варки лиственной древесины позволяет снизить содержание экстрактивных веществ в полученной целлюлозе в 2-6 раз. Присутствие данных поверхностно-активных веществ в варочном растворе понижает поверхностное натяжение отработанного черного щелока на 5-6%, но их небольшой расход на варку не должен в значительной степени повлиять на работу выпарных аппаратов. 

The article discusses the prospects for the use of surfactants in sulfate cooking. The presence of surfactants reduces the surface tension between the liquid and the wood chips, which promotes the rapid penetration of the liquor into the inner matrix of the chips and ensures selective delignification, reducing the amount of undercooked pulp and the content of extractives in the resulting pulp. Studies of the component composition of hardwood, which is a mixture of birch and aspen, showed that the content of extractive substances in it was 1.037%. Sulfate cooking was carried out according to the classical scheme and with additives of surfactants of the Dispersol brand. The consumption of surfactants for cooking was 0.1% of the weight of absolutely dry wood. As a result of the brews, technical sulfate pulp was obtained, the total yield of deciduous pulp was determined, the amount of the amount of undercooked pulp in the obtained pulp, and the pulp was analyzed for the content of residual lignin and extractives. Studies have shown that the addition of Dispersol brand surfactants to sulfate cooking solution has little effect on the yield of pulp and the content of residual lignin. The amount of undercooked pulp content of the obtained pulp, when surface-active substances of the Dispersol PCS 306 brand are added to the cooking solution, is reduced by 14% compared to cooking without additives. At the same time, the use of additives of surfactants in the cooking solution for sulfate cooking of hardwood makes it possible to reduce the content of extractives in the resulting pulp by 2-6 times. The presence of these surfactants in the cooking solution reduces the surface tension of the spent black liquor by 5-6%, but their low cooking consumption should not significantly affect the operation of the evaporators.

лиственная древесинасульфатная варкаповерхностно-активные веществаповерхностное натяжениецеллюлозаэкстрактивные веществаhardwoodsulfate cookingsurfactantssurface tensioncelluloseextractive substancesReferencesАллен JI., Лапойнт С. Повышение степени обессмоливания небеленой сульфатной целлюлозы в процессе ее промывки на канадском предприятии. // Pulp Paper Can. 2003. №12. С. 59-62.Ahluwalia M.R, Coffy J.M, Norris A.D. Emering technology in kraft pulping with digester additives. CPPA Conference Proceedings, 1992, p. 1.Вураско А.В., Пепелин М.А., Пермяков А.Н., Атаева Ю.Г., Самородов С.А., Агеев М.А., Шерстобитов А.Л., Сиваков В.П., Губанов И.А. Применение варочно-диспергирующих добавок при сульфатной делигнификации композиции лиственных пород древесины // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2025. Вып. 253. С. 304-320.Akadiri M.M.A. The role of surfactants in the processes of pulp craft cooking / Department of Chemical Engineering. Montreal: McGill University, 2010. 67 p.Дейнеко И.П., Фаустова Н.М. Элементный и групповой химический состав коры и древесины осины // Химия растительного сырья. 2015. №1. С. 51-62.Allen L., Lapoint S. Increasing the degree of desalination of unbleached sulfate pulp during its washing at a Canadian enterprise. Pulp Paper Can., 2003, no. 12, pp. 59-62. (In Russ.)Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС-1 2023. Целлюлозно-бумажное производство. М.: Бюро НДТ, 2023. 459 с.Chen G.C. Application of a surfactant as a kraft pulping additive. Tappi Journal, 1994, vol. 77, no. 2, pp. 125-128.Копнина Р.А., Демьянцева Е.Ю., Карпов И.А., Андранович О.С. Влияние смесей амфифильных соединений и ферментных препаратов на смолистость волокнистых полуфабрикатов // Бутлеровские сообщения. 2015. Т. 42, № 4. С. 158-161.Chen D., Zhao J., Berry R., Berk D., Kubes G. A method for measuring pulping liquor penetration into the wood structure. Cellulose Chemistry and Technology, 2010, vol. 44, no. 9, pp. 319-325.Никитин В.М., Оболенская А.В., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1978. 368 с.Deyneko I.P., Faustova N.M. The elemental and group chemical composition of aspen bark and wood. Chemistry of plant raw materials, 2015, no. 1, pp. 51-62. (In Russ.)Печурина Т.Б. Использование диспергаторов с целью снижения смоляных затруднений при производстве беленой лиственной сульфатной целлюлозы: дисс. … канд. техн. наук. Архангельск, 2006. 141 с.Duggirala P.Y. Surfactant based digester additive technology for kraft soft wood and hard wood pulping. Appita Journal, 2000, vol. 53, iss. 1, pp. 41-48.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 // ИВУЗ. Лесной журнал. 2003. № 2-3. С. 68–75.Heat and mass transfer. Thermal engineering experiment. Moscow: Energoizdat, 1982. 512 p. (In Russ.)Правилова Т.А. Химический контроль производства сульфатной целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 256 с.Hirosi Ya., Wassaburo K. Investigation of resin difficulties of sulfite cellulose using surfactants. Senyi Gikkaishi, 1965, no. 11, pp. 68. (In Russ.)Производство сульфатной целлюлозы: учеб. пособие / сост. Ю.С. Иванов, А.Г. Кузнецов, Л.Ю. Бабкина. СПб., 2016. Ч. II. 72 с.Information and technical handbook on the best available technologies ITS-1 2023. Pulp and paper production. Moscow: Bureau NDT, 2023. 459 p. (In Russ.)Прокшин Г.Ф., Гусакова М.А., Афанасьев Н.И., Личутина Т.Ф., Вишнякова А.П., Фесенко А.В. Особенности образования и механизм извлечения остаточного лигнина и смолы при сульфатной варке березовой и осиновой целлюлозы // Химия растительного сырья. 2008. № 2. С. 5–10.Kathomdani P.D.S., Marsoem S.N., Sunarti S., Nirsatmanto A. Effect of surfactant application on acacia hybrid kraft pulp properties. Cellulose Chemistry and Technology, 2022, vol. 56, no. 5-6, pp. 619-624.Смит Р.А. Влияние синергетических композиций поверхностно-активных веществ и липазы на остаточную смолистость волокнистых полуфабрикатов: автореф. дис. … канд. хим. наук. СПб., 2021. 16 с.Kopnina R.A., Demyantseva E.Yu., Karpov I.A., Andranovich O.S. The effect of mixtures of amphiphilic compounds and enzyme preparations on the tariness of fibrous semi-finished products. Butlerov communications, 2015, vol. 42, no. 4, pp. 158-161. (In Russ.)Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С. Анализ состояния смолы при обессмоливании сульфатной лиственной целлюлозы // ИВУЗ. Лесной журнал. 2019. № 4. С. 168-178.Mishra R.P., Maheshwari G.D., Bhargava G.G., Dasgupta T.K., Thusu N.K. Effect of Surfactant Application on Pulping Characteristics of Mill Chips and Reduction in Pollution Load. IPPTA: Quarterly Journal of Indian Pulp and Paper Technical Association, 2007, vol. 19, no. 1, pp. 61-65.Старжинская Е.В. Совершенствование технологии промывки сульфатного мыла из смеси щелоков от варки древесины различных пород: дисс. … канд. техн. наук. Архангельск, 2024. 156 с.Nikitin V.M., Obolenskaya A.V., Shchegolev V.P. Chemistry of wood and cellulose. Moscow: Lesnaya promyshlennost, 1978. 368 p. (In Russ.)Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.Pechurina T.B. The use of dispersants to reduce resin difficulties in the production of bleached deciduous sulfate cellulose. Diss. … Cand. Tech. Sci. Arkhangelsk, 2006. 141 p. (In Russ.)Технология целлюлозно-бумажного производства: в 3 т. Т. I: Сырьё и производство полуфабрикатов. Ч. 2: Производство полуфабрикатов. СПб.: Политехника, 2003. 633 с.Pechurina T.B., Milovidova L.A., Komarova G.V., Komarov V.I. The effect of dispersant additives on the change in resin state and the content of extractives in deciduous sulfate cellulose. Forestry journal, 2003, no. 2-3, pp. 68-75. (In Russ.)Хироси Я., Вассабуро К. Исследование смоляных затруднений сульфитной целлюлозы с применением ПАВ // Сэнъи Гиккайси. 1965. № 11. С. 68.Pitch Control, Wood Resin and Deresination. Atlanta, GA: TAPPI Press, 2000. 392 p.Якубова О.С., Демьянцева Е.Ю., Смит Р.А. Физико-химические характеристики черного щелока до и после извлечения сульфатного мыла в присутствии добавок поверхностно-активных веществ // Химия растительного сырья. 2021. №4. С. 337-343.Pravilova T.A. Chemical control of sulfate cellulose production. Moscow: Lesnaya promyshlennost, 1984. 256 p. (In Russ.)Ahluwalia M.R, Coffy J.M, Norris A.D. Emering technology in kraft pulping with digester additives // CPPA Conference Proceedings. 1992. P. 1.Prokshin G.F., Gusakova M.A., Afanasyev N.I., Lichutina T.F., Vishnyakova A.P., Fesenko A.V. Features of formation and mechanism of extraction of residual lignin and resin during sulfate cooking of birch and aspen cellulose. Chemistry of vegetable raw materials, 2008, no. 2, pp. 5-10. (In Russ.)Akadiri M.M.A. The role of surfactants in the processes of pulp craft cooking / Department of Chemical Engineering. Montreal: McGill University, 2010. 67 p.Rosen M.J. Surfactants and Interfacial Phenomena, 3rd ed. New Jersey, USA: Wiley-Interscience, 2004. 500 p.Pitch Control, Wood Resin and Deresination. Atlanta, GA: TAPPI Press, 2000. 392 p.Smith R.A. The effect of synergistic compositions of surfactants and lipase on the residual tariness of fibrous semi-finished products: author’s abstract. Diss. … Cand. Chem. Sci. St. Petersburg, 2021. 16 p. (In Russ.)Chen G.C. Application of a surfactant as a kraft pulping additive // Tappi Journal. 1994. Vol. 77, no. 2. P. 125-128.Smith R.A., Demyantseva E.Yu., Andranovich O.S. Analysis of the resin state during desalination of sulfate deciduous cellulose. Forestry journal, 2019, no. 4, pp. 168-178. (In Russ.)Chen D., Zhao J., Berry R., Berk D., Kubes G. A method for measuring pulping liquor penetration into the wood structure // Cellulose Chemistry and Technology. 2010. Vol. 44, no. 9. P. 319-325.Starzhinskaya E.V. Improving the technology of washing sulfate soap from a mixture of lye from cooking wood of various species. Diss. … Cand. Tech. Sci. Arkhangelsk, 2024. 156 p. (In Russ.)Duggirala P.Y. Surfactant based digester additive technology for kraft soft wood and hard wood pulping // Appita Journal. 2000. Vol. 53, iss. 1. P. 41-48.Sulfate pulp production: a textbook / comp. Yu.S. Ivanov, A.G. Kuznetsov, L.Y. Babkina. St. Petersburg, 2016. P. II. 72 p. (In Russ.)Kathomdani P.D.S., Marsoem S.N., Sunarti S., Nirsatmanto A. Effect of surfactant application on acacia hybrid kraft pulp properties // Cellulose Chemistry and Technology. 2022. Vol. 56, no. 5-6. P. 619-624.The technology of pulp and paper production: in 3 vol. Vol. I: Raw materials and production of semi-finished products. P. 2: Production of semi-finished products. St. Petersburg: Polytechnic, 2003. 633 p. (In Russ.)Mishra R.P., Maheshwari G.D., Bhargava G.G., Dasgupta T.K., Thusu N.K. Effect of Surfactant Application on Pulping Characteristics of Mill Chips and Reduction in Pollution Load // IPPTA: Quarterly Journal of Indian Pulp and Paper Technical Association. 2007. Vol. 19, no. 1. P. 61-65.Vurasko A.V., Pepelin M.A., Permiakov A.N., Ataeva J.G., Samorodov S.A., Ageev M.A., Sherstobitov A.L., Sivakov V.P., Gubanov I.A. The use of cooking and dispersing additives in the sulfate delignification of the composition of hardwood. Izvestia Sankt- Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii, 2025, iss. 253, pp. 304-320. (In Russ.)Rosen M.J. Surfactants and Interfacial Phenomena. 3rd ed. New Jersey, USA: Wiley-Interscience, 2004. 500 p.Wei H., Ukem N., Berk D., Kubes G. J. The role of surfactants in wood deresination. Cellulose Chemistry and Technology, 2006, vol. 40, no. 1-2, pp. 71-75.Wei H., Ukem N., Berk D., Kubes G.J. The role of surfactants in wood deresination // Cellulose Chemistry and Technology. 2006. Vol. 40, no. 1. P. 71-75.Yakubova O.S., Demyantseva E.Yu., Smith R.A. Physics-chemical characteristics of black liquor before and after extraction of sulfate soap in the presence of additives of surfactants. Chemistry of vegetable raw materials, 2021, no. 4, pp. 337-343. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.