Sulfaattikeitto
Puuhake keitetään kuumassa alkalin ja natriumsulfidin liuoksessa. Ligniini hajoaa ja liukenee, mutta selluloosakuidut jäävät. Tuloksena on lujaa ruskeaa massaa, jota käytetään esimerkiksi voimapaperiin ja kartonkiin.
Keittoliuos (valkolipeä) sisältää NaOH:ta ja Na2S:ää; keitto tapahtuu noin 160-170 °C:ssa. Vetysulfidi-ionit nopeuttavat β-O-4-sidosten katkeamista fenolisissa ligniiniyksiköissä, joten delignifiointi on nopeampaa ja hiilihydraatit kärsivät vähemmän kuin pelkässä alkalissa. Kemiallisen massan saanto on noin puolet puun massasta; häviöt koostuvat ligniinistä, suuresta osasta hemiselluloosia, uuteaineista ja pienestä määrästä selluloosaa.
Kemikaalien talteenotto
Tehdas ei heitä kemikaalejaan pois, vaan kierrättää ne. Käytetty mustalipeä väkevöidään ja poltetaan. Liuennut ligniini palaa ja tuottaa höyryä ja sähköä, ja mineraaliosasta tulee jälleen keittolipeää.
Mustalipeä haihdutetaan ja poltetaan soodakattilassa: orgaaninen osa tuottaa energiaa ja natriumsuolat poistuvat Na2CO3:n ja Na2S:n sulana (natriumsulfaatti pelkistyy prosessissa sulfidiksi). Sula liuotetaan viherlipeäksi ja kaustisoidaan kalkilla: Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2 NaOH + CaCO3. Syntyvä meesa poltetaan meesauunissa takaisin CaO:ksi.
Sulfiittikeitto ja valkaisu
On olemassa myös sulfiittikeitto, joka on yleensä hapan. Sen massa on vaaleampaa mutta heikompaa. Jotta paperi olisi valkoista, jäljellä oleva ligniini poistetaan valkaisemalla. Ennen valkaisuun käytettiin klooria; nykyään käytetään klooridioksidia, happea, peroksidia ja otsonia.
Sulfiittikeitossa käytetään sulfiitti- ja bisulfiittiliuoksia (kalsiumin, magnesiumin, natriumin tai ammoniumin); ligniini sulfonoituu ja liukenee lignosulfonaatteina. Valkaisu tapahtuu useassa vaiheessa: teollisuus on siirtynyt alkuainekloorista ECF-valkaisuun (klooridioksidi) ja TCF-valkaisuun ilman klooriyhdisteitä (happi, vetyperoksidi, otsoni).
Hydrolyysi ja biopolttoaineet
Pilko selluloosa ja hemiselluloosat sokereiksi, niin ne voidaan fermentoida. Näin saadaan rehuhiivaa ja etanolia. Tämä on vaikeampaa kuin tärkkelyksestä, koska ligniini ja selluloosan tiivis pakkautuminen ovat esteenä.
Puun happohydrolyysi laimeilla tai väkevillä hapoilla oli puun hydrolyysiteollisuuden perusta (rehuhiiva, etanoli, furfuraali, ksylitoli). Entsymaattinen hydrolyysi sellulaaseilla vaatii esikäsittelyn, joka avaa soluseinän: höyryräjäytys, happo-, alkali- tai organosolv-esikäsittely.
Pyrolyysi ja puulevyt
Kuumenna puuta ilmalta suljettuna, niin se hajoaa puuhiileksi, nesteeksi ja kaasuksi. Koivun tuohesta tislataan näin koivutörvaa. Puulevyt (lastulevy, vaneri ja OSB) liimataan synteettisillä hartseilla, joita käsitellään polymeeriosiossa.
Pyrolyysissä hemiselluloosat hajoavat alemmissa lämpötiloissa kuin selluloosa, ja ligniini laajimmalla lämpötila-alueella. Hiilenpoltossa saadaan puuhiiltä ja nestemäisiä tuotteita (puuetikka, jossa on etikkahappoa ja metanolia, tervat); koivun tuohen kuivatislaus antaa koivutörvaa, ja nopea pyrolyysi tuottaa bioöljyä. Vaneri ja levyt liimataan urea-, melamiini- ja fenoliformaldehydihartseilla sekä isosyanaattisideaineilla (pMDI).
Keskeiset tiedot
- valkolipeä
- NaOH + Na2S
- keittolämpötila
- noin 160-170 °C
- kemiallisen massan saanto
- noin puolet
- kaustisointi
- Na2CO3 + Ca(OH)2
- valkaisu
- ECF ja TCF
- koivutörva
- tuohen kuivatislaus
Luvun lähteet
- Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
- Ek M., Gellerstedt G., Henriksson G. (eds.) Wood Chemistry and Wood Biotechnology. Pulp and Paper Chemistry and Technology, vol. 1. Berlin: De Gruyter, 2009.
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
- Лукаш А.А. Химия древесины: учебное пособие для вузов. СПб.: Лань, 2025. 129 с.