沈葵忠 房桂干 胡劍民 李 萍 梁芳敏

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所,江蘇南京,210042)

慈竹化機(jī)漿漂白性能研究

沈葵忠 房桂干 胡劍民 李 萍 梁芳敏

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所,江蘇南京,210042)

對(duì)慈竹單段漂白和多段組合漂白性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,提出了慈竹化機(jī)漿漂白至 71%以上白度的工藝。研究結(jié)果表明,H2O2總用量 10%,慈竹化機(jī)漿經(jīng)單段 H2O2漂白,白度只能達(dá)到64.7%～65.0%;兩段 H2O2漂白具有較高的漂白效率,漂白漿白度達(dá)到 66.6%～67.1%;總漂劑用量為12%的三段組合漂白,結(jié)束段分別使用H2O2、FAS和Na2S2O4不同漂白方式,FAS漂白效率最優(yōu),白度達(dá)到 72.9%;其次是 H2O2漂白,白度為 71.9%;以 FAS為結(jié)束段的漂白,與本色慈竹化機(jī)漿相比,抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)分別提高 200%～300%、250%～300%和 250%～270%。采用堿性Na2SO3化學(xué)預(yù)浸漬,兩段 H2O2漂白加一段 FAS漂白的三段組合漂白,慈竹化機(jī)漿可漂白至 71%以上的白度。

慈竹化機(jī)漿;漂白;過(guò)氧化氫;FAS

我國(guó)竹類資源豐富,竹林面積約占世界竹林總面積的 1/3,竹材生長(zhǎng)迅速,用于制漿造紙,可減少森林資源砍伐,緩解造紙纖維原料供應(yīng)緊張的局勢(shì)[1-2]。發(fā)展竹材化機(jī)漿需要解決以下幾方面的問(wèn)題:①預(yù)浸漬問(wèn)題,竹材材質(zhì)堅(jiān)硬,浸透困難,這點(diǎn)在竹材化學(xué)漿的生產(chǎn)中已有充分體現(xiàn)。竹材化機(jī)漿的浸透和預(yù)處理技術(shù)是提高竹漿磨漿均勻性和降低能耗的關(guān)鍵;②漂白問(wèn)題,目前的漂白技術(shù)還不能把竹材化機(jī)漿漂白至 70%以上白度。廣西雜竹、白夾竹和粉單竹化機(jī)漿使用 7%用量的 H2O2進(jìn)行漂白,白度分別只有 57%、62%和 61.8%,其中,雜竹即使用 9%高用量的 H2O2漂劑,白度也只能達(dá)到 60.2%[3-4]。慈竹在我國(guó)南方大量種植,生長(zhǎng)迅速,成竹高十幾米、直徑 10 cm左右,是優(yōu)良的造紙?jiān)?已用于竹材化學(xué)法制漿生產(chǎn)[5-7]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)慈竹化機(jī)漿單段和多段組合漂白進(jìn)行研究,以期突破竹材化機(jī)漿漂白白度增加限值,滿足配抄漂白紙種的生產(chǎn)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

慈竹化機(jī)漿制漿漂白實(shí)驗(yàn)流程見圖1。慈竹取自廣西壯族自治區(qū),切片、除雜后,在室溫下用水浸泡約 12 h,送入汽蒸倉(cāng)常壓預(yù)汽蒸 10～15 min,使用Andritz公司擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓,壓縮比為 1∶4。擠壓后慈竹物料分別使用堿性 H2O2和堿性 Na2SO3進(jìn)行化學(xué)浸漬預(yù)處理,處理?xiàng)l件見表1。使用國(guó)產(chǎn)磨漿機(jī)(吉林造紙廠機(jī)械分廠,設(shè)備型號(hào) GNM300)在常壓下磨漿,控制不同的磨漿能量輸入,調(diào)節(jié)紙漿游離度(CSF)至 260～280 mL。磨后漿料進(jìn)行消潛和篩選,消潛條件:漿濃 2%、90℃下消潛 15 min。

圖1 慈竹化機(jī)漿制漿漂白實(shí)驗(yàn)流程

表1 慈竹化機(jī)漿化學(xué)預(yù)處理?xiàng)l件 %

1.2 DTPA螯合處理

漂前進(jìn)行螯合處理,以減少過(guò)渡金屬離子對(duì)漂白的影響,DTPA用量 0.2%,溫度 70℃,時(shí)間 60 min,漿濃 5%。螯合后漿料濃縮至干度 35%以上,供后續(xù)漂白使用。

1.3 漂白

慈竹化機(jī)漿各段漂白均在聚乙烯袋中進(jìn)行。漿料與藥液混合均勻后將袋密封,放入恒溫水浴反應(yīng)一定時(shí)間,漂后漿料用蒸餾水洗凈。

1.3.1 H2O2單段、兩段漂白

螯合后的漿料先進(jìn)行堿優(yōu)化漂白實(shí)驗(yàn)[8],漂白過(guò)程如下:漿料放在聚乙烯塑料袋內(nèi),與漂白藥液混合均勻后放入恒溫水浴中,改變 H2O2和 NaOH用量進(jìn)行漂白。漂白實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)見表2。漂白完成后擠出殘余漂液測(cè)定殘余 H2O2及 pH值。漂后漿料進(jìn)行酸化、洗滌,經(jīng)濃縮后抄片。根據(jù)堿優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定單段和兩段 H2O2漂白適宜的 NaOH用量。

1.3.2 三段漂白

在上述兩段 H2O2漂白的基礎(chǔ)上進(jìn)行第三段 (下稱結(jié)束段)漂白,分別采用 H2O2、FAS及 Na2S2O43種漂白方式。結(jié)束段漂白條件經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定,列于表3。

表2 堿優(yōu)化漂白實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

表3 慈竹化機(jī)漿三段漂白中結(jié)束段漂白工藝

1.4 抄片及檢測(cè)方法

按 QB/T3703—1999的方法抄片。紙漿抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定,紙漿白度按照 ISO標(biāo)準(zhǔn) (ISO2469)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 單段 H2O2漂白

2.1.1 NaOH用量與適宜漂白條件

NaOH用量和 H2O2用量是影響化機(jī)漿 H2O2漂白白度的兩個(gè)重要因素[8]。為探討 NaOH用量的影響,分別使用不同NaOH用量和 H2O2用量對(duì)慈竹化機(jī)漿進(jìn)行漂白實(shí)驗(yàn),H2O2用量分別為 2%、6%、8%、10%、12%、20%和 30%,在每個(gè)給定的 H2O2用量,使用表2中的NaOH用藥條件進(jìn)行漂白。漂白實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別以 NaOH用量、H2O2用量為橫坐標(biāo),以對(duì)應(yīng)條件漂白所能夠達(dá)到的最佳白度為縱坐標(biāo)作圖,見圖2和圖3。從圖2可以看出,不同的 H2O2用量,達(dá)到白度最佳值時(shí)所對(duì)應(yīng)的 NaOH用量不同。給定 H2O2用量下最佳用堿量需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定,兩者沒(méi)有的固定比例關(guān)系,總體趨勢(shì)是,隨著 H2O2用量的增加,達(dá)到最佳白度時(shí)對(duì)應(yīng)的 NaOH用量也增加。

2.1.2 H2O2用量與漂白增加限值

圖3給出了不同 H2O2用量與慈竹化機(jī)漿漂白白度的關(guān)系。從圖3可知,6%H2O2用量之前,隨著H2O2用量的增加,漂白白度提高較多;當(dāng) H2O2用量超過(guò) 8%之后,白度提高幅度趨緩;當(dāng) H2O2用量10%以上時(shí),白度提高出現(xiàn)停滯,再增加 H2O2用量,白度提高有限。單段 H2O2漂白,慈竹化機(jī)漿的白度增加限值在 71.6%～72.3%。H2O2用量增加到10%以上,漂白的經(jīng)濟(jì)性大幅度下降。當(dāng) H2O2用量從 10%提高到 30%,H2O2用量增加 2倍,白度僅提高 4個(gè)百分點(diǎn)。

為提高漂白效率,把竹漿漂白至更高白度,應(yīng)該考慮使用其他漂白方式,如多段漂白或氧化與還原結(jié)合漂白等[9]。

2.2 兩段 H2O2漂白

兩段漂白 H2O2總用量控制為 10%:AP漿樣由于預(yù)處理時(shí)使用了 2%用量的 H2O2,兩段漂白時(shí)H2O2用量采用 2%、6%的分配比例;AS漿樣兩段漂白 H2O2用量采用 2%、8%分配比例,經(jīng)過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn),確定漂白條件見表4,漂白結(jié)果見圖4。為了便于比較,圖4中同時(shí)列出了單段漂白的結(jié)果。H2O2總用量均為 10%,兩段 H2O2漂白效率高于單段漂白,白度約高出 2個(gè)百分點(diǎn),達(dá)到 66.6%～67.1%。

表4 H2O2單段、兩段漂白條件

2.3 三段漂白

為把慈竹化機(jī)漿漂至更高的白度以滿足生產(chǎn)要求,在上述兩段 H2O2漂白的基礎(chǔ)上使用 H2O2、FAS和Na2S2O43種漂白藥劑,進(jìn)行三段漂白,結(jié)束段漂白藥劑用量均為 2%,漂白結(jié)果見圖5。經(jīng)過(guò)三段組合漂白,慈竹化機(jī)漿可以漂白至 69.9%～72.9%的白度。從圖5可以看出,3種漂白方法,FAS漂白的效果最好,其次是 H2O2漂白。

2.4 慈竹漂白化機(jī)漿物理性能

漂白前后慈竹化機(jī)漿物理性能列于表5。從表5可見,經(jīng)過(guò)漂白,漿料游離度、松厚度有一定程度的下降;而漿料的強(qiáng)度性能漂白后增加明顯。松厚度的降低主要是漂白過(guò)程中,隨著木質(zhì)素親水性的增加和半纖維素的溶出,使得纖維的柔軟度和可塑性增加,導(dǎo)致成紙緊度增加、松厚度降低。漂后漿的強(qiáng)度性能有不同程度的提高,與以前的研究結(jié)論一致[8-10]。隨著漂白段數(shù)的增加,漿料的強(qiáng)度持續(xù)增加;與漂前慈竹化機(jī)漿相比,三段漂后漿料強(qiáng)度性能大幅度增加,抗張指數(shù)提高了200%～300%,耐破指數(shù)提高了250%～300%,撕裂指數(shù)提高了250%～270%。

2.5 不同化學(xué)預(yù)浸漬方式對(duì)竹材化機(jī)漿漂白性能的影響

兩種處理方式對(duì)漿料的漂白性能產(chǎn)生不同的影響。慈竹使用堿性H2O2預(yù)浸漬 (AP),漿料的原始白度為 38.7%,比堿性亞硫酸鹽 (AS)預(yù)浸漬 (白度為 30.5%)高出 8.2個(gè)百分點(diǎn) (見表5);經(jīng)過(guò)單段 H2O2漂白,隨著 H2O2用量的增加,兩者間的白度差異縮小,漸趨于慈竹化機(jī)漿漂白白度增加限值 (見圖3)。計(jì)入 AP預(yù)處理方式中使用 2%用量的 H2O2,10%H2O2漂白總用量的單段或兩段 H2O2漂白,AS預(yù)處理方式漿料的白度和強(qiáng)度性能高于 AP預(yù)處理方式 (見圖4);同樣,總漂劑用量 12%的三段漂白,AS預(yù)處理漿料的漂后白度也高于 AP預(yù)處理漿料,白度高出近 2個(gè)百分點(diǎn)?？赡艿脑蚴?制漿化學(xué)預(yù)處理的時(shí)間較短,所使用 H2O2的漂白效果未得到充分發(fā)揮。兩種預(yù)處理方式,經(jīng)過(guò)兩段和三段組合漂白,漂白漿料的抗張強(qiáng)度和耐破強(qiáng)度也是 AS優(yōu)于 AP,但撕裂強(qiáng)度指標(biāo),AP優(yōu)于AS(見表5)。純粹從漂白效率角度來(lái)說(shuō),H2O2用于化學(xué)預(yù)處理不如用于后續(xù)漂白。但是采用堿性Na2SO3預(yù)處理,會(huì)在生產(chǎn)系統(tǒng)中引入硫元素,給工廠廢水處理帶來(lái)負(fù)面影響。綜合考慮,如果能夠采取適當(dāng)措施提高預(yù)處理時(shí) H2O2的漂白效率,堿性H2O2預(yù)浸漬不失為一種很好的化學(xué)預(yù)處理方式,可以用于慈竹漂白化機(jī)漿的生產(chǎn)。

3 結(jié) 論

3.1 慈竹化機(jī)漿經(jīng)單段 H2O2漂白很難達(dá)到較高白度。H2O2用量 10%,漂白漿白度只能達(dá)到 64.7%～65.0%;不考慮漂白的經(jīng)濟(jì)性,把 H2O2用量增加到30%,慈竹化機(jī)漿也只能漂白到 71.6%～72.3%。二段工藝漂白效率得到改善,H2O2用量 10%,可漂白至 66.6%～67.1%白度,與相同漂劑用量的單段漂白方法比較,白度提高 2個(gè)百分點(diǎn)。

3.2 漂白藥劑總用量為 12%的慈竹化機(jī)漿三段組合漂白結(jié)果表明,慈竹化機(jī)漿可以實(shí)現(xiàn) 71%以上的白度。三段漂白中,結(jié)束段使用 H2O2、FAS和 Na2S2O4不同漂白工藝,以FAS漂白的效率為最優(yōu),漂白漿白度達(dá)到 72.6%;其次是 H2O2漂白,白度為 71.9%;Na2S2O4漂白漿白度最低。與漂前慈竹化機(jī)漿相比,三段漂后漿料強(qiáng)度性能大幅度增加,抗張指數(shù)提高了 200%～300%,耐破指數(shù)提高了 250%～300%,撕裂指數(shù)提高了 250%～270%;漿料的游離度和松厚度有所降低。

3.3 由于采用 H2O2預(yù)處理生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)硫元素引入、廢水易于處理,因此,如果能夠采取適當(dāng)措施提高預(yù)處理時(shí) H2O2的漂白效率,堿性H2O2化學(xué)預(yù)浸漬不失為一種很好的化學(xué)預(yù)處理方式,可用于慈竹漂白化機(jī)漿生產(chǎn)。

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Bleaching of High Y ield Pulps from a Bamboo SpeciesN eosinocalam us Affinis(Rendle)Keng F

SHEN Kui-zhong FANG Gui-gan＊HU Jian-min L I Ping L IANG Fang-min
(Institute of Chem ical Industry of Forest Products,CAF,Nanjing,Jiangsu Province,210042)

Bleaching of chem imechanical pulps from a bamboo speciesNeosinocalamus affinis(Rendle)Keng fto a higher brightness by singleand multi-stage processeswas discussed in this paper.By using 10%H2O2,the bamboo pulps were only able to bleach to a brightness of 64.7%～65.0% ISO in single stage process.Bleaching efficiencywas improved by using two-or three-stage process.The brightnessof 66.6%～67.1%ISO was obtained by two-stage bleaching at 10%H2O2charge in total.Bleaching propertiesof the bamboo high yield pulps by using three bleaching chemicalsof H2O2,FAS andNaS2O4in the final stage of the three-stage processwere compared in term of the brightness:FAS>H2O2>NaS2O4.The brightnessof 69%～73%ISO wasobtained by using bleaching chemicalsof 10%H2O2and 2%FAS.After bleaching,the tensile,tear and burst indexof the bamboo pulpswas increased by200%～300%,250%～300%,and 250%～270%respectively.The effects of two kinds of chemical-pretrea tment of bamboo chips on brightness and strength properties of the bleached pulpswere compared aswell.

bamboo chemimechanical pulps;bleaching;hydrogen peroxide;FAS

TS721+.2;TS745

A

0254-508X(2010)03-0001-04

沈葵忠先生,博士,副研究員;主要從事木材制漿造紙新技術(shù)及廢紙高效利用方面的研究工作。

(＊E-mail:fangguigan@yahoo.com.cn)

2009-10-20(修改稿)

本課題是“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃專題 (2006BAD18B0502,2006BAD19B0705)研究?jī)?nèi)容。

(責(zé)任編輯:常 青)