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        黃麻漿用二氧化氯漂白可漂至較高白度

        2013-09-16 09:08:40馬倩倩
        造紙化學(xué)品 2013年1期
        關(guān)鍵詞:黃麻燒堿過氧化物

        為了減少漂劑用量,研究了燒堿-蒽醌法黃麻漿的二氧化氯(ClO2)漂白(目標(biāo)白度為88%以上)。同時(shí)研究了ClO2和過氧化物作為終段漂劑提高白度的性能。試驗(yàn)結(jié)果表明最終白度取決于D0段和D1段ClO2的用量。當(dāng)終段漂白使用過氧化物作為漂劑時(shí),紙漿的泛黃程度減小。在D1和D2段使用Mg(OH)2控制pH可以改善最終白度,原因是較少ClO2分解形成氯酸鹽和次氯酸鹽。過氧化物作為終段漂劑漂白后漿的強(qiáng)度性能略優(yōu)于ClO2作為終段漂劑漂后的漿。

        目前全化學(xué)漿紙的白度要求越來越高,為了順應(yīng)這一趨勢(shì),熒光增白劑(OBA)的應(yīng)用逐漸增加。然而,其用量受到技術(shù)的限制。過量的OBA非但不能提高白度,而且會(huì)增加成本。提高紙漿白度的一種可行的方法是采用多段漂白和(或)增大漂劑用量。眾所周知,當(dāng)漿的白度高于88%ISO時(shí),OBA的增白性能將大幅提高。對(duì)于商品木漿,為了達(dá)到較高的白度(高于88%ISO),常采用D1ED2或D1P漂白方式。

        黃麻漿漂白的研究已不鮮見。前人研究了堿性亞硫酸鹽法制取的黃麻漿的漂白,采用2段次氯酸鹽漂白,漂后漿的最終白度為74%ISO;過甲酸法制取的黃麻漿采用堿性過氧化物漂白,白度最高可達(dá)82%ISO;燒堿 -蒽醌(燒堿 -AQ)法黃麻漿采用DEpD1漂白可漂至85%ISO;在燒堿-添加劑的工藝過程中,黃麻漿采用三段漂(CEH)可使最終白度達(dá)81%~87%ISO;有人研究了燒堿-AQ法黃麻漿不同方式的ECF漂白。采用ODED、ODEP和ODEpD漂白,可使白度達(dá)到86%ISO。采用CEHH和DEpD漂白,可將紙漿白度漂至80%ISO,但卻都以降低強(qiáng)度性能、增大污染負(fù)荷為代價(jià)。技術(shù)人員也研究了蒸煮溫度、苛性堿的用量和殘堿對(duì)漂白漿白度的影響。同時(shí)也有學(xué)者研究了紙漿的卡伯值和黏度對(duì)漂白的影響程度。然而對(duì)于將黃麻漿漂白至白度88%ISO以上的研究鮮見報(bào)道。

        研究表明為了改善最終白度和白度穩(wěn)定性,用過氧化物(P段)代替常規(guī)ECF漂白中終段ClO2段是有益的,而且還可以節(jié)省漂劑成本。

        在常規(guī)ECF漂白的D1和D2段,常用NaOH控制pH以使漂白結(jié)束時(shí)具有所需的最終pH。為了使最終pH為3.5,在用NaOH控制pH的ClO2漂段(D1),初始pH高達(dá)11,這或許將導(dǎo)致ClO2堿性分解形成氯酸鹽(ClO3-)和次氯酸鹽(ClO2-),導(dǎo)致 ClO2的氧化能力降低。據(jù)報(bào)道弱堿,如Mg(OH)2、MgO和CaCO3可用于控制ClO2段的pH。結(jié)果表明Mg(OH)2和輕質(zhì)碳酸鈣(PCC)可提供較穩(wěn)定的pH,因此改善了漂白性能。ClO2的漂白性能得以改善的原因是在用Mg(OH)2或 PCC控制pH的漂白過程中,較少的ClO2分解形成氯酸鹽和次氯酸鹽。

        本研究的目的如下:(1)將燒堿-AQ法黃麻漿漂至較高白度(大于 88%ISO);(2)通過用 Mg(OH)2代替NaOH調(diào)節(jié)D1和D2段pH,提高漂白效率;(3)比較DEpDED和DEpDP這2種漂白方式的不同。

        1 試驗(yàn)

        燒堿-AQ黃麻漿在BCSIR實(shí)驗(yàn)室制得,條件如下:16%AA、0.1%AQ,最高溫度為 170℃、升至最高溫度所需時(shí)間為90 min,最高溫度下的保溫時(shí)間為60 min,漿的卡伯值為6.1。漂白條件如下:

        D0:ClO2的用量分別為 0.42%、0.47%和 0.52%(相對(duì)于絕干漿),溫度為70℃,時(shí)間60 min。濃度10%,最終 pH=2.5。

        Ep:NaOH的用量為1.5%,溫度70℃,時(shí)間60 min。濃度10%,H2O2用量0.25%。

        D1:Ep段漂后的漿首先與 0.05%的 NaOH或Mg(OH)2混合,然后加入 0.23%或 0.38%ClO2溶液。漂白溫度70℃,時(shí)間120 min。濃度為10%。

        E2:NaOH用量為 0.30%,溫度 70℃,時(shí)間90 min,濃度 10%。

        D2:E2段漂后的漿首先與 0.01%NaOH或Mg(OH)2混合,然后加入 0.11%ClO2并充分混合;溫度70℃,時(shí)間120 min,濃度10%。

        P:D1段漂后的漿首先與0.25%NaOH和0.03%MgSO4混合,然后加入0.20%過氧化物;溫度70℃,時(shí)間120 min,濃度10%。

        上述各漂白過程均在塑料袋內(nèi)進(jìn)行,并用水浴加熱。每段漂白完成后,在布氏漏斗內(nèi)用去離子水洗滌漿料。根據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)方法T 236測(cè)定卡伯值;漿的白度、返黃值和黏度分別依據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)方法T 272、T 260和 T 230測(cè)定。

        2 結(jié)果與討論

        探究了D0段ClO2用量對(duì)漂白性能的影響。理論上,隨著ClO2用量的增加,脫木素程度增大,易于漿料的終段漂白。Ep段漂白后,ClO2用量對(duì)卡伯值和白度的影響見圖1。

        隨著ClO2用量的增加,卡伯值減小,白度增大。ClO2用量為0.42%時(shí),卡伯值減小至1.3,白度為76.9%ISO。隨著ClO2用量繼續(xù)增大,白度增大至80%ISO以上,而卡伯值略有減小。

        圖1 D0段ClO2用量對(duì)D0Ep漂后漿卡伯值和白度的影響

        采用D0EpD1ED2的漂白方式漂白,探究了如果增大D0段ClO2用量,漿料是否更易于漂至較高的白度。表1的結(jié)果表明增大D0段ClO2用量,最終白度的提高是有限的(各段漂白條件為:D0段,溫度 70 ℃,時(shí)間 60 min;Ep段,1.5%NaOH,0.25%H2O2,在 70 ℃下保溫 90 min;D1段,0.05%NaOH 或Mg(OH)2,在 70 ℃下保溫 60 min;E2段,0.3%NaOH,在 70℃下保溫 120 min;D2段,0.01%NaOH或Mg(OH)2,在 70 ℃下保溫 120 min;P 段,0.25%NaOH,0.2%H2O2)。

        表1 燒堿-AQ黃麻漿的ClO2漂白

        當(dāng)D0段ClO2用量由 0.42%增大至0.52%,并保持D1段和D2段ClO2用量不變時(shí),最終白度由89%ISO增大至89.7%ISO。為了獲得更大的最終白度,增大D1段ClO2用量。當(dāng)D1段ClO2用量由0.23%增大至0.38%時(shí)可使最終白度進(jìn)一步增大至90.3%ISO。

        為了改善ClO2的漂白效率,使用Mg(OH)2控制D1段和D2段的pH。應(yīng)當(dāng)注意的是,目前Mg(OH)2應(yīng)用于制漿造紙行業(yè)主要是為機(jī)械漿的過氧化物漂白提供堿源。由表1的結(jié)果可見,當(dāng)用Mg(OH)2代替NaOH用于控制D1段和D2段pH時(shí),最終白度可提高 0.5~0.8百分點(diǎn)。當(dāng)使用 Mg(OH)2時(shí),漂至相同的最終白度90%ISO,可節(jié)省ClO2用量1 kg/t(即ClO2用量由0.52%減小至 0.42%)。在使用Mg(OH)2控制pH的漂白中,ClO2漂白性能較好的原因是漂白體系的pH穩(wěn)定性較好。與使用Mg(OH)2控制pH的漂白體系相比,使用 NaOH控制pH的漂白體系的初始pH較高(前者為7,后者為11)。在前10 min內(nèi),使用NaOH的漂白體系的pH迅速減小,而對(duì)于使用Mg(OH)2的漂白體系,pH較為穩(wěn)定。眾所周知,在堿性條件下,ClO2將分解生成氯酸鹽,因此Mg(OH)2漂白體系的較為穩(wěn)定的pH環(huán)境使得ClO2較少分解生成氯酸鹽。通過控制pH減少氯酸鹽的生成可以提高ClO2漂白的效率。

        而且,在ClO2漂白過程中,次氯酸鹽的出現(xiàn)表明部分ClO2被浪費(fèi)。使用NaOH控制pH的漂白體系中,生成了較多的次氯酸鹽,表明ClO2的漂白效率降低。據(jù)報(bào)道,ClO2漂白中,pH越高,生成的次氯酸鹽越多:pH為8時(shí),約50%的ClO2轉(zhuǎn)化為次氯酸鹽;而pH為2時(shí),僅約3%的ClO2以次氯酸鹽的形式存在。

        終段漂白使用H2O2(P)作為漂劑可以減少漂白段數(shù),因此可以采用4段漂白(D0EpD1P)代替5段漂白(D0EpD1E2D2)。于企業(yè)而言,減少漂白段數(shù)所節(jié)約的成本是極具吸引力的。因此,本研究中黃麻漿的終段漂白采用過氧化物漂白,結(jié)果見表1。終段漂白采用過氧化物,漂后漿的最終白度稍大于終段采用ClO2(D2段)漂白的漿。

        商品漿生產(chǎn)商總是期望漂白化學(xué)漿具有較好的白度穩(wěn)定性。D0段ClO2用量對(duì)使用NaOH或Mg(OH)2控制pH的漂白體系漂后漿的最終白度和白度穩(wěn)定性的影響分別見圖2和圖3(每段的漂白條件與表1相同)。

        圖2 采用NaOH為堿源條件下終段漂劑對(duì)最終白度和白度穩(wěn)定性的影響

        結(jié)果表明返黃后,白度隨D0段ClO2用量的增加而增大,這與D0Ep漂白后,卡伯值的變化是一致的(見圖1)。據(jù)報(bào)道,漂白過程中ClO2用量越多,漂后漿的返黃程度越小,原因是發(fā)色基團(tuán)完全被氧化。因未完全被氧化,漿中己烯糖醛酸不能充分去除是導(dǎo)致全漂化學(xué)漿返黃的原因。所用原料的種類不同也是導(dǎo)致漿的白度不穩(wěn)定的原因之一。

        紙漿返黃是由于純度不夠。反過來,純度也受漂白條件的影響。其中,易被氧化的結(jié)構(gòu)(如羰基)的影響是較為重要的。圖2和圖3的結(jié)果表明終段采用過氧化物漂白可以略微提高白度穩(wěn)定性。原因是過氧化物氧化了漿中的羰基并且誘發(fā)了發(fā)色基團(tuán)的堿性降解。與ClO2相比,最終殘余的發(fā)色基團(tuán)更易與H2O2發(fā)生反應(yīng)。

        圖3 采用Mg(OH)2為堿源條件下終段漂劑對(duì)最終白度和白度穩(wěn)定性的影響

        圖4表明終段采用ClO2漂白后漿的黏度略大于過氧化物漂白漿,原因是ClO2比過氧化物更具選擇性(漂白條件與表2相同)。

        圖4 漂白后黃麻漿黏度的比較

        在 D1和 D2段,用 Mg(OH)2替代 NaOH 控制pH也可以提高漿的黏度。原因是使用NaOH控制pH的漂白體系中,pH較高(尤其是初始pH)。這一結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)告中的結(jié)果是一致的:ClO2漂白過程中,pH大于7時(shí),較多的碳水化合物發(fā)生降解,因此降低了紙漿的強(qiáng)度。在使用NaOH控制pH的漂白體系中,pH較高時(shí),由ClO2轉(zhuǎn)化成的物質(zhì)不具選擇性。

        漂白黃麻漿的物理性能見表2(各段漂劑用量為:D0,0.42%ClO2;D1,0.38%ClO2;D2,0.11%ClO2;P,0.2%H2O2)。

        表2 終段使用ClO2或過氧化物漂白對(duì)黃麻漿強(qiáng)度性能的影響

        結(jié)果表明,與終段采用ClO2漂白(D2)相比,終段采用過氧化物漂白的紙漿具有較高的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)。由表2還可以看出,與D1段使用 NaOH控制pH漂白的方式相比,D1段使用Mg(OH)2控制pH,漂白后的漿具有較大的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)。這是由于使用Mg(OH)2控制pH的漂白體系中,初始pH較小,因此碳水化合物降解較少,保證了紙漿的強(qiáng)度。該結(jié)果與由黏度數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是一致的(圖4)。

        所有紙漿的不透明度基本相同。不透明度反映了阻礙光通過的能力。因此不透明度隨著纖維網(wǎng)路中空氣界面數(shù)量的增加而增大,空氣界面越多,光散射系數(shù)越大。

        3 結(jié)論

        (1)將燒堿-AQ黃麻漿漂至目標(biāo)白度88%~89%ISO,ClO2用量僅為7.6 kg/t(漿)。過氧化物或ClO2用作終段漂劑的漂白性能取決于D0段ClO2用量或D0E漂白后漿的白度。

        (2)在 D1段和 D2段用 Mg(OH)2替代 NaOH控制pH可以改善最終白度。

        (3)用過氧化物作為終段漂劑漂白后漿的最終白度略小于用ClO2作為終段漂劑漂白的漿。但是,返黃后2種漂白方式漂白后漿的白度基本相同。

        (4)使用Mg(OH)2控制pH的漂白體系漂后漿的黏度大于使用NaOH的漂白體系,因此改善了漿的物理性能。

        (5)用過氧化物替代ClO2用作終段漂劑漂白后漿的物理性能也得以改善。

        (馬倩倩 編譯)

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