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      茨竹機(jī)漿工藝與漂白機(jī)理

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      茨竹機(jī)漿工藝與漂白機(jī)理

      本文作者:梁芳敏作者單位:中國林業(yè)科學(xué)研究院

      以慈竹為研究對象,對比研究了5種不同預(yù)處理方式及其浸漬效果;分別對預(yù)處理后物料進(jìn)行制漿和漂白操作,比較不同預(yù)處理方式對制漿性能的影響;綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素,提出了適宜的化學(xué)預(yù)處理?xiàng)l件;研究了慈竹化機(jī)漿的漂白性能,并探討了堿性過氧化氫制化機(jī)漿的漂白機(jī)理。分析了慈竹的化學(xué)組成、纖維形態(tài)等材性特征,結(jié)果表明,慈竹纖維的平均長度為1.68mm,平均寬度17.5μm,長寬比為71.3。同時竹材表皮致密,纖維結(jié)構(gòu)特殊,藥液滲透困難,纖維潤脹不足,磨漿后纖維易被切斷,長度降低50%左右。化學(xué)組分分析結(jié)果顯示,慈竹竹材的抽出物含量較高(1%NaOH抽出物30.13%,熱水抽出物8.59%,苯醇抽出物4.33%),灰分含量較高,達(dá)1.62%,高于木材原料的灰分含量,但小于大多數(shù)禾本科材料。

      篩選合格后竹片室溫浸泡過夜,濾去多余水分,105℃蒸汽預(yù)汽蒸10min,MSD擠壓(壓縮比1∶4),擠壓后物料分別采用了中性亞硫酸鈉、堿性過氧化氫、堿性亞硫酸鈉、氫氧化鈉及亞硫酸氫鈉等五種化學(xué)藥劑進(jìn)行預(yù)浸,進(jìn)行化學(xué)機(jī)械法制漿和漂白。對比研究慈竹制化機(jī)漿的磨漿性能、漂白性能、強(qiáng)度性能及污染負(fù)荷等,結(jié)果顯示:不同化學(xué)藥品浸漬對原漿白度的影響較大,且經(jīng)相同過氧化氫用量漂白后的白度差異與原漿白度差異幾乎一致;中性亞硫酸鈉預(yù)處理制化機(jī)漿的原漿白度最高,為38.6%ISO,其次是堿性過氧化氫預(yù)處理方式,白度為26.75%,堿性亞硫酸鈉預(yù)處理制化機(jī)漿的原漿白度最低,為22.8%ISO;化學(xué)機(jī)械法磨漿至相同游離度350mLCSF后,經(jīng)10%H2O2用量漂白后,堿性過氧化氫預(yù)處理制得的漂白化機(jī)漿具有較好的抗張強(qiáng)度,且其具有較低的比能耗,中性亞硫酸鈉預(yù)處理制得的漂白化機(jī)漿具有較好的撕裂強(qiáng)度及耐破強(qiáng)度。堿性過氧化氫預(yù)處理和中性亞硫酸鈉預(yù)處理具有相對優(yōu)勢,可以作為慈竹制化機(jī)漿的適宜處理方式。堿性過氧化氫適宜的預(yù)處理?xiàng)l件為:NaOH用量1.5%,H2O2用量2%、DTPA用量0.2%,溫度75℃,預(yù)浸反應(yīng)時間30min,預(yù)處理濃度25%。中性亞硫酸鈉適宜的預(yù)處理?xiàng)l件為:Na2CO3用量2%,Na2SO3用量2%、DTPA用量0.2%,溫度75℃,預(yù)浸反應(yīng)時間30min,預(yù)處理濃度25%。

      研究了堿性過氧化氫預(yù)處理制慈竹化機(jī)漿的漂白性能。使用不同用量水平(2%、4%、6%、8%、10%、15%、20%及30%)的單段過氧化氫漂白對慈竹化機(jī)漿的可漂白性能進(jìn)行系統(tǒng)的探討,重點(diǎn)考察了漂白白度、漂白得率、白度穩(wěn)定性、漂白廢水污染發(fā)生量。結(jié)果表明,每個過氧化氫用量下總有一個最佳的用堿量對應(yīng)最高的白度,不論何種過氧化氫用量,最佳條件下漂白,漂白殘液的pH值一般在9~9.4之間;慈竹化機(jī)漿的漂白性能較差,在經(jīng)濟(jì)合理的過氧化氫用量下(10%H2O2對絕干原料),制得的化機(jī)漿均難漂至65%ISO以上,當(dāng)過氧化氫用量超過8%時,過氧化氫的漂白效率下降,單位漂白藥劑用量的白度增值低于1.5%,當(dāng)將H2O2用量提升至30%時,漂后竹漿的白度也僅為63%ISO,可見,到一定過氧化氫用量水平后,漂劑用量的繼續(xù)增加,漂白效率下降,并且漂白紙漿得率損失迅速提高(2%H2O2用量時,得率為95.7%,30%H2O2用量時,得率為85.5%),漂白廢水的污染負(fù)荷急劇上升,30%H2O2用量條件下污染負(fù)荷高達(dá)209.1kg/t;木質(zhì)素溶出率也隨之增加,20%H2O2用量下,木質(zhì)素溶出率高達(dá)45%,木質(zhì)素溶出是導(dǎo)致漿料漂白得率下降的主要原因;隨著過氧化氫用量的增加,白度值上升,白度穩(wěn)定性越來越好。慈竹化機(jī)漿漂白存在漂白增限,單純增加過氧化氫漂劑用量難以實(shí)現(xiàn)把竹漿漂白至高白度的目標(biāo)。

      使用現(xiàn)代光譜分析技術(shù),使用物理、化學(xué)及光譜分析手段對慈竹原料、漂白前后化機(jī)漿的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了研究。硝基苯氧化結(jié)果表明:慈竹木質(zhì)素為G-S-H型木質(zhì)素,其中愈瘡木基結(jié)構(gòu)單元約占32.6%,紫丁香基結(jié)構(gòu)單元約38.4%,對羥基苯基結(jié)構(gòu)單元約占29.0%。漂白前后竹化機(jī)漿UV-Vis光譜分析測定結(jié)果表明,竹漿使用過氧化氫漂白主要破壞木質(zhì)素中的醛基和羰基結(jié)構(gòu),同時對可見光吸收影響較大的醌型結(jié)構(gòu)也有一定破壞作用,在457nm附近出現(xiàn)肩峰是竹化機(jī)漿能夠產(chǎn)生漂白作用的基礎(chǔ);過氧化氫漂白對木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中與苯環(huán)共軛的α-羰基結(jié)構(gòu)及與苯環(huán)連接的γ-醛基結(jié)構(gòu)有著持續(xù)的破壞作用,當(dāng)過氧化氫用量由20%增加到30%,457nm附近產(chǎn)生吸收的醌型發(fā)色結(jié)構(gòu)并沒有因過氧化氫用量的增加而產(chǎn)生進(jìn)一步的破壞作用,繼續(xù)增加過氧化氫對漿料的白度提高意義不大。慈竹化機(jī)漿木質(zhì)素中可能存在一些抗拒過氧化氫漂白脫色的醌型結(jié)構(gòu),這很可能是導(dǎo)致慈竹化機(jī)漿難以被過氧化氫漂白至較高白度的原因之一。

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