茨竹機(jī)漿工藝與漂白機(jī)理

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本文作者：梁芳敏作者單位：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院

以慈竹為研究對(duì)象，對(duì)比研究了5種不同預(yù)處理方式及其浸漬效果;分別對(duì)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(duì)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(guò)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(zhǎng)度為1．68mm，平均寬度17．5μm，長(zhǎng)寬比為71．3。同時(shí)竹材表皮致密，纖維結(jié)構(gòu)特殊，藥液滲透困難，纖維潤(rùn)脹不足，磨漿后纖維易被切斷，長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)原漿白度的影響較大，且經(jīng)相同過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)氧化氫預(yù)處理和中性亞硫酸鈉預(yù)處理具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，可以作為慈竹制化機(jī)漿的適宜處理方式。堿性過(guò)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(shí)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(shí)間30min，預(yù)處理濃度25%。

研究了堿性過(guò)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(guò)氧化氫漂白對(duì)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(gè)過(guò)氧化氫用量下總有一個(gè)最佳的用堿量對(duì)應(yīng)最高的白度，不論何種過(guò)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(guò)氧化氫用量下(10%H2O2對(duì)絕干原料)，制得的化機(jī)漿均難漂至65%ISO以上，當(dāng)過(guò)氧化氫用量超過(guò)8%時(shí)，過(guò)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(shí)，漂后竹漿的白度也僅為63%ISO，可見(jiàn)，到一定過(guò)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(shí)，得率為95．7%，30%H2O2用量時(shí)，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(guò)氧化氫用量的增加，白度值上升，白度穩(wěn)定性越來(lái)越好。慈竹化機(jī)漿漂白存在漂白增限，單純?cè)黾舆^(guò)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(duì)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(duì)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(cè)定結(jié)果表明，竹漿使用過(guò)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(shí)對(duì)可見(jiàn)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(guò)氧化氫漂白對(duì)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(guò)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(méi)有因過(guò)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(guò)氧化氫對(duì)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(guò)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(guò)氧化氫漂白至較高白度的原因之一。