桉树作为全球三大速生树种之一,其人工造林面积已占世界人工林的1/3。桉树生长快,木材品质较好,用于制浆造纸工业将有美好前景。国外桉树用于机械浆已有许多年,如何用桉树浆生产高级纸,一个需重点考虑的问题是它的可漂性。本文主要对细叶桉ctmp h2o2高白度漂白工艺进行了探索和研究。1 材料和方法1.1原料
试验用细叶桉木片取自广东阳江。1.2浆料的制备
细叶桉ctmp由本研究室andritz sprout-bauer磨浆中试系统生产。1.3预处理条件
原浆白度44.3%iso,实验中用dtpa对细叶桉ctmp预处理。dtpa用量0.25%~0.30%,温度50~60℃,浆浓2%,处理时间20min。1.4漂白条件
漂白在聚乙烯塑料袋中进行,漂白温度70℃,时间2h,浆浓15%~30%。1.5白度测定
取约1.5g绝干浆,使其分散,用水稀释至1%浆浓,在布氏漏斗上抄成浆片,压平、风干、测定。1.6测定方法
残h2o2、返黄值测定参照《制浆造纸实验》中有关测定方法,有关浆料性能指标均按国标执行。2 结果与讨论2.1单段h2o2漂白2.1.1h2o2用量对漂白白度的影响
从图1可见,在其它漂白条件一定的情况下,随h2o2用量的增加,白度增加,h2o2消耗也增加,3%h2o2可使ctmp浆白度提高22.3~32.4个单位,4%h2o2用量漂后浆的白度达71.5%~75%(iso),过氧化氢从3%~4%,白度增值不大,所以实际生产中,建议用两段漂来进一步提高白度。图1 h2o2用量对漂白白度的影响2.1.2 naoh用量对漂白白度的影响
许多文献[1]业已阐述过氧化物漂白中,碱度对白度的影响的重要性。本实验中naoh用量对漂白白度的影响如图2所示。图2 naoh/h2o2
从图2可见,在相同h2o2用量下,其它漂白条件一定时,随碱与h2o2比的增加,所漂得纸浆白度降低。经过回归分析,对应于不同的h2o2用量均有一适宜的naoh用量与之适应,可获得相对较高的白度。2.1.3漂白浆浓对漂白白度的影响
已有文献报道[2],高浓漂白白度增加是因为高浓下大部分h2o2吸入纤维细胞壁中,并易于进行漂白反应,结果消耗在细胞壁外的非漂白反应耗少量h2o2。浆浓高,h2o2浓度也高,漂白反应速率快于碱引起的有色物生成反应。
漂白浆浓对漂白白度的影响如图3所示。随浓度从15%~30%的增加,白度也随之增加,浆浓高于20%以后,白度增加缓慢,漂白适宜的浆浓应为20%~30%。图3 漂白浆浓对漂白白度的影响(mgso4 0.05,na2sio3 1.5%,温度70℃,时间2h)2.1.4不同原浆白度、不同压缩比原浆对漂白白度的影响
木片经不同压缩比制得的不同白度的细叶桉ctmp原浆单段h2o2漂白结果如表1所示。表1 不同压缩比、不同白度的细叶按ctmp单段h202漂白结果
项目 原浆白度%iso 漂后白度%iso 白度增量%iso 漂白工艺 压缩比 3%h2o2/2.25%naoh
低压缩比4:1 46.6 76.7/76.4 30.1/29.8 43.6 76.0 32.4 47.7 77.3 29.5 高压缩比>4:1 44.3 71.4 27.1 44.2 70.7 26.5 43.7 70.5 26.8
注:mgso4 0.05%,na2sio3 1.5%,dtpa 0.25%~0.3%(对绝干浆),温度70℃,时间2h,浓度20%。
从表1可以看出,不同压缩比处理木片制得的细叶桉ctmp,在相同漂白工艺条件下得到的漂白浆白度不同,相同原浆白度下,低压缩比的细叶桉ctmp原浆比高压缩比的细叶桉ctmp原浆漂后白度高4~6个百分点,这可能是因为在制浆过程中,低压缩比的细叶桉ctmp比高压缩比的细叶桉ctmp吸取化学药液(如naoh、na2so3)少所至。
由表1还可看出,相同压缩比、不同原浆白度的细叶桉ctmp漂后白度不同,原浆白度越低,同样h2o2用量所获得的白度增加值也越高。2.1.5 不同游离度的细叶桉ctmp原浆对漂白白度的影响
不同游离度原浆,相同漂白工艺单段h2o2漂白结果如表2所示。表2 不同游离度原浆、相同漂白工艺单段h2o2漂白结果
项目 原浆游离度 漂后白度 白度增量 压缩比 csf %iso %iso 低压缩比4:1 203 77.3 29.5 240 76.4 29.8 420 76.0 32.4 高压缩比>4:1 190 70.5 26.8 202 70.7 26.5 379 71.4 27.1
注:h2o23%,naoh 2.25%,mgso4 0.05%,nasio3 1.5%,温度70℃,时间2h,浆浓20%,漂前适量dtpa螯合。
从表2可见,相同压缩比,不同游离度原浆,单段漂后白度差异不大。这说明漂前ctmp原浆游离度对漂后白度影响不大。2.1.6不同螯合剂用量对漂白白度的影响
不同螯合剂用量对漂白白度的影响如图4所示。
研究了dtpa用量在0.2%~0.6%范围内,对漂白白度的影响效果。dtpa用量增加,白度随之增加,dtpa用量增至0.3%以后,白度改善效果不甚明显,当dtpa用量增至0.5%以后,白度反而下降。综合经济成本考虑用量控制在0.3%左右较为适宜。
实验中,在h2o2单段漂前,dtpa预处理后,对比螯后洗涤与不洗涤后h2o2单段漂白白度,发现螯后洗涤比不洗涤的浆料单段漂后白度提高1.0个百分点。图4 不同螯合剂用量对漂白白度的影响(mgso4 0.05%,na2sio3 1.5%,温度70℃,时间2h)2.1.7漂白中加与不加mgso4对漂白白度的影响
同一未漂浆样,相同漂白工艺,对比漂白过程中加与不加mgso4,发现加mgso4的漂后浆白度比不加mgso4的漂后浆白度高0.5~1个百分点。2.1.8漂后酸化用酸不同对漂白白度的影响
h2o2漂后浆料进行酸处理,特别是用还原性弱酸处理,可有效地提高白度[3]。
实验中,对相同漂白条件的漂白浆分别用草酸和so2进行h2o2单段漂后酸化处理,结果列于表3。
从表3结果可以看出,相同漂白条件下,h2o2单段漂后,用草酸和so2酸化,白度差异不大,但草酸酸化后的浆料pc值低于so2酸化的,说明用草酸酸化浆料,其白度稳定性高。表3 相同漂白及酸化条件、不同酸化用酸对漂后浆白度的影响
酸化条件 浆浓 ph 温度 时间 h2o2单段漂后白度 pc值 酸化用酸 % ℃ min ⅰ 草酸 3 4.61 25~27 20~30 76.7 0.636 so2 3 4.86 25~27 20~30 76.9 0.991 ⅱ 草酸 3 4.64 25 20~30 75.1 0.526 so2 3 4.51 25~27 20~30 75.4 1.710
*ⅰ、ⅱ 漂白工艺条件相同,浆浓不同,h2o2用量3%2.1.9漂后丙酮洗滤对漂白白度的影响
据有关研究表明[4],用丙酮对马尾松sgw漂白浆进行抽滤,可以大幅度提高h2o2漂后浆的白度。
实验中,漂后用15~20ml丙酮洗滤,发现经丙酮洗滤过的浆料白度比未经丙酮洗滤的浆料高0.5~1个单位,但pc值略有下降。特别是置于日光下迅速返黄。2.2两段h2o2漂白2.2.1总h2o2用量一定,p1、p2段h2o2分配变化对两段漂白白度的影响
从表4可见,两段h2o2漂白,在总用量相同为5%h2o2情况下,一、二段之间h2o2分配比例(p1:p2)对漂后浆白度有较大的影响。从h2o2用量及消耗综合来看,一、二段之间h2o2分配比(p1:p2)为3:2为好,此时白度最高。5%h2o2两段漂浆片白度高于5%h2o2单段漂的。两段漂白浆总白度增量在28%~31%,其中碱与h2o2比例,一段控制在0.75:1,二段控制在0.5:1为宜。2.2.2低压缩比、不同原浆白度的ctmp对最终漂白白度的影响
从表5可见,低压缩比的细叶桉,相同漂白工艺下,原浆白度越低,其最终白度增量越大。2.2.3 不同酸化用酸对最终漂白白度的影响
两段漂白在相同工艺条件下,均由so2或草酸酸化,发现最终白度前者比后者高1~1.5个百分点,但pc值后者比前者低,说明用后者酸化,其白度稳定性高。2.3老化2.3.1 h2o2及naoh用量对漂白浆返黄的影响
当h2o2用量一定时,细叶桉ctmp漂白浆,在热老化中白度稳定性均随naoh用量增加而下降。这是因为ctmp浆在h2o2漂白中,酚的生成量随hoo-浓度的提高而增加,漂浆中增加naoh又有助于酚的形成,随之在热诱导老化中引起白度损失[5]。因此,应选择适宜的naoh用量。2.3.2后处理对返黄的影响
适当的漂白后处理能提高浆料白度及白度稳定性。单段h2o2漂后洗涤比未经洗涤的浆的pc值略有降低(pc值大约降低0.6~0.7个百分点)。实验中还发现,经so2或草酸后处理可进一步提高漂浆白度及热老化白度稳定性,且后者处理的白度稳定性更高。表5 低压缩比、不同原浆白度的ctmp对最终漂白白度的影响
项目 原浆白度 最终白度 白度增量 压缩比 % %iso %iso 低压缩比4:1 43.6 80.2 36.6 46.6 79.6 33.0 47.7 79.4 31.7
注:漂前适量dtpa螯合;一段:h2o2 3%,naoh 2.25%;二段:h2o2 2%,naoh 2%;温度70℃;时间2h;浆浓20%~25%;适量mgso4;na2sio3。2.3.3漂白方式的影响
实验数据表明,用h2o2作为单一漂剂,增加漂白段数可以提高漂浆的白度及热老化白度稳定性(热老化pc值从1.0~1.40降至0.62~0.78)。3 结论
(1)细叶桉ctmp h2o2漂白适宜的工艺条件。
a.单段漂白
h2o2 3%,naoh 2.25%,mgso4 0.05%,na2sio3 1.5%,浆浓20%,漂温70℃,时间2h,漂前用0.25%~0.3%dtpa螯合,浆料白度可以从原浆的46.0%升至75%~76%(低压缩比),白度增量为29.5%~32.4%。
b.两段漂白
p1:h2o2 3%,naoh 2.25%,mgso4 0.05%,na2sio3 1.5%,浆浓20%,漂温70℃,时间2h,漂前0.25%~0.3%dtpa螯合,草酸后处理,调ph4.5~5。
p2:h2o2 2%,naoh 2%,mgso4 0.05%,na2sio3 1.5%,浆浓20~25%,漂温70℃,时间2h,草酸后处理,调ph4.5~5。
白度可由原浆的44.3%~46.0%升至74.6%(高压缩比)~81.0%(低压缩比)。第二段白度增量为2.8%~4.0%。
(2)h2o2用量相同时,增加漂白段数,浆料白度及白度稳定性提高。漂前dt
