助劑強(qiáng)化的氧脫木素漿的氧脫木素體系的研究

助劑強(qiáng)化的氧脫木素漿的氧脫木素體系的研究

氧氣是一種純凈且廉價(jià)的洗白劑。采用氧脫離酶法可以減少漿糊中含有氯的藥物的使用，氧漂白液可以被送到堿性回收系統(tǒng)進(jìn)行處理。此外,氧脫木素漿還具有白度穩(wěn)定性好,強(qiáng)度好,易打漿等優(yōu)點(diǎn)。氧脫木素技術(shù)已成為當(dāng)今國際范圍內(nèi)最基本的無污染漂白方式,是無元素氯漂白(ECF)和全無氯漂白(TCF)程序中的必需漂段。為防止?jié){料中的碳水化合物發(fā)生嚴(yán)重降解,常規(guī)單段氧脫木素的脫木素程度一般限制在45%～50%的范圍內(nèi);采用兩段或多段氧脫木素能夠提高氧脫木素漿的脫木素程度,但投資和操作費(fèi)用將會(huì)大大提高。許多學(xué)者提出了采用添加助劑的方法來提高單段氧脫木素的選擇性,表面活性劑就是其中的一種。表面活性劑廣泛應(yīng)用于制藥、造紙、印刷等行業(yè),是重要的工業(yè)原料;用作氧脫木素助劑時(shí),可以提高脫木素選擇性,其作用機(jī)理被認(rèn)為是可以減小漿料與液體之間的表面張力,從而減小傳質(zhì)阻力,提高反應(yīng)速率。本文探討了三種表面活性劑對(duì)桉木硫酸鹽漿氧脫木素結(jié)果的影響,并對(duì)常規(guī)氧脫木素漿和助劑強(qiáng)化的氧脫木素漿進(jìn)行了后續(xù)的(DQ)P漂白,對(duì)比了兩種漂白漿的打漿性能和強(qiáng)度性能。1實(shí)驗(yàn)1.1lyptus水質(zhì)和赤桉品種的選育桉木由廣東雷州林業(yè)局提供,是一種由巨桉(EucalyptusGrandis)和赤桉(EucalyptusCamaldulensis)雜交而來的速生新品種,樹齡為6年。原料切片篩選后風(fēng)干儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?.2煮條件蒸煮設(shè)備為經(jīng)改進(jìn)的美國M/K609-2-10型計(jì)算機(jī)控制蒸煮器。常規(guī)硫酸鹽法蒸煮條件為:裝鍋量1000g(絕干),活性堿用量23%(以NaOH計(jì)),硫化度25%,液比1:4,最高溫度165℃,升溫時(shí)間125min,保溫時(shí)間120min。所得漿料的卡伯值17.1,白度36.4%ISO,粘度1023mL·g-1。1.3加壓力反應(yīng)轅速生桉木硫酸鹽漿氧脫木素反應(yīng)在KCF-10型壓力反應(yīng)釜中進(jìn)行,每次實(shí)驗(yàn)的絕干漿用量為40g。把漿料和藥液混合均勻后移入到壓力反應(yīng)釜中,通入一定壓力的氧氣,加熱升溫至目標(biāo)溫度,并保溫至規(guī)定時(shí)間。氧脫木素漿經(jīng)去離子水洗滌干凈后,脫水并分散均勻備檢測用。在前期的工作中,我們已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)1.2的硫酸鹽漿進(jìn)行了常規(guī)氧脫木素工藝條件的優(yōu)化,因此本實(shí)驗(yàn)采用的氧脫木素工藝為:漿濃10%,用堿量2%,MgSO4用量0.2%,反應(yīng)溫度100℃,反應(yīng)時(shí)間60min,氧壓0.5MPa。1.4油料A1:山東某紙廠提供的兩性表面活性劑,為黃色透明油狀液體。A2:實(shí)驗(yàn)室自制的聚丙烯酸類表面活性劑,為淺黃色透明油狀液體。A3:湖南某紙廠提供的蒸煮助劑,為黃色固體粉末,含表面活性劑類成分。1.5漂段的制備對(duì)氧脫木素漿進(jìn)行了后續(xù)的(DQ)P漂白,各漂段均在聚乙烯塑料袋中進(jìn)行,漿料和藥品加入袋中揉搓均勻后密封,然后放入恒溫水浴中,在設(shè)定的溫度和時(shí)間下反應(yīng),漂后漿料用去離子水洗凈。1.6砂漿、復(fù)制紙和紙張的性能的測定用PFI磨分別對(duì)兩種漂白漿進(jìn)行打漿,打漿濃度為10%。打漿后在標(biāo)準(zhǔn)紙頁成型器上抄紙,然后按國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定紙頁的各項(xiàng)性能。1.7分析和檢測紙漿卡伯值、白度、粘度按參考文獻(xiàn)中的方法進(jìn)行測定。2結(jié)果與討論2.1助劑用量對(duì)氧脫木素漿粘度和硬度的影響將三種表面活性劑A1、A2和A3分別加入到漿料中進(jìn)行氧脫木素實(shí)驗(yàn),檢測了脫木素后各漿料的性質(zhì),并與常規(guī)氧脫木素漿進(jìn)行了對(duì)比,其結(jié)果如表1所示。由表1可知,在氧脫木素反應(yīng)體系中添加三種助劑中的任何一種都能降低氧脫木素漿的卡伯值。當(dāng)助劑用量為0.2%時(shí),與不加助劑的常規(guī)氧脫木素漿相比,助劑強(qiáng)化氧脫木素漿的卡伯值降低1.2-1.4,說明在氧脫木素體系中添加這三種助劑都能提高漿料的木素脫除率。由表1中紙漿粘度的數(shù)據(jù)可知,與常規(guī)氧脫木素漿相比,助劑強(qiáng)化氧脫木素漿的粘度都有所降低,但下降的幅度都較小;在助劑用量為0.2%時(shí),氧脫木素漿粘度的下降幅度在32-54mL·g-1范圍內(nèi)。氧脫木素體系是一個(gè)較為復(fù)雜的三相反應(yīng)體系,由氧氣(氣相)、化學(xué)藥液(液相)和漿料(固相)組成。表面活性劑作為氧脫木素助劑,能減小氧脫木素反應(yīng)體系中固相與液相之間的表面張力,促進(jìn)藥液中的溶解氧向漿料滲透,從而提高脫木素率,但同時(shí)這種促進(jìn)作用也會(huì)使紙漿纖維素略有降解。圖1為助劑用量與氧脫木素漿白度之間的關(guān)系圖。由圖中可知,添加助劑后氧脫木素漿的白度明顯升高;隨著助劑的用量從0%增加到0.2%,氧脫木素漿的白度也從53.6%ISO升高到57%ISO左右,甚至更高;當(dāng)助劑用量相同時(shí),添加助劑A3的氧脫木素漿其白度最高。而隨著助劑的用量從0.2%增添到0.5%,三種助劑加強(qiáng)的氧脫木素漿的白度值略微升高或有所降低。總體來說,三種助劑在一定程度上都能提高氧脫木素的選擇性,進(jìn)一步降低漿料的卡伯值,提高白度,而紙漿粘度的下降幅度則不是很大。三種表面活性劑作為氧脫木素助劑,較適宜的用量均為0.2%左右,此時(shí)助劑強(qiáng)化氧脫木素漿的白度均達(dá)到較高的水平。而這三種助劑中,以助劑A3的效果最好。2.2氧脫木素氧漂單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別對(duì)常規(guī)氧脫木素漿(O)和助劑A3強(qiáng)化的氧脫木素漿(OA3,助劑A3用量為0.2%)進(jìn)行了(DQ)P漂白,并對(duì)這兩種漂白漿的打漿性能和強(qiáng)度性能進(jìn)行了比較。由表2可知,在漂白漿白度為84%ISO左右時(shí),0A3(DQ)P漂白漿所需要的有效氯、H2O2和NaOH的量相比于0(DQ)P漂白漿的要少,且兩種漂白漿的粘度和返黃值都差別不大。這說明達(dá)到相同目標(biāo)白度時(shí),在氧脫木素階段添加少量的表面活性劑可以降低后續(xù)漂白化學(xué)藥品的用量,且漂白漿的白度穩(wěn)定性和粘度也較好。圖2為O(DQ)P和OA3(DQ)P兩種漂白漿打漿轉(zhuǎn)數(shù)和打漿度之間的關(guān)系圖。由圖可知,在相同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下,O(DQ)P漂白漿具有更高的打漿度;也即達(dá)到相同的打漿度時(shí),OA3(DQ)P漂白漿需要較高的打漿能耗。圖3、圖4和圖5分別為兩種漂白漿的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)與打漿度之間的關(guān)系圖。由圖可知,打漿后兩種漂白漿的強(qiáng)度性能都得到明顯改善;且在相同打漿度下,無論是抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)還是耐破指數(shù),OA3(DQ)P漂白漿都要明顯好于O(DQ)P漂白漿。3氧脫木素漿卡伯值的確定3.1本論文中所使用的三種助劑都能夠提高氧脫木素反應(yīng)的脫木素選擇性,使氧脫木素漿的卡伯值降低,白度升高且粘度變化不大。三種助劑中以助劑A3的效果最好,當(dāng)A3的用量為0.2%時(shí),可使氧脫木素漿的卡伯值降低1.4,白度提高4.7%ISO。3.2對(duì)常規(guī)氧脫木素漿和助劑A3強(qiáng)化的氧脫木素漿進(jìn)行了(DQ)P漂白,結(jié)果表明:當(dāng)漂白漿的白度均為84%ISO左右時(shí)