堿性過氧化氫化機(jī)漿apmp漿料的制備與性能

堿性過氧化氫化機(jī)漿apmp漿料的制備與性能

堿沉淀（apmp）是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新紙漿。采用其制漿工藝可以省去漂白車間,將制漿和漂白合二為一,采用常壓盤磨磨漿代替壓力盤磨磨漿,不需龐大的蒸汽系統(tǒng),可以節(jié)省投資,降低運(yùn)行費(fèi)用;而制得的漿具有得率和白度高,強(qiáng)度好,廢水不含硫,易于處理,污染少等特點(diǎn),使得該制漿方法一出現(xiàn)就引起了人們的廣泛注意,并在當(dāng)今的制漿造紙領(lǐng)域產(chǎn)生極大的競爭力。APMP目前主要應(yīng)用于闊葉木制漿,但國內(nèi)外對針葉木和草類制APMP漿的研究也在進(jìn)行。本文擬就我國南方大面積種植的兩種速生闊葉木樹種———藍(lán)桉和尾葉桉為原料進(jìn)行APMP制漿,并對漿料在磨漿過程中的變化進(jìn)行初步的研究。1測試1.1原材料6年生云南產(chǎn)藍(lán)桉(E.globulus)、5年生廣東陽江產(chǎn)尾葉桉(E.urophylla)經(jīng)削片后曬干貯存。原料化學(xué)成分見表1。1.2工藝木片洗滌,預(yù)浸→預(yù)汽蒸→一段擠壓→一段化學(xué)處理→二段擠壓→二段化學(xué)處理→磨漿1.3工藝條件1.3.1木段的預(yù)處理木片經(jīng)洗滌后浸泡在水中24h以平衡其中的水分,然后進(jìn)入汽蒸倉汽蒸10min以去除木片中的空氣。1.3.2壓力汽蒸后的木片進(jìn)入Andriz公司生產(chǎn)的螺旋擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓,各段壓縮比均為4∶1。1.3.3空氣傳熱保溫化學(xué)處理?xiàng)l件見表2?；瘜W(xué)處理時,將原料與化學(xué)藥品混合后,放入帶攪拌的封閉容器內(nèi)水浴加熱待溫度升至所需水平后將漿料轉(zhuǎn)移至大烘箱內(nèi)利用空氣傳熱保溫到預(yù)定的時間。1.3.4盤磨間隙的影響在GNM-300型高濃磨漿機(jī)中采用五段磨漿,主軸轉(zhuǎn)速300r/min,漿濃25%,盤磨間隙分別為:1.5mm,0.8mm,0.6mm,0.4mm,0.2mm。1.3.5消潛、消潛磨漿后將漿料先經(jīng)2mol/L硫酸處理,再在80℃下消潛30min。各段均取樣,按國家標(biāo)準(zhǔn)測定打漿度和纖維形態(tài),抄紙并測定紙頁的性質(zhì)。2結(jié)果與討論2.1其他助劑制漿法APMP制漿屬于高得率制漿方法的一種。它采用擠壓機(jī)對木片進(jìn)行高壓縮比的擠壓,使其結(jié)構(gòu)離散而易于液體的吸收和浸透,然后用NaOH和H2O2混合藥液對其進(jìn)行處理,同時加入硅酸鈉、硫酸鎂、EDTA等助劑,然后機(jī)械磨解得到紙漿。APMP漿的化學(xué)處理較溫和,木素沒有明顯的溶出,因此得率很高?；瘜W(xué)處理的作用是使纖維軟化,同時改變木素發(fā)色基團(tuán)的結(jié)構(gòu),使之變成無色,從而達(dá)到制漿時同時漂白的效果。APMP制漿,由于省去了漂白工段,使得整個制漿流程大大縮短,化學(xué)藥品的用量也大為減少,而制漿效果卻很突出,污染也少。因此筆者認(rèn)為,該法尤其為高效利用闊葉木等速生原料制漿造紙?zhí)峁┝艘粭l道路,具有極大的研究和推廣價值。目前我國已引進(jìn)了數(shù)套APMP的生產(chǎn)線,但有關(guān)的工藝和機(jī)理問題仍需作深入的研究。2.2擠壓對桉木apmp制漿的影響擠壓對制APMP漿有著關(guān)鍵的影響,擠壓效果的好壞極大地決定了漿的質(zhì)量。利用APMP法制漿時,木片受到螺旋擠壓機(jī)強(qiáng)力的擠壓作用,結(jié)構(gòu)變得疏松,木片被撕扯開,變成一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),干度達(dá)到73%～75%,從而像海綿一樣易于吸收藥液,使反應(yīng)能充分進(jìn)行,而纖維并未因擠壓而受到損傷。經(jīng)過充分?jǐn)D壓的木片,不僅可以充分吸收化學(xué)藥液,以提高處理的效果,還能起到節(jié)約藥品的用量、縮短反應(yīng)時間的作用。對于桉木這樣難于吸收化學(xué)藥液的硬木,擠壓起到的作用特別顯著。研究證明,經(jīng)擠壓的木片在相同化學(xué)預(yù)處理?xiàng)l件下,白度可比未經(jīng)擠壓的高45個白度單位之多。華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾做過未經(jīng)高壓縮比充分?jǐn)D壓的桉木APMP制漿試驗(yàn),其成漿白度僅有60%ISO左右。研究表明,4∶1的壓縮比是制APMP漿比較適宜的壓縮比例。本次試驗(yàn)采用4∶1的壓縮比進(jìn)行擠壓處理。經(jīng)兩段擠壓和兩段化學(xué)處理后的漿料,其白度已經(jīng)達(dá)到80%ISO左右,而H2O2用量僅為5%,NaOH用量為5.2%,這是未經(jīng)擠壓木片所難以達(dá)到的結(jié)果。可見,充分且適當(dāng)?shù)臄D壓對桉木APMP制漿的結(jié)果有著重要的影響。目前國內(nèi)還沒有生產(chǎn)這類擠壓設(shè)備的廠家所需試驗(yàn)設(shè)備還要從國外引進(jìn)關(guān)于這方面設(shè)備的研究開發(fā)仍有待于進(jìn)一步進(jìn)行。2.3提高配抄用量當(dāng)化機(jī)漿與化學(xué)漿配抄紙頁時,成紙白度主要受化機(jī)漿白度的影響,化機(jī)漿所占比例越大影響也越大,提高化機(jī)漿白度可大大提高配抄紙漿白度。另外,化機(jī)漿的強(qiáng)度越高,越可配抄更高質(zhì)量的紙張。因此生產(chǎn)高白度高強(qiáng)度的化機(jī)漿具有十分重要的意義。本試驗(yàn)中,五段磨漿后,藍(lán)桉APMP漿達(dá)到了80%ISO以上的高白度,裂斷長超過4000m;尾葉桉的白度也接近80%ISO,裂斷長達(dá)到3000m以上。這兩種桉木APMP漿均可以滿足配抄高白度、高質(zhì)量紙張的要求,見表3。2.4砂漿研磨過程中漿料的變化2.4.1不同打漿度對纖維組分的影響各段磨漿所對應(yīng)的打漿度見表4。纖維形態(tài)(長度、粗度等)是決定紙頁性質(zhì)的基本因素,纖維長度、粗度和強(qiáng)度并列為紙頁性質(zhì)的3個特征,要研究磨漿過程的影響,也必須對纖維的形態(tài)進(jìn)行分析。本試驗(yàn)采用加拿大Brout-Bauer公司制造的Model203C篩分儀對磨漿各段漿料進(jìn)行篩分分析,篩網(wǎng)網(wǎng)目為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格:16目、30目、50目、100目和200目;纖維長度和粗度測定采用KAJAANIFS-200型纖維長度粗度自動分析儀,各項(xiàng)檢測均按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。桉木纖維比一般木材纖維短,也比竹、麥草等非木材纖維原料短些,平均長度在0.7～1.2mm,比較均勻,雜細(xì)胞含量少,纖維壁腔較小,較硬挺,不易壓潰。從篩分試驗(yàn)結(jié)果(表5、表6)來看,隨著打漿度升高,兩種桉木的長纖維組分均不斷下降,細(xì)小纖維組分不斷增加。由于化機(jī)漿強(qiáng)度主要受100目和200目截留的纖維所影響,這兩種篩網(wǎng)截留的纖維百分量越多,漿的強(qiáng)度就越好。從表5和表6可見,隨著打漿度升高,藍(lán)桉和尾葉桉在100目和200目篩網(wǎng)下截留的漿量不斷增加,可以預(yù)見,漿的強(qiáng)度也會不斷提高。16～50目下截留的纖維雖然不對強(qiáng)度起決定作用,但它們?nèi)缤粋€骨架,與更細(xì)小的纖維協(xié)同作用來構(gòu)成漿料的強(qiáng)度,如果其含量過少,也會產(chǎn)生較大的影響,因此對這部分的纖維應(yīng)想辦法盡多保留。從本次試驗(yàn)結(jié)果來看,磨漿時尾葉桉長纖維組分(16～50目截留)的含量下降得比藍(lán)桉快得多,因此盡管其細(xì)小纖維含量較多,強(qiáng)度仍然低于藍(lán)桉,也正說明這一點(diǎn)。纖維粗度取決于纖維的平均直徑和周長,同時與細(xì)胞壁的厚度、密度、纖維的長寬比、壁腔比有必然的聯(lián)系。纖維粗度是化機(jī)漿最重要的特征,與紙頁的撕裂度密切相關(guān)。由纖維平均長度、粗度的測定結(jié)果(表7)來看,纖維的粗度隨打漿度升高而下降,這是因?yàn)槟{過程使纖維發(fā)生細(xì)纖維化和縱向分裂作用,以及纖維細(xì)胞初生壁和次生壁外層脫落的結(jié)果。纖維變成了比表面積大的細(xì)小纖維,同時游離出大量的羥基,有利于纖維間的氫鍵結(jié)合,使纖維間的結(jié)合力增強(qiáng),從而增強(qiáng)漿的強(qiáng)度。由表7還可見,打漿度升高,纖維平均長度下降,短小纖維和碎片增多,在一定范圍內(nèi)有利于強(qiáng)度升高。但若對纖維的切斷作用過于嚴(yán)重,平均長度下降得過多,會導(dǎo)致纖維交織變差,反而對漿的強(qiáng)度不利。因此磨漿時應(yīng)控制好條件,盡量減少纖維的橫向切斷而增加其縱向分裂帚化,才能磨出高質(zhì)量的漿料。這可通過提高磨漿濃度,改善磨盤齒型、降低各段間盤磨間隙的減少幅度等途徑來實(shí)現(xiàn)。磨漿過程中磨片對漿料有著離散、破碎和細(xì)纖維化的作用,通常三段盤磨后原料已基本分散成漿,但對化機(jī)漿而言,增加細(xì)小纖維組分的含量,有利于提高漿的強(qiáng)度,因此適當(dāng)提高打漿度對制漿有利。另外,提高磨漿濃度,有利于纖維的細(xì)纖維化作用,減少對纖維的剪切作用,提高磨漿質(zhì)量,同時還能提高磨漿效率,因此目前化機(jī)漿磨漿的發(fā)展趨勢是采用中高濃磨漿。本試驗(yàn)中,由于木片預(yù)先經(jīng)過高壓縮比的擠壓作用,結(jié)構(gòu)變得十分疏松,化學(xué)處理時充分吸收了化學(xué)藥液,使纖維潤脹和軟化,再加上高濃度(25%)的五段磨漿,使得磨漿效果大大提高,磨出的漿料呈絮毛狀,漿料的白度和強(qiáng)度指標(biāo)也很理想。2.4.2磨漿對白砂糖的影響通常,隨著磨漿段數(shù)的增加,漿的白度會不斷下降,這是因?yàn)楸P磨磨片間的摩擦及漿料與磨片的摩擦,使得漿中的重金屬離子如Fe3+,Cu2+等的含量增加。它們與桉木抽出物成分中的多酚類物質(zhì)起反應(yīng)生成深顏色的鹽類使紙漿白度下降,同時還會加快過氧化氫的分解,降低其作用效率。另外磨漿產(chǎn)生的高溫也會使木素發(fā)生某些變化,如使有色基團(tuán)增多而引起白度下降等。但本試驗(yàn)中,磨漿過程其實(shí)是機(jī)械磨解與漂白的綜合過程。經(jīng)過擠壓的桉木APMP漿料,由于吸著有較多的化學(xué)藥液,在磨漿初期,仍有較多殘余的化學(xué)藥品起到漂白和對金屬離子的螯合掩蔽作用,而再加上磨漿濃度較高,帶入的金屬離子較少,漂白作用在與引起白度下降的化學(xué)反應(yīng)競爭中占優(yōu),使得初期漿的白度還有所上升,從第三段起白度才開始略有下降。這一點(diǎn)是與其它制漿方法有所不同的。磨漿與白度的關(guān)系見表8。磨漿會影響纖維的結(jié)構(gòu)。隨著磨漿的進(jìn)行,大量的細(xì)小纖維和碎片離散出來,抄紙時這些碎片會填充在粗大纖維之間,使纖維間間隙減少,纖維結(jié)合變得緊密,抄出來的紙張表面平滑,光散射系數(shù)降低,紙張的不透明度下降。但在本試驗(yàn)中,不透明度隨打漿度的變化(見表9)開始時卻是增加的,打漿度大于40°SR以上時才略有下降。這可能是因?yàn)槟{初期纖維的碎片化作用還不顯著,相當(dāng)于16目和30目篩網(wǎng)截留的長纖維含量仍然較多,打漿度略有增加時,不同長度的纖維組分增多,紙樣濾水速度較快,成形不均勻,表面粗糙,纖維間的空隙較大,反而增加了紙張的光散射系數(shù),使得不透明度出現(xiàn)了上升的現(xiàn)象。磨漿使光散射系數(shù)增大可能也是白度在磨漿初期略有提高的原因之一。不過對上述現(xiàn)象仍需作進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和尋求更合理的解釋。2.4.3磨漿過程中不同裂斷長和撕裂指數(shù)的變化化機(jī)漿的強(qiáng)度通常較低,在生產(chǎn)高質(zhì)量的化機(jī)漿時,不僅希望有較好的白度,也希望有較高的強(qiáng)度。適當(dāng)提高打漿度,有利于漿強(qiáng)度的提高。圖1和圖2分別是紙漿裂斷長和撕裂指數(shù)隨磨漿過程變化的圖示。由圖可見,隨著打漿度升高,漿的裂斷長和撕裂指數(shù)也不斷增大,但增值越來越小。可以預(yù)見,在一定范圍內(nèi)繼續(xù)提高打漿度,漿料某些強(qiáng)度指標(biāo)仍可能有所增加。但考慮到難濾水、白度下降、能耗增高等不利因素,打漿度并不能無限增加下去。從本次試驗(yàn)來看,藍(lán)桉在打漿度為65°SR左右時就可取得較好的強(qiáng)度性能,尾葉桉則可能需更高的打漿度才能達(dá)到較理想的效果。2.5尾葉桉、藍(lán)桉的選用由本次試驗(yàn)的結(jié)果來看,兩種桉木均可制出質(zhì)量較好的APMP漿來,但無論白度,不透明度,還是強(qiáng)度指標(biāo),藍(lán)桉都要優(yōu)于尾葉桉。因此,筆者認(rèn)為藍(lán)桉比尾葉桉更適于采用APMP制漿。這也說明,不同樹種制APMP漿,其效果并不相同,必須通過試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證,并摸索合理的工藝條件。3多段磨漿對紅桉樹apmp漿配抄高去明的影響3.1桉木由于材質(zhì)較硬,抽出物成分多,因此難以采用一般的方法制取高白度的化機(jī)漿。本試驗(yàn)采用兩段4∶1的高壓縮比擠壓和兩段化學(xué)處理(H2O2用量5%,NaOH用量5.2%,0.5%EDTA,2%Na2SiO3,1%MgSO4,溫度70～75℃,各段保溫時間為50～60min)后的藍(lán)桉和尾葉桉木片進(jìn)行磨漿,打漿度為65°SR左右時,可制得80%ISO左右的高白度紙漿。漿的強(qiáng)度也較好,能滿足配抄高