茨竹机浆工艺与漂白机理

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本文作者：梁芳敏作者单位：中国林业科学研究院

以慈竹为研究对象，对比研究了5种不同预处理方式及其浸渍效果;分别对预处理后物料进行制浆和漂白操作，比较不同预处理方式对制浆性能的影响;综合考虑技术经济因素，提出了适宜的化学预处理条件;研究了慈竹化机浆的漂白性能，并探讨了碱性过氧化氢制化机浆的漂白机理。分析了慈竹的化学组成、纤维形态等材性特征，结果表明，慈竹纤维的平均长度为1．68mm，平均宽度17．5μm，长宽比为71．3。同时竹材表皮致密，纤维结构特殊，药液渗透困难，纤维润胀不足，磨浆后纤维易被切断，长度降低50%左右。化学组分分析结果显示，慈竹竹材的抽出物含量较高(1%NaOH抽出物30．13%，热水抽出物8．59%，苯醇抽出物4．33%)，灰分含量较高，达1．62%，高于木材原料的灰分含量，但小于大多数禾本科材料。

筛选合格后竹片室温浸泡过夜，滤去多余水分，105℃蒸汽预汽蒸10min，MSD挤压(压缩比1∶4)，挤压后物料分别采用了中性亚硫酸钠、碱性过氧化氢、碱性亚硫酸钠、氢氧化钠及亚硫酸氢钠等五种化学药剂进行预浸，进行化学机械法制浆和漂白。对比研究慈竹制化机浆的磨浆性能、漂白性能、强度性能及污染负荷等，结果显示:不同化学药品浸渍对原浆白度的影响较大，且经相同过氧化氢用量漂白后的白度差异与原浆白度差异几乎一致;中性亚硫酸钠预处理制化机浆的原浆白度最高，为38．6%ISO，其次是碱性过氧化氢预处理方式，白度为26．75%，碱性亚硫酸钠预处理制化机浆的原浆白度最低，为22．8%ISO;化学机械法磨浆至相同游离度350mLCSF后，经10%H2O2用量漂白后，碱性过氧化氢预处理制得的漂白化机浆具有较好的抗张强度，且其具有较低的比能耗，中性亚硫酸钠预处理制得的漂白化机浆具有较好的撕裂强度及耐破强度。碱性过氧化氢预处理和中性亚硫酸钠预处理具有相对优势，可以作为慈竹制化机浆的适宜处理方式。碱性过氧化氢适宜的预处理条件为:NaOH用量1．5%，H2O2用量2%、DTPA用量0．2%，温度75℃，预浸反应时间30min，预处理浓度25%。中性亚硫酸钠适宜的预处理条件为:Na2CO3用量2%，Na2SO3用量2%、DTPA用量0．2%，温度75℃，预浸反应时间30min，预处理浓度25%。

研究了碱性过氧化氢预处理制慈竹化机浆的漂白性能。使用不同用量水平(2%、4%、6%、8%、10%、15%、20%及30%)的单段过氧化氢漂白对慈竹化机浆的可漂白性能进行系统的探讨，重点考察了漂白白度、漂白得率、白度稳定性、漂白废水污染发生量。结果表明，每个过氧化氢用量下总有一个最佳的用碱量对应最高的白度，不论何种过氧化氢用量，最佳条件下漂白，漂白残液的pH值一般在9～9．4之间;慈竹化机浆的漂白性能较差，在经济合理的过氧化氢用量下(10%H2O2对绝干原料)，制得的化机浆均难漂至65%ISO以上，当过氧化氢用量超过8%时，过氧化氢的漂白效率下降，单位漂白药剂用量的白度增值低于1．5%，当将H2O2用量提升至30%时，漂后竹浆的白度也仅为63%ISO，可见，到一定过氧化氢用量水平后，漂剂用量的继续增加，漂白效率下降，并且漂白纸浆得率损失迅速提高(2%H2O2用量时，得率为95．7%，30%H2O2用量时，得率为85．5%)，漂白废水的污染负荷急剧上升，30%H2O2用量条件下污染负荷高达209．1kg/t;木质素溶出率也随之增加，20%H2O2用量下，木质素溶出率高达45%，木质素溶出是导致浆料漂白得率下降的主要原因;随着过氧化氢用量的增加，白度值上升，白度稳定性越来越好。慈竹化机浆漂白存在漂白增限，单纯增加过氧化氢漂剂用量难以实现把竹浆漂白至高白度的目标。

使用现代光谱分析技术，使用物理、化学及光谱分析手段对慈竹原料、漂白前后化机浆的木质素结构变化进行了研究。硝基苯氧化结果表明:慈竹木质素为G－S－H型木质素，其中愈疮木基结构单元约占32．6%，紫丁香基结构单元约38．4%，对羟基苯基结构单元约占29．0%。漂白前后竹化机浆UV－Vis光谱分析测定结果表明，竹浆使用过氧化氢漂白主要破坏木质素中的醛基和羰基结构，同时对可见光吸收影响较大的醌型结构也有一定破坏作用，在457nm附近出现肩峰是竹化机浆能够产生漂白作用的基础;过氧化氢漂白对木质素结构中与苯环共轭的α－羰基结构及与苯环连接的γ－醛基结构有着持续的破坏作用，当过氧化氢用量由20%增加到30%，457nm附近产生吸收的醌型发色结构并没有因过氧化氢用量的增加而产生进一步的破坏作用，继续增加过氧化氢对浆料的白度提高意义不大。慈竹化机浆木质素中可能存在一些抗拒过氧化氢漂白脱色的醌型结构，这很可能是导致慈竹化机浆难以被过氧化氢漂白至较高白度的原因之一。