废报纸脱墨浆漂白及其配抄普通文化用纸研究

韦 黎, 曹云峰, 熊林根, 杨 洋, 刘祝兰

(南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，江苏 南京 210037)

0 前言

造纸行业面临着原料短缺、能源紧张和环境污染严重3大问题，而废纸回收再利用可以节省资源、保护环境，从而促使废纸回收和利用率持续上升.废纸作为再生资源其应用领域从最初的生产纸箱，扩展到生活用纸、新闻纸和各种文化用纸[1]，这就需要对废纸浆进行净化、脱墨和漂白.由于过氧化氢漂白本身具有设备腐蚀小、稳定性好、漂白废水中不含有毒性的氯化物等特点[2-4]，另外采用漂白废报纸生产普通文化用纸的研究很少，因此，本文重点探讨了脱墨废报纸浆H2O2漂白工艺和漂白废报纸脱墨浆配抄的普通文化用纸物理性能的变化.

1 实验原料及方法

1.1 实验原料

废报纸脱墨浆，针叶材漂白浆板，阔叶材漂白浆板.

1.2 实验方法

废报纸脱墨浆的H2O2漂白在聚乙烯密封袋中进行，按实验条件将浆料与加入的化学药品混合均匀，然后在恒温水浴锅中漂白，并每隔15 min揉搓一次，漂后充分洗涤浆料，浆料拧干并分散后，置于聚乙烯密封袋中备用.

1.3 分析检测

白度测定：采用YQ-Z-48B型白度测定仪测定浆片ISO白度.白度提高率%=(漂后白度-漂前白度)/漂前白度.其它分析按《制浆造纸分析与检测》[5]所示的方法测定.

2 结果与讨论

2.1 废报纸脱墨浆H2O2单段漂白

2.1.1 过氧化氢用量对脱墨浆白度的影响

随着人民生活水平的提高，对纸张的需求量越来越大，而且对其白度要求也越来越高，目前废报纸主要采用过氧化氢漂白，过氧化氢用量对脱墨浆白度的影响见表1.

表1 过氧化氢用量对脱墨漂白浆白度的影响

注：其他反应条件：Na2SiO32.5%，MgSO40.05%，EDTA 0.2%, NaOH 0.75%，浆浓20%，温度80 ℃，时间2.5 h.

表2 NaOH用量对脱墨漂白浆白度的影响

注：其他反应条件：H2O24%，Na2SiO32.5%，MgSO40.05%，EDTA 0.2%，浆浓20%，温度80 ℃，时间2.5 h.

由表1可以看出，随着H2O2用量从1%增加到4%，白度从51.9%(ISO)一直增加到64.6%(ISO)左右.这是因为随着H2O2用量的增加，产生的过氧化氢离子(HOO-)一直在增加，破坏的发色基团也就越多.但是H2O2用量继续增加时，白度却降低，这是由于过氧化氢酶分解过氧化氢生成氧气，使过氧化氢失效；同时可能是脱墨浆中油墨-纤维素复合体的影响[6].由实验结果可知：H2O2用量为4%，纸浆白度达到最高.

2.1.2 氢氧化钠用量对脱墨浆白度的影响

过氧化氢漂白体系中主要起漂白作用的是过氧羟基阴离子(HOO-)，而过氧化氢电离为过氧羟基阴离子的速度与体系pH值密切相关.氢氧化钠用量对脱墨漂白浆白度的影响见表2.

由表2知，当没有加入NaOH，仅有Na2SiO3时过氧化氢漂白的效果明显低很多.这主要是由于pH值过低，过氧化氢电离成HOO-的浓度低，从而使漂白的效果差.但随着NaOH用量增加时，H2O2的电离速度就会一直加快，HOO-还没来得及攻击发色基团就已失效了.另外，由于NaOH用量的增加，也增加了OH-与木素的反应，可能产生了新的发色基团等.NaOH用量在0.5%时，纸浆的白度达到最大值63.9%(ISO).

2.1.3 硅酸钠用量对脱墨浆白度的影响

浆中存在的金属离子对过氧化氢漂白性能有重要的影响.过渡金属离子会催化分解H2O2并产生游离基.虽然一定量的游离基有利于脱木素，但这些游离基会引起H2O2的无效分解，并导致碳水化合物的降解.在过氧化氢漂白时加入Na2SiO3，使得过渡金属离子失活，从而降低它们分解H2O2的催化活性,同时可以稳定pH值[7].Na2SiO3用量对脱墨浆白度的影响见表3.

表3 Na2SiO3用量对脱墨漂白浆白度的影响

注：其他反应条件：H2O24%，MgSO40.05%，EDTA 0.2%，浆浓20%，温度80 ℃，时间2.5 h.

由表3可知，随硅酸钠用量的增加，脱墨漂白浆的白度提高，这主要是由于硅酸钠不仅可以起碱的作用，而且可以螯合浆料中的金属离子，减少过氧化氢的分解.但硅酸钠电离产生氢氧根阴离子的速度很慢，而且量较少，导致不加碱时漂白浆的白度均低于NaOH用量0.5%时漂白浆的白度.因此， NaOH用量0.5%，Na2SiO3用量1.5%的工艺较适宜.

2.1.4 温度对脱墨浆白度的影响

H2O2漂白时，提高漂白温度能加快漂白反应速度，缩短漂白时间，增加单位设备产量，但是随着漂白温度的提高，H2O2的分解速度加快，同时残留的H2O2量少，容易返黄,所以在提高温度时还应该注意时间.防止残留H2O2量少.温度对脱墨漂白浆白度的影响见表4.

由表4可知，温度从75 ℃到80 ℃，脱墨漂白浆的白度增加，这是因为温度提高，产生的过氧化氢离子的速度加快,于是漂白速度加快，漂白效率也在增加,所以提高漂白反应温度有利于提高过氧化氢的漂白后的白度.但继续提高温度，过氧化氢分解速度加快，导致脱墨漂白浆的白度下降.因此，较适宜的漂白温度为80 ℃.

表4 温度对脱墨漂白浆白度的影响

注：其他反应条件：H2O24%，NaOH 1.5%，Na2SiO32%，EDTA 0.2%，MgSO40.05%，浆浓20%，时间2.5 h.

综合考虑以上4个因素，得出过氧化氢单段漂白的适宜工艺条件：过氧化氢用量4%，EDTA用量0.2%，硅酸钠用量1.5%，硫酸镁用量0.05%，氢氧化钠用量0.5%，温度80 ℃，时间2.5 h.

2.2 漂白脱墨浆配抄普通文化用纸的工艺技术

采用废报纸脱墨漂白浆与漂白阔叶浆和针叶浆进行配抄，其纸张物理性能与它们的配比的关系见表4.

表4 针叶浆、阔叶浆和脱墨漂白浆不同配比的的纸张性能

注：叩解度： 针叶材 42.2 °SR,阔叶材 42.0 °SR,废报纸漂白浆50.0 °SR

随着废报纸脱墨漂白浆的不断增加，各种浆配比后的纸页白度下降，紧度减小，抗张强度、裂断长、耐破度、撕裂指数等各项物理强度指标均下降.

白度是文化用纸的一个重要指标，从表7可以看出，随着漂白废纸脱墨浆的增加，白度值有所下降，这主要是因为脱墨浆中含有油墨粒子而使白度下降.撕裂指数主要受纤维长度的影响,随着废纸浆的增加，撕裂度增加，这是由于阔叶浆纤维较短,废纸浆中含有较多长纤维；裂断长的主要影响因素是纤维结合力和纤维平均长度.从表7可以看出，随着脱墨浆的增加，裂断长降低，这是因为漂白废纸脱墨浆中的纤维发生了衰变，纤维细纤维化程度较低，使得纸张的结合强度较低.耐折度和耐破度跟纸页的紧度成正比关系，紧度越小，耐折度和耐破度也就越低.废报纸脱墨浆的物理性能够满足普通文化用纸的要求，所以可以用废报纸脱墨漂白浆替代部分阔叶浆，从而节约成本.

3 结论

(1)废报纸脱墨浆H2O2单段漂的最佳工艺条件：H2O2用量4%，EDTA用量0.2%，硅酸钠用量1.5%，硫酸镁用量0.05%，氢氧化钠用量0.5%，浆浓20%，温度80 ℃，时间2.5 h，漂后白度达到64%(ISO).

(2)随着废纸脱墨漂白浆量的增加，纸张的抗张指数、裂断长和耐破度、耐折度在减小,这是因为废纸浆中纤维发生了衰变，使得浆料中含有较多的细小纤维.耐折度和耐破度与纸张的紧度成正比关系，紧度低，耐折度和耐破度也低.

(3)漂白废报纸脱墨浆能够替代部分阔叶浆配抄普通文化用纸，节约成本.

[1] 高玉杰.废纸再生应用技术[M].北京：化学工业出版社，2003：17.

[2] Huang-Kuei Lee：Wen-Long Jong.Synthesis and applications of polyacrylamide of polyacrylamide derivatives in the wet end of papermaking reactive N-Chloro-poly- acrylamide(N-Cl-PAM)[J].Journal of Polymer Research.1997,(2):119-128.

[3] 王 萍,詹怀宇,黄 方,等.废纸脱墨浆的甲脒亚磺酸漂白[J].中国造纸，2000，(6):6-11.

[4] 徐永建，李新平，王卓尼,等.废旧书刊纸脱墨浆H2O2与FAS漂白工艺对比[J].西北轻工业学院学报，2002，(6)：24-27.

[5] 石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测[M].北京：中国轻工业出版社，2006：1.

[6] 贺贤璋.HDS系列纸用于增强剂的制备及应用[J].造纸化学品，2002，(3)：1-5.

[7] 李文俊.脱墨浆H2O2漂白工艺条件的优化[J].西南造纸，2004，33(2)：32-38.