高得率浆特性及连二亚硫酸盐漂白技术的研究进展

李立波 山东省潍坊市昌乐县世纪阳光纸业有限公司 山东 潍坊 （262400）

张春敬 山东轻工业学院省部共建制浆造纸重点实验室 山东 济南 （250353）

高得率浆特性及连二亚硫酸盐漂白技术的研究进展

李立波 山东省潍坊市昌乐县世纪阳光纸业有限公司 山东 潍坊 （262400）

张春敬 山东轻工业学院省部共建制浆造纸重点实验室 山东 济南 （250353）

研究探讨了国内外制浆造纸工业现状和发展趋势，结合我国林产资源的特殊性，试述了高得率浆的特点，研究了高得率浆连二亚硫酸盐漂白技术，并对其发展前景进行了展望。

高得率浆 制浆 连二亚硫酸盐漂白

高得率浆是指得率在75%以上的浆种[1]，并且用热的、化学的（包括生物的）和机械的方法使得纤维分离，由于保留几乎所有木素，其得率较高，一般在80%-90%。高得率浆既包括传统的磨石磨木浆（SGWP）、化学磨木浆（CGWP），和后续发展的各种化学机械浆(CMP)、热磨机械浆(TMP)、化学预热机械浆（CTMP）、碱性过氧化氢机械浆（APMP）以及生物机械浆（BMP）等。随着制浆造纸行业的迅猛发展，纸厂对纸浆的质量要求也随之提高，现代造纸工业中CMP、CTMP、APMP等制浆工艺取代了传统的高得率浆种，如SGWP、RMP。例如，近年来，木材原料的APMP制浆已成功应用于实验室研究或工业生产中。其目的是使得工厂基建设备投资低、化学药剂用量少、原料范围广、产品产量高、污染小的特点。因此，高得率纸浆比硫酸盐浆能更有效地利用纤维原料。发展高得率浆生产是保证我国造纸工业可持续发展的重要途径之一[2]。因其纸浆可以抄造各种纸制品，生产过程清洁、纸品卫生无毒、废水易于处理等优点。结合我国林业资源现状，大力发展和开发杨木和草类纤维原料高得率浆，更具有现实意义。

1 高得率纸浆的特点及其在制浆造纸中的应用

据文献得知，高得率纸浆的品质和生产成本是在化学浆和机械浆之间[3]。为满足人们对纸张质量和品种的要求，由于高得率纸浆的强度和光学性能存在较大变化范围，前提条件是改变高得率纸浆生产步骤，这样就为纸浆产品的性能、生产成本提供了更大范围的选择。阔叶木高得率浆赋予纸张较高的不透明度、松厚度、挺度和适印性[4～5]。

1.1 较好的强度和光学性能

随着制浆造纸工业的发展，通过优化处理制浆条件，大大提高高得率纸浆的强度，促使高得率浆可以进一步扩大其应用范围。

1.2 较多细小纤维成分

高得率纸浆的一个显著特点就是含有较少的长纤维组分和较高的细小纤维组分[6]，细小纤维组分对浆料的性能有重要的影响。正因为如此，由于细小纤维本身的尺寸比纤维小得多，不容易在网上留着，所以浆料的细小纤维含量及其化学和物理性质对造纸湿部化学具有重要的意义。

1.3 良好的纸张松厚度和不透明度

高得率纸浆的另一个重要的特点就是纸浆中木素含量较其他浆种高，这是因为高得率纸浆中保留了原料中的几乎所有木素，其纤维挺硬更不易压扁，大多以管状存在。因此，松厚度高但结合强度较低，不透明度高。

2 高得率浆的漂白特性[7]

高得率浆漂白可以通过改善现有化学预处理和碱性过氧化氢漂白段的工艺条件，丰富纸种，例如，生活用纸、生产胶印书刊纸、轻量涂布纸、超级压光纸等印刷用纸。由于高得率浆自身含有大量的木素，很容易发生光致返黄，即很容易出现白度稳定性差的问题，使得在高级纸中的应用受到极大的阻碍(在许多情况下，高得率浆在高附加值纸种中应用的比例不能超过13%-17%)，这也是高得率浆本身的一个致命缺陷。迫切要求提高高得率浆的白度及其白度稳定性能，使其在生产所需纸种中得到明显改善，其在高附加值纸种中的应用范围和比例将会大幅度提高，是目前研究人员主要思考的研究方向。

2.1 采用保留木素的方法

为保持较高得率，不宜采用脱木素的漂白手段，而相反采用保留木素的方法。一般选用氧化性漂白剂（如H2O2）或者还原性漂白剂（如Na2S2O4）改变发色基团结构，使之难与助色基团发生反应来脱色。漂白纸浆易发生光致返黄，即白度较低的现象。应尽量减少与空气的接触。

2.2 对纸浆原料的材种和材质进行选择

由于纸浆原料材种和材质不同，导致漂白效果不同。结合我国林产资源的特殊性，大力发展杨木高得率浆及草类纤维原料高得率浆，更具有现实意义。因为杨木初始白度（一般在33%-73.6%）较高，因此赋予高得率浆较高白度。

2.3 漂白工艺范围选择较宽广

根据漂白工艺的不同，既可在漂白塔或者漂白池中进行，也可在磨浆过程加入漂白试剂。既可单段漂白，也可两段漂。

2.4 漂白废水污染小

漂白废水中有机氯化物(尤其是AOX)对环境的危害使得人们更加关注环保事业，由于高得率浆漂白技术没有有机氯化物参与漂白，漂白剂只是将发色基团结构改变，不使木素降解溶出，漂白废水污染少。因此受到人们的高度重视。

3 高得率浆连二亚硫酸盐漂白技术

连二亚硫酸盐是主要的还原性漂白剂，应用于机械浆漂白。早期时采用ZnS2O4是因为其稳定性好，但由于容易对水源造成污染。因此，很少使用，如今多使用Na2S2O4漂白机械浆。

3.1 连二亚硫酸盐的制备[8]

目前采用硼氢化钠还原法（Borol法），原理是亚硫酸氢钠被NaBH4还原成连二亚硫酸钠，其反应式如下：

此方法简便且成本低，1mol的NaBH4可生成4mol Na2S2O4，即换算得知1kg NaBH4可制备18.4kg Na2S2O4。

3.2 连二亚硫酸盐的漂白原理

连二亚硫酸盐的漂白作用是利用连二亚硫酸盐的还原作用。连二亚硫酸盐能还原木素上的发色基团，如苯醌和双键结构，使其变为无色产物，导致可见光谱内光吸收作用降低，从而能提高白度。连二亚硫酸钠本身被水中溶解氧和空气中的氧气所氧化成亚硫酸氢盐，亚硫酸氢盐自身也可破坏苯环共轭的双键，在一定程度上形成亚硫酸氢盐络合物。

3.3 连二亚硫酸盐的漂白影响因素

3.3.1 Na2S2O4的用量

漂白纸浆的白度随Na2S2O4用量的增加而增加，当Na2S2O4的量到达一定值时，白度不会提高。纸厂生产时Na2S2O4用量可采用0.25%-0.1%。例如，杨木H2O2—Na2S2O4两段漂白时，当Na2S2O4用量1.0%，H2O2用量3%时，漂后白度为58.3%，白度增加17.3%。漂白后提高纸浆的撕裂度和耐破指数，但抗张指数下降[9]。

3.3.2 pH值

pH值会影响漂白效率和稳定性。当使用Na2S2O4漂白机械浆，最适宜的漂白pH值范围是4.5-6.5。超出此范围过多，会导致漂白效率的降低。

3.3.3 浆浓

常用浆料浓度为3%-5%，当在此基础上增加浓度时，白度会有所增高，但会带入更多空气，导致Na2S2O4分解；在此基础上降低浓度时，水中溶解氧增加，同样会增加Na2S2O4损失。

3.3.4 漂白温度

Na2S2O4漂白时得到的白度会与温度有关。漂白温度过高会造成纸浆返黄，漂剂也会分解，因此最佳温度为45℃-65℃。

3.3.5 漂白时间

常用漂白时间定为30-60min。

3.3.6 螯合剂

由于Na2S2O4这种漂剂会造成纸浆泛黄，还有一些有色络合物生成，因此需加入螯合剂使返黄减慢。常用螯合剂有EDTA、DTPA等。

4 连二亚硫酸盐漂白方法

4.1 贮浆池漂白

将连二亚硫酸盐漂白剂加入至贮浆池中。但由于贮浆池中溶解氧和空气中的氧气会将漂白剂氧化分解，导致漂白效率降低。

4.2 漂白塔漂白

工厂中常采用脱气塔和升流式漂白塔来减少连二亚硫酸钠溶液在空气中的暴露时间。连二亚硫酸钠溶液通常加到浆泵入口一侧,以加强混合作用,但注意不要使空气混入浆泵中[10]。

4.3 H2O2—Na2S2O4 两段漂

两段漂白是指第一段用过氧化氢，第二段用连二亚硫酸钠。这样的目的是节约过氧化氢的用量，同时得到较高白度，而且它的漂后浆热返黄值也最小。

5 结语

当人们关注到能源问题及日趋严重的环境污染问题时，以高得率浆取代化学浆来生产高品质纸张的比例逐年增加，与此同时，人们对纸张白度的要求也越来越高。高得率浆高白度化技术在国内外更加引人注目，结合我国林产资源的特殊性，如何充分利用，是我们面临的难题。目前我们更需要寻求降低能耗的方法，可以改进预处理工艺及程序，进一步提高高得率浆强度及其它质量指标，延缓返黄。发展非木材纤维原料制高得率浆，开拓后续污染小的漂白新技术，依据漂白原理，生物漂白也有待挖掘。发展高效低成本高得率浆废水净化处理技术，也是我们下一步需要进行研究探讨的课题。

[1]刘光良.高得率浆发展现状及趋势[J].中华纸业，1998，（3）：7-9

[2]房桂干，沈兆邦，黄德裕.发展高得率浆生产是保证我国造纸工业可持续发展的重要途径之一[J].江苏造纸，2001，（1）：7-9

[3]D.Udy Custom-tailoring High Yield Pulp to Meet End-product Requirement[J].Pulp&Paper August 1994.

[4]Levlin J E.On the Use of Chemi-Mechanical Pulps in Fine Papers[J].Paperi ja Puu-Paper and Timber,1990，72(4)：301

[5]Ford M，Sharman P Performance of high yield hardwood pulp is investigated asit should be the choice of the future[J].Pulp&Paper International，1996，38(10)：29

[6]施英乔.高得率浆细小纤维及其对抄造性能的影响[J].林产化学与工业,1995,15(增刊)：88-94

[7]詹怀宇主编.制浆原理与工程.第二版.北京：中国轻工业出版社，2008

[8]Casey:Pulp&Paper,Vol I，P.308

[9]党玉红，李鸿魁，李佩炎.杨木爆破浆两段组合漂白的研究[J].造纸科学与技术，2004,23(3)：8-10

[10]曹邦威.积极开发机械浆木浆漂白[J].中国造纸，1981,（3）：41-48

2010-10-19