高温对二氧化氯脱木素的贡献

殷学风, 林 涛

(陕西科技大学 陕西省造纸技术与特种纸品开发重点实验室 教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室, 陕西 西安 710021)

0 引言

工厂一般将二氧化氯漂白的温度控制在65 ℃～75 ℃，但目前高温二氧化氯漂白(DHT)越来越受到人们的重视.许多资料表明在90 ℃～95 ℃高温下，二氧化氯脱木素比传统方法更有效，其表现为：能减少己烯糖醛酸(HexA)的含量，降低二氧化氯用量，减少环境污染，降低漂浆返黄趋势，并可获得更高白度[1-12].目前，已有少部分制浆厂采用高温二氧化氯漂白，以缩短漂白时间.Valdebenito等人经研究认为高温二氧化氯漂白对浆料的物理性能没有负面影响[4，10]，但也有资料显示，采用高温二氧化氯漂白会使漂白浆粘度下降[8，13，14]，甚至会产生浆料发黑的现象[8,15].为了更进一步地弄清高温二氧化氯漂白的影响，本文研究了漂序为D0-Eop-D1和D0-Eo-D1的硫酸盐桉木浆ECF三段漂白，在D0段采用高温代替常规温度，对漂剂消耗量和全漂浆质量的影响.

1 实验

1.1 原料

本研究采用的原料为硫酸盐桉木浆，氧脱木素后卡伯值为13.0(ISO 302)，粘度为754 mL/g(ISO 5351)，己烯糖醛酸含量为76.3meq/kg(己烯糖醛酸含量的测定，Helsinki University of Technology， 2002年编).

1.2 漂白

1.2.1漂白设备

D0段或DHT段漂白在KEMU IV漂白反应器中进行，Eop段在CRS 1065实验室反应器中进行，D1段采用塑料袋在恒温水浴锅中进行.

1.2.2漂白工艺

为了比较D0段中漂白温度对后续漂白浆料质量和最终化学药品消耗量的影响，实验者将漂白温度定为90 ℃(DHT)和67 ℃(D0)，而其它漂白参数固定如下.

D0段或DHT段：二氧化氯用量为1.09%(卡伯因子为0.22)，漂白时间40 min，漂白浆浓10%，终点pH值2～3.

Eop段：氢氧化钠用量1.2%(对绝干浆)，过氧化氢用量0.5%(对绝干浆)，氧压4bar，抽提温度75 ℃，抽提时间90 min，浆浓10%.

Eo段：氢氧化钠用量1.2%(对绝干浆)，氧压4bar，抽提温度75 ℃，抽提时间90 min，浆浓10%.

D1段：漂白温度65 ℃，漂白时间180 min，漂白浆浓10%，二氧化氯的用量和氢氧化钠的用量根据Eop段洗后浆的白度加以调整，使D1段漂白终点pH值控制在3.5～4.5之间，白度控制在90±0.2% ISO.

各段漂后检测滤液pH值、残余过氧化氢或残氯量.每段漂白之后用蒸馏水将浆料浓度稀释至5%，充分搅拌后，再用与真空泵相连的布氏漏斗抽滤，在不搅拌滤饼的前提下将滤液重新过滤两次，以回收随滤液流失的纤维，然后再用与浓度为5%浆料同体积的蒸馏水洗涤滤饼.最后用离心机脱去浆料中过多的水分，分散浆料，平衡水分，测定浆料的卡伯值(ISO 302)、粘度(ISO 5351)和白度(ISO 2470).

1.3 成纸性能分析

漂白后，将获得目标白度的桉木浆(白度90±0.2%)进行打浆抄片试验.根据ISO 5264/2标准，浆料采用PFI磨，分别磨2000 转、4000 转和6000 转，并根据ISO 5267/2标准，测定其相应的加拿大游离度.实验室手抄片根据标准ISO 5269/1抄取，纸张的定量(ISO 536))、厚度(ISO 534)、抗张强度(ISO 1924/1)和撕裂强度(ISO 1974)等，根据相应的标准进行检测.

2 结果与探讨

二氧化氯漂白时，盐酸和有机酸的产生，使pH值不断下降.本研究中D0段终点pH为2.42，DHT的终点pH为2.16，高温二氧化氯脱木素的终点pH明显低于常规二氧化氯脱木素的pH(见表1).此结果说明高温二氧化氯脱木素，对浆料中的纤维素和半纤维素水解速率，高于常规二氧化氯脱木素，生成的有机酸多，导致最终pH低.这与Gomes等人研究的高温二氧化氯脱木素废水负荷，高于常规二氧化氯脱木素废水负荷的结论一致[11].

另外，由表1可以看出高温二氧化氯脱木素的残氯量较少，说明高温能够提高二氧化氯的反应效率.由于D0段采用二氧化氯对硫酸盐桉木浆预漂后，部分氯化木素需在碱性条件下才能溶出， D0段漂后浆料的卡伯值、白度并不能完全反映D0段漂白的效果，故本实验中未对D0段漂后浆料的性质进行分析.

表1 二氧化氯脱木素后的测定结果

经过相同条件下的氧碱抽提或过氧化氢强化氧碱抽提后，高温二氧化氯脱木素浆料的HexA含量和卡伯值，均低于常规温度二氧化氯脱木素浆料的相应值(DHT-Eop与D0-Eop相比较，DHT-Eo与D0-Eo相比较,见图1).在采用高锰酸钾测定浆料的卡伯值时，由于HexA会消耗一定的高锰酸钾，因而HexA的存在对卡伯值具有一定的贡献.

本研究中，卡伯值与HexA含量表现出一致性，即HexA含量高的浆料，其卡伯值也相应的高一些.众多研究认为，高温二氧化氯脱木素或漂白有利于HexA的水解，降低浆料中HexA的含量，从而节约漂白药品.本研究结果证实高温二氧化氯脱木素确实有利于HexA的水解，降低了卡伯值.

图1 氧碱抽提后浆料的HexA含量和卡伯值

图2 氧碱抽提后浆料的粘度和白度

由图2可明显看出，经过氧碱抽提或过氧化氢强化氧碱抽提后，高温二氧化氯脱木素浆料的白度和粘度，明显高于常规温度二氧化氯脱木素浆的相应值(DHT-Eop与D0-Eop相比较，DHT-Eo与D0-Eo相比较)，这与有关高温二氧化氯脱木素(漂白)的研究结论[8,13,14]并不一致.

实验者仔细地研究了此类结论的相关实验条件，发现这些实验条件有一个共同特征，即高温二氧化氯脱木素(漂白)的时间较长，为90 min～180 min.这可能是纤维素、半纤维素在较高的温度下水解速度较快，加之漂白时间过长，导致浆料在低pH值下过度酸水解所致.而本研究中二氧化氯脱木素时间为40 min，相对时间较短，因而对浆料的损伤较少.

由图3可以看出，获得相同的90%ISO的白度，高温二氧化氯脱木素的漂白浆所消耗二氧化氯总量，要低于常规温度二氧化氯脱木素的漂白浆，其中DHT-Eop-D1与D0-Eop-D1相比，可节约二氧化氯7.9%；而DHT-Eo-D1与D0-Eo-D1相比，可节约二氧化氯9.7%.另外，与(过氧化氢强化)氧碱抽提后浆料的粘度相对应，在经过最后一段二氧化氯漂白后获得相同白度的前提下，高温二氧化氯脱木素的浆料(DHT-Eop-D1与D0-Eop-D1相比较，DHT-Eo-D1与D0-Eo-D1相比较)仍然表现出较高的粘度(见图4)，其相应的抗张指数(见图5)和撕裂指数(见图6)也更高.

图3 全漂浆白度与二氧化氯总用量

图4 全漂浆的白度与粘度

图5 游离度与抗张指数

图6 抗张指数与撕裂指数

3 结论

提高二氧化氯脱木素温度，可提高二氧化氯的反应速率、提高脱木素效率；同时，浆料中的纤维素和半纤维素水解速率也会提高，降低终点pH值；并能降低氧碱抽提后HexA含量，在获得相同白度的条件下，其综合效应使总的二氧化氯消耗量降低.另外，合理控制高温二氧化氯脱木素的时间，可以获得比常规二氧化氯脱木素更高粘度和更高强度的全漂浆.

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