CN101638859B - 竹材高得率浆高白度漂白方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹材高得率浆高白度漂白方法，包括以下步骤：第一步，使用挤压机对经过预处理的竹片进行强化机械处理，挤压后慈竹物料使用过渡金属离子脱除剂等进行化学浸渍处理；接着进行二次螺旋挤压，然后磨浆，消潜和筛选；第二步，使用过氧化氢活化剂和过氧化氢对竹浆进行活化处理：处理温度60～90℃，时间30～60分钟，处理浆浓20％wt；第三步，使用无氯漂白药剂H2O2对竹浆进行高浓停留漂白：处理浆料浓度为10-30％wt，处理温度60～90℃，时间60-180分钟；使用脱色剂甲脒亚磺酸对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度。通过对竹片进行强化机械处理，磨浆与过渡金属离子、深色抽出物的脱除、杂细胞破碎同步实现，节约了漂白药剂用量，提高了漂白效率。
Description
技术领域
本发明涉及制浆造纸领域，特别是涉及一种竹材高得率浆的漂白方法。
背景技术
我国是世界上竹类资源最丰富的国家之一，竹林面积达420万公顷，占世界四分之一。竹材高得率浆发展需要克服以下方面的问题：(1)预浸渍问题。竹材材质坚硬，化学浸透困难，这点在竹化学浆的生产中已有充分体现。竹高得率浆的浸透和预处理技术是提高竹浆磨浆均匀性和降低能耗的关键；(2)难漂白问题。竹材高得率浆木质素等发色化学组分的含量及在纤维细胞层中的分布特殊性，难以如杨木、桉木等阔叶木高得率浆那样漂白至高白度。
竹材本色高得率浆强度性能优良，能够满足本色纸品的抄造需要。对慈竹材原料分别采用了烧碱法和碱性亚钠法对慈竹进行高得率机械制浆研究，以慈竹为原料，可以制取质量性能优良的竹材高得率浆，成功配抄出性能指标完全达到牛皮挂面箱板纸技术指标(GB13024-91)B级以上标准的纸板产品。如果能够把竹材高得率浆制成白度70％ISO以上的漂白浆，就可以替代木浆使用，生产多种漂白纸产品，可以减少森林资源的砍伐量，有非常广阔的市场应用前景。
木材高得率浆特别是阔叶木高得率浆较易漂白，而竹材高得率浆漂白困难。竹浆高得率浆漂白性能存在差异的原因可能有：a)木质素结构不同；b)发色物质来源复杂，CTMP浆料原始白度较低。在诸多造纸原料中，竹材木质素中对-羟苯基含量最高，甚至超过麦草，同时竹材含有一定比例的紫丁香基结构单元；而针叶材和阔叶材木质素对-羟苯基结构单元的含量没有或也很少。MitsuhikoTanahashi(WOOD RESEARCH，1975，(58)，1-11)在研究竹材原料的木质素结构时也注意到了竹材木质素结构中可能含有更高比例的对-羟基木质素结构单元(木质素缩合部分)。文献(T.K Roy，1985，ISWPC，Vancouver，BC，43-47)表明，竹材高得率浆具有很好的强度，但是漂白性能差，使用氧化型(过氧化氢)漂白，竹浆会产生大量次生羰基结构，纸浆黄度增加；使用还原型漂白(连二亚硫酸钠)对缩合的醌型和羰基结构作用很小，效果也不好。文献检索，竹浆漂白方面的研究文献有100余篇，研究对象主要是竹材化学浆或竹纤维(精制化学浆)，对竹材高得率浆漂白的研究，国内只有几家单位进行了尝试性探索，且漂白结果也不理想。
国内外近几年研究表明，竹材本色高得率浆一般白度为30％～40％ISO。对于高得率浆漂白，漂后白度与浆料的原始白度成正相关关系。在经济的漂白化学品用量下(8％以下)，竹材只能漂白到62％ISO。即使增加过氧化氢用量到12％，也只能够将竹材高得率浆漂白至65-68％ISO的白度。仅使用过氧化氢对竹材高得率浆进行漂白，难以实现高白度的漂白目标。
竹材组织结构紧密，表面富含硅细胞等杂细胞，液体浸透性能差，与漂白药剂的反应效率低下。
发明内容
为了解决现有技术存在的竹材高得率浆难漂白的难题，本发明提供了一种竹材高得率浆高白度漂白的方法，可以得到高白度竹浆。
本发明的技术方案为：一种竹材高得率浆高白度漂白方法，包括以下步骤：
第一步，使用挤压机对经过预处理的竹片进行强化机械处理，使竹片物料暴露出更多的比表面积，使竹片物料达到液体∶物料＝2.5～3.5∶1的吸液比，具有高吸液性能；挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的0.05～0.3％的过渡金属离子脱除剂、2％的NaOH、1.6％的Na2SO3或2％的H2O2进行化学浸渍处理，处理浆料浓度为20～40％wt，处理30分钟，处理温度为50℃；接着进行二次螺旋挤压，然后使用磨浆机在磨浆浆料浓度20～40％wt浓度下磨制成纸浆，磨浆压力1大气压，然后进行消潜和筛选；强化机械处理也就是竹片挤压、高浓度磨浆时同时使用金属离子脱除剂，可同步实现竹材杂细胞的破碎与深色抽出物和过渡金属离子的脱除，提高竹高得率浆的漂白效率。螺旋挤压机的压缩比为1∶4。
第二步，使用过氧化氢活化剂和过氧化氢对竹浆进行活化处理；过氧化氢用量为绝干浆料质量的0.5～3％，过氧化氢活化剂用量为0～1.5％wt，过渡金属离子脱除剂用量为0.1％wt，Na2SiO3为2％wt，NaOH用量为0.2～4％wt，处理温度60～90℃，时间30～60分钟，处理浓度为20％wt；在此步骤中，过氧化氢活化剂与过氧化物配伍使用，可以降低漂白温度、缩短处理时间。可供活化过氧化氢漂白的化合物有如下几种：a.酰胺基类化合物：如四乙酰乙二胺(TAED)，属亲水性过氧化氢漂白活化剂；b.烷酰基类化合物：通式为R-C(＝O)-L。其代表性品种为壬酚基苯磺酸钠(NOBS)；c.N-酰基己内酰胺(N-Acylcaprolactam)类化合物，其主要品种有是N-(三乙基铵甲撑苯酰基)己内酰胺氯化物(TBCC)，TBCC为阳离子型过氧化氢漂白活化剂，和6-(N，N，N三甲基铵)己内酰胺对甲苯磺酸(THCTS)等；d.氧氮杂奈类化合物，如2-苯基-2氢-1，3-氧氮杂萘。过氧化氢漂白液中添加活化剂，可直接生成过氧乙酸，克服了预先配制过氧乙酸造成的无效分解。过氧化氢活化剂与H2O2联合使用可以提高药剂与竹浆的反应性能，提高后续漂白药剂的使用效率，同时提高浆料的漂白白度增限。
第三步，使用无氯漂白药剂H2O2对竹浆进行高浓停留漂白：H2O2用量为绝干浆料质量的4～9％，过渡金属离子脱除剂用量为0.1％wt，Na2SiO3为1～3％wt，NaOH用量为3～6％wt，处理浆料浓度为10-30％，处理温度60～90℃，时间60-180分钟；
第四步，使用脱色剂对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度：脱色使用甲脒亚磺酸(FAS)，FAS使用量0.5～2.0％wt，NaOH用量为FAS用量的1/2，处理浆料浓度为10-30％，处理温度70℃，处理时间60分钟。FAS是一种脱色还原剂，通常主要用于纺织行业的脱色，在造纸业中一般用于废纸脱墨浆的漂白，在此处用于提高竹材高得率纸浆白度的效果很好。
本方法中所述的过渡金属离子脱除剂为二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DTPMPA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)。
在第二、三、四步中还可以添加镁盐，如MgSO4、MgCO3、Mg(CH3COO)2、Mg(OH)2或Mg(NO3)2中的任意一种，添加量为0.05％wt。添加镁盐可以起到稳定过氧化氢、降低其分解效率的作用。
本方法的竹片在第一步之前可以先进行预处理，将洗净除杂后的竹片，在室温下用水浸泡，汽蒸仓蒸汽压力为1大气压下预汽蒸10～15分钟。
通过使用该种强化处理、活化处理、高浓停留漂白和后期脱色，可以把竹材高得率浆漂白至提高至高白度，扩大竹高得率浆应用于漂白纸产品的生产，提高原料利用率。
有益效果：
1.通过对竹片进行强化机械处理，磨浆与过渡金属离子、深色抽出物的脱除、杂细胞破碎同步实现，大大节约了漂白药剂用量，提高了漂白效率；
2.使用活化过氧化物预处理，改善了过氧化氢停留漂白药剂的使用效率，提高了竹材高得率浆的漂白白度增限；
3.使用脱色剂对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度，可以把竹材高得率浆漂白至高白度(70％以上)，比已有漂白技术提高2～8个ISO白度百分点。漂白浆可以用作漂白纸产品的生产用纤维浆料，开拓了竹材原料的用途，提高了竹材原料利用价值。
4.使用保留木质素的漂白方法，漂白纸浆得率(对原料竹片)达到80～85％，提高了原料的利用率，同时纸浆具有良好的强度性能和不透明度和松厚度；
5.环境友善：使用无氯漂白技术，无二噁英产生；废水污染负荷大大降低，废水容易治理。
附图说明
图1是慈竹高得率浆制浆漂白流程图。
具体实施方式
下面结合工程实例，对本发明作进一步详细阐述。
实施例1
具体漂白实施方法如下：
1.强化机械和化学处理慈竹取自广西壮族自治区，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，汽蒸仓1大气压、温度105℃、时间10～15min预汽蒸后，使用压缩比1∶4螺旋挤压机挤压，挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的2％NaOH、1.6％Na2SO3和0.2％DTPA进行化学浸渍处理，处理温度50℃，处理时间30min，处理浆浓30％wt，接着进行二次螺旋挤压，然后使用高浓磨浆机进行磨浆，磨浆浆料浓度为30％wt，控制不同的磨浆能量输入，调节纸浆游离度至260～280mlCSF。本色竹高得率浆得率88.5％。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件：3％浆料浓度、90℃消潜15分钟；制浆漂白及抄片、检测实施流程见图1。
2.本色竹浆使用活化过氧化氢预处理化学药剂：H2O2用量为2％wt对绝干物料，TAED用量为0.25％wt，NaOH用量为3％wt，Na2SiO3用量为2％wt，DTPA用量为0.1％。处理温度70℃，处理时间30min，处理浆浓20％wt。
3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂：H2O2用量为绝干浆料质量的8％，NaOH为3％wt，Na2SiO3用量2％wt，DTPA用量0.1％wt。处理温度80℃，处理时间120min，处理浆浓20％。
4.纸浆脱色后处理漂白药剂：FAS用量为2％，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTPA用量0.1％wt。处理温度70℃，处理时间60min，处理浆浓20％wt。经过漂白白度和慈竹本色未漂白浆料白度和强度指标见表1。漂白竹浆浆料的白度为72.9％ISO，得率为84.7％。
表1慈竹高得率浆漂白前后浆料物理指标
| 原料 | 游离度/mlCSF | 松厚度/cm3·g-1 | 白度/％ISO | 耐破指数/kPa·m2·g-1 | 抗张指数/mN.m2·g-1 | 撕裂指数/mN·m2·g-1 |
| 未漂慈竹高得率浆 | 280 | 3.92 | 30.5 | 0.22 | 4.95 | 0.50 |
| 漂白慈竹高得率浆 | 175 | 2.29 | 72.9 | 0.81 | 20.17 | 1.73 |
实施例2
慈竹(取自广西)，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，送入汽蒸仓，常压预汽蒸10～15分钟，在螺旋挤压机进行挤压(压缩比为1∶4)。挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料2％NaOH、2％H2O2、0.2％DTPA用量进行化学处理，物料浓度30％，处理温度50℃，处理时间30min。然后使用螺旋挤压机挤压后送入高浓常压磨浆机进行磨浆，控制不同的磨浆能量输入，调节纸浆游离度至260～280mlCSF。本色竹高得率浆得率87.2％。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件：3％浆料浓度、90℃消潜15分钟。竹材高得率浆供漂白使用。制浆漂白及抄片、检测实施流程见图1。本色竹浆使用H2O2和FAS进行预漂白-主漂白-补充漂白的组合漂白。经过漂白白度为慈竹本色为漂白浆料白度和强度指标见表2。漂白竹浆的白度为71.2％ISO，得率为83.1％。
表2慈竹高得率浆漂白前后浆料物理指标
| 原料 | 游离度/mlCSF | 松厚度/cm3·g-1 | 白度/％ISO | 耐破指数/kPa·m2·g-1 | 抗张指数/mN.m2·g-1 | 撕裂指数/mN·m2·g-1 |
| 未漂慈竹高得率浆 | 260 | 3.99 | 38.7 | 0.19 | 5.52 | 0.80 |
| 漂白慈竹高得率浆 | 235 | 2.40 | 71.2 | 0.76 | 17.71 | 2.07 |
具体漂白实施方法如下：
1.强化机械和化学处理慈竹经切片、水浸渍、预期蒸后(温度105℃、时间10～15min)，使用高压缩比挤压机(压缩比1∶4)，进行2％NaOH、2％H2O2和0.2％DTPA化学浸渍处理，处理温度50℃，处理时间30min，处理浆浓30％，接着使用螺旋挤压(压缩比1∶4)后送入高浓磨浆机进行磨浆，磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件：3％浆料浓度、90℃消潜15分钟；
2.活化过氧化氢预处理化学药剂：H2O2用量为2％，TAED0.25％，NaOH3％，Na2SiO3用量2％，DTPA用量0.1％。处理温度70℃，处理时间60min，处理浆浓20％。
3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂：H2O2用量为6％，NaOH为3％，Na2SiO3用量2％，DTPA用量0.1％。处理温度80℃，处理时间120min，处理浆浓20％。
4.纸浆脱色后处理漂白药剂：FAS用量为2％，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTPA用量0.1％。处理温度70℃，处理时间60min，处理浆浓20％。
实施例3
具体漂白实施方法如下：
1.强化机械和化学处理慈竹取自广西壮族自治区，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，汽蒸仓1大气压、温度105℃、时间10～15min预汽蒸后，使用压缩比1∶4螺旋挤压机挤压，使竹片物料达到液体∶物料＝2.5～3.5∶1的吸液比，挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的2％NaOH、1.6％Na2SO3和0.2％DTMPA进行化学浸渍处理，处理温度50℃，处理时间30min，处理浆浓20％wt，接着进行二次螺旋挤压，然后使用高浓磨浆机进行磨浆，磨浆浆料浓度为20％wt，控制不同的磨浆能量输入，调节纸浆游离度至260～280mlCSF。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件：3％浆料浓度、90℃消潜15分钟；制浆漂白及抄片、检测。
2.本色竹浆使用活化过氧化氢预处理化学药剂：H2O2用量为1％wt对绝干物料，TBCC用量为0.25％wt，NaOH用量为1.2％wt，Na2SiO3用量为2％wt，DTMPA用量为0.1％，MgSO4添加量为0.05％wt。处理温度70℃，处理时间60min，处理浆浓20％wt。
3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂：H2O2用量为绝干浆料质量的9％，NaOH为4％wt，Na2SiO3用量3％wt，DTMPA用量0.1％wt，MgSO4添加量为0.05％wt。处理温度90℃，处理时间60min，处理浆浓20％。
4.纸浆脱色后处理漂白药剂：FAS用量为1.2％，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTMPA用量0.1％wt，MgSO4添加量为0.05％wt。处理温度70℃，处理时间60min，处理浆浓30％wt。漂白竹浆浆料的白度为71.8％ISO，得率为83.6％。
实施例4
具体漂白实施方法如下：
1.强化机械和化学处理慈竹取自广西壮族自治区，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，汽蒸仓1大气压、温度105℃、时间10～15min预汽蒸后，使用压缩比1∶4螺旋挤压机挤压，挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的2％NaOH、2％H2O2和0.2％DTPMPA进行化学浸渍处理，处理温度50℃，处理时间30min，处理浆浓30％wt，接着进行二次螺旋挤压，然后使用高浓磨浆机进行磨浆，磨浆浆料浓度为30％wt，控制不同的磨浆能量输入，调节纸浆游离度至260～280mlCSF。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件：3％浆料浓度、90℃消潜15分钟；制浆漂白及抄片、检测。
2.本色竹浆使用活化过氧化氢预处理化学药剂：H2O2用量为2％wt对绝干物料，TBCC用量为0.5％wt，NaOH用量为2％wt，Na2SiO3用量为2％wt，DTMPA用量为0.1％，MgCO3添加量为0.05％wt。处理温度70℃，处理时间60min，处理浆浓20％wt。
3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂：H2O2用量为绝干浆料质量的8％，NaOH为3％wt，Na2SiO3用量2％wt，DTMPA用量0.1％wt，MgCO3添加量为0.05％wt。处理温度60℃，处理时间180min，处理浆浓20％。
4.纸浆脱色后处理漂白药剂：FAS用量为2％，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTMPA用量0.1％wt，MgCO3添加量为0.05％wt。处理温度70℃，处理时间60min，处理浆浓20％wt。漂白竹浆浆料的白度为72.3％ISO，得率为82.7％。
Claims (4)
1.一种竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，使用挤压机对经过预处理的竹片进行强化机械处理，使竹片物料达到液体∶物料＝2.5～3.5∶1的吸液比，挤压后的竹片物料使用相对于绝干物料质量的0.05～0.3％的过渡金属离子脱除剂、2％的NaOH、1.6％的Na2SO3或2％H2O2进行化学浸渍处理，处理浆料浓度为20～40％wt，处理30分钟，处理温度为50℃；接着进行二次螺旋挤压，然后使用磨浆机在磨浆浆料浓度20～40％wt浓度下磨制成纸浆，磨浆压力1大气压，然后进行消潜和筛选；所述的竹片预处理的方法为：将洗净除杂后的竹片，在室温下用水浸泡，汽蒸仓蒸汽压力为1大气压下预汽蒸10～15分钟；
第二步，使用过氧化氢活化剂和过氧化氢对竹浆进行活化处理：过氧化氢用量为绝干浆料质量的0.5～3％，过氧化氢活化剂用量为0～1.5％wt，过渡金属离子脱除剂用量为0.1％wt，Na2SiO3为2％wt，NaOH用量为0.2～4％wt，处理温度60～90℃，时间30～60分钟，处理浆浓20％wt；
第三步，使用无氯漂白药剂H2O2对竹浆进行高浓停留漂白：H2O2用量为绝干浆料质量的4～9％，过渡金属离子脱除剂用量为0.1％wt，Na2SiO3为1～3％wt，NaOH用量为3～6％wt，处理浆料浓度为10-30％wt，处理温度60～90℃，时间60-180分钟；
第四步，使用脱色剂对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度：脱色使用甲脒亚磺酸，甲脒亚磺酸使用量0.5～2.0％wt，NaOH用量为甲脒亚磺酸用量的1/2，处理浆料浓度为10-30％，处理温度70℃，处理时间60分钟；
所述的过渡金属离子脱除剂为二乙烯三胺五亚甲基膦酸、二乙烯三胺五乙酸；
所述的过氧化氢活化剂为四乙酰乙二胺、壬酚基苯磺酸钠、N-(三乙基铵甲撑苯酰基)己内酰胺氯化物、苯酰基己内酰胺、6-(N，N，N三甲基铵)己内酰胺对甲苯磺酸、2-苯基-2氢-1，3-氧氮杂萘中的任意一种。
2.如权利要求1所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，所述的挤压机的压缩比为1∶4。
3.如权利要求1所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，第二、三、四步中添加镁盐。
4.如权利要求3所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，所述的镁盐是MgSO4、MgCO3、Mg(CH3COO)2或Mg(NO3)2中的任意一种，添加量为0.05％wt。
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