亚麻浆全无氯漂白-翻译文献

亚麻浆全无氯漂白

P. Khristova a,*, J. Tomkinson a, I. Valchev b, I. Dimitrov a,b, G. Lloyd Jones a

1摘要

白度为34-41%的碱性亚硫酸盐Tamlin亚麻磨木浆按照不同的全无氯漂白（TCF）步骤：氧脱木素，加压的过氧化氢处理，添加或未添加有活性物质（TAED，四乙酰乙二胺）的过氧化氢处理以及有无超声波的预处理来达到磨木浆在常规三段漂白（CEH）后82%ISO的白度要求。虽然用高压过氧化氢处理过后，在经过氧脱木素处理后效果较好，但是经过添加有活性物质的过氧化氢处理以后可以降低纤维素的降解作用并提高纸浆的强度。对温度，停留时间，化学电荷，TAED/过氧化氢率和碱度的影响进行研究，在较小的粘度损失的情况下，以最大限度地提高白度。由于TAED的化学性质和适应性能够便于过氧化氢在许多特定环境条件下进行漂白，而这些环境是过氧化氢单独存的情况下不能完成的，如低碱度或低温。存在的浆块成为漂白的障碍且未筛选的漂白浆比筛选的漂白浆严重。使用超声波进行4分钟的1%浆浓预处理，能使未筛选纸浆的白度增加3-4%iso使筛选纸浆的白度增加2%和促进进一步的脱木素及过氧化氢漂白。 。 关键字 Tamlin亚麻;碱性亚硫酸盐纸浆 ，氧脱木素，多段过氧化氢漂白; TAED;超声;亮度 1 介绍

由于环境的压力，有越来越多的使用过氧化氢作为全部或部分漂白剂替代元素氯（ECF）和全无氯（TCF）序列基于氯漂白。但单独使用过氧化氢达到满意的亮度，通常需要有一个温度，压力，pH值或停留时间相结合的阶段（安德森和阿米尼，1996年）。这对生产量和产量方面的不利，包括涉及重大的资本投资和额外的能源和化学品成本。它也有可能对纤维质产生负面影响，以及由高温引起的腐蚀。高碱度过氧化阶段，也可能是一个问题。因此，当一个“漂白剂''，四乙酰乙二胺（TAED），用于过氧化氢漂白更有优势，缩短反应时间，并减轻需要这种积极的反应条件，通过漂白阶段的pH值不同，或是过氧乙酸或过氧阴离子来提高氧化剂的氧化性。一代强氧化剂原位，避免了操作问题，并使用过氧乙酸解决方案所需的资本投资和运作是一个非常灵活的选择。不同于预先形成的

酸，TAED和过氧化氢的结合，可以提供中性pH值范围进行有效的漂白，为实现无氯工艺提供优势。TAED可以在较低水平，在碱性条件下，提高过氧化物增白性能和执行快速漂白（CROUD和马修，1996年，1998年勒杜克等人，1996年，1998年。康等，1998）目前的工作的目的是研究制定一个经济可行的替代传统的氯漂碱亚麻亚硫酸盐纸浆的TCF漂白的潜力。

2 方法

未漂白碱性亚硫酸盐纸浆Tamlin亚麻是经过磨浆，彻底清洗和筛选，分离呈现出纤维束的一部分。在工厂中，筛选是在CHE漂白工序的后进行的，实验的原料也就采用未筛选的浆料。在每一漂白段都采用去离子水，其他所有的实验也是如此。氧脱木素（O）和氧气加压的过氧化氢漂白（PO）是在1 L用聚氨酯保温，旋转在加热硅油浴的。氧气压力0.6兆帕的应用。螯合作用是在0.4％EDTA 10％浆浓，温度为70摄氏度反应时间为120分钟，PH为4-6，随后的洗涤PH值为4。活化过氧化氢在聚乙烯和TAED中进行漂白（PA）（华威诠释。）/过氧化氢的摩尔比为0.3，65％，或摩尔比率为0.5,100%的TAED在pH8-12.2 ，80摄氏度，时间为30-120分钟，10％的纸浆浓度，氢氧化钠0.2-2.0％，0.2％的EDTA。漂白实验同样在含多级过氧化物或在常压的催化剂进行，是否与声波的预处理和双螯合有关。活化过氧化物漂白序列的试验研究过氧化物电位（2-10％ODP），活化剂电位（0.1-0.5 摩尔过氧化物）和“混合物助剂助推器”添加的方式，反应时间（30-240分钟），反应温度（50-85），浆浓（1-5％），初始pH（碱度），此外在不同pH值的不同螯合剂（EDTA，DTPA，DTPMPA），不同层次的碱度（1.5-4.0％的NaOH ODP）和硫酸镁的添加（0.05-0.2％）的效果。声波降解法作为多段漂的预处理是以声波（声波系统）进行1~30分钟。根据TAPPI（2000）测试方法，在重复实验中进行分析。

3 结果与讨论

轧机漂白纸浆的特性（见表1）表明，筛选纸浆比非筛选纸浆，具有低灰，卡伯值和较高的粘度和初始亮度，因此预计在低化学电荷数将更容易漂白。

筛选和非筛选纸浆氧脱木素的最佳条件分别为10％的一致性纸浆，在0.6 MPa压力和100摄氏度反应时间为120分钟和2.5％的NaOH ODP电荷。因此，卡伯值数字下降到8.3和10.3，筛选和非筛选与脱木素浆分别达到约43％和41％。为纸浆的亮度增益约13个单位（在不同的初始亮度的41％和34％的ISO）。选浆的粘度损失（28.7％）高于非筛选纸浆，显示了在氧脱木素的筛选纸浆纤维素较高的降解。

一般工业的氧化漂白阶段控制脱木素在50%左右以避免碳水化合物的严重降解。然而，氧处理在经济以及环境方面取得充分受益，有必要继续尽可能地去除木质素，提高选择性流程，减少纤维素的分解率相对于木质素降解。碳水化合物降解的收益，特别是在氧处理的最后阶段非选择性代理自由基，发起随机袭击纤维素链的链接，链造成破坏，降低聚合度。这些自由基产生过氧化氢分解中间体，过渡金属离子（Sinkey和汤普森，1974年; Kordsachia和PATT，1988），有效地催化反应。于镁离子的存在在一定程度上限制纤维素降解但这些催化过渡金属离子会失效（罗伯特等人，1964年），因此在过氧化氢漂白过程中添加一些硫酸镁螯合剂（Mielisch等，1998）。

螯合作用提高了筛选纸浆2.8%ISO的白度，提高了非筛选纸浆1.4%ISO白度，相对应的卡伯值分别下降1.3和0.4单位。这正说明筛选纸浆的粘度比未筛选纸浆的粘度损失4.7%。这进一步证实筛选纸浆的氧脱木素在短时间进行。单一螯合阶段成功过渡金属含量降低到可接受的水平（Devenuns等，1994）和一个有利镁/锰比34-61。

表1

Tamlin亚麻碱性亚硫酸盐漂白浆和磨木漂白浆的特性描述

化学元素 铁 未漂白 非筛选 筛选

17.4 14.5

639 841

34.4 41.1

锰 镁 钙 镁/锰

1.3 0.5

4 122 11

95

23 18

558 317

3233 24 2195 17

漂白

1.9 323 82.1 0.3 9 78 15 300 757 20

氧脱木素和螯合物（OQ）纸浆进一步受到多段漂白工序：OQP, OQ(PO),

OQPa, OQ(PO)P, OQ(PO)Pa, OQ-(PO)PaP，直到达到目标的国际标准组织惯例工厂常规三段漂多节（表2）的82%的亮度。筛选和未筛选过的过氧化氢漂白物和氧脱木素亚麻纸浆漂白能达到加压过氧化物(PO)的最大亮度。过氧化物经历在大气压力下Pa和脱离P阶段催化剂催化后能得到很接近的结果和更大的密度，但国际标准亮度还是比经历加压过氧化物阶段低了2.4-3.2%。加压过氧化物漂白已经证实：为了在消耗相同过氧化物作为普通过氧化物漂白物的情况下（71.1%），要经历更多的漂白和螯合阶段。

含氧漂白，螯合的，加压过氧化物，OQ(PO)，催化的过氧化物纸浆在催

化阶段可提供更高的亮度和密度，相对来说，若仅经历过氧化物阶段，会得到较低的pH值（7.2-8.7）和消耗更少的过氧化物（0.5-1.5%的odp）。未经筛选的纸浆，由于含有大量的碎片，即使消耗更多的过氧化物仍然达不到筛选过的纸浆的亮度。由OQ（PO）到Q(PO)得到的亮度差异大概是国际标准的9.2-11.5%（表1）。以“过氧化物+推进器”模式在消耗同样的条件下亮度仅少量增长，而经过附加的第二催化阶段（Pa2）后亮度就可以进一步增长约7.4%。但是仍然需要另一个漂白阶段在“过氧化物+推进器”模式下来达到含氧步骤的亮度。密度减少越多，筛选的纸浆量越多（即使催化阶段导致更少的纤维素破坏），总的过氧化物消耗量越大，从含氧的4.5%和加压阶段到催化过氧化物阶段的4.5%-5.0%。

在QPa和OQPa的例子中，含氧阶段能得到更高的8.8%-16.7%的标准亮

度。所以对于成功的催化过氧化物漂白来说，当未经筛选的纸浆木质素含量高时，得到低于10卡伯值的木质素就很重要，这样含氧木质素和加压过氧化物就很容易达到高亮度

。

表2

过氧化和活化电荷TAED），pH值，保留含氧和螯合（OQ）非筛选和筛选碱性亚硫酸盐亚麻浆（％烤箱干浆）漂白时间的影响。

漂白 序列 非筛选 OQP OQPa

pH

过氧化物 最后 12.2 12.2 12.1 12.1 11.2 11.1 12.2 12.1 12.0 12.2 5.1 5.1

电荷 (%)

过氧化物 能耗

TAED 电荷(%)

滞留时间 (min)

卡伯值 数

粘度 (ml/g)

ISO 白度(%)

初始

12.4 12.5 12.4 12.4 12.5 12.5 12.4 12.5 12.5 12.5 7.5 8.5

3; 3 1 2 4

64.4; 72.1; 98.0 96.5 63.4; 77.8; 96.0 74.0; 84.4; 89.8 100.0 99.8 n/a n/a n/a 100 59.5 60.5

0 2 4 8 0 0 0 0 0 2 2 3

120 120 120 120 120 120 180 180 180 240 240 240

6.4 8.0 7.3 7.2 4.7 4.4 n/a n/a n/a n/a n/a n/a

449 582 569 539 491 484 455 424 387 468 503 456

71.1 67.0 69.3 70.3 73.5 76.7 79.4 79.9 82.1 79.6 81.9 82.1

OQ(PO) OQ(PO)P

3; 3 3; 4 3; 2 3; 3 3; 4 3; 1 3; 1 3; 1.5, 1.5

OQ(PO)Pa

OQPa OQ(PO) OQ(PO)P OQ(PO)Pa

6.0 8.2

10.8 10.6 12.2 12.2 5.0 6.0 5.5 4.6 4.9

1 1 3 3 3; 3 3; 4 3; 0.5 3; 0.5 3; 0.5

35.9; 42.4; 66.4 43.5; 50.4; 57.8 8.3 94.7 n/a n/a

2 2 0 0 0 0 1 1 1

120 120 240 240

6.7 6.4 3.8 3.4 n/a n/a n/a n/a n/a

n/a n/a 447 443 357 350 473 447 440

65.3 68.4 78.6 80.8 83.1 84.5 84.4 85.4 86.2

12.4 12.4 12.5 12.5

180 189

7.2 8.2 8.7 66.4 62.8 61.1 240 240 240

? - 氧脱木素浆浓10％，0.6兆帕，100℃，2.5％的NaOH，120分钟，Q - 0.4％EDTA，10％的纸浆浓度，pH值4.5?70°C，120分钟的螯合，P - 过氧化氢漂白：浆浓10％，80℃，氢氧化钠2.0-2.5％，0.2％的EDTA;PO - 加压的过氧化氢：浆浓10％，0.6兆帕，100℃，氢氧化钠2.5％，0.2％EDTA，120分钟;Pa- 活化过氧化物：10％的纸浆浓度，80℃，2.5％的NaOH，0.2％的EDTA。

漂白 非筛选Q(3% OQ(3% PO)Pa Q(3% PO)Pa1 Q(3% PO)Pa1 Pa2 Q(3% PO)Pa1 Pa2 QPa OQPa

pH

过氧化物

过氧化物

TAED

滞留时间n Kappa

粘度 白度ISO 7.7.8.12.6 12.4 12.4

5.4.5.11.11.12.1.0 1.0 0.5 0.5 4.0 4.0

59.76.44.72.94.89.2.0 3.4 1.5 1.5 8.0 7.2

120 120 120 120 120 120

7.7 3.8 3.3 11.5 7.2

3.7 500 545

561 535 576 500

81.9 73.5 80.9 81.0 61.5 70.3

OQ(4% PO)Pa OQ(4% PO)Pa Q(4% PO)Pa1 Q(4% PO)Pa1 Pa2 Q(4% PO)Pa1 Pa2 QPa OQPa

8.8.8.12.6 8.8.8.

5.5.6.11.4.4.5.

0.5 0.2 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

66.38.66.92.44.90,87.

1.5 0.6 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0

120 120 120 180 180 120 120

3.8 4.0 8.5 4.5 4.4 12.1 5.8

459 472 464 431 425 681 584

85.1 84.7 73.6 81.0 81.3 52.3 69.0

当务之急是以低于10的卡伯值的实现脱木素，很容易与氧脱木素和加压的过氧化氢，产生高亮度增益。

表4显示了在近距离的SR打浆度的本色和漂白亚麻浆的物理力学性能。通过Jokro打磨机把纤维球磨成纸浆的性质是个非常繁琐的程序。根据亚麻纤维长度如果工厂能把原料的切割控制在2-8mm的颗粒大小，这本来是可以避免的，不会影响纸浆的强度，可以减少浆块和群聚的形成，用均匀的物料制浆和漂白会降低化学品和能源的消耗。依据溶液粘度的测试值，筛选未漂白纸浆比非筛选未漂白纸浆强。氧脱木素和螯合作用后纸样发生改变：裂断长和抗张指数对于非筛选纸浆有所增加，但撕裂度和破裂度以及筛选纸浆裂断长和抗张指数有

表4

未漂白和TCF漂白Tamlin亚麻纸浆的物理力学性能

纸浆 非筛选 Unbleached O OQ

OQ(3% PO) OQ(3% PO)(4% P) OQ(3% PO)-

(1.5% P + 3% TAED)

流离度( SR) 裂断长度

(km)

2 1 抗张指数(N mg) 撕裂度 (mN m2 g 1 ) 耐破指数(kPa m2 g 1 ) 白度ISO 粘度(ml/g 1 ) b

74 76 79 83 80 75

4.91 4.75 5.41 4.73 4.11 4.45

48.14 46.57 53.01 46.37 40.29 43.63

8.88 8.77 8.63 8.12 8.58 9.07

3.25 2.89 3.00 2.87 2.18 2.93

34.4 48.1 50.9 72.4 82.1 82.1

639 550 612 489 387 456

表5

在不同的保留时间（浆浓3％，2％氢氧化钠，4％的过氧化氢+8.05％TAED ODP）添加pH值的“助推器”的效果

添加过氧化氢和 TAED混合在一起

先滴加TAED

15 8.0 5.4 10.6 5.5 11.8 10.4 13.0 12.2

30 5.4 5.6 10.6 12.4

60 5.4 5.4 10.8 12.4

120 5.3 5.3 10.8 12.4

再加过氧化物

过氧化后的PH值

5.4 5.6 10.6 12.3

5.3 5.3 10.9 12.4

5.2 5.2 11.0 12.4 8.0 5.4 10.6 5.8 11.8 10.4 13.0 12.3

4％双氧水的pH值：2.3;8.05％TAED溶液的pH值：6.6;混合物的pH值：5.5。

所下降。但漂白削弱了两种纸浆的粘接强度，非筛选纸浆漂白，在活化后的情况下耐撕裂度比非筛选未漂白纸浆高得多。比较非筛选和筛选纸浆漂白有无活化剂对所有的强度和光学性质的改善记录。这证实，在较低的碱度、过氧化氢电荷和温度下使用TAED能抑制纤维素的降解，提高亮度。实验也进行了在没有氧气脱木素和加压的过氧化氢阶段，仅在大气压力下的用多级过氧化物活化条件下进行Tamlin亚麻浆漂白。不利的纤维素结构,不应用苛刻的条件,要实现这样的单独过氧化氢漂白是不可能的。例如，在传统的CEH漂白基础上用添加剂和操作方法，尝试达到目标的亮度而不破坏纤维素。

虽然过氧化阶段可以维持pH值条件下带来脱木素和/或增亮，如此进行，尽可能地保护纤维素失去。因此，温和的条件必须成立，避免不必要的负面影响。这样的处理被证明是4分钟的纸浆超声波处理。声波作用导致均质材料和原纤维化（显微镜下观察）。pH值的从中性变化，使木质素含量也发生变化。这是支持降低卡伯值（3-4单位）和在的sonified浆的亮度增加2-4％ISO，以及金属属性和粘度改善。因此，超声波处理的作用为“无害的打浆”，制浆后的纤维表面凝集的木质素被释放到溶液中。原纤维化的发生还表明，纤维初生壁的影响。据说这是方便在以下处理化学品的渗透和补充，以进一步脱木素。优化的超声波处理指出1％的纸浆浓度和4分钟的辐射，最合适的安排。由于脱木素和/或己烯糖醛酸的酸性作用，使优化的螯合作用提高1-2％的亮度和降低卡伯值（Bergnor-Gidnert等。，1998年）。在选择的最佳条件的趋势是（纸浆浓度，温度，pH值和保留时间）以防止粘度下降。同样的发现了，添加0.2％的EDTA比DTPA更好作用于金属管理，降低灰分和粘度损失（见表5）。试剂的加入方式的“助推器”在活化性漂白没有表现出太大的差别（见表5）成分是否被作为一种混合物（pH值5.5）或单独添加：首先加TAED（pH值6.6），其次是过氧化氢（pH值2.3）。这两种方式加入后，8纸浆悬浮液初始pH值下降到5.4-5.5。因此，初始pH为10.6-11.8，在60分钟内结束，最终pH为6.7-10.7。 据观察，在PA阶段后，过氧化氢电荷在2％和3％亮度达到了最高的收益。增加2-4％过氧化物电荷可以增益0.3-4.2％ISO亮度（表6）。过氧化后独自活化阶段的阶段（表7）将进一步增加亮度（最大7.7％ISO）和木质素脱除（下降6 KAPPA为单位），但仍需要更多的阶段，需要达到的目标亮度。因此,在慢慢的实现作为最终的亮度,需要更多的阶段和过氧化物含量(表7)。 表6 pH值对活化双氧水漂白与不同的过氧化氢（P）和活化（TAED）非筛选sonified（Us）的电荷，螯合（Q）亚麻纸浆的影响 过氧化物 + TAED电荷量 2% P + 4.02% TAED 4% P + 8.05% TAED 10% P + 20.1% TAED

Initial pH Final pH

Peroxide consumption (%) Kappa number Viscosity (ml/g) ISO brightness (%) 8.0 4.4 99.8 13.8 n/a 49.3 10.6 4.4 99.6 14.0 n/a 47.6 11.8 4.4 99.8 14.4 n/a 49.9 13.0 13.0 99.9 14.5 520 52.9 8.0 4.1 99.7 13.0 507 53.2 10.6 4.1 99.7 13.5 n/a 52.8 11.8 4.1 99.7 15.0 n/a 52.1 13.0 6.8 99.7 12.0 n/a 50.8 8.0 3.9 99.4 12.2 469 57.1 10.6 3.9 99.4 13.4 489 57.1 11.8 3.9 99.3 12.5 n/a 56.4 13.0 5.2 99.2 14.0 n/a 56.2 表7 多级过氧化氢漂白与变化中的过氧化和活化剂电荷和序列sonified（Us），螯合（Q）非筛选亚麻 纸浆 漂白序列 ISO白度 (%) 粘度 (ml/g) pH 开始 610 562 550 503 490 11.8 10.6 5.5 11.8 10.6

UsQ1 (3% P) UsQ1 (3% P)(3% P + 1.5% TAED) UsQ1 (3% P)(3% P + 1.5% TAED)Q2 UsQ1 (3% P)(3% P + 1.5% TAED)Q2 (1% P)

UsQ1 (3% P)(3% + 1.5% TAED)Q2 (1% P)(1% P + 0.5TAED)

66.5 74.5 75.4 79.3 82.1

最后 10.7 6.7 4.5 10.6 6.7

Us- 浆浓1％，4分钟，Q - 螯合：3％，浆浓0.2％EDTA，85°C，30分钟，pH值5.5; PA - 激活过氧化物：3％的纸浆浓度，80℃，0.2％EDTA，0.2％硫酸镁，60分钟，P - 过氧化氢：3％的纸浆浓度，90℃，0.2％EDTA，0.2％硫酸镁，120分钟。

进一步试验表明在多级过氧化氢序列中，作为第一阶段，单独的过氧化物漂白比TAED过氧化阶段的活化更适合进一步脱木素。下一阶段激活的过氧化在不同的pH值和TAED和过氧化氢浓度在较低温度下和较短的滞留时间以较少粘度下降，导致进一步的脱木素和亮度增加。第二螯合作用增加了0.9％ISO亮度。下一个阶段,降低过氧化氢过氧化物单独电荷是鲜明的阶段获得较低的亮度和粘度下降。最后活化过氧化物阶段,以较低的电荷也只是为了提高最终的亮度,设法达到目标82% ISO的非筛选纸浆,经筛选后,应该至少提高2% ISO白度。

实现目标的亮度与多级无氯，过氧化物的TCF序列有无活化阶段，在大气压力和过氧化物电荷从在8％ODP和2％TAED（65％TAED活性物质）总电荷，时间为7小时，在温度为80-90 摄氏度和pH值范围为10.6-11.8。

4 结论

用一系列氧脱木素，螯合，加压的过氧化氢/氧，和多级过氧化氢在常压下有无活化剂可以成功的获得碱性亚硫酸盐TCF漂白亚麻浆。效果最好的是活化后

高压过氧化阶段,也就是说,当卡伯值低于5时。TAED/过氧化物的最佳摩尔比为0.3，在活化TAED物质65％或0.5100％TAED活化物质，初始pH值8。0.5-1.5％低过氧化物电荷和TAED在较低温度下合理碱度保护纸浆粘度和强度，虽然比一般未漂白纸浆的低，但在卷烟纸，茶叶袋的预期用途还可接受。

对Tamlin漂白所使用的TCF序列进行比较，在超声波和双螯合预处理后，过氧化氢漂白与活化过氧化的交替使用能使得它的ISO亮度与氧脱木素和加压的过氧化物处理的亮度一样。但它的过氧化物和催化剂消耗量较高。虽然剩余的木素含量高，但它对纤维素及其物理机械性能的损伤较小。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/082p.html