杨木镁碱过氧化氢化学机械法制浆及其机理研究

摘要

在传统的杨木APMP制浆中,原料的碱性H2O2预处理所需要的碱性条件一般由加入的NaOH提供,NaOH的强碱性容易引起碳水化合物的部分降解,降低了得率,降解产物进入废液增加了预处理流出液中COD的含量,增加了污染负荷,而Mg(OH)2的弱碱性,可以弥补钠碱的上述缺陷,因而采用Mg(OH)2的杨木APMP制浆技术受到关注。
　　 本论文主要进行了Mg(OH)2为碱源或部分碱源的杨木APMP制浆及其机理的研究,包括单段预处理和两段预处理制浆工艺及对杨木单段预处理镁碱APMP制浆工艺参数的探讨。同时利用FQA、ESEM、XPS等分析手段对镁碱杨木APMP浆的纤维特性进行了研究。
　　 首先,镁碱作为碱源时,杨木单段预处理APMP制浆时较为适宜的化学预处理条件为:H2O2:5.0-6.0％,Mg(OH)2:4.35％,Na2SiO3:4.0％,EDTA:0.5％,液比:4:1,反应温度70-80℃,反应时间90 min。在该工艺条件下,当打浆度为450SR时,可得到白度为67.5-68.4％ISO,不透明度91.1％,光散射系数为47.65 m2·kg-1的浆料,但浆的强度较差,裂断长仅为1.32 km,撕裂指数仅为1.63 mN·m2·g-1。
　　 其次,通过对氢氧化镁部分或全部取代氢氧化钠的杨木APMP制浆的研究,发现,随着Mg(OH)2取代NaOH的量的增加,纸张的物理强度和白度下降,但不透明度、松厚度和光散射系数提高。镁碱部分取代单段杨木APMP制浆的较佳工艺条件为:Mg(OH)2取代量为50％,H2O2:5.0％,Na2SiO3:4.0％,EDTA:0.5％,液比:4:1,反应时间80 min；两段杨木APMP制浆的较佳工艺条件为:第一段全用氧氧化钠,第二段Mg(OH)2取代量为50％。在该工艺条件下,可得到白度为71.9％ISO,裂断长为3.76 km,撕裂指数为4.53 mN·m2·g-1,不透明度83.3％,光散射系数为42.52 m2·kg-1的浆料。与此同时,采用Mg(OH)2的杨木APMP制浆可以有效降低废水COD含量。随着氢氧化镁取代量的增加,制浆废液中的COD含量下降,从而更有利于实现清洁生产。在相同OH-用量的情况下,随着氢氧化镁取代量的增加,纸浆中木素、碳水化合物和有机溶剂抽出物溶出率均下降。
　　 再次,通过对浆料纤维质量分析和纸浆纤维扫捕电镜形貌图的观察,发现,随着Mg(OH)2取代量的增加,所得纸浆纤维的长度加权平均长度逐渐变短,不论是数均细小纤维含量还是长度加权含量,均表现为随着Mg(OH)2取代量的增加逐渐增加。
　　 最后,通过对不同镁碱取代的杨木APMP纸浆纤维表面XPS分析,表明,随着氢氧化镁取代量的增加,ClS结合能下降,ClS峰面积增大,OlS峰面积减少,即O/C比减少,说明,镁碱杨木APMP浆纤维表面木素含量增加,碳水化合物含量减少；同时通过对丙酮抽提前后的纸浆纤维的XPS对比分析,丙酮抽提后的O/C比增加,降低了纤维表面木素等疏水性物质的含量。
　　 镁碱APMP浆料其强度性能较差的因为主要有以下几点:①镁碱的弱碱性以及Mg2+在纤维表面的吸附,使得纤维的润胀度差,纤维柔韧度下降,从而使磨浆进程中,纤维切断较多,纤维平均长度较短,细小纤维含量较高；②镁碱的弱碱性使得纤维表面木素溶出较少,况且纤维表而的疏水性物质含量增加,阻碍了纤维与纤维之间的联接与结合。