竹沥液对粉单竹APMP浆返黄影响的研究

摘要

我国拥有丰富的竹类资源,而竹子纤维质量优良,是很好的造纸原料,其高得率浆与化学浆相比,具有得率高、成本较低、污染负荷减少等优点,是清洁生产的一个重要方向,符合我国循环经济发展的要求。但是竹子高得率浆在强度特别是白度以及白度稳定性方面不如化学浆。本论文研究了竹沥液在粉单竹APMP法制浆漂白过程中对高得率APMP竹浆白度及其返黄性能的影响,利用SEM、AFM、FTIR.、DSC、XPS等现代分析仪器进一步探讨竹沥液对竹子的木素、纤维素和半纤维素返黄的作用机理。研究结果如下:
　　 (1)研究粉单竹APMP法制浆漂白中竹沥液的影响和返黄竹浆的抽出物。结果表明,经机械压榨法压出竹沥液后,竹子原料的冷水抽出物、热水抽出物、1％NaOH抽出物、苯醇抽出物溶出率分别为8.70％、6.67％、2.83％和14.51％,未漂.APMP竹浆白度提高2.57％ISO,漂白竹浆白度提高1.04％ISO,随紫外光照时间增加,竹浆白度损失减少,返黄速率下降。可见,压出竹沥液后,可减少竹浆中有色物质的影响,有利于白度提高,降低返黄程度,脱除竹沥液是有利于竹子APMP制浆的。另外将竹沥液分别返加到粉单竹APMP制浆原料、漂白原料中,发现APMP制浆后白度的降低了0.77～1.06％ISO,漂白竹浆的白度降低了2.45～4.98％ISO,进一步证实残留在浆中的竹沥液会影响竹浆的白度和返黄。
　　 (2)采用GC-MS、紫外光谱、红外光谱、元素分析仪等现代分析手段对竹沥液成分进行分析。研究结果表明,竹沥液的上层清液主要包括有机酸类、酚类、醇类、酯类及少量烃类和杂环化合物等物质,经紫外光老化后,部分成分发生氧化后分解、消失,伴随新物质生成,竹沥液中的酯类(硬脂酸酯等)和醌类(对苯醌等)物质含量明显提高,同时还发生絮凝生成了含有大量芳香环、羧基、C=O、C=C等不饱和基团的沉淀。而竹沥液下层沉淀成分复杂,含有芳香族、脂肪族和较多的不饱和键,光老化处理后脂肪链断裂,N=O和C=O结构的数量增加。研究发现竹沥液大都含有发色基团和助色基团,基于各物质自身的化学性质和结构特性,它们在光返黄过程中也易发生光化学反应,对竹浆的白度和返黄产生不利影响。
　　 (3)使用SEM、GPC、紫外光谱、红外光谱、元素分析仪等分析手段,研究竹沥液对木素返黄的影响。结果表明,添加竹沥液后,竹子原料木素表面可观察到清晰的竹沥液颗粒,而未漂竹浆和漂白竹浆木素中较难分辨出来,同时,木素的分子量下降,多分散性提高,C、O、H元素含量有所改变,邻醌和邻酚含量无较大变化,共轭基团的含量增加,影响木素的反应活性,它们是影响纸浆白度的重要因素之一。紫外光老化处理后,生成了新的共轭羰基,邻醌含量上升,醌型发色结构是竹材或竹浆颜色的主要来源,对返黄起到了一定的促进作用。竹沥液和光返黄对木素芳环的影响较小,主要与木素侧链上的官能团反应。
　　 (4)利用SEM、AFM、红外光谱、DSC、XPS等方法分析竹沥液对纤维素返黄的影响。研究表明,将竹沥液添加至分离出来的纤维中,可观察到附聚在纤维表面上的竹沥液物质,引入了新的共轭基团和含氧官能团,有色结构含量增加,使得竹浆白度降低9.02ISO％。紫外光照后,观察到纤维表面的竹沥液发生剥落并分布较多细小颗粒,光氧化生成新的共轭羰基,在不同紫外时间下,与空白样相比竹浆白度下降幅度增大,返黄值提高。竹沥液会附聚在纤维表面,并引入有色物质,直接导致竹浆白度降低,在返黄过程中,竹沥液物质发生氧化反应生成新的有色结构,使竹浆产生一定程度的返黄效果。
　　 (5)采用SEM、AFM、红外光谱、DSC、XPS等手段研究竹沥液对半纤维素返黄的影响。结果表明,将竹沥液添加至分离出来的半纤维素,发现半纤维素由白色变为浅褐色,观察到竹沥液物质覆盖在半纤维素表面,引入了醚键、共轭羰基、醇羟和酚类等。而紫外光老化处理后,半纤维素表面的竹沥液物质在形态上无显著变化,竹沥液物质光氧化反应生成新的羟基,共轭羰基、COOH®基团等发色结构增加。可见,竹沥液可附聚在半纤维素表面,带入纸张使白度降低,在返黄过程中,竹沥液物质发生氧化反应生成新的有色结构,也使竹浆产生一定程度的返黄效果。