Effect of ECF and TCF bleaching on the charge properties of kraft pulp

摘要

Unbleached softwood (Pinus syl-vestris) kraft pulp with kappa number 25.9 was bleached using the sequences OZEP, OPZEP, ODEDED and DEDED. Both bulk and charge properties were investigated after each bleaching stage. The amount, nature, accessibility and location of charged groups were determined using adsorption of cationic polyelec-trolytes, high-precision potenti-ometric titration and Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA). Total charge was not markedly affected by alkali and peroxide treatments. Ozone and chlorine dioxide reduced the amount of charge considerably, whereas a slight increase was obtained when fibres were oxygen delignified. The reductions in total charge by ozone and chlorine dioxide are mainly due to the selective reaction of hexenuronic acid side groups of xylan by these electrophilic bleaching agents. On the other hand, total charge decreased gradually as bleaching proceeded, even for pulps from which hexenuronic acids had been removed. It is therefore evident that carbohydrate losses and concomitant dissolution of lignin also affect the charge on bleached kraft fibres. Generally, the development of surface charge (accessibility of high M_w polyelectrolyte) in different bleaching stages was similar to that of total charge. However, it seems that oxygen delignification increases not only the amount of charge but also its accessibility. The selective removal of hexenuronic acids affected the surface charge much less than would be expected from the reduction in total charge. A tentative conclusion is that surface xylan contains fewer hexenuronic acid side groups than xylan in other regions of the fibres.%Työssä tutkittiin mäntysulfaatti-massan sähkökemiallisten ominaisuuksien kehittymistä vaiheittain valkaisusekvensseissä OZEP, OPZEP, ODEDED ja DEDED. Varausten/happamien ryhmien määrää, luonnetta, aksessibiliteettia sekä sijaintia analysoitiin katio-nisten polyelektrolyyttien ad-sorptiokokeiden, potentiometri-sen titrauksen sekä ESCA-spekt-rometrian avulla. Tulokset osoittivat, että kuidun varaus ei merkittävästi muutu peroksidi- eikä alkalikäsitte-lyissä. Varaus sen sijaan laskee huomattavasti sekä otsoni että klooridioksidivaiheissa ja kasvaa hieman happidelignifioin-nissa. Vaikka sekä hemiselluloo-sahäviöt (ksylaani) että ligniinin liukeneminen ilmeisesti laskivat sulfaattikuidun varausta valkaisun edistyessä, todettiin varauksen laskun pääasiassa johtuvan elektrofiilisten valkaisukemikaa-lien (otsonin ja klooridioksidin) ja hekseeniuronihappojen välisistä selektiivisistä reaktioista. Kuidun pintavaraus (pitkäketjuisen polymeerin aksessibiliteetti) muuttui eri valkaisuvaiheissa samalla tavalla kuin kokonaisvaraus. Happidelignifioinnin havaittiin lisäävän kuitenkin sekä varausten määrää että niiden aksessi-biliteettia. Selektiivinen hekseeniuronihappojen poisto laski kuidun pintavarausta kokonaisva-rauksen laskuun verrattuna suhteellisesti huomattavasti vähemmän. Tulos osoittaa, että tutkitussa mäntysulfaatikuidun pintaksylaanissa oli huomattavasti keskimääräistä vähemmän hekseeniuronihapporyhmiä.