CN101967771B

CN101967771B - 一种改善纸浆漂白性能的方法

Info

Publication number: CN101967771B
Application number: CN2010105439322A
Authority: CN
Inventors: 庞志强; 陈嘉川; 杨桂花; 董翠华; 刘玉; 王向强
Original assignee: Shandong Institute of Light Industry
Current assignee: Shandong Institute of Light Industry
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: CN101967771A

Abstract

本发明涉及造纸技术领域一种改善纸浆漂白性能的方法。将纸浆干燥浓缩，加入离子液体混合均匀得浆料，将浆料加热后输送至反应仓浸渍处理，洗涤浆料，漂白。离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物或1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐。离子液体加入量为2-6L/kg纸浆，将浆料加热至50-95℃，浸渍处理20-60min。经离子液体浸渍后，氢键被部分破坏，纤维润胀，木素溶出，纸浆结构变得疏松多孔，有利于提高漂白效果；对聚糖结构破坏能力小，相近白度纸浆比较而言，强度的物理强度有明显改善；可降低漂白化学品用量，减少常规化学漂白段数；离子液体结构稳定，零蒸汽压，可反复回收利用，绿色环保。

Description

一种改善纸浆漂白性能的方法

技术领域

本发明涉及造纸技术领域纸浆的处理方法，特别涉及一种改善纸浆漂白性能的方法。

背景技术

纸浆生产的基本流程是备料→蒸煮/磨浆→漂白，蒸煮或磨浆工段使纤维彼此分散成浆。漂白是作用于纤维以提高其白度的化学过程。纸浆漂白在制浆造纸生产过程中占有重要的地位，与纸浆和成纸的质量、物料和能量消耗及对环境的影响有密切的关系。

漂白的主要目的是提高纸浆的白度和白度稳定性；改善纸浆的物理化学性质，纯化纸浆，提高纸浆的洁净度也是漂白的目的。漂白是通过化学品的作用除去浆中的木素或者改变木素发色基团的结构来实现的。化学浆漂白过程中木素的去除可以看作是蒸煮的继续，因为蒸煮过程不可能达到满意的白度所要求的脱木素程度，否则纸浆的得率和强度会大大下降。对某些特殊用途的纸浆，如溶解浆，漂白时必须除去半纤维素；对制吸收性产品的纸浆，漂白时除去部分半纤维素也是有益的。漂白也须除去不需要的其他化合物。例如，亚硫酸盐浆漂白时，除去树脂、脂肪酸、脂肪酸酯及其他抽出物。

根据产品的质量和用途的不同，纸浆漂白要达到的白度不同。生产新闻纸、凸版纸、胶印书刊纸等一般文化用纸的用浆，白度要求是60-75%ISO；生产书写纸、胶版纸等高级文化用纸及铜版原纸、照像原纸的用浆，白度要求为80-90%ISO；生产化学加工用的浆粕，如人纤浆粕，不仅要求有较高的白度，同时要求具有较高的纯度和化学反应性能。

纸浆的漂白可以是单段漂白，如次氯酸盐漂白，但更多的是采用多段漂白流程。在选择漂白流程时，最主要是要考虑漂白成本、漂白选择性及对环境的友好性。在合理的工艺条件下，多段漂能提高纸浆白度，改善强度，节省漂白剂。与单段漂相比，其灵活性大，有利于质量的调节与控制，能将卡伯值高、难漂白的浆漂到高白度。随着环境保护要求的日益严格，含氯漂白废水中含有的氯化有机物对环境的危害引起人们广泛的关注，氯和次氯酸盐漂白正越来越受到限制，纸浆漂白正朝着无元素氯和全无氯漂白的方向发展。由于二氧化氯漂白的纸浆白度高，强度好，废水对环境的污染较小，因此含二氧化氯漂白的无元素氯漂白仍将继续发展。氧漂、过氧化氢漂和臭氧漂是全无氯漂白工艺的重要组成部分，必将稳步增长。

离子液体（Ionic liquids，ILs）是指在30~100℃呈液态且由有机阳离子和有机或无机阴离子构成的物质，又称室温离子液体（Room temperature ionic liquids，RTILs）。与分子溶剂相比，离子液体具有许多独特的物理化学性质，如蒸汽压低，不挥发，结构可设计性，不可燃，难氧化，热容量大，电导率高，电化学窗口宽，溶解性好，萃取能力强，相、热、水、酸碱稳定性好等。由于这些独特性能，离子液体被广泛应用于有机物的萃取与分离、有机合成及电化学等领域，被认为是代替易挥发分子溶剂的绿色溶剂，其应用研究在世界范围内受到广泛关注。

离子液体作为一种新型溶剂，对复杂结构的高聚物表现出很强的溶解能力，这为包含纤维素、木质纤维素等在内的生物质资源的高效降解、改性、分离和加工提供了一条新的途径；而且离子液体本身固有的不挥发、难氧化、不易燃等特性可实现离子液体反复回收利用，绿色环保。作为纤维素溶剂的离子液体需具备能破坏大量纤维素分子内和分子间氢键的能力。结合有强氢键接受体的阴离子如Cl^-的离子液体能够溶解纤维素。例如，离子液体[Bmim]Cl，Cl^-与纤维素分子链上的羟基形成氢键而使纤维素分子间或分子内的氢键作用减弱，从而使纤维素溶解。目前，离子液体研究集中于纤维素的溶解及改性等方面。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种可以节省漂白工序，并且可以明显提高纸张白度的改善纸浆漂白性能的方法。

本发明是通过以下措施实现的：

一种改善纸浆漂白性能的方法，将纸浆干燥浓缩，加入离子液体混合均匀得浆料，将浆料加热浸渍处理，洗涤浆料，漂白。

所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物或1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐，结构式如下。

1-丁基-3-甲基咪唑氯化物

1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物

1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐

所述的离子液体加入量为2-6 L/kg纸浆，将浆料加热至50-95℃处理20-60 min。

将纸浆干燥浓缩至含水量为2-15%。所述纸浆为以植物纤维为原料经化学、机械或生物处理所制取的化学浆或机械浆。所述纸浆为经过蒸煮或磨浆的纸浆。洗涤浆料的废液经过除水浓缩，回收得离子液体，循环使用。浆料加热可采用微波加热或蒸汽间接加热。

纸浆经离子液体浸渍后，氢键被部分破坏，纤维发生明显润胀作用，部分木素被溶出，纸浆结构变得更加疏松多孔，这种变化有利于后续漂白药剂的渗透、发色基团的破坏和反应物的扩散溶出，从而改善纸浆的白度；离子液体浸渍对聚糖结构破坏能力小，相近白度纸浆比较而言，成品纸张的物理强度有明显改善。

本发明的有益效果是：本发明的方法可以改善纸张漂白性能，并且成品的物理强度也会稍有改善；在漂白技术实施上，采用本发明方法在不降低成品纸张白度的前提下可降低漂白化学品用量，减少常规化学漂白段数；离子液体结构稳定，零蒸汽压，可反复回收利用，绿色环保。

具体实施方式

实施例1

常规麦草化学浆采用CEH（氯化-碱抽提-次氯酸盐漂）三段漂白，漂白条件为总用氯量为8%，其中C段用氯量为总用氯量的65%，H段用氯量为总用氯量的35%，C段浆浓3%，时间60 min，室温，漂初pH<2；E段用碱量3%，浆浓5%，时间60 min，温度60 ℃；H段浆浓6%，时间90 min，40℃，漂初pH为11～12。漂白后纸浆白度78.1 %ISO，耐破指数3.76 KPa·m²·g^-1，裂断长5.21 km，撕裂指数6.41 mN·m²·g^-1，耐折次数645次。

采用本发明漂白麦草化学浆，浓缩纸浆至干度为15%，加入离子液体[Bmim]Cl（1-丁基-3-甲基咪唑氯化物），浸渍条件为[Bmim]Cl用量6 L/kg浆，温度70℃，时间30 min，加热方式为蒸汽间接加热。浸渍后洗涤纸浆，采用CEH三段漂白，漂白工艺条件同上。漂白后白度为87.1%ISO。耐破指数3.82 KPa·m²·g^-1，裂断长5.45 km，撕裂指数6.58 mN·m²·g^-1，耐折次数684次。白度提高了9.0%ISO，纸浆物理强度稍有增大。

实施例2

常规杨木CTMP（化学热磨机械浆）采用P（过氧化氢）单段漂白，漂白条件为NaOH用量2.5%，H₂O₂用量3%，Na₂SiO₃用量4%，MgSO₄用量0.05%，EDTA用量0.3%，浆浓15%，时间120 min，温度70 ℃。漂白后纸浆白度77.2%ISO，耐破指数3.47 KPa·m²·g^-1，裂断长4.16 km，撕裂指数5.36 mN·m²·g^-1，耐折次数16次。

采用本发明漂白杨木化学热磨机械浆，纸浆浓缩至干度为8%，加入离子液体[Amim]Cl（1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物），浸渍条件为[Amim]Cl用量3L/kg浆，温度50 ℃，时间40 min，加热方式为微波加热。浸渍后洗涤纸浆，采用P段（过氧化氢漂白）单段漂白，漂白条件为NaOH用量2.0%，H₂O₂用量2.2%，Na₂SiO₃用量3%，MgSO₄用量0.05%，EDTA用量0.3%，浆浓15%，时间120 min，温度70℃。漂白后纸浆白度77.4%ISO，耐破指数3.56KPa·m²·g^-1，裂断长4.35 km，撕裂指数5.47 mN·m²·g^-1，耐折次数19次。本发明在漂白后纸浆白度接近的情况下，可大幅减少过氧化氢漂白段化学品用量，NaOH用量降低了20%，H₂O₂用量降低了26.7%，Na₂SiO₃用量降低了25%，漂白后纸浆的物理强度也得到明显改善。

实施例3

常规火炬松化学浆漂白采用OPZD流程（氧脱木素-过氧化氢漂白-臭氧漂白-二氧化氯漂白），具体漂白条件为O段：NaOH用量2.5%，MgSO₄用量0.5%，浆浓10%，氧压0.5 MPa，温度100 ℃，时间60 min；P段：NaOH用量1.8%，H₂O₂用量2.0%，Na₂SiO₃用量2.5%，MgSO₄用量0.05%，EDTA用量0.3%，浆浓18%，时间120 min，温度70 ℃；Z段：O₃用量0.6%，浆浓37%，pH值2.2，温度20 ℃；D段：ClO₂用量0.4%，浆浓8%，时间150 min，温度70 ℃，pH值4.2。漂白后纸浆白度为80.4 %ISO，耐破指数2.78 KPa·m²·g^-1、抗张指数49.2 N·m/g，耐折次数512次，撕裂指数6.24 mN·m²·g^-1。

采用本发明漂白火炬松化学浆，将浆料浓缩至干度为6%，加入离子液体[Emim]OAc（1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐），浸渍条件为[Emim]OAc用量2 L/kg浆，温度95 ℃，时间60 min，加热方式为蒸汽间接加热。漂白采用OPD流程，与常规技术相比，取消了Z段（臭氧漂白段）漂白，O、P和D段漂白具体工艺参数同上。漂白后纸浆白度为84.6 %ISO，耐破指数2.83KPa·m²·g^-1、抗张指数53.1 N·m/g，耐折次数534次，撕裂指数6.43 mN·m²·g^-1。采用本发明方法在减少一个化学漂白段（Z段）的基础上，纸浆白度也明显提高了4.2%ISO，纸浆各强度指标也有所改善。

实施例4

常规辐射松TMP（热磨机械浆）采用P（过氧化氢）单段漂白，漂白条件为NaOH用量2.5%，H₂O₂用量3%，Na₂SiO₃用量4%，MgSO₄用量0.05%，EDTA用量0.3%，浆浓15%，时间120 min，温度70℃。漂白后纸浆白度55.3%ISO，耐破指数1.56 KPa·m²·g^-1，裂断长2.54 km，撕裂指数3.12 mN·m²·g^-1。

采用本发明漂白辐射松热磨机械浆，将浆料浓缩至干度为2%，加入回收的离子液体[Bmim]Cl（1-丁基-3-甲基咪唑氯化物），浸渍条件为[Bmim]Cl用量4 L/kg浆，温度80℃，时间20 min，加热方式为微波加热。漂白采用P（过氧化氢）单段漂白，漂白条件同上述对照组条件相同。漂白后纸浆白度64.5%ISO，耐破指数1.62 KPa·m²·g^-1，裂断长2.71 km，撕裂指数3.23 mN·m²·g^-1。采用本发明方法之后漂白辐射松TMP（热磨机械浆），纸浆白度提高了9.2%ISO，同时纸浆的物理强度指标也有所改善。

实施例5

常规桦木化学浆漂白采用OD₁ED₂流程（氧脱木素-二氧化氯漂白-碱抽提-二氧化氯漂白），具体漂白条件为O段：NaOH用量2.2%，MgSO₄用量0.5%，浆浓12%，氧压0.5 MPa，温度110 ℃，时间60 min；D₁段：ClO₂用量0.6%，浆浓8%，时间150 min，温度70 ℃，pH值4.2；E段：用碱量2.8%，浆浓4%，60 min，60 ℃；D₂段：ClO₂用量0.4%，浆浓8%，时间120 min，温度70 ℃，pH值4.2。漂白后纸浆白度为79.5 %ISO，耐破指数2.41 KPa·m²·g^-1、抗张指数45.3N·m/g，耐折次数376次，撕裂指数5.03 mN·m²·g^-1。

采用本发明漂白桦木化学浆，将纸浆浓缩至干度为10%，加入离子液体[Amim]Cl（1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物），浸渍条件为[Amim]Cl用量5 L/kg浆，温度60℃，时间30 min，加热方式为蒸汽间接加热。浸渍后洗涤纸浆，采用OD₁ED₂流程，具体漂白工艺参数同上述对照组。漂白后纸浆白度为87.7 %ISO，耐破指数2.89 KPa·m2·g-1、抗张指数54.6N·m/g，耐折次数412次，撕裂指数5.29 mN·m²·g^-1。采用本发明漂白后的纸浆白度提高了8.2%ISO，各物理强度指标也得到了改善。

Claims

1.一种改善纸浆漂白性能的方法，其特征是将纸浆干燥浓缩至含水量为2-15%，加入1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物或1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐混合均匀得浆料，加入离子液体的量为2-6 L/kg纸浆，将浆料加热至50-95℃浸渍处理20-60 min，洗涤浆料，漂白；

所述纸浆为以植物纤维为原料经化学、机械或生物处理所制取的化学浆或机械浆。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述纸浆为经过蒸煮或磨浆的纸浆。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于洗涤浆料的废液经过除水浓缩，回收得离子液体，循环使用。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于浆料加热可采用微波加热或蒸汽间接加热。