CN111979822A - 一种适合无元素氯（ecf）短程序漂白的顺序漂白工艺 - Google Patents

一种适合无元素氯（ecf）短程序漂白的顺序漂白工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于造纸技术领域，涉及一种适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，漂白流程短，漂白段数少，各漂白段间纸浆不经过水洗涤，环境友好，经济有效。步骤为：未漂纸浆首先经木聚糖酶辅助漂白(X)，然后调节纸浆pH，加入助剂，进行臭氧漂白(Z)，臭氧漂白结束后进行二氧化氯漂白(D)，即X/Z/D顺序漂白工艺；或者木聚糖酶处理后(X)，先经二氧化氯漂白(D)再进行臭氧漂白(Z)，即X/D/Z顺序漂白工艺。本发明的顺序漂白工艺，三种漂剂中间不经过洗涤，纸浆白度可提升30％ISO以上。

Description

一种适合无元素氯(ECF)短程序漂白的顺序漂白工艺
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种适合无元素氯(ECF)短程序漂白的顺序漂白工艺。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
制浆造纸工业是21世纪的“朝阳工业”，是国民经济的基础产业之一，与社会发展和人民生活息息相关，在全球工业制造业中占据着重要地位。近年来，我国纸和纸板的总产量呈现上升趋势。自2012年以来，我国纸和纸板的产量和消费量已居世界第一，但造纸工业面临着纤维资源短缺和环境日趋严峻等问题，研究开发绿色漂白技术是发展循环、低碳、绿色经济的主题。为了符合节能减排、绿色低碳的经济发展模式，造纸企业的纸产品生产需要采用清洁技术如无元素氯漂白、全无氯漂白以及生物漂白技术替代传统漂白技术来生产高强度、高白度的纸浆，然而发明人发现：漂白工段依然存在废水排放量多、漂白成本高的问题。
发明内容
为了解决漂白工段用水量大、废水污染负荷高、漂白成本高的问题，本发明提供适合无元素氯(ECF)短程序漂白的顺序漂白工艺，能够减少漂白工段用水量、降低废水排放负荷、节约漂白成本，满足产品质量要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：以下所涉及的浆料的浓度若无特殊说明，均为质量百分数；所涉及的试剂、药品的用量，若无特殊说明，都是相对于绝干浆而言。
本发明的第一个方面，提供了一种适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，将未漂纸浆按照X/Z/D或X/D/Z顺序进行漂白，中间不进行洗涤。
本发明在系统研究现有木材碱法浆的成分组成、吸收性能、漂洗性能的基础上，经过大量实验研究发现：采用X/Z/D或X/D/Z顺序漂白工艺，能够减少漂白工段用水量、降低废水排放负荷、节约漂白成本，满足产品质量要求；且由于中间不进行洗涤，较普通的X-Z-D或X-D-Z漂白的纸浆具有更优的强度性能指标。
本发明的第二个方面，提供了任一上述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺制备的半漂白纸浆。
本发明研发了一种低能耗、低成本的绿色漂白技术，经顺序漂白的纸浆白度达到80％ISO左右，然后送去进行补充漂白，以获得全漂浆。
本发明的第三个方面，提供了上述的半漂白纸浆在高强度、高白度的纸浆制造中的应用。
由于本发明制备的半漂白纸浆具有较高的白度和强度，且制备工艺简单，因此，有望在造纸工业中得到广泛的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)顺序漂白是指两种或多种漂剂按先后顺序对纸浆进行漂白，但漂白中间不洗涤，相当于一个漂白段。
(2)主要是简化漂白流程实现短程序漂白，节省洗涤用水，减少废水排放，降低漂白成本。
(3)经氧脱木素的纸浆可采用X/Z/D或X/D/Z顺序漂白，研究发现：利用木聚糖酶降解沉积在浆料纤维表面的木聚糖及浆料中的木质素-碳水化合物复合体结构，木聚糖酶处理后不经过洗涤直接进行臭氧和二氧化氯漂白有利于漂白药剂的渗透和木质素的溶出，提高了漂白药剂的漂白效率，改善了纸浆的漂白效果，经顺序漂白的纸浆白度达到80％ISO左右，然后送去进行补充漂白，以获得全漂浆。
(4)本发明的方法简单、成本低、实用性强，易于推广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种适合无元素氯(ECF)短程序漂白的顺序漂白工艺(X/Z/D或X/D/Z)，步骤如下：
对经过氧脱木素后的纸浆进行X/Z/D或X/D/Z顺序漂白，X为木聚糖酶辅助漂白；Z为臭氧漂白；D为二氧化氯漂白。用木聚糖酶、臭氧和二氧化氯对纸浆进行先后顺序漂白，中间不需要用水洗涤。
X/Z/D或X/D/Z漂白工艺条件为：木聚糖酶漂白(X)：木聚糖酶用量5～20u/g浆，浆浓10～15％，pH＝5～9，漂白温度50～80℃，漂白时间60～120min；臭氧漂白(Z)：浆浓10～15％，pH＝2～4，漂白温度50～80℃，漂白时间0.5～5min，乙二醇用量1～3％，臭氧用量0.2～1.0％；二氧化氯漂白(D)：ClO2用量0.2～1.0％，浆浓10～15％，pH＝2～4，漂白温度50～80℃，漂白时间10～60min。采用X/Z/D或X/D/Z顺序漂白工艺，能够减少漂白工段用水量、降低废水排放负荷、节约漂白成本，满足产品质量要求。
进一步地，所述木聚糖酶辅助漂白具体方式为：调整纸浆浓度为10～15％，调节pH＝5～9，保持纸浆温度50～80℃，加入木聚糖酶5～20u/g，均匀混合后进入贮浆池。木聚糖酶处理后不经过洗涤直接进行臭氧和二氧化氯漂白有利于漂白药剂的渗透和木质素的溶出，提高了漂白药剂的漂白效率，改善了纸浆的漂白效果。
进一步地，所述臭氧漂白的具体方式为：纸浆经木聚糖酶辅助漂白后，调节pH值至2.0～4.0，保持纸浆浓度为10～15％，加入1～3％乙二醇，温度50～80℃，经臭氧混合反应器进行臭氧漂白，臭氧用量0.2～1.0％，漂白时间0.5～5min；以利用臭氧的强氧化作用，破坏木素的发色基团，提高纸浆白度。
进一步地，所述二氧化氯漂白的具体方式为：纸浆经臭氧漂白后，保持纸浆浓度为10～15％，50～80℃条件下，加入二氧化氯经混合器混合均匀，在漂白塔进行二氧化氯漂白，ClO2用量0.2～1.0％，漂白时间10～60min，以利用二氧化氯的高选择性有效去除木素，使纸浆具有更好的机械强度和白度稳定性。
进一步地，用上述经过顺序漂白后的纸浆经过洗涤后可进入下一个漂白段，继续漂白至87-90％ISO，也可以直接用于低白度要求的纸基材料制备。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
白度的测定：纸浆经纤维疏解机疏解后，在奥地利产凯塞法抄片器上抄成纸基材料，后用YQ-Z-48B白度仪测定；
本发明分别对桉木硫酸盐浆、桉木烧碱蒽醌浆纸浆进行短程序X/Z/D或X/D/Z顺序漂白，均可得到较高白度的纸浆。具体如下：
实施例1：
步骤如下：
(1)桉木硫酸盐浆的蒸煮条件为：用碱量21％(相对于绝干原料NaO2计)，液比1:5，硫化度25％，蒸煮温度170℃，在105℃时进行小放气，升温时间为100min，保温时间90min；蒸煮后进行洗涤、筛选，得到未漂硫酸盐纸浆。
(2)氧脱木素条件为：调整纸浆浓度为10％，加入NaOH用量3％，MgSO4用量0.6％，氧气压力为0.6Mpa，温度为100℃，保温时间60min；然后进行洗涤，得氧脱木素后纸浆。
(3)抄纸：将桉木硫酸盐法蒸煮后本色浆和氧脱木素后纸浆分别打浆至35°SR，然后分别在纤维疏解器中进行纸浆纤维疏解，使其分散均匀，在纸页成型器上抄成定量为60g/m2的纸页。
(4)纸页白度检测：采用YQ-Z-48B白度仪对所得纸页的白度进行检测。
表1桉木硫酸盐法蒸煮后本色浆和氧脱木素后浆的白度
Figure BDA0002623155980000051
实施例2：
步骤如下：
(1)X/Z/D或X/D/Z顺序漂白：对实施例1中经过氧脱木素后的桉木硫酸盐纸浆进行顺序漂白，X为木聚糖酶辅助漂白；Z为臭氧漂白；D为二氧化氯漂白。用木聚糖酶、臭氧和二氧化氯对纸浆进行先后顺序漂白，中间不需要洗涤。
首先，采用木聚糖酶对纸浆进行辅助漂白，工艺条件为浆浓10％，木聚糖酶用量分别为5u/g、10u/g、15u/g，pH＝5，漂白温度55℃，漂白时间60min。然后进行臭氧漂白，工艺条件为浆浓10％，pH＝2，55℃，漂白时间5min，臭氧用量1.0％，乙二醇用量2％。最后进行二氧化氯漂白，工艺条件为浆浓10％，ClO2用量0.2％，pH＝2～3，漂白温度55℃，漂白时间30min。
(2)抄纸：将经过顺序漂白后的纸浆打浆至35°SR，然后，采用纤维疏解器疏解纸浆使其分散均匀，最后，经纸页成型器抄造定量为60g/m2的纸页。
(3)所得X/Z/D或X/D/Z顺序漂白纸浆的白度检测：采用YQ-Z-48B白度仪对不通漂白药剂用量下所得顺序漂白纸浆的白度进行检测，漂白纸浆的后白度见表2所示，其中，X5/Z/D、X10/Z/D、X15/Z/D分别代表木聚糖酶用量为5u/g、10u/g、15u/g时经过顺序漂白后的纸浆。对照组为氧脱木素后纸浆制得的纸页。表2不同木聚糖酶用量下桉木硫酸盐浆经过X/Z/D(或X/D/Z)顺序漂白后纸浆白度
Figure BDA0002623155980000061
结果分析：如表2所示，桉木硫酸盐法蒸煮后本色纸浆经氧脱木素后纸浆白度为59.4％ISO。在木聚糖酶用量分别为5u/g、10u/g、15u/g下，经过X/Z/D顺序漂白后纸浆白度分别为77.3％ISO、78.2％ISO、79.1％ISO，与氧脱木素后纸浆白度相比，短程序X/Z/D或X/D/Z顺序漂白可提升纸浆白度30％以上。
实施例3：
步骤如下：
(1)X/Z/D或X/D/Z顺序漂白：对实施例1中经过氧脱木素后的桉木硫酸盐纸浆进行顺序漂白，X为木聚糖酶辅助漂白；Z为臭氧漂白；D为二氧化氯漂白。用木聚糖酶、臭氧和二氧化氯对纸浆进行先后顺序漂白，中间不需要洗涤。
首先，采用木聚糖酶对纸浆进行辅助漂白，工艺条件为浆浓12％，木聚糖酶用量分别为10u/g，pH＝5，漂白温度60℃，漂白时间60min。然后进行臭氧漂白，工艺条件为浆浓10％，pH＝2，60℃，漂白时间5min，臭氧用量分别为0.5％、0.75％、1.0％，乙二醇用量2％。最后进行二氧化氯漂白，工艺条件为浆浓10％，ClO2用量0.3％，pH＝2.5，漂白温度60℃，漂白时间30min。
(2)抄纸：将经过顺序漂白后的纸浆打浆至35°SR，然后，采用纤维疏解器疏解纸浆使其分散均匀，最后，经纸页成型器抄造定量为60g/m2的纸页。
(3)所得顺序漂白纸浆的白度检测：采用YQ-Z-48B白度仪对不通漂白药剂用量下所得顺序漂白纸浆的白度进行检测，漂白纸浆的后白度见表3所示，其中，X/Z0.5/D、X/Z0.75/D、X/Z1.0/D分别代表臭氧用量为0.5％、0.75％、1.0％时经过顺序漂白后的纸浆。对照组为氧脱木素后纸浆制得的纸页。
表3不同臭氧用量下桉木硫酸盐浆经过X/Z/D(或X/D/Z)顺序漂白后纸浆白度
Figure BDA0002623155980000071
Figure BDA0002623155980000081
结果分析：如表2所示，桉木硫酸盐法蒸煮后本色纸浆经氧脱木素后纸浆白度为59.4％ISO。在臭氧用量分别为0.5％、0.75％、1.0％下，经过X/Z/D顺序漂白后纸浆白度分别为80.2％ISO、79.3％ISO、78.4％ISO，与氧脱木素后纸浆白度相比，短程序X/Z/D或X/D/Z顺序漂白可提升纸浆白度30％以上。
实施例4：
步骤如下：
(1)X/Z/D或X/D/Z顺序漂白：对实施例1中经过氧脱木素后的桉木硫酸盐纸浆进行顺序漂白，X为木聚糖酶辅助漂白；Z为臭氧漂白；D为二氧化氯漂白。用木聚糖酶、臭氧和二氧化氯对纸浆进行先后顺序漂白，中间不需要洗涤。
首先，采用木聚糖酶对纸浆进行辅助漂白，工艺条件为浆浓13％，木聚糖酶用量为10u/g，pH＝6，漂白温度70℃，漂白时间60min。然后进行臭氧漂白，工艺条件为浆浓13％，pH＝3，70℃，漂白时间3min，臭氧用量为0.5％，乙二醇用量2％。最后，进行二氧化氯漂白，工艺条件为浆浓13％，ClO2用量分别为0.2％、0.3％、0.4％，pH＝3，漂白温度70℃，漂白时间30min。
(2)抄纸：将经过顺序漂白后的纸浆打浆至35°SR，然后，采用纤维疏解器疏解纸浆使其分散均匀，最后，经纸页成型器抄造定量为60g/m2的纸页。
(3)所得顺序漂白纸浆的白度检测：采用YQ-Z-48B白度仪对不通漂白药剂用量下所得顺序漂白纸浆的白度进行检测，漂白纸浆的后白度见表4所示，其中，X/Z/D0.2、X/Z/D0.3、X/Z/D0.4分别代表二氧化氯用量为0.2％、0.3％、0.4％时经过顺序漂白后的纸浆。对照组为氧脱木素后纸浆制得的纸页。
表4不同二氧化氯用量下桉木硫酸盐浆经过X/Z/D(或X/D/Z)顺序漂白后纸浆白度
Figure BDA0002623155980000091
结果分析：如表4所示，桉木硫酸盐法蒸煮后本色纸浆经氧脱木素后纸浆白度为59.4％ISO。在ClO2用量分别为0.2％、0.3％、0.4％下，经过X/Z/D顺序漂白后纸浆白度分别为78.6％ISO、80.1％ISO、81.7％ISO，与氧脱木素后纸浆白度相比，短程序X/Z/D或X/D/Z顺序漂白可提升纸浆白度30％以上。
实施例5：
步骤如下：
(1)桉木烧碱蒽醌浆的蒸煮条件为：NaOH用量16％，蒽醌用量0.05％，液比1:4，最高温度170℃，在105℃时进行小放气，升温时间为100min，保温时间90min；蒸煮后进行洗涤、筛选，得到未漂白的烧碱蒽醌纸浆。
(2)氧脱木素条件为：调整纸浆浓度为10％，加入NaOH用量3％，MgSO4用量0.6％，氧气压力为0.6Mpa，温度为100℃，保温时间60min；然后进行洗涤，得氧脱木素后的纸浆。
(3)X/Z/D或X/D/Z顺序漂白：对以上经过氧脱木素后的桉木烧碱蒽醌浆进行顺序漂白，X为木聚糖酶辅助漂白；Z为臭氧漂白；D为二氧化氯漂白。用木聚糖酶、臭氧和二氧化氯对纸浆进行先后顺序漂白，中间不需要洗涤。
首先，采用木聚糖酶对纸浆进行辅助漂白，工艺条件为浆浓15％，木聚糖酶用量为10u/g，pH＝5，漂白温度80℃，漂白时间60min。然后进行臭氧漂白，工艺条件为浆浓14％，pH＝4，80℃，漂白时间5min，臭氧用量0.5％，乙二醇用量2％。最后进行ClO2漂白，工艺条件为浆浓10％，ClO2用量分别为0.2％、0.3％、0.4％，pH＝2～3，漂白温度80℃，漂白时间30min。
(4)抄纸：将经过顺序漂白后的纸浆打浆至35°SR，然后，采用纤维疏解器疏解纸浆使其分散均匀，最后，经纸页成型器抄造定量为60g/m2的纸页。
(5)纸页白度检测：采用YQ-Z-48B白度仪对各段工序所得纸浆的白度进行检测，纸浆漂白前后白度见表5所示，其中，X/Z/D0.2、X/Z/D0.3、X/Z/D0.4分别代表ClO2用量分别为0.2％、0.3％、0.4％时，经顺序漂白后的纸浆。
表5不同二氧化氯用量下桉木烧碱蒽醌浆经X/Z/D(或X/D/Z)顺序漂白后纸浆白度
Figure BDA0002623155980000101
结果分析：如表4所示，桉木烧碱蒽醌浆法蒸煮后本色纸浆白度为31.2％ISO，经氧脱木素后纸浆白度为60.7％ISO，在ClO2用量分别为0.2％、0.3％、0.4％下，经过顺序漂白后纸浆白度分别为79.3％ISO、80.9％ISO、82.4％ISO，与氧脱木素后纸浆白度相比，X/Z/D或X/D/Z顺序漂白可提升纸浆白度30％以上。
对比例1
一种半漂白纸浆的制备方法，步骤如下：
(1)桉木硫酸盐浆的蒸煮条件为：用碱量21％(相对于绝干原料NaO2计)，液比1:5，硫化度25％，蒸煮温度170℃，在105℃时进行小放气，升温时间为100min，保温时间90min；蒸煮后进行洗涤、筛选，得到未漂硫酸盐纸浆。
(2)氧脱木素条件为：调整纸浆浓度为10％，加入NaOH用量3％，MgSO4用量0.6％，氧气压力为0.6Mpa，温度为100℃，保温时间60min；然后进行洗涤，得氧脱木素后纸浆。
对比例2
一种半漂白纸浆的制备方法，步骤如下：
(1)桉木烧碱蒽醌浆的蒸煮条件为：NaOH用量16％，蒽醌用量0.05％，液比1:4，最高温度170℃，在105℃时进行小放气，升温时间为100min，保温时间90min；蒸煮后进行洗涤、筛选，得到未漂白的烧碱蒽醌纸浆。
(2)氧脱木素条件为：调整纸浆浓度为10％，加入NaOH用量3％，MgSO4用量0.6％，氧气压力为0.6Mpa，温度为100℃，保温时间60min；然后进行洗涤，得氧脱木素后的纸浆。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，将未漂纸浆按照X/Z/D或X/D/Z顺序进行漂白，中间不进行洗涤。
2.如权利要求1所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，所述未漂纸浆为木材碱法浆。
3.如权利要求1所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，木聚糖酶漂白X的工艺条件为：木聚糖酶用量5～20u/g，浆浓10～15％，pH＝5～9，漂白温度50～80℃，漂白时间60～120min。
4.如权利要求1所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，木聚糖酶漂白X的具体步骤为：调整纸浆浓度，调节pH，调节纸浆温度，加入木聚糖酶，均匀混合后进入贮浆池。
5.如权利要求1所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，臭氧漂白Z的工艺条件为：浆浓10～15％，pH＝2～4，漂白温度50～80℃，漂白时间0.5～5min，乙二醇用量1～3％，臭氧用量0.2～1.0％。
6.如权利要求1所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，所述臭氧漂白Z的具体步骤为：纸浆经木聚糖酶辅助漂白后，调节pH值，调节纸浆浓度，加入乙二醇，调节温度，经臭氧混合反应器进行臭氧漂白。
7.如权利要求1所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，二氧化氯漂白D的工艺条件为：ClO2用量0.2～1.0％，浆浓10～15％，pH＝2～4，漂白温度50～80℃，漂白时间10～60min。
8.如权利要求1所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺，其特征在于，二氧化氯漂白D的具体步骤为：纸浆经臭氧漂白后，调节pH值，调节纸浆浓度、温度，加入二氧化氯经混合器混合均匀，在漂白塔进行二氧化氯漂白。
9.权利要求1-8任一项所述的适合ECF短程序漂白的顺序漂白工艺制备的半漂白纸浆。
10.权利要求9所述的半漂白纸浆在高强度、高白度的纸浆制造中的应用。
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