廢報紙脫墨漿漂白及其配抄普通文化用紙研究

韋 黎, 曹云峰, 熊林根, 楊 洋, 劉祝蘭

(南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙重點實驗室，江蘇 南京 210037)

0 前言

造紙行業(yè)面臨著原料短缺、能源緊張和環(huán)境污染嚴(yán)重3大問題，而廢紙回收再利用可以節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境，從而促使廢紙回收和利用率持續(xù)上升.廢紙作為再生資源其應(yīng)用領(lǐng)域從最初的生產(chǎn)紙箱，擴展到生活用紙、新聞紙和各種文化用紙[1]，這就需要對廢紙漿進(jìn)行凈化、脫墨和漂白.由于過氧化氫漂白本身具有設(shè)備腐蝕小、穩(wěn)定性好、漂白廢水中不含有毒性的氯化物等特點[2-4]，另外采用漂白廢報紙生產(chǎn)普通文化用紙的研究很少，因此，本文重點探討了脫墨廢報紙漿H2O2漂白工藝和漂白廢報紙脫墨漿配抄的普通文化用紙物理性能的變化.

1 實驗原料及方法

1.1 實驗原料

廢報紙脫墨漿，針葉材漂白漿板，闊葉材漂白漿板.

1.2 實驗方法

廢報紙脫墨漿的H2O2漂白在聚乙烯密封袋中進(jìn)行，按實驗條件將漿料與加入的化學(xué)藥品混合均勻，然后在恒溫水浴鍋中漂白，并每隔15 min揉搓一次，漂后充分洗滌漿料，漿料擰干并分散后，置于聚乙烯密封袋中備用.

1.3 分析檢測

白度測定：采用YQ-Z-48B型白度測定儀測定漿片ISO白度.白度提高率%=(漂后白度-漂前白度)/漂前白度.其它分析按《制漿造紙分析與檢測》[5]所示的方法測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 廢報紙脫墨漿H2O2單段漂白

2.1.1 過氧化氫用量對脫墨漿白度的影響

隨著人民生活水平的提高，對紙張的需求量越來越大，而且對其白度要求也越來越高，目前廢報紙主要采用過氧化氫漂白，過氧化氫用量對脫墨漿白度的影響見表1.

表1 過氧化氫用量對脫墨漂白漿白度的影響

注：其他反應(yīng)條件：Na2SiO32.5%，MgSO40.05%，EDTA 0.2%, NaOH 0.75%，漿濃20%，溫度80 ℃，時間2.5 h.

表2 NaOH用量對脫墨漂白漿白度的影響

注：其他反應(yīng)條件：H2O24%，Na2SiO32.5%，MgSO40.05%，EDTA 0.2%，漿濃20%，溫度80 ℃，時間2.5 h.

由表1可以看出，隨著H2O2用量從1%增加到4%，白度從51.9%(ISO)一直增加到64.6%(ISO)左右.這是因為隨著H2O2用量的增加，產(chǎn)生的過氧化氫離子(HOO-)一直在增加，破壞的發(fā)色基團(tuán)也就越多.但是H2O2用量繼續(xù)增加時，白度卻降低，這是由于過氧化氫酶分解過氧化氫生成氧氣，使過氧化氫失效；同時可能是脫墨漿中油墨-纖維素復(fù)合體的影響[6].由實驗結(jié)果可知：H2O2用量為4%，紙漿白度達(dá)到最高.

2.1.2 氫氧化鈉用量對脫墨漿白度的影響

過氧化氫漂白體系中主要起漂白作用的是過氧羥基陰離子(HOO-)，而過氧化氫電離為過氧羥基陰離子的速度與體系pH值密切相關(guān).氫氧化鈉用量對脫墨漂白漿白度的影響見表2.

由表2知，當(dāng)沒有加入NaOH，僅有Na2SiO3時過氧化氫漂白的效果明顯低很多.這主要是由于pH值過低，過氧化氫電離成HOO-的濃度低，從而使漂白的效果差.但隨著NaOH用量增加時，H2O2的電離速度就會一直加快，HOO-還沒來得及攻擊發(fā)色基團(tuán)就已失效了.另外，由于NaOH用量的增加，也增加了OH-與木素的反應(yīng)，可能產(chǎn)生了新的發(fā)色基團(tuán)等.NaOH用量在0.5%時，紙漿的白度達(dá)到最大值63.9%(ISO).

2.1.3 硅酸鈉用量對脫墨漿白度的影響

漿中存在的金屬離子對過氧化氫漂白性能有重要的影響.過渡金屬離子會催化分解H2O2并產(chǎn)生游離基.雖然一定量的游離基有利于脫木素，但這些游離基會引起H2O2的無效分解，并導(dǎo)致碳水化合物的降解.在過氧化氫漂白時加入Na2SiO3，使得過渡金屬離子失活，從而降低它們分解H2O2的催化活性,同時可以穩(wěn)定pH值[7].Na2SiO3用量對脫墨漿白度的影響見表3.

表3 Na2SiO3用量對脫墨漂白漿白度的影響

注：其他反應(yīng)條件：H2O24%，MgSO40.05%，EDTA 0.2%，漿濃20%，溫度80 ℃，時間2.5 h.

由表3可知，隨硅酸鈉用量的增加，脫墨漂白漿的白度提高，這主要是由于硅酸鈉不僅可以起堿的作用，而且可以螯合漿料中的金屬離子，減少過氧化氫的分解.但硅酸鈉電離產(chǎn)生氫氧根陰離子的速度很慢，而且量較少，導(dǎo)致不加堿時漂白漿的白度均低于NaOH用量0.5%時漂白漿的白度.因此， NaOH用量0.5%，Na2SiO3用量1.5%的工藝較適宜.

2.1.4 溫度對脫墨漿白度的影響

H2O2漂白時，提高漂白溫度能加快漂白反應(yīng)速度，縮短漂白時間，增加單位設(shè)備產(chǎn)量，但是隨著漂白溫度的提高，H2O2的分解速度加快，同時殘留的H2O2量少，容易返黃,所以在提高溫度時還應(yīng)該注意時間.防止殘留H2O2量少.溫度對脫墨漂白漿白度的影響見表4.

由表4可知，溫度從75 ℃到80 ℃，脫墨漂白漿的白度增加，這是因為溫度提高，產(chǎn)生的過氧化氫離子的速度加快,于是漂白速度加快，漂白效率也在增加,所以提高漂白反應(yīng)溫度有利于提高過氧化氫的漂白后的白度.但繼續(xù)提高溫度，過氧化氫分解速度加快，導(dǎo)致脫墨漂白漿的白度下降.因此，較適宜的漂白溫度為80 ℃.

表4 溫度對脫墨漂白漿白度的影響

注：其他反應(yīng)條件：H2O24%，NaOH 1.5%，Na2SiO32%，EDTA 0.2%，MgSO40.05%，漿濃20%，時間2.5 h.

綜合考慮以上4個因素，得出過氧化氫單段漂白的適宜工藝條件：過氧化氫用量4%，EDTA用量0.2%，硅酸鈉用量1.5%，硫酸鎂用量0.05%，氫氧化鈉用量0.5%，溫度80 ℃，時間2.5 h.

2.2 漂白脫墨漿配抄普通文化用紙的工藝技術(shù)

采用廢報紙脫墨漂白漿與漂白闊葉漿和針葉漿進(jìn)行配抄，其紙張物理性能與它們的配比的關(guān)系見表4.

表4 針葉漿、闊葉漿和脫墨漂白漿不同配比的的紙張性能

注：叩解度： 針葉材 42.2 °SR,闊葉材 42.0 °SR,廢報紙漂白漿50.0 °SR

隨著廢報紙脫墨漂白漿的不斷增加，各種漿配比后的紙頁白度下降，緊度減小，抗張強度、裂斷長、耐破度、撕裂指數(shù)等各項物理強度指標(biāo)均下降.

白度是文化用紙的一個重要指標(biāo)，從表7可以看出，隨著漂白廢紙脫墨漿的增加，白度值有所下降，這主要是因為脫墨漿中含有油墨粒子而使白度下降.撕裂指數(shù)主要受纖維長度的影響,隨著廢紙漿的增加，撕裂度增加，這是由于闊葉漿纖維較短,廢紙漿中含有較多長纖維；裂斷長的主要影響因素是纖維結(jié)合力和纖維平均長度.從表7可以看出，隨著脫墨漿的增加，裂斷長降低，這是因為漂白廢紙脫墨漿中的纖維發(fā)生了衰變，纖維細(xì)纖維化程度較低，使得紙張的結(jié)合強度較低.耐折度和耐破度跟紙頁的緊度成正比關(guān)系，緊度越小，耐折度和耐破度也就越低.廢報紙脫墨漿的物理性能夠滿足普通文化用紙的要求，所以可以用廢報紙脫墨漂白漿替代部分闊葉漿，從而節(jié)約成本.

3 結(jié)論

(1)廢報紙脫墨漿H2O2單段漂的最佳工藝條件：H2O2用量4%，EDTA用量0.2%，硅酸鈉用量1.5%，硫酸鎂用量0.05%，氫氧化鈉用量0.5%，漿濃20%，溫度80 ℃，時間2.5 h，漂后白度達(dá)到64%(ISO).

(2)隨著廢紙脫墨漂白漿量的增加，紙張的抗張指數(shù)、裂斷長和耐破度、耐折度在減小,這是因為廢紙漿中纖維發(fā)生了衰變，使得漿料中含有較多的細(xì)小纖維.耐折度和耐破度與紙張的緊度成正比關(guān)系，緊度低，耐折度和耐破度也低.

(3)漂白廢報紙脫墨漿能夠替代部分闊葉漿配抄普通文化用紙，節(jié)約成本.

[1] 高玉杰.廢紙再生應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：17.

[2] Huang-Kuei Lee：Wen-Long Jong.Synthesis and applications of polyacrylamide of polyacrylamide derivatives in the wet end of papermaking reactive N-Chloro-poly- acrylamide(N-Cl-PAM)[J].Journal of Polymer Research.1997,(2):119-128.

[3] 王 萍,詹懷宇,黃 方,等.廢紙脫墨漿的甲脒亞磺酸漂白[J].中國造紙，2000，(6):6-11.

[4] 徐永建，李新平，王卓尼,等.廢舊書刊紙脫墨漿H2O2與FAS漂白工藝對比[J].西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002，(6)：24-27.

[5] 石淑蘭，何福望.制漿造紙分析與檢測[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006：1.

[6] 賀賢璋.HDS系列紙用于增強劑的制備及應(yīng)用[J].造紙化學(xué)品，2002，(3)：1-5.

[7] 李文俊.脫墨漿H2O2漂白工藝條件的優(yōu)化[J].西南造紙，2004，33(2)：32-38.