漂白脫墨漿與自產(chǎn)闊葉木化機(jī)漿生產(chǎn)新聞紙

宋文編譯 湖南泰格林紙集團(tuán)股份有限公司 湖南 岳陽(yáng)（414002）

1 介紹

廢紙回收是給造紙工業(yè)提供部分合適的纖維素原材料的有效途徑，近幾十年來(lái)在全球引起極大的興趣。由于多種原因，如在許多國(guó)家纖維素原材料，尤其是木材受到局限，不斷增長(zhǎng)的紙產(chǎn)品的消耗和能源消耗以及采用原生漿生產(chǎn)紙和紙板的成本，環(huán)境的限制等等使之變得非常必要?？傊?1世紀(jì)的頭10年，利用回收纖維可以滿足全球造紙工業(yè)所需的大部分纖維素原材料的需求。脫墨是印刷紙回收技術(shù)的補(bǔ)充階段，目的是為了去除印刷油墨和其它雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能會(huì)影響造紙工藝或者成品紙張的性能。事實(shí)上，近幾十年來(lái)發(fā)展脫墨工藝是提高回收紙利用率的主要原因。另一方面，如果采用脫墨漿生產(chǎn)的紙張要求改良光學(xué)性能如白度，則需要一個(gè)漂白工段。作為過(guò)氧化氫漂白的前提條件，要采用DTPA或者E DT A等螯合劑，防止它被重金屬離子分解。

采用脫墨漿與高得率原生漿混合生產(chǎn)新聞紙是全球通用的方法。在伊朗，目前的新聞紙采用脫墨漿與當(dāng)?shù)氐拈熑~木化機(jī)漿混合配比生產(chǎn)新聞紙，加入一定比例的長(zhǎng)纖維漿提高強(qiáng)度和光學(xué)性能，對(duì)采用當(dāng)?shù)氐呐f報(bào)紙/舊雜志紙漂白脫墨漿混合化機(jī)漿/長(zhǎng)纖維漿生產(chǎn)新聞紙的可能性進(jìn)行評(píng)估。通常情況下，很多項(xiàng)目對(duì)于采用舊報(bào)紙/舊雜志紙脫墨漿與原生漿混合生產(chǎn)新聞紙有很大的興趣，這些項(xiàng)目實(shí)例如下：Heimburger和Trembly(1990),Lawe tal.(1995),Mahagaonkar和Banham(1995,1998),Raoetal.(1996),Fletcheretal.(1998),Brouilletteeta l.(2001),Lapierreetal.(2002),等等。因此本文的研究目的是對(duì)上述項(xiàng)目的可行性進(jìn)行評(píng)估。加拿大溫哥華的英國(guó)哥倫比亞大學(xué)的制漿造紙中心（PPC）完成了研究工作。

2 試驗(yàn)

2.1 第一段

2.1.1 材料

對(duì)不超過(guò)2個(gè)月的舊報(bào)紙/舊雜志紙進(jìn)行隨即取樣。

2.1.2 化學(xué)品

a)重新制漿：NaOH1%,硅酸鈉1.5%,H2O21%,C a Cl21,1.5和2%,油酸與C a Cl2的化學(xué)計(jì)量比,DTPA和EDTA0.2%。

b)浮選：聚氧乙烯單月桂酸酯（吐溫20）0.5%。

c)漂白：NaOH1.5%,硅酸鈉2%,H2O21.5%。

2.1.3 方法

舊報(bào)紙/舊雜志紙樣品的混合比率分別為100/0,70/30和50/50，采用Paprican碎漿機(jī)重新打漿。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)將化學(xué)品加入到系統(tǒng)中并且運(yùn)行。每次處理后的漿料采用Paprican浮選槽脫墨。脫墨后的漿料分別采用蒸餾水洗漿，然后風(fēng)干。測(cè)量每個(gè)脫墨漿的白度后，進(jìn)行漂白。表1所示為運(yùn)行參數(shù)?；瘜W(xué)漿在PFI漿廠打漿，直到游離度達(dá)到大約300 CSF。每一個(gè)脫墨漿和化機(jī)漿制備了標(biāo)準(zhǔn)的手抄片，根據(jù)相關(guān)的TAPPI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)量了光學(xué)和強(qiáng)度性能。采用有關(guān)公式計(jì)算出分?jǐn)?shù)，例如最好的漂白脫墨漿有最好的強(qiáng)度和光學(xué)性能（基于DTPA和EDTA），用于第二階段的研究工作中。

2.2 第二階段

2.2.1 材料

第一段制備的兩個(gè)最好的漂白脫墨漿（分別采用DTPA和EDTA螯合劑），漂白長(zhǎng)纖維和化機(jī)漿。

表1 第一階段的條件

2.2.2 方法

本階段分為兩步。第一步：脫墨漿、長(zhǎng)纖維和化學(xué)漿在本階段混合，配比見表2。測(cè)試了制備的手抄片的光學(xué)性能和機(jī)械性能。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，采用記分方法確定了每個(gè)脫墨漿的配比。

第二步：每種脫墨漿最合適的配比（第一步）用作第二步，降低了長(zhǎng)纖維漿的配比，評(píng)估用脫墨漿（表3）取代長(zhǎng)纖維漿的可能性。按要求制備了手抄片，測(cè)量了光學(xué)性能和機(jī)械性能。對(duì)每種脫墨漿采用記分方法確定了最佳配比。

表2 第一步漿料混合比率

表3 漿料在第二步的混合比率

3 結(jié)果和討論

3.1 第一段

化學(xué)漿和漂白脫墨漿的強(qiáng)度和光學(xué)性能如表4所示。各項(xiàng)性能的平均值用于計(jì)算相關(guān)的歸方程。

根據(jù)記分方法的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)雖然化機(jī)漿比漂白脫墨漿的白度更高，在大多數(shù)情況下，它的強(qiáng)度性能（在相同的游離度值）較低或者相等。這一點(diǎn)在表4中的6號(hào)對(duì)比化學(xué)漿和EDTA基的漂白脫墨漿上表現(xiàn)得尤其明顯。后者可以獲得最高的分?jǐn)?shù)，配比為50%/50%的舊報(bào)紙/舊雜志紙，1%的鈣離子和EDTA?？傊?，當(dāng)?shù)氐幕瘷C(jī)漿用混合闊葉木制備，沒有很高的強(qiáng)度性能。因此大約加入16%－18%的進(jìn)口漂白長(zhǎng)纖維漿到化機(jī)漿配比中來(lái)補(bǔ)償該弱點(diǎn)。本研究中第一階段的發(fā)現(xiàn)意味著EDTA漂白脫墨漿（尤其是6號(hào)處理的漿）可以部分替代化機(jī)漿配料中的長(zhǎng)纖維漿。DTPA漂白脫墨漿也表明具有這種能力，但是得分比EDTA的稍低一些。總而言之，在漂白脫墨漿中，EDTA比DTPA可以產(chǎn)生更好的光學(xué)性能和強(qiáng)度性能。螯合劑對(duì)于紙張性能的作用機(jī)理在下一節(jié)進(jìn)行討論。

表4 化學(xué)漿和漂白脫墨漿在第一階段的反應(yīng)

3.2 第二階段

第一步：表5所示為第一步制備的手抄片的光學(xué)性能和強(qiáng)度性能的結(jié)果。

表5 第二階段第一步的手抄片的反應(yīng)

歸方程的結(jié)果表明DTPA的手抄片之間M2混合的得分最高，EDTA中，M3混合效果最好。這表明DTPA的脫墨漿與化機(jī)漿混合的配比應(yīng)該限制在20%，在一定條件下，如采用特殊的非纖維添加劑或者濕強(qiáng)度樹脂能夠?qū)⑴浔忍岣叩?0%。另一方面，根據(jù)歸方程，M3手抄片（DTPA）的白度排在第二位，接近54%。因此，這種混合物也可以用作生產(chǎn)新聞紙的漿料。此外，可以采用合適的填料提高白度值，改善漂白條件和加強(qiáng)過(guò)氧化氫的計(jì)量。然而，EDTA處理的脫墨漿可以配漿到30%，無(wú)需添加非纖維材料或者改進(jìn)運(yùn)行條件。在計(jì)劃第二步時(shí)考慮了這種發(fā)現(xiàn)（見表3）。EDTA作為螯合劑對(duì)于手抄片的光學(xué)性能和強(qiáng)度性能的正面影響在這一步重新見證了，后面繼續(xù)討論。

第二步：第二步制備的手抄片的光學(xué)和強(qiáng)度性能的結(jié)果如表6所示。相關(guān)的歸方程的結(jié)果表明DTPA手抄片中，M 4混合物的得分最高。這表明如果采用DTPA脫墨漿用于化機(jī)漿的配漿，長(zhǎng)纖維的比率要保持在17%，不能再降低了。另一方面，M 7混合物獲得了EDTA手抄片的最高分，但是M 8混合物的得分也很高，排在第二位。再一次表明如果在化機(jī)漿中采用EDTA的脫墨漿,長(zhǎng)纖維漿的配比推薦維持在17%,可以減少到12%,對(duì)于紙張性能沒有任何負(fù)面影響。我們不推薦進(jìn)一步降低長(zhǎng)纖維漿的配比（低于12%）。

總而言之，當(dāng)?shù)氐钠酌撃珴{有很好的光學(xué)性能，可以用于強(qiáng)化當(dāng)?shù)氐幕瘷C(jī)漿，配抄新聞紙。確切地說(shuō)，EDTA脫墨漿與DTPA脫墨漿相比，具有更高的能力。螯合物的配位化學(xué)

表6 第二階段第二步手抄片的反應(yīng)

總之，EDTA和DTPA主要用于工業(yè)中螯合在水溶液中的金屬離子。在制漿造紙工業(yè)中，它們抑制金屬離子的活性，尤其是防止M n2+離子在無(wú)氯漂白過(guò)程中催化過(guò)氧化氫歧化。

圖1 ：DTPA和EDTA的結(jié)構(gòu)分子式

圖2 ：金屬-EDTA配合鍵

螯合劑的作用根據(jù)配位化學(xué)的原理來(lái)解釋。乙二胺酸（EDTA）和二乙三酸（DTPA）都是基亞羧酸家庭的成員，有4和5組羧甲基（圖1）。因此DTPA可以看作是EDTA的擴(kuò)展版。兩種螯合劑的共軛基都有很高的金屬離子親和力。五配陰離子DTPA是很有潛力的八合配體，而EDTA具有6個(gè)中心行程與金屬的配位鍵（圖2）。DTPA包裹在金屬離子周圍，形成8鍵。過(guò)渡金屬的配位能力通常有局限，與配體少于8個(gè)配位鍵。因此與金屬形成一個(gè)整體后，ETPA還具有與其它試劑結(jié)合的能力。另一方面，許多EDTA的化合物采用更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，原因有（1）與水形成粘結(jié)，如7配位化合物，或者（2）一個(gè)羧基臂被水置換。

因此，在本文的研究中，這可以解釋為EDTA比DTPA效果相對(duì)更好，可以更好地防止過(guò)氧化氫的分解，從而在脫墨和漂白工藝中更好地改良木質(zhì)素。使得白度值更高，EDTA紙張獲得更高的強(qiáng)度性能。

4 結(jié)論

本次研究中制備的漂白脫墨漿具有相當(dāng)高的光學(xué)性能和機(jī)械性能，可以有效地增強(qiáng)當(dāng)?shù)氐幕瘷C(jī)漿配料，配抄新聞紙，甚至可以替代進(jìn)口的長(zhǎng)纖維漿。此外，上述提到的每種脫墨漿替代20%－30%，與原生漿混合，具有更多的優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）每年至少節(jié)約森林紙漿木材20%－30%（相當(dāng)于每年節(jié)約木材40000－60000立方米），對(duì)于保護(hù)森林意義重大。

2）降低了制漿和造紙工藝中化學(xué)品、能源和水的消耗，產(chǎn)生的污水更少。

3）生產(chǎn)中減少了化學(xué)品的用量，沒有污水或者廢水排放到環(huán)境中，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

4）通過(guò)利用回收廢紙，減少長(zhǎng)纖維的用量，降低成品紙張的價(jià)格。

因此，根據(jù)本文研究的結(jié)果和上述優(yōu)點(diǎn)，我們強(qiáng)力推薦對(duì)印刷紙進(jìn)行回收和脫墨。