《第五章 纸浆的漂白 The Bleaching of (NXPowerLite)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 纸浆的漂白 The Bleaching of (NXPowerLite)（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 纸浆的漂白 The Bleaching of Pulp主要内容:v第一节 概述 Introductionv第二节 化学浆的次氯酸盐漂白v第三节 化学浆的多段漂白v第四节 漂白技术的新发展第一节 概述 Introductionv有机物颜色的来源v木素是纤维原料中颜色的主要来源，也是纸 浆中发生颜色的重要来源v“漂白”的理论根据及方法 v浆的白度 vKM方程（kubelkaMunk方程） v漂白常用术语 一.有机物颜色的来源v光是电磁波，最短的宇宙射线波长只有10-410-15米， 最长的交流电，波长可达数千公里。电磁波长范围在 380nm780nm才能引起人的视觉，称为可见光谱。v 太阳
2、光的可见光是白光，它由七种波长的单色光组 成： v 红 橙 黄 绿 青 兰 紫 v波长（nm） 700 620 580 510 470 450 420 v物体将所有七色全部反射，即是白色，全部吸收，即 是黑色。吸收一部分，反射另一部分，其反射光谱的 组合，即为物体的颜色。v有机物中能吸收可见光谱的基团，称为发色基团 ，发色基团实际上为只有电子的官能团。如： C=0(羰基)，C=CN=NC=CC=O 发色基团，并与苯环共轭，加上有助色基团， 在可见光区产生吸收。v经过蒸煮后的木素，由于蒸煮过程中的化学变化 和木素的降解，除去了一些发色基团，但又产生 了一些新的发色基，形成了新的发色系统。例如 ：
3、在碱性、酸性（可能还有中性）介质中的缩合 反应，得二芳基苯；由于甲氧基的脱掉得邻苯二 酚，进一步氧化成邻苯二醌，或与重金属离子形 成深色的复合物；蒸煮过程中（碱性和酸性）可 能形成芪（反二苯代乙烯）的结构。因此木素的 是纸浆中产生颜色的主要部分。v另外，经过蒸煮，纤维素和半纤维素上的氧化产 物（某些醛基、酮基），也形成新的发色基团。v树脂之类的有机抽提物和单宁也有着色反应，但 此种物质是在浆中很少（已大部分溶出）。对KP 光吸收作用，木素95%、纤维素25%。抽提物 1%以下。v总的来说，经过蒸煮后的纸浆颜色比原料加深， 硫酸盐法浆比亚硫酸盐法浆的颜色深，白度：原 料4050%，SP 3540
4、%，KP 2025%。三“漂白”的理论根据及方 法 v综上所述，以理论上说，有色物质的脱色或 者说是“漂白”，可通过阻止单个发色团间的 共轭，消除或改变发色团的化学结构，消除 助色团或防止助色团和发色基团之间的联合 等途径来实现。v漂白的方法有两大类：一是以氧化性漂剂氧化及破坏木素及有色物质的 结构，使其溶解达到提高纸浆的纯度，同时提高 纸浆的白度的目的。常用的氧化性漂剂有Cl2、 OCl-、ClO2、O2、O3等。 二是以漂白剂使发色物质上发色团改变结构，令 其脱色，多用于磨木浆、半化学浆和高得率浆的 漂白，常用的漂剂有过氧化物及还原性漂剂，如 Na2SO3、Na2S2O4、ZnS2O4等。
5、四.浆的白度 v 纸浆或纸的白度，指白色的或接近白色的纸或浆 的表面对兰光的反射率，以相当于氧化镁标准板 对兰光的反射率的百分率表示。后面用SBD、GE 、Elrepho、SCAN、ISO表示测试的方法。v图6-1表示几种浆的光谱情况，在可见光区内 随着 波长增加纸浆的反射性能增加。v 在兰色光区内，即450nm附近所测得白度上升最 快，故取450nm波长反射检查漂白的效果特别灵 敏，而且和人的视力主观感觉更为接近（视差小 ）。 五KM方程（kubelka Munk 方程） v KM方程最早引入散射系 数s和吸收系数k，且以数学 方程表示两者关系：R=1+k/s- (k2/s2+2k/s)1/
6、2或K/S=(1-R)2/2Rv由图6-1看出，降低纸浆的吸收系数或提高散射系 数均可提高纸浆的白度。S光的散射系数，测定纸页内部散射光的能 力，以cm2/g表示.K-光的吸收系数,测定纸页吸收光的能力,以 cm2/g表示.R-纸浆的白度.K主要与纸浆中发色团的性质和数量有关。S主要与游离纤维表面有关，因此不仅与纤维 原料，制浆的条件有关，而且还取决于造纸过程 的操作如打浆、施胶、加填料以及压榨等。六.漂白常用术语 v（1）有效氯（significant chlorin）v衡量含氯氧化漂剂氧化能力的指标，相当于多少 氯原子的氧化能力以氯表示的量。v此有效氯根据从碘化物中游离出碘的程度来决定 其
7、理论值。vCl2+2KI=I2+2KClv1mol.Cl2有效氯=71克，Cl2有效氯含量100。v2ClO2+10KI+4H2SO4=5I2+2KCl+4K2SO4+4H2Ov1mol.ClO2有效氯=2.5 mol. Cl2有效氯 =71*2.5=177.5vClO2有效氯含量=177.5/67.5=263%v（2）漂率或有效氯用量（chlorine demand）v 指纸浆漂到指定的白度时，所需要的有 效氯重量对绝干纸浆重量的百分率。v（3）残氯（residual chlorine）v指漂白的终点时，残留的有效氯。v返回第二节 化学浆的次氯酸盐漂 白v远在1789年，苏格兰人Charle
8、s Tennant就发现用氯气通 入石灰乳中反应得次氯酸钙。并于1799年制成漂白粉，因 此以有二百多年的历史。由于其资源丰富，价格低廉，是 造纸工艺广泛使用的漂白剂。v氯水系统的组成及性质 v次氯酸盐漂白液的制备v次氯酸盐漂白的应用原理和影响因素v漂白设备 v漂白浆的返黄（Brightness reversion or Color reversion）与预防措施。一.氯水系统的组成及性质 Cl2+H2O HOCl+H+Cl-HOCl H+OCl-v P219图6-3v 由图看出PH9 时，系统中主要成分为 OClv三种成分的氧化电势如下：Cl2 1.35VHOCl 1.5VOCl- 0.94
9、Vv氧化能力：HOClCl2OCl-二.次氯酸盐漂白液的制备v1.次氯酸盐漂白液的制备程序。（流程图略）v2.化学反应与影响因素vCaO+H2O=Ca(OH)2v2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(OCl)2+CaCl2+2H2O影响因素：v（1）石灰纯度：应用有效氧化钙不少于85%的生石灰。v（2）石灰用量：石灰理论用量是氯气的0.79倍，为了使次氯 酸钙稳定。另外，为了控制反应的PH值，石灰用量必须过量， 是Cl21.11.2倍再考虑石灰的纯度。如石灰用量不足，或通氯量过多，则发生过氯化现象。漂 液呈酸性。有效氯大部分或全部损失。当有Fe或Cu 之类的催化剂 存在时，过氯化反应加速进行 。v
10、（3）石灰乳浓度：一般控制在3050克/升左右，过低则影响 漂液的产量，浓度过高则澄清困难。v（4）通氯速度：速度过慢，影响制漂速度，漂液产量下降； 速度过快，会使反应不完全，导致氯气逸出，也容易造成局部 过氯化反应。一般为每分钟0.2公斤氯/米3，开始0.20.3公斤/米3分， 后期为每分钟0.2公斤氯/米3以下。v（5）反应温度：3Ca(OCl)2=Ca（ClO3）2+2CaCl2 为此必须控制反应温度在35380C，不能超过400C， 因为制漂反应为放热反应，因此反应过程中应设法移去热 量。冬季石灰乳温度不能低于100C，否则产生Cl 8H2O结 晶沉淀和碱性盐沉淀。v（6）终点的控制：
11、为了制得较高的有效氯浓度的漂液， 又不使漂液过氯化，必须控制好终点。氯化末期，应常取样，滴以酚酞，呈粉红色，退色时 间为35秒，即为终点。如退色过慢，还需通氯，退色过 快，立即停止通氯，用石灰乳液调节其PH值在1112之间 。三.次氯酸盐漂白的应用原理 和影响因素v(一)次氯酸盐漂白的 应用原理v1.次氯酸盐与木素的 反应v主要是氯的亲电取代 和氧化降解反应。v反应的过程包括：v(1)酚型 结构单元苯环上的氯亲电取代，形成氯代 木素。v(2)在次氯酸盐作用下，苯核中甲氧基脱出甲基， 形成的邻苯二酚基被氧化成醌的结构。v而在碱性介质中，氯醌基转变成羟醌基，并进一 步被次氯酸盐所氧化，芳香环结构破
12、坏，生成低 分子组分，包括二氯化碳及有机酸等。由于这种 氧化降解作用，使木素大分子中的苯基烷基醚 断开，导致结构单元相连接的位置上形成新的酚 羟基，从而重复上述反应。v氧化降解反应产生的有机酸导致漂白过程中PH值 不断下降。v2.次氯酸盐与碳水化合物 的反应。v(1)氧化反应:在中性和酸 性介质中主要氧化生成醛 基和酮基，在碱性介质中 ，主要生成羧基。v（2）氧化降解：主要由 于氧化而引起的水解作用 和分解作用.v v纤维素氧化后，其分子中有醛基和羧基，由于它 们都是亲电取代基，这对聚糖甙键有一定的影响 ，特别醛基影响最大。因为它能活化与之相近的 甙键，使之容易水解而发生甙键的断裂，在碱性 介
13、质中，甙键的断裂则是按-分裂原理进行的。v 从上看出在中性和酸性介质中进行次氯酸盐漂白 会导致纸浆物理強度的降低和纸浆的返黄，在化 学分析中表现为纸浆粘度和-纤维素的降低和铜 价的增加。二.次氯酸盐漂白的影响因素1.PH值v由于漂液的组成和性质以及碳水化合物的氧化降解作 用，以及漂白浆的白度稳定性随着其PH值的不同而有 差别，因此PH值的控制特别重要。v由于氧化产物有碳酸，有机酸，导致氧化 过程中 PH 值不断下降.开始 短时间内下降较快，随后逐步下降 ；如不控制PH值，漂白后期就会出现酸性，使纤维素 和半纤维素受到损害。v v一般漂白初期应有足够碱量，PH值调节到 11-12，漂白终点时在8
14、-8.5左右。v也有开始时PH值调节较低，漂白过程中加 碱，使PH值始终保持在8.5-10。但这种操 作较难掌握，可加添加剂NH2SO3H.( a crutch)v2.温度v 提高温度，可以加速漂液向纤维内部扩 散，也使反应物质加速溶出，从而加快漂 白的过程。v但温度过高会促使漂液分解，在30500C 内，温度每提高7.50C，反应速度增加一 倍。氯耗增加一倍，同时增加汽耗，和纤 维素的氧化破坏。v考虑漂白反应是一个放热反应，（一般可自 行提高温度340C），因此一般漂白浓度在 56%时不超过400C，浓度在1016%时应 在35370C以下。v高温次氯酸盐漂白必要的条件：、反应时间短（十分钟
15、左右），混合要好；、用氯量要准确，残氯为零；、自始至终值在。 v3.浓度v提高漂白浆料的浓度，实际上是提高漂白时 的有效氯浓度，例如漂率4%，浆浓6%时， 漂白有效氯浓度为：v4*6/100/（1006）=0.255%v浆浓提高到18%时，有效氯浓度为： 4*18/100/（10018）=088%v有效氯浓度提高了3.4倍，加速了漂白的作 用，还可以节省氯耗，缩小漂白设备容量。 减少漂白车间的废水处理量。v 但要防止浆料与漂液混合不均，产生局部 化学反应，因此要根据漂白设备性能,选择 适宜的浆浓度，通常二沟道、三沟道漂白机 ，适用浆浓度为57%，高浓度漂白塔可提 高到1520%。v4.有效氯用
16、量（漂率）v根据未漂浆的品种,硬度，及漂后纸浆的 白度及强度要求來确定。v不同的原料不同的制浆方法，不同方法测 定的硬度值，均可通过试验找出硬度与漂 率之间的函数关系，一般是近似直线函数 关系。v例如硫酸盐法稻草浆，在浆硬度8.514高 锰酸钾值时的关系式:v有效氯量=0.668k1.012vk-未漂浆高锰酸钾值。v5.漂白助剂v一些含氮化合物，例如氨基磺酸（ NH2SO3H）能与漂液形成N氯氨基磺酸 酸盐，（NHCl.SO3.Na）,其中虽含有效 氯，但能阻止纤维素的降解。当加入量为 有效氯的26%时，漂白可以在PH值较低 （甚至低于7）范围进行，从而加快漂白 速度，白度较高，而纸浆强度也较高。
