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13
麦草烧碱法黑液硫酸盐木素的制备
及其作为纸页施胶 、增强剂的研究 ’
盯车祷士I .J 、 z勺 I 、切, 田红光 郑民锁
(化工教研室 ) (造纸教研室 ) (化工教研室 )
摘 要
本文研究 了用酸化法由麦草碱法 .黑液制取硫酸盆木素过程中黑液 p H 的变化及
与木素沉淀速度的关系。 并研究 了硫酸盐木素作为纸页施胶 、 增强剂对纸页物理性能
的影响 。 结果表明 ,硫酸盐木素的加入可使纸页的施胶度 、平滑度 、衬破度和杭张强度
增加 , 对撕裂度影响较小 , 而使白度 、 透气度 、付折度下降 。
关键词 : 麦草硫酸盐木素 ,施胶剂 ,增强剂
中图法分类号 : T s7 27
乡镇企业迅速的发展 ,各种中小型造纸厂如雨后春笋建立起来 ,但由于其规模及资金的
问题 ,造纸废液作为最大的污染源日益成为社会的公害 。对这些中小纸厂的污染源进行综合
治理一直是造纸与环保工作者进行研究的课题 。 在碱法纸厂废液中 , 污染最严重的黑液 ,在
以草类为原料的蒸煮黑液中 ,其溶解的有机物中木素占30 ~ 40 %左右 。而木素作为一种天然
高分子聚合物 ,有许多广泛的用途 。本文则是研究用硫酸将黑液中的木素沉淀分离出来 , 作
为纸板的施胶 、增强剂 。这一方面可中和黑液的碱比 , 另一方面可减少黑液中有机物的含量 ,
降低其C o D的抖澈 , 并且也可为黑液的综合利用寻求一种可行的方法 。
1 实验部分
1
.
1 原 料
( l) 麦草烧碱法黑液 , p H ~ 1 3 , 固含量87 . 5 岁L 。
(2 ) 未叩漂白麦草浆 ,打浆度 3 o oS R , 白度 62 . 60 ,干度 29 . 85 % , 以上取自咸阳纸厂 。
设备和仪器
( 1 ) 多管离心机 ` 5 000 r . p · m
(2 ) 六缸磨 材质为铜质塑料芯
( 3) 抄片器
( 4) 索氏抽提器 。
实验方法
( l) 硫酸盐木素的沉淀过程及制备
. 收稿日期 : 1 9 9 3一 1 1一 1 2
第 3期 陈均志等 :麦草烧碱法黑液硫酸盐木素的制备及其作为纸页施胶 、增强剂的研究 . 71.
将硫酸配制 8 1. 1%的溶液 ,缓慢滴入预先用80 目筛过滤除去悬浮杂质的黑液中 , 保持温
度为钧℃ ,同时进行搅拌 , 渐将 p H中和到 3 , 观察沉淀过程 ,待反应进行彻底后将悬浮液均匀
放入 5 0 0 0 : . p . m离心机中分离 ,取出沉淀 ,用热水洗涤后再离心 ,直到清液不含 5 0若一离子为
止 (用 aB cl Z溶液检验 ) ,然后将沉淀于 65 ℃下在称量瓶中烘至恒重 ,得硫酸盐木素。
(2 ) 硫酸盐木素的施胶 、增强剂的制备
将硫酸盐木素研磨成细粉 ,用稀碱液溶解配成 14 %浓度 ,并调节p H 一 8备用 。
(3 ) 硫酸盐木素的加入条件及浆料 p H 和打浆度的测定
分别按硫酸盐木素对绝干浆的加入量为 0% 、 1% 、 2% 、 3% 、 4% 、 6% 、 8% 、 10 % 、 13 % 、
15 %
,各取打浆度为3 OOS R的漂白绝干浆 1 6 9 ,然后将硫酸盐木素溶液分别按比例加入并将
浆料稀释成6%浓度 ,用铜质塑料空心六缸磨打浆三分钟 ,取出浆料分别测定 p H和打浆度 。
(4 ) 沉淀剂的加入和调节浆料 p H
用 10 %的硫酸铝溶液调节浆料的 p H 为5 . 5 ,然后经打散器打散 ,释释备用抄片 。
1
.
4 抄片及物检
将浆料抄成5 . 7 9 / m Z的手抄片 , 经 1 M aP 压力加压 20 分钟 ,经转筒干燥器干燥 20 分钟 ,
最后进行物检 。
1
.
5 硫酸盐木素留着率的测定
同时测定未加硫酸盐木素和加入硫酸盐木素的纸页中木素含量 ,两者之差即为保留的
木素量 。
2 结果与讨论
( 1) 硫酸的加入对黑液 p H 及木素沉淀过程的影响
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28
硫酸 照液 体积比 )
硫酸加入童对 .凳液 p H 的影响
4. .ǔ认图
西北轻工业学院学报 第 13卷
① 实验表明 , 随硫酸的等量加入 , 黑液的 p H在缓慢下降 ,但在各阶段下降幅度不同。 以
p H g到 p H 7下降速度较大 . 这可能是在此阶段黑液中有较多硅化物沉淀所致 。
② 木素的沉淀不同 , p H 也不同 , 其大致可分为 3个阶段 。在p H 1 2到 p H 7为初始沉降阶
段 , 此阶段为木素大分子沉淀 。从 pH 7到 p H 3为迅速沉降阶段 ,此时有大量木素分子进行沉
淀 。 当p H小于 3后 , 则沉淀速度缓慢 ,这时只有剩余小分子的木素沉淀。如从木素得率及废水
处理角度考虑 ,应将p H控制不低于 3为宜 。
③ 黑液的颜色从硫酸加入生成黄色硫酸盐木素沉淀起 , 逐渐变成棕色 , 直到浅棕色 ,而
在p H为 7时黑液易起沫 。故在进行大批量沉淀时应考虑加入消泡剂 .
④ 硫酸盐木素的分离 : 如将酸化后的黑液进行静置分离 ,则在开始阶段因有大分子量
的木素沉淀 ,故沉淀速度较大 ,但随大分子量木素的减少 ,沉淀速度渐缓 ,若靠重力沉降完全
分离出硫酸盐木素 , 则需近 10,J 、时 (当然这还和沉淀浓度和液层深度有关卜本实验采用实验用多管离心机进行分离 , 若进行工业化生产 ,则考虑先用连续式高速高合机进行初步分离 ,
然后使用扳框过滤机进行最后分离 。
(2 ) 硫酸盐木素的加入对纸浆打浆度及纸页白度 、 施胶度的影响 :
乍—二 , 叫, 月 . . . . . ` .叫. , . 目 叫. . 打浆度白度
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4
木素加入绪 “ . ,
图2 木素对打浆度和 白度的影响
由图2可看出 :
① 随硫酸盐木素加入量的增加 , 纸浆的打浆度逐渐上升 , 在加入量为 8%后则为水平
状 。 这可能是由于硫酸盐木素作为细小的粒子进入纤维之间 ,形成填充 ,且木素分子中的某
些官能团与纤维之间形成某种结合力 ,因而使纸浆的滤水能力下降而打浆度上升。但当加入
量超过 8%后 ,则过多的木素无法与纤维形成结合而滤水时流失增加 , 因而打浆度不再上升 。
② 随硫酸盐木素的加入量增加 , 纸页的白度一直呈下降趋势 。这是不难理解的 。 因为硫
酸盐木素本身呈浅棕色 ,再加上木素分子中的黑色基团 ,故使纸页的白度下降。但如硫酸盐
第 3期 陈均志等 :麦草烧碱法黑液硫酸盐木素的制备及其作为纸页施胶 、 增强剂的研究 。 7 3 .
木素是作为本色纸板和助剂加入 ,则不会对色度有过多的影响 。
③ 随硫酸盐木素加入量的增加 , 纸页的施胶度一直呈上升趋势 , 当加入量为 8 %时 ,施
胶度为不施胶的2倍 ,但若再增加木素用量 ,则施胶度的增加趋势减缓 ,这可能与此时的木素
留着率有关 。因此 , 如仅以增加施胶度为目的 , 则硫酸盐木素的加入量最多取8%为宜 。
(3 ) 对纸页抗张 、 耐破 、 撕裂度的影响 :
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50
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木 素加入 量 。 。
图3 木素对施胶度和撕裂度的影响
由图3 、 图4看出随硫酸盐木素加入量的增加 :
① 纸页的抗张强度和耐破度都开始呈增大趋势 ,但分别在加入量为 6% 、 8%时为最大
后 ,又呈下降趋势 。这是由于适量的木素存在于纤维物质带孔的结构之间 ,如同聚合物一样 ,
促进了纤维之间接触的增加 , 有可能形成氢键 ,纸张干燥时 , 使木素从高弹体转变为玻璃态 ,
使得纸页的强度增加 。但由于木素本身的强度不高 , 因此 ,总的结果是当木素加入量过多时 ,
使得纸页的强度下降 。 因此从增加强度的观点看 ,木素的加入量应小于 8% 。
② 木素的加入对纸页的撕裂度影响甚微 。 因为撕裂度主要取决于纤维的长度及本身的
强度 ,与纤维之间的结合力关系较小 , 因此 , 木素的加入对撕裂度影响不大 。
( 4) 对纸页耐折度及透气度的影响 :
由图5可看出 : 随硫酸盐木素加入量的增加 ,纸页的耐折度和透气度都下降 。 这是因为耐
折度主要决定于纤维本身的强度而与纤维之间交织力关系相对较小 , 而木素本身是一种强
度不高的且性质发脆的聚合物 , 因此 , 它的加入会使纸页耐折度下降 。 硫酸盐木素加入纸页
如同作为填料 ,填充了纤维之间的孔隙 , 因此使得纸页的透气度下降 ,但却使平滑度变好 。
(5 ) 硫酸盐木素在纸页中的留着率 :
由图 6可看出 :纸页中木素的含量随硫酸盐木素加入量的增加而增加 ,但硫酸盐木素的
留着率却随之而下降 ,在木素用量小时 , 留着率下降快 , 当木素用量大时 , 留着率下降的趋势
4 7西北轻工业学院学报 第 13卷
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抗张强度
耐破度
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木素加入量 %
图4 木素对杭张耐破度的影响
X一 ., 叫 . . . . . . . . . . . . . 耐折度透气度
一日。、s侧扩绷
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木素加入量%
图5 木素对耐折度和透气度的影响
变小 。
第3期 陈均志等 :麦草烧碱法黑液硫酸盐木素的制备及其作为纸页施胶 、增强剂的研究 , 7 5 .
x— 纸中木素量.— 木素留着率
椒并扭鹅关
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二 内侧关喇鹅于联
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木素加 入最` , 二
! 2 ! 4
图6 木素在纸页中留着率
3 结 论
通过以上研究可得 :
( l) 用硫酸沉淀麦草烧碱法黑液中木素 ,其过程可大致为分 3个阶段 , 最终p H 以控制到
3为宜 。
(2 ) 硫酸盐木素应在打浆前加人浆中 ,以取得最好白勺分散和与纤维的结合 。
( 3) 硫酸盐木素作为纸张 ,特别是纸板的施胶 、增强剂 , 可使纸页的施胶度 、 平滑度 、 耐
破度及抗张强度增加 ,对撕裂度影响不大 ,而会使白度 、耐折度 、 透气度下降 。
(4 ) 纸页中的硫酸盐木素的加入量最高应在6一 8%之间为宜 。
参 考 文 献
隆言泉 . 制浆造纸工艺学 (上册 ) . 北京 :轻工业出版社 , 1 9 8 0
西北轻工业学院 . 制浆造纸分析 <教材>
孙耀宗· 碱木素特性及其使纸页增强的机理研究 . 中国造纸 . 1 9 8 5 , 5 : 28 一 35
罗才典 · 麦草硫酸盐黑液中木素的酸化沉降与黑液性质的关系 . 中国造纸 . 1 9 8 9 , 3 : 53
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· 西北轻工业学院学报 第13 卷
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(止接 6 4页 )
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