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臭氧对纸浆的漂白作用

   臭氧具有较强的氧化性和漂白性。早在1949年勃莱本登即就臭氧漂白登记了美国专利,随后韦特、奥萨瓦等人对臭氧漂白继续进行了探讨和研究。臭氧漂白适应性强,在造纸工业中可用于多种原料和不同方法制得的浆料,用于漂白亚硫酸盐浆时,还具有脱除树脂的特点。臭氧漂白后的溶解物仅为木素和碳水化合物的降解产物,因而大大减轻了漂白排出废液所造成的污染。由于臭氧所具备的这些特性,早已引起了制浆造纸工作者的注意。下面由诚志实业为您介绍臭氧对纸浆的漂白作用。

1臭氧的漂白机理及漂白历程

   1.1臭氧的化学、物理性质

   臭氧是淡蓝色、有特殊臭味的气体。臭氧(O3) 是氧的同素异性体,由三个氧原子构成,常温常压下不稳定,可自行分解为氧气。微量时,具有一种“清新”气味,浓度高时则具有强烈的漂白粉味。它的氧化能力高于氯,仅次于氟,是一种强氧化剂。通常臭氧是在空气或氧气中通电制造而得的。

   1.2臭氧的漂白机理

   1976年,克拉兹尔、克劳斯和莱启尔在国际纸浆漂白会议上提出了臭氧与木素和木素模型物反应的机理,认为臭氧与芳香化合物的反应经常引起环的开裂,与木素反应时则在C3和C3处开环,生成高极性的结构,反应如下:

   邻苯二酚与臭氧反应,可分离出一定数量的顺式己二烯二酸[见反应(1)],藜芦醇与臭氧反应,脱甲基作用先于苯环的开裂[见反应(2)],另外有一些藜芦基结构的物质与臭氧反应,虽没有脱甲基的反应,也使苯环开裂[见反应(3)],从而使木素发色物质脱除。

   臭氧与木素的未饱和双键反应,反应中生成的过氧化氢可用来漂白纸浆。

   1.3臭氧的漂白历程

   从对臭氧漂白过程中浆料白度和硬度(k值,即高锰酸钾值)变化的研究发现;漂白开始时反应比较迅速,浆白度的提高及k值的下降幅度都较大,当臭氧消耗达到一定量时,虽浆的白度继续提高,但幅度已明显减小,k值也不再降低,据此可以认为臭氧漂白历程可分为两个阶段:(1)漂白前期,臭氧与浆中残余木素迅速反应使之除去,白度和k值变化显著;(2)漂白后期,因大部分残余木素已脱除,剩余的少部分很难进一步除去,此时臭氧的作用主要是破坏浆中各组分中的发色基团或改变其结构,使白度进一步提高。这就是说漂白前期脱木素和漂白作用同时进行,而后期则以漂白作用为主。

2臭氧漂白时纤维形态、物理强度的变化及漂白效率和稳定性

   2.1纤维形态的变化

   臭氧与纸浆反应时,引起了纤维表面状态的变化。在电子显微镜下可以观察到经臭氧处理过的纤维表面上有很多脊状隆起和凹痕,同时还可看到有连接各个纤维部分的粘状膜,这种表面变化在未经处理的纤维上是看不到的。因此,纤维表面状态的变化是臭氧漂白的重要特点之一,这种变化促进了纤维的膨润和帚化作用。用臭氧漂白的纸浆比一般方法漂白的纸浆打浆要快20%。

   2.2物理强度的变化

   臭氧漂白会使浆料的各种物理强度产生不同程度的变化,臭氧处理后纸浆粘度下降20~50%,但粘度下降并不等于纤维的降解和纤维强度的下降。研究表明,臭氧漂浆在粘度降低较大的同时,物理强度的降低幅度却较小,在原浆强度的10%范围内。这可能是因为臭氧与纤维素反应生成羰基,使纸浆对碱敏感,而造成人为低粘度的缘故,另一方面也可能是纤维表面状态的变化,产生了大量的短纤维素,因而降低了粘度,而对强度的影响则很小。臭氧漂白对浆的强度影响不大是臭氧漂白的另一特点。

   2.3臭氧漂白的效率及漂白浆的稳定性

   臭氧是高效漂白剂,臭氧漂白所需时间不长。以西方铁杉浆为例,当浆浓30%,O3用量为1%时,漂白在15分钟内即可基本完成,继续延长时间效果不明显。

   臭氧漂白纸浆的白度稳定性要比一般方法好。在荧光灯的照射下,在同样的温度、湿度下,经过六个星期,臭氧漂白的纸浆降低了2.1% GE,而一般漂白方法所得纸浆则降低了4.1%。未曝光前,两者的返黄值相同。

   由于臭氧漂白具有效率高,漂白浆稳定性好,对浆的强度影响不大等特点,利用臭氧进行漂白将会得到越来越广泛的应用,臭氧漂白的前景十分广阔。

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