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采用传统的加热方式对麦草浆进行次氯酸盐(H)-过氧化氢(P)两段漂白时,加热速度较慢、加热效率低且传热均匀性较差,加热的效率在很大程度上还依赖于所加热材料的热力学性质,如木质素或纤维等热的不良导体在加热时会大大降低加热效率。常规次氯酸盐-过氧化氢两段漂白时,H段一般需要在35℃~40℃加热1~2h;洗浆后进行P段漂白,P段漂白过程中,需要在70℃~80℃加热1~2h,整个漂白过程需要3~4h左右才能完成。常规漂白中,漂白时间过长,纸浆纤维因为长时间与漂液接触、作用,使得漂后纸浆纤维得率下降、粘度降低、返黄值升高,纸浆强度下降,进一步影响成纸后的各项物理性能。
微波加热具有高效、快速等特点,可以直接把热量传递给待处理介质,既不依赖于温度梯度,也不依赖于纸浆的化学性能。
本文重点研究了麦草浆在微波加热条件下的HP两段漂白工艺条件,探讨了漂白过程中微波功率、微波处理时间、次氯酸盐和H2O2用量对漂白浆质量性能的影响,并对该条件下的漂白机理进行了初步探讨。
试验结果表明:H段漂白的最佳工艺条件为:微波功率320W、微波处理时间2min、NaClO用量8%;H段漂后常温下将纸浆静置一段时间,以达到提高白度,充分利用热量的目的,试验证明最佳静置时间为30min;H段漂后,洗涤完成后进行纸浆的P段漂白,试验结果表明最佳工艺条件为:微波功率320W、微波处理时间1.5min、H2O2用量1.5%。在此最优处理条件下,麦草浆白度可以达到80%ISO以上,并且白度稳定性较好;返黄值、纸浆粘度都较常规漂白浆优良;漂后废水COD含量较常规漂后废水COD含量低。微波漂白后纸张的抗张指数、撕裂指数和耐破指数均高于常规漂白后纸张。微波高效率的加热方式,使得漂白时间缩短,纸浆与漂液接触时间缩短,纸浆纤维降解程度降低,纸浆中长纤维含量较多,纤维结合强度大。常规漂白时因为漂白时间较长,漂液与纸浆纤维接触时间过长,纤维部分程度上发生水解,使得细小纤维含量增加,纤维间结合强度降低,成纸后的各项物理指标降低。
对漂白前后纸浆做扫描电镜和原子力显微镜分析,由试验结果可以看出微波漂白纸浆性能优于常规漂白纸浆性能,细小纤维含量较少,纸浆纤维表面破坏程度较低,且破坏方式不同,可以验证微波加热是从分子内部开始,在微波加热过程中,纸浆纤维分子通道被打开,有利于漂液的渗透以及木素的溶出,加速了漂白过程的进行。
对比常规漂后浆和微波漂后浆x-射线衍射图可知,微波法漂后纸浆纤维结晶度为79.16%,常规法漂后纸浆纤维结晶度为50.88%,微波法漂白所得纸浆中纤维素的结晶度明显高于常规漂后浆纤维素结晶度,但漂白前后纸浆纤维结晶形态不变,都呈现出纤维素Ⅰ的晶型。
对比常规漂和微波漂所得纸浆的红外光谱图及核磁共振氢谱图可以看出,纸浆化学结构并没有发生明显的变化。