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云杉高白度ATMP制浆工艺及其漂白性能的研究

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摘要

1 前言

1.1 制浆造纸行业的发展现状

1.2 制浆原料的发展及红皮云杉概述

1.2.1 我国制浆造纸纤维原料的现状及变化趋势

1.2.2 红皮云杉概述

1.3 高得率浆的发展及现状

1.4 新型的高得率制浆方法

1.4.1 传统TMP制浆

1.4.2 ATMP理念的提出

1.4.3 ATMP制浆工艺特点

1.5 高得率浆的漂白

1.5.1 高得率浆的传统漂白

1.5.2 高得率浆的碱性过氧化氢漂白机理

1.5.3 高得率浆碱性过氧化氢漂白工艺及发展

1.6 结合OBA的过氧化氢漂白工艺

1.6.1 荧光增白剂概述

1.6.2 传统荧光增白剂在制浆造纸中的应用及其影响因素

1.6.3 荧光增白剂在含高得率浆高级纸中的应用

1.6.4 荧光增白剂在高得率浆漂白中的应用

1.7 论文研究意义、目的及主要内容

1.7.1 本论文的研究意义及目的

1.7.2 研究内容

1.7.3 课题来源

2 材料与方法

2.1 实验原材料与实验设备

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验药品

2.1.3 实验仪器

2.2 实验流程

2.2.1 ATMP制浆工艺流程

2.2.2 ATMP漂白实验

2.2.3 漂白废液的收集及漂白得率的测定

2.2.4 手抄片的制备及检测

2.3 分析及检测方法

2.3.1 浆料水分的测定

2.3.2 浆料游离度的测定

2.3.3 浆料保水值的测定

2.3.4 制浆废液及漂白废液的分析检测

2.3.5 纸浆纤维质量评价

2.2.6 纸浆手抄片性能检测

3 结果与讨论

3.1 红皮云杉ATMP制浆性能适应性的研究

3.1.1 红皮云杉三种制浆方法纤维形态分析

3.1.2 红皮云杉三种制浆方法成浆物理性能差异

3.1.3 红皮云杉三种制浆方法的光学性能比较

3.1.4 红皮云杉三种制浆方法的废液分析

3.1.5 小结

3.2 红皮云杉ATMP的过氧化氢漂白的工艺优化研究

3.2.1 漂白浆的光学性能

3.2.2 漂白浆的物理-陛能

3.2.3 优化工艺对漂白浆得率的影响

3.2.4 漂白废液污染负荷和漂白成本

3.2.5 小结

3.3 红皮云杉ATMP传统过氧化氢漂白和“过氧化氢/OBA”漂白的比较

3.4 OBA在红皮云杉ATMP过氧化氢漂白中的两种应用方式的比较

3.4.1 光学性能的比较

3.4.2 OBA的两种应用方式对物理性能的影响

3.4.3 OBA的两种应用方式与HYP特性的联系

3.4.4 OBA的两种应用方式对漂白废液COD的影响

3.4.5 OBA的两种应用方式对OBA的增白效率的比较

3.4.6 小结

3.5 过氧化氢漂白过程中添加0BA的工艺优化

3.5.1 漂白浆的光学性能

3.5.2 漂白浆的物理性能

3.5.3 高得率浆特性的优化

3.5.4 两种漂白方式对漂白废液COD的影响

3.5.5 小结

3.6 OBA与过氧化氢结合漂白中两种药品的“接力棒效应”

3.6.1 结合过氧化氢和OBA漂白对纸浆白度的影响

3.6.2 结合“过氧化氢/OBA”漂白中过氧化氢和OBA的协同作用

3.6.3 不同目标白度下过氧化氢和OBA的用量配比的获得

3.6.4 不同目标白度下的漂白经济成本核算

3.6.5 小结

4 结论

4.1 本论文主要结论

4.1.1 三种制浆工艺比较

4.1.2 红皮云杉ATMP过氧化氢漂白工艺优化的研究

4.1.3 红皮云杉ATMP过氧化氢漂白中OBA的两种应用方式研究

4.1.4 红皮云杉ATMP过氧化氢漂白过程中添加OBA的工艺优化研究

4.1.5 OBA与过氧化氢结合漂白中两种药品的“接力棒效应”

4.2 本论文创新之处

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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摘要

近年来,高品质的高得率浆由于其独特性能,被用以取代阔叶木硫酸盐浆,在多种高附加值纸种中得以应用。因此,提高高得率浆浆料的品质成为高得率制浆的主流发展方向。新型制浆和漂白工艺方面,ATMP由于施加了合理的预处理工艺,成浆品质优越,因此相关的研究逐渐增多;而OBA由于其在改善纸浆光学性能方面优良的效果,也逐渐在高得率浆的漂白生产过程中得以应用。
  首先,本论文以红皮云杉为原料,采用三种不同的制浆工艺(TMP、ATMP和CTMP)对原料进行制浆,然后对各制浆工艺的不同制浆工段浆料的纤维特性、制浆废液进行检测,再对三种机械浆的浆料品质进行比较。结果表明:ATMP经过温和的化学预处理后,原料的纤维化程度没有CTMP的好,但相比起TMP,其纤维表面有一定程度的细纤维化,磨浆过程中产生的纤维碎片较少。因此,ATMP成浆手抄片的匀度和成浆物理强度得到改善。ATMP在光学性能上优越于CTMP和TMP,成浆手抄片白度为58.38%ISO,比TMP提高11.6%,比CTMP提高57.4%。三种高得率浆中,CTMP的光散射系数最低,TMP最高,ATMP介于两者之间。此外,随着制浆工段的累积,制浆废液的污染负荷逐渐增加;CTMP制浆工艺所得的废水色度和浊度较大,阴离子垃圾含量较高,TMP最低,ATMP介于两者之间。
  其次,本论文以云杉ATMP为研究对象,分别采用传统的过氧化氢漂白工艺和优化的“低碱”过氧化氢漂白工艺,对纸浆进行漂白。通过改变过氧化氢和氢氧化钠的用量配比,对该工艺自身进行优化。实验结果表明:“低碱/高过氧化氢”的优化漂白工艺可以取得与传统过氧化氢漂白工艺相近光学性能,以略微损失纸浆的强度为代价,获得传统过氧化氢漂白工艺无法比拟的高松厚度、高光散射系数和高得率等特性。浆张白度达到75%ISO时,相比传统过氧化氢漂白工艺,经过“低碱”漂白工艺的浆张松厚度提高了15.4%,漂白得率增加了4.2%。与传统过氧化氢漂白工艺相比,经过“低碱/高过氧化氢”漂白工艺漂白所得废液的COD、阴离子垃圾含量和漂白成本大大降低。
  再次,研究了OBA在红皮云杉ATMP过氧化氢漂白过程中的作用效果。分别对常规过氧化氢漂白和加入OBA的过氧化氢漂白的纸浆得率、手抄片性能进行比较。采用OBA的两种不同用量(0.5%和1.0%),以两种加入方式(过氧化氢漂白中加入和过氧化氢漂白后加入),对红皮云杉ATMP进行漂白。结果表明:与传统碱性过氧化氢漂白相比,结合使用过氧化氢和OBA进行高得率浆漂白,可以在相对较低过氧化氢用量下,取得相对较高的白度和白度稳定性。这种“化学/物理”增白相结合的漂白方式,不仅保持了高得率浆高松厚度和高光散射系数等特性,还可以显著节约漂白成本。通过比较OBA在过氧化氢漂白中的两种应用方式,漂中添加OBA无论在对纸浆的光学性能上还是强度性能上都要优于漂后添加。在相同的漂白成本下,漂中添加OBA的过氧化氢漂白的效果较好。
  最后,针对红皮云杉ATMP浆进行结合过氧化氢/OBA漂白工艺的用量优化实验,并运用数据处理软件对大量的实验数据进行分析,做出成本估算。结果表明:红皮云杉ATMP经传统过氧化氢漂白后可达到的“技术白度”值为75.45%ISO,经过加入OBA优化的过氧化氢漂白,纸浆的技术白度可以提高到85.98%ISO。当目标白度较低时,OBA并不适合用于过氧化氢漂白,或者用量不宜过高;当目标白度较高时,OBA在过氧化氢漂白中具有显著优势,随着目标白度的提高,OBA的最优用量逐渐提高。将OBA用量、过氧化氢用量和不同目标白度的最优经济成本用三维坐标点表示,则在目标ISO白度为60%、65%、70%、75%、80%和85%时的最佳“接力点”分别为:(0,0.7,134.7)、(0.12,1.0,159.7)、(0.20,1.6,197.0)、(0.35,2.0,229.5)、(0.60,2.57,280.2)、(1.07,4.0,392.3)。随着目标白度的提高,“最优”经济成本逐渐提高,目标白度在80%ISO以下时,经济成本较为合理。

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