一种提高马尾松漂白热磨机械浆松厚度并降低废液污染负荷的漂白方法

技术领域

本发明属于造纸领域，涉及机械制浆，特别涉及一种提高漂白热磨机械浆(Bleached thermomechanical pulp，BTMP)松厚度同时降低漂白废液污染物负荷的高得率纸浆漂白方法。 

背景技术

热磨机械浆(Thermomechanical pulp，TMP)是指木片先经过洗涤和预汽蒸，然后再经盘磨机磨解成浆的机械制浆方法。由于其制浆过程中不使用任何化学品，使木片中的化学组分基本上得以保留在纸浆中，因而TMP的制浆得率通常在95％以上。为保证TMP较高的纸浆强度，生产TMP的原料通常选用针叶材如马尾松。TMP成纸具有不透明度高、吸墨性强、印刷适应性好的优点，此外，TMP还具有生产过程简单、得率高、成本低和对环境污染负荷低等特点，因而被广泛用于新闻纸、杂志纸以及白度要求不高的纸板芯层等。 

近年来，随着人们对纸张和纸板白度要求的提高以及纸张或纸板品种的不断增多，相应地对TMP的白度提出了更高的要求。TMP经过漂白化学品在适当的漂白温度和纸浆浓度条件下处理一定的时间后所得到的漂白纸浆，即为漂白热磨机械浆(Bleached Thermomechanical pulp，BTMP)。目前，BTMP在新闻纸、超级压光纸(SC纸)、涂布原纸以及其它高级纸和纸板产品的生产中有着较广泛的应用。 

用于TMP漂白的化学品主要有过氧化氢(H₂O₂)、连二亚硫酸钠(Na₂S₂O₄)和甲脒亚磺酸盐(FAS)，在北美、北欧等木材资源丰富的国家，为提高TMP浆的白度，满足生产新闻纸的要求，较多地采用了连二亚硫酸钠(Na₂S₂O₄)作为漂白剂。但是由于漂白废液中含有硫化物，增加了企业废水处理的难度。此外，漂白浆BTMP的松厚度和不透明度较未漂浆TMP下降较多，不利于高白度新闻纸和SC纸等对松厚度和不透明度要求较高的纸或纸板的生产。为了尽可能保留木片中的各种化学组分，减少漂白过程中碳水化合物和木质素的降解或溶出，高得率纸浆的漂白主要采用碱性过氧化氢(NaOH/H₂O₂)方法，如APMP(碱性过氧化氢机械浆)、BCTMP(漂白化学热磨机械浆)、P-RC APMP(温和预处理加盘磨化学处理的碱性过氧化氢机械浆)等，其漂白过程的碱性介质均为氢氧化钠(NaOH)。但是由于NaOH的强碱性，漂白过程中会有少量木素和碳水化合物溶出，导致纸浆的漂白得率降低，而且漂白废液的化学耗氧量(COD)、阳离子需求以及电导率较高，废液处理难度相对增加。 

近年来，国内外的技术研究和工业生产实例报道，利用碱性较弱的镁碱(Mg(OH)₂和MgO)部分取代钠碱用于高得率浆的过氧化氢漂白。采用镁碱代替钠碱的高得率浆H₂O₂漂白，漂后 浆松厚度、不透明度和光散射系数增加，漂后纸浆的得率提高，漂白废水中的COD(化学需氧量)、阴离子垃圾降低，对环境的影响减小，有利于废水的达标排放，同时也减少了对后续造纸生产造成的不良影响；此外，制浆过程中的草酸盐沉积问题可以得到解决，从而为纸浆质量以及纸机运行的稳定提供了必要的条件，为我国纸业经济的发展带来新的增长点，有利于实现造纸工业的可持续发展。 

发明内容

本发明的目的是为了克服现有以氢氧化钠为碱源的碱性过氧化氢漂白技术中存在的不足，提出一种可提高马尾松漂白热磨机械浆(BTMP)松厚度同时降低漂白废液的COD和阳离子需求的漂白方法，该方法具有较高的松厚度、较高的不透明度和光散射系数，同时具有较低的废液污染负荷，如COD和阳离子需求量。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种提高马尾松漂白热磨机械浆松厚度并降低废液污染负荷的漂白方法，步骤是：

(1)以NaOH计，将总用碱量为马尾松TMP浆料绝干重量3.5-4.0％的NaOH和MgO的混合物，与为马尾松TMP浆料绝干重量0.1-0.3％的二乙烯三胺五乙酸溶于去离子水中，然后分散到马尾松TMP浆料中并搅拌均匀； 

(2)随后加入为马尾松TMP浆料绝干重量3.0％的Na₂SiO₃与4％的H₂O₂和需额外补加的去离子水的混合液，使漂白体系中纸浆浓度为10-20％，迅速搅拌浆料使其混合均匀，然后放入聚乙烯袋中密封； 

(3)将聚乙烯袋置于65-75℃的恒温水浴锅中反应140-160分钟，每隔8-15分钟通过揉搓聚乙烯袋使漂白反应均匀； 

(4)将漂白浆料置于布氏漏斗中，利用蒸馏水反复抽滤洗涤至滤液澄清； 

(5)洗净的浆料按照ISO标准方法抄造手抄片，经风干和恒温恒湿处理后，检测漂白马尾松TMP浆料的物理性能指标。 

而且，所述马尾松TMP浆料未漂浆的初始打浆度51°SR，白度38.1％ISO，不透明度98.0％，光散射系数53.4m²·k/g，松厚度4.20cm³/g，抗张指数14.5N·m/g，撕裂指数4.4mN·m²/g。 

而且，所述NaOH和MgO的混合物中，MgO取代NaOH摩尔比例为0～0.5。 

与以氢氧化钠为碱源的马尾松TMP碱性过氧化氢漂白效果相比，本发明的有益效果是： 

本方法可在现有漂白技术的基础上，将马尾松BTMP的松厚度提高0.2～0.4cm³/g，不透明度提高3％～8％，光散射系数有所提高，漂白废液COD降低19％～35％，阳离子需求量降低 30～46％，漂白纸浆的白度保持在58％ISO以上，抗张指数保持在17N·m/g以上。 

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。 

实施例1： 

一种提高马尾松漂白热磨机械浆(BTMP)松厚度并降低废液污染负荷的漂白方法，步骤是： 

材料准备：所用未漂马尾松TMP的初始打浆度51°SR，未漂浆的主要物理性能：白度38.1％ISO，不透明度98.0％，光散射系数53.4m²·k/g，松厚度4.20cm³/g，抗张指数14.5N·m/g，撕裂指数4.4mN·m²/g。 

漂白过程在聚乙烯密封袋中进行，并利用恒温水浴锅加热、保温。 

具体的漂白操作过程如下： 

(1)取60g马尾松TMP浆料(绝干计)，将总用碱量为3.5％的NaOH和部分MgO混合物(以NaOH计)(其中，MgO取代NaOH摩尔比例为0～0.5)和0.12％DTPA(二乙烯三胺五乙酸)溶于200毫升去离子水中，然后分散到马尾松TMP浆料中并搅拌均匀； 

(2)随后加入3.0％Na₂SiO₃与4.0％H₂O₂和需额外补加的去离子水的混合液，使漂白体系中纸浆浓度为10％，迅速搅拌浆料使其与漂白化学药品混合均匀，然后放入聚乙烯袋中密封； 

(3)将聚乙烯袋置于70℃的恒温水浴锅中反应150分钟，每隔10分钟通过揉搓聚乙烯袋使漂白反应均匀，待漂白反应结束后，迅速挤出部分漂白残液用于测定残余过氧化氢、pH、电导率、COD等指标； 

(4)将漂白浆料置于布氏漏斗中，利用蒸馏水反复抽滤洗涤至滤液澄清； 

(5)洗净的浆料按照ISO标准方法抄造手抄片，经风干和恒温恒湿处理后，检测漂白马尾松TMP浆料(BTMP)的物理性能指标。 

上述所有药品用量均以绝干浆百分比计量。 

结果： 

在3.5％的总用碱量下，当MgO取代比例从0增加到0.5时，纸浆白度达到59.4％ISO；比MgO取代NaOH比例为0时的65.1％ISO下降了5.7％ISO，而纸浆松厚度从3.45cm³/g增加到3.69cm³/g，增加了0.24cm³/g；不透明度从84.7％增加到89.1％，增加比例为5.2％；光散射系数从42.9m²/kg增加到47.7m²/kg，增加了11％；纸浆强度达到了18.9N·m/g，比MgO取代NaOH比例为0时的23.3N·m/g降低了18.9％；漂白废液的COD_Cr下降了22％，阳 离子需求量降低了31％。 

由此可见，MgO部分取代NaOH作为马尾松TMP过氧化氢漂白碱源，使漂白浆的松厚度和不透明度有了明显提高，这可以实现在纸张产品松厚度和不透明度不变的条件下降低新闻纸或超级压光纸等纸种的定量，或者在纸张定量不变的条件下改善纸张的挺度和不透明度。 

实施例2： 

一种提高马尾松漂白热磨机械浆(BTMP)松厚度并降低废液污染负荷的漂白方法，步骤是： 

材料准备：称取相当于绝干量60g的马尾松TMP，物理性能指标同于实施例1。 

漂白过程在聚乙烯密封袋中进行，并利用恒温水浴锅加热、保温。 

具体的漂白操作过程如下： 

(1)取60g马尾松TMP浆料(绝干计)，将总用碱量为4.0％的NaOH和部分MgO混合物(以NaOH计)(其中，MgO取代NaOH摩尔比例为0～0.5)和0.12％DTPA(二乙烯三胺五乙酸)溶于200毫升去离子水中，然后分散到马尾松TMP浆料中并搅拌均匀； 

(2)随后加入3.0％Na₂SiO₃与4.0％H₂O₂和需额外补加的去离子水的混合液，使漂白体系中纸浆浓度为10％。迅速搅拌浆料使其与漂白化学药品混合均匀，然后放入聚乙烯袋中密封后 

(3)将聚乙烯袋置于70℃的恒温水浴锅中反应150分钟，每隔10分钟通过揉搓聚乙烯袋使漂白反应均匀，待漂白反应结束后，迅速挤出部分漂白残液用于测定残余过氧化氢、pH、电导率、COD等指标； 

其余操作过程、步骤和要求同于实施例1。 

所有药品用量均以绝干浆百分比计量。 

结果： 

在4.0％的用碱量下，当MgO取代比例从0增加到0.5时，纸浆白度达到60.4％ISO，比MgO取代NaOH比例为0时的64.7％ISO下降了4.3％ISO，而纸浆松厚度从3.34cm³/g增加到3.66cm³/g，增加了0.32cm³/g；不透明度从85.4％增加到88.2％，增加比例为3.3％；光散射系数从44.8m²/kg增加到45.8m²/kg，增加了2％；漂白废液COD_Cr下降了19％，阳离子需求量降低了31％；纸浆强度达到了19.3N·m/g，尽管比MgO取代NaOH比例为0时的24.0N·m/g降低了19.6％，但此条件下纸浆强度的绝对值比用碱量3.5％时的18.9N·m/g有所提高。 

实例1与实例2表明在MgO取代NaOH比例不变的条件下，将总用碱量从3.5％提高4.0％，纸浆松厚度和抗张强度之间的矛盾能够得以适当缓解，亦即纸浆松厚度两者基本上保 持不变，但抗张强度和纸浆白度均略有所上升，这对造纸生产企业兼顾纸浆松厚度的提高，同时减少纸浆强度的下降是有利的。 

实施例3： 

一种提高马尾松漂白热磨机械浆(BTMP)松厚度并降低废液污染负荷的漂白方法，步骤是： 

材料准备：称取相当于绝干量60g的马尾松TMP，物理性能指标同于实施例1。 

漂白过程在聚乙烯密封袋中进行，并利用恒温水浴锅加热、保温。 

具体的漂白操作过程如下： 

(1)取60g马尾松TMP浆料(绝干计)，将总用碱量为3.5％的NaOH和部分MgO混合物(以NaOH计)(其中，MgO取代NaOH摩尔比例为0～0.5)和0.3％DTPA(二乙烯三胺五乙酸)溶于150毫升去离子水中，然后分散到马尾松TMP浆料中搅拌均匀； 

(2)随后加入3.0％Na₂SiO₃与4.0％H₂O₂和需额外补加的去离子水的混合液，使漂白体系中纸浆浓度为20％。迅速搅拌浆料使其与漂白化学药品混合均匀，然后放入聚乙烯袋中密封 

(3)将聚乙烯袋置于70℃的恒温水浴锅中反应150分钟，每隔10分钟通过揉搓聚乙烯袋使漂白反应均匀，待漂白反应结束后，迅速挤出部分漂白残液用于测定残余过氧化氢、pH、电导率、COD等指标； 

其余操作过程、步骤和要求同于实施例1。 

所有药品用量均以绝干浆百分比计量。 

结果： 

在3.5％的总用碱量下，当MgO取代NaOH比例从0增加到0.5时，纸浆白度达到59.9％ISO，比MgO取代NaOH比例为0时的64.5％ISO下降了4.6％ISO，而纸浆松厚度从3.49cm3/g增加到3.70cm3/g，增加了0.21cm3/g；不透明度从86.1％增加到88.4％，增加比例为3％；光散射系数基本维持在43.5m2/kg；纸浆强度达到了14.5N·m/g，比MgO取代NaOH比例为0时的17.4N·m/g降低了20％；漂白废液CODCr下降了26％，阳离子需求量降低46％。