臭氧對(duì)紙漿的漂白作用
臭氧具有較強(qiáng)的氧化性和漂白性。早在1949年勃萊本登即就臭氧漂白登記了美國專利，隨后韋特、奧薩瓦等人對(duì)臭氧漂白繼續(xù)進(jìn)行了探討和研究。臭氧漂白適應(yīng)性強(qiáng)，在造紙工業(yè)中可用于多種原料和不同方法制得的漿料，用于漂白亞硫酸鹽漿時(shí)，還具有脫除樹脂的特點(diǎn)。臭氧漂白后的溶解物僅為木素和碳水化合物的降解產(chǎn)物，因而大大減輕了漂白排出廢液所造成的污染。由于臭氧所具備的這些特性，早已引起了制漿造紙工作者的注意。下面由誠志實(shí)業(yè)為您介紹臭氧對(duì)紙漿的漂白作用。
1臭氧的漂白機(jī)理及漂白歷程
1.1臭氧的化學(xué)、物理性質(zhì)
臭氧是淡藍(lán)色、有特殊臭味的氣體。臭氧(O3) 是氧的同素異性體，由三個(gè)氧原子構(gòu)成，常溫常壓下不穩(wěn)定，可自行分解為氧氣。微量時(shí)，具有一種“清新”氣味，濃度高時(shí)則具有強(qiáng)烈的漂白粉味。它的氧化能力高于氯，僅次于氟，是一種強(qiáng)氧化劑。通常臭氧是在空氣或氧氣中通電制造而得的。
1.2臭氧的漂白機(jī)理
1976年，克拉茲爾、克勞斯和萊啟爾在國際紙漿漂白會(huì)議上提出了臭氧與木素和木素模型物反應(yīng)的機(jī)理，認(rèn)為臭氧與芳香化合物的反應(yīng)經(jīng)常引起環(huán)的開裂，與木素反應(yīng)時(shí)則在C3和C3處開環(huán)，生成高極性的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)如下：
鄰苯二酚與臭氧反應(yīng)，可分離出一定數(shù)量的順式己二烯二酸[見反應(yīng)(1)],藜蘆醇與臭氧反應(yīng)，脫甲基作用先于苯環(huán)的開裂[見反應(yīng)(2)],另外有一些藜蘆基結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與臭氧反應(yīng)，雖沒有脫甲基的反應(yīng)，也使苯環(huán)開裂[見反應(yīng)(3)],從而使木素發(fā)色物質(zhì)脫除。
臭氧與木素的未飽和雙鍵反應(yīng)，反應(yīng)中生成的過氧化氫可用來漂白紙漿。
1.3臭氧的漂白歷程
從對(duì)臭氧漂白過程中漿料白度和硬度(k值，即高錳酸鉀值)變化的研究發(fā)現(xiàn);漂白開始時(shí)反應(yīng)比較迅速，漿白度的提高及k值的下降幅度都較大，當(dāng)臭氧消耗達(dá)到一定量時(shí)，雖漿的白度繼續(xù)提高，但幅度已明顯減小，k值也不再降低，據(jù)此可以認(rèn)為臭氧漂白歷程可分為兩個(gè)階段：(1)漂白前期，臭氧與漿中殘余木素迅速反應(yīng)使之除去，白度和k值變化顯著；(2)漂白后期，因大部分殘余木素已脫除，剩余的少部分很難進(jìn)一步除去，此時(shí)臭氧的作用主要是破壞漿中各組分中的發(fā)色基團(tuán)或改變其結(jié)構(gòu)，使白度進(jìn)一步提高。這就是說漂白前期脫木素和漂白作用同時(shí)進(jìn)行，而后期則以漂白作用為主。
2臭氧漂白時(shí)纖維形態(tài)、物理強(qiáng)度的變化及漂白效率和穩(wěn)定性
2.1纖維形態(tài)的變化
臭氧與紙漿反應(yīng)時(shí)，引起了纖維表面狀態(tài)的變化。在電子顯微鏡下可以觀察到經(jīng)臭氧處理過的纖維表面上有很多脊?fàn)盥∑鸷桶己郏瑫r(shí)還可看到有連接各個(gè)纖維部分的粘狀膜，這種表面變化在未經(jīng)處理的纖維上是看不到的。因此，纖維表面狀態(tài)的變化是臭氧漂白的重要特點(diǎn)之一，這種變化促進(jìn)了纖維的膨潤和帚化作用。用臭氧漂白的紙漿比一般方法漂白的紙漿打漿要快20%。
2.2物理強(qiáng)度的變化
臭氧漂白會(huì)使?jié){料的各種物理強(qiáng)度產(chǎn)生不同程度的變化，臭氧處理后紙漿粘度下降20~50%，但粘度下降并不等于纖維的降解和纖維強(qiáng)度的下降。研究表明，臭氧漂漿在粘度降低較大的同時(shí)，物理強(qiáng)度的降低幅度卻較小，在原漿強(qiáng)度的10%范圍內(nèi)。這可能是因?yàn)槌粞跖c纖維素反應(yīng)生成羰基，使紙漿對(duì)堿敏感，而造成人為低粘度的緣故，另一方面也可能是纖維表面狀態(tài)的變化，產(chǎn)生了大量的短纖維素，因而降低了粘度，而對(duì)強(qiáng)度的影響則很小。臭氧漂白對(duì)漿的強(qiáng)度影響不大是臭氧漂白的另一特點(diǎn)。
2.3臭氧漂白的效率及漂白漿的穩(wěn)定性
臭氧是高效漂白劑，臭氧漂白所需時(shí)間不長。以西方鐵杉漿為例，當(dāng)漿濃30%，O3用量為1%時(shí)，漂白在15分鐘內(nèi)即可基本完成，繼續(xù)延長時(shí)間效果不明顯。
臭氧漂白紙漿的白度穩(wěn)定性要比一般方法好。在熒光燈的照射下，在同樣的溫度、濕度下，經(jīng)過六個(gè)星期，臭氧漂白的紙漿降低了2.1% GE，而一般漂白方法所得紙漿則降低了4.1%。未曝光前，兩者的返黃值相同。
由于臭氧漂白具有效率高，漂白漿穩(wěn)定性好，對(duì)漿的強(qiáng)度影響不大等特點(diǎn)，利用臭氧進(jìn)行漂白將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用，臭氧漂白的前景十分廣闊。
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