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臭氧对纸浆的漂白作用 臭氧的作用

臭氧的作用(臭氧对纸浆的漂白作用) 。
臭氧具有强氧化性和漂白性 。早在1949年 ， Brabender就注册了一项关于臭氧漂白的美国专利 ， 随后韦特、Osawa等人继续探索和研究臭氧漂白 。臭氧漂白适应性强 ， 可用于造纸工业中各种原料和不同方法制成的纸浆 ， 用于亚硫酸盐纸浆漂白时还具有去除树脂的特点 。臭氧漂白后的溶解物质只是木质素和碳水化合物的降解产物 ， 大大减少了漂白废液排放造成的污染 。由于臭氧的这些特性 ， 它已经引起了制浆造纸工人的注意 。
1臭氧漂白机理及漂白工艺 。
1.1臭氧的化学和物理性质 。
臭氧是一种有特殊气味的浅蓝色气体 。臭氧(O3)是氧的同素异形体 ， 由三个氧原子组成 。常温常压下不稳定 ， 可自行分解成氧气 。浓度小时有“鲜”味 ， 浓度高时有强烈的漂白粉味 。其氧化能力高于氯 ， 仅次于氟 ， 是一种强氧化剂 。一般来说 ， 臭氧是通过资源网格在空气体或氧气中产生的 。
1.2臭氧漂白机理 。
1976年 ， Krazl、Klaus和Reicher在国际纸浆漂白大会上提出了臭氧与木质素的反应机理和木质素模型 。他们认为臭氧与芳香化合物的反应通常会导致环开裂 ， 当它与木质素反应时 ， 会在C3和C3打开 ， 形成高极性结构 。反应如下:
邻苯二酚与臭氧反应时 ， 可分离出一定量的顺己二烯二酸[见反应(1)] 。白藜芦醇与臭氧反应 ， 脱甲基先于苯环裂解[见反应(2)] 。此外 ， 一些具有藜芦醇结构的物质与臭氧发生反应 ， 但没有去甲基化 ， 苯环也会开裂[见反应(3)] ， 从而去除木质素色素 。
它与臭氧木质素的不饱和双键反应 ， 反应中产生的过氧化氢可以用来漂白纸浆 。
1.3臭氧的漂白过程 。
通过对臭氧漂白过程中纸浆白度和硬度(K值即高锰酸钾值)变化的研究发现:漂白开始时 ， 反应迅速 ， 纸浆的白度增加 ， K值大幅度下降 。当臭氧消耗达到一定量后 ， 虽然纸浆的亮度持续增加 ， 但幅度明显减小 ， K值不再下降 。因此 ， 可以认为臭氧漂白过程可分为两个阶段:(1)漂白初期 ， 臭氧迅速与纸浆中残留的木质素发生反应将其去除 ， 白度和K值的变化呈现资源网络；(2)后期漂白阶段 ， 大部分残余木质素已被去除 ， 剩余少量难以进一步去除 。此时臭氧的作用主要是破坏纸浆各组分中的发色团或改变其结构 ， 从而进一步提高白度 。也就是说 ， 脱木素和漂白在漂白前期同时进行 ， 后期以漂白为主 。
臭氧漂白过程中纤维形态和物理强度、漂白效率和稳定性的变化 。
2.1纤维形态的变化 。
臭氧与纸浆反应时 ， 引起纤维表面状态的变化 。在电子显微镜下可以观察到 ， 经过臭氧处理的纤维表面有很多脊和凹痕 ， 同时还有连接各种纤维部位的粘性薄膜 ， 在未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征之一 ， 它促进了纤维的溶胀和扫帚作用 。臭氧漂白纸浆的打浆速度比普通漂白纸浆的打浆速度快20% 。
2.2体力的变化 。
臭氧漂白会不同程度地改变纸浆的物理强度 。臭氧处理后 ， 纸浆的粘度降低20~50% ， 但粘度降低并不意味着纤维的降解和纤维强度的降低 。结果表明 ， 臭氧漂白浆的粘度大幅度下降 ， 但物理强度略有下降 ， 在原浆净强度的10%以内 。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 ， 造成人为低粘度 。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 ， 降低了粘度 ， 对强度影响不大 。臭氧漂白对纸浆强度影响不大 ， 这是臭氧漂白的另一个特点 。
2.3臭氧漂白的效率和漂白纸浆的稳定性 。
臭氧是一种高效漂白剂 ， 臭氧漂白所需时间不长 。以西洋铁杉纸浆为例 ， 当纸浆浓度为30% ， O3用量为1%时 ， 15分钟内基本可以完成漂白 ， 延长时间的效果不明显 。
臭氧漂白纸浆的白度稳定性优于一般方法 。在荧光灯的照射下 ， 在相同的温度和湿度下 ， 6周后 ， 臭氧漂白纸浆的GE下降了2.1% ， 而普通漂白方法得到的纸浆的GE下降了4.1% 。曝光前 ， 两者的泛黄值相同 。


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