APMP法制浆过程中桉木的化学成分的变化

APMP法制浆过程中桉木的化学成分的变化Ξ

谢益民　伍　红　赖燕明　顾丽娟　韦　祁

(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室　广州510641)

摘要　本文针对桉木的化学特性,用化学分析和光谱分析相结合的手段,对APMP(碱性过氧化氢机械浆)制浆过程中桉木的化学组成(木素、多酚类物质、纤维素等)的含量及结构进行了系统性分析,结果表明:我国华南地区出产的桉木含有较多的多酚类化合物(K ino),但是大部分的多酚类化合物可以通过汽蒸—挤压预处理和碱性过氧化氢处理来除去,成为化机浆废水的成分而排出,只有极少部分残留在纸浆中,从而避免多酚类化合物在高温下发生缩合、沉积在纤维表面而发生树脂障碍。APMP法制浆对于半纤维素和纤维素的影响比较小,对木素的作用也只是改变其化学结构。APMP法制浆废液成分中有多酚类物质、木素和碳水化合物的降解产物等。

关键词:APMP浆　桉木　多酚类化合物　木素　红外光谱

前　言

AMPM法是九十年代初美国SPROU T—BAU ER公司开发的专利技术,其主要原理是在磨浆前用高压缩比螺旋进行挤压处理,强化药液浸透,然后即加入H2O2和NaOH等化学药品进行漂白反应,从而省却了在磨浆后再进行漂白的一系列设备,是集化学处理及机械处理于一体的目前最先进的高得率浆的制浆方法之一。APMP法具有动力消耗低、浆料白度高、纸浆纤维长、环境污染少、投资省、占地面积小等多种优点,尤其适用于阔叶木制浆[1]。

我国是世界上桉木的主要生产国之一,主要分布在广东、广西和海南岛,国内外对桉木制浆的研究主要集中在硫酸盐法和烧碱蒽醌法的制浆工艺方面。然而,桉木中含有较多的多酚类化合物在高温的碱性溶液中易发生缩合及脱羧反应而沉积在纤维表面,影响纸浆的可漂性和印刷适应性,从而在硫酸盐法蒸煮过程中发生树脂障碍[2]。但是这些物质易溶于温度较低的碱性溶液中,而且在低于120℃左右的碱性溶液中会发生分解[3]。因此采用APMP法制浆,可以有效地减少碱液消耗,解决多酚类等物质的障碍,制造高得率、高白度的桉木浆。所以分析其制浆过程中化学成分的变化并测定制浆废液的化学成分是不容忽视的基础研究。

在本研究中,为了深入了解三种桉木在APMP法制浆过程中的特性,除了采用常规的化学分析方法以外,还用红外光谱法分析抽出物的化学组成。对于APMP法制浆废水中的物质,采用酸析沉淀、离心分离、萃取等方法进行分离,并结合红外光谱分析来了解废液各组分的化学成分。

1　实　验

1.1　原料

a.雷林1号桉(E.leilin No.1,广东产),

基本密度556.0Kg/m3

b.细叶桉(E.Tereticornis,广西产),基本

密度573.5Kg/m3

c.柠檬桉(E.Citriodora,广西产),基本

密度609.5Kg/m3

1.2　APMP浆的制取

三种桉木的APMP浆是在Andritz

Ξ本课题为华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室开放基金资助项目

Sprout Barer 公司制的APMP 中试设备上进

行挤压处理后,再进行化学预处理及磨浆而制得。其工艺流程如下

:

预处理条件第一段

第二段

温度70℃70℃液比1∶41∶4时间

60min 60min NaOH 6% 1.8%H 2O 21% 3.5%MgSO 40.05%0.05%Na 2SiO 3 1.5% 1.5%EDTA

0.1%

0.4%

1.3　木粉的制取

三种桉木试样的木粉制取方法均参照

Tappi Standard T257hm -85。1.4　三种桉木抽提物的测定

对三种原料的木粉以及APMP 浆用苯

醇混合物、丙酮、热水以及1%NaOH 进行抽提,方法均参照Tappi Standard ,用SP2000型红外分光光度仪(P YEUN ICAM 公司生产),对苯醇抽出物和丙酮抽出物作红外光谱分析。1.5　桉木原料木粉和APMP 浆化学组成分析

K lason 木素的测定采用72%硫酸法。酸溶木素的测定采用751G 紫外分光光度计,波长选用205nm ,吸光系数用110l/g ·cm 。纤维素含量采用硝酸—乙醇法测定,聚戊糖含量采用糠醛蒸馏法测定。1.6　APMP 制浆废液的分析

滴定废液使其p H 值在2左右,再对滴定过的溶液进行离心分离,把废液分成水溶物和水不溶物,再用醋酸乙酯对水溶物进行萃取,将其分为水可溶物和醋酸乙酯抽出物两部分。用红外光谱分析物质构成。2　结果与讨论

2.1　三种桉木试样的化学组成的分析

表1　三种桉木的化学组成(%)

浆种

测

量

值项

目

溶液抽出物

热水

苯醇

丙醇

1%NaOH 聚戊糖

硝酸乙醇纤维素

木素

K lason 木素酸溶木素总量

雷林1号 3.560.900.7312.3217.6346.8527.98 3.2731.25细叶桉 5.44 1.12 1.7512.7819.5145.2529.14 4.3033.24柠檬桉

3.25

1.96

1.65

14.94

25.15

51.85

23.07

4.19

27.26

如表1所示,雷林1号和柠檬桉的热水抽提物含量基本接近,而细叶桉则相对较大,所以制浆过程中为了去除聚糖类、果胶质、以及单宁、色素等多酚类物质,细叶桉的耗碱量要比其余两个树种大。柠檬桉的苯醇抽提物在三种树种中含量最多,说明抽提出的脂肪、蜡、树脂、多酚类等物质较多。而丙酮抽提物主要为多酚类化合物,桉木中多酚类化合物主要成分为K ino 即鞣花酸(C 14H 6O 8)及其缩合物,它们分布于导管、木纤维和薄壁细胞中,对制浆质量有很大的影响,例如增加耗碱量,高温下缩合后沉积在纤维表面,影响白度及可漂性[4],细叶桉和柠檬桉的丙酮抽提物含量接近,而雷林1号则比两者小。1%NaOH 抽提物中除了热水可抽提出的物质外,还可溶出部分木素、聚戊糖、聚己糖、树脂酸及糖醛酸等,分析桉木等热带速生材时,1%NaOH 抽出物含量在一定程度上反应了多酚类物质的含量。所以综合考虑这三种桉木的热水和有机溶剂抽出物,细叶桉所含的单宁及其它多酚类化合物比较多,柠檬桉中含有较多的脂肪、蜡、树脂等单宁以外的抽出物,而雷林1号所含各类抽出物成分均比较少。

2

1《广东造纸》　1997.No.5～6