谈纸色变|谈纸色变什么意思
时间：2019-01-25 03:50:09 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
造纸是中国人的一项伟大发明，它为人类文化的传播发展做出了十分宝贵的贡献。纸的生产可分为制浆和造纸两个过程。制浆是将植物纤维原料离解成浆，再对其漂白得到漂白纸浆的过程。造纸则是对纸浆进行各种加工，制成纸张的过程。纸浆漂白是制浆过程的一道重要工序，目的是提高纸浆的白度，主要通过使用化学品除去纸浆中的木素或是改变木素的结构来实现。
一、木素
木素又称木质素，广泛存在于植物纤维中，没有确定的分子式，基本结构为苯基丙烷衍生物，如图1所示。图2表示一种木素――云杉木素的结构。木素分子中存在大量官能团，侧链中含有大量的羟基、醛基、羰基和碳碳双键，苯环的3、5位上常有甲氧基，4位上常有羟基。分子中的羟基绝大多数已经醚化，只有小部分以未醚化形式存在。各种不饱和基团形成共轭体系，因此木素具有颜色。木素分子中存在多种重要的化学活性位点，例如苯环上的甲氧基，它在高温蒸煮过程中容易断裂脱落，又如侧链的醚键，它在碱性条件下容易断裂并形成醇键。通过在这些活性位点发生化学反应，破坏木素分子，这就是漂白的原理。
二、漂白原理
纸浆的常用漂白方法为氧化性漂白和还原性漂白。氧化性漂白指氧化木素分子，将其溶解除去的方法，常用漂白剂为氯、次氯酸、二氧化氯、氧、过氧化氢、过氧酸、臭氧。还原性漂白指加入还原剂将木素中不饱和显色官能团还原的方法，常用漂白剂为连二亚硫酸钠、甲脒亚磺酸。近年人们开发出了一些新型漂白方法，例如生物漂白、电化学漂白、光化学漂白、微薄漂白。
纸浆漂白过程中，木素是如何降解的，人们有多种解释。由于木素分子多种多样，所以木素降解的途径也有多种，在此以最为常见的苯环氧化断裂，以及侧基醚键的一些重要断裂方式为例来进行说明。苯环的氧化断裂是通过在木素分子苯环上的化学活性位点发生化学反应，主要经氧化反应破坏苯环的结构来达到漂白的目的，过程示意，如图3所示。以愈疮木基木素基本结构单元为例，在高温及氧化剂的作用下，3位上的OCH3基水解成OH基，生成邻苯二酚（图3①），后者极易被氧化成中间产物邻苯二醌（图3②）。邻苯二醌不稳定，极易发生氧化裂解，生成非环状的二羧酸化合物（图3③），实现开环降解。在氧化剂的作用下，二羧酸化合物可最终生成二氧化碳和水等小分子。
图3 木素结构单元开环降解过程示意图
（氧化剂OX=Cl2、ClO2、H2O2；XO=ClO、OClO、HOO）
在碱性溶液中，在木素侧链和碳上发生的一类反应，如图4所示。由于酚羟基氧原子的1对p电子与苯环上的π电子共轭，削弱了OH键，使其较易断裂，因此酚具有弱酸性（图4①）。酚羟基与碱反应转化为阴离子O-，促进侧链C上的COR醚键在C这一侧断裂，生成亚甲基醌（图4②）。亚甲基醌极易受到亲核试剂（HO-）的进攻，可形成醇（图4③）。羟基可再与C上的醚键反应，使醚键断裂，最终形成环醚（图4④）。许多木素大分子就是通过醚键的这种水解（尤其是醚键的断裂）而实现降解。
图4 醚键的一种断裂方式
一些其他过程也有助于漂白，例如侧链的大量不饱和双键发生氧化裂解等。此外，氧化剂还可以取代侧链，生成苯酚类小分子有机物。
三、常用氧化性漂白剂
传统工艺采取氯气作为漂白剂，木素的降解产物中含有大量含氯有机分子（常称有机氯，如图5所示），其中许多是具有强烈致癌性的有毒物质，并且不容易降解，它们随漂白废水排放会造成严重污染。有文献报道，在木浆的氯化、碱化、次氯酸盐漂三段漂白工艺中，每生产1吨绝干漂白浆就生成1kg三氯甲烷，同时还有大量其他有机氯生成。
图5 木素降解产物中的两种有机氯
为了减少有机氯的生成，人们发展了其他技术，例如二氧化氯漂白技术。这种技术采用二氧化氯为漂白剂，在相同条件下产生的有机氯仅为使用氯气的1/5。该法能够选择性地氧化木素等有色物质，很少损伤成纸所需的纤维素，漂白后纸浆白度高、返黄少，缺点是二氧化氯易爆炸，且生产成本较高，因此不适合大范围应用。
为彻底解决漂白过程有机氯的排放问题，人们正在发展无氯漂白技术。一种典型的无氯漂白剂是过氧化氢，它在纸浆漂白领域已经得到广泛研究和应用。其中，中等浓度（浓度大约为10%的纸浆悬浮液）过氧化氢漂白技术已经较为成熟。该法具有不产生有机氯、成本低、常压操作等优点，特别适合非木浆的漂白。但是，过氧化氢作漂白剂也存在一些缺点，例如漂白效率低，易被重金属离子分解。因此，开发漂白效率高，成本低，而且对环境友好的漂白剂和漂白方法是未来的发展趋势。
参考文献
[1] Mansouri N E El，Salvadò J．Analytical methods for determining functional groups in various technical lignins[J].Ind Crop Prod,2007,26(2)：116～124
[2] 谢来苏,詹怀宇．制浆原理与工程（第2版）[M].北京：轻工业出版社,2001
[3] 陈庆蔚.纸浆漂白[M].北京：轻工业出版社，1985
[4] 王靖.亚麻短纤的脱胶、漂白及柔软工艺研究[D].东华大学，2007
[5] 詹怀宇,李兵云,李建军,等.非木浆OQP漂白及其与CEH漂白的漂白[J].中国造纸，2003,10：8～11
[6] 陈克复,李军.中浓纸浆清洁技术的理论与实践[J].华南理工大学科学学报（自然科学版），2007,35(10)：1～6
[7] 陈克复,李军.纸浆清洁漂白技术[J].中华纸业,2009,30(14)：6～10
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
推荐访问:色变
