绿氧有效成份分析及组分优化

论文摘要

本论文利用化学、红外和紫外光谱、X射线衍射等分析方法对新型蒸煮助剂绿氧的有效成分进行了定性和定量分析,分析结果显示,绿氧是由蒽醌、脂肪醇聚氧乙烯醚类物质,Na2SO3组成,各成分含量分别30.3%、8.8%、59.3%。由分析结果可知,在蒸煮过程中,绿氧中起催化作用的成分为蒽醌,它能氧化纤维素和半纤维素的醛末端基为羧基,生成的蒽氢醌,在碱性条件下生成强的亲核试剂,利于木素的碎解。少量的亚硫酸钠在蒸煮过程中也有助煮的作用,另外S032-是强的亲核试剂,可使木素碎解、磺化,增加木素的脱除。所以在蒸煮过程中绿氧中亚硫酸钠的存在与蒽醌都有显著的助煮作用。绿氧中所含的脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂使得蒸煮液具有很强的润湿、渗透能力,促进烧碱迅速将纤维表面润湿并渗透到内部,缩短蒸煮时间。另外脂肪醇聚氧乙烯醚亲水端和原料中发色金属离子能发生络合作用,因而能使蒸出的浆颜色较浅,易于漂洗,洗后浆颜色白度较高。绿氧在草类原料的蒸煮过程中可发挥显著的作用,但其在木材原料的蒸煮过程中效果却不是很明显,随着“林纸一体化”的提出,适合于木材原料的蒸煮助剂将会有更大的需求。本论文模拟制浆蒸煮过程升温阶段,将加有不同表面活性剂的硫酸盐法蒸煮液与杨木片接触20min后开始升温,温度从20℃升高到100℃,在此过程中测定不同温度下蒸煮液进入木片中的体积,以及残余液体中溶出物质的浓度。为确定溶出物质的成分,我们将溶出物质做红外光谱分析,并且与杨木有机溶剂抽出物的红外光谱进行对比,对比显示,常压下渗透液溶出的物质与杨木有机溶剂抽出物相同,为脂肪酸及其部分酯化的脂肪酸类物质。研究显示,加入不同表面活性剂的蒸煮液,渗透实验过程中溶出的脂肪酸及其部分酯化的脂肪酸类物质的量有所不同,十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和NP-40的效果均好于绿氧,蒸煮初期,这些有机物质的溶出有利于加速蒸煮药液向原料中渗透的速率,另外有机物质的溶出为木素的溶出打开了通道,故渗透实验的结果可作为蒸煮助剂筛选表面活性剂的依据之一。硫酸盐法蒸煮是在一定浓度的碱溶液中进行的,而NaOH溶液的表面张力很高,渗透到纤维内部较难,故在蒸煮过程中加入表面活性剂,有利于降低溶液的表面张力,增加蒸煮液对原料的润湿能力,从而加速蒸煮液的渗透扩散以及原料的润涨作用,使蒸煮液能有效快速的发挥作用。实验中我们将渗透实验筛选出的几种表面活性剂加入蒸煮液后,测定其表面张力,结果显示加入绿氧与十二烷基苯磺酸钠蒸煮液的表面张力分别为45.2mN/m,45.4mN/m,接近于纤维素的表面张力45mN/m。经过蒸煮助剂组分优化,将筛选出的几种表面活性剂按蒽醌30%、表面活性剂10%、Na2SO360%的比例复配成蒸煮助剂,然后用在杨木硫酸盐法的蒸煮过程中,结果显示在浆料卡伯值和粘度接近的情况下,蒸煮助剂中复配十二烷基磺酸钠蒸煮后浆料的细浆得率比绿氧蒸煮后浆料的细浆得率高2.04%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 现代制浆技术的现状与发展方向
• 1.1.1 现代制浆技术的现状
• 1.1.2 现代制浆技术的发展方向
• 1.2 主要的蒸煮方法
• 1.2.1 碱法蒸煮
• 1.2.2 亚硫酸盐法蒸煮
• 1.3 硫酸盐法制浆
• 1.3.1 硫酸盐法制浆的研究进展
• 1.3.1.1 传统硫酸盐蒸煮和升温曲线特点
• 1.3.1.2 深度脱木素的机理
• 1.3.1.3 深度脱木素在蒸煮中的应用
• 1.3.2 硫酸盐法蒸煮中木素的化学反应
• 1.3.3 化学法蒸煮过程中脱木素的反应历程
• 1.4 添加助剂的蒸煮技术
• 1.4.1 有机类蒸煮助剂
• 1.4.1.1 蒽醌类蒸煮助剂
• 1.4.1.2 绿氧
• 1.4.1.3 表面活性剂
• 1.4.2 其它类蒸煮助剂
• 1.4.3 无机类蒸煮助剂
• 1.4.4 研究蒸煮助剂的意义
• 1.5 本论文的内容与目的
• 1.5.1 本论文的内容
• 1.5.2 本论文的创造性工作
• 第二章 实验
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 主要试剂
• 2.2 绿氧成分分析
• 2.2.1 绿氧成分定性分析
• 2.2.2 绿氧成分定量分析
• 2.2.2.1 绿氧中蒽醌的定量分析
• 2.2.2.2 绿氧中Na2S03的定量分析
• 2.2.2.3 绿氧中水分含量的测定
• 2.3 表面活性剂的筛选
• 2.3.1 渗透实验
• 2.3.2 蒸煮液表面张力的测定
• 2.3.3 蒸煮液粘度的测定
• 2.4 蒸煮
• 2.4.1 蒸煮液的配制
• 2.4.2 蒸煮设备
• 2.4.3 蒸煮
• 2.4.4 洗浆
• 2.4.5 相关指标检测
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 绿氧中各成分定性分析结果
• 3.1.1 绿氧中有机物的定性分析
• 3.1.2 绿氧水不溶物B分析
• 3.1.3 绿氧水溶物中有机物C的分析
• 3.1.4 四氯化碳萃取后的水层蒸发残余物D的分析
• 3.2 绿氧中各成分定量分析结果
• 3.2.1 绿氧中蒽醌的定量分析
• 2SO₃的定量分析'>3.2.2 绿氧中Na₂SO₃的定量分析
• 3.2.3 绿氧中水分的定量分析
• 3.2.4 绿氧中表面活性剂的定量分析
• 3.3 原料有机溶剂抽出物的分析
• 3.3.1 杨木有机溶剂抽出物的红外光谱分析
• 3.3.2 渗透残余液体紫外光谱分析
• 3.4 不同表面活性剂对蒸煮液渗透性的影响
• 3.4.1 不同表面活性剂对渗透液进入木片体积的影响
• 3.4.2 不同表面活性剂对渗透液溶出木片中物质浓度的影响
• 3.4.3 不同表面活性剂与进入木片单位体积渗透液溶出木片中物质量的关系
• 3.4.4 不同表面活性剂对蒸煮液表面张力的影响
• 3.4.5 表面活性剂对蒸煮药液粘度的影响
• 3.4.6 蒸煮助剂的配置
• 3.5 蒸煮实验
• 3.5.1 原料成分
• 3.5.2 不同表面活性剂对杨木硫酸盐浆料性质的影响
• 3.5.2.1 不同表面活性剂对黑液残碱的影响
• 3.5.2.2 不同表面活性剂对浆料得率的影响
• 3.5.2.3 不同表面活性剂对浆料卡伯值的影响
• 3.5.2.4 不同表面活性剂对浆料粘度的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢