竹沥液对粉单竹APMP浆返黄的影响

骆莲新程丽萍齐缘凤王双飞,＊周宏建

(1.广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁,530004;

2.黑龙江北大荒纸业责任有限公司,黑龙江密山,158328)

竹沥液对粉单竹APMP浆返黄的影响

骆莲新1程丽萍1齐缘凤1王双飞1,＊周宏建2

(1.广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁,530004;

2.黑龙江北大荒纸业责任有限公司,黑龙江密山,158328)

探讨了竹沥液在粉单竹APMP浆返黄过程中的影响。结果发现,粉单竹压出竹沥液后,APMP法所制未漂纸浆白度可提高2.57个百分点,漂白纸浆白度提高1.04个百分点;经紫外光照加速老化,压出竹沥液后,APMP竹浆返黄程度降低。对竹浆原料进行分析发现,压出竹沥液后竹子原料的抽出物含量有所下降。对返黄竹浆的水抽出物进行研究发现,随返黄程度的增加,水溶液中溶出的物质增多,脱除竹沥液可减少竹浆中的有色物质。压出竹子中的竹沥液可以提高竹子化机浆的白度,降低竹浆的返黄程度。

竹沥液;APMP竹浆;返黄

我国造纸工业受到日益严重的资源、能源和环境危机,开发利用新的纤维资源,研究高得率、低污染、低能耗的制浆方法,是制浆造纸科学工作者面临的问题。而竹子高得率浆既满足国家合理开发利用非木材纤维资源的号召,又满足高得率、节约资源的要求。但是竹子高得率浆难漂白、易返黄的特性影响竹子高得率浆的发展。

竹子除了木素与木材原料存在较大的区别外,竹子原料中各种抽出物的含量也较高,约高出木材原料的1倍左右[1]。竹子原料的抽出物含有复杂的蛋白质、多糖、酚类、酯类等化学组分,对制浆漂白生产过程和产品质量会造成不良影响,对竹子高得率浆的影响更大。

竹沥液是从竹子中提取出来的一种液体,其成分包括有机酸类、酚类、醇类、醚类、酯类、脂肪类等物质[2],在制浆漂白过程中竹沥液的部分物质不易脱除,一方面会消耗化学药品,另一方面这些物质大都含有发色基团苯环及助色基团甲氧基,对竹浆的白度和返黄都有一定的不利影响[3]。

1 实 验

1.1 实验原料

从广西南宁某林场购买的新鲜粉单竹。

1.2 实验仪器和设备

自制光返黄装置;压榨机;JSP挤压疏解机; ZSP-300高浓盘磨机;ZQS5筛浆机;D77114电动植物粉碎机;纸张标准抄片器;电热恒温鼓风干燥箱; Agilent 8453紫外-可见光光度计;YQ-Z-48A白度测定仪。

1.3 实验方法

1.3.1 浆料制备

分别将用压榨机压出竹沥液和未压竹沥液的竹子切成片,用APMP法制浆,洗涤筛选,再进行H2O2补充漂白,抄片。

1.3.2 手抄片紫外光返黄处理

将纸片放置于自制光返黄装置中进行紫外光照射,到指定时间后取出,立即检测白度;然后再在避光条件下平衡4 h后测定白度,计算返黄值[4]。

1.3.3 原料分析

原料、返黄纸浆用粉碎机粉碎后,取40～60目之间的竹粉,化学组分按照国家标准方法测定。

1.3.4 返黄竹浆水抽出物紫外光谱的测定

取原料分析冷水抽出物、热水抽出物、1%NaOH抽出物经过G2过滤器的过滤液,以蒸馏水为参比,直接测定水样紫外吸收光谱图。

2 结果与讨论

2.1 竹浆光返黄特性

纸浆光诱导返黄过程实际上就是在紫外光和氧气作用下的光氧化反应,纸浆中木素的潜在发色结构发生化学变化,生成吸收光的结构,纸浆的吸光系数增加,从而使白度下降[5]。图1和图2为APMP竹浆和漂白AP MP竹浆手抄片在不同紫外光照时间下的白度及返黄值变化。

从图1和图2可以看出,压出竹沥液的APMP竹浆和漂白竹浆比未压出竹沥液竹浆的白度分别提高2.57个百分点和1.04个百分点,返黄值降低,说明竹沥液的脱除可改善竹浆制浆和漂白性能,提高白度的稳定性。一方面是因为压榨处理使得竹片变得疏松,有利于制浆过程中化学药品的渗透,提高处理效果,另一方面,新鲜竹子经压榨后,降低残留浆中的竹沥液含量,可认为减少了带发色基团苯环及助色基团甲氧基等有色物质的影响。图2中,漂白APMP竹浆返黄程度比未漂APMP竹浆的返黄程度高,具有同其他漂白高得率纸浆一样的易返黄特性。

另外,不同的紫外光照时间,白度的下降速率也不一样,说明不同光照时间内,纸张中残留木素引起返黄的潜在发色结构也不相同。Tschirner等[6]发现,还原云杉T MP浆的羰基和醚化酚羟基后,可以阻止浆的光返黄达2 h,然而继续进行光照,白度的下降与未处理的浆料趋势相同。Gierer等[7]用重氮甲烷甲基化磨木木素,发现甲基化酚羟基可降低T MP浆的返黄程度。图1和图2中,对于未漂和漂白的竹子APMP浆,在前6 h,白度下降速率最快,可认为在光返黄初期主要是由木素中的羰基、酚型结构等光氧化反应造成,随着该结构的消耗,返黄速率下降,超过18 h后返黄速率又有所提高,这可能是由于其他发色基团的参与。

2.2 APMP竹浆原料分析

粉单竹原料及APMP制浆漂白过程中化学成分变化见表1。

表1 APM P制浆漂白过程中粉单竹化学成分变化

从表1可以看出,竹子原料压出竹沥液后,苯醇抽出物、1%NaOH抽出物、热水抽出物、冷水抽出物含量都有所下降,说明脱除竹沥液的同时也除去了部分抽出物。而竹沥液的脱除对APMP竹浆和漂白APMP竹浆的抽出物含量和木素含量影响不明显。

经APMP制浆后,一定量的糖类和木素被降解溶出,竹浆的抽出物含量明显降低,且木素含量也有所降低。但H2O2漂白后,冷水抽出物和热水抽出物的含量有所提高,且热水抽出物含量的增加更为明显,这是由于漂白主要是H2O2破坏木素生成的各类发色结构(如对醌、邻醌等),热水抽提对木素有一定的溶出作用。

2.3 竹浆返黄过程中的抽出物

2.3.1 抽出物含量变化

图3 紫外光返黄过程中APMP竹浆和漂白APMP竹浆抽出物含量

返黄浆料在水中浸泡后有部分物质溶出,从图3可以看出,随紫外光照时间的延长和纸张返黄程度的提高,抽出物的含量增加。这是由于在紫外光和氧气作用下,木素分子在生成各种发色结构的同时,也包含木素分子内连接键的断裂,使木素分子碎片化,小分子木素或苯环低聚物在1%NaOH水溶液中溶出。Vanucci C等研究发现,经紫外光照射后木素模型物的β-O-4醚键发生断裂,并有相应的单体产物愈创木酚、苯乙酮和酮醇生成[8]。紫外光照时间越长,光诱导降解的木素分子越多,抽出物的含量提高。实验发现,紫外光照时间越长,抽出物及其溶液的颜色越深,呈现橙黄色,有更多物质溶出。图3(c)中,压出竹沥液的未漂APMP竹浆1%NaOH抽出物的含量高于未压出竹沥液的,这可能是由于经过漂白后,降解的木素更易溶出,但这并不影响其白度高于未脱除竹沥液的竹浆。

2.3.2 返黄竹浆水抽出物紫外光谱图

紫外光谱图中,木素在205 nm和280 nm处有吸收峰,这是木素特征吸收峰。205 nm处为易溶于水的含芳香环的低聚物的吸收峰,280 nm处主要是木素中有氧取代的苯环吸收峰[9]。

(1)冷水抽出物

由图4和图5可以看出,冷水抽出物在205 nm和280 nm处有吸收峰,说明抽出物中含有木素。随紫外光照时间的延长,吸收峰的强度增大,可认为是光照时间足够长时,木素结构中较难断裂的醚键也会发生断裂,有更多的小分子木素溶解出来,同时生成更多的发色基团,如共轭羰基等。且205 nm处的吸光度比280 nm处的吸光度的速率增加得快,可看成在返黄过程中较易形成含芳香环的低聚物,而溶出的低聚物结构中含有大量醌型结构,水溶液呈现出橙黄色。

由图4、图5还可以看出,未压出竹沥液吸收峰的吸光度比压出竹沥液的大,说明脱除竹沥液可减少竹浆中的有色物质。漂白APMP竹浆的冷水抽出物吸光度大于APMP竹浆的,漂白竹浆中含有更多的小分子木素和有色物质,返黄程度较高。

(2)热水抽出物

在图6和图7中,在280 nm处有明显的吸收峰,且吸光度大于冷水抽出物的,有氧取代的苯环在热水中较易溶出。热水抽出物和冷水抽出物两者成分大体相同,热水抽出物的数量较冷水抽出物多。在205 nm处,由于物质的吸收峰较多,掩盖了木素的特征吸收峰。

未压出竹沥液吸收峰的吸光度较压出竹沥液的大,随返黄程度的增加,吸收峰强度增大。漂白竹浆的吸收峰强度较未漂竹浆的小,这是由于在高温下溶出更多的木素,且未漂APMP浆的木素含量较高。

3 结 论

3.1 除去粉单竹中的竹沥液,APMP竹浆的白度可提高2.57个百分点,漂白APMP竹浆的白度可提高1.04个百分点,且返黄值降低。

3.2 对压出竹沥液后的竹子进行原料分析发现,竹子的苯-醇抽出物、冷水抽出物、热水抽出物、1%NaOH抽出物的含量都有所下降,脱除竹沥液的同时也除去了部分抽出物。

3.3 对返黄竹浆的水抽出物进行研究发现,随返黄程度的增加,水溶液中溶出的物质增多,脱除竹沥液可减少竹浆中的有色物质。

[1] 杨淑蕙.植物纤维化学[M].北京:中国轻工业出版社,2001.

[2] 柏明娥,陈顺伟,庄晓伟.贮藏过程竹醋液组分及其含量的差异分析[J].竹子研究汇刊,2005,24(3):36.

[3] 关 亮.竹沥液成分测定及对漂白、返黄性能影响的分析[D].南宁:广西大学,2008.

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Abstract:The effect of succus bambusae on yellowing of bambusa chungiiAPMP pulp was investigated.By removing succus bambusae,th brightness ofAPMP pulp and bleached pulp was improved by 2.57%ISO and 1.04%ISO respectively.AfterUV irradiation,the yellowin trend of the APMP pulp was also decreased.The extractives content of bamboo material was reduced.The study of yellowing pulp's wate extractives indicated thatmore dissolved substanceswere releasedwith the increasing of yellowing,and the coloredmatterswere decreased b removing bambusa chungii.The result showed that the removal of succus bambusae could improve the brightness ofAPMP pulp,and reduc yellowing.

Keywords:succus bambusae;APMP bamboo pulp;yellowing

(责任编辑:赵旸宇)

Effect of Succus Bambusae on Yellowing of Bambusa ChungiiAPM P Pulp

LUO Lian-xin1CHENGLi-ping1Q I Yuan-feng1WANG Shuang-fei1,＊ZHOU Hong-jian2
(1.Institute of Light Industrial and Food Engineering,Guangxi University,Nanning,Guangxi Zhuang Autonom ous Region,530004;
2.Heilongjiang Beidahuang Paper Industry Co.,Ltd.,M ishan,Heilongjiang Province,158328)
(＊E-mail:wangsf@gxu.edu.cn)

TS749

A

1000-6842(2010)02-0022-05

2010-01-08(修改稿)

本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金“高得率竹浆中木素和非木素组分的发色、返色机理与生物控制研究”(20070593005)的资助。

骆莲新,女;在读博士研究生;主要研究方向:糖类副产品资源化技术及环境控制。

＊通信联系人:王双飞,E-mail:wangsf@gxu.edu.cn。