竹瀝液對粉單竹APMP漿返黃的影響

駱蓮新程麗萍齊緣鳳王雙飛,＊周宏建

(1.廣西大學輕工與食品工程學院,廣西南寧,530004;

2.黑龍江北大荒紙業責任有限公司,黑龍江密山,158328)

竹瀝液對粉單竹APMP漿返黃的影響

駱蓮新1程麗萍1齊緣鳳1王雙飛1,＊周宏建2

(1.廣西大學輕工與食品工程學院,廣西南寧,530004;

2.黑龍江北大荒紙業責任有限公司,黑龍江密山,158328)

探討了竹瀝液在粉單竹APMP漿返黃過程中的影響。結果發現,粉單竹壓出竹瀝液后,APMP法所制未漂紙漿白度可提高2.57個百分點,漂白紙漿白度提高1.04個百分點;經紫外光照加速老化,壓出竹瀝液后,APMP竹漿返黃程度降低。對竹漿原料進行分析發現,壓出竹瀝液后竹子原料的抽出物含量有所下降。對返黃竹漿的水抽出物進行研究發現,隨返黃程度的增加,水溶液中溶出的物質增多,脫除竹瀝液可減少竹漿中的有色物質。壓出竹子中的竹瀝液可以提高竹子化機漿的白度,降低竹漿的返黃程度。

竹瀝液;APMP竹漿;返黃

我國造紙工業受到日益嚴重的資源、能源和環境危機,開發利用新的纖維資源,研究高得率、低污染、低能耗的制漿方法,是制漿造紙科學工作者面臨的問題。而竹子高得率漿既滿足國家合理開發利用非木材纖維資源的號召,又滿足高得率、節約資源的要求。但是竹子高得率漿難漂白、易返黃的特性影響竹子高得率漿的發展。

竹子除了木素與木材原料存在較大的區別外,竹子原料中各種抽出物的含量也較高,約高出木材原料的1倍左右[1]。竹子原料的抽出物含有復雜的蛋白質、多糖、酚類、酯類等化學組分,對制漿漂白生產過程和產品質量會造成不良影響,對竹子高得率漿的影響更大。

竹瀝液是從竹子中提取出來的一種液體,其成分包括有機酸類、酚類、醇類、醚類、酯類、脂肪類等物質[2],在制漿漂白過程中竹瀝液的部分物質不易脫除,一方面會消耗化學藥品,另一方面這些物質大都含有發色基團苯環及助色基團甲氧基,對竹漿的白度和返黃都有一定的不利影響[3]。

1 實 驗

1.1 實驗原料

從廣西南寧某林場購買的新鮮粉單竹。

1.2 實驗儀器和設備

自制光返黃裝置;壓榨機;JSP擠壓疏解機; ZSP-300高濃盤磨機;ZQS5篩漿機;D77114電動植物粉碎機;紙張標準抄片器;電熱恒溫鼓風干燥箱; Agilent 8453紫外-可見光光度計;YQ-Z-48A白度測定儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 漿料制備

分別將用壓榨機壓出竹瀝液和未壓竹瀝液的竹子切成片,用APMP法制漿,洗滌篩選,再進行H2O2補充漂白,抄片。

1.3.2 手抄片紫外光返黃處理

將紙片放置于自制光返黃裝置中進行紫外光照射,到指定時間后取出,立即檢測白度;然后再在避光條件下平衡4 h后測定白度,計算返黃值[4]。

1.3.3 原料分析

原料、返黃紙漿用粉碎機粉碎后,取40～60目之間的竹粉,化學組分按照國家標準方法測定。

1.3.4 返黃竹漿水抽出物紫外光譜的測定

取原料分析冷水抽出物、熱水抽出物、1%NaOH抽出物經過G2過濾器的過濾液,以蒸餾水為參比,直接測定水樣紫外吸收光譜圖。

2 結果與討論

2.1 竹漿光返黃特性

紙漿光誘導返黃過程實際上就是在紫外光和氧氣作用下的光氧化反應,紙漿中木素的潛在發色結構發生化學變化,生成吸收光的結構,紙漿的吸光系數增加,從而使白度下降[5]。圖1和圖2為APMP竹漿和漂白AP MP竹漿手抄片在不同紫外光照時間下的白度及返黃值變化。

從圖1和圖2可以看出,壓出竹瀝液的APMP竹漿和漂白竹漿比未壓出竹瀝液竹漿的白度分別提高2.57個百分點和1.04個百分點,返黃值降低,說明竹瀝液的脫除可改善竹漿制漿和漂白性能,提高白度的穩定性。一方面是因為壓榨處理使得竹片變得疏松,有利于制漿過程中化學藥品的滲透,提高處理效果,另一方面,新鮮竹子經壓榨后,降低殘留漿中的竹瀝液含量,可認為減少了帶發色基團苯環及助色基團甲氧基等有色物質的影響。圖2中,漂白APMP竹漿返黃程度比未漂APMP竹漿的返黃程度高,具有同其他漂白高得率紙漿一樣的易返黃特性。

另外,不同的紫外光照時間,白度的下降速率也不一樣,說明不同光照時間內,紙張中殘留木素引起返黃的潛在發色結構也不相同。Tschirner等[6]發現,還原云杉T MP漿的羰基和醚化酚羥基后,可以阻止漿的光返黃達2 h,然而繼續進行光照,白度的下降與未處理的漿料趨勢相同。Gierer等[7]用重氮甲烷甲基化磨木木素,發現甲基化酚羥基可降低T MP漿的返黃程度。圖1和圖2中,對于未漂和漂白的竹子APMP漿,在前6 h,白度下降速率最快,可認為在光返黃初期主要是由木素中的羰基、酚型結構等光氧化反應造成,隨著該結構的消耗,返黃速率下降,超過18 h后返黃速率又有所提高,這可能是由于其他發色基團的參與。

2.2 APMP竹漿原料分析

粉單竹原料及APMP制漿漂白過程中化學成分變化見表1。

表1 APM P制漿漂白過程中粉單竹化學成分變化

從表1可以看出,竹子原料壓出竹瀝液后,苯醇抽出物、1%NaOH抽出物、熱水抽出物、冷水抽出物含量都有所下降,說明脫除竹瀝液的同時也除去了部分抽出物。而竹瀝液的脫除對APMP竹漿和漂白APMP竹漿的抽出物含量和木素含量影響不明顯。

經APMP制漿后,一定量的糖類和木素被降解溶出,竹漿的抽出物含量明顯降低,且木素含量也有所降低。但H2O2漂白后,冷水抽出物和熱水抽出物的含量有所提高,且熱水抽出物含量的增加更為明顯,這是由于漂白主要是H2O2破壞木素生成的各類發色結構(如對醌、鄰醌等),熱水抽提對木素有一定的溶出作用。

2.3 竹漿返黃過程中的抽出物

2.3.1 抽出物含量變化

圖3 紫外光返黃過程中APMP竹漿和漂白APMP竹漿抽出物含量

返黃漿料在水中浸泡后有部分物質溶出,從圖3可以看出,隨紫外光照時間的延長和紙張返黃程度的提高,抽出物的含量增加。這是由于在紫外光和氧氣作用下,木素分子在生成各種發色結構的同時,也包含木素分子內連接鍵的斷裂,使木素分子碎片化,小分子木素或苯環低聚物在1%NaOH水溶液中溶出。Vanucci C等研究發現,經紫外光照射后木素模型物的β-O-4醚鍵發生斷裂,并有相應的單體產物愈創木酚、苯乙酮和酮醇生成[8]。紫外光照時間越長,光誘導降解的木素分子越多,抽出物的含量提高。實驗發現,紫外光照時間越長,抽出物及其溶液的顏色越深,呈現橙黃色,有更多物質溶出。圖3(c)中,壓出竹瀝液的未漂APMP竹漿1%NaOH抽出物的含量高于未壓出竹瀝液的,這可能是由于經過漂白后,降解的木素更易溶出,但這并不影響其白度高于未脫除竹瀝液的竹漿。

2.3.2 返黃竹漿水抽出物紫外光譜圖

紫外光譜圖中,木素在205 nm和280 nm處有吸收峰,這是木素特征吸收峰。205 nm處為易溶于水的含芳香環的低聚物的吸收峰,280 nm處主要是木素中有氧取代的苯環吸收峰[9]。

(1)冷水抽出物

由圖4和圖5可以看出,冷水抽出物在205 nm和280 nm處有吸收峰,說明抽出物中含有木素。隨紫外光照時間的延長,吸收峰的強度增大,可認為是光照時間足夠長時,木素結構中較難斷裂的醚鍵也會發生斷裂,有更多的小分子木素溶解出來,同時生成更多的發色基團,如共軛羰基等。且205 nm處的吸光度比280 nm處的吸光度的速率增加得快,可看成在返黃過程中較易形成含芳香環的低聚物,而溶出的低聚物結構中含有大量醌型結構,水溶液呈現出橙黃色。

由圖4、圖5還可以看出,未壓出竹瀝液吸收峰的吸光度比壓出竹瀝液的大,說明脫除竹瀝液可減少竹漿中的有色物質。漂白APMP竹漿的冷水抽出物吸光度大于APMP竹漿的,漂白竹漿中含有更多的小分子木素和有色物質,返黃程度較高。

(2)熱水抽出物

在圖6和圖7中,在280 nm處有明顯的吸收峰,且吸光度大于冷水抽出物的,有氧取代的苯環在熱水中較易溶出。熱水抽出物和冷水抽出物兩者成分大體相同,熱水抽出物的數量較冷水抽出物多。在205 nm處,由于物質的吸收峰較多,掩蓋了木素的特征吸收峰。

未壓出竹瀝液吸收峰的吸光度較壓出竹瀝液的大,隨返黃程度的增加,吸收峰強度增大。漂白竹漿的吸收峰強度較未漂竹漿的小,這是由于在高溫下溶出更多的木素,且未漂APMP漿的木素含量較高。

3 結 論

3.1 除去粉單竹中的竹瀝液,APMP竹漿的白度可提高2.57個百分點,漂白APMP竹漿的白度可提高1.04個百分點,且返黃值降低。

3.2 對壓出竹瀝液后的竹子進行原料分析發現,竹子的苯-醇抽出物、冷水抽出物、熱水抽出物、1%NaOH抽出物的含量都有所下降,脫除竹瀝液的同時也除去了部分抽出物。

3.3 對返黃竹漿的水抽出物進行研究發現,隨返黃程度的增加,水溶液中溶出的物質增多,脫除竹瀝液可減少竹漿中的有色物質。

[1] 楊淑蕙.植物纖維化學[M].北京:中國輕工業出版社,2001.

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[3] 關 亮.竹瀝液成分測定及對漂白、返黃性能影響的分析[D].南寧:廣西大學,2008.

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[9] 陳嘉翔.植物纖維化學結構的研究方法[M].廣州:華南理工大學出版社,1989.

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

(責任編輯:趙旸宇)

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)

本課題得到高等學校博士學科點專項科研基金“高得率竹漿中木素和非木素組分的發色、返色機理與生物控制研究”(20070593005)的資助。

駱蓮新,女;在讀博士研究生;主要研究方向:糖類副產品資源化技術及環境控制。

＊通信聯系人:王雙飛,E-mail:wangsf@gxu.edu.cn。