云娜　何北海

摘要：采用紫外光诱导返黄的方法，设定不同的照射时间，使用白度损失（ΔR）、返黄值（PC值）及色差（ΔE*）等返黄指标对废纸脱墨浆纸张返黄性能进行综合评价；通过回归分析建立了废纸脱墨浆光诱导返黄数学模型。结果表明，ΔR、PC值和ΔE*与b*呈线性关系；在给定的光诱导条件下，随着紫外光照射时间的延长，纸浆ΔR、PC值和ΔE*均不断增大，且是一个先快速后慢速的返黄过程；废纸脱墨浆的ΔR、PC值和ΔE*与紫外光照射时间呈分段线性关系，且氢氧化镁基过氧化氢漂白浆（PMg（OH）2）比氢氧化钠基过氧化氢漂白浆（PNaOH）的白度稳定性高；建立的废纸脱墨浆光诱导返黄数学模型具有良好的适应性。

关键词：废纸脱墨浆；光诱导返黄；回归分析；数学模型

中图分类号：TS745

文献标识码：A

DOI：1011981/jissn1000684220180217

废纸脱墨浆是以废纸纤维为主要原料，经过碎浆处理，除掉废纸中的印刷油墨和其他杂质得到的再生纸浆。在碎浆、脱墨等处理的过程中，废纸中的油墨会产生分离、沉积、再分离、再沉积等现象，使得成纸白度降低[1]。近年来，废纸浆因具有节约资源和能源等特点，日益受到人们的关注，其应用范围也从最初生产包装用箱纸板，扩大到生产高附加值的新闻纸、高级新闻纸、卫生纸、超级压光纸和低定量涂布纸等[24]，相应地，对其白度、白度稳定性以及强度等性能也提出了新的要求。

纸浆在储存过程中，受到储存环境，如温度、相对湿度和紫外光照射等的影响而造成颜色的变化，这就是所谓的返黄现象。纸浆返黄一般有两个诱导因素：热诱导和光诱导。由于在光的照射下，机械浆会快速返黄，含机械浆的废纸脱墨浆亦是如此。这主要是由于其纤维中木素含量高造成的，使得相关纸产品的应用受到很大限制。在过去的几十年里，人们对机械浆的返黄做了大量的研究，但是对于其返黄机理仍尚未有明晰的认识[510]；而且，国内外关于废纸脱墨浆返黄的研究很少[1113]。有研究者采用X射线光电子能谱（XPS）技术对针叶木热磨机械浆（TMP）、阔叶木化学预处理热磨机械浆（CTMP）和脱墨浆等几种漂白浆的表面木素进行了测定[14]，结果表明，对于针叶木TMP和脱墨浆，其氢氧化镁基碱源过氧化氢漂白浆比氢氧化钠基碱源过氧化氢漂白浆的表面木素含量少，作者进而推测出后者比前者易返黄，但是此假设尚未被其他研究者证实。

本研究对废纸脱墨浆未漂浆、氢氧化钠基过氧化氢漂白浆（PNaOH）和氢氧化镁基过氧化氢漂白浆（PMg（OH）2）进行紫外光诱导加速返黄，采用白度损失（ΔR）、返黄值（PC值）、色差（ΔE*）3种评价指标评估其返黄性能，且对这些指标随光照时间延长的变化规律进行了研究和分析，并在此基础上建立了废纸脱墨浆光诱导返黄过程中ΔR、PC值及ΔE*变化的数学模型，以探索在紫外光照射下废纸脱墨浆返黄的规律。

1实验

11原料

废纸（8#美废）脱墨浆取自广东某纸厂废纸脱墨生产线热分散机入口，该脱墨浆未漂浆白度472%，抗张指数158 N·m/g。实验用氢氧化镁（Mg（OH）2）、氢氧化钠（NaOH）、过氧化氢（H2O2）、硅酸钠（Na2SiO3）、乙二胺四乙酸（EDTA）等化学药品均为分析纯，购自化学试剂厂。化学药品用量以对绝干浆质量计算。

12H2O2漂白

H2O2漂白实验在置于恒温水浴锅的聚乙烯薄膜袋中进行。称取一定量的蒸馏水及化学品（Na2SiO3、EDTA、NaOH或Mg（OH）2）置于烧杯中搅拌均匀，备用。

先把恒温水浴锅预热至所需温度，准确称取一定量的废纸脱墨浆装入聚乙烯薄膜袋中，把所需药液倒入浆中，搓揉均匀，再倒入一定量的H2O2，接着搓揉以达到良好的混合效果，将聚乙烯薄膜袋密封好，完全浸入恒温水浴锅中。在漂白过程中，每隔15 min搓揉一次，以保证反应均匀进行。达到预定时间后，用蒸馏水洗涤浆料。然后用脱水机脱水，分散后转入干净的封口塑料袋中，平衡水分后用于进一步分析。

H2O2漂白的实验条件为：H2O2用量300%，EDTA用量050%，Na2SiO3用量200%，温度80℃，反应时间120 min，浆浓10%。PNaOH的NaOH用量200%；PMg（OH）2的Mg（OH）2用量145%。

13抄造手抄片

将纤维疏解后，按照TAPPI标准T205的要求，采用凯塞法自动抄纸系统（RK3AKWT，奥地利PTI公司）抄造手抄片，然后放入符合TAPPI标准T402规定的恒温恒湿室24 h，供测定其物理性能使用。

14光诱导返黄实验

光诱导返黄实验在紫外光加速老化实验机（QUV341，美国QLab公司）中进行，发射光波长340 nm，温度50℃，相对湿度50%，光照强度085 W/m2，纸片大小110 mm×80 mm。紫外光照射达到预定的时间后取出纸片，在避光室温的环境中放置30 min后，采用白度仪测定其光学性能。

15纸张白度损失（ΔR）

按照TAPPI标准T452的要求，采用白度仪（Elrepho 070，瑞典L&W公司）测定手抄片的白度。根据式（1）计算紫外光照射后的ΔR。

ΔR =R∞0 - R∞1（1）

式中，R∞0、R∞1分别为纸张老化前后的白度。

废纸脱墨浆光诱导返黄研究第33卷第2期

第33卷第2期废纸脱墨浆光诱导返黃研究

16纸张返黄值（PC值）

PC值常用于评估纸张的返黄程度，PC值越大表明纸张返黄越严重。根据式（2）计算纸张的PC值[1516]。

PC值 =[（1 - R∞1）2 / 2R∞1-（1 - R∞0）2 / 2R∞0]× 100（2）

17色差（ΔE*）

ΔE*以明度指数、色品指数的差异来定量表示色彩知觉差异，两种样品的色差值一般采用国际发光照明委员会推荐的CIELAB（L*a*b*）系统及其有关色差公式进行计算。在此色彩空间系统中，L*表示明度；a*的正值表示红色，a*的负值表示绿色；b*的正值表示黄色，b*的负值表示蓝色。ΔE*的计算见式（3）。

ΔE* =[（L1* - L0*）2 +（a1* - a0*）2+（b1* - b0*）2]1/2（3）

式中，L0*、L1*分别为老化前后的明度指数；a0*、b0*和a1*、b1*分别为老化前后的色品指数。

2结果与讨论

21废纸脱墨浆光诱导返黄性能评价指标

采用ΔR、PC值和ΔE*指标对废纸脱墨浆光诱导返黄性能进行综合评价。为了说明纸浆的ΔR、PC值和ΔE*对纸浆光诱导返黄性能的评价情况，首先对其与CIELAB系统中色品指数b*的关系进行评价。根据CIELAB系统，b*的正、负值分别表示黄、蓝值，b*正值越大表明样品的颜色越偏黄，因此，b*可以表示纸张返黄的情况。废纸脱墨浆的未漂浆、PNaOH漂白浆和PMg（OH）2漂白浆的ΔR、PC值和ΔE*与b*的关系分别如图1、图2和图3所示，并对这3组数据分别进行拟合。拟合结果表明：ΔR、PC值和ΔE*与b*呈线性关系，3组线性方程的相关系数r均大于099，表明纸浆的ΔR、PC值和ΔE*与b*的线性关系非常显著，ΔR、PC值和ΔE*能够真实地反映纸张返黄的情况，因此，可以使用ΔR、PC值和ΔE*等指标对废纸脱墨浆未漂浆及其漂白浆返黄的程度进行综合评价。

22紫外光照射时间对纸浆ΔR、PC值和ΔE*的影响

本实验对纸浆的ΔR、PC值、ΔE*等光诱导返黄评价指标随紫外光照射时间延长的变化趋势进行了研究。照射时长设定为：0、5、10、15、20、25、30、60、90、120、180、240、300和360 min。

废纸脱墨浆未漂浆、PNaOH漂白浆和PMg（OH）2漂白浆的手抄片经紫外光不同时间照射后的ΔR、PC值及ΔE*的变化如图4、图5和图6所示。由图4、图5和图6可见，随着紫外光照射时间的延长，纸浆ΔR、PC值和ΔE*不断增大。在紫外光照射开始的30 min内，废纸脱墨浆未漂浆、PNaOH漂白浆和PMg（OH）2漂白浆手抄片的ΔR分别为22%、46%、40%；而在30～180 min内的ΔR才约等于此值（0～30 min的ΔR）；在180～360 min内的ΔR还未超过此值（0～30 min的ΔR）。3种手抄片的PC值及ΔE*在紫外光照射开始的30 min内分别增加了40、61、52及06、27、24，PC值及ΔE*增值的变化在最初的30 min内也是最大的，说明这是一个快速返黄的阶段。随着紫外光照射时间的延长，ΔR、PC值和ΔE*的增加速率均减缓，说明这是一个较慢速返黄的阶段。紫外光照射360 min时，未漂浆、PNaOH漂白浆和PMg（OH）2漂白浆的ΔR值分别是68%、117%、113%，PC值分别是145、190、181，ΔE*分别是50、82、81，说明PMg（OH）2漂白浆的白度稳定性比PNaOH漂白浆好。

23废纸脱墨浆光诱导返黄数学模型的建立

本课题采用实验法建立了废纸脱墨浆光诱导返黄数学模型。废纸脱墨浆未漂浆、PNaOH漂白浆和PMg（OH）2漂白浆的ΔR、PC值及ΔE*分别对紫外光照射时间作散点图，然后进行拟合，得到如图7、图8和图9所示的曲线。

由图7、图8和图9可知，ΔR-t、PC值-t及ΔE*-t呈分段线性关系，并且在紫外光照射时间约为30 min时出现拐点。使用Origin软件分段对数据进行线性回归分析，结果见表1、表2和表3。由这些回归数据可知，所有的线性回归方程中，判定系数R2 ≥ 095，表明在此回归模型中，因变量和自变量的线性关系明显；相对应的显著性概率Prob>F值极小，远远小于005，表明在置信水平α = 005时，所有回归方程的线性关系十分显著。

因此，通过以上分析认为，在废纸脱墨浆光诱导返黄过程中，ΔR、PC值及ΔE*随紫外光照射时间（t）变化的数学模型分别为：

ΔR=a1 · t + b1（0 < t< t1）

ΔR=a2 · t + b2（t > t1）

PC值=A1·t + B1（0 < t< t1）

PC值=A2·t +B2 （t > t1）

ΔE* = α1·t + β1（0 < t < t1）

ΔE* = α2·t + β2（t > t1）

式中，a1、A1、α1、a2、A2、α2 為拟合直线的斜

24废纸脱墨浆光诱导返黄数学模型的验证

采用与上述实验用废纸脱墨浆初始白度略有差异的浆料（2#废纸脱墨浆未漂浆）及其不同NaOH基和Mg（OH）2基H2O2漂白浆进行重复实验，并对数学模型进行验证。ΔR、PC值及ΔE*随紫外光照射时间的变化如图10、图11和图12所示。

由图10、图11和图12可知，2#废纸脱墨浆的ΔR、PC值及ΔE*随紫外光照射时间的延长也呈分段线性关系，以30 min左右为界，出现先快速返黄后较慢速返黄的动力学阶段；且判定系数R2均大于095，显著性概率Prob>F值极小，远远小于005，在置信水平α = 005条件下，拟合得到的回归方程线性关系十分显著。由此可见，实验数据与所得模型具有良好的吻合性，说明此数学模型对废纸脱墨浆光诱导返黄性能具有良好的适用性。

3结论

31废纸脱墨浆白度损失（ΔR）、返黄值（PC值）、色差（ΔE*）与色品指数b*呈线性关系，可采用ΔR、PC值和ΔE*这3种指标对废纸脱墨浆的返黄性能进行综合评价。

32随着紫外光照射时间的延长，纸浆ΔR、PC值和ΔE*均不断增大，且是一个先快速后慢速的过程。光照射360 min时，废纸脱墨浆氢氧化钠（NaOH）基过氧化氢（H2O2）漂白浆（PNaOH）和氢氧化镁（Mg（OH）2）基H2O2漂白浆（PMg（OH）2）的ΔR分别是117%、113%，PC值分别是190、181，ΔE*分别是82、81，说明PMg（OH）2比PNaOH的白度稳定性好。

33ΔR、PC值和ΔE*与紫外光照射时间（t）呈分段线性关系；通过拟合分析得到ΔR、PC值和ΔE*随t变化的模型。所得模型与实验数据具有良好的吻合性，并具有较好的适用性。

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