خمیر کاغذ
رنگبری
جذب نور توسط خمیرکاغذ و رنگ آن عمدتاً ناشی از لیگنین موجود در آن است. برای رسیدن
به میزان قابل توجهی از سفیدی و براقبت، بایستی لیگنین باقیمانده را از خمیر خارج
کرد و یا گروه های رنگساز آن را تا آنجا که ممکن است از بین برد. بنابراین برای
سفید کردن خمیر کاغذ دو راه وجود دارد:
1-خارج ساختن
لیگنین (لیگنین زدایی)
2-تغییر دادن لیگنین
رنگبری در مورد خمیرهای شیمیایی که سبب سفیدی و براقبت دائمی و مطلوب می شود، از
طریق لیگنین زدایی انجام می گیرد این فرایند در چند مرحله جداگانه و معمولا ًبه
وسیله کلر و مواد شیمیایی کلردار و نیز اکسیژن عملی می شود.
رنگبری با حفظ لیگنین
به علت کمبود و گرانی مواد اولیه لینگوسلولزی در بیشتر نقاط جهان، خمیرهای مکانیکی
و شیمیایی- مکانیکی با بازده (راندمان) بالا مورد توجه هستند. امروزه این خمیرها
در کاغذهایی با روشنی بالا مورد استفاده قرار می گیرند. به طور معمول برای رسیدن
به این روشنی بالا از پراکسید هیدروژن استفاده می شود. این ماده آلودگی زیست محیطی
در برندارد زیرا بر پایه معادله زیر به سادگی به آب و اکسیژن تجزیه می شود:
از آنجایی که خمیرهای بازده بالا دارای مقادیر قابل ملاحظه ای
لیگنین هستند، پراکسید هیدروژن بدون خارج کردن لیگنین موجود در خمیر ساختارهای
رنگی (کروموفور) موجود در ملکول لیگنین را بی رنگ می سازد و بدین وسیله ضمن حفظ
بازده خمیر باعث افزایش روشنی خمیر می شود.
عامل فعال در فرایند رنگبری با پراکسید هیدروژن، آنیون پرهیدروکسیل می باشد که در
محیط قلیایی و بر پایه معادله زیر بوجود می آید، بنابراین برای تولید این یون فعال
نیاز به محیط قلیایی می باشد. قلیای متداول در رنگبری با پراکسید هیدروژن،
هیدروکسید سدیم است. اما این نکته مهم نباید فراموش شود که میزان زیاد هیدروکسید
سدیم باعث افزایش PH و ایجاد پدیده تیره شدگی قلیایی خمیر می گردد.
همچنین، پراکسید هیدروژن به رغم برتری های فراوان زیست محیطی و فناورانه، ماده شیمیایی ناپایداری می باشد و در معرض یون های فلزی واسطه موجود در خمیر یا آب فرایندی، افزایش دما و PH به سرعت تجزیه و تخریب می شود. در نتیجه، این عوامل سبب افزایش مصرف این ماده، کاهش بازده خمیر کاغذ (بواسطه ایجاد رادیکال های هیدروکسیل و سوپراکسید و هیدرولیز کربوهیدرات ها و لیگنین) و کاهش کارایی آن در بهبود روشنی خمیر می شوند. به همین دلیل پیش از عملیات رنگبری، خمیر توسط یک مرحله پیش تیمار و با استفاده از مواد کیلیت ساز، عاری از وجود یون های فلزی واسطه می شود. همچنین از سیلیکات سدیم برای کنترل PH و نیز کمک به حذف یون های فلزی واسطه استفاده می شود.
رنگبری با حفظ لیگنین که معمولاً براقبت متوسطی به کاغذ می
دهد، در مورد خمیرهای مکانیکی و نیمه شیمیایی با بازده بالا مناسب است. معمول ترین
مواد شیمیایی مورد استفاده در رنگبری با حفظ لیگنین عبارت است از سدیم دی تونیت و
سدیم پراکسید.
در این نوع رنگبری، لیگنین حذف نمی گردد بلکه ساختار آن دچار تغییر می شود که برای
کاغذ های روزنامه و کاغذهایی که دوام زیادی از آنها انتظار نمی رود، کاربرد دارد.
در خمیرهای مکانیکی و شیمیایی- میکانیکی، انواع ساختارها وجود دارند که نور مرئی
را جذب می کنند. این گونه گروههای رنگساز و گروههای رنگساز بالقوه مشتمل بر فنولها
و کاتکولها در ترکیب با ساختارهای اشباع شده استیرن، استیلین، دی فنیل متان و
بوتادی ان می باشد. این ساختارها می توانند به آسانی به ساختارهای هیدروکینونی
کاهش یابند. اصولاً گروه های رنگساز و گروه های رنگساز بالقوه را می توان به وسیله
عوامل کاهنده یا اکسنده حذف کرد. برای کاهش از ترکیباتی همچون سولفیت، دی تیونیت و
بوروهیدرید استفاده می شود.
دی تیونیت و بوروهیدرید قادرند کینونها را بکاهند. هیدروکینونها در رنگسازهای بالقوه نیز به آسانی در اثر اکسیژن به کینونها (گروه های رنگساز) اکسید می شوند. گروه های کینوئیدی در لیگنین در اثر پروکسیدهای قلیایی تخریب می شوند و محصولات پایداری می دهند. مثالهای از حذف گروههای کروموفور در لیگنین توسط پروکسید هیدروژن و دی تیونیت سدیم در شکل زیر نشان داده شده است.
رنگبری اکسایشی با حفظ لیگنین تقریباً در همه موارد با هیدروژن پراکسید انجام می گیرد. پراکسید هیدروژن یک اسید ضعیف است که طبق معادله زیر تفکیک می شود:
H2O2 + H2O HO-2 +H3O-
برای تولید آنیون پراکسید که عامل فعال رنگبریست، بایستی شرایط قلیایی ایجاد شود.
اما باید بخاطر داشت که در محلولهای شدیداً قلیایی پراکسید به آسانی و طبق معادله
زیر تجزیه می شود:
2 HO2- O2 + 2 HO-
در نتیجه عملاً رنگبری با پراکسید درPH اولیه حدود11 (PH نهایی حدود9)
انجام می شود. به منظور جلوگیری از تجزیه پراکسید، سیلیکاتهای سدیم و منیزیم به
عنوان عوامل پایدار کننده افزوده می شوند. چون این تجزیه توسط یون فلزات سنگین
کاتالیز می شود. براقبت خمیر به مقدار پراکسید مصرفی بستگی دارد. به کمک پراکسید
هیدروژن، تا حدود 25% افزایش در براقبت خمیر ممکن است رخ دهد. البته رفتار خمیرهای
مختلف در شرایط رنگبری با پراکسید هیدروژن بسیار متفاوت است( میرشکرایی،1371).
پراکسید در شرایط نسبتاً ملایم( 35 تا 55 درجه سانتی گراد) یک رنگبر خمیر با حفظ
لیگنین است و می تواند گراندوود و سایر خمیرهای لیگنین دار را بدون افت قابل
ملاحظه ای بازده براق کند. در شرایط سخت تر(70 تا 80 درجه سانتی گراد) پراکسید
برای رنگبری خمیر شیمیایی در مراحل پایانی بکار می رود و میزان براقبت و پایداری
آن را در خمیر سفید شده بهبود می بخشد. برای دستیابی به بهترین نتیجه، PH باید در حدود
5/10 تثبیت شود. با افزایشPH ، غلظت یون فعال پرهیدروکسیل افزایش می یابد.
در PH بالاتراز 5/10،
رقابت ناشی از واکنشهای جانبی ناخواسته، از شدت واکنشهای رنگزدایی می کاهد. PH معمولاً با
افزودن NaOH و Na2SiO3همراه با افزودن مقداری سیلیکات منیزیم به عنوان پایدارکننده
و نیز عامل بافر کننده در سیستم رنگبری پروکسید عمل می کند.
اگرچه دمای بالا واکنشهای رنگزدایی پراکسید را سرعت می بخشد، اما واکنشهای جانبی
ناخواسته، نیز سرعت میابند. پایداری پراکسید در دمای بالا، به ویژه در مجاورت یون
فلزات سنگین کاهش می یابد. یون سیلیکات، یونهای فلزات سنگین با غلظت کم را غیر
فعال می کند. یک مرحله اسیدی مقدماتی و استفاده از عوامل کلیت کننده، آسیب ناشی از
یونهای فلزات سنگین را به مقدار بیشتری کاهش می دهد (میرشکرایی،1374).
رنگبری با پراکسید هیدروژن
مزیتهای رنگبری با پراکسید هیدروژن
پراکسید هیدروژن یک عامل اکسید کننده است.
ذخیره، نگهداری و استفاده از آن آسان است.
برای رنگبری الیاف طبیعی و سنتزی قابل استفاده است.
کاغذهای ساخته شده از خمیرهای رنگبری شده با پراکسید هیدروژن دارای سفیدی پایدار
بوده و سطحی نرم در کاغذ ساخته شده ایجاد می کند.
در محیط قلیایی واکنش تولید آنیون پرهیدروکسیل با افزایش دما، افزایش می یابد.
در صورت استفاده از یک عامل ایجاد کننده کمپلکس، پراکسید هیدروژن قابلیت جایگزین
کردن دی اکسید کلر را در مرحله نهایی رنگبری دارا می باشد.
حمام های رنگبری با پراکسید هیدروژن از پراکسید هیدروژن، عامل فعال کننده ( قلیا)
و عوامل پایدار کننده ( متانول و استون) تشکیل می شود.
