CN110894696A

CN110894696A - 一种将竹浆漂白的方法

Info

Publication number: CN110894696A
Application number: CN201911046801.0A
Authority: CN
Inventors: 程金兰; 尹崇鑫; 任浩; 翟华敏; 孙悦; 雷春发; 王倩
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-03-20

Abstract

本发明提供了一种将竹浆漂白的方法，所述方法以硫酸盐法未漂竹浆为原料，利用酸性增溶型漂白剂对竹浆原料处理，得到漂白的竹浆。将处理后竹浆进行抄纸工序，发现酸性增溶型漂白剂在中低浓度时，可以得到性能较好的纸张，同时，本方法无氯添加，不需要高压环境，漂白选择性好，对纤维损伤少，实验所采用的酸性增溶型漂白剂通过结晶技术可以得到高效回收并重复使用，进一步降低了生产成本，在竹浆漂白领域具有广阔的应用前景。

Description

一种将竹浆漂白的方法

技术领域

本发明属于制浆造纸工艺技术领域，具体涉及一种将竹浆漂白的方法。

背景技术

我国的竹类植物资源颇为丰富，竹林占地面积达720万hm²，在世界竹林总量占有30％的比例，并且竹类植物的种类、占地面积、竹类资源的蓄积量以及竹浆总产量均位于世界榜首，是一种应用及其广泛的非木材纤维原料。竹子具有生长快、韧性好、强度大的特点，竹子纤维在长度上属为中长纤维，通常上竹浆纤维长度介于针叶木浆纤维和阔叶木浆纤维之间，再加之其较高的长宽比，使其拥有良好的制浆造纸性能，可以很好的应用于解决我国目前造纸木材纤维短缺的困境，因此竹子被视为替代木材生产的最佳资源。

专利(CN106625952B)公开了一种木材漂白方法，该发明利用碳酸氢钠对木材进行预处理，在高温下碳酸氢钠分解，释放二氧化碳使木材内部形成微孔，再使用木质素及X射线诱导培养马勃，增加其分解木质素能力及降低对纤维素的分解，再将菌液与硅酸钠混合，通过微孔进入木材内，对内部的木质素进行分解，同时硅酸钠对分解木质素及色素产生的微孔进行填充，避免木材的疏松性增加，再使用草酸对木材表面进行漂白，最后对木材进行杀菌处理。但该方法使用了X射线，X射线对人体具有一定的危害，且对于使用的菌液中细菌的含量及种类以及菌的生长环境具有很高的要求，无法稳定木材漂白的效果。

专利(CN107151935B)公开了一种精制棉漂白工艺，其生产工艺如下：(1)预漂白；(2)预水洗；(3)漂白；(4)漂后水洗；(5)碱处理；(6)脱氯；(7)水洗。在所述预漂白过程中，先将蒸煮后形成的黑浆25～30t排入漂池，然后将漂白后的废水20～25t注入至漂池中，接着加入盐酸溶液，调节pH值为4～6，然后向漂池中注入5～10t活化剂次氯酸钠溶液，有效氯控制在0.5～1.0g/L，然后开启搅拌器，搅拌20～30min后，排水25～35t至污水池。该发明虽然在预漂白过程中采用活化剂对漂白后的废水进行重新利用，重新发挥漂白作用，从而降低了漂白废水的排放，进而降低了污水处理成本，但对于pH和有效氯控制的要求比较高，且总的工艺流程相对比较繁琐，过程中添加的盐酸、次氯酸钠、活化剂等的回收利用也增加了生产成本。

专利(CN108214779A)公开了一种杨木漂白的方法，其发明首先将杨木切割后用水浸泡，再加入表面活性剂，超声浸渍后，取出沥干水分，得预处理木材，再将预处理木材浸泡于水醇混合溶剂中，并加入三聚磷酸钠和碱液，反应后再加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，继续反应，制得变性木材，随后将变性木材和金属盐溶液混合，并超声浸渍和干燥，再与双氧水混合反应，经干燥后到一定含水率后，与异氰酸酯混合，超声浸渍，再经干燥后至恒重，即完成对杨木的漂白。该方法多次使用到超声，超声可以使化学品与木材反应更加的充分反应，但超声是对人体有危害的，且超声的方法应用到工厂时达到实验室的效果，因此该方法具有一定的局限性。

专利(CN 108951255A)公开了一种纸浆漂白的处理方法，具体步骤如下：(1)将纸浆浸泡的酸性溶液中进行加热预处理；(2)将纸浆洗涤后加入复合酶，在电场中进行酶解；(3)将酶解后的纸浆移至容器中，加入漂白剂进行加热漂白；(4)再加入过氢化钠，在超声波作用下进行补充漂白；(5)将纸浆使用蒸馏水洗涤后即可得到漂白后的纸浆。该方法有两次漂白工段，在总的工艺流程中，不仅使用了酸性溶液、漂白剂和过氢化钠，还加入了复合酶，在最后还用到了超声波，相当于该方案使用了物理、化学和生物三种方法漂白，虽然结合了不同方法的优势，但同时也留下了不同方法的缺点，比如化学品回收成本增加和容易造成二次污染、酶解的反应环境要求高、超声波容易对人体造成损伤等。

专利(CN110177909A)公开了一种用于漂白未漂白或预漂白纸浆的方法，其包括至少以下连续步骤：(1)制备pH至少为8的未漂白或预漂白纸浆；(2)将步骤(1)结束时得到的纸浆与二氧化氯接触；(3)当从步骤(2)得到的纸浆的pH低于10时，向纸浆中加入至少一种布朗斯台德碱；(4)在步骤(3)结束时得到的纸浆中加入过氧化氢；(5)将在步骤(4)结束时得到的纸浆保持在第一漂白塔中；(6)任选地，在步骤(5)结束时向得到的纸浆中加入硫酸，并将得到的纸浆保持在第二漂白塔中，所述方法在步骤(5)结束之前，并且如果适用的话，在步骤(6)结束之前不需要洗涤纸浆的步骤。该方法需要加入酸、碱和氯化物，化学品的回收和利用增加了成本且容易对环境造成二次污染，同时污水的处理成本增加。在步骤(2)需要时刻监控pH值，对于技术和人力来说具有更高的要求。

专利(CN109736119A)公开了一种新型纸浆漂白方法，包括：(1)酸性条件下的氧脱木素漂白段；(2)碱处理段；(3)活化处理段；(4)过氧化氢漂白段；其中，氧脱木素漂白工艺中使用H₂SO₄调节纸浆的pH为4～5，加入的H₂O₂和MnO₂在酸性条件下形成的过氧酸氧化脱木素和去除过渡金属离子，氧气促使MnO₂转化成的MnO₄ ^-与木质素发生氧化还原反应，使木质素大分子碎片化，木质素大分子溶出；氧气被还原为HOO·，使木素大分子裂解，脱除木素。该方法的工艺流程与目前工厂使用的漂白流程大致相似，使用的酸、碱、过氧化氢等化学品需要进一步将化学品回收以利用，此方式会使经济成本进一步增加，且使用的化学品对木材的损伤大，且对人体有害，长期接触容易产生刺激呼吸道粘膜的问题。

现有的纸浆漂白工艺使用多种化学物质漂白纸浆，有些工艺还使用了X射线，超声波等物理学方法，工艺较复杂，实验条件要求比较高，且容易造成二次污染。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种将竹浆漂白的方法，该方法使用酸性增溶型漂白剂，可高效漂白竹浆，漂白过程中无氯添加，不需要压力设备促进漂白进程，且酸性增溶型漂白剂可重复利用、操作工艺简单、减少时间成本、降低能源消耗、节约成本，可以减少化学药品对环境的污染以及反应时间长和反应温度高带来的成本增加的现象。

一种将竹浆漂白的方法，具体包括以下步骤：

(1)漂白反应：称取经硫酸盐法蒸煮制得的未漂竹浆原料，酸性增溶型漂白剂和蒸馏水，按比例一起加入反应容器中加热到设定温度后，在设定温度下搅拌一定反应时间，反应结束后，加入与反应原料总重等重的蒸馏水终止反应，制得竹浆悬浮液，备用；

(2)过滤：过滤步骤(1)所得的竹浆悬浮液，分离得到竹浆固体产物，备用；用蒸馏水稀释得到的滤液，通过沉降分离，可得到上清液和沉淀物，含有大量木质素的沉淀物可进一步综合利用，上清液通过结晶技术得到回收的酸性增溶型漂白剂，备用，可再次利用到漂白反应中。

(3)洗涤：用蒸馏水洗涤步骤(2)所制得的竹浆固体产物至中性，即可得到漂白后的竹浆。

作为优选，步骤(1)中所述酸性增溶型漂白剂为对甲苯磺酸。

作为优选，所述对甲苯磺酸在实验总重量中质量百分比浓度为25％-50％。

作为优选，步骤(1)中所述设定温度为70-80℃。

作为优选，步骤(1)中所述反应时间为30-60min。

作为优选，步骤(3)中所述的洗涤使用蒸馏水将竹浆固体产物洗涤至中性。

本发明具有的有益效果：

1.本发明所述方法实现了仅利用一种方便回收的酸性增溶型漂白剂，便可提高竹浆的白度而达到漂白的目的，漂白剂中不含氯元素，漂白废水中不会产生二噁英，是一种环境友好的绿色工艺，有效避免了传统工艺在化学试剂的回收上成本投入太大的弊端，并摆脱了浆料漂白工艺对多种化学试剂共同作用依赖问题。

2.本发明所述方法在低温短时的条件下漂白竹浆原料，不需要高温高压的压力容器，可节约生产成本，提高生产效率，降低能源消耗，低温的操作条件还可有效避免烫伤等安全事故的发生。

3.该漂白剂基于在低温环境下溶出木质素，选择性好，避免了对纤维组分的破坏作用，对纤维素与半纤维素的降解程度较低，因此得到的固体纤维组分的得率高。

4.本发明所述方法得到的固体纤维产物可以较好的保存其原始形态，可进一步用于制造纸张，为制浆造纸行业提供了一种新型的漂白思路。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明实施例1制得的漂白后的竹浆和漂白前的竹浆原料在显微镜下放大40倍的纤维形态；其中，图2-A为实施例1制得的漂白后的竹浆的纤维状态，图2-B为漂白前的竹浆原料的纤维状态。

具体实施方式

本发明的主要目的在于提供了一种将竹浆漂白的方法，该方法使用酸性增溶型漂白剂，将竹浆白度有效提高的同时不破坏竹浆纤维结构，在低温短时的条件下，酸性增溶型漂白剂可有效提高竹浆浆料的白度，且可保留较好的纤维形态，不仅可用于制作纸张，还可用于水解得到可发酵单糖等。该酸性增溶型漂白剂不含氯，漂白废水中不会产生二噁英，药品可重复利用、操作工艺简单、不需要加压，漂白时间短、反应温度低，降低能源消耗、节约成本，可以减少化学药品对环境的污染以及反应时间长和反应温度高带来的成本增加的现象。

为了理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明。

为考察不同工艺条件对固体产物得率、重均长度、数均长度、宽度、细小纤维含量、扭结系数、卷曲系数和白度的影响，我们设置了不同的考察条件，包括不同的酸性增溶型漂白剂浓度，不同的反应温度，不同的反应时间，具体实施例如下所示：

实施例1：

实验总重量为200g，其中未漂竹浆原料重与总重量比例为1:10。

(1)漂白反应：称取20g的经硫酸盐法蒸煮制得的未漂竹浆原料，50g对甲苯磺酸和130g蒸馏水，其中对甲苯磺酸占总重量的25％，在水浴锅中加热至70℃，搅拌60min，在反应容器中添加200g蒸馏水结束反应，制得竹浆悬浮液，备用；

加入蒸馏水可以使温度迅速降低，从而达不到反应所需的温度，该做法可确保反应时间的准确性。

(2)过滤：采用真空过滤步骤(1)所得的竹浆悬浮液，分离得到竹浆固体产物，备用；用蒸馏水稀释得到的滤液，通过沉降分离，得到上清液和沉淀物，含有大量木质素的沉淀物可进一步综合利用，上清液通过结晶技术得到回收的酸性增溶型漂白剂，备用，再次利用到漂白反应中。

所述的过滤采用真空过滤，真空过滤可加快过滤速度。

(3)洗涤：用蒸馏水洗涤步骤(2)所制得的竹浆固体产物洗涤至中性，制得漂白后的竹浆。

将竹浆固体产物洗涤到中性可以确保竹浆固体产物上不会附着有酸性增溶型漂白剂，在洗涤的过程中，该固体产物上的单糖类小分子物质也会溶解在水中而脱除。

洗涤结束后，所得漂白后竹浆得率为87.60％。

实施例2：

(1)漂白反应：称取20g的经硫酸盐法蒸煮制得的未漂竹浆原料，60g对甲苯磺酸和120g蒸馏水，其中对甲苯磺酸占总重量的30％，在水浴锅中加热至75℃，搅拌45min，在反应容器中添加200g蒸馏水结束反应，制得竹浆悬浮液，备用；

(2)过滤：方法同实施例1；

(3)洗涤：方法同实施例1。

洗涤结束后，所得漂白后竹浆得率为87.78％。

实施例3：

(1)漂白反应：称取20g的经硫酸盐法蒸煮制得的未漂竹浆原料，100g对甲苯磺酸和80g蒸馏水，其中对甲苯磺酸占总重量的50％，在水浴锅中加热至70℃，搅拌30min，在反应容器中添加200g蒸馏水结束反应，制得竹浆悬浮液，备用；

(2)过滤：方法同实施例1；

(3)洗涤：方法同实施例1。

洗涤结束后，所得漂白后竹浆得率为87.60％。

实施例4：

(1)漂白反应：称取20g的经硫酸盐法蒸煮制得的未漂竹浆原料，100g对甲苯磺酸和80g蒸馏水，其中对甲苯磺酸占总重量的50％，在水浴锅中加热至80℃，搅拌30min，添加200g蒸馏水结束反应，制得竹浆悬浮液，备用；

(2)过滤：方法同实施例1；

(3)洗涤：方法同实施例1。

洗涤结束后，所得漂白后竹浆得率为87.43％。

实施例5：

分别称取经实施例1至实施例4所制得的4种漂白过的竹浆和未漂的竹浆原料，分别利用疏解机进行疏解处理10000转，疏解完成后，将4种漂白过的竹浆和未漂竹浆原料分别进行抄纸，抄纸的定量为70g/m²，并将纸张在恒温恒湿环境下自然风干24小时，制得5种不同的纸张。

实施例6：

将实施例5所制得的5种不同的纸张使用白度颜色测定仪在457nm的波长条件下检测纸张白度，用ISO亮度表征，每种纸张随机抽取5张，每张纸随机测试十个点，取其平均值为该种纸张的白度值。

实施例7：

分别称取经实施例1至实施例4所制得的4种漂白过的竹浆和未漂竹浆原料，利用疏解机分别进行疏解处理10000转，疏解后的5种不同浆料使用FQA进行纤维特征分析。

不同实验条件所得的结果如表1所示，不同实施例及竹浆原料所得固体纤维产物得率、重均长度、数均长度、宽度、细小纤维含量、扭结系数、卷曲系数和白度值的结果。

表1

通过实验结果分析，我们可以发现，经过对甲苯磺酸处理后的竹浆浆料的白度有了明显的提高，且产物得率较高，浆料损失较少。重均长度、数均长度、宽度、细小纤维含量、扭结系数和卷曲系数未发生显著变化，说明漂白前后竹浆浆料纤维形态未发生明显变化。

如图2所示，通过显微镜观察漂白浆的形态，结果发现，漂后竹浆都能较好的保留其纤维形态，纤维形态与漂白前几乎一致，未产生明显变化，可用于进一步制造纸张或其他纤维制品等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种将竹浆漂白的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)漂白反应：称取经硫酸盐法蒸煮制得的竹浆原料，酸性增溶型漂白剂和蒸馏水，按比例一起加入反应容器中加热到设定温度后，在设定温度下搅拌一定反应时间，反应结束后，加入与反应原料总重等重的蒸馏水终止反应，制得竹浆悬浮液，备用；

(2)过滤：过滤步骤（1）所得的竹浆悬浮液，分离得到竹浆固体产物，备用；用蒸馏水稀释得到的滤液，通过沉降分离，得到上清液和沉淀物，含有大量木质素的沉淀物可进一步综合利用，上清液通过结晶技术得到回收的酸性增溶型漂白剂，备用，再次利用到漂白反应中；

(3)洗涤：用蒸馏水洗涤步骤（2）所制得的竹浆固体产物至中性，制得漂白后的竹浆。

2.根据权利要求1所述的一种将竹浆漂白的方法，其特征在于：步骤（1）中所述酸性增溶型漂白剂为对甲苯磺酸。

3.根据权利要求2所述的一种将竹浆漂白的方法，其特征在于：所述对甲苯磺酸在实验总重量中质量百分比浓度为25%-50%。

4.根据权利要求1所述的一种将竹浆漂白的方法，其特征在于：步骤（1）中所述设定温度为70-80℃。

5.根据权利要求1所述的一种将竹浆漂白的方法，其特征在于：步骤（1）中所述反应时间为30-60min。

6.根据权利要求1所述的一种将竹浆漂白的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的洗涤使用蒸馏水将竹浆固体产物洗涤至中性。