CN1166836C - 玉米秆为原料制造纸浆的工艺 - Google Patents
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一种玉米秆为原料制造纸浆的工艺，它涉及一种制造纸浆的工艺。是将玉米秆放在阴凉处进行完全干燥，切成3～4cm长，去掉外皮上的落叶及杂物，将秆芯去掉并将其制成具有一定大小的原料；然后将原料在浓度为10～15%的的蒸煮液中进行蒸煮；捞出原料放入水中进行中和；高温干燥即成为纸浆原料，纸浆原料加水调至浓度达到10%wt/wt后，浸积2小时；按TAPPI标准T249PM-74方法用PFImill打浆机打浆，本发明以一年生玉米资源作为纸浆原料，取代了木材，同时具有工艺简单，成本低，易于实施等优点。
Description
技术领域：本发明涉及一种制造纸浆的工艺，特别是以玉米秆为原料制造纸浆的工艺。
背景技术：随着国民经济的发展，人民的生活水平不断提高，各种书籍、报纸、板纸、箱纸等用纸的需求量日益增加，因此纸浆的需求量逐年递增。目前纸浆原料的来源主要取自寒带地区生长数十年的针叶树，在中国，盛产这一树种的东北三省木材不仅资源有限，而且由于多年的采伐，本来有限的资源已到了接近枯竭的程度，基于这种情况，今后的政策基点应该是首先考虑造林和育林然后才是伐林，由于造纸业的发展将会带来毁林及由此会引起环境破坏，伐林造纸会受到限制，这样解决新的纸浆原料来源问题变得十分紧迫。
发明内容：本发明的任务是：针对纸浆来源所面临的问题，开发从一年生禾草类植物中抽出和加工纤维素的技术和以这种纤维素为原料制造纸浆的工艺。本发明的任务是以如下方式实现的：将玉米秆放在阴凉处进行完全干燥，切成3～4cm长，然后去掉粘附在外皮上的落叶及其它杂物，劈开后将秆芯去掉；用破碎机和粉碎机制成具有一定大小的原料；将原料在浓度为10～15％的NaOH或Na2SO3、Na2S或Na2CO3溶液中、温度150℃、时间为2～4小时的条件下进行蒸煮；用100目的筛子捞出经过蒸煮的试料，取下筛网上留下的捞出物；放入水中沉积约一天时间进行中和；在80℃温度下干燥5小时即为纸浆原料；将浆化的干试料即也就是纸浆原料加水调至浓度达到10％wt/wt后，充分浸积2小时以上；按TAPPI标准T249PM-74方法用PFImill打浆机打浆，打浆条件为：打浆比压1.8kg/cm2，刀间距0.3mm，以打浆度40°SR为前后基准时，在硫酸盐法中打浆时旋转500次，而在碱性亚硫酸盐法中打浆时旋转1100次。本发明由于利用一年生玉米秆资源作为纸浆原料，这样将会对防止因造纸而产生的大量毁林现象，从而保护自然环境，解决造纸原材料来源问题，具有重大的经济效益和社会效益；本发明的工艺简单，成本低，易于实施，同时本发明所使用的玉米秆纸浆原料具有以往任何纸浆原料所不具有的特点，能够开发出具有中国特点的传统中国式纸浆和纸张。
具体实施方式：本发明的一个最佳实施方式是，将玉米秆放在阴凉处进行完全干燥，切成3～4cm长，然后去掉粘附在外皮上的落叶及其它杂物，劈开后将秆芯去掉，用破碎机和粉碎机制成具有一定大小的原料，将玉米秆原料放在浓度为10％的NaOH溶液中、在温度150℃、时间为2～4小时的条件下进行蒸煮；然后用100目的筛子捞出经过蒸煮的试料，取下筛网上留下的捞出物；放入水中沉积约一天时间进行中和；在80℃温度下干燥5小时即为纸浆原料；将浆化的干试料即也就是纸浆原料加水调至浓度达到10％wt/wt后，充分浸积2小时以上；然后按TAPPI标准T248PM-74方法用PFImill打浆机打浆，打浆条件为：打浆比压1.8kg/cm2，刀间距0.3mm，以打浆度40°SR为前后基准时，在硫酸盐法中打浆时旋转500次，而在碱性亚硫酸盐法中打浆时旋转1100次。
纸浆漂白：漂白用试剂使用了次氯酸苏打、Na(CLO)2、氯化石灰、Ca(CLO)2等。用氢氧化钠或硅酸钠将酸碱度调节为PH9～PH11。当纸浆浓度在4％～6％范围内时，实验温度定为40℃，当纸浆浓度在10％～16％范围内时，实验温度定为35℃。
用酸性亚硫酸盐法制造溶解纸浆：用亚硫酸盐法制造溶解纸浆时，利用能够最大限度地水解对溶解纸浆的质量有不良影响的半纤维素的酸性亚硫酸盐法进行蒸解，所得到的纸浆特性随蒸煮条件不同而不同。当亚硫酸浓度增加时，蒸煮液的PH值自动增高，结合亚硫酸的浓度越低，则间接地表示纤维素聚合度的粘度就越大，因为这时能够更有选择性地进行脱木素反应和半纤维素的水解，并对纤维素产生分解作用。虽然制造高张力轮胎丝或高弹性纤维时使用的溶解纸浆是在强酸性低PH值条件下蒸煮的亚硫酸盐纸浆较为合适，但是如赛璐粉(玻璃纸)等，需要使用低聚合度的溶解纸浆时，也可在比蒸煮时所调节的PH值更高的PH条件下进行蒸解。
用硫酸盐法制造溶解纸浆：用硫酸盐蒸煮法制造溶解纸浆时，虽然也想如同亚硫酸盐法一样，在造纸用纸浆的蒸煮条件下制造溶解纸浆，但在漂白过程中很难除掉在蒸煮过程中经过碱处理稳定化的半纤维素，从而也很难达到溶解纸浆标准所要求的α-纤维素纯度。
利用予水解—硫酸盐法，可通过作为予水解条件加入硫酸或亚硫酸的方法进行水解，也可以在只加水进行高温加热的条件下利用从木材中生成的草酸使半纤维素进行水解。但根据溶解纸浆的用途及其与其相关的质量要求不同，使用条件也不相同。通常用0.5％H2SO4水溶液在150～180℃的条件下，进行0.5～2小时处理，经过废液分离后，采用和造纸用纸浆相同的蒸煮条件，对于针叶树木材按硫化度25％的组成要求加入NaOH+Na2S和20％的Na2O，对于阔叶树木材按硫化度25％的要求加入NaOH+Na2S和16％的Na2O，在170℃温度条件下蒸煮90分钟。
溶解纸浆的漂白工艺：对纸浆进行漂白时，通常使用氧化剂，并为了只在第一阶段除去残留木素，使用氯气。在氯化阶段通过氯和木素的置换反应，促进下一步的碱溶液，使其进行氧化分解以利于溶出，并与不饱和脂肪酸、树脂酸及未蒸解物进行反应，实现疏水化。氯化后，紧接着进行热碱抽出，这时脂肪酸、腊和其它脂类成分也进行碱水解(皂化)，使脂肪游离为肥皂状态，以溶解未蒸解物及已分解的木素碎片。在碱抽出阶段，最有效的表面活性剂是具有聚乙二醇(polyentylene glycol)分枝的壬基酚(nonyl phenol)。但纸浆的白度则采用和造纸用纸浆相同的漂白方法，相继使用次氯酸、二氧化氯或过氧化氢进行漂白，以提高纸浆的白度。因此，溶解纸浆采用和造纸用纸浆相同的漂白条件。
漂白后除去不纯物质的方法：
加压下的热碱抽出：溶解纸浆的漂白与造纸用纸浆不同，为了同时除去纸浆中存在的半纤维素或氯化的分解产物，在经过氯化阶段后，进行加压下热碱抽出。这种方法主要用于通过亚硫酸盐法制得的溶解纸浆的漂白，与造纸用纸浆的漂白不同，将纸浆加入到浓度为NaOH(4～12％NaOH/pulp)的苛性钠溶液中，使之成为12～18％的纸浆后，在95～145℃的高温和加压的状态下处理1～2小时。但是，对高α-纤维素，只能在120℃条件下处理3小时，因为超过这个温度会引起纤维素的分解。
冷碱抽出：因为用预水解-硫酸盐法制造的溶解纸浆在蒸煮阶段已进行过高温碱性处理，故用热碱抽出没有效果，因此，这种溶解纸浆一般采用冷碱处理法进行精制。通常，冷碱处理时使用浓度低于18％的NaOH溶液，在40℃以下的温度下进行处理。在低温时，主要以物理性润胀作用为主，温度越低润胀度越大，但是，如果润胀度过大，对以后除去苛性钠和进行过滤和洗涤带来困难。相反，在温度高时，润胀度降低可使以后的处理容易进行，但如果温度高于35℃，则α-纤维素的含量将下降，达到50℃时，α-纤维素的含量降到最低，反而使得率增加，因此，工业上采用35℃左右的温度。另一方面，要制造高纯度的溶解纸浆，反复进行冷碱处理要比一次处理有效，将经过热碱处理得到的含有95.5％α-纤维素的溶解纸浆再用冷碱处理的热碱—冷碱处理法更为有效。即，制造超高纯度溶解纸浆的最佳热碱—冷碱处理方法是用热碱处理后，在10～15℃温度下，用11～12％的NaOH溶液进行处理。若在18℃温度条件下，用130/L的NaOH进行冷碱处理，可得到95.5％的α-纤维素。用高浓度苛性苏打时，由于润胀作用几乎与接触同时发生，故可进行短时间处理，但是，考虑到存在于纤维内层中的不纯物的溶解和扩散等因素，实际采用的处理时间从10～30分钟到3小时，随工厂的具体条件而不同。进行冷碱处理时，由于空气中氧气的作用而产生氧化现象十分严重，应特别加以注意，冷碱处理后，用螺旋式或盘式压榨机加压使纸浆浓度达到45％以后进行洗涤。
不同类型纸浆的物理性能比较：测定由纯玉米秆制成的碱性纸浆，碱性亚硫酸盐纸浆的比容结果，碱性纸浆的比容值最大。这说明用烧碱处理的纸浆具有柔软的纤维状结构，其纤维疏解为松散的组织。比较拉伸强度，牛皮纸浆的测定值最大，表明它蒸解的最好，大部分由纤维状组织构成。比较破裂强度和耐折强度，结果还是牛皮纸浆的强度最大，但撕裂强度则是碱性亚硫酸纸浆的测定值最大。将大约60％的针叶牛皮纸浆和40％的碱性纸浆、牛皮纸浆、碱性亚硫酸纸浆分别进行混合后制成的纸试片，其物理性能远比由纯玉米秆纸浆制成的纸优越。上述三种纸浆，即碱性纸浆、牛皮纸浆、碱性亚硫酸纸浆的比容值大体与纯玉米秆纸浆相同。但这三种纸浆的拉伸强度均提高了2倍以上，破裂强度提高了2倍以上，尤其是耐折度提高了70倍以上，耐热强度则提高了5倍以上。这一结果表明，玉米秆纸浆在物理性能和经济性方面具有很大的开发价值。通过继续进行更深入的实验及研究，将会制造出具有中国产玉米秆的独特性能和传统中国纸特点的高质量纸浆和纸，从而对发展中国的农村经济及提高农民的经济收做出很大的贡献。
发明产品的物理性能：用玉米秆纸浆制成的纸试片的物理性能测试结果如下表所示。
由纯玉米秆纸浆制成的漂白纸试片性能测试值
| 项目 | 漂白碱性 | 漂 白牛皮纸浆 | 漂 白碱性亚硫酸盐纸浆 | 漂 白针叶树牛皮纸浆(NBKP) |
| 比容(m/g) | 2.15 | 1.87 | 1.92 | 2.12 |
| 拉伸强度(Nm/g) | 17.52 | 28.82 | 23.12 | 39.40 |
| 破裂强度Nm/g | 0.08 | 0.15 | 0.12 | 0.41 |
| 耐折度(次数) | 1.38 | 2 | 1.67 | 4.36 |
| 撕裂强度(Nm/g) | 0.43 | 0.41 | 0.46 | 2.59 |
Claims (1)
1、一种玉米秆为原料制造纸浆的工艺，其特征在于
a.将玉米秆放在阴凉处进行完全干燥，切成3～4cm长，然后去掉粘附在外皮上的落叶及其它杂物，劈开后将秆芯去掉；
b、用破碎机和粉碎机制成具有一定大小的原料；
c、将原料在浓度为10％的NaOH溶液中、温度150℃、时间为2～4小时的条件下进行蒸煮；
d、用100目的筛子捞出经过蒸煮的原料，取下筛网上留下的捞出物；
e、放入水中沉积约一天时间进行中和；
f、在80℃温度下干燥5小时即为纸浆原料；
g、将浆化的干试料即纸浆原料加水调至浓度达到10％wt/wt后，充分浸积2小时以上；
h、按TAPPI标准T249PM-74方法用PFImill打浆机打浆，打浆条件为：打浆比压1.8kg/cm2，刀间距0.3mm，以打浆度40°SR为前后基准时，在硫酸盐法中打浆时旋转500次，而在碱性亚硫酸盐法中打浆时旋转1100次。
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