CN101198744A - 由玉米秆纤维素制造机械纸浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由年生植物即玉米的秆来制造机械纸浆的方法，包括加入消解剂，并且在所述消解剂加入之前，之中或之后通过机械精制从玉米秆中分离纤维材料。本发明的方法包括：(1)第一消解过程，向100重量份的碎玉米秆中加入0.5－5重量份消解剂，该消解剂选自苛性钠、碳酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、氧化钠和硫酸钠中一种或一种以上的混合物，并在混合物浸润后分离并消解所述固体物质；(2)第二消解过程，向从第一消解过程中获得的消解固体物质中多加入5－10重量份的消解剂，并在所述混合物浸润后分离并消解所述固体物质；和在第二消解过程之前，之中或之后实施的精制过程，分离待消解的固体物质并对其机械精制。
Description
技术领域
本发明涉及一种由玉米秆纤维素制造机械纸浆的方法。更特别地，涉及一种通过向年生植物玉米的秆中加入消解剂，并在消解剂加入之前、之中或之后主要用机械的方法精制玉米秆以完全分离玉米秆纤维来由玉米秆纤维素制造木制纸浆的方法。
背景技术
随着国民收入的增长，韩国已经成为世界第七大纸(包括出版物、报纸、出版纸板、牛皮纸、散装纸等)消费国，同时是世界第九大纸生产国。然而，从国外进口100％的纸浆用于造纸。为了满足纸浆材料的需求，一些森林资源稀少的国家如中国，中东和印度正在国家范围内研究将草本农业废料或竹材成为纸浆材料。甚至将制糖后丢弃的甘蔗渣滓研制成纸浆材料。
因为发展纸浆工业会导致破坏森林资源，所以应该研发新的纸浆材料。为此，应该对各种植物中存在的纤维素进行加工和处理以提高作为纸材料的价值。森林资源富足的国家从木材中分离纤维状纤维素以制造纸浆和溶解纸浆。因此，世界上所制造的纸浆的90％以上由木材制成。
然而，植物分布不适合做纸浆，并且森林资源缺乏的韩国，不得不探寻新的策略。
农场中种植的玉米可用作食物。但是如果没有用作饲料，玉米秆大部分就被丢弃。在资源利用和农民收入增加方面，需要对玉米秆进行加工和处理以用于例如在韩国纸(Korean paper)开发中的纸浆或其它材料。
每年，全世界生产750百万吨的玉米秆。仅在美国，一年大约制造150百万吨的玉米秆。虽然它们的30-70％就足够用于造纸，但是玉米秆并不被用于纸浆和造纸工业。
纸浆根据制浆方法主要分为机械纸浆、半化学纸浆和化学纸浆几种。机械纸浆通过在水存在的情况下机械研磨溶解木材来制造。通过这种方法可将长纤维长度的针叶树如云杉、冷杉、松树和黑松纸浆化。半化学纸浆通过用中性亚硫酸盐溶液蒸热木材并通过机械处理对其溶解来制造。通过该方法可将轻的柔性树如白杨、柳树、椴树、榉木、橡树、桤木树和灰树纸浆化。化学纸浆通过向纤维材料中加入亚硫酸和酸性亚硫酸盐的混合物溶液并对其消解来制造。由于方便化学处理，低树脂含量的树可被制成化学纸浆。
通常，与化学纸浆相比机械纸浆需要低的设备费用，其具有较好的产率并能低成本的加以制造。此外，从污染的角度来看，机械纸浆也优于化学纸浆。然而，机械纸浆与化学纸浆相比具有较差的质量。因而，如果同时要求质量和价格，那将二者混合以获得想要的纸浆是常见的。随着基本上源于精制机械纸浆(RMP)的机械纸浆的改进，现具有比得上化学纸浆的性能。该木制纸浆能取代全部或部分的化学纸浆。例如，加拿大专利号：1071805、1145106和1145107公开了用于制造可用作化学纸浆替换机械纸浆的方法。在这些专利的方法中，已经过精制过程的热机械纸浆(TMP)、精制机械纸浆(RMP)或热化学机械纸浆(TCMP)可通过用于消解的化学物质亚硫酸钠来进行处理或者与所述溶液相混合。然后，通过在所施加的压力下进行消解来进一步精制(非必要过程)所处理的纸浆。美国专利号：4502918公开了一种纸浆化方法，包括用亚硫酸钠溶液处理木材粒子，消解并精制粒子以及由所述粒子分离纸浆。法国专利号：2544757公开了由甘蔗渣和竹子来制造纸浆的方法。这种方法包括至少两个消解过程。在每个消解过程之前加入消解剂。该专利也包括在消解加工之间的减压(blow down)步骤以分离成束的纤维。
参照与玉米秆相关的在先研究，在不能获得定量试验的情况下取得专利权的美国专利号：1,639,152(1927)公开了一种纸浆化工艺，包括通过微生物发酵从玉米秆中分离纤维材料并且通过苏打、石灰和亚硫酸盐来提取木浆来用作木材代替品、建筑纸板、隔离材料等。尽管该专利仅教示了通过这种化合物如苏打、石灰、亚硫酸盐等可对玉米秆进行消解和溶解以制造报纸用纸，但它并没有提及任何有关玉米秆消解溶液的具体组成、其加入量、消解温度或消解时间的事情。美国专利号：1,845,487公开了一种制备纤维素的过程，包括用稀硫酸或硫酸以及10镑的压力来消解和溶解具有少的木质素含量和高的戊糖(一种五碳糖)含量的植物，以及一种纸浆化过程，包括加热并压榨具有1％硫酸溶液的粉碎或粉末玉米秆以除去水溶性材料。美国专利号：5,944,953公开了一种包括机械和化学方法的玉米秆或稻草的制浆方法。其提到使用苏打(NaOH)、石灰苏打(CaO2+NaOH)和中性亚硫酸盐(Na2SO2+NaOH)。虽然没有具体说明加入量，但其表述了通过精制玉米秆与玉米秆干重为基准的10-15wt％的氢氧化钾(KOH)和1-5wt％的亚硫酸钾(K28O2)来制纸浆。俄罗斯专利号：213995描述了一种通常的草本植物的制浆方法。该专利关于溶液的组成、消解/溶解过程的温度或时间没有提及。
因此，需要发展一种能够由玉米秆有效制造纸浆的方法。
发明内容
技术方案
本发明的目的在于提供一种由玉米秆纤维素来制造机械纸浆的方法，包括向作为年生植物的玉米秆中加入消解剂并在加入消解剂之前、之中或之后主要机械地精制所述玉米秆来完全地分离玉米秆纤维。
本发明的由玉米秆纤维素来制造机械纸浆的方法包括：(1)第一消解过程，向100重量份的碎玉米秆中加入0.5-5重量份的消解剂，该消解剂选自苛性钠、碳酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、氧化钠和硫酸钠中一种或一种以上的混合物，并在混合物浸润后分离并消解所述固体物质；和(2)第二消解过程，向从第一消解过程中获得的消解固体物质中多加入5-10重量份的消解剂，并在所述混合物浸润后分离并消解所述固体物质。该方法进一步包括在第二消解过程之前，之中或之后的精制过程，分离待消解的固体物质并对其机械精制。
具体实施方式
下文对本发明作更详细的说明。
本发明的由玉米秆纤维素来制造机械纸浆的方法，特征在于包括：(1)第一消解过程，向100重量份的碎玉米秆中加入0.5-5重量份的选自苛性钠、碳酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、氧化钠和硫酸钠中一种或一种以上的混合物的消解剂，并在混合物浸润后分离并消解所述固体物质；和(2)第二消解过程，向从第一消解过程中获得的消解固体物质中加入5-10重量份的更多消解剂，并在所述混合物浸润后分离并消解所述固体物质；并在第二消解过程之前，之中或之后的一精制过程，分离待消解的固体物质并对其机械精制。
也就是说，本发明的特征在于通过至少两个消解过程和至少一个精制过程来由玉米秆制造纸浆。本发明的特征也在于在将玉米秆纤维素倒入到精制机中之前或之中或者通过加入亚硫酸钠溶液的第一精制过程之后实施两个消解过程和精制过程。本发明的优点在于，与通常的纸浆制造方法相比，消解和精制过程中的耗能很少并能获得良好性能的纸浆。根据本发明，消解剂以两个单独的等份量加入，优选第二次加入的加入量要大于第一次加入，且在浸润过程中加入，而不是在混合过程。本发明获得的纸浆具有低的微粒子量和优良的强度性。
第一消解过程(1)通过向100重量份的碎玉米秆中加入0.5-5重量份的选自苛性钠、碳酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、氧化钠和硫酸钠中的一种及其混合物的消解剂且在混合物浸润后分离并消解所述固体物质进行实施。所述消解可通过用蒸汽加热来实施。如果每100重量份的碎玉米秆所用的消解剂的量小于0.5重量份，浸润效果很微小。相反，如果所用的量大于5重量份，则机械纸浆的产率低。
第二消解过程(2)通过向所获得的混合物中多加入5-10重量份的消解剂，浸润所述混合物并分离和消解所述固体物质。此外，所述消解可通过用蒸汽加热来实施。如果每100重量份的碎玉米秆所用的消解剂的量小于5重量份，纸浆纤维的柔韧性较差。相反，如果所用的量大于10重量份，纸浆纤维的轻度不好。
特别地，本发明的特征在于包括在所述第二消解过程之前、之中或之后的精制过程，分离并机械精制所述待消解的固体物质。在所述精制过程中，纤维材料通过常规精炼机的机械研磨来进行分离。可以理解，精炼机是市场上可购置的一种。优选所述精炼机是高性能的精炼机，如传统的盘磨机，更优选密封双盘磨机，但不限制于它们。
下文通过实施例对本发明作进一步详细说明。
然而，下述实施例仅用于理解本发明，本发明并不限制于它们或由它们进行限制。
实施例1
碎玉米秆在约95℃的蒸汽腔中处理10分钟。排出冷凝物并通过每100重量份的碎玉米秆加入3重量份的氧化钠在50℃下浸润约20分钟。浸润后，排出消解溶液。然后，直接将蒸汽供入浸润后的玉米秆。在大约130℃下进行反应10分钟。使用螺旋输送机将消解后的玉米秆排出并倒入常规的加压双盘磨机。在倒入期间，在每100重量份的碎玉米秆中加入10重量份的氧化纳作为第二消解的消解剂。纸浆/液体混合物从精制机中转移到消解器中并在160℃下消解约60分钟。排出消解后的纸浆并再次精制。精炼过程在约450KPa的压力下进行。
实施例2
重复实施例1的过程，但是为了第二精制过程而供入精制机期间，向每100重量份的碎玉米秆加入7重量份的氧化钠作为消解剂。
实施例1和2中获得的纸浆可进一步精制以提高拉伸强度、断裂强度和密度。本发明所制造的纸浆可用于全部或部分代替化学纸浆。例如，它适用于各种纸，包括报纸、绵纸、打印纸、纸箱等等，但不仅限于它们。
实施例1和2中所获得的纸浆的拉伸系数为20-47Nm/G，断裂强度为0.6-3.5kPam2/g，密度为2-4kg/m2。
工业实用性
从上述说明可见，本发明的优点在于，机械纸浆可通过向年生植物的玉米秆中加入消解剂并在所述消解剂加入之前、之中或之后对所述玉米秆机械精制以从玉米秆中完全分离纤维材料来制成。
Claims (2)
1.一种由玉米秆纤维素制造机械纸浆的方法，其特征在于，包括：
(1)第一消解过程，向100重量份的碎玉米秆中加入0.5-5重量份的消解剂，该消解剂选自苛性钠、碳酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、氧化钠和硫酸钠中一种或一种以上的混合物，并在混合物浸润后分离并消解所述固体物质；
(2)第二消解过程，向从第一消解过程中获得的消解固体物质中多加入5-10重量份的消解剂，并在所述混合物浸润后分离并消解所述固体物质；和在第二消解过程之前，之中或之后实施的精制过程，分离待消解的所述固体物质并对其机械精制。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，进一步包括精制过程，分离待消解的固体物质并在所述第二消解过程之前和之后对其机械精制。
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