CN101487195B - 构树茎皮汽爆脱胶制备宣纸等纸浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于韧皮纤维资源利用领域，特别涉及构树茎皮汽爆脱胶清洁制备宣纸等优质纸浆的方法。此方法首先将构树茎皮进行汽爆处理，再经过漂洗、漂白便得到优质纸浆。无污染汽爆处理使得构树茎皮纤维中80％的果胶和半纤维素降解，木质素部分降解，同时将构树的外表皮(黑皮)与内层韧皮完全分离，经漂洗后可去除外表皮的黑色组织，而且汽爆过程将茎皮纤维撕裂成松散结构，使漂白过程化学药品能充分渗透，提高纸浆白度。本方法不仅降低了构树茎皮造纸的工业化成本，避免了化学法制浆造成环境污染，而且可提高纸浆的得率和品质，该纸浆可以用来制造宣纸和印钞纸等高档用纸。本发明为构树茎皮资源清洁高值化利用提供了新的方法，将产生较大的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于韧皮纤维利用领域，特别涉及构树茎皮汽爆脱胶清洁制备宣纸等优质纸浆的方法。
技术背景
构树又名楮实子、楮树、沙纸树、谷木、谷浆树，系桑科，构树属，多年生落叶乔木，树高可达16米。构树韧皮纤维比麻类还要细的多，且强度高，韧性好，作为我国特种长纤维原料，主要用于生产各种高档专用纸张。从蔡伦开始，构树就成为制造优质纸的上佳原料，因此古人称纸为“楮先生”或“楮”。随着时代的发展，构树逐步广泛用于制造新闻纸、礼品包装纸、宣纸等各种纸型，就连质量要求很高的印钞纸，其主要原料也是构树皮纤维。
构树为阳性树种，适应环境能力极强，既耐干旱瘠薄，又耐干冷湿热气候，在酸性土、中性土、石灰质土、山石坡积、石缝及硝壁上和水边、低湿地都能良好生长。因此构树的分布非常广泛，在我国的华北、华中、华南、西南、西北各省都有分布，尤其是南方地区极为常见。在秦岭的南北坡、黄河、长江的上游地区，垂直分布达到海拔1600m以上。
正因为构树兼具品质优良和易于生长的特点，它便成为造纸业原材料的首选树种。目前，我国造纸业进入了高速发展的新阶段，中国造纸全行业产量以18.1％的增幅列亚洲之首。一方面，本国纸业迅速发展，另一方面，我国仍是世界上最大的纸贸易净进口国，特别是木浆和废纸等纤维原料进口巨大。2002年，中国木浆的进口量已经跃居世界第一，占全球总净出口量的20.6％，是第二名德国的1.4倍，日本的2.2倍。2004年纸制品已经成为我国仅次于石油和钢材的第三大用汇商品。中国优质纸浆的需求量具有相当的增长空间。造纸业是目前我国国内少有的不能满足国内市场需求的行业。据预测，到2015年，我国纸及纸板的消费量将在8000万吨左右。如果要达到发达国家木浆使用比例90％的标准，到2010年中国年所需木浆将达到1亿吨。
造纸行业的首要问题是黑液污染，构树茎皮造纸也不例外，目前构树茎皮造纸一般采用化学纸浆法。所谓化学纸浆就是用化学方法，尽可能地脱除植物纤维原料中是纤维粘合在一起的胞间层木素，使纤维细胞分离或易于分离，成为纸浆，也必须使纤维细胞壁中的木素含量适当降低，同时要求纤维素溶出最少，半纤维素有相应的保留。主要的化学制浆法有两类：一类是碱法(烧碱法和硫酸盐法)；另一类是亚硫酸盐法。化学纸浆法都要经过高温蒸煮的过程，这样不仅要排放大量的黑液而且能耗也高。随着纸品高档化趋势和产业结构的升级以及环保的要求，需要开发新的清洁高效的制浆技术。
构树茎皮的主要成分为：纤维素、半纤维素、果胶和木质素，见表1。其中纤维素含量一般为40-50％，半纤维素、木质素、水溶物和果胶的含量约50％。其组分与麻类纤维非常相似，表1列出了构树茎皮、大麻、苎麻、亚麻和杨木的组分对比(单位为％)。从表1可以看出构树茎皮组分特点是除纤维素含量高外，果胶含量也较高，而木质素含量相对于木材低得多，因此，我们可以借鉴麻纤维脱胶、漂白制备纺织纤维的思路，对构树茎皮先进行汽爆处理，脱除其中的大部分果胶和半纤维素，再经过漂洗和漂白去除其中的木质素和其他物质得到纸浆，事实上汽爆过程同时将构树的外表皮(黑皮)与内层韧皮完全分离，经漂洗可去除外表皮的黑色组织，减少了外表皮黑色组织对制浆过程的负面影响，而且也将茎皮纤维撕裂成松散结构，使漂白过程化学药品的充分渗透，提高纸浆白度。
表1构树茎皮、大麻、苎麻、亚麻、杨木成份一览表
蒸汽爆破是采用空气、水蒸汽等介质对植物进行爆破。由于植物细胞壁由纤维素等物质组成，易受高压空气膨胀时的冲击而破裂，同时水蒸汽易浸入植物细胞中，使成分软化，产生一系列的化学变化，从而削弱了纤维间的粘结。蒸汽爆破后纤维素充分暴露，变成结构疏松、柔软的立体状组织。汽爆处理使得构树茎皮纤维中80％的果胶和半纤维素降解，木质素部分降解，同时将构树的外表皮(黑皮)与内层韧皮完全分离，经漂洗可去除外表皮的黑色组织，减少了外表皮黑色组织对制浆过程的负面影响，而且汽爆过程将茎皮纤维撕裂成松散结构，使漂白过程化学药品的充分渗透，提高纸浆白度。本方法不仅降低了构树茎皮造纸的工业化成本，避免了化学法制浆造成环境污染，而且此方法可提高纸浆的得率和品质。
发明内容
【本发明的目的】本发明的目的是针对构树茎皮化学制浆工艺污染环境和能耗高的缺点，提供一种构树茎皮汽爆脱胶的清洁制浆工艺。
【技术方案】本发明提供的构树茎皮汽爆脱胶清洁制备优质纸浆的方法，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破：对收集的构树茎皮在0.7～1.3MPa压力下维压2～5min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆茎皮漂洗：对汽爆后原料用5-10倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素和构树外皮层黑色组分；
(3)汽爆茎皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％H2O2、2％NaOH，第二段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、1％H2O2、1％NaOH，均在50-70℃下，各漂1-3h，固液比：1/10-1/20；
(4)后处理工艺：漂白后构树茎皮浆料根据不同纸张的需求，进一步经过打浆或磨浆后可制备宣纸和印钞纸等高档产品。
【技术特点】本专利的核心是构树茎皮的清洁制浆技术，通过无污染蒸汽爆破技术对构树茎皮进行脱胶处理，再经漂洗、漂白后制得优质的纸浆，该技术不仅降低了构树茎皮造纸的工业化成本，避免了化学法制浆造成环境污染，而且可提高纸浆的得率和品质，为构树茎皮的高值化利用提供了新途径，经济前景广阔。
具体实施方式
实施例1：
(1)蒸汽爆破：对收集的构树茎皮在0.8MPa压力下维压5min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆茎皮漂洗：对汽爆后原料用10倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素和构树外皮层黑色组分；
(3)汽爆茎皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/15；
纸浆得率为构树茎皮干重的43.2％，浆料可以用来制造宣纸和印钞纸等高档纸。
实施例2：
(1)蒸汽爆破：对收集的构树茎皮在1.0MPa压力下维压3min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆茎皮漂洗：对汽爆后原料用8倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素和构树外皮层黑色组分；
(3)汽爆茎皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％NaOH，均在60℃下，各漂3h，固液比：1/15；
纸浆得率为构树茎皮干重的44.1％，浆料可以用来制造宣纸和印钞纸等高档纸。
实施例3：
(1)蒸汽爆破：对收集的构树茎皮在1.2MPa压力下维压2min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆茎皮漂洗：对汽爆后原料用9倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素和构树外皮层黑色组分；
(3)汽爆茎皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％NaOH，均在55℃下，各漂2h，固液比：1/3；
纸浆得率为构树茎皮干重的42.2％，浆料可以用来制造宣纸和印钞纸等高档纸。
实施例4：
(1)蒸汽爆破：对收集的构树茎皮在1.1MPa压力下维压3min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆茎皮漂洗：对汽爆后原料用10倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素和构树外皮层黑色组分；
(3)汽爆茎皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂1h，固液比：1/15；
纸浆得率为构树茎皮干重的43.7％，浆料可以用来制造宣纸和印钞纸等高档纸。
实施例5：
(1)蒸汽爆破：对收集的构树茎皮在1.3MPa压力下维压2min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆茎皮漂洗：对汽爆后原料用10倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素和构树外皮层黑色组分；
(3)汽爆茎皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在50℃下，各漂2h，固液比：1/10；
纸浆得率为构树茎皮干重的41.2％，浆料可以用来制造宣纸和印钞纸等高档纸。
Claims (3)
1.一种构树茎皮汽爆脱胶制备宣纸纸浆的方法，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破：对收集的构树茎皮在0.7～1.3MPa压力下维压2～10min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆茎皮漂洗：对汽爆后的原料用5-15倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素和构树外皮层黑色组分；
(3)汽爆茎皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％H2O2、2％NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在50-70℃下，各漂1-3h，固液比：1/10-1/20。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(1)所述的构树茎皮可以是新鲜或晾干的原料，汽爆时原料的水分含量调整为30-60％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：可从步骤(2)所述的漂洗液中提取功能组分包括低聚木糖、黄酮类物质。
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