CN102021859B

CN102021859B - 红麻骨材造纸制浆方法

Info

Publication number: CN102021859B
Application number: CN201010278321XA
Authority: CN
Inventors: 张士楚; 王恒新
Original assignee: ZHONGWEI BIO-CHEMICAL Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: ZHONGWEI BIO-CHEMICAL Co Ltd SHANGHAI
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN102021859A

Abstract

本发明涉及红麻骨材造纸制浆方法。具体地，本发明提供了一种红麻骨材制浆方法，包括步骤：(a)将红麻骨材置入70-100℃的水或水性溶剂中约5-180分钟，然后将浸泡后的红麻骨材冷却至5-50℃，进行挤碾，获得挤碾后的红麻骨材；(b)将步骤(a)获得的红麻骨材在2.0-7.0wt%氢氧化钠、2.0-5.0wt%过氧化氢、0.05-3.0wt%硅酸钠、0.05-2.0wt%硫酸镁存在下，在70-90℃浸泡60-300分钟；(c)对化学处理后的浆料进行磨浆和消潜处理，从而获得红麻骨材纸浆。

Description

红麻骨材造纸制浆方法

技术领域

本发明涉及造纸领域，更具体地，涉及一种红麻骨材造纸制浆方法。

背景技术

中国纸张的需求逐年以10%增长。由于我国森林资源严重不足。森林覆盖率仅有全球平均水平的2/3。因此人们迫切需要开发代替木材纤维的非木材纤维原料。

上海众伟生化有限公司等应用土壤调理剂技术，在盐碱化、荒漠化土地上种植的红麻。以麻代树，由于红麻的生物量是树木的3-4倍，红麻种植吸收二氧化碳成为人类防止地球变暖策略之一；同时又改良土壤，阻止沙漠化盐碱化进一步侵袭。

目前，红麻的利用主要包括直接利用红麻作为原料制备复合板材。例如，CN200410021176.1公开了一种红麻、高梁秸秆混合纤维高强包装纸板及其制备方法，其中将全秆红麻与其他材料一起制得包装纸板。

然而，红麻麻皮的纤维素含量高，因此将红麻麻皮用作原料生产可发酵糖，可以提高红麻的应用价值。CN200810200990.8公开了一种红麻麻皮纤维酶解生产可发酵糖的方法。

此外，虽然有人尝试将红麻全杆用作原料，制造纸浆。然而，目前尚缺乏适用于红麻骨材的制浆或造纸工艺，更缺乏令人满意的、高效、低能耗和对环境友好的红麻骨材制浆和造纸方法。

因此，本发明迫切需要开发高效、低能耗和对环境友好的红麻骨材制浆/造纸方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高效、低能耗和对环境友好的红麻骨材制浆/造纸方法。

在本发明的第一方面，提供了一种红麻骨材制浆方法，该方法包括步骤：

(a) 预处理：将红麻骨材置入70-100℃的水或水性溶剂中约5-180分钟，然后将浸泡后的红麻骨材冷却至5-50℃，进行挤碾，获得挤碾后的红麻骨材；

(b) 化学处理：将步骤(a)获得的红麻骨材在2.0-7.0wt%氢氧化钠、2.0-5.0wt%过氧化氢、0.05-3.0wt%硅酸钠、0.05-2.0wt%硫酸镁存在下，在70-90℃浸泡60-300分钟；

(c) 对化学处理后的浆料进行磨浆和消潜处理，从而获得红麻骨材纸浆。

在另一优选例中，所述的磨浆步骤是进行三段或四段磨浆。

在另一优选例中，所述的磨浆步骤是磨浆间距为2.5mm、0.5mm、0.15mm、0.1mm的4段磨浆。

在另一优选例中，在步骤(b)中，还存在0.05～1.0%EDTA。

在另一优选例中，在步骤(b)中，还存在0.01-0.2wt%表面活性剂。在另一优选例中，所述的表面活性剂是十二烷基磺酸钠。

在另一优选例中，在步骤(b)中，存在0.1-2.0wt%硅酸钠。

在另一优选例中，在步骤(b)中，存在0.1-1.0wt%硫酸镁。

在本发明的第二方面，提供了一种用本发明第一方面中所述的方法制备的红麻骨材纸浆。

在本发明的第三方面，提供了一种纸张，所述纸张是用本发明第二方面中所述的纸浆制造的。

在本发明的第四方面，提供了一种造纸方法，该方法包括步骤：

(c) 对化学处理后的浆料进行磨浆和消潜处理，从而获得红麻骨材纸浆；

(d) 使用步骤(c)所述的纸浆，制成纸张。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，意外地发现，红麻骨材是一种非常适合采用本发明人改良的APMP法进行造纸的纸浆原料。因红麻骨材细胞构造特殊，在与其他纤维原料相同能耗条件下，红麻骨材纤维容易打浆。用红麻骨材作为原料进行纸浆，不仅制浆得率高，而且制浆过程中BOD，COD的排放很低，仅为其他高得率制浆废液的排放量的30%左右，对环境非常友好。在此基础上完成了本发明。

如本文所用，“红麻”红麻(学名)，又名洋麻、野麻、槿麻等，属双子叶植物纲锦葵科木槿植物。

通常，红麻茎杆高约1.5-3.5米，直径约1-3厘米。红麻是一种适应性很强的速生高产作物，5-7个月就可以收获，产量为16-20t/hm²。

如本文所用，“红麻骨材”指去皮的红麻茎杆。

预处理步骤：

在本发明方法中，红麻骨材的预处理包括浸泡和挤碾步骤。

在本发明方法中，红麻骨材的预处理是采用一步浸泡法，而不是采用常规的二步浸泡。本发明的一步浸泡将浸泡与汽蒸的功能合二为一，特别适用于红麻骨材，不仅大幅缩短了预处理时间，而且显著减少了能耗。

一步浸泡法的步骤包括：将红麻骨材(通常为长1-10厘米的段料)置入70-100℃(较佳地80-95℃)的热水(或水性溶剂)一段时间(通常为5-180分钟，较佳地为10-120分钟，更佳地为15-60分钟)，然后将浸泡后的红麻骨材进行快速冷却或自然冷却，通常冷却到5-50℃(较佳地10-45℃，更佳地15-40℃)。

在本发明的优选例中，热浸泡后红麻骨材是当红麻骨材被浸没在水中条件下进行的，以便水分能够充分浸润到骨材的内部。

在一优选例中，将红麻骨材置入70-100℃的热水(或水性溶剂)一段时间约30min，自然冷却至50℃(此时，红麻骨材组织已充分被水浸透)，然后对预处理后的红麻骨材进行挤碾。

很明显，一步浸泡比二步浸泡预处理方法更节约能耗与减少时间。

如本文所用，术语“水性溶剂”包括水以及水与醇(如甲醇、乙醇)形成的混合溶剂。例如，醇含量低于5%(v/v)的水溶液可视为水性溶剂。此外，在本发明的水或水性溶剂中可以加入一些盐(如氯化钠)、碱(氢氧化钠)、酸(如盐酸)或醇等物质。

一步浸泡处理时水或水性溶剂的用量没有特别限制，浸没红麻骨材即可。

为了节约能源，宜回收水煮后的水热能或重复利用浸泡处理的水。

在本发明方法中，挤碾步骤可用本领域常规的方法和设备进行。

化学浸泡

化学浸泡(也称为“化学处理”)是本发明方法中核心步骤之一。

在本发明中，通常在氢氧化钠2.0-7.0%和过氧化氢2.0-5.0%存在下进行。此外，以红麻骨材为原料时，宜添加硅酸钠(Na₂SiO₃)和硫酸镁(MgSO₄)。

硅酸钠(Na₂SiO₃)在红麻骨材制浆中可起稳定剂的作用。Na₂SiO₃是强碱弱酸盐，溶液是保持一定碱性的缓冲液。红麻骨材制浆过程中添加NaOH主要起到提高强度的作用。但NaOH添加量多了强度提高但白度下降。H₂O₂的加入起到漂白作用。H₂O₂在酸性条件下很稳定，但在碱性条件就电离成H⁺与HO₂ ^-，其中HO₂ ^-是实际起漂白作用。为了在制浆过程中不过快电离，所以制浆PH值不能过高，加入Na₂SiO₃作为缓冲剂可以起到稳定作用。通常，硅酸钠的用量为0.05-3.0wt%，较佳地为0.1-2.0wt%，最佳地为0.2-1.0wt%。

硫酸镁(MgSO₄)在红麻骨材制浆中可起稳定剂的作用,同时又能在碱性溶液中部分Mg²⁺离子与HO^-结合形成氢氧化镁。氢氧化镁能与溶液中可能存在的重金属离子结合，阻止重金属离子对H₂O₂电离催化作用。通常，硫酸镁的用量为0.05-2.0wt%，较佳地为0.1-1.0wt%，最佳地为0.15-0.75wt%。

此外，在化学处理时，可添加一定量的鳌合剂(如EDTA)和表面活性剂。

鳌合剂的代表性例子包括(但并不限于)：EDTA。通常，鳌合剂的用量为0.05-1%，较佳地为0.1-6%。

表面活性剂的例子包括(但并不限于)：十二烷基磺酸钠。表面活性剂可加强水在红麻骨材的渗透作用。通常，表面活性剂的用量为0-0.5%，较佳地为0.01-0.2%。

在本发明的一个优选例中，化学处理步骤的各条件如下：

氢氧化钠用量	2.0～7.0%；
		过氧化氢用量	2.0～5.0%；
EDTA用量	0.1～0.6%；
		十二烷基磺酸钠用量	0～0.12%；
MgSO₄用量	0～0.5%；
		Na₂SiO₃用量	0～2%；
料液比	1：6～1：8；
		PH	10.5～11；
温度	80～110℃；
		时间	30～150min

注：百分比用量按红麻骨材的干重计。

磨浆

在本发明方法中，可用本领域常规的方法和设备进行磨浆。如采用KRK磨浆。

一种优选的磨浆方式是采用三或四段磨浆。例如，采用磨浆间距为2.5mm、0.5mm、0.15mm、0.1mm的4段磨浆。这样，在获得相同纸浆强度情况下，磨浆间隙分布跨度较大，免去了粗粉碎，可以简化工艺与节约能耗。

在磨浆过程中，宜可控制浆的游离度在150～450ml。

消潜

在本发明方法中，可用本领域常规的方法和设备进行磨浆。通常，可在80-90℃的热水中消潜0.5-8小时，较佳地1—5小时。消潜后，即可获得红麻骨材纸浆。

红麻骨材纸浆

用本发明方法制备的红麻骨材纸浆具有优良的特性。例如，在纸页密度相同时，本发明的红麻骨材APMP纸张的抗张指数与耐破指数均高于杨木APMP。

本发明的红麻骨材纸浆的另一特点是其纤维平均长度较短且较为均一，平均纤维约为0.5-0.8mm。

本发明的红麻骨材纸浆可以直接使用(如用于造纸)，也可以与其他纸浆一起混合后使用。或者，在制备的红麻骨材纸浆添加其他材料(如长纤维)，从而改善其性能。

本发明的主要优点在于：

(a) 以麻代木，将红麻去韧皮后的木质部(红麻骨材)作为纸浆原料，通过本发明特殊的纸浆方法处理，生产过程相对能耗低，制浆得率高，化学品用量少，且制浆废液污染少。

(b)在纸页密度相同时，本发明的红麻骨材APMP纸张的抗张指数与耐破指数均高于杨木APMP。可以替代商品BCTMP。适于配抄书写纸、印刷纸、薄页纸和高档纸板等。

(c) 本发明方法操作简便，处理时间短。

(d) 本发明方法对环境友好，废水不经处理即可符合排放标准。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则份数和百分比为重量份数和重量百分比。

实施例1

原料：切割的长约3-5厘米红麻骨材，直径约为2～3厘米，用量为5kg左右。

预处理：将红麻骨材置入85℃的热水约25min，自然冷却至50℃以下，然后对红麻骨材进行挤碾。

化学处理：氢氧化钠用量3.0%；过氧化氢用量为5.0%；EDTA为0.4%；十二烷基磺酸钠0.02%；MgSO₄为0.15%；无水硅酸钠(Na₂SiO₃)为1.0%；PH值为10.5～11；料液比为1：7时；温度80℃和时间150min。

磨浆：采用1.5mm,0.5mm,0.15mm,0.1mm四段磨。磨浆过程中，控制浆的游离度在150～450ml。

消潜：在90℃消潜4h，得到红麻骨材的纸浆。

用该纸浆在Rapid-Kothen纸页自动成形机上抄造的纸样，经检测数据如下：

纸浆得率	89%
		游离度	220ml
定量	63.6g/m
		松厚度	2.3cm³/g
抗张指数	40.5N.m/g
		裂断长	4.0Km
撕裂指数	3.7mN.m²/g
		白度	57.5%
耐破指数	3.5 KPa.m²/g

实施例2

方法同实施例1,不同点在于预处理、化学处理和磨浆条件有所不同。

预处理：将红麻骨材置入90℃的热水约20min，加冷水冷却至约45℃，然后对红麻骨材进行挤碾。

化学处理：氢氧化钠用量5.0%；过氧化氢用量为3.0%；EDTA为0.5%；MgSO₄为0.5%；Na₂SiO₃为2.0%；PH值为10.5～11；料液比为1：7时；温度90℃和时间90min。

磨浆：采用1.5mm,0.5mm,01mm三段磨。

在90℃消潜4h，得到红麻骨材的纸浆。

游离度	180ml
		定量	63g/m
松厚度	1.74cm³/g
		抗张指数	40.6N.m/g
裂断长	4.91Km
		撕裂指数	2.18mN.m²/g
白度	58.5%
		耐破指数	3.4KPa.m²/g

实施例3

方法同实施例1,不同点在于预处理、化学处理、磨浆和消潜条件有所不同。

预处理：将红麻骨材置入95℃的热水约20min，加冷水冷却至约45℃，然后对红麻骨材进行挤碾。

化学处理：氢氧化钠用量7.0%；过氧化氢用量为2.0%；EDTA为0.15%、MgSO₄为0.5%；Na₂SiO₃为0.05%；十二烷基磺酸钠0～0.12%；PH值为10.5～11；料液比为1：8时；温度95℃和时间90min。

磨浆：采用0.3mm,0.15mm,0.06mm三段磨。

消潜：在70℃消潜30min，转速200r/min得到红麻骨材的纸浆。

纸浆得率	80%
		游离度	210ml
定量	63.6g/m
		松厚度	2.2cm³/g
抗张指数	41.5N.m/g
		裂断长	4.43Km
撕裂指数	4.6mN.m²/g
		白度	58.8%
耐破指数	3.6KPa.m²/g

实施例4

对用实施例1相同制备工艺中产生的废液(按生产一吨纸浆计)，用常规方法进行测量，结果如下表所示：

红麻骨材APMP废液测定项目、规定的排放极限、测定方法

	红麻骨材的造纸废液	制浆企业	方法
				PH值	8.3	6-9	GB/T6920-1986
悬浮物(mg/l)	450	5.0×10⁴	GB/T11901-1989
				BOD₅(mg/l)	1.08×10⁴	2.0×10⁴	HJ505-2009
COD_CR(mg/l)	1.83×10⁴	1.0×10⁵	GB/T11914-1989
				氨氮(mg/l)	10.84	1.2×10⁴	GB/T7479-1987
总氮(mg/l)	115	1.5×10⁴	GB/T11894-1989
				总磷(mg/l)	9.49	800	GB/T11893-1989
二恶英(mg/l)	-	3×10⁴
				可吸附有机卤素	-	1.2×10⁴

现有技术中，在用高得浆率纸源生产一吨纸浆过程中，一般废液中BOD₅、COD_CR含量分别为40-90公斤和65-210公斤。

从本发明实际测得的数据可见，本发明的氨氮含量与PH值负荷废水排放标准，BOD₅、COD_CR分别仅为10.8公斤和18.3公斤，远少于其他高得率制浆废液40-90公斤和65-210公斤，因此本发明工艺对环境友好，在未经处理的情况下，即可达到排放标准。当然，如果进一步采用“絮凝+生化”等处理手段，进一步降低废水的BOD₅等指标。

这表明，红麻骨材化学机械浆是一种新型高得率浆，其化学用品用量少，产生的污染负荷低于化学浆。

对比例1

方法同实施例1,不同点在于，预处理有所不同。

预处理：采用二步浸泡进行预处理。将红麻骨材在水中浸泡24小时，然后置入100℃蒸汽中密闭蒸30min，然后进行挤碾。

结果，红麻骨材接近100%浸透。

对比例2

方法同实施例2,不同点在于，预处理有所不同。

预处理：将红麻骨材置入85℃的热水约30min，不进行冷却，直接红麻骨材进行挤碾。

结果，红麻骨材仅表面1～2毫米浸润。

对比例1虽然可以获得纸浆，但是预处理步骤耗时长，且能耗大，且需要专业设备进行密闭蒸。

对比例2因浸泡不充分，挤碾时对纤维损伤大，导致纸样强度下降。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种红麻骨材制浆方法，其特征在于，包括步骤：

(a) 预处理：将红麻骨材置入70-100℃的水或水性溶剂中5-180分钟，然后将浸泡后的红麻骨材冷却至5-50℃，进行挤碾，获得挤碾后的红麻骨材；

(b) 化学处理：将步骤(a)获得的红麻骨材在2.0-7.0wt%氢氧化钠、2.0-5.0wt%过氧化氢、0.05-3.0wt%硅酸钠、0.05-2.0wt%硫酸镁存在下，在70-90℃浸泡60-300分钟；

(c) 对化学处理后的浆料进行磨浆和消潜处理，从而获得红麻骨材纸浆。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磨浆步骤是进行三段或四段磨浆。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磨浆步骤是磨浆间距为2.5mm、0.5mm、0.15mm、0.1mm的4段磨浆。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，还存在0.05～1.0%EDTA。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，还存在0.01-0.2wt%表面活性剂。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，存在0.1-2.0wt%硅酸钠。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，存在0.1-1.0wt%硫酸镁。

8.一种用权利要求1所述的方法制备的红麻骨材纸浆。

9.一种纸张，其特征在于，所述纸张是用权利要求8所述的纸浆制造的。

10.一种造纸方法，其特征在于，包括步骤：

(c) 对化学处理后的浆料进行磨浆和消潜处理，从而获得红麻骨材纸浆；

(d) 使用步骤(c)所述的纸浆，制成纸张。