CN102174760B

CN102174760B - 一种沙柳化学机械法制浆工艺

Info

Publication number: CN102174760B
Application number: CN2011100601692A
Authority: CN
Inventors: 杨桂花; 陈嘉川; 孔凡功; 王守娟
Original assignee: Shandong Institute of Light Industry
Current assignee: Shandong Institute of Light Industry
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: CN102174760A

Abstract

本发明涉及化学机械法制浆工艺领域一种沙柳酶预处理化学机械法制浆工艺，解决沙柳因纤维短小而带来的纸浆白度低、强度性能差、纸浆得率低的问题。将汽蒸后经过第一段挤压疏解的沙柳浆料进行第一段纤维素酶预处理，酶预处理后浆料用钠碱过氧化氢溶液浸渍，浸渍后进行第二段挤压疏解，挤压疏解后的浆料再进行第二段木聚糖酶预处理，酶预处理后浆料再用钠碱过氧化氢溶液进行第二段浸渍，浸渍后浆料连同浸渍液一同进行第一段磨浆及磨浆后高浓贮存漂白，然后再进行第二段磨浆生产高白度、高得率和高强度化学机械浆。本发明可改善速生灌木沙柳的机械制浆性能，扩大沙柳高得率浆的应用范围，提高沙柳的利用价值。

Description

一种沙柳化学机械法制浆工艺

技术领域

本发明涉及化学机械法制浆工艺，特别涉及一种沙柳酶预处理化学机械法制浆工艺。

背景技术

制浆造纸工业在全球工业制造业中一直占据着重要地位，纸和纸板的生产消费水平已成为衡量一个国家经济发展水平和社会进步的重要标志。随着经济的发展，纸类产品的消费量呈现不断增长的态势，相对于不断攀升的市场需求而言，中国造纸工业的原料缺口很大。中国木材资源短缺，用于造纸的木材产量远不能满足造纸工业发展的需求，加之国内废纸回收在规模和质量上的缺陷，造纸原材料的短缺成为制约中国造纸业发展的重要因素。因此，我国造纸工业一方面实施林纸一体化工程建设，另一方面积极开发新原料和提高原料利用率，以解决我国造纸原材料短缺问题。近年来，沙柳作为一种新型的造纸原材料开始进行研究。沙柳是我国防风固沙的优质沙生灌木，具有耐旱、耐寒、耐高温、耐沙埋、抗风蚀、易繁殖、速生等特性，国家为防风固沙已投入巨资大量种植沙柳。为防止自然衰败而枯死沙柳必须每3-4年平茬一次。过去平茬下来的沙柳主要作为薪材被烧掉，造成资源严重浪费。化学机械制浆技术（如APMP和P-RC APMP）具有纸浆得率高、设备投资低、废水污染低等特点，对沙柳进行高得率化学机械制浆工艺探讨，特别适合我国的国情。沙柳等沙生灌木林的有效利用，为我国发展木材制浆提供了一定的木材资源，对于我国造纸工业和林业的发展具有重要的战略意义。

沙柳属于阔叶木散孔材，纤维较短，细胞壁较薄，这会影响到沙柳的化学机械制浆性能，降低了沙柳高得率浆的物理强度，降低了成纸产品质量，沙柳纸浆只能生产低档纸产品，限制了沙柳高得率的生产和应用范围。因此需要研究探索适合沙柳的高得率化学机械制浆工艺，以改善沙柳的机械制浆性能，扩大高得率浆应用范围，提高沙柳的利用价值。

发明内容

为了改善沙柳的机械制浆性能，提高纸浆的白度和强度性能指标，本发明提供一种白度和强度性能良好的沙柳化学机械法制浆工艺，从根本上解决沙柳因纤维短小而带来的纸浆白度低、强度性能差、纸浆得率低的问题。

本技术采用酶预处理技术、在磨浆过程中以氢氧化钠为碱源的过氧化氢处理技术进行高白度、高强度、高得率沙柳化学机械浆的生产，从而改善沙柳的化学机械制浆性能，提高纸浆的白度和强度性能。

本发明是通过以下措施实现的：

一种沙柳化学机械法制浆工艺，采用以下步骤：

（1）将经过汽蒸和第一段挤压疏解后的沙柳浆料，在60-65℃、pH值为5-6的条件下进行纤维素酶预处理；

（2）经过纤维素酶预处理的浆料进行第一段化学预浸渍，浸渍液中含有NaOH、H₂O₂ 、MgSO₄ 和乙二胺四乙酸；

（3）进行第二段挤压疏解；

（4）将步骤（3）挤压后的浆料在45-55℃、pH值为6.5-8的条件下进行木聚糖酶预处理；

（5）经过木聚糖酶预处理的浆料进行第二段化学预浸渍，浸渍液中含有NaOH、H₂O₂ 、MgSO₄ 和乙二胺四乙酸；

（6）将步骤（5）浸渍过的浆料与50-100v%的浸渍液一起进行第一段磨浆；

（7）第一段磨浆后的浆料贮存漂白；

（8）漂白完成后的浆料进行第二段磨浆；

（9）第二段磨浆后的浆料进行消潜洗涤，得浆料。

步骤（1）中优选浆浓为10wt %，优选酶用量20-40IU/g绝干浆，处理时间优选为1.5h；步骤（4）中优选浆浓为10wt%，优选酶用量30-60IU/g绝干浆，处理时间优选为1.5h。

优选第一段化学预浸渍浸渍液中各化学成分的量占绝干浆质量的百分比分别为：NaOH 3-4.4%、H₂O₂ 3.0-4.0%、MgSO₄ 0.2%、乙二胺四乙酸 0.2%，浸渍温度为60-70℃，液比1:4。

优选第二段化学预浸渍浸渍液中各化学成分的量占绝干浆质量的百分比分别为：NaOH 3.0-4.0%，H₂O₂ 3.0-4.0%，MgSO₄ 0.3%，乙二胺四乙酸0.3%，浸渍温度为45-55℃，液比1:4。

优选步骤（1）中第一段挤压疏解和步骤（3）中第二段挤压疏解均为常压机械挤压，挤压温度为45-70℃，压缩体积比为4-6：1。

根据最终浆料白度需求，NaOH 和H₂O₂的用量可进行调节，而且两段化学预浸渍中NaOH 和H₂O₂的总用量比例应为1.0-1.1:1较适宜。当最终白度要求达到70%ISO以上，较为适宜的两段化学预浸渍H₂O₂总用量相对于绝干浆来说为绝干浆质量的6.0-8.0%。

优选步骤（6）中第一段磨浆为常压磨浆，磨浆浓度20-25 wt %，磨浆过程中不进行稀释。

优选步骤（7）中贮存漂白工艺条件为：浆浓20-25 wt %，温度70-90℃，贮存停留时间为2-3h。

优选步骤（8）中第二段磨浆为常压磨浆，磨浆浓度为12-15 wt %。

优选步骤（9）中消潜温度为70-90℃，时间0.5-1.5h。

沙柳经削片筛选后进行汽蒸，汽蒸后木片进行挤压疏解，疏解后浆料浸入制浆工序。常规技术以氢氧化钠为碱源的过氧化氢化学机械法制浆是将汽蒸后的沙柳浆料先用含氢氧化钠、过氧化氢、硫酸镁、乙二胺四乙酸（EDTA）和硅酸钠的溶液进行处理，然后进行挤压疏解，再用上述溶液进行处理，处理后进行第一段磨浆，第一段磨浆后进行高浓停留，然后进行第二段磨浆，磨后浆料进行消潜、洗涤和浓缩后得到最终浆料用于抄纸工序。本发明中，将汽蒸后经过第一段挤压疏解的沙柳浆料进行第一段酶预处理，第一段酶预处理后浆料用含氢氧化钠、过氧化氢、硫酸镁和乙二胺四乙酸（EDTA）的溶液浸渍，浸渍后进行第二段挤压疏解，经过第二段挤压疏解后的浆料再进行第二段酶预处理，第二段酶预处理后浆料用含氢氧化钠、过氧化氢、硫酸镁和乙二胺四乙酸（EDTA）的溶液浸渍，浸渍后浆料连同浸渍液一同进行第一段磨浆，磨浆后高浓停留一段时间继续进行漂白反应，然后再进行第二段磨浆，磨后浆料进行消潜、洗涤和浓缩后得到最终浆料用于抄纸工序。

本发明的有益效果是：

（1）通过木聚糖酶对挤压疏解后的浆料进行处理，降解部分纤维表面的半纤维素，使纤维结构疏松，化学药品易于浸渍渗透，有利于木素的降解溶出，提高纸浆的白度，降低后续化学预浸渍段的化学药品用量，提高化学药品的漂白效率，减轻了对环境的污染；

（2）通过酶与纤维之间的相互作用，改善浆料纤维的性能，提高纤维的柔韧性，避免磨浆过程中纤维的过度切断，从而改善纸浆的强度性能，提高纸浆得率；

（3）由于酶预处理可以提高纸浆的柔韧性，可起到化学机械制浆过程的硅酸钠润滑纤维的作用，因而本发明可省略传统化学机械制浆中化学预浸渍段硅酸钠的加入，降低了机械浆的生产成本；

（4）本发明提高了速生灌木沙柳的利用价值，扩大了沙柳高得率浆的应用范围，可解决阻碍我国造纸工业发展的资源和环境的问题。

具体实施方式

以下实施例中，除有特别说明的外，其他所有百分比均为质量百分比。

实施例1：

三年生沙柳木片经过汽蒸第一段挤压疏解后按以下步骤制浆：

1.纤维素酶预处理，预处理条件为：温度60-65℃，时间1.5h，pH值5-6，酶用量20IU/g绝干浆，浆浓10 %；

2.将上述步骤1处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第一段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 3.0%，H₂O₂ 3.0%，MgSO₄ 0.2%，EDTA 0.2%，浸渍温度60-70℃，液比1:4；

3.将步骤2浸渍过的浆料进行第二段挤压疏解，挤压温度为60-70℃，疏解压缩体积比为6:1；

4.将步骤3挤压疏解的浆料进行第二段酶预处理，所用酶为固体木聚糖酶AU-PE89，处理条件为：45-50℃，pH值7-8，酶用量30IU/g绝干浆，浆浓10%，处理时间为1.5h；

5.将上述步骤4处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第二段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 3.0%，H₂O₂ 3.0%，MgSO₄ 0.3%，EDTA 0.3%，浸渍温度45-55℃，液比1:4，总的NaOH ：H₂O₂= 1:1；

6.将步骤5浸渍过的浆料连同全部浸渍液一起进行第一段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度20%，磨浆过程中不补充稀释水；

7.第一段磨浆后的浆料在高浓状态下贮存漂白，贮存条件为：浆浓20%，温度90℃，停留时间2h；

8.步骤7高浓贮存漂白后的浆料进行第二段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度12%；

9.经过第二段磨浆后的浆料进行消潜和洗涤，消潜温度90℃，消潜时间0.5h，消潜洗涤后浆料打浆至40oSR，得到沙柳化学机械浆。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得沙柳化学机械浆白度71.2%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆工艺相比，纸浆白度提高4.9%，不透明度提高8.1%，纸浆得率提高4.6%，纸浆抗张指数提高14.5%，撕裂指数提高10.6%，耐破指数提高9.1%。

实施例2：

1.纤维素酶预处理，预处理条件为：温度60-65℃，时间1.5h，pH值5-6，酶用量40IU/g绝干浆，浆浓10%，所用酶为固体纤维素酶；

2.将上述步骤1处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第一段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 4.4%，H₂O₂ 4.0%，MgSO₄ 0.2%，EDTA 0.2%，浸渍温度60-70℃，液比1:4；

3.将步骤2浸渍过的浆料进行进行第二段挤压疏解，挤压温度为45-60℃，疏解压缩体积比为4:1；

4.将步骤3挤压疏解的浆料进行第二段酶预处理，所用酶为液体木聚糖酶51024，预处理条件为：50-55℃，pH值6.5-7，酶用量60IU/g绝干浆，浆浓10%，处理时间1.5h；

5.将上述步骤4处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第二段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 4.0%，H₂O₂ 4.0%，MgSO₄ 0.3%，EDTA 0.3%，浸渍温度50-55℃，液比1:4，总的NaOH ：H₂O₂= 1.1:1；

6.将步骤5浸渍过的浆料连同占浸渍液体积50%的浸渍液一起进行第一段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度25%，磨浆过程中不补充稀释水；

7.第一段磨浆后的浆料在高浓状态下贮存漂白，贮存条件为：浆浓25%，温度70℃，停留时间3h；

8.步骤7高浓贮存漂白后的浆料进行第二段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度15%；

9.经过第二段磨浆后的浆料进行消潜和洗涤，消潜温度90℃，消潜时间1.5h，消潜洗涤后浆料打浆至40oSR，得到沙柳化学机械浆。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得的沙柳化学机械浆白度78.4%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆工艺相比，纸浆白度提高7.6%，不透明度提高8.1%，纸浆得率提高4.1%，纸浆抗张指数提高16.5%，撕裂指数提高13.2%，耐破指数提高13.1%。

实施例3：

1.纤维素酶预处理，预处理条件为：温度60-65℃，时间1.5h，pH值5-6，酶用量30IU/g绝干浆，浆浓10%，所用酶为固体纤维素酶；

2.将上述步骤1处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第一段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 3.7%，H₂O₂ 3.5%，MgSO₄ 0.2%，EDTA 0.2%，浸渍温度60-70℃，液比1:4；

3.将步骤2浸渍过的浆料进行进行第二段挤压疏解，挤压温度为55-65℃，疏解压缩体积比为5:1；

4.将步骤3挤压疏解的浆料进行第二段酶预处理，所用酶为固体木聚糖酶AU-PE89，预处理条件为：45-50℃，pH值7-8，酶用量50IU/g绝干浆，浆浓10%，处理时间1.5h；

5.将上述步骤4处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第二段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 3.5%，H₂O₂ 3.5%，MgSO₄ 0.3%，EDTA 0.3%，浸渍温度50-55℃，液比1:4，总的NaOH ：H₂O₂= 1.05:1；

6.将步骤5浸渍过的浆料连同占浸渍液体积50%的浸渍液一起进行第一段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度22%，磨浆过程中不补充稀释水；

7.第一段磨浆后的浆料在高浓状态下贮存漂白，贮存条件为：浆浓23%，温度70℃，停留时间2.5h；

8.步骤7高浓贮存漂白后的浆料进行第二段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度13%；

9.经过第二段磨浆后的浆料进行消潜和洗涤，消潜温度90℃，消潜时间1h，消潜洗涤后浆料打浆至40oSR，得到沙柳化学机械浆。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得的沙柳化学机械浆白度75.3%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆工艺相比，纸浆白度提高6.9%，不透明度提高9.2%，纸浆得率提高4.9%，纸浆抗张指数提高18.3%，撕裂指数提高14.1%，耐破指数提高15.7%。

实施例4：

1.纤维素酶预处理，预处理条件为：温度60-65℃，时间1.5h，pH值5-6，酶用量10IU/g绝干浆，浆浓10%；

2.将上述步骤1处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第一段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 2.4%，H₂O₂ 2.8%，MgSO₄ 0.2%，EDTA 0.2%，浸渍温度60-70℃，液比1:4；

3.将步骤2浸渍过的浆料进行第二段挤压疏解，挤压温度为45-55℃，疏解压缩体积比为4-6:1；

4.将步骤3挤压疏解的浆料进行第二段酶预处理，所用酶为液体木聚糖酶51024，处理条件为：50-55℃，pH值6.5-7，酶用量15IU/g绝干浆，浆浓10%，处理时间为1.5h；

5.将上述步骤4处理过的浆料用钠碱过氧化氢溶液进行第二段化学预浸渍，相对于绝干浆的质量，浸渍液中各化学成分的量及工艺条件为：NaOH 2.5%，H₂O₂ 2.7%，MgSO₄ 0.3%，EDTA 0.3%，浸渍温度45-55℃，液比1:4，总的NaOH ：H₂O₂= 0.9:1；

6.将步骤5浸渍过的浆料连同全部浸渍液一起进行第一段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度15%，磨浆过程中不补充稀释水；

7.第一段磨浆后的浆料在高浓状态下贮存漂白，贮存条件为：浆浓14%，温度90℃，停留时间1h；

8.步骤7高浓贮存漂白后的浆料进行第二段磨浆，磨浆压力为常压，磨浆浓度10%；

9.经过第二段磨浆后的浆料进行消潜和洗涤，消潜温度90℃，消潜时间0.4h，消潜洗涤后浆料打浆至40oSR，得到沙柳化学机械浆。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得沙柳化学机械浆白度67.5%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆工艺相比，纸浆白度提高2.1%，不透明度提高3.3%，纸浆得率提高1.8%，纸浆抗张指数提高8.4%，撕裂指数提高5.7%，耐破指数提高4.6%。

Claims

1.一种沙柳化学机械法制浆工艺，其特征是采用以下步骤：

（3）进行第二段挤压疏解；

（7）第一段磨浆后的浆料贮存漂白；

（8）漂白完成后的浆料进行第二段磨浆；

（9）第二段磨浆后的浆料进行消潜洗涤，得浆料；

步骤（1）中浆浓为10wt %，酶用量20-40IU/g绝干浆，处理时间为1.5h；步骤（4）中浆浓为10wt%，酶用量30-60IU/g绝干浆，处理时间为1.5h；

第一段化学预浸渍浸渍液中各化学成分的量占绝干浆质量的百分比分别为：NaOH 3-4.4%、H₂O₂ 3.0-4.0%、MgSO₄ 0.2%、乙二胺四乙酸 0.2%，浸渍温度为60-70℃，液比1:4；

第二段化学预浸渍浸渍液中各化学成分的量占绝干浆质量的百分比分别为：NaOH 3.0-4.0%，H₂O₂ 3.0-4.0%，MgSO₄ 0.3%，乙二胺四乙酸0.3%，浸渍温度为45-55℃，液比1:4；

步骤（1）中第一段挤压疏解和步骤（3）中第二段挤压疏解均为常压机械挤压，挤压温度为45-70℃，压缩体积比为4-6：1；

步骤（6）中第一段磨浆为常压磨浆，磨浆浓度20-25 wt %，磨浆过程中不进行稀释；

步骤（7）中贮存漂白工艺条件为：浆浓20-25 wt %，温度70-90℃，贮存停留时间为2-3h；

步骤（8）中第二段磨浆为常压磨浆，磨浆浓度为12-15 wt %；

步骤（9）中消潜温度为70-90℃，时间0.5-1.5h。

2.根据权利要求1所述的沙柳化学机械法制浆工艺，其特征在于两段化学预浸渍中NaOH 和H₂O₂的总用量比例为1.0-1.1：1。