CN102248562B - 一种生产纸板和纸管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产纸板和纸管的方法，包括以下步骤：（1）将植物废料进行蒸汽爆破处理和气流粉碎处理，得到原料A；（2）将废旧纺织品、动物纤维进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）配制质量浓度为12%~15%的硅酸钠溶液，得到原料C；（4）将质量百分比为84%~86%的原料A、6%~9%的原料B、6%~8%的原料C和0%~4%的热固性树脂均匀混合，投入压纸机中制备成纸板或纸管；（5）将得到的纸板或纸管进行自干固化或用烘干机或鼓风机固化。本发明工艺简单，原材料来源广泛；节省人力和能源，提高了生产效率，降低了生产成本；生产的纸板和纸管品质好、质量稳定，是一种可以推广应用的环境友好型造纸方法。

Description

一种生产纸板和纸管的方法

技术领域

本发明涉及制浆造纸技术领域，尤其是涉及利用蒸汽爆破技术生产纸板和纸管的领域。

背景技术

纸板和纸管是现代社会不可或缺的包装材料，纸板可以用于制作各种包装箱、防水板、隔音板、封面板等，而各种塑料薄膜、布匹、金属线材在包装、运输、销售过程中，均需采用纸管为内芯材料。

对于纸板的生产，申请号为CN200580015800.X的专利文献提供了一种把水滑石加入含纤维素的含水悬浮液中，沉积一层或者多层纸板的方法；申请号为CN00809011.4的专利文献提供了一种由多层聚合物把单层纸粘结起来成为纸板的方法；申请号为CN200910044374.2的专利文献提供了一种把木浆经过处理后制成单张湿纸坯，然后经过热压多层纸坯成为纸板的方法；申请号为CN200580030392.5的专利文献提供了一种通过在造纸网上使纸浆滤水形成纸张并将纸张干燥得到纸板的方法。

对于纸管的生产，申请号为CN90109052.2的专利文献提供了一种用沥青热熔物均匀浸涂在纸上卷制成纸管的方法；申请号为CN02143870.6提供了一种将纸浆注入模具内，再通过径向加压，由模具的内芯管上的排水孔脱水而成为纸管的方法；申请号为CN200810073036.7的专利文献提供了一种用真空网模芯凭真空吸力在浆池中抄纸制成复合纸管坯的方法。

从上面的技术资料可以看出，目前常用的生产纸板和纸管的方法为多层纸张粘合，为使纸板和纸管有一定的抗压、抗弯强度，大多要增加粘贴纸张的层数，这种方法有两个缺陷：一是生产纸板和纸管所用纸张的湿法造纸会排放大量废水，造成环境污染；二是需要消耗大量纤维素资源，我国纸板工业的纤维资源主要是来源于废纸，但是国内废纸的回收率较低，还需要依赖进口废纸。

与此同时，我国每年形成7亿吨左右的秸秆资源，以稻草、玉米、麦秸为主，秸秆富含有机碳、N、P、K、Mg、Ca等营养元素，有着较好的利用潜力，但2/3的秸秆资源因缺乏相应的技术和设备没有得到有效的利用，其中少量被填埋还田，大部分被焚烧，向空气中排放了大量的二氧化碳和固体微粒，造成了严重的环境污染；自然界每年产生大量的芦苇、树叶、茅草等有机物，建筑行业每年产生300多万吨废旧木质材料，竹、木材加工行业同样产生大量的下脚料、废料，包装行业、出版行业每年产生的废弃材料的数量也十分可观，全世界每年产生不可估算的旧衣服、旧被褥、废皮革等。这些植物废料和废旧纺织品可以作为纸制品中纤维素的主要来源。

对于动植物纤维素进行预处理的传统方法主要为机械粉碎和添加化学物质。机械粉碎无法将木质素和半纤维素从纤维中分离，水解速度和糖化率不高，残留的灰分对后续处理有较大影响；化学方法处理是指以酸、碱、氨水等有机溶剂作为预处理剂，破坏纤维素的结构，打破木质素与纤维素的连接，同时使得半纤维素溶解，这种方式虽然处理效率较高，但所添加的酸、碱、有机溶剂容易对设备和环境造成污染，同时增加了处理废水和残留物的经济成本和社会成本。

蒸汽爆破法克服了上述处理方式的缺点，它是用水蒸气将动物毛发、植物碎屑等原料加热到120~180℃左右，并产生一定压力，根据不同原材料采用不同的蒸汽压，有机物在这种高温高压的状态下，纤维细胞内部的水分被蒸发掉；然后将压力瞬间释放，使得原材料的体积猛增，在这种机械力的作用下，原材料的固体结构被破坏，大部分纤维断裂，纤维的长度变短，纤维素的氢键被破坏并重排，纤维素重新结晶，使得纤维素在稀碱溶液中的溶解性能提升；木质素在0.5MPa以上的蒸汽压力下，其β-O-醚键均裂，羟基减少，羰基和α、β-不饱和键增加，降解率可达25％以上；半纤维素在高压下发生脱乙酰化作用，其较低的聚合度受到破坏而降解形成低分子酸。动物毛发、植物碎屑等在受到蒸汽膨化、爆破处理后，从总体上来讲使得纤维素、半纤维素和木质素有一定程度的分离，并形成较多的化学活性点，为后续的应用创造了条件。

目前利用蒸汽爆破技术制浆造纸的方法很多，但是绝大部分要对原材料进行汽爆前预处理或汽爆后再加工。申请号为200510018735.8的专利文献公开了一种用油棕榈果壳造纸的方法，该法要先用烧碱和助剂预处理油棕榈果壳，然后再进行汽爆；申请号为200610124465.3的专利文献公开了一种用竹子造纸的方法，该法要对竹子进行磺化预处理，然后再进行汽爆；申请号为200910078225.8的专利文献公开了一种用构树茎皮造纸的方法，该法在对构树茎皮进行汽爆后，还要进行漂洗和漂白；申请号为200810100969.0的专利文献公开了一种用麻类造纸的方法，该法要对麻类进行化学脱胶和生物脱胶，然后再进行汽爆；申请号为200810226284.0的专利文献公开了一种用竹材、棉杆、木材、枝丫材造纸的方法，该法要先对原材料进行水泡、气蒸和挤碾破裂的预处理，然后再进行汽爆。以上方法不论是预处理还是后加工，都会产生化学废品和废水，而单纯的汽爆处理制得的浆料不均匀，对造纸质量有影响。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种新型的生产纸板和纸管的方法，把经过处理的原材料混合后，一次性压制成纸板或纸管成品。本发明利用了经过蒸汽爆破处理后的动植物纤维本身自有的粘结性，再通过与粘结剂、热固性树脂配合使用，生产的纸板和纸管粘合性好，抗压抗弯强度高。本发明所用的原材料均为废弃物，来源广泛、价格低廉，不需对原材料进行化学预处理和后加工，具有工艺简单、生产效率高、成本低的优点，并具有废物利用、保护环境的社会效益。

本发明的技术方案如下：

      一种生产纸板和纸管的方法，包括以下步骤：（1）将植物废料进行蒸汽爆破处理和气流粉碎处理，得到原料A；（2）将废旧纺织品、动物纤维进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）配制质量浓度为12%~15%的硅酸钠溶液，得到原料C；（4）将质量百分比为84%~86%的原料A、6%~9%的原料B、6%~8%的原料C和0%~4%的热固性树脂均匀混合，投入压纸机中制备成纸板或纸管；（5）将得到的纸板或纸管进行自干固化，或用烘干机或鼓风机固化。

所述制备原料A所用的植物废料包括以下材料中的至少一种：果壳，稻草，玉米秸秆，小麦秸秆，竹、木加工行业的下脚料、废料，包装行业、出版行业的旧材料、废纸。

所述制备原料B所用的废旧纺织品包括以下材料中的至少一种：旧衣服、旧被褥、废皮革、废包装袋、废塑料袋；制备原料B所用的动物纤维包括以下材料中的至少一种：动物毛发、蟹壳、虾壳。

所述热固性树脂包括以下材料中的至少一种：废氨基树脂漆、废酚醛树脂、废聚乙烯醇，动物皮毛制造的凝胶、脲类、密胺类，废环氧树脂、废不饱和聚酯树脂、废硅氧烷类、废橡胶类、废聚氨酯类、废塑料。

所述原料A的粒径分布为：粒径1~100纳米的植物微粒的质量分数占6%~14%，粒径0.1~100微米的植物微粒的质量分数占86%~94%。

所述制备原料A所用的植物废料中果壳表面蜡质通入氨进行处理。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明利用蒸汽爆破法预处理植物废料和废旧纺织品、动物纤维，使其中大部分纤维断裂，纤维的长度变短，纤维素的氢键被破坏并重排，形成较多的化学活性点，使纤维素间结合成氢键的数目增加；同时这种变化使得粘结剂能够渗入到纤维素空间结构的内部，与纤维素分子的支链桥接的数目增多、结合力增强，使生产的纸品强度提高。

2、本发明利用蒸汽爆破法预处理植物废料和废旧纺织品、动物纤维，使半纤维素和纤维素分离，半纤维素具有亲水性能，在50~60℃时开始软化，具有可塑性并开始流动，使纤维具有更大的柔韧性，有利于发展结合强度；同时半纤维素的支链数目多，支链更易连接起来起到桥梁的作用；半纤维素的聚甘露糖有一个具有流动性的伯醇羟基，有旋转的可能性，更容易将两个羟基结合成氢键，是促进纤维素结合的粘结剂。

3、本发明利用蒸汽爆破法预处理植物废料和废旧纺织品、动物纤维，使木质素β-O-醚键均裂，羟基减少，羰基和α、β-不饱和键增加，降解率可达25％以上。

4、本发明利用蒸汽爆破法预处理植物废料和废旧纺织品、动物纤维，附在原材料表面的灰份有95%左右在汽爆过程中剥离，经沟道筛网沉淀；油墨及其它染色体、细菌等也同时被除去。这个步骤省去了使用碱液蒸煮分离木质素和使用大量清水漂洗的过程，从而在源头上减少了造纸废水的产生。

5、本发明把经过汽爆处理后的植物原材料再进行气流粉碎，使植物纤维处理的更加均匀，省去了机械切碎和挤碾制浆的过程。

6、本发明所用的热固性树脂粘结剂均为废料，如废油漆等，不仅来源广泛、价格低廉，而且循环利用了资源，具有重要的环保意义。

7、由于石油类高分子与动植物纤维高分子具有相容性，可以在汽爆处理动植物废料的同时可以将附着的塑料袋进行爆破，从而省去了分检过程。

8、本发明所生产的纸板和纸管有以下特点：表面光洁、亮度好、分辨率高，具备很好的抗拉性、抗撕性和柔韧性；书写流利，易着色，书写感觉良好，在纸上书写的字在水中浸泡不会掉色；可通用于平版、凹版、凸网版等印刷，与油墨有较强的亲和力和吸附性，在印刷时易着色，不易脱色；在野外暴露的环境中可自动风化、无污染、会自然降解。

9、综上所述，本发明工艺简单，原材料来源广泛；省去了需要耗费大量人力和能源的环节，提高了生产效率，降低了生产成本；生产的纸板和纸管品质好、质量稳定，是一种可以推广应用的环境友好型造纸方法。

具体实施方法

      实施例1

      本发明按以下步骤实施：

（1）将稻草，玉米杆，麦秸秆，竹、木加工行业的下脚料、废料，包装行业、出版行业的旧材料、废纸等植物废料进行蒸汽爆破处理和气流粉碎处理，得到原料A，原料A的粒径分布为：粒径1~100纳米的植物微粒的质量分数占6%，粒径0.1~100微米的植物微粒的质量分数占94%；

（2）将旧衣服、旧被褥、废皮革、废包装袋、废塑料袋进行蒸汽爆破处理，得到原料B；

（3）配制质量浓度为15%的硅酸钠溶液，得到原料C；

（4）将质量百分比为84%的原料A、9%的原料B、6%的原料C和1%的热固性树脂废氨基树脂漆均匀混合，投入三辊压片机，采用流平连续挤压法，连续挤压控制在1.0~1.5MPa/cm²，得到硬纸板，固化温度控制在85~90℃，固化时间为5~7分钟。

      实施例2

      （1）将稻草，玉米杆，麦秸秆，竹、木加工行业的下脚料、废料，包装行业、出版行业的旧材料、废纸等植物废料进行蒸汽爆破处理和气流粉碎处理，得到原料A，原料A的粒径分布为：粒径1~100纳米的植物微粒的质量分数占10%，粒径0.1~100微米的植物微粒的质量分数占90%；

（2）将旧衣服、旧被褥、废皮革、废包装袋、废塑料袋、动物毛发、蟹壳、虾壳进行蒸汽爆破处理，得到原料B；

（3）配制质量浓度为14%的硅酸钠溶液，得到原料C；

（4）将质量百分比为86%的原料A、6%的原料B、6%的原料C和2%的热固性树脂废酚醛树脂均匀混合，投入梳扒式模压机，低应力控制在0.62~1.0 MPa/cm²，得到普通牛皮包装纸，自然风干固化。

实施例3

（1）将稻草，玉米杆，麦秸秆，竹、木加工行业的下脚料、废料，包装行业、出版行业的旧材料、废纸等植物废料进行蒸汽爆破处理和气流粉碎处理，得到原料A，原料A的粒径分布为：粒径1~100纳米的植物微粒的质量分数占14%，粒径0.1~100微米的植物微粒的质量分数占86%；

（2）将旧衣服、旧被褥、废皮革、废包装袋、废塑料袋、动物毛发进行蒸汽爆破处理，得到原料B；

（3）配制质量浓度为12%的硅酸钠溶液，得到原料C；

（4）将质量百分比为85%的原料A、8%的原料B、7%的原料C均匀混合，采用制备线性圆管型构件的连续生产方式，挤拉压控制在1.5~2.0MPa/cm²，得到硬纸管和宝塔管，固化温度控制在85~90℃，固化时间为5~7分钟。

表1为实施例1~3所生产的纸板、牛皮纸和纸管的质量检测结果，检测标准依据《中密度纤维板》（GB/T 11718-1999）。

表1

本发明生产的纸张可以用复合碳酸钙调和液进行表面处理，获得白色或者其它颜色的表面，覆盖纸张本身的颜色。

Claims (6)

1.一种生产纸板和纸管的方法，包括以下步骤：（1）将植物废料进行蒸汽爆破处理和气流粉碎处理，得到原料A；（2）将废旧纺织品、动物纤维进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）配制质量浓度为12%~15%的硅酸钠溶液，得到原料C；（4）将质量百分比为84%~86%的原料A、6%~9%的原料B、6%~8%的原料C和0%~4%的热固性树脂均匀混合，投入压纸机中制备成纸板或纸管；（5）将得到的纸板或纸管进行自干固化，或用烘干机或鼓风机固化。

2.根据权利要求1所述生产纸板和纸管的方法，其特征在于所述制备原料A所用的植物废料包括以下材料：果壳，稻草，玉米秸秆，小麦秸秆，竹、木加工行业的下脚料、废料和包装行业、出版行业的旧材料、废纸。

3.根据权利要求1所述生产纸板和纸管的方法，其特征在于所述制备原料B所用的废旧纺织品包括以下材料：旧衣服、旧被褥、废皮革、废包装袋和废塑料袋；制备原料B所用的动物纤维包括以下材料中的至少一种：动物毛发、蟹壳、虾壳。

4.根据权利要求1所述生产纸板和纸管的方法，其特征在于所述热固性树脂包括以下材料中的一种：废氨基树脂漆、废酚醛树脂、废聚乙烯醇，动物皮毛制造的凝胶、脲类、密胺类，废环氧树脂、废不饱和聚酯树脂、废硅氧烷类、废橡胶类、废聚氨酯类、废塑料。

5.根据权利要求1所述生产纸板和纸管的方法，其特征在于所述原料A的粒径分布为：粒径1~100纳米的植物微粒的质量分数占6%~14%，粒径0.1~100微米的植物微粒的质量分数占86%~94%。

6.根据权利要求2所述生产纸板和纸管的方法，其特征在于所述制备原料A所用的植物废料中果壳表面蜡质通入氨进行处理。