CN104790239B

CN104790239B - 一种针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法

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Publication number: CN104790239B
Application number: CN201510187147.0A
Authority: CN
Inventors: 罗宝林
Original assignee: Hunan Bai Lin Biotechnology Ltd By Share Ltd
Current assignee: HUNAN WISE FOUND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2035-04-20
Also published as: CN104790239A

Abstract

本发明公开了一种针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂，由十二烷基二苯醚二磺酸盐，硫酸盐，十二烷基苯磺酸盐，异构醇聚氧乙烯（5）醚和去离子水复配而成。该渗透剂专门针对以木材为原料的化学机械法制浆，针对性强，渗透和软化效果好，且更加节约能源，降低成本。同时，成浆中纤维素比例大幅提高，纤维束比例大幅降低，增强了化学机械浆强度。

Description

一种针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法

技术领域

本发明属于造纸制浆过程用渗透剂领域，具体涉及一种针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂及其制备方法。

背景技术

在制浆造纸企业中，浆是造纸的原料，浆的来源主要有废纸制浆、化学制浆、化学机械制浆，随着原料供应越来越紧张，因化学机械制浆的得率比化学制浆得率高差不多一倍，所以在很多纸种中，采用化学机械浆替代化学浆的企业越来越多，采用化学机械热磨方法制浆的企业也越来越普遍。

化学机械制浆实际上就是木片经过洗涤、螺旋挤压后，然后用药液浸泡，不同工艺浸泡药液的配方及组成不一样，比如BCTMP化学机械制浆的药液主要由水、NaOH、双氧水、硅酸钠、螯合剂等按一定比例配好，APMP工艺中浸泡液只在水中加一定比例的NaOH、螯合剂，浸泡药液配好后加热，温度达到80℃左右，对木片进行浸泡，通常这个阶段叫预浸，时间约2分钟；然后再把浸泡后的木片送入反应仓，在一定温度下进行深度渗透、软化，这个过程根据不同工艺，持续20-40分钟，通常把这个阶段叫反应；反应后的木片再送入磨机进行一段热磨，一段热磨完成后，再进行二段热磨；然后进行漂白等后续处理，成浆后，就是化学机械浆，整个过程，木质素及部分其他碱性抽提物也被保留下来，从而制浆得率大幅提升。

但在制浆过程中，因为需要两段热磨，要消耗大量电能，如果药液对木片的渗透不彻底，“夹生”木片占比太高，大量的“夹生”木片需要消耗大量的电能，同时对磨机的刀片损耗非常大，而且纤维分离不彻底，产生大量纤维束，降低浆的质量和强度，在造纸时，影响纸的强度和品质。根据浆的要求及工艺流程不同，吨浆耗电在800度-1400度之间，这是一个高耗能的过程。所以，如何节约电能、降低消耗、降低成本、提升浆的质量，成了制浆企业最关心的问题。

节约电能的关键是药液对木片的渗透与软化更彻底。目前常用的渗透剂一般分为非离子和阴离子两类。非离子的有JFC、JFC-1、JFC-2、JFC-E等；阴离子的有快速渗透剂T、耐碱渗透剂OEP-70、耐碱渗透剂AEP、高温渗透剂JFC-M等等。但这类渗透剂主要用在印染行业中对纤维进行渗透。而化学机械浆的原料基本是桉木片和杨木片，纤维素与木质素、树脂、胶状物结合在一起，渗透机理不同，所以以上这类渗透剂对桉木和杨木效果并不佳。

因此研发一种针对化学机械法制浆的渗透剂及其制备方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术渗透剂针对性不强，效果不佳的技术问题，本发明的目的在于提供一种渗透剂及其制备方法，该渗透剂专门针对以木材为原料的化学机械法制浆，针对性强，渗透和软化效果好，且更加节约能源，降低成本。同时，成浆中纤维素比例大幅提高，纤维束比例大幅降低，增强了化学机械浆强度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂，由以下质量百分含量的组分组成：

优选由以下质量百分含量的组分组成：

所述木材优选为杨木和桉木。所述十二烷基二苯醚二磺酸盐优选为十二烷基二苯醚二磺酸钠。所述硫酸盐优选为硫酸钠。所述十二烷基苯磺酸盐优选为十二烷基苯磺酸钠。所述异构醇聚氧乙烯(5)醚优选为9-12个醇的异构醇聚氧乙烯(5)醚，进一步优选为异(10)醇聚氧乙烯(5)醚。在以杨木和桉木为原料，用化学机械热磨方法制浆时，本渗透剂大幅降低碱液与木片界面的表面张力，本发明的产品中的亲油基进入木片毛细管内部，与树脂及胶状物结合，亲水基一端在碱液中，在机械外力作用下，树脂及胶状物随渗透剂分子从毛细管中抽出溶入碱液中，从而达到疏通木片毛细管的目的；同时，由于碱液的表面张力在本渗透剂的作用下已大幅降低，所以碱液迅速进入木片的毛细管中，对木片进行软化与润张。软化程度高的木片在磨浆过程中，大幅降低磨机功率，达到节省电能10-35％左右的目的；同时，软化程度高的木片纤维束分离彻底，成浆中纤维素比例大幅提高，纤维束比例大幅降低，达到增强化学机械浆强度的目的。

本发明所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，具体步骤包括：按照所述比例，先往反应釜中加入去离子水，将去离子加热至75℃-85℃，再加入十二烷基二苯醚二磺酸盐和硫酸盐，启动搅拌器并加温，以1500-2500转/分钟速度乳化，期间温度控制在60℃-70℃之间，乳化30-40分钟后，然后加入十二烷基苯磺酸盐，转速不变，继续加温乳化，温度控制在70℃以下；再乳化30-45分钟后，最后加入异构醇聚氧乙烯(5)醚，停止加温，转速降至600-700转/分钟，接着乳化30-40分钟。

下面对本发明做进一步解释和说明：

本发明的优选方案是针对以桉木和杨木为原料，用化学机械方法制浆，促进浸渍液对木片渗透与软化的新型环保渗透剂。本产品由十二烷基二苯醚二磺酸钠【C₂₄H₃₂O₇S₂Na₂】10％-50％，硫酸钠【Na₂SO₄】1％-15％，十二烷基苯磺酸钠【C₁₈H₂₉Na SO₃】5-30％，异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚【C₁₀H₂₁O(CH₂CH₂O)₅H】10％-50％，其余为去离子水，复配而成。

因为浸渍液中，根据化学机械制浆的不同工艺，NaOH的浓度一般为45克/升--10O克/升，双氧水浓度一般为10-80克/升，温度在70-90℃，所以首先要求渗透剂耐强碱、抗氧化、耐高温。本发明中，十二烷基二苯醚二磺酸钠【C₂₄H₃₂O₇S₂Na₂】中的醚键使得分子结构更稳固，耐强酸强碱、高温、抗强氧化。而十二烷基苯磺酸钠、异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚与之复配后，通过分子间键的协同作用，耐碱耐温性和抗氧化性相应提高，实验结果也证明这个结论。

本发明中的十二烷基二苯醚二磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠的碳链长度均为12，异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚醇为10，结构式为异构，均有固定的亲油亲水集团，硫酸钠作为溶液调节剂，这样的成分组合可以有效地协同作用，即在浸渍液中亲油亲水基定向排列，且具有互补性，大幅降低药液的表面张力，使得渗透更容易。同时，组分之间在帮助浸渍液对木片的渗透过程中，也有不同的左右，更多得十二磺基磺酸钠分子的亲油基进入木片导管(毛细管)与树脂、胶状物通过分子键粘连在一起，亲水基一端在浸渍液中，在机械外力作用下，这些树脂及胶状物随十二烷基苯磺酸钠分子从导管中抽出溶于浸渍液(碱液)中，该过程完成对木片横向纵向导管的疏通，更利于浸渍液渗透进入木片。而十二烷基二苯醚二磺酸钠分子的醚键结构使得分子更稳固，这种结构即抗强酸强碱，同时又抗氧化耐高温，与异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚分子亲油亲水基互补排列，大幅降低溶液固-液面表面张力；同时它们也与十二烷基苯磺酸钠亲油亲水基作用互补，进入木片毛细管中，抽出其树脂与胶状物，疏通木片毛细管，促进浸渍液的深层渗透。而异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚分子亲油亲水基在浸渍液中的定向排列，以及其独特的异构(10)碳链及(5)醚键，使其比其他表面活性剂更有效地降低溶液的固-液相表面张力，使得浸渍液对木片的渗透更深层、更彻底，使得木片在短时间内大量吸收碱液，利于木片在反应仓中的反应。硫酸钠是一种溶液调节剂，使各组分更好地混溶在一起，并使各组分协同作用效果更好。

本产品各组分的协同作用明显，能大幅降低浸渍液的与木片固-液相的表面张力，抽出木片单位树脂及胶状物，疏通木片横向纵向毛细管，使得药液对木片横向纵向均匀彻底的渗透，单位时间提高木片对药液的吸收量，在反应仓中对木片软化更彻底，使得磨机在对木片研磨时，功率大幅降低，节约电能15％-35％，同时使得纤维与纤维分离更彻底，减少成浆中纤维束的含量，使浆更柔软，不易发“脆”，提高了浆的强度与品质。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明的渗透剂可以大幅降低浸泡液的表面张力，在浸泡时疏通木片的导管，短时间内加速浸泡药液对木片纵向与横向的充分渗透，增加了单位重量的木片对药液的吸收量，在反应阶段使药液与木片反应更彻底，渗透软化程度大幅提高，从而在磨浆过程中降低10％-20％的磨机功率，达到节约电能、减少消耗、降低成本的目的，同时药液对木片的渗透软化程度高，使得木片在磨机中热磨时纤维分离更彻底，纤维束的含量大幅减少，浆的柔软度更高，从而提升了浆的强度和品质。

附图说明

图1是实施例3中未添加本发明渗透剂的未磨高浓漂白浆图片(0％，0％)，括号中第一个数字是第一个点加入渗透剂的质量浓度，第二个数字是第二个点加入渗透剂的质量浓度；

图2是实施例3中添加本发明渗透剂的未磨高浓漂白浆图片(0.2％，0.2％)；

图3是实施例3中添加本发明渗透剂的未磨高浓漂白浆图片(0.4％，0％)；

图4是实施例3中添加本发明渗透剂的未磨高浓漂白浆图片(0.4％，0.2％)；

图5是实施例3中未添加本发明渗透剂的成浆图片(0％，0％)；

图6是实施例3中添加本发明渗透剂的成浆图片(0.4％，0.2％)；

图7是实施例3中添加本发明渗透剂的成浆图片(0.4％，0％)；

图8是实施例3中添加本发明渗透剂的成浆图片(0.2％，0.2％)；

图9是原浆的叩解度对比图，其中1#─(0.2％，0.2％)，2#─(0，0.4％)，3#─(0，0)空白样，4#─(0.4％，0)；

图10是渗透剂对打浆能耗的影响对比图，其中3#─(0，0)空白样，4#─(0.4％，0)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

准备带加热功能的1吨的反应釜一台，去离子水135KG，350KG十二烷基二苯醚二磺酸钠【C₂₄H₃₂O₇S₂Na₂】，15KG硫酸钠，150KG十二烷基苯磺酸钠【C₁₈H₂₉NaSO₃】，350KG异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚【C₁₀H₂₁O(CH₂CH₂O)₅H】。往反应釜中加入135KG去离子水，加热至80℃，加入350KG十二烷基二苯醚二磺酸钠【C₂₄H₃₂O₇S₂Na₂】15KG硫酸钠，启动搅拌器并加温，以1000转/分钟速度乳化，期间温度控制在60-70℃之间，30分钟后，加入150KG十二烷基苯磺酸钠【C₁₈H₂₉NaSO₃】，转速不变，继续加温乳化，温度控制在70℃以下；45分钟后，加入350KG异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚【C₁₀H₂₁O(CH₂CH₂O)₅H】，停止加温，转速降至700转/分钟，乳化30分钟，制得透明的均匀的棕黄色带粘性的液体。这就是本发明中的产品：针对以杨木和桉木为原料用化学机械方法制浆的高效环保渗透剂。

实施例2

准备带加热功能的1吨的反应釜一台，去离子水140KG，300KG十二烷基二苯醚二磺酸钠，10KG硫酸钠，250KG十二烷基苯磺酸钠，300KG异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚。往反应釜中加入140KG去离子水，加热至80℃，加入300KG十二烷基二苯醚二磺酸钠，10KG硫酸钠，启动搅拌器并加温，以1000转/分钟速度乳化，期间温度控制在60-70℃之间，30分钟后，加入150KG十二烷基苯磺酸钠，转速不变，继续加温乳化，温度控制在70℃，45分钟后，加入300KG异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚，停止加温，转速降至700转/分钟，乳化30分钟，制得透明的均匀的棕黄色带粘性的液体。这就是本发明中的产品：针对以杨木和桉木为原料用化学机械方法制浆的高效环保渗透剂。

实施例3本发明产品使用效果分析：

1实验部分

1.1实验原料

木片：取自岳阳纸业化机浆生产线，木片质量比较好；

渗透剂：本发明中生产的产品----实施例1的产品

氢氧化钠、双氧水和EDTA，分析纯试剂；

1.2实验仪器

1L小型实验蒸煮锅

木片挤压螺旋

高浓磨浆机

PFI盘磨

抄片器

1.3生产工艺流程

木片→预蒸→一段挤压→1#段反应→二段木片挤压→二段化学品预浸渍→2#反应段→一段高浓磨→高浓反应段→二段高浓磨→消潜池浓缩成浆→疏解→抄片→物检。

浸渍液的组成：NaOH的浓度为60-70g/l、双氧水的浓度为16-17g/l、硅酸钠的浓度为3-5g/l。

1.4高浓磨浆

采用日本KRK高浓磨。一段磨浆浓度20％，磨盘间隙为0.8mm；高浓反应后的浆料控制在30％，二段磨浆浓度20％，磨盘间隙为0.15mm。

1.5抄片

未叩和已叩浆经疏解机5000转疏解后，配成一定浓度的浆料，在进口抄片器上抄片，定量为60g/m2，经过5min压榨后，干燥后用作物理指标检测。

2结果与讨论

2.1制浆各阶段的纸浆外观对比

木片预汽蒸后，经两段螺旋挤压机和两段反应仓，出二段螺旋挤，木片挤压均匀，这为后续对比实验提供比较好的基础。渗透剂分两点添加，第一个点是开始2#反应段之前(即二段化学品预浸渍阶段加入)，然后在2L蒸煮锅内进行反应，温度控制在85℃；第二个点是进入高浓反应前(即一段高浓磨阶段)，然后在2L蒸煮锅内进行反应，温度控制在90℃。药品分四种形式组合，即(0，0)、(0.2％，0.2％)、(0，0.4％)和(0.4％，0.2％)，括号中第一个数字是第一个点加入渗透剂的质量浓度，第二个数字是第二个点加入渗透剂的质量浓度，例如(0，0)表示在2#反应段前，高浓反应段前均未添加渗透剂。(0.2％0.2％)表示在2#反应段前吨浆添加2KG渗透剂，高浓反应段前吨浆添加2KG渗透剂，其他，以此类推。经高浓漂白的未磨浆和成浆，如图1～图8所示。

从图1-8中可以看出，在第一段添加渗透剂的浆和不添加渗透剂的空白样比较接近，纸浆色相均匀，白度比较接近。而在二段添加渗透剂，无论第一段是否添加渗透剂，未磨解前的纸浆色相不均匀，有的明显偏黄(图2)，其成浆白度低，偏红偏暗。当二段添加渗透剂时，在高浓磨解过程中，浆料在盘磨中打滑，出浆困难，而且很容易发生磨焦现象，需要补加稀释水降低浓度，才能出浆，且磨浆泡沫比较明显。从实验过程和纸浆外观来看，渗透剂在第一段添加比较合适，纸浆白度和空白浆看不出差异，而在第二段添加渗透剂，无论是添加0.2％还是0.4％，,纸浆白度低，色相变差，渗透剂不适合在第二段添加。

2.2渗透剂对打浆性能的影响

从图9中可以看出，1#、3#化机浆的打浆度比较接近，2#化机浆比3#略高，但4#化机浆的打浆度比3#高出约6°SR。渗透剂的添加对原浆打浆度影响明显，

说明在预浸段添加渗透剂促进了预浸药液对木片的深度渗透和软化。

表1 渗透剂对打浆能耗的影响

	打浆度(°SR)	kW/h
			3#	45	0.13
4#	43	0.1

当PFI同时打浆10000转时，3#浆的打浆度为26°SR，4#浆的打浆度为43°SR。当3#浆继续打浆5000转，打浆度增加至45°SR。这说明3#空白样的浆比较耐打浆，需要更多的磨浆能耗。从表1中的打浆能耗中也可以看出，未添加渗透剂的3#浆打浆需要更多的打浆能耗，从实验数据分析，添加渗透剂节约电能约30％，与图10中的实验结果相合。

结论：在化学品对木片预浸阶段添加本发明中的渗透剂，可使木片易磨，约节约电能30％，这说明渗透剂起到了促进了药液对木片的深度渗透，使得木片中抽提物溶出，使木片软化的作用。

实施例4本发明产品在实际生产中的应用效果：

本产品在山东博汇纸业生产中应用效果对比：

1、废水中的COD含量对比，见表2；

表2是废水中的COD含量对比结果

注：使用本产品后，渗透较彻底，纤维分离程度好，减少磨浆过程中的有机物损耗，浆的得率也得到提升。

2、强度指标对比，见表3

表3是强度指标对比结果

注：使用本发明后，综合强度提升明显，纤维分离较彻底，浆的强度提高。

3、吨浆电耗对比，见表4

表4是吨浆电耗对比结果

注：使用本产品后，吨浆耗电量节约22.6％。

实施例5本发明的渗透剂(以下简称BL渗透剂)与现有同类渗透剂产品(以下简称渗透剂B)渗透效果对比

为测试BL渗透剂的渗透效果，佰霖生物技术有限公司将造纸企业化机浆生产线在用的渗透剂B拿来进行试验室对比。

试验仪器及原料：

水浴加热锅、电子分析天平、秒表、量筒，烧杯、玻璃滴管、玻璃棒、滤纸、纤维片(重量相差很小、可忽略不计)、杨木片若干(尺寸及重量基本一致，经过水份平衡处理)，NaOH溶液(270g/l)。

试验方法：采取两种试验方法。

方法一：纤维片下沉法。将分别配有两种渗透剂(用量一样)且其他各种条件相同的两杯NaOH溶液放入水浴加热锅中加热至80℃，同时放入一片纤维片，并计时，至纤维片沉至杯底时计时结束，同样方法做若干组并取平均值，时间越短的溶液渗透效果越好。

方法二：杨木片吸重对比法。将分别配有两种渗透剂(用量一样)且其他各种条件相同的两杯NaOH溶液放入水浴加热锅中加热至80℃，同时放入一片杨木片(放入前称记录各自重量、放入后用玻璃棒压制杯底)，并计时，2分钟后同时取出，用滤纸吸干木片表面液体并称重记录，计算出各自的吸液重量，同样方法做若干组并取平均值，吸液越多的溶液渗透效果越好。

试验数据，见表6和表7：

表6方法一的实验数据

注：以上各参数为模拟该化机浆生产线工艺。

平均沉底时间:BL3′48″,B7′12″。

表7方法二的实验数据

注：以上各参数为模拟该化机浆生产线工艺。

平均吸碱液率为：BL 23.85％，B17.2％；

BL比B高6.65％。

结论：无论用以上哪种试验方法，本发明的BL渗透剂比现有技术中的B渗透剂的渗透性能都要好。

Claims

1.一种针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，渗透剂由以下质量百分含量的组分组成：

其特征是，所述方法具体步骤包括：按照所述比例，先往反应釜中加入去离子水，将去离子水加热至75℃-85℃，再加入十二烷基二苯醚二磺酸盐和硫酸盐，启动搅拌器并加温，以1500-2500转/分钟速度乳化，期间温度控制在60℃-70℃之间，乳化30-40分钟后，然后加入十二烷基苯磺酸盐，转速不变，继续加温乳化，温度控制在70℃以下；再乳化30-45分钟后，最后加入异构醇聚氧乙烯(5)醚，停止加温，转速降至600-700转/分钟，接着乳化30-40分钟。

2.根据权利要求1所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，其特征是，由以下质量百分含量的组分组成：

3.根据权利要求1或2所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，其特征是，所述十二烷基二苯醚二磺酸盐为十二烷基二苯醚二磺酸钠。

4.根据权利要求1或2所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，其特征是，所述硫酸盐为硫酸钠。

5.根据权利要求1或2所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，其特征是，所述十二烷基苯磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠。

6.根据权利要求1或2所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，其特征是，所述异构醇聚氧乙烯(5)醚为9-12个醇的异构醇聚氧乙烯(5)醚。

7.根据权利要求6所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，其特征是，所述异构醇聚氧乙烯(5)醚为异构(10)醇聚氧乙烯(5)醚。

8.根据权利要求1或2所述针对以木材为原料的化学机械法制浆用渗透剂的制备方法，其特征是，所述木材为杨木和桉木。