CN106758485B - 一种速生杨的生物化学法ecf漂白kp浆制备纸基材料的方法 - Google Patents

一种速生杨的生物化学法ecf漂白kp浆制备纸基材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，步骤如下：(1)利用速生杨的KP浆生物化学法ECF的漂白工艺制备纸浆；(2)对制备的纸浆进行梯度打浆，得到三种打浆度的纸浆，其中：第一种纸浆的打浆度在10‑30°SR，第二种纸浆的打浆度在30‑55°SR，第三种纸浆的打浆度在55‑70°SR。将混合浆料抄制成型或压制成型，得到纸基材料。本发明采用梯度打浆技术和自添加技术两项关键技术，解决了现有技术中单一打浆技术的不足，避免了额外添加剂的使用，制备得到的纸基具有耐折度高、耐破度高以及撕裂指数等优点，适合制备多种类型的纸基，特别是环保包装纸基材料的制备。

Description

一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法。
背景技术
2012年以来，我国纸和纸板的总产量已超过全球产量的四分之一，稳居世界第一。随着我国造纸工业的快速发展，木材生物质已成为我国制浆造纸工业的主要原材料，约占造纸纤维原料的60％。随着制浆造纸工业生产技术水平的不断提高，阔叶木在制浆造纸中所占的比重不断加大。当前，我国北方的大规模速生杨林已初具规模，为制浆造纸工业的发展储备了良好的原料。随着社会和科技的发展，在利用传统化学浆制备传统的纸和纸板的同时，开发系列制备纸基材料的新技术，将传统造纸行业拓宽至新材料行业，是传统造纸行业转型升级的一个新的思路和途径。
由于纸浆纤维挺而有弹性，未经打浆的纸浆中含有未分离的纤维束，这些纤维束挺硬，有的太长，有的太粗，缺乏必要的切短和分离，如用其抄纸，则所得产品疏松、多孔，表面粗糙、强度很低，不能满足使用要求；因此，需要进行打浆处理，打浆是利用机械作用处理浮于水中的纸浆纤维，使其具有适应在造纸机上生产所要求的特性，并使所生产的纸张能达到预期质量的操作过程。打浆获得的纸浆纤维应该具有良好的滤水性能，还应该使纸浆纤维裸露足够多的羟基使成型纸基材料拥有足够多的氢键共价键结合，使纸基材料形成一个交错的链状网络结构，确保成型纸基材料优良的物理强度。但是，现有的打浆方法都是使用单一的打浆度，不同打浆度对应的纤维的长度、分丝帚化程度的分布不同，难以同时保证良好的滤水性能和物理强度。
另外，为提高纸张的平滑度、不透明度等光学性能指标，通常要向浆料中添加填料，如轻质碳酸钙、重质碳酸钙或滑石粉等，因此，填料在纸浆中是除浆料外的第二大原料。但加入填料后，纸张的施胶厚、挺度和强度都会下降，特别是通过超压的纸，下降幅度更大。此外，添加填料的纸张容易掉粉、掉毛，这些缺点还需要通过加强剂和表面施胶得到弥补。但是大量化学品的加入，使成纸里含有化学品，部分纸张使用过程中存在潜在的安全隐患、有些化学品的加入使得纸张不易降解，会对环境造成一定的危害。
本申请发明人在前期的研究中提供了一种速生杨的KP浆生物化学法无元素氯漂白纸浆的方法(ZL201310300563.8)，将用KP法蒸煮好的速生杨化学浆经过生物酶预处理后，然后进行一段氧脱木素O，随后进行二氧化氯漂白D段，再进行一段碱抽提E段，最后再进行二氧化氯漂白D段，总的漂序为XODED，这种漂白工艺在漂白纸浆结束后不产生有害的物质，漂白后的纸浆性能优良，纸浆白度可达到86％ISO以上，比全无氯漂白后的纸浆白度高、稳定性更高。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法。本发明在前期研究的基础上，利用速生杨的KP浆生物化学法ECF的漂白工艺获得的高性能高白度纸浆，为进一步的改善纸浆的成纸性能，采用梯度打浆技术和自添加技术，获得了系列高强度的纸基材料的制备新技术。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明的第一方面，提供一种纸浆的打浆方法，步骤如下：
(1)利用速生杨的KP浆生物化学法ECF的漂白工艺制备纸浆；
(2)对制备的纸浆进行梯度打浆，得到三种打浆度的纸浆，其中：第一种纸浆的打浆度为10-30°SR，第二种纸浆的打浆度为30-55°SR，第三种纸浆的打浆度为55-70°SR。
步骤(1)中，速生杨的KP浆生物化学法ECF的漂白工艺参考专利ZL201310300563.8进行。
步骤(2)中，优选的，打浆度分三种，第一种纸浆的打浆度为15-25°SR，第二种纸浆的打浆度为33-45°SR，第三种纸浆的打浆度为60-70°SR。
本发明的第二方面，提供一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，步骤如下：
(1)按上述纸浆的打浆方法进行打浆，制得三种打浆度的纸浆；
(2)将第一种纸浆、第二种纸浆和第三种纸浆按质量比(5-30)：(60-85):(5-20)混合，得混合浆料；
(3)将混合浆料抄制成型或压制成型，得到纸基材料。
优选的，步骤(2)中，将第一种纸浆、第二种纸浆和第三种纸浆按质量比(10-20)：(70-85):(5-10)混合。
上述方法制备得到的纸基材料也是本发明的保护范围。
所述纸基材料为环保包装纸基材料、生活用纸基材料和白卡原纸纸基材料。
其中，所述生活用纸基材料包括：面巾纸、手纸、擦镜纸等。
优选的，所述纸基材料为环保包装纸基材料。
本发明的设计构思为：针对单一的打浆度难以同时保证滤水性能和物理强度的问题，本发明首次提出采用梯度打浆，梯度打浆的目的是使纸浆在制备纸基材料时既要保持纸浆纤维良好的滤水性能，还要使得纸浆纤维裸露足够多的羟基使成型纸基材料拥有足够多的氢键、共价键结合，使得纸基材料形成一个交错的链状网络结构，确保成型纸基材料优良的物理强度。
另外，本发明的梯度打浆所针对的对象为速生杨的KP浆生物化学法ECF漂白工艺制备的纸浆，相对于传统的化学法制备的纸浆更为节能，这是由于本发明所采用的纸浆经过木聚酶的处理，纸浆中的半纤维素少部分降解，漂白药液更深入浸透时使得纤维软化，更容易打浆更节能，这就避免了由梯度打浆可能带来的能耗的增加。
本发明还对梯度打浆的分级、每一级打浆时对于打浆度的控制进行了优化考察，结果发现：分三个梯度进行打浆，第一级的打浆度控制为10-30°SR，该级浆料的纸浆纤维较长、分丝帚化的程度较轻，在纸基材料中起到一定的支撑作用，保证了纸基材料制备过程中具有良好的滤水性能；第二级的打浆度控制为30-55°SR，该级浆料的纸浆纤维有所切断，纤维的分丝帚化较好，在制备纸基材料过程中，起到将纤维紧密交织结合的作用，这部分纸浆纤维的用量所占比例最大，控制在60％以上；第三级的打浆度控制为55-70°SR，该级浆料的纤维本身的切断较多，分丝帚化程度很高，纤维变细短小，裸露出的羟基和氢键更多，在制备纸基材料过程中，起到链接交织更多的氢键和共价键，填充纸基材料空隙的作用，从而保证了制备的纸基材料的整体强度。上述三个打浆梯度的划分，其制备的纸基材料的整体物理性能较优，减少或增加打浆梯度，都会使制备的纸基材料的物理性能不同程度的下降。
而且，打浆度为55-70°SR的浆料还能够起到填充纸基材料空隙的作用，可以代替常规纸张抄制过程中大部分化学品填料的添加，制成的纸基材料强度高且易降解，避免了因填料的添加导致的纸张容易掉粉、掉毛的问题，并减少了化学品的加入，使得纸基材料的制备更加环保。
此外，将上述三种打浆度的浆料进行混合，第一种纸浆、第二种纸浆和第三种纸浆的质量比为(5-30)：(60-85):(5-10)时，制备的纸基材料具有较高的撕裂指数和耐破指数，可以适用于很多特殊的场合使用，特别是环保包装纸基材料的制备。
由于采用三种打浆度的混合浆料制备纸基材料，不同打浆度的浆料之间起到协同互补的作用，对打浆度的要求降低，可以避免打浆条件控制不好，易出现定量不均的问题。由于传统制备的纸张的紧度与打浆、填料的加入量和填料的留着率有较大的关系，如果要制备一种特定的纸基材料，需要把握好每个环节。而本发明针对特定的原料，通过调控打浆梯度和其各自的含量能够制备理想的纸基材料，简化了纸基材料的制备流程。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中采用梯度打浆的方法，将不同打浆度的纸浆纤维混合，可以保证纸基材料在制备过程中具有良好的滤水性能，且可以使制备得到的纸基材料具有较高的强度。
(2)采用打浆度较高的纸浆纤维代替纸张制备过程中大部分化学品的添加，使纸基材料的制备更加环保，制备的纸基材料更易降解。
(3)本发明通过不同打浆度的浆料的比例，制备得到的纸基具有耐折度高、耐破度高以及撕裂指数等优点，适合制备多种类型的纸基，特别是环保包装纸基材料的制备。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例中所采用的分析方法如下：
白度的测定：纸浆经纤维疏解器疏解后，在布氏漏斗上抄成纸片，风干后用YQ—Z—48B Z—48B白度仪测定；
耐折次数：用中国产的MIT耐折度测试仪进行测定。
耐破指数：用瑞典公司L&W生产的耐破度测试仪进行测定。
裂断长：用瑞典公司L&W生产的抗张测试仪进行测定。
撕裂指数：用美国公司TMI生产的撕裂度测试仪进行测定。
未详尽说明的实验方法均为本领域的常规实验方法。
实施例1一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，该实施例制备环保包装纸基材料。
步骤如下：
(1)采用专利ZL201310300563.8“一种速生杨的KP浆生物化学法ECF的漂白工艺”技术获得的高性能无元素氯速生杨漂白化学浆，纸浆白度为86.1％ISO，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是25°SR、45°SR、65°SR。
其中，白度为86.1％ISO的纸浆的具体制备方法如下：
1)蒸煮：取长度15～25mm、宽度10～20mm、厚度3～5mm的速生杨木片，自然风干后，进行蒸煮，制得速生杨硫酸盐原浆，蒸煮的条件是：用碱量20％，对绝干原料，Na2O计；硫化度24％，液比1:4，蒸煮最高温度165℃，在105℃时进行放气15min，升温时间120min，保温时间90min；蒸煮后进行洗涤、筛选，得纸浆。
2)木聚糖酶预处理：调整纸浆浓度为10％，然后用木聚糖酶X1、X2或X3进行处理，在处理过程中，每间隔10～15min揉搓一次，处理后取出，放入沸水浴中10min，使木聚糖酶失活终止反应，用自来水清洗纸浆。木聚糖酶X1、X2或X3进行处理的具体工艺条件如下：X1处理的工艺条件：酶用量8IU/L，温度50～55℃，pH8，时间120min；X2处理的工艺条件：酶用量6IU/g，温度55～60℃，pH8～9，时间120min；X3处理的工艺条件：酶用量8IU/g，温度50℃，pH8～9，时间120min。
3)ECF漂白：上述经过酶处理的纸浆进行漂白，漂白工序为ODED漂序，漂白的步骤为：首先，对经过酶处理的纸浆进行脱氧木素或强化脱氧木素；氧脱木素结束后，对纸浆进行洗涤，然后进行D段二氧化氯漂白；D段二氧化氯漂白结束后，对纸浆进行洗涤，然后进行E段处理；E段处理结束后，对纸浆进行洗涤，然后进行第二个D段处理，完成；
具体参数为：氧脱木素工艺为：浆浓10％，NaOH用量2.5％，氧压0.6MPa，温度100℃，时间80min，MgSO4用量0.5％；D段：ClO2用量为0.5％，初始pH值5，温度70℃，浆浓10％，时间120min；E段：NaOH用量2％，浆浓10％，温度70℃；第二个D段：ClO2用量为0.5％，初始pH值5，温度70℃，浆浓10％，时间120min。
(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维按照打浆度25°SR、45°SR、65°SR的纸浆纤维原料混合比例20:75:5(质量比)经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m2环保包装纸基材料。
(3)与此同时，选择打浆度45°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m2环保包装纸基材料，做对比样用。
(4)将以上两种成型的120g/m2环保包装纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡环保包装纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。
(5)所得环保包装纸基材料的各项指标如表1，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的环保包装纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的环保包装纸基材料。
表1速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备环保包装纸基材料的物理性能指标比较
实施例2一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，该实施例制备环保包装纸基材料。
步骤如下：
(1)采用实施例1制备的纸浆作为原料，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是20°SR、40°SR、60°SR。
(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维原料按照打浆度20°SR、40°SR、60°SR的纸浆纤维原料混合比例15:75:10(质量比)经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型130g/m2环保包装纸基材料。
(3)与此同时，选择打浆度40°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型130g/m2环保包装纸基材料，做对比样用。
(4)将以上两种成型的130g/m2环保包装纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡环保包装纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。
(5)所得环保包装纸基材料的各项指标如表2，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的环保包装纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的环保包装纸基材料。
表2速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备环保包装纸基材料的物理性能指标比较
实施例3一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，该实施例制备生活用纸基材料。
步骤如下：
(1)采用实施例1制备的纸浆作为原料，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是15°SR、35°SR、55°SR。
(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维原料按照打浆度15°SR、35°SR、55°SR的纸浆纤维原料混合比例15:70:15(质量比)经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型30g/m2生活用纸基材料。
(3)与此同时，选择打浆度35°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型30g/m2生活用纸基材料，做对比样用。
(4)将以上两种成型的30g/m2生活用纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡生活用纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。
(5)所得生活用纸基材料的各项指标如表3，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的生活用纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的生活用纸基材料。
表3速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备生活用纸基材料的物理性能指标比较
实施例4一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，该实施例制备生活用纸基材料。
步骤如下：
(1)采用实施例1制备的纸浆作为原料，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是20°SR、40°SR、60°SR。
(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维原料按照打浆度20°SR、40°SR、60°SR的纸浆纤维原料混合比例10:85:5(质量比)经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型35g/m2生活用纸基材料。
(3)与此同时，选择打浆度40°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型35g/m2生活用纸基材料，做对比样用。
(4)将以上两种成型的35g/m2生活用纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡生活用纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。
(6)所得生活用纸基材料的各项指标如表4，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的生活用纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的生活用纸基材料。
表4速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备生活用纸基材料的物理性能指标比较
实施例5一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，该实施例制备白卡原纸纸基材料。
步骤如下：
(1)采用实施例1制备的纸浆作为原料，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是20°SR、40°SR、60°SR。
(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维按照打浆度20°SR、40°SR、60°SR的纸浆纤维原料混合比例20:70:10(质量比)经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m2白卡原纸纸基材料。
(3)与此同时，选择打浆度40°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m2白卡原纸纸基材料，做对比样用。
(4)将以上两种成型的120g/m2白卡原纸纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡白卡原纸纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。
(5)所得白卡原纸纸基材料的各项指标如表5，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的白卡原纸纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的白卡原纸纸基材料。
表5速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备白卡原纸纸基材料物理性能指标比较
实施例6：
为保证成纸性能的可比性，以实施例1中制备的纸浆作为原料，分别采用两种方法进行实验，具体如下：
方法一：取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是25°SR、42°SR、65°SR，按质量比为20:75:5进行混合，制得混合浆料，然后抄制成定量为60g/m2的纸张。
方法二：将纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度为42°SR，然后抄制成定量为60g/m2的纸张。
对其耐折度、耐破度、撕裂指数、裂断长等物理性能进行检测，结果如表6。
表6：成纸性能比较
上述虽然结合本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种速生杨的生物化学法ECF漂白KP浆制备纸基材料的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）按纸浆的打浆方法进行打浆，制得三种打浆度的纸浆；
（2）将第一种纸浆、第二种纸浆和第三种纸浆按质量比（5-30）：（60-85）:（5-20）混合，得混合浆料；
（3）将混合浆料抄制成型或压制成型，得到纸基材料；
所述纸浆的打浆方法，步骤如下：
1）利用速生杨的KP 浆生物化学法ECF 的漂白工艺制备纸浆；
2）对制备的纸浆进行梯度打浆，得到三种打浆度的纸浆，其中：第一种纸浆的打浆度在10-30°SR，第二种纸浆的打浆度在30-55°SR，第三种纸浆的打浆度在55-70°SR；
所述生物化学法ECF 的漂白工艺的漂序为XODED。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，打浆度分三种，第一种纸浆的打浆度在15-25°SR，第二种纸浆的打浆度在33-45°SR，第三种纸浆的打浆度在60-70°SR。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，将第一种纸浆、第二种纸浆和第三种纸浆按质量比（10-20）：（70-85）:（5-10）混合。
4.权利要求1~3任一所述的方法制备得到的纸基材料。
5.根据权利要求4所述纸基材料，其特征在于，所述纸基材料为环保包装纸基材料、生活用纸基材料和白卡原纸纸基材料。
6.根据权利要求5所述纸基材料，其特征在于，所述纸基材料为环保包装纸基材料。
7.根据权利要求5所述纸基材料，其特征在于，所述生活用纸基材料包括：面巾纸、手纸和擦镜纸。
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