CN106812018A - 节能环保纸杯原纸的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种节能环保纸杯原纸的制作工艺，包括制浆、调料、抄造，所述制浆是向浆液中加入质量分数为3～6％的硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液的加入量为5～10g/t浆液，混合搅拌，在超声波功率为10～50W下处理30～120s。本发明通过利用超声波和硫酸亚铁溶液结合，不仅大大提高了植物纤维细胞壁的厚度，从而提高了纸杯原纸的松厚度，而且也可以防止纸杯在回收利用时出现纤维角质化，从而提高了纸杯回收率。

Description

节能环保纸杯原纸的制作工艺
技术领域
本发明涉及纸张的制作工艺，具体涉及一种节能环保纸杯原纸的制作工艺。
背景技术
市面上纸杯原纸的定量一般为170～210g/㎡，面层和底层定量为30～40g/㎡，芯层定量为110～130g/㎡，松厚度为1.2～1.3cm3/g，对于同样定量的纸杯原纸来说，松厚度越大，则厚度越大，即原纸的挺度越好，高松厚度的纸杯原纸可使相同厚度下原纸定量降低，达到节约成本，轻便易于携带、降低运输费用的目的。因此，提高原纸松厚度对于节约资源、降低成本、提高生产效率有着重要的意义。
由于纸杯为一次性用品，使用后一般会回收再利用，然而纸杯原生纤维细胞壁的层状结构中存在着无数个微小孔隙，在制浆过程中蒸煮化学药品的作用下，木素及部分半纤维素的溶出会导致纤维细胞壁形成更多的微多孔结构。在抄造前纤维细胞壁的层间隙中充满了水，但在抄造过程中，特别是在纸页的烘干中，随着湿纸页中水分的蒸发，纤维细胞壁空隙中的水分减少，则在水的表面张力的作用下，细胞壁的亚层结构相互形成部分的氢键结合，这就导致微细纤维的重新排列和定向，形成结合紧密的类似结晶体结构，造成在以后的回用过程中，纤维变得不易吸水润胀、挺硬和不容易细纤维化，从而导致回用纤维性能衰减。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种节能环保纸杯原纸的制作工艺，该工艺可提高原纸的松厚度，而且可防止纤维角质化，利于纸杯回收再利用。
本发明提供的技术方案是节能环保纸杯原纸的制作工艺，包括制浆、调料、抄造，其特征在于：所述制浆是向浆液中加入质量分数为3～6％的硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液的加入量为5～10g/t浆液，混合搅拌，在超声波功率为10～50W下处理30～120s。
超声波对浆液进行预处理，可使纤维发生细纤维化现象，纤维生产润胀，超声波的能量还可以从纤维表面向纤维内部传递，进而使得纤维内部也发生细纤维化，在细胞壁的次生壁同心层之间彼此产生滑动，纤维之间的结合力发生适当弱化，提高了纤维细胞壁的厚度，从而提高了原纸的松厚度。
在超声波的作用下，纤维细胞壁松弛，细胞壁孔隙增大，大半径的亚铁离子才能通过纤维细胞壁上的孔隙进入细胞壁内部并与纤维素和半纤维素上的游离羟基发生键和，亚铁离子半径大于C、H、O元素，将亚铁离子与细胞壁上的游离羟基键和后，与之键和的C-、O-、H-将被亚铁离子远远分开，当该原纸在后续抄造时，水的表面张力不足以大到远远分开的两个游离羟基靠近形成氢键结合，从而避免了纤维的角质化。也就是说，亚铁离子和超声波的共同作用，可以避免原纸在抄造过程中发生细胞壁的亚层结构相互形成部分的氢键结合，避免微细纤维的重新排列和定向，进而避免纤维素结晶，这样，在纸杯回收再利用时，纤维依然容易吸水润胀。
另外，由于亚铁离子半径较大，其与细胞壁发生化学键和后，也会导致纤维之间的结合力发生弱化，导致细胞壁的次生壁同心层之间产生批次滑动，进一步提高纤维细胞壁的厚度，从而提高了原纸的松厚度。
超声波功率控制在10～50W，属于较小功率，在不添加硫酸亚铁溶液的情况下，水分子借助超声波的作用渗透到纤维素的晶区与非晶区表面，功率越小，空化时产生的气泡半径也越小，气泡数量多，对结晶面的冲击不大，故会提高纤维结晶度，即纤维角质化。但是本发明中，超声波和硝酸铁共同作用，不但没有提高角质化，反而还抑制了角质化。
所述浆液包括面层、底层和芯层三层浆液，所述面层浆液由以下百分比的原料制成：LBKP 70～75％、NBKP 25～30％；所述底层由以下百分比的原料制成：LBKP 65～70％、NBKP 30～35％；所述芯层由以下份原料制成：LBKP 20～30％、NBKP 10～15％、APMP 60～65％。
LBKP浆为化学漂白浆短纤，NBKP为化学漂白浆长纤，APMP浆为碱性过氧化氢机械浆，其松厚度为3.5～3.7cm3/g，抗张强度14～16N·m/g。
所述抄造是将调料后的三层浆液送入抄纸机进行复合抄造，面层定量为20～30g/m2，芯层定量为100～120g/m2，底层定量为30～40g/m2。
对于现有的纸杯原纸而言，由于考虑到印刷性能，面层的定量一般大于或者等于底层的定量，而本发明的三层复合纸杯原纸，考虑到底层为抗断裂最薄弱位置，在不改变原纸总定量的情况下，适当减少面层定量并将其转移至底层，并适当增加底层NBKP浆液的含量，通过增加底层定量以及底层长纤维的含量，以提高底层的强韧性，在加工成型时大大降低卷口爆裂风险。
所述抄纸机为长网抄纸机，调节抄造过程中的浆网速比为0.94～0.96。浆液在着网时受到网的牵引力的加速作用，能促使纤维分散，可以减少纤维絮聚和再絮聚，增强浆液的匀度，提高原纸的多孔性和柔软性，即提高了原纸的柔韧性，加工成型时卷口爆裂的风险相应减小。
更进一步地，通过加大唇板开度，增加浆液流量，并稀释浆液上网浓度，将面层和底层浆液的上网浓度降低至0.34～0.36％，芯层浆液的上网浓度降低至0.8～0.9％，通过降低三层浆液的上网浓度以及增加浆液流量可以起到进一步优化浆液匀度及纤维交织，提高原纸的柔韧性，进一步减少加工成型时的卷口爆裂风险。
所述调料包括加填，所述加填是往芯层浆液中加入滑石粉和矿纤，滑石粉与矿纤的重量比为2～4：1。滑石粉是一种硅酸镁矿物，加入纸张中能提高纸张的匀度，光滑度，柔韧性，矿纤是矿物纤维，与植物纤维交织良好，可以增强纸张的强度。传统工艺中，滑石粉和矿纤的加入总量为150～200kg/t芯层浆液，且滑石粉与矿纤的比例为1:1，本发明中在保持填料总量不变的前提下，将滑石粉与矿纤的重量比调整为2～4：1，可明显将车速从1000m/min提升至1100～1200m/min。当滑石粉与矿纤的重量比为3：1时，车速可达到最大。
进一步地，将各层浆液中LBKP的游离度调整370～400ml、NBKP的游离度为300～330ml、APMP的游离度为300～330ml，由于浆液中浆料的游离度均较高，因此浆液的滤水性较好，可进一步提高车速至1200～1300m/min，且不会造成成纸的抗张强度的下降，大大提升了生产效率。
本发明所述的调料包括施胶，所述施胶是往三层浆液中分别加入松香和硫酸铝，每层松香用量为15～20kg/t每层浆液，每层硫酸铝用量为15～25kg/t每层浆液。
与现有技术相比，本发明通过利用超声波和硫酸亚铁溶液结合，不仅大大提高了植物纤维细胞壁的厚度，从而提高了纸杯原纸的松厚度，而且也可以防止纸杯在回收利用时出现纤维角质化，从而提高了纸杯回收率。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明作进一步阐述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
1)制浆：包括制造面层、底层和芯层三层浆液，所述面层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP 70％、NBKP 30％；所述底层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP65％、NBKP 35％；所述芯层浆液由以下重量份原料制成：LBKP 20％、NBKP 15％、APMP65％；所述APMP浆的松厚度为3.5cm3/g，抗张强度14N·m/g；在每层浆液中加入质量分数为3％的硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液的加入量为5g/t浆液，混合搅拌，在超声波功率为10W下处理30s。
2)调料：包括加填，往芯层浆液中加入滑石粉和矿纤，滑石粉和矿纤的加入总量为150kg/t芯层浆液，滑石粉与矿纤的重量比为2：1。还包括施胶，所述施胶是往三层浆液中分别加入松香和硫酸铝，每层松香用量为15kg/t每层浆液，每层硫酸铝用量为15kg/t每层浆液。
3)抄造：将调料后的三层浆液送入长网抄纸机进行复合抄造，调节抄造过程中的浆网速比为0.94，调节面层和底层浆液的上网浓度为0.34％，芯层浆液的上网浓度为0.8％。面层定量为20g/㎡，芯层定量为100g/㎡，底层定量为30g/㎡。
实施例2
1)制浆：包括制造面层、底层和芯层三层浆液，所述面层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP 75％、NBKP 25％；所述底层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP70％、NBKP 30％；所述芯层浆液由以下重量份原料制成：LBKP 30％、NBKP 10％、APMP60％；所述APMP浆的松厚度为3.7cm3/g，抗张强度16N·m/g；在每层浆液中加入质量分数为6％的硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液的加入量为10g/t浆液，混合搅拌，在超声波功率为50W下处理120s。
2)调料：包括加填，往芯层浆液中加入滑石粉和矿纤，滑石粉和矿纤的加入总量为200kg/t芯层浆液，滑石粉与矿纤的重量比为4：1。还包括施胶，所述施胶是往三层浆液中分别加入松香和硫酸铝，每层松香用量为20kg/t每层浆液，每层硫酸铝用量为25kg/t每层浆液。
3)抄造：将调料后的三层浆液送入长网抄纸机进行复合抄造，调节抄造过程中的浆网速比为0.96，调节面层和底层浆液的上网浓度为0.36％，芯层浆液的上网浓度为0.9％。面层定量为30g/㎡，芯层定量为120g/㎡，底层定量为40g/㎡。
实施例3
1)制浆：包括制造面层、底层和芯层三层浆液，所述面层由以下重量百分比的浆料制成：LBKP 72％、NBKP 28％；所述底层由以下重量百分比的浆料制成：LBKP68％、NBKP32％；所述芯层由以下重量份浆料制成：LBKP 25％、NBKP10％、APMP 65％；所述APMP浆的松厚度为3.6cm3/g，抗张强度15N·m/g；在每层浆液中加入质量分数为5％的硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液的加入量为8g/t浆液，混合搅拌，在超声波功率为30W下处理90s。
2)调料：包括加填，往芯层浆液中加入滑石粉和矿纤，滑石粉和矿纤的加入总量为180kg/t芯层浆液，滑石粉与矿纤的重量比为3：1。还包括施胶，所述施胶是往三层浆液中分别加入松香和硫酸铝，每层松香用量为18kg/t每层浆液，每层硫酸铝用量为20kg/t每层浆液。
3)抄造：将调料后的三层浆液送入长网抄纸机进行复合抄造，调节抄造过程中的浆网速比为0.95，调节面层和底层浆液的上网浓度为0.35％，芯层浆液的上网浓度为0.85％。面层定量为25g/㎡，芯层定量为110g/㎡，底层定量为35g/㎡。
实施例4
1)制浆：包括制造面层、底层和芯层三层浆液，所述面层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP 70％、NBKP 30％；所述底层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP65％、NBKP 35％；所述芯层浆液由以下重量份原料制成：LBKP 20％、NBKP 15％、APMP65％；所述APMP浆的松厚度为3.5cm3/g，抗张强度14N·m/g；在每层浆液中加入质量分数为3％的硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液的加入量为10g/t浆液，混合搅拌，在超声波功率为10W下处理120s。
2)调料：包括加填，往芯层浆液中加入滑石粉和矿纤，滑石粉和矿纤的加入总量为150kg/t芯层浆液，滑石粉与矿纤的重量比为4：1。还包括施胶，所述施胶是往三层浆液中分别加入松香和硫酸铝，每层松香用量为15kg/t每层浆液，每层硫酸铝用量为25kg/t每层浆液。
3)抄造：将调料后的三层浆液送入长网抄纸机进行复合抄造，调节抄造过程中的浆网速比为0.94，调节面层和底层浆液的上网浓度为0.36％，芯层浆液的上网浓度为0.8％。面层定量为20g/㎡，芯层定量为100g/㎡，底层定量为40g/㎡。
对照例1
1)制浆：包括制造面层、底层和芯层三层浆液，所述面层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP 70％、NBKP 30％；所述底层浆液由以下重量百分比的原料制成：LBKP65％、NBKP 35％；所述芯层浆液由以下重量份原料制成：LBKP 20％、NBKP 15％、APMP65％；所述APMP浆的松厚度为3.5cm3/g，抗张强度14N·m/g。
2)调料：包括加填，往芯层浆液中加入滑石粉和矿纤，滑石粉和矿纤的加入总量为150kg/t芯层浆液，滑石粉与矿纤的重量比为4：1。还包括施胶，所述施胶是往三层浆液中分别加入松香和硫酸铝，每层松香用量为15kg/t每层浆液，每层硫酸铝用量为25kg/t每层浆液。
3)抄造：将调料后的三层浆液送入长网抄纸机进行复合抄造，调节抄造过程中的浆网速比为0.94，调节面层和底层浆液的上网浓度为0.36％，芯层浆液的上网浓度为0.8％。面层定量为35g/㎡，芯层定量为130g/㎡，底层定量为45g/㎡。
将上述实施例以及对比实施例制成的原纸进行各项指标检验，结果见下表1。
表1：
将实施例1～4以及对照例1的纸杯原纸加工制成纸杯使用后，将其回用，分别碎浆，碎浆条件为：碎浆时间20min,碎浆浓度为10％，碎浆温度为50℃，转速为300r/min。然后将上述碎浆分别加入NaOH(用量2％，相对于绝干浆，下同)、硅酸钠(用量3％)以及双氧水(用量2％)，充分搅拌，混合均匀后放置于60℃的恒温水浴中进行熟化，在恒温水浴锅中熟化40min后取出。将熟化后的浆液稀释至1％的浓度，浮选，转移至纱袋中用定量水洗涤。接着，将上述浆液放入德国抄片器上按GB7981-87标准制成，抄纸定量60g/m2,压榨条件为0.45MPa，一次压榨，干燥温度为105℃，时间为10min。
用X射线衍射法测定各组手抄片中纤维素结晶度，测试条件：Ni滤波，Cu靶Kα射线，管压40kV，管流30mA，步长0.02度，扫描速度17.7秒/步，扫描范围从4°～60°。
纤维素I的XRD特征峰在2θ＝14.5°，16.5°，22.5°，34.7°附近，根据经验法计算结晶指数，即CrI＝(I002-Iam)/I002×100％，
式中：I002为22.5°的衍射强度，Iam定义为18°的衍射强度。
在不考虑晶体点阵畸变的影响条件下，晶粒尺寸的计算采用Scherrer公式：
式中：λ为X射线波长；β为某晶面经向强度分布曲线半高度，以弧度表示；k为微晶的形状因子，常数，常取0.9。
纤维素I微晶的横截面积(A)计算公式为：
检测结果见表2。
表2
根据表2可知，对照例的纤维素的结晶度明显大于实施例1～4，垂直002面微晶尺寸发生明显大于实施例。此外，对照例的纤维的微晶横截面积也明显增大，说明纤维晶区可发硬面积小于实施例的纤维，不利于纤维素的各种化学反应。

Claims (7)

1.节能环保纸杯原纸的制作工艺，包括制浆、调料、抄造，其特征在于：所述制浆是向浆液中加入质量分数为3～6％的硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液的加入量为5～10g/t浆液，混合搅拌，在超声波功率为10～50W下处理30～120s。
2.根据权利要求1所述的节能环保纸杯原纸的制作工艺，其特征在于：所述浆液包括面层、底层和芯层三层浆液，所述面层浆液由以下百分比的原料制成：LBKP 70～75％、NBKP25～30％；所述底层由以下百分比的原料制成：LBKP 65～70％、NBKP 30～35％；所述芯层由以下份原料制成：LBKP 20～30％、NBKP 10～15％、APMP 60～65％。
3.根据权利要求2所述的节能环保纸杯原纸的制作工艺，其特征在于：所述调料包括加填，所述加填是往芯层浆液中加入滑石粉和矿纤，两者的总量为150～200kg/t芯层浆液，且滑石粉与矿纤的重量比为2～4:1。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的节能环保纸杯原纸的制作工艺，其特征在于：所述调料还包括所述调料还包括施胶，所述施胶是往浆液中加入松香和硫酸铝，松香用量为15～20g/t浆液，硫酸铝用量为15～25g/t浆液。
5.根据权利要求2所述的节能环保纸杯原纸的制作工艺，其特征在于：在抄造过程中，调节面层和底层浆液的上网浓度为0.34～0.36％，芯层浆液的上网浓度为0.8～0.9％。
6.根据权利要求2所述的节能环保纸杯原纸的制作工艺，其特征在于：所述抄造是将调料后的三层浆液送入抄纸机进行复合抄造，面层定量为20～30g/m2，芯层定量为100～120g/m2，底层定量为30～40g/m2。
7.根据权利要求6所述的节能环保纸杯原纸的制作工艺，其特征在于：所述抄纸机为长网抄纸机，调节抄造过程中的浆网速比为0.94～0.96。
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