CN1071982A - 氧碱法生产韧皮纤维电绝缘纸浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以麻类韧皮纤维为原料，用氧碱法生 产电绝缘纸浆工艺。该工艺包括将原料切断、除尘、 输入压力容器，加入NaOH药液并通入氧气，在温度 与压力下进行氧碱反应以制成粗浆；粗浆入半浆机切 断打浆，经筛选、浓缩进入抽提系统化学抽提和洗涤； 再经连续打浆、磁力除铁、精筛，制成韧皮纤维电绝缘 纸浆；该工艺可提高纸浆的机械、电绝缘和热老化性 能，减少环境污染，提高原材料利用率，降低生产成 本。

Description

本发明涉及纸浆生产工艺，更具体地说，本发明涉及以麻类韧皮纤维为原料，用氧碱法生产电绝缘纸浆工艺。

电绝缘纸浆的传统生产工艺均采用多年生针叶树木为原料，用硫酸盐法（即NaOH+Na₂S）蒸煮，然后经筛选、打浆等工序制得浆料。随着世界森林资源日趋减少，各国相继立法限制木材的开采和出口，国际市场木材及纸浆价格不断上涨，八十年代初，未漂硫酸盐针叶树浆价格为200美元/吨，至1992年其价格上涨为580美元/吨，而且今后还有上涨趋势。

目前，许多国家正在寻找新的纤维素材料代替木材用以生产纸浆，如泰国凤凰纸浆与造纸有限公司以全麻杆为原料，用硫酸盐法连续进行蒸煮，再经后处理制成纸浆，该浆料主要用于生产新闻用纸、文化用纸。日本大昭和ェソジニァニク株式会社和我国轻工业部制浆造纸研究所曾用氧碱法对草类纤维进行蒸煮，制得的纸浆均用于生产文化用纸。

迄今为止，尚未发现以麻类韧皮纤维为原料，用氧碱法进行蒸煮而生产电绝缘纸浆的有关报道。

本发明目的在于提供用氧碱法生产电绝缘纸浆的工艺。该工艺以麻类韧皮纤维为原料，代替多年生针叶树木资源，以氧碱法蒸煮代替传统的硫酸盐法蒸煮，并采用了化学抽提降低灰份、磁力除铁等工艺，提高了纸浆质量，降低了生产成本，同时可节省木材，从而开辟了新的资源，有利于保护生态平衡。

本发明的氧碱法生产韧皮纤维电绝缘纸浆工艺包括下列工序：将麻类韧皮纤维原料切断，除尘，输入压力容器，加入NaOH药液并通入氧气，进行氧碱反应以制成粗浆;粗浆入半浆机切断打浆，经筛选、浓缩进入抽提系统化学抽提和洗涤;再经连续打浆、磁力除铁、精筛，制成韧皮纤维电绝缘纸浆;其特征在于通过氧碱反应对韧皮纤维进行化学蒸煮，经化学抽提减少导电离子数量，降低灰粉，用磁力除去铁质微粒，以提高纸浆的机械与电气性能。

1、备料：

本发明工艺以麻类韧皮纤维为原料，其备料要求为：

原料水份    ≯    %    15

分切长度    mm    30～50

分切合格率    >    %    90

2、氧碱反应：

氧碱反应工序是对韧皮纤维进行化学蒸煮，利用造纸工业通用设备蒸球进行蒸煮。用氧碱法蒸煮韧皮纤维，利用氧易与纤维素产生还原性末端基作用，生成葡萄糖讼型末端基，进一步氧化成糖醛酸型末端基，此末端基能抑制纤维素的降解，使浆料得以最大限度保持纤维原始机械性能，这是制造具有高机械强度和耐热老化性能的电绝缘纸浆所需要的。

氧碱反应的工艺参数如下：

装锅量 Kg/M³140～150

NaOH用量(100%)    5～9

液比    1:3.5～1:4.5

药液浓度:    12.5～25g/l

氧气用量(工业用O₂) % 0.8～2.0

最高压力    mpa    0.8～0.9

3、化学抽提：

电绝缘用纸对灰份有高的要求。灰份含量高，水抽提物电导率也高，致使纸的介质损耗tgδ增大，会因发热而减少使用寿命。氧碱反应后制得的韧皮纤维粗浆所含灰份较高，约为1.5-2.5%，采用离子交换化学抽提方法，难溶性和不溶性导电物转化为可溶性物经离子交换除去，可使该浆料灰份含量降至＜1%，以满足电绝缘用纸浆的要求。蒸煮后的韧皮纤维粗浆经半浆机粗打成半浆，经粗筛、浓缩后进入抽提系统洗涤和进行化学抽提，其工艺参数如下：

未蒸解份    <    %    1.5

灰份    <    %    2.5

电导率    <    ms/M    12ms/M

抽提前浆料pH    <    8.5

抽提浆料浓度    %    3～4

抽提药液    HCl或草酸助剂为聚丙酰燃酰胺+DTPA（二乙烯三胺五醋酸），其中HCl（30%工业HCl，对绝对干浆）用量4.5-5%，聚丙烯酰胺用量（100%，

对绝对干浆）0.05-0.1%，DTPA（100%）0.1%

酸液浓度    60±5g/l

抽提浆料pH    2.0-3.5

抽提时间    45分钟

洗涤时间    2-3小时

洗涤终点pH    6.7-7.5

化学抽提工序中洗涤用水应符合下列标准：

混浊度 以SiO₂表示 10mg/l

色度    以铂单位表示    5

总硬度 以CaCO₃表示 mg/l 100

钙硬度 以CaCO₃表示 mg/l 50

矸度 以CaCO₃表示 mg/l 75

Fe    mg/l    0.1

Mn    mg/l    0.05

总溶解固体    mg/l    200

4、磁力除铁：

韧皮纤维在收获、运输及包装过程中易混入少量铁质微粒，这对于电绝缘用纸而言是不允许的。在本发明工艺中采用磁铁装置可吸附浆料中的铁质微料，使浆料净化，以符合电绝缘应用要求。磁力除铁装置为一平面呈15度倾斜的浅槽，槽体是由薄铜板制作，槽下面均匀排布五根60×700×50永久磁条，并用钢板组成700×800mm-整体，总磁力不小于3000高斯。浆料以薄瀑布状从浅槽流过，浆料浓度为0.5-0.7%，流速为8-10米/分，流体厚度40±5mm。

本发明工艺制得的成浆，其质量符合下列标准：

浆料硬度    卡伯值    35～50

灰份    <    %    1

水抽出物pH    6～8

水抽出物电导率    <    ms/M    10

裂断长    >    M    7000

撕裂度    >    g    100

耐热老化性：

空气中    160±2℃，30小时后保持原机械强度50%以上

变压器油中（开口）140±2℃，480小时后保持原机械强度80%以上

用本发明工艺制得的韧皮纤维电绝缘纸浆（或将其与木浆、棉浆混合），经抄造叠合成湿纸，再经热压机脱水热压干燥，调湿养生，切边，轧光，检验，可制成0.8-8mm电绝缘纸板。其中热源为蒸汽、过热水、导热油均可，最高热压温度不得超过150℃，控温范围为±3℃;产品厚度不同，热压控制时间亦不同。制得的电绝缘纸板质量符合ZBY31003-87电绝缘纸板标准。用本发明纸浆添加有关助剂还可生产高强度工业用纸，如水泥袋纸、条纹牛皮纸等。

图1为本发明的工艺流程图;

图2为氧碱法反应控制曲线;

图3为抽提控制曲线;

图4为纸板生产工艺流程图;

图5为热压控制曲线;

图6为工业包装用纸生产工艺流程图;

实例1：本实例用于生产电工绝缘纸浆与纸板，采用红麻，其风干量为3625kg，经断切至30-50mm长度装入25M³回转式蒸煮器内，装锅重为145kg/m³，用碱量为原纤维重量的6%（NaOH 100%），液比1∶4。密闭蒸煮器，通汽升温升压，第一阶段最高压力0.5MPa，保压时间3-3.3小时。排汽降压至0.10mPa，通入氧气，其用量为风干红麻重量的1.25%，反应时间2.5小时，排除未反应的余氧后放料，为了便于泵体输送，送入半浆机切断处理，即打浆度18±2°SR，湿重18±1g，再把浆料送至筛选系统筛选，浆料来蒸解部分由2.5%左右下降至1%±0.1。经筛选后的浆料送至抽提池，控制浆料反应浓度4%±0.5%首先将浓度60g/l的盐酸和对浆料0.1%的DTPA（二乙烯三胺五醋酸）加入被处理浆中，pH值控制在3-3.5，抽提时间20-25分钟，再加入0.05%聚丙烯酰胺继续反应20-25分钟，用清水洗涤至pH6.5-7.5，成浆所达技术指标如下：

浆料硬度    卡伯值    37

灰份    %    0.8

水抽出物    pH    6.9

水抽出物电导率    ms/M    8.2

裂断长    M    8900

撕裂度    g    180

耐热老化性

空气中    160℃±2℃30小时

生产1mm电绝缘纸时，可将上述浆料与50%木浆混合，经连续打浆。成浆打浆度40±2°SR，湿重10±1g，浓度3%。此浆料经稀释至0.5%，通过纸前筛选系统后送入平板格栅式磁力除铁装置，总磁力3000高斯，流体厚度40±5mm，流速8-10m/秒，此浆料送至湿板成型系统，单层重量控制在40±2g/m²，层数控制在28-29层之间，湿胚水份70-75%，将此湿板由装料机构送至热压机内，第一阶段以0.25mpa/秒的升压速度升至单位压力3.0mPa的条件下保压55秒，脱水使水分下降至30%-32%，在此压力下升温至140±5℃进行热压干燥2分钟;第二阶段降压至1.2mPa，保持6分钟，第三阶段升压至3.5mPa，保压3分钟后卸荷压力至0mPa，由卸料机构出机，出机纸板水份控制在3%以下。成型纸板根据用户要求调湿养生、切边、轧光、检验，成品出厂。

纸板实例技术数据如下：

厚度    mm    1.04

紧度 g/cm³1.03

拉伸强度 N/mm²

横向    82

纵向    110

伸长率    %

横向    4.2

纵向    4

压缩性    %    7.5

水份    %    7

灰份    %    0.86

吸油性    %    12

收缩率    %

横向    0.75

纵向    0.3

厚度向    3.8

水抽出物pH值    6.9

水抽出物电导率    mS/m    7

介电强度    Mv/m

空气中    10

油中    40.1

实例2：采用实例1同样原材料与设备，用碱量对原纤维量的7%（NaOH    100%）液比1∶4，第一阶段最高压力0.55mPa，时间3-3.3小时，排汽降压至0.1mPa，通入氧气，其用量为风干红麻重量的1.5%，反应时间为2小时，排除未反应的余氧后放料，半浆处理、筛选流程与设备及控制指标同实例1，抽提工艺也基本与实例1相同，仅控制指标由pH3-3.5下降至pH2-2.5，洗涤时间由1.5-2小时延长至2-2.5小时。

成浆实例指标如下：

浆料硬度    卡伯值    30

灰份    %    0.65

水抽出物pH    7

水抽出物电导率    mS/m    8.1

裂断长    M    9800

撕裂度    g    200

生产1mm电绝缘纸时用100%的上述浆料，经连续打浆，成浆度45±2°SR，湿重12g±1，浓度3%，采用与实例1相同的工艺流程与参数，通过纸前筛、磁力除铁、热压、调湿养生、分切、轧光、检验，成品出厂。

纸板实例技术数据如下：

厚度    mm    0.95

紧度 g/cm³1.03

拉伸强度 N/mm²

横向    85.5

纵向    123

伸长率    %

横向    3.9

纵向    3.8

压缩性    %    7.6

水份    %    6.6

灰份    %    0.8

吸油性    %    16.9

收缩率    %

横向    0.68

纵向    0.3

厚度向    4.0

水抽出物pH值    6.0

水抽出物电导率    mS/m    6.9

介电强度    Mv/m

空气中    9.3

油中    41.6

与现有技术相比本发明工艺具有下列优点：

1、可减少环境污染：

用硫酸盐法对韧皮纤维进行蒸煮，因药液中含有硫，在蒸煮过程中生成甲硫醇和硫化氢，对大气造成污染。本发明采用氧碱法对韧皮纤维进行蒸煮，由于蒸煮的药液中不含硫，含有大量氧气，能氧化掉部分有机物，减少对水质的污染，经测定黑液中CoDer、BoD₅均比硫酸盐法降低25-40%，黑液未经处理即可达GB3544-83的最高排放标准。

2、可提高原材料利用率，降低成本：

氧碱法韧皮纤维浆产率高达75-80%，近似于木材的一倍，大大提高了原料的利用率，生产成本为2500-2800元/吨，比用针叶树木硫酸盐法制浆成本降低20-25%。

本发明工艺以我国资源丰富的一年生麻类韧皮纤维为原料代替多年针叶树木，为国家节省了木材，有利于保护生态平衡。

3、本发明工艺制得的韧皮纤维纸浆其机械、电绝缘及热老化性能均达到和超过全木纸浆要求。

4、本发明所得韧皮纤维浆，为造纸工业急需的长纤维粗浆提供了新的来源。

Claims (5)

1、氧碱法生产韧皮纤维电绝缘纸浆工艺，该工艺包括如下工序：将麻类韧皮纤维原料切断，除尘，输入压力容器，加入NaOH药液并通入氧气，进行氧碱反应以制成粗浆；粗浆入半浆机切断打浆，经筛选、浓缩进入抽提系统化学抽提和洗涤；再经连续打浆、磁力除铁、精筛，制成韧皮纤维电绝缘纸浆；其特征在于通过氧碱反应对韧皮纤维进行化学蒸煮，经化学抽提减少导电离子数量，降低灰份，用磁力除去铁质微粒，以提高纸浆的机械与电气性能。

2、按权利要求1所述的纸浆生产工艺，其特征在于所述的麻类韧皮纤维原料包括红麻、黄麻、剑麻。

3、按权利要求1所述的纸浆生产工艺，其特征在于氧碱反应中蒸煮药品为工业用NaOH和氧，NaOH（100%）用量为5-9%，液比为1∶3.5-1∶4.5，药液浓度为12.5-25g/l，氧气用量为0.8-2.0%，最高压力0.8-0.9mPa。

4、按权利要求1所述的纸浆生产工艺，其特征在于化学抽提所用药液为HCl或草酸，助剂为DTPA和聚丙烯酰胺，抽提前浆料pH低于8.5，抽提过程pH控制在2.0-3.5，抽提浆料浓度控制在3-4%，酸液浓度60±5g/l，抽提时间45分钟，温度为常温，清水洗涤时间为2-3小时，洗涤终点pH为6.5-7.5，浆料灰份含量1%以下。

5、按权利要求1所述的纸浆生产工艺，其特征在于磁力除铁工序中总磁力为3000高斯，流体厚度40mm，流速8-10米/分。

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