CN109235106B - 一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，包括以下步骤：步骤1，浆料准备：选取预水解硫酸盐溶解浆，先把浆板撕成碎片，在常温下进行疏解；然后用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到25‑30%的质量浓度，再将浆料分散，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分；步骤2，协同处理：取步骤1的浆料，用一定浓度的杂多酸溶液调整浆料质量浓度，搅拌均匀，磨浆温度30‑90°C，磨浆转数为3000‑12000转，再将磨浆后的浆料直接置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为60‑90℃，总处理时间为30‑90 min，处理过程中搓揉自封袋，使得反应均匀进行；步骤3，风干：将步骤2处理完毕的浆料洗涤至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到25‑30%的质量浓度并分散，在恒温恒湿条件下风干到质量浓度为92‑97%；该方法高效稳定、简单易行、可循环且无污染。

Description

一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法

技术领域

本发明属于造纸工业技术领域，特别涉及一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法。

背景技术

溶解浆是指对植物纤维原料（如棉短绒、木材、竹子等）采用一定物理化学手段（如化学蒸煮、漂白、筛选、洗涤等）而得到的高纯度精制化学浆，具有较高的纤维素纯度（α-纤维素含量为92~99%），少量的半纤维素（2~4%）以及微量的木素、抽出物和矿物质。溶解浆广泛用于生产粘胶纤维、醋酸纤维和微晶纤维素等产品，其中65% 用于纺织用粘胶纤维的生产。2017年，国内粘胶短纤维产能首次突破400万吨大关，并有大量项目正在开建，如新加坡金光集团宣布建设300万吨产能，江西塞得利化纤有限公司计划在九江再扩建100万吨粘胶项目，晨鸣纸业计划扩建50万吨粘胶项目等。

对于粘胶纤维用溶解浆来说，反应性能通常是指在黏胶液生产过程中溶解浆纤维与主要纤维溶剂——二硫化碳（CS₂）的反应能力，是衡量溶解浆质量的一个重要性能指标。良好的溶解浆反应性能有利于提高粘胶纤维生产效率，带来较高的经济收益和环保效益。

但是，较低的反应性能一直制约着粘胶纤维用溶解浆和粘胶纤维的应用和发展。目前国内外针对如何改善溶解浆反应性能的研究主要集中于采用物理法（机械处理）、化学法（酸水解、碱润胀等）和生物法（生物酶）等。Tian等人报道了一种采用PFI磨浆处理提升溶解浆反应性能的方法（Improving the reactivity of kraft-based dissolving pulpfor viscose rayon production by mechanical treatments. Cellulose, 2014, 21(5): 3647-3654）。结果表明PFI磨浆处理对浆料黏度降低作用较小，主要通过机械作用在一定程度上破坏纤维细胞壁紧密结构，提高纤维可及性及浆料最终反应性能。随磨浆转数提高、浆料打浆度和反应性能随之增加，当PFI磨浆处理25000转，浆料的Fock反应性能从49.3%提高到58.3%。李亚丽等人（纤维素酶处理改善黏胶纤维级溶解浆反应性能的研究.中国造纸学报，2017，32（4）：1-5）报道了一种利用纤维素酶提升溶解浆反应性能的方法。纤维素酶处理可降低浆料黏度，提高溶解浆纤维表面孔隙和比表面积，增大纤维可及性，为后续生产良好的黏胶纤维提供了优质原料。专利文献（CN104452397A）公开了一种采用间歇性瓦力打浆和纤维素酶分步处理的方法提高预水解硫酸盐溶解浆反应性能。通过机械打浆和纤维素酶分步处理改善溶解浆的反应性能。

以上文献和专利提出的提升溶解浆反应性能的方法，但存在以下问题：1）仅采用机械处理提升溶解浆反应性能其能耗较大，浆料黏度降低和反应性能提升的效果不显著；2）纤维素酶处理能够在保证浆料黏度的同时提升溶解浆反应性能，但纤维素酶对处理条件有较高要求（适宜的pH值、温度等），环境变化对纤维素酶的活性有明显影响，且目前技术表明从反应体系中回收酶的难度较大，造成处理成本增大；3）鉴于生物酶处理的局限性，难以实现机械磨浆与酶处理同步进行，分步处理在一定程度增加了处理工艺的复杂性及处理成本。

杂多酸( Heteropolyacid )，也称多金属氧簇（Polyoxometalate），是一类由氧原子桥接金属原子所形成的金属-氧簇化合物，具有良好的催化性能，是一种高效的双功能型催化剂。专利文献（CN201710519569.2）公开了一种利用杂多酸提升溶解浆反应性能的方法。该方法主要利用杂多酸对纤维的催化水解作用，提高纤维可及性，从而提升溶解浆反应性能，并且杂多酸可以通过过滤或浓缩蒸发的方式进行回用。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，解决了现有的溶解浆反应性能低、纤维素酶处理条件要求较高、受外界环境影响较大，难以与机械处理同步处理等问题；该方法具有高效稳定、简单易行、可循环且无污染的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高粘胶纤维用溶解浆黏度控制和反应性能的方法，所用的原料是预水解硫酸盐溶解浆，采用的方法为机械磨浆协同杂多酸催化处理浆料，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备

选取预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到25-30%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理

称取步骤1制备的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度为0.001-0.01mol/L的杂多酸溶液调整浆料浓度为5%-15%，搅拌均匀，再进行磨浆处理，磨浆温度为30-90°C，磨浆转数为3000-12000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为60-90℃，总处理时间为30-90min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干

将步骤2处理后的浆料洗涤至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到25-30%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件下风干到质量浓度为92-97%。

所述的杂多酸为磷钨酸。

所述的磨浆方式为PFI磨浆。

步骤2中所述的协同处理为磨浆与杂多酸处理同时进行。

步骤3中所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

所述的恒温恒湿条件为：温度达到50±1℃、湿度达到50±2% R.H。

与现有技术相比，本发明的有益效果

相对现有提升溶解浆反应性能方法而言，本发明的处理方法具有高效稳定、简单易行、处理反应试剂可循环使用且无污染等特点，良好地实现了机械处理和化学催化同步处理，有效地提高了浆料黏度控制和反应性能，同时降低了处理成本，具有一定的工业应用前景。具体来说，该方法主要通过机械磨浆破坏纤维细胞初生壁和次生壁外层的紧密结构，打开纤维内部通道，增大纤维比表面积，促进杂多酸在纤维内部的传质与反应，强化杂多酸催化水解纤维素作用；同时，杂多酸水解降低纤维内部聚合度，进一步破坏细胞壁结构，提高纤维可及性，促进磨浆进程及降低磨浆能耗。上述磨浆与杂多酸处理协同作用，促进纤维可及性和溶解浆反应性能的显著提升。回收的杂多酸可通过直接过滤或蒸发浓缩后再回用，且回收率和活性高，大大降低了处理成本，具有良好的工业应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备：选取阔叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25 mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到30%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24 h备用；（实施例1-4中步骤一为同一批次浆料）

步骤2，协同处理：称取步骤1的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度0.001moL/L的杂多酸溶液调浆浓至15%，搅拌均匀，进行磨浆处理，磨浆温度为70°C，磨浆转数为12000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为80℃，总处理时间为90min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干：洗涤步骤2处理完毕的浆料至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到28%的质量浓度并分散成5 mm×5 mm大小，在恒温恒湿（温度达到23℃、湿度达到50 R.H）条件下风干到质量浓度为97%。

所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

测定结果如表1所示。

实施例2：

一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备：选取阔叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25 mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到25%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理：称取步骤1的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度0.01moL/L的杂多酸溶液调浆浓至10%，搅拌均匀，进行磨浆处理，磨浆温度为60ºC，磨浆转数为6000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为90℃，总处理时间为70min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干：洗涤步骤2处理完毕的浆料至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到25%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件下（温度达到23℃、湿度达到50R.H）风干到质量浓度为92%。

所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

测定结果如表2所示。

实施例3：

一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备：选取阔叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25 mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到27%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理：称取步骤1的绝干质量的浆料30 g，用H⁺浓度0.01moL/L的杂多酸溶液调浆浓至5%，搅拌均匀，进行磨浆处理，磨浆温度为50°C，磨浆转数为9000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为60℃，总处理时间为30min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干：洗涤步骤2处理完毕的浆料至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到30%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件下风干到质量浓度为92%。

所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

测定结果如表3所示。

实施例4：

一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备：选取阔叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25 mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到28%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理：称取步骤1的绝干质量的浆料30 g，用H⁺浓度0.005moL/L的杂多酸溶液调浆浓至10%，搅拌均匀，进行磨浆处理，磨浆温度为30°C，磨浆转数为3000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为70℃，总处理时间为50min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干：洗涤步骤2处理完毕的浆料至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到27%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件（温度达到23℃、湿度达到50 R.H）下风干到质量浓度为97%。

所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

测定结果如表4所示。

实施例5：

一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备：选取针叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25 mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到26%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理：称取步骤1的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度0.01moL/L的杂多酸溶液调浆浓至10%，搅拌均匀，进行磨浆处理，磨浆温度为60ºC，磨浆转数为9000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为60℃，总处理时间为60min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干：洗涤步骤2处理完毕的浆料至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到28%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件（温度达到23℃、湿度达到50 R.H）下风干到质量浓度为97%。

所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

测定结果如表5所示。

。

Claims (7)

1.一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，所用的原料是预水解硫酸盐溶解浆，采用磨浆协同杂多酸处理浆料，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备

选取预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到25-30%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理

称取步骤1制备的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度为0.001-0.01mol/L的杂多酸溶液调整浆料浓度为5%-15%，搅拌均匀，再进行磨浆处理，磨浆温度为30-90°C，磨浆转数为3000-12000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为60-90℃，总处理时间为30-90min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干

将步骤2处理后的浆料洗涤至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到25-30%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件下风干到质量浓度为92-97%；

所述的杂多酸为磷钨酸；所述的磨浆方式为PFI磨浆。

2.根据权利要求1所述的一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，其特征在于，步骤2中所述的协同处理为磨浆与杂多酸处理同时进行。

3.根据权利要求1所述的一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，其特征在于，步骤3中所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

4.根据权利要求1所述的一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，其特征在于，所述的恒温恒湿条件为：温度达到50±1℃、湿度达到50±2% R.H。

5.根据权利要求1所述的一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备：选取阔叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25 mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到30%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24 h备用；

步骤2，协同处理：称取步骤1的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度0.001moL/L的杂多酸溶液调浆浓至15%，搅拌均匀，进行磨浆处理，磨浆温度为70°C，磨浆转数为12000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为80℃，总处理时间为90min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干：洗涤步骤2处理完毕的浆料至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到28%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件下风干到质量浓度为97%，恒温恒湿条件具体为：温度达到23℃、湿度达到50R.H；

所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。

6.根据权利要求1所述的一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备

选取阔叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到25%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理

称取步骤1的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度0.01mol/L的杂多酸溶液浆料质量浓度为10%，搅拌均匀，再进行磨浆处理，磨浆温度为60°C，磨浆转数为6000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为90℃，总处理时间为70min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干

将步骤2处理后的浆料洗涤至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到25%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件下风干到质量浓度为92%，恒温恒湿条件具体为：温度达到23℃、湿度达到50% R.H；

所述的洗涤液可经直接蒸发后回用。

7.根据权利要求1所述的一种强化杂多酸处理提升溶解浆反应性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，浆料准备：选取针叶木预水解硫酸盐溶解浆，先把浆料撕成25 mm×25mm的小碎片，然后用纸浆标准解离机在常温下疏解3min；用200目网子将疏解后的浆料挤压浓缩到26%的质量浓度，再将浆料分散成5mm×5mm大小，转移到聚乙烯自封袋内平衡水分24h备用；

步骤2，协同处理：称取步骤1的绝干质量的浆料30g，用H⁺浓度0.01moL/L的杂多酸溶液调浆浓至10%，搅拌均匀，进行磨浆处理，磨浆温度为60ºC，磨浆转数为9000转，然后将磨浆后的浆料置于聚乙烯自封袋中，将自封袋放入恒温水浴锅中，处理温度为60℃，总处理时间为60min，处理过程中每隔5min搓揉自封袋，使得反应均匀进行；

步骤3，风干：洗涤步骤2处理完毕的浆料至中性，回收洗涤液；然后将浆料浓缩到28%的质量浓度并分散成5mm×5mm大小，在恒温恒湿条件下风干到质量浓度为97%，恒温恒湿条件具体为：温度达到23℃、湿度达到50R.H；

所述的洗涤液经蒸发浓缩后可回用。