CN109355960A - 一种木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法 - Google Patents

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丁来保
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Abstract

本发明公开了一种木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，木片依次经过备料、超声预处理、螺旋挤压、化学浸渍和磨浆处理，利用超声波的空化作用打通木材内部液体流动的通道，增强待浸渍木材的流体通透性，扩大木材内部的有效通道面积，以提高其浸渍效率。对经超声处理过的木片进行双螺杆挤压，挤压后的原料进行一段化学浸渍，再进行磨浆处理，最后经过消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆。本发明采用超声波辅助化学浸渍的方法提高了化学药品的浸渍均质性，降低磨浆能耗，提高纸浆纤维质量，最终能够得到白度较高及强度较好的纸浆。

Description

一种木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法
技术领域
本发明涉及一种化学机械法制浆方法，特别涉及一种超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法。
背景技术
目前我国是全球纸和纸板生产和消费的第一大国。但由于我国的我们森林国森林覆盖率较低，木质纤维资源相对匮乏，造成纤维原料特别是优质纤维原料供应十分短缺。而且目前所采用的纸浆原料大部分是商品木片，由于储存期不均一，种类复杂，导致药液浸透不均匀，化学药品用量大，磨浆能耗高，纸浆质量不稳定，纸浆种类及质量等都处于中等及偏下水平。因此，开发和研究新的预处理方法，提高纸浆纤维质量，增强纤维物理强度，降低纸浆杂质含量及节能减排成为目前我们林浆纸一体化可持续发展的瓶颈问题。
迫于原材料、能源和环境保护等多方面的要求和压力，高效、环保的高得率制浆技术成为近年来国际上研究和开发的重点方向。作为世界上最大的高得率浆消费国，中国高得率制浆的发展非常迅速，自1995年岳阳林纸股份有限公司(原岳阳纸厂)建成投产国内首条高得率浆生产线(APMP)以来，经过短短十几年的发展，到2010年我国已建成的高得率浆产能达到400万t/a，成为全世界最重要的高得率浆生产基地。目前在中国造纸业的原料结构中，木竹浆造纸占29.5％，废纸浆造纸占65％，非木浆造纸占5.5％。这与国际上木浆造纸占63％的比重有显著不同。这说明我国木浆造纸有着巨大的发展空间。
我们改善木材浸渍效果的改善途径大致为以下几个方面：①改善木材本身特性，如增加浸渍液传输通道、改善表面性能、改变纹孔结构及排除空气等；②改善流体特性，如减小分子质量、降低黏度等；③改善浸渍方法，如通过提高温度、改变渗透压力差等方式制造含水率梯度、浓度梯度、温度梯度、压力梯度等，从而改善浸渍过程的渗透及扩散性能。而目前制浆造纸领域木材浸渍过程浸渍液比较固定，在浸渍方法上我国生产线也处于先进水平。所以目前我们只能从改善木材本身特性入手进行探究。目前我们对木材本身的改性有机械挤压法、汽蒸爆破法、微生物法、汽蒸法、抽真空法、气体置换法以及添加表面活性剂等手法进行处理。而且目前主要用的手法有机械挤压法、气蒸法及添加表面活性剂。不过最近有很多人采取微生物预处理也取得了不错的效果。但是现在所出现的问题用常规处理手段已经很难处理，所以现在需要寻找一种新的预处理手段可以辅助处理化学预浸渍的问题。
超声波预处理技术是一种低能耗、无污染、安全、廉价的预处理技术，植物纤维内部存在的大量无定形区，以及众多的复杂孔隙和孔洞，当植物纤维原料受到超声波作用时，超声波产生的声空化效应微射流对纤维表面产生不定向剪切作用，使得纤维细胞壁中出现各种裂纹，并发生一定程度的位移和变形。因此可通过在制浆漂白工艺中增加一段超声波预处理步骤，以辅助化学浸渍效率，使得在较少的化学药品用量下得到白度较高及强度较好的纸浆。
发明内容
本发明的目的是提供一种木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，以解决现有制浆漂白方法中木片化学浸渍效果差、化学品用量大的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，包括以下步骤：
步骤1，备料：将木片在室温浸泡水洗；洗去附着在木片表面的灰尘等杂质，以免这些杂质对后续处理步骤产生不利影响。
步骤2，超声预处理：利用超声波的空化作用，对木片在水相中进行超声处理；
步骤3，螺旋挤压：超声处理后对木片进行螺旋挤压；
步骤4，化学浸渍：用氢氧化钠为碱源的过氧化氢为浸渍药液，对螺旋挤压后的物料进行浸渍；
步骤5，磨浆：化学浸渍后的物料进行磨浆，磨浆方法为常压磨浆，磨浆后的物料进行消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆，检测纸浆白度。
优选的，所述步骤2中，超声处理温度为25-80℃，超声处理时间为10-60min，超声功率为400-650W，超声浓度2％-5％；
优选的，所述步骤3中的螺旋挤压为常压机械挤压，挤压温度为45-60℃，压缩比为4:1。
优选的，所述步骤4中，所述浸渍药液由溶质和溶剂组成，溶剂为水，溶质包括过氧化氢、氢氧化钠、硅酸钠、DTPA和硫酸镁，各溶质用量与木片的绝干质量的比例为：过氧化氢用量为2％-8％，氢氧化钠用量为1％-5％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％，硫酸镁用量为0.1％。
优选的，所述步骤4中，化学浸渍条件为：物料在浸渍药液中的质量浓度为20％-25％，处理时间为40-60min，处理温度为70-90℃。
优选的，所述步骤5中，常压磨浆时，物料的质量浓度为20％-25％，时间为30-40min。
优选的，所述步骤5中消潜条件为：消潜温度为70-80℃，消潜时间为10-30min。
优选的，所述木片为商品桉木、杨木或者两者的混合木片。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、利用超声波产生的声空化效应微射流对纤维表面产生不定向剪切作用，使得纤维细胞壁中出现各种裂纹，增强纤维表面的分丝帚化和细纤维化，提高纤维内部和外部的比表面积和孔径率，大大降低了纤维与纤维之间的结合能力，从而破坏植物致密的细胞结构，促进后续化学浸渍效率。
2、超声波预处理技术是低能耗、无污染，采用超声辅助化学浸渍的制浆漂白方法，促进化学浸渍效率的同时能够降低化学药品用量，减轻环境污染和减小生产成本压力。
3、超声波预处理不仅可以对纸浆纤维产生机械打浆的作用，还可以增大预处理后纸浆的保水值、纤维可及度和反应性能，通过本发明超声辅助化学浸渍的制浆漂白方法，提高了化学药品的浸渍均质性，降低磨浆能耗，提高纸浆纤维质量，最终能够得到白度较高及强度较好的纸浆。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
以下实施例中，除有特殊说明外，其他所有百分比都为质量百分比。
所用的超声波仪型号为JY92-ⅡN型。
实施例1
商品桉木木片经筛选洗涤后按以下步骤进行制浆：
(1)超声波预处理：处理条件为：超声处理温度为25℃，超声处理时间为50min，超声功率为550W，超声浓度为2.5％；
(2)超声处理后进行螺旋挤压，所述的螺旋挤压为常压机械挤压，螺旋挤压温度为45-60℃，压缩比为4:1；
(3)将步骤(2)螺旋挤压得到的物料进行化学浸渍处理，化学浸渍条件为：浆浓20％，处理时间为60min，处理温度为90℃，浸渍药液中各溶质用量与木片的绝干质量的比例为：过氧化氢用量为8％，氢氧化钠用量为4％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％，硫酸镁用量为0.1％；
(4)将步骤(3)处理过的物料进行磨浆，磨浆时，物料的质量浓度为20％-25％，磨浆时间为30-40min；
(5)将步骤(4)的磨浆后的物料依次经过洗涤、消潜、筛选、净化处理，其中消潜条件为：消潜温度为80-100℃，时间为10-20min。最后得到纸浆，对纸浆进行性能检测。
结果：经过性能检测，上述处理步骤所得桉木化学机械浆白度74.04％ISO，与相同条件下未经过超声波处理、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆方法相比，纸浆白度提高2.3％，纸浆抗张指数提高14.7％，撕裂指数提高29.4％，耐破指数提高4.76％。
实施例2
商品桉木木片经筛选洗涤后按以下步骤进行制浆：
(1)超声波预处理：处理条件为：超声处理温度为50℃，超声处理时间为
50min，超声功率为650W，超声浓度为5％；
(2)超声处理后进行螺旋挤压，所述的螺旋挤压为常压机械挤压，螺旋挤
压温度为45-60℃，压缩比为4:1；
(3)将步骤(2)螺旋挤压得到的物料进行化学浸渍处理，化学浸渍条件为：
浆浓20％，处理时间为60min，处理温度为90℃，浸渍药液中各溶质用量
与木片的绝干质量的比例为：过氧化氢用量为8％，氢氧化钠用量为4％，
硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％，硫酸镁用量为0.1％；
(4)将步骤(3)处理过的物料进行磨浆，磨浆时，物料的质量浓度为
20％-25％，磨浆时间为30-40min；
(5)将步骤(4)的磨浆后的物料依次经过洗涤、消潜、筛选、净化处理，
其中消潜条件为：消潜温度为80-100℃，时间为10-20min。最后得到纸浆，
对纸浆进行性能检测。
结果：经过性能检测，上述处理步骤所得桉木化学机械浆白度75.80％ISO，与相同条件下未经过超声波处理、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆方法相比，纸浆白度提高1.6％，纸浆抗张指数提高12.99％，撕裂指数提高25.31％，耐破指数提高5.71％。
实施例3
商品桉木木片经筛选洗涤后按以下步骤进行制浆：
(1)超声波预处理：处理条件为：超声处理温度为80℃，超声处理时间为
30min，超声功率为400W，超声浓度为2.5％；
(2)超声处理后进行螺旋挤压，所述的螺旋挤压为常压机械挤压，螺旋挤
压温度为45-60℃，压缩比为4:1；
(3)将步骤(2)螺旋挤压得到的物料进行化学浸渍处理，化学浸渍条件为：
浆浓20％，处理时间为60min，处理温度为90℃，浸渍药液中各溶质用量
与木片的绝干质量的比例为：过氧化氢用量为8％，氢氧化钠用量为4％，
硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％，硫酸镁用量为0.1％；
(4)将步骤(3)处理过的物料进行磨浆，磨浆时，物料的质量浓度为
20％-25％，磨浆时间为30-40min；
(5)将步骤(4)的磨浆后的物料依次经过洗涤、消潜、筛选、净化处理，
其中消潜条件为：消潜温度为80-100℃，时间为10-20min。最后得到纸浆，
对纸浆进行性能检测。
结果：经过性能检测，上述处理步骤所得桉木化学机械浆白度77.74％ISO，与相同条件下未经过超声波处理、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆方法相比，纸浆白度提高2.4％，纸浆抗张指数提高12.45％，撕裂指数提高23.18％，耐破指数提高7.40％。
实施例4
商品杨木木片经筛选洗涤后按以下步骤进行制浆：
(1)超声波预处理，预处理条件为：超声处理温度为25℃，超声处理时间为50min，超声功率为550W，超声浓度为2.5％；
(2)超声处理后进行螺旋挤压，所述的螺旋挤压为常压机械挤压，挤压温度为45-60℃，压缩比为4:1；
(3)将步骤(2)处理过的浆料进行一段化学预浸渍处理，化学浸渍方法条件为：浆浓20％，处理时间为60min，处理温度为90℃，相对于绝干原料的质量，浸渍中个化学成分的量及方法条件为：过氧化氢用量为6％，氢氧化钠用量为5％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％，硫酸镁用量为0.1％；
(4)将步骤(3)处理过的浆进行一段磨浆，磨浆方法为磨浆浓度为20％-25％，时间为30-40min；
(5)将步骤(4)的磨浆后的浆料进行洗涤、消潜，消潜方法：消潜温度为80-100℃，时间为10-20min。
(6)结果：经过性能检测，上述处理步骤所得杨木化学机械浆白度74.16％ISO，与相同条件下未经过超声波处理、使用相同化学药品用量、采用常规化学机械制浆方法相比，纸浆白度提高1.2％，纸浆抗张指数提高5.35％，撕裂指数提高3.09％，耐破指数提高11.76％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，备料：将木片在室温浸泡水洗；
步骤2，超声预处理：对木片在水相中进行超声处理；
步骤3，螺旋挤压：超声处理后对木片进行螺旋挤压；
步骤4，化学浸渍：用氢氧化钠为碱源的过氧化氢为浸渍药液，对螺旋挤压后的物料进行浸渍；
步骤5，磨浆：化学浸渍后的物料进行磨浆，磨浆方法为常压磨浆，磨浆后的物料进行消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆，检测纸浆白度。
2.根据权利要求1所述的木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，其特征在于：所述步骤2中，超声处理温度为25-80℃，超声处理时间为10-60min，超声功率为400-650W，超声浓度2％-5％。
3.根据权利要求1所述的木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，其特征在于：所述步骤3中的螺旋挤压为常压机械挤压，挤压温度为45-60℃，压缩比为4:1。
4.根据权利要求1所述的木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，其特征在于：所述步骤4中，所述浸渍药液由溶质和溶剂组成，溶剂为水，溶质包括过氧化氢、氢氧化钠、硅酸钠、DTPA和硫酸镁，各溶质用量与木片的绝干质量的比例为：过氧化氢用量为2％-8％，氢氧化钠用量为1％-5％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％，硫酸镁用量为0.1％。
5.根据权利要求1所述的木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，其特征在于：所述步骤4中，化学浸渍条件为：物料在浸渍药液中的质量浓度为20％-25％，处理时间为40-60min，处理温度为70-90℃。
6.根据权利要求1所述的木片超声波辅助制浆漂白方法，其特征在于：所述步骤5中，常压磨浆时，物料的质量浓度为20％-25％，时间为30-40min。
7.根据权利要求1所述的木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，其特征在于：所述步骤5中消潜条件为：消潜温度为70-80℃，消潜时间为10-30min。
8.根据权利要求1-7所述的任一木片超声波辅助化学浸渍的制浆漂白方法，其特征在于：所述木片为商品桉木、杨木或者两者的混合木片。
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