CN111424448A - 一种树叶生物机械浆的制备工艺 - Google Patents

一种树叶生物机械浆的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种树叶生物机械浆的制备工艺，包括备料、热处理、生物处理、机械揉搓与筛选、机械磨浆等主要步骤；制得的生物机械浆，以叶脉组织为骨架结构，纸浆得率较高，浆料性能好，可用于生产瓦楞原纸、包装纸板、纸塑模具、文化纸、特种纸等。本发明利用资源丰富的树叶作为原料，结合生物处理技术制备生物机械浆，既可有效缓解我国造纸工业纤维资源紧张的难题，又能够降低环境污染。

Description

一种树叶生物机械浆的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种以树叶为原料制备生物机械浆的制备工艺，属于造纸技术与新材料领域。
背景技术
造纸工业是国民经济的重要基础原材料行业，据统计，2018年中国纸及纸板生产量为 10435 万吨（居世界第一位），消耗纸浆9387 万吨，其中木浆 3303 万吨，废纸浆5474 万吨。我国森林覆盖率低，木材纤维资源匮乏，国产废纸品质较差，长期以来造纸生产用木浆及废纸大量依赖进口，严重制约着造纸行业的健康良性发展。2017年4月，中央发布了《关于禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》，文件规定到2020年，我国全面禁止进口废纸，届时造纸行业的原料短缺问题将更加突出。开发新型造纸原料，缓解我国造纸工业原料短缺问题，势在必行。
非木纤维原料用于制浆造纸是我国造纸工业的一大特色，在一定程度上缓解了我国造纸行业原料短缺的问题。目前，我国常用的非木浆料包括竹浆、芦苇浆、麦草浆、稻草浆、蔗渣浆等，继续拓宽非木纤维来源渠道，助力造纸工业发展，具有十分重要的意义。树叶是树木进行光合作用的部位，主要由叶脉及叶肉构成，叶脉主要为维管束结构，由大量纤维素构成，叶肉主要由栅栏组织、海绵组织等薄壁细胞及内含的大量叶绿体组成。树叶的来源十分丰富，尤其阔叶木植物的树叶中含有较多的叶脉组织。如果能够利用树叶为原料生产纸浆，造纸及相关行业将会获得资源丰富的原料来源，从而改善目前的原料短缺困境。
传统制浆造纸生产过程中，由于广泛使用大量化学品及高能耗设备，环境问题日趋严重，能量过度消耗问题突出。生物机械法制浆是利用酶或微生物对植物纤维原料进行预处理，降解或软化原料中的木素及半纤维素，再通过机械磨浆处理解离成浆的制浆方法。生物机械制浆技术有助于减轻制浆过程所产生的化学污染，降低磨浆能耗，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提出一种以树叶为原料制备生物机械浆的制备工艺，可变废为宝，为造纸及相关行业提供新材料。
本发明采用的技术方案是：一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）备料
将收集到的树叶原料除尘，切成长度和宽度为2-4 cm的小片，备用；
（2）热处理
将备用原料放入汽蒸仓或反应釜中，进行蒸汽加热或热水浸泡处理，处理温度60-140℃，处理时间15-90 min；
（3）生物处理
步骤 (2) 中经热处理后的树叶原料取出，加入生物酶，进行生物处理；
（4）机械揉搓及筛选
步骤 (3) 中经生物处理后的原料取出，进行机械揉搓处理，使树叶的叶肉部分与叶脉分离，并进行筛选；筛选后，控制叶肉含量占原料的重量比低于40%；
（5）机械磨浆
步骤 （4）中的原料取出，进行两段或两段以上机械磨浆处理得树叶生物机械浆，其中，磨浆浓度10-35%，盘磨间隙0.1-1.2 mm，成浆打浆度10-55 SR。
所述步骤（1）中的树叶为阔叶木树叶中的一种或几种混合，如杨树叶、梧桐树叶、玉兰树叶、菩提树叶、枇杷树叶、樟树叶等。
所述步骤（1）中的树叶可使用阔叶木干树叶、湿树叶或干湿混合树叶。
所述步骤（3）中的生物酶为中性复合酶，由中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶三种酶复配而成，总用量为60-200 IU/mL；其中，中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶的酶活比例为 (2-5): (1-3): (0.5-1.5)。
所述步骤 (3) 中生物处理的工艺为：温度20-65 ℃，pH 6.0–8.0, 处理时间45-120 min。
根据本发明制备工艺制得的树叶生物机械浆料，可用于配抄生产瓦楞原纸、包装纸板、纸塑模具、文化用纸、特种纸等。
本发明具有如下优点：
（1）利用资源丰富的阔叶木树叶为原料生产生物机械浆，可有效缓解我国造纸工业纤维资源短缺的问题，降低木材资源消耗，保护生态环境。
（2）制备工艺中采用生物酶处理原料，不使用化学药品，无化学污染，环境效益好；且能够显著降低机械磨浆能耗。
（3）本发明制得的生物机械浆料，以叶脉组织为骨架结构，纸浆得率较高，浆料性能好，可用于配抄生产瓦楞原纸、包装纸板、纸塑模具、文化用纸、特种纸等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。
实施例1：
选取玉兰树叶为原料，洗净除尘，切成长度和宽度为2-4 cm的小片，备用。将备用原料放入汽蒸仓中，在温度140 ℃的条件下，汽蒸处理15 min。取出汽蒸后的原料，加入由中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶三种酶复配而成的中性复合酶进行生物处理；生物酶处理工艺条件为：酶活总用量80 IU/mL，中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶的酶活比例为2:1:1，处理温度60 ℃，pH 6.0–8.0, 处理时间90 min。取出生物酶处理后的原料，进行机械揉搓处理，使树叶的叶肉与叶脉分离，并进行筛选；筛选后，控制叶肉含量占原料的重量比小于40%。将机械揉搓处理后的原料浓度调整至25%，采用高浓磨浆机进行两段磨浆处理，第一段控制盘磨间隙为0.8-1.0 mm，第二段控制盘磨间隙为0.3-0.4 mm，控制磨后的浆料打浆度在45-55 SR。
本实施例所得的浆料经过洗涤、筛选、净化、打浆处理后，可用于配抄瓦楞原纸、包装纸板等。
实施例2：
将玉兰树叶与琵琶树叶分别洗净除尘，切成长度和宽度为2-4 cm的小片，按50:50的重量比（绝干重）混合，备用。将备用原料放入汽蒸仓中，在温度110 ℃的条件下，汽蒸处理30min。取出汽蒸后的原料，加入由中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶三种酶复配而成的中性复合酶进行生物处理；生物酶处理工艺条件为：酶活总用量100 IU/mL，中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶的酶活比例为3:2:1，处理温度60 ℃，pH 6.0–8.0, 处理时间90 min。取出生物酶处理后的原料，进行机械揉搓处理，使树叶的叶肉部分与叶脉分离，并进行筛选；筛选后，控制叶肉含量占原料的重量比低于25%。将机械处理后的原料浓度调整至28%，采用高浓磨浆机进行两段磨浆处理，第一段控制盘磨间隙为0.7-0.8mm，第二段控制盘磨间隙为0.2-0.3mm，控制磨后的浆料打浆度在40-50 SR。
本实施例所得的浆料经过洗涤、筛选、净化、打浆处理后，可用于配抄瓦楞原纸、包装纸板、纸塑模具等。
实施例3：
选取杨树叶为原料，洗净除尘，切成长度和宽度为2-4 cm的小片，备用。将备用原料放入反应釜中，在液比1:4，温度90 ℃的条件下，热水浸泡处理60 min。热处理后的原料加入由中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶三种酶复配而成的中性复合酶进行生物处理；酶处理工艺条件为：酶活总用量120 IU/mL，中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶的酶活比例为5:3:1.5，处理温度55 ℃，pH 6.0–8.0, 处理时间75 min。取出生物酶处理后的原料，过滤、浓缩后，进行机械揉搓处理，使树叶的叶肉部分与叶脉分离，并进行筛选；筛选后，控制叶肉含量占原料的重量比低于10%。将机械揉搓处理后的原料浓度调整至20%，采用高浓磨浆机进行两段磨浆处理，第一段控制盘磨间隙为0.8-1.0mm，第二段控制盘磨间隙为0.2-0.3 mm，控制磨后的浆料打浆度在35-40 SR。
本实施例所得的浆料经过洗涤、筛选、净化、打浆处理后，可用于配抄包装纸板、纸塑模具等。
实施例4：
将杨树叶与菩提树叶分别洗净除尘，切成长度和宽度为2-4 cm的小片，按60:40的重量比（绝干重）混合，备用。将备用原料放入反应釜中，在液比1:5，温度80 ℃的条件下，热水浸泡处理90 min。热处理后的原料加入由中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶三种酶复配而成的中性复合酶进行生物处理；生物酶处理工艺条件为：酶活总用量160 IU/mL，中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶的酶活比例为4:2:1，处理温度60 ℃，pH 6.0–8.0,处理时间120 min。取出生物酶处理后的原料，浓缩后进行机械揉搓处理，使树叶的叶肉部分与叶脉分离，并进行筛选；筛选后，控制叶肉含量占原料的重量比低于0.5%。将机械处理后的原料浓度调整至25%，采用高浓磨浆机进行三段磨浆处理，第一段控制盘磨间隙为1.0-1.2 mm，第二段控制盘磨间隙为0.5-0.6 mm，第三段控制控制盘磨间隙为0.2-0.3 mm，磨后的浆料打浆度在30-35 SR。
本实施例所得的浆料经过洗涤、筛选、净化、打浆处理后，可用于生产纸塑模具、文化用纸、特种纸等。

Claims (7)

1.一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）备料
将收集到的树叶原料除尘，切成长度和宽度为2-4 cm的小片，备用；
（2）热处理
将备用原料放入汽蒸仓或反应釜中，进行蒸汽加热或热水浸泡处理，处理温度60-140℃，处理时间15-90 min；
（3）生物处理
步骤 (2) 中经热处理后的树叶原料取出，加入生物酶，进行生物处理；
（4）机械揉搓及筛选
步骤 (3) 中经生物处理后的原料取出，进行机械揉搓处理，使树叶的叶肉部分与叶脉分离，并进行筛选；筛选后，控制叶肉含量占原料的重量比低于40%；
（5）机械磨浆
步骤 （4）中的原料取出，进行两段或两段以上机械磨浆处理得树叶生物机械浆，其中，磨浆浓度10-35%，盘磨间隙0.1-1.2 mm，成浆打浆度10-55 SR。
2.根据权利要求1所述的一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于：所述步骤（1）中的树叶为阔叶木树叶中的一种或几种混合。
3.根据权利要求2所述的一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于：所述阔叶木树叶为杨树叶、梧桐树叶、玉兰树叶、菩提树叶、枇杷树叶、樟树叶。
4.根据权利要求2所述的一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于：所述阔叶木树叶为干树叶、湿树叶或干湿混合树叶。
5.根据权利要求1所述的一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于：所述步骤（3）中的生物酶为中性复合酶，由中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶三种酶复配而成，总用量为60-200 IU/mL；其中，中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶的酶活比例为(2-5): (1-3): (0.5-1.5)。
6.根据权利要求1所述的一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于：所述步骤（3）中生物处理的工艺条件为：温度20-65 ℃，pH 6.0–8.0, 处理时间45-120 min。
7.根据权利要求1所述的一种树叶生物机械浆的制备工艺，其特征在于：制得的树叶生物机械浆可用于配抄生产瓦楞原纸、包装纸板、纸塑模具、文化用纸、特种纸等。
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