CN111618961B - 一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉涉及粘胶纤维用竹材溶解浆制备技术领域,具体为一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法。该方法依次通过备料、预汽蒸,预浸渍,高温汽蒸释压爆破,双辊混合器,浓缩脱水,连续蒸煮,漂白。该方法可制备出高附加值的、环境污染小的、质量符合要求的粘胶纤维用竹材溶解浆,也可用于生产纤维素衍生物产品。采用本发明方法制备粘胶级竹材溶解浆,所用化学药品清洁环保,生产出的竹纤维溶解浆完全能够满足粘胶纤维对溶解浆产品的要求,从而可实现纺织业粘胶级竹溶解浆制备的可持续发展与环境保护协调一致。该技术在生产中应用将带来良好的经济利益、环境效益和社会效益。

Description

一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法
技术领域
本发明涉涉及粘胶纤维用竹材溶解浆制备技术领域,具体为一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法。
背景技术
我国作为全球最大的纺织品及原料生产国,由于人口的增长,人民生活水平的不断提高,城市化的发展,资源的消费量快速增长,尤其在纺织业粘胶等生产领域的原材料消耗也快速增长,但生产能力的扩张极其有限,需求与生产的严重失衡,给国内化纤行业带来较大的生产压力。
在现有化学溶解浆中,制备原料主要是木材和棉短绒。而我国木材和棉短绒受种植面积、生长周期、生态平衡以及成本等因素的约束导致产量有限,现有的木材溶解浆多为进口,据悉,2015年进口溶解浆227万吨,2016年进口溶解浆225万吨,2017年进口溶解浆260万吨,2018年进口溶解浆283万吨,可见进口溶解浆有增无减,使得我国相关行业的持续发展存在很大风险。基于上述原因,如何开发适合我国国情的天然、可再生纤维素纤维来弥补原料的不足;如何通过制备流程和工艺技术及装备等方面的改进,制备出高附加值的质量符合要求的竹材溶解浆满足市场的需求。一方面使溶解浆生产领域增加一种新的可持续再生的原料,削弱相关企业对进口溶解浆的依赖性,节省外汇开支,缓解由于我国木材原料匮乏不得不依靠进口造成国内外投机商对进口溶解浆的垄断,促进产业的健康持续发展,同时使生产成本降低;另一方面通过产品的差异化,不仅可提高企业利润,还可拉动竹产业发展,为农业产业结构调整、拓宽农户增收渠道、带动广大贫困群众参与种植竹材实现持续稳定增收致富。本发明利用竹材为原料,通过爆破法等处理来制备粘胶级竹材溶解浆,国内外鲜见相关报道,而且研究甚少,正是本次发明的必要性。
我国竹材资源十分丰富,是世界上为数不多的盛产竹材的国家之一,竹林面积在世界上居第二位,竹材产量居世界第一位。其具有分布广、适应性强、生长快、成材早、可生物降解、良好的抗菌抑菌性、可连续利用等特点,且竹材纤维的制浆造纸特性介于针叶木纤维和阔叶木纤维之间,纤维细长,纤维平均长度为1.5-2.0mm,最长可达5mm,宽度一般为15-18μm,壁厚腔小,密度大,纤维较挺硬,纤维细胞约占总细胞含量的60%-70%,综纤维素含量高达74%左右。基于竹材原料的上述优良特性,竹材具备生产溶解浆的先天条件。但是竹材含有较多的木素、木聚糖类半纤维素、有机溶剂抽出物、灰分以及杂细胞等非纤维素杂质成分,且竹材结构致密,密度较大在0.52~0.68g/cm3之间(针叶木一般在0.4g/cm3左右,阔叶木为0.43~0.64g/cm3)。因此利用竹材制备溶解浆,需要解决:竹浆的高纯度与适当粘度之间的矛盾;如何将结构紧密,外表有一层脂肪蜡质的竹材原料离解成单根纤维,同时保证较高成浆质量及较高得率。综上所述,本专利首先对竹片进行弱酸性预浸渍处理,有效去掉竹片表面酸溶性的低聚物(如低分子量的木聚糖类半纤维素,灰分,植物碱等),使得溶液酸性加强,纤维初生壁破坏程度增加,可强化木聚糖类半纤维素的去除,同时软化竹片,再送入高温汽蒸释压爆破器,加热升温升压时热阻降低,传热均匀,提高竹片爆破均匀性,并且,竹片经喷放阀瞬间减压爆破后,由结构紧密竹片分散成为竹丝或纤维束,增加其比表面积,利于后续蒸煮,提高蒸煮均匀性,减少蒸煮药品用量,从源头上减轻竹材由于组织结构较紧密,导致浸透难,不易控制蒸煮的均匀性、质量不稳性,以及含非纤维素杂质多的自身弱点等问题。
发明内容
本发明目的在于,为解决现有粘胶纤维生产原料不足,现有的木材溶解浆主要依赖进口,不利于相关行业持续稳定健康的发展等问题,提供一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法。通过该方法制备得到的竹溶解浆:得率33-36%(对竹片原料而言),以质量百分含量计,а-纤维素含量在94%以上,特性粘度400-550mL/g,白度85%ISO以上,灰分0.1%以下,Fe离子20mg/kg以下,二氯甲烷抽出物0.4%以下,多戊糖5%以下,S18 4%以下,S10 5%以下,(S10-S18)2%以下。
为了实现上述目的,本发明提供的技术方案为:
一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法,依次通过预汽蒸,预浸渍,高温汽蒸释压爆破,双辊混合器,浓缩脱水,连续蒸煮,漂白,漂白即臭氧漂白(即Z)-二氧化氯一次漂白(即D1)-氮气和过氧化氢同时强化的碱处理(即ENP)-二氧化氯二次漂白(即D2)--酸处理,共五段漂白,制备出高附加值的、环境污染小的、质量符合要求的粘胶纤维用竹材溶解浆,也可用于生产纤维素衍生物产品。采用本发明方法制备粘胶级竹材溶解浆,所用化学药品清洁环保,生产出的竹纤维溶解浆完全能够满足粘胶纤维对溶解浆产品的要求,从而可实现纺织业粘胶级竹溶解浆制备的可持续发展与环境保护协调一致。如果该项技术能够在生产中应用,将带来良好的经济利益、环境效益和社会效益。
一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)材料备料:将竹材切成长条状,经洗料机洗去表面杂质并脱除表面多余水分;使其合格率达85%以上。竹材可为慈竹、黄竹、西凤竹及混合竹材。竹材优选切成长10-50mm,宽5-20mm的长条状。
(2)预汽蒸:将步骤(1)得到的竹片送入预蒸器,进行常压预汽蒸,汽蒸时间为5-15min。该步骤操作可以排除竹片中的空气,同时提高温度并使之稳定,利于竹片进入后续浸渍器后可以快速吸收药液,且较高的竹片温度,可以节省竹片在后续预热器中的升温时间,从而提高了浸渍效率。
(3)浸渍段:将步骤(2)预汽蒸后的竹片送入浸渍段进行浸渍。
浸渍段所用设备是立管压胀式浸渍器(现有设备),主要由加料口、螺旋进料器、浸渍提升螺旋、预热器等组成。其中螺旋进料器主要由变径变距螺旋轴、滤水鼓、背压装置及传动装置等组成,通过调节变径变距螺旋轴,可以增大压缩比,使压缩比可达4:1及以上,这样螺旋进料器不仅起到输送作用,而且还可起到较强挤压作用,有效避免了由于竹片厚薄不均匀,在预汽蒸时排出的空气也不均匀,会影响竹片吸收药液的均匀性,竹片软化不均匀,导致后续蒸汽爆破浆出现“夹生”现象,以及后续连续蒸煮耗碱量增加,半纤维素提取率不高等问题。压缩比可达4:1及以上还可挤出竹片表面及内部的空气和水分及树脂等物质,压碎竹节,还使竹片纵向产生许多细小裂纹,使进入浸渍提升螺旋的竹片较快速地吸收更多的药液,利于均匀浸透,使后续的连续蒸煮变得容易,提高蒸煮的均匀性。
具体的操作步骤为:预汽蒸后竹片由加料口加入,经螺旋进料器挤压,竹片经挤压后变得密实,然后进入浸渍提升螺旋时就无约束地自由膨胀,随着螺旋转动向上提升的过程中,竹片均匀地吸收加入的化学药液,再从浸渍提升螺旋的顶部落入预热器加热。这些经过化学药液和热综合处理的竹片进入后续蒸汽爆破时,更易使竹片沿纤维纵向被破碎成细丝状的竹丝或纤维束,使得爆破浆纤维自身的长度较完整,强度损伤少,且比表面积增加,利于后续连续蒸煮均匀性提高,提高了成浆的质量。
料片在浸渍段的停留时间15-30min,温度60-95℃,液比((液比是指蒸煮锅内绝干原料质量与蒸煮总液体积量之比)为1:1.0-2.5。在浸渍提升螺旋中加入化学助剂,相对于绝干原料质量,化学助剂的用量为3-7%,所述的化学助剂优选亚硫酸氢钠。加入化学助剂亚硫酸氢钠的目的是,亚硫酸氢钠是酸式盐,其溶于水显酸性,促进了酸性环境的加强,促进酸性水解液的渗透,利于木聚糖类半纤维素的溶出,表现在加了亚硫酸氢钠与没加比较,加了助剂的浓缩脱水废液pH值降低,废液中含还原糖量及固形物含量均提高,同时促进了部分木素和灰分的除去,细胞壁破坏程度增加,胞壁的空隙增加,还可减少木素的缩合(表现在加了助剂与没加比较,加了助剂的爆破浆料颜色浅些,浆料中心没变成深棕色,仅外面是深棕色,而没加助剂的原料里外均变成深棕色)。为此,在浸渍段添加亚硫酸氢钠助剂利于木聚糖类半纤维素的溶出增加,细胞壁破坏程度增加,利于后续高温汽蒸释压爆破和硫酸盐法连续蒸煮及漂白,成浆纯度提高,灰分减少,半纤维素含量减少,а—纤维素含量增加,聚合度分布均一。
本申请所用的浸渍器是在化学热磨机械浆(CTMP)、化学机械浆(CMP)等化机浆生产工艺中,浸渍器被广泛应用于原料的预浸渍处理,属现有技术,因此其具体构造不再赘述。
(4)高温汽蒸释压爆破:将步骤(3)的料片送入高温汽蒸释压爆破器,通过往复式活塞将料片压缩成塞状物料,然后连续送入高压反应釜,通过短时间较高压力的汽蒸处理,使其温度160-175℃,压力0.6-0.9MPa,时间3-15min,然后迅速释放压力,爆破成浆(称半料浆料)。高温汽蒸释压爆破的机理是,在高温高压下,竹片内的水分会变成水蒸汽,由于高温高压,水蒸汽的压力是很大的,水蒸汽充满在胞腔、胞壁、导管、纹孔以及竹片空隙中,竹片膨胀,此时竹片内外的压力是平衡的,在爆破器内不会爆开;同时短链的半纤维素、部分小分子量的低聚物部分高温脱水、氧化降解,木素软化,竹片强度降低,当释压爆破时,压力骤减,竹片内的高压水蒸汽急速膨胀,产生“爆破”现象。为此,经蒸汽爆破后竹片沿纤维纵向破壁被分裂成细丝状的竹丝或纤维束,使得竹材纤维原有的长度和强度较好的保留,且比表面积增加,利于后续连续蒸煮均匀性提高,提高了成浆的质量。
(5)双辊混合器:将步骤(4)的爆破后半料浆料送入双辊混合器,在双辊混合器内浆料温度70-95℃,停留时间60-100min,浆浓10-12%。该混合器是用于浆料与药液(漂液、碱液)和蒸汽混合的设备。将该机用于本发明起着推动半料浆料通过混合器,使其与酸性液体和蒸汽均匀混合,相当于进一步对半料浆料进行酸性抽提作用,使木聚糖类半纤维素酸性水解溶出,进一步破坏纤维初生壁,暴露富含纤维素的次生壁,提高纸浆与化学加工药剂的反应性能,达到粘胶级溶解浆的质量要求。
双辊混合器呈椭圆形,由进浆口至出浆口方向逐步扩大,器内有2根搅拌辊,相反方向旋转,辊上焊有搅拌臂,在进浆口处焊有两条叶板,起推动浆料的作用,其余的搅拌臂均焊成交叉状,使浆料和酸性液体及蒸汽均匀混合。
本发明所用的双辊混合器是纸浆与漂白剂及其它化学药剂的混合领域属现有技术,因此其具体构造不再赘述。
(6)浓缩脱水:将步骤(5)的半料浆料送入浓缩脱水设备。实现含木聚糖类半纤维素的废液与半料浆料分离,废液可用于提取木聚糖生产木糖、木糖醇、三羟基戊二酸等产品。浓缩后的浆料去蒸煮。
浓缩脱水设备可以是单螺旋挤浆机或双螺旋挤浆机或双锥盘挤浆机等,进浆浓度10-12%,出浆浓度30-45%。
(7)硫酸盐法连续蒸煮:将步骤(6)浓缩后的浆料送入潘迪亚连续蒸煮器(现有设备)内进行硫酸盐法蒸煮,除去木素、部分半纤维素、灰分、有机溶剂抽出物等非纤维素物质。蒸煮工艺条件:相对于绝干原料质量,以Na2O计碱法蒸煮中的碱性物质用量12-18%,液比1:2-3,硫化度7-13%;所述的碱性物质为烧碱(即氢氧化钠),硫化钠。
蒸煮先30-60min时间内升温至90-120℃,保温30-60min,继续升温至155-165℃,升温时间20-60min,再保温60-100min。
本发明进一步优化方案,在步骤(7)蒸煮时还添加了蒽醌及其衍生物或绿氧,其主要作用为:保护碳水化合物和加速木素的脱除,从而可提高得率,减少物耗,缩短蒸煮时间。除此之外,步骤(7)蒸煮时还添加了阴离子表面活性剂和(或)非离子表面活性剂。蒽醌及其衍生物或绿氧/表面活性剂联合应用于蒸煮,主要是利用表面活性剂润湿、渗透和分散的作用,促进蒸煮药液对纤维原料的润湿,加速蒸煮化学品和其它化学品(即蒽醌及其衍生物或绿氧)的渗透和均匀扩散,从而增进蒸煮液对原料中木素、脂肪蜡质、灰分、杂细胞等非纤维素物质的脱除,提高蒸煮脱木素选择性。
相对于绝干原料质量,蒽醌及其衍生物或绿氧的用量胃0.02-2.5%。所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、二甲苯磺酸等,所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等,相对于绝干原料质量,表面活性剂的用量为0.1-0.5%。
本发明在该步骤采用潘迪亚连续蒸煮器蒸煮半料浆料,其优点如下:
①生产自动化程度高,劳动强度低;
②单位锅容产量高,占地面积小;
③汽、电、蒸煮液和植物纤维原料消耗均衡;
④连续放气放锅,热回收效率高,配置紧凑,大气污染小,易于控制;
⑤成浆得率高,且质量均匀稳定。
潘迪亚连续蒸煮器流程,包括:进料、入双螺旋预浸渍器、挤入料塞管、进入蒸煮管、喷放到喷放锅等步骤。
(8)洗涤浓缩:将步骤(7)得到的浆料喷放至喷放锅,浆料经真空洗浆机洗涤浓缩,所产生的洗涤废液排除,浓缩后浆料的质量浓度为10-15%。
(9)筛选:将步骤(8)得到的浆料送入压力筛筛选。其筛选原理是利用浆料中的杂质与纤维的几何尺寸大小和形状不同,利用带有孔或缝的筛板,在一定压力下使细浆通过筛板,杂质被截留在进浆侧,从而实现杂质和纤维分离。
进浆压力100-450kPa,出浆压力40-380kPa,进浆浓度1.5-3wt%,出口浓度1.2-2.5wt%。
本申请所用的压力筛是一种用于纸浆筛选处理设备,属现有技术,因此其具体构造不再赘述。
(10)漂白。
A、臭氧漂白(Z)
将步骤(9)得到的浆料经浓缩后加入螯合剂,并加入硫酸调节pH值(pH值为1.5-3.5),经双辊混合器混合均匀后,进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,在中浓高剪切混合器的预混合区,输入臭氧,经混合器混合后再进入升流式漂白塔进行臭氧漂白,塔顶压力0.8-1.2MPa,浆料的质量浓度10-16%,温度室温,时间60-150min,相对于绝干料质量,硫酸用量2-5%,臭氧用量0.8-2.5%。
本发明进一步优化方案,在臭氧漂白时加入螯合剂,相对于绝干料质量,螯合剂用量0.2-2.0%;所述螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、三聚磷酸钠或二乙烯三胺五亚甲基膦酸。螯合剂是一种配位体以两个及以上配位原子同中心离子形成环状结构的络合物,其作用机理是可与金属离子形成水溶性的、稳定的环状结构,使金属离子失去反应活性并且通过洗涤被除去。同时减少金属离子的存在对臭氧漂白剂的无效分解,提高漂白剂漂白的有效性,改善浆料白度、纯度及白度稳定性。
漂白的第一段采用臭氧漂白的目的:
①调控粘度,生产溶解浆,为了控制溶解浆的木聚糖含量和粘度,可以用臭氧漂白作为一项有效的技术手段。溶解浆的臭氧漂白浆料的卡伯值调整没有普通化学浆幅度大,并兼顾有调控粘度的作用,这与普通化学浆永远追求高粘度是有区别的。
②提纯及收敛作用,臭氧是一种很强的氧化剂,其氧化电势为2.07V。臭氧能与酚型或非酚型木素、苯酚等芳香化合物作用,与烯烃的双键结合,也能与杂环化合物、抽出物、灰分等反应,并具有脱色、除臭、去杂等作用。为此臭氧漂白作为漂白第一段相当于化学蒸煮的延续,因为化学蒸煮过程不可能达到满意的白度所要求的脱木素程度,否则纸浆的得率和强度将会大大下降。
B、二氧化氯一次漂白(D1):将步骤A所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入二氧化氯和蒸汽,再进入升流式或升-降流式漂白塔进行二氧化氯漂白;
二氧化氯漂白工艺为:浆料的质量浓度8-16%,时间100-180min,温度70-95℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.6-1.2%,氢氧化钠或硫酸的用量为0-0.5%,漂白初始pH值为2-4。
C、氮气和过氧化氢同时强化的碱处理(即ENP):将步骤B所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠溶液,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入过氧化氢、氮气及蒸汽,再进入升-降流式漂白塔进行ENP漂白;
ENP漂白工艺为:浆料的质量浓度8-16%,时间100-180min,温度60-80℃,塔顶压力0.1-0.3MPa,相对于绝干浆质量,氢氧化钠用量0.5-1.5%,用氮气量0.2-1%,过氧化氢用量0.1-1.0%。
在碱处理时加入氮气和过氧化氢,以强化碱处理作用,降低纸浆中残留木素和色素以及低聚类碳水化合物等成分,即经过碱处理后纸浆纯度增高,硬度降低,白度提高,改善了纸浆可漂性,利于减少后续漂剂用量,漂白废水的污染负荷降低,漂白成本降低。
碱处理加入过氧化氢目的是,过氧化氢在碱性条件下可生成具有漂白作用的氢过氧阴离子(即HOO-1),氢过氧阴离子既能减少或消除木素的有色基团,也能碎解木素使其溶出,为此,碱处理加入过氧化氢具有协同增效的作用。
碱处理加入氮气的目的是,碱处理时用氮气加压,可提高漂白液体沸点,防止或减少液固两相(即溶液与纸浆纤维)间的界面出现妨碍氢氧化钠和过氧化氢渗透传递的蒸汽泡产生,可使传递系数维持在较高水平,另一方面,增加压力,可提高氢氧化钠和过氧化氢从溶液进入纸浆纤维内的传质过程,利于氢氧化钠和过氧化氢的有效分解更多地发生于纤维内部,从而更利于提高氢氧化钠和过氧化氢脱木素和色素以及低聚类碳水化合物等物质的作用。并且氮气的化学惰性可使纸浆纤维免受碱性的氧化降解,从而确保漂后纸浆的质量,同时氮气化学性质稳定可有效避免或减少燃烧的可能性。
D、二氧化氯二次漂白(D2):将步骤C所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入二氧化氯和蒸汽,再进入漂白塔进行二氧化氯漂白;
二氧化氯漂白工艺为:浆浓8-16%,时间100-240min,温度70-80℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.2-0.6%,氢氧化钠或硫酸的用量为0-0.5%,漂白初始pH值为5-7。
E、酸处理(A):将步骤D所得的浆料经洗涤后进入双辊混合器并加入酸和蒸汽,经螺旋输送机输送,再进入降流式漂白塔进行酸处理;
其中浆浓3-5%,时间60-120min,温度20-50℃,相对于绝干浆质量,酸用量0.2-5.0%,初始pH值1.5-4.5。所述酸为盐酸、硫酸或亚硫酸。
本发明的积极效果为:
(一)、本发明结合我国的国情,因地制宜,以适应性强、生长快、产量高的竹材为原料,利用物理与化学方法相结合的处理方式,通过酸性预浸渍,高温汽蒸释压爆破,双辊混合器,浓缩脱水,连续蒸煮,漂白,漂白即臭氧漂白(即Z)-二氧化氯一次漂白(即D1)-氮气和过氧化氢同时强化的碱处理(即ENP)-二氧化氯二次漂白(即D2)--酸处理,共五段漂白,制备出高附加值的、环境污染小的、质量符合要求的粘胶纤维用竹材溶解浆,使得溶解浆的生产领域中又多了一种新的可持续再生的新原料,缓解了我国相关行业的原料成本压力,尤其可缓解由于我国木材原料匮乏不得不依靠进口造成国内外投机商进口木浆粕的垄断。
(二)采用本发明工艺对粘胶级竹材溶解浆进行生产,完全能够满足粘胶级溶解浆产品的要求,可实现竹材溶解浆制备的可持续发展与环境保护协调一致,市场前景很好,如果能够在生产中应用,会给企业带来很好的经济利益和环境效益及社会效益。
(三)本发明在预浸渍中加入酸式盐—亚硫酸氢钠,促进了酸性环境的加强,促进酸性水解液的渗透,利于木聚糖类半纤维素的溶出,减少木素的缩合。
(四)本申请中首先将竹片酸性预浸渍,再高温汽蒸释压爆破,使竹片沿纤维纵向破壁被分裂成细丝状的竹丝或纤维束,竹材纤维原有的长度和强度较好的保留,且比表面积增加,更利于后续木聚糖类半纤维素的酸性抽提溶出,以及后续连续蒸煮均匀性提高。区别于传统预水解-硫酸盐法蒸煮制备溶解浆,本发明更省时、省能耗、效率提高。
(五)本发明在漂白第一段采用臭氧漂白,兼有调控粘度,以及浆料提纯、收敛作用。
(六)本发明通过产品的差异化,不仅可提高企业的利润,还可拉动相关产业发展,促进农户增收和就业,形成林浆纸一体化的良性互动发展。
(七)本发明在碱处理时加入氮气和过氧化氢(即ENP),其目的是,以强化碱处理作用,降低纸浆中残留木素、色素、灰分以及低聚类碳水化合物等成分,即经过碱处理后纸浆纯度增高,白度提高,并且氮气的化学惰性可使纸浆纤维免受碱性的氧化降解,从而进一步确保漂后纸浆的质量,同时氮气化学性质稳定可有效避免或减少燃烧的可能性。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例,且仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
本申请中的浓度%或浆浓,如无特殊说明,均表示其质量浓度。
本申请中所涉及的用量%,如无特殊说明,表示质量浓度。
实施例1:
一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将竹材直接切成10-50mm长,宽5-20mm,经洗料机后洗去表面杂质并脱除多余水分,合格率达85%以上;竹材选用慈竹。
(2)将步骤(1)得到的竹片送入预蒸器进行常压预汽蒸,汽蒸时间为15min。
(3)浸渍段:预汽蒸后的竹片送入浸渍段。
浸渍段所用设备是立管压胀式浸渍器,主要由加料口、螺旋进料器、浸渍提升螺旋、预热器等组成。其中螺旋进料器压缩比为4:1。
料片在浸渍段的停留时间20min,温度85℃,液比1:1.5,在浸渍提升螺旋中加入化学药液亚硫酸氢钠,相对于绝干原料质量,亚硫酸氢钠用量5%。
(4)高温汽蒸释压爆破:将浸渍后的竹片送入高温汽蒸释压爆破器,经蒸汽爆破后竹片沿纤维纵向破壁被分裂成细丝状的竹丝或纤维束,使得竹材纤维原有的长度和强度较好的保留,且比表面积增加,利于后续连续蒸煮均匀性提高,提高了成浆的质量。蒸汽压力0.8MPa,温度170℃,保压时间10min。
(5)双辊混合器:将爆破后半料浆料送入双辊混合器,在双辊混合器内浆料温度85℃,停留时间80min,浆浓10%。
(6)浓缩脱水:将双辊混合器的半料浆料送入单螺旋挤浆机,进浆浓度10%,出浆浓度30%,实现含木聚糖类半纤维素的废液与半料浆料分离,废液可用于提取木聚糖生产木糖、木糖醇、三羟基戊二酸等产品,浓缩后的浆料去蒸煮。
(7)硫酸盐法连续蒸煮:将浓缩脱水后的浆料送入潘迪亚连续蒸煮器内进行硫酸盐法蒸煮,液比1:2,相对于绝干原料质量,以Na2O计,碱法蒸煮中的碱性物质用量16%,硫化度7%,蒽醌2.5%,脂肪醇聚氧乙烯醚0.5%,蒸煮升温曲线:60min内升温至120℃,保温30min,继续升温至165℃,升温时间60min,保温60min。
(8)洗涤浓缩:将步骤(7)得到的浆料喷放至喷放锅,浆料经真空洗浆机洗涤浓缩,所产生的洗涤废液排除,浓缩后浆料的质量浓度为12%。
(9)筛选:将洗涤浓缩后的浆料喷放至喷放锅,再经真空洗浆机洗涤浓缩及压力筛筛选除杂。
压力筛进浆压力100kPa,出浆压力40kPa,进浆浓度1.5wt%,出口浓度1.2wt%。
(10)筛选后的浆料进行ZD1(ENP)D2A五段漂白。
(A)臭氧漂白(Z)。
先加入螯合剂三聚磷酸钠,并加入硫酸调节pH值,pH值为1.5的浆料经双辊混合器混合均匀后进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入臭氧,再进入升流式漂白塔,浆浓10%,塔顶压力0.8MPa,温度室温,时间60min,相对于绝干浆质量,硫酸的用量5%,臭氧的用量2.5%,三聚磷酸钠的用量2.0%。
(B)漂白结束后,将浆料喷放至喷放锅,然后采用真空洗浆机洗涤。洗涤后的浆料进行D1漂白,加入氢氧化钠调节pH值为4.0,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入二氧化氯和蒸汽,再进入升流式漂白塔,浆浓8%,时间100min,温度95℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯的用量1.2%,氢氧化钠为0.5%。
(C)漂白结束后对浆料进行洗涤,洗涤后的浆料加入氢氧化钠溶液进行ENP漂白,浆料经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入过氧化氢、氮气及蒸汽,再进入升降流式漂白塔,浆浓8%,时间120min,温度80℃,塔顶压力0.1MPa,相对于绝干浆质量,氢氧化钠用量1.2%,用氮气量0.2%,过氧化氢用量0.5%。
(D)ENP漂白后的浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值为7,进行D2漂白,浆料经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入二氧化氯和蒸汽,再进入升-降流式漂白塔进行二氧化氯漂白,浆浓8%,时间100min,温度70℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.6%,氢氧化钠用量0.2%。
(E)D2漂白后的浆料经洗涤后进行酸处理,浆料进入双辊混合器并加入硫酸和蒸汽,经螺旋输送机输送,再进入降流式漂白塔,浆浓3%,pH值为4.5,时间80min,温度50℃,相对于绝干浆质量,硫酸的用量为0.2%。
所得竹材溶解浆性能指标:а-纤维素含量95.0%,特性粘度467mL/g,白度85.8%ISO,灰分0.08%,Fe离子19mg/kg,二氯甲烷抽出物0.35%,多戊糖4.4%,S183.7%,S104.9%,(S10-S18)1.2%,漂白溶解浆得率(对原料而言)33.1%。
实施例2:
一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将竹材直接切成10-50mm长,宽5-20mm的长条,经洗料机洗去表面杂质并脱除多余水分;合格率达85%以上;竹材选用黄竹。
(2)预汽蒸:将步骤(1)得到的竹片送入预蒸器,进行常压预汽蒸,汽蒸时间为10min。
(3)预浸渍段:预汽蒸后的竹片送入浸渍段。
浸渍段所用设备是立管压胀式浸渍器,主要由加料口、螺旋进料器、浸渍提升螺旋、预热器等组成。其中螺旋进料器压缩比为5:1。
料片在浸渍段的停留时间30min,温度60℃,液比1:1,在浸渍提升螺旋中加入化学药液,相对于绝干原料质量,亚硫酸氢钠用量3%。
(4)高温汽蒸释压爆破:将浸渍后的竹片送入高温汽蒸释压爆破器。蒸汽压力0.9MPa,温度175℃,保压时间3min。
(5)双辊混合器:将爆破后半料浆料送入双辊混合器,在双辊混合器内浆料温度70℃,停留时间100min,浆浓12%。
(6)浓缩脱水:将双辊混合器的半料浆料送入双螺旋挤浆机,进浆浓度12%,出浆浓度45%,实现含木聚糖类半纤维素的废液与半料浆料分离,废液可用于提取木聚糖生产木糖、木糖醇、三羟基戊二酸等产品,浓缩后的浆料去蒸煮。
(7)硫酸盐法连续蒸煮:将浓缩脱水后的浆料送入潘迪亚连续蒸煮器内进行硫酸盐法蒸煮,液比1:3,相对于绝干原料质量,以Na2O计碱法蒸煮中的碱性物质用量18%,硫化度13%,蒽醌衍生物0.02%,十二烷基苯磺酸钠0.1%,蒸煮升温曲线:30min内升温至90℃,保温60min,继续升温至155℃,升温时间20min,保温100min。
(8)洗涤浓缩:将蒸煮后浆料喷放至喷放锅,将步骤(7)得到的浆料喷放至喷放锅,浆料经真空洗浆机洗涤浓缩,所产生的洗涤废液排除,浓缩后浆料的质量浓度为12%。
(9)筛选:将步骤(8)得到的浆料送入压力筛筛选除杂。
压力筛进浆压力为450kPa,出浆压力380kPa,进浆浓度3wt%,出口浓度2.5wt%。
(10)蒸煮后的浆料进行ZD1(ENP)D2A五段漂白。
A、臭氧漂白(Z)加入螯合剂二乙三胺五乙酸,并加入硫酸调节pH值为3.5,调整后的浆料经双辊混合器混合均匀后进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入臭氧,再进入升流式漂白塔,浆浓16%,塔顶压力1.2MPa,温度室温,时间150min,相对于绝干浆质量,硫酸用量2%,臭氧用量0.8%,二乙三胺五乙酸用量1.5%。
B、二氧化氯一次漂白(D1):漂白技术条件:将步骤A所得浆料经洗涤后加入硫酸调节pH值为3.5,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入二氧化氯和蒸汽,再进入升流式或升-降流式漂白塔进行二氧化氯漂白。该漂白的条件为:浆浓16%,时间180min,温度70℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.6%,硫酸的用量为0.4%。
C、氮气和过氧化氢同时强化的碱处理(即ENP):将步骤B所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠溶液,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入过氧化氢、氮气及蒸汽,再进入升-降流式漂白塔进行ENP漂白;
ENP漂白技术条件:浆浓14%,时间180min,温度60℃,塔顶压力0.3MPa,相对于绝干浆质量,氢氧化钠用量0.5%,用氮气量1.0%,过氧化氢用量1.0%。
D、二氧化氯二次漂白(D2):将步骤C所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入二氧化氯和蒸汽,再进入漂白塔进行二氧化氯漂白;
D2漂白技术条件:加入硫酸调节pH值为5,浆浓16%,时间100min,温度80℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.4%,硫酸用量0.2%。
E、酸处理(A):将步骤D所得的浆料经洗涤后进入双辊混合器并加入酸和蒸汽,经螺旋输送机输送,再进入降流式漂白塔进行酸处理;
酸处理技术条件:加入硫酸调节pH值为1.5,浆浓5%,时间60min,温度20℃,相对于绝干浆质量,盐酸用量5.0%。
所得竹材溶解浆性能指标:а-纤维素含量96.3%,特性粘度542mL/g,白度86.1%ISO,灰分0.07%,Fe离子16mg/kg,二氯甲烷抽出物0.38%,多戊糖4.9%,S183.1%,S104.8%,(S10-S18)1.7%,漂白溶解浆得率(对原料而言)35.3%。
实施例3:
一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将竹材直接切成10-50mm长,宽5-20mm的长条,经洗料机洗去表面杂质并脱除多余水分,使其合格率达85%以上;竹材可为慈竹和黄竹的混合材料。
(2)预汽蒸:将步骤(1)得到的竹片送入预蒸器进行常压预汽蒸,汽蒸时间为5min。
(3)预浸渍段:预汽蒸后的竹片送入浸渍段。
浸渍段所用设备是立管压胀式浸渍器,主要由加料口、螺旋进料器、浸渍提升螺旋、预热器等组成。其中螺旋进料器压缩比为4:1。
料片在浸渍段的停留时间15min,温度95℃,液比1:2.5,在浸渍提升螺旋中加入化学药液,相对于绝干原料质量,氢氧化钠用量7%。
(4)高温汽蒸释压爆破:将浸渍后的竹片送入高温汽蒸释压爆破器。蒸汽压力0.6MPa,温度160℃,保压时间15min。
(5)双辊混合器:将爆破后半料浆料送入双辊混合器,在双辊混合器内浆料温度95℃,停留时间60min,浆浓10%。
(6)浓缩脱水:将双辊混合器的半料浆料送入双锥盘挤浆机,实现含木聚糖类半纤维素的废液与半料浆料分离,废液可用于提取木聚糖生产木糖、木糖醇、三羟基戊二酸等产品。浓缩后的浆料去蒸煮。进浆浓度12%,出浆浓度45%。
(7)硫酸盐法连续蒸煮:将浓缩脱水后的浆料送入潘迪亚连续蒸煮器内进行硫酸盐法蒸煮,液比1:2.5,相对于绝干原料质量,以Na2O计碱法蒸煮中的碱性物质用量12%,硫化度11%,绿氧0.02%,烷基酚聚氧乙烯醚0.4%,蒸煮升温曲线:40min内升温至100℃,保温40min,继续升温至160℃,升温时间40min,保温80min。
(8)洗涤浓缩:将蒸煮后浆料喷放至喷放锅,将步骤(7)得到的浆料喷放至喷放锅,浆料经真空洗浆机洗涤浓缩,所产生的洗涤废液排除,浓缩后浆料的质量浓度为11%。
(9)筛选:将洗涤浓缩后的物料经真空洗浆机洗涤浓缩及压力筛筛选除杂。
压力筛进浆压力350kPa,出浆压力260kPa,进浆浓度2.5wt%,出口浓度2.1wt%。
(10)蒸煮后的浆料进行ZD1(ENP)D2A五段漂白。
A、臭氧漂白(Z)
将步骤(9)得到的浆料经浓缩后加入螯合剂乙二胺四乙酸,并加入硫酸调节pH值为2.5,调节pH值后的浆料经双辊混合器混合均匀后进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入臭氧,再进入升流式漂白塔,浆浓12%,塔顶压力1.0MPa,温度室温,时间100min,相对于绝干浆质量,硫酸用量3.5%,臭氧用量1.9%,乙二胺四乙酸用量0.2%。
B、二氧化氯一次漂白(D1):将步骤A所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入二氧化氯和蒸汽,再进入升流式或升-降流式漂白塔进行二氧化氯漂白。
D1漂白技术条件:加入硫酸调节pH值为2.0,浆浓12%,时间120min,温度85℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量1.0%,硫酸的用量为0.2%。
C、氮气和过氧化氢同时强化的碱处理(即ENP):将步骤B所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠溶液,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入过氧化氢、氮气及蒸汽,再进入升-降流式漂白塔进行ENP漂白;
ENP漂白技术条件:浆浓16%,时间100min,温度80℃,塔顶压力0.2MPa,相对于绝干浆质量,氢氧化钠用量1.5%,用氮气量1.0%,过氧化氢用量0.1%。
D、二氧化氯二次漂白(D2):将步骤C所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入二氧化氯和蒸汽,再进入漂白塔进行二氧化氯漂白;
D2漂白技术条件:加入硫酸调节pH值为5.5,浆浓10%,时间240min,温度70℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.2%,硫酸用量0.5%。
E、酸处理(A):将步骤D所得的浆料经洗涤后进入双辊混合器并加入酸和蒸汽,经螺旋输送机输送,再进入降流式漂白塔进行酸处理。
A处理技术条件:加入亚硫酸调节pH值为2.5,浆浓4%,时间120min,温度20℃,相对于绝干浆质量,亚硫酸用量2.5%。
所得竹材溶解浆性能指标:а-纤维素含量95.1%,特性粘度417mL/g,白度85.1%ISO,灰分0.09%,Fe离子17mg/kg,二氯甲烷抽出物0.35%,多戊糖4.7%,S183.7%,S104.8%,(S10-S18)1.1%,漂白溶解浆得率(对原料而言)33.4%。
对比例1:
流程中取消预浸渍段,同时也无亚硫酸氢钠的加入。其余工艺、流程和参数设置均同实施例1。
将本发明实施例1即爆破后半料浆料送入双辊混合器进行酸性抽提,再经浓缩脱水后半料浆料及脱出的废液化学成分结果与对比例1所得结果做了如下的比较试验,见表1和表2所示。
表1有或无预浸渍段对废液化学成分的影响结果
表2有或无预浸渍段对半料浆料化学成分的影响结果
注半纤维素、灰分及木素含量均对竹材原料而言
由表1和表2得知,当流程中取消预浸渍段与设置预浸渍段相比,前者半料浆料经浓缩脱水脱出的废液pH值升高,还原糖降低了2.1g·100mL-1,固形物降低了28.3g·L-1,还原糖占固形物百分比降低近14个百分点;爆破后半料浆料经浓缩脱水后,前者半料浆料中半纤维素含量升高了39.5%,灰分含量升高了25.5%,木素含量升高了18.2%。分析原因可能为:预浸渍段添加了酸式盐—亚硫酸氢钠,其溶于水显酸性,促进了酸性环境的加强,纤维初生壁破坏程度增加,更利于木聚糖类半纤维素的溶出,同时促进了部分木素和灰分的除去,还可减少木素的缩合(表现在加了亚硫酸氢钠与没加比较,加了亚硫酸氢钠的爆破浆料颜色浅些,浆料中心没变成深棕色,仅外面是深棕色,而没加亚硫酸氢钠的原料里外均变成深棕色)。木素缩合原因为:竹片送入高温汽蒸释压爆破器,在爆破过程中会产生酸性物质,使木素活化,加之又在高温条件下,导致木素的缩合和其它物质结构的变化,使爆破后的半料浆料颜色变深,另一方面,爆破温度(160-175℃)已超过木素的玻璃化转移温度(120-135℃),软化后的木素附着在纤维表面,冷却后形成玻璃状的木素覆盖物,在后续蒸煮中较原木素更难溶出,增加了去除木素的难度。另外,本发明预浸渍段使用的是立管压胀式浸渍器,主要由加料口、螺旋进料器、浸渍提升螺旋、预热器等组成,其中螺旋进料器主要由变径变距螺旋轴、滤水鼓、背压装置及传动装置等组成,通过调节变径变距螺旋轴,可以增大压缩比,使压缩比可达4:1及以上,这样螺旋进料器不仅起到输送作用,而且还可起到较强挤压作用,有效避免了由于竹片厚薄不均匀,在预汽蒸时排出的空气也不均匀,会影响竹片吸收药液的均匀性,竹片软化不均匀,导致后续蒸汽爆破浆出现“夹生”现象,以及后续连续蒸煮耗碱量增加,半纤维素提取率不高等问题。
对比例1-2:
预浸渍段仅用硫酸代替亚硫酸氢钠,其余工艺、流程均同实施例1。
将本发明实施例1即连续蒸煮、洗涤、浓缩、筛选后本色(漂白前)浆料的性能指标与对比例A所得结果做了如下的比较试验,见下表所示。
由上表可见,当预浸渍段用硫酸时,本色浆料纯度下降,表现在а-纤维素含量、碱溶解度S10和S18均下降,细浆得率和白度也降低。分析原因可能为:硫酸为强酸,纤维素大分子的苷键对酸的稳定性很低,易发生酸性水解降解导致纯度下降,得率下降。
在预浸渍中加入强酸(硫酸等)会造成对相关设备腐蚀严重,对设备的耐腐蚀性要求极高,且不易控制预浸渍的温度和时间。通过上表我们还知道,在预浸渍中加入强酸(硫酸等)易造成纤维素在酸溶液中会发生酸性水解使纤维素大分子裂解,成浆质量和得率下降。
另外,利用木聚糖类半纤维素不抗酸这一特点,在浸渍段添加酸式盐—亚硫酸氢钠助剂利于木聚糖类半纤维素的溶出增加,细胞壁破坏程度增加,利于后续高温汽蒸释压爆破和硫酸盐法连续蒸煮及漂白。
对比例2-1:
流程中取消高温汽蒸释压爆破段,其余工艺、流程和参数的设置均同实施例1。
对比例2-2:
流程中高温汽蒸释压爆破段的温度为188℃,压力1.2MPa,其余工艺、流程均同实施例1。
将本发明实施例1即连续蒸煮、洗涤、浓缩、筛选后本色(漂白前)浆料的性能指标与对比例2-1、对比例2-2所得结果做了如下的比较试验,见表3所示。
表3有或无高温汽蒸释压爆破段对本色浆料性能的影响结果
由表3可知,取消高温汽蒸释压爆破段(对比例2-1)与设置爆破段(实施例1)相比,前者所生产出的本色浆料的纯度和均匀性降低,表现在卡伯值提高5.1个单位,细浆得率降低了近2个百分点,白度降低了8.3个百分点,粗渣率增加2.3倍。分析原因可能为:高温汽蒸释压爆破是利用高温高压下,竹片内的水分会变成高压水蒸汽,当释压爆破时,压力骤减,竹片内的高压水蒸汽急速膨胀,产生“爆破”现象,导致竹片经蒸汽爆破后沿纤维纵向破壁被分裂成细丝状的竹丝或纤维束,比表面积增加,利于后续连续蒸煮均匀性提高,提高了成浆的品质。
由表3还得知,当高温汽蒸释压爆破段,温度升高到188℃,对应压力1.2MPa时(对比例2-2),浆料的品质下降,表现在:粗渣率达6.3%,细浆得率最低为36.2%,卡伯值升高到18.5。分析原因可能为:温度升高导致美拉德反应和焦糖化反应均加剧造成。
由此可知,在汽爆过程中,当温度或压力提高,浆料的颜色会越来越深,这可能是产生了美拉德反应和焦糖化反应;竹材原料的主要成分是纤维素和半纤维素,同时也含蛋白质等,而美拉德反应是还原糖或羰基化合物与氨基化合物(如氨基酸、蛋白质等)通过聚合、缩合等反应,生成棕色甚至是棕黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素,也称羰胺反应。美拉德反应是吸热反应,随着温度或压力的增加,反应速度随之加快,一般温度每升高10℃,反应速度提高3-5倍。
焦糖化反应是糖类受高温(180-200℃)影响发生脱水、降解作用,降解后的物质经聚合、缩合生成黑色物质的过程。美拉德反应和焦糖化反应均可导致浆料的品质下降。
对比例3:
漂白流程中取消臭氧漂白段,即二氧化氯一次漂白(即D1)-氮气和过氧化氢同时强化的碱处理(即ENP)-二氧化氯二次漂白(即D2)--酸处理,共四段漂白,其余工艺、流程和参数设置均同实施例1。
将本发明实施例1即五段漂白后的竹溶解浆性能指标与对比例3所得结果做了如下的比较试验,见表4所示。
表4有或无臭氧漂白段对漂白后溶解浆性能的影响结果
由表4可知,取消臭氧漂白段与与设置此段相比,前者所生产出的漂白竹溶解浆的纯度降低,表现在Fe离子含量提高了68.4%,S10和S18分别提高了38.8%和43.2%,а-纤维素含量降低近4个百分点,白度降低了7.3个百分点,灰分含量升高了75%,粘度升高达615mL·g-1。分析原因可能为:臭氧漂白置于漂白流程的第一段,相当于化学蒸煮的延续,主要起到调控粘度,提纯及收敛作用。
对比例4:
漂白ENP段,取消氮气和过氧化氢的加入,仅仅是碱处理(即E处理),其余工艺、流程和参数设置均同实施例1。
对比例5:
漂白ENP段,仅仅取消氮气的加入,即是过氧化氢强化的碱处理(即EP处理),其余工艺、流程和参数设置均同实施例1。
将本发明实施例1即本色浆料经五段漂白后的漂白竹溶解浆结果与对比例4至5所得结果做了如下的比较试验,见表5所示。
表5实施例1的漂白竹溶解浆结果与对比例4至5所得结果比较
由表5得知,在碱处理时,当取消氮气和过氧化氢的加入或取消取消氮气的加入(分别对应对比例4,对比例5),所得漂后竹溶解浆的质量性能与实施例1相比,加入氮气和过氧化氢同时强化的碱处理后浆料的纯度最高,表现在а-纤维素含量和白度最高,Fe离子含量、灰分含量及S10和S18最低。
分析原因可能为:过氧化氢在碱性条件下可生成具有漂白作用的氢过氧阴离子(即HOO-1),氢过氧阴离子既能减少或消除有色物质分子上的有色基团,为此,碱处理加入过氧化氢具有协同增效的作用,并且碱处理时用氮气加压,可提高漂白液体沸点,防止或减少液固两相(即溶液与纸浆纤维)间的界面出现妨碍氢氧化钠和过氧化氢渗透传递的蒸汽泡产生,可使传递系数维持在较高水平,另一方面,增加压力,可提高氢氧化钠和过氧化氢从溶液进入纸浆纤维内的传质过程,利于氢氧化钠和过氧化氢的有效分解更多地发生于纤维内部,从而更利于提高氢氧化钠和过氧化氢脱木素、色素、灰分以及低聚类碳水化合物等物质的作用,同时氮气的化学惰性可使纸浆纤维免受碱性的氧化降解,从而确保漂后纸浆的质量,另外氮气化学性质稳定可有效避免或减少燃烧的可能性。为此,加入氮气和过氧化氢同时强化的碱处理,更加强化降低纸浆中残留的木素、色素、灰分以及低聚类碳水化合物等物质,漂后浆料纯度更高,白度更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)备料:将竹材切成长10-50mm,宽5-20mm,经洗料机洗去表面杂质并脱除表面水分;
(2)预汽蒸:将步骤(1)得到的竹片送入预蒸器进行常压预汽蒸,汽蒸时间为5-15min;
(3)浸渍段:将步骤(2)预汽蒸后的竹片送入浸渍段进行浸渍;料片在浸渍段的停留时间15-30min,温度60-95℃,液比1:1.0-2.5;在浸渍提升螺旋中加入化学助剂,相对于绝干原料质量,化学助剂的添加量为3-7%;所述的化学助剂为亚硫酸氢钠;
(4)高温汽蒸释压爆破:将步骤(3)经浸渍后的料片送入高温汽蒸释压爆破器,通过往复式活塞将料片压缩成塞状物料,然后连续送入高压反应釜进行汽蒸处理,迅速释放压力后爆破成浆得半料浆料;
(5)双辊混合器:将步骤(4)的爆破后半料浆料送入双辊混合器混合,在双辊混合器内控制浆料温度70-95℃,停留时间60-100min,浆浓10-12%;
(6)浓缩脱水:将步骤(5)10-12%的半料浆料送入浓缩脱水装置,控制进浆浓度10-12%,出浆浓度30-45%;
(7)硫酸盐法连续蒸煮:将步骤(6)浓缩后的浆料送入潘迪亚连续蒸煮器内进行硫酸盐法蒸煮,除去非纤维素物质;
(8)洗涤浓缩:将步骤(7)得到的浆料喷放至喷放锅,浆料经真空洗浆机洗涤浓缩,所产生的洗涤废液排除,浓缩后浆料的质量浓度为10-15%;
(9)筛选:将步骤(8)得到的浆料送入压力筛筛选;
(10)漂白,具体步骤为:
A、臭氧漂白
将步骤(9)得到的浆料经浓缩后加入螯合剂,并加入硫酸调节pH值为1.5-3.5,经双辊混合器混合均匀后,进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,在中浓高剪切混合器的预混合区,输入臭氧,经混合器混合后再进入升流式漂白塔进行臭氧漂白,塔顶压力0.8-1.2MPa,浆料的质量浓度10-16%,温度室温,时间60-150min,相对于绝干料质量,硫酸用量2-5%,臭氧用量0.8-2.5%;
B、二氧化氯一次漂白:将步骤A所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并在中浓高剪切混合器中加入二氧化氯和蒸汽,再进入升流式或升-降流式漂白塔进行二氧化氯漂白;
二氧化氯漂白工艺为:浆料的质量浓度8-16%,时间100-180min,温度70-95℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.6-1.2%,氢氧化钠或硫酸的用量为0-0.5%,漂白初始 pH值为2-4;
C、氮气和过氧化氢同时强化的碱处理:将步骤B所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠溶液,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入过氧化氢、氮气及蒸汽,再进入升-降流式漂白塔进行ENP漂白;
ENP漂白工艺为:浆料的质量浓度8-16%,时间100-180min,温度60-80℃,塔顶压力0.1-0.3MPa,相对于绝干浆质量,氢氧化钠用量0.5-1.5%,用氮气量0.2-1%,过氧化氢用量0.1-1.0%;
D、二氧化氯二次漂白:将步骤C所得浆料经洗涤后加入氢氧化钠或硫酸调节pH值,经双辊混合器预热或直接进入中浓浆泵立管,然后进入中浓高剪切混合器,并加入二氧化氯和蒸汽,再进入漂白塔进行二氧化氯漂白;
二氧化氯漂白工艺为:浆浓8-16%,时间100-240min,温度70-80℃,相对于绝干浆质量,二氧化氯用量0.2-0.6%,氢氧化钠或硫酸的用量为0-0.5%,漂白初始pH值为5-7;
E、酸处理:将步骤D所得的浆料经洗涤后进入双辊混合器并加入酸和蒸汽,经螺旋输送机输送,再进入降流式漂白塔进行酸处理。
2.如权利要求1所述粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于步骤(4)汽蒸处理的温度为160-175℃,压力0.6-0.9MPa,时间3-15min。
3.如权利要求1所述粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于所述步骤(7)的蒸煮工艺条件为:相对于绝干原料质量,以Na2O计碱法蒸煮中的碱性物质用量12-18%,液比1:2-3,硫化度7-13%;所述的碱性物质为烧碱,硫化钠所述步骤(7)的蒸煮先在30-60min时间内升温至90-120℃,保温30-60min,继续升温至155-165℃,升温时间20-60min,再保温60-100min。
4.如权利要求1所述粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于所述步骤(7)蒸煮时添加了蒽醌及其衍生物或绿氧,相对于绝干原料质量,蒽醌及其衍生物或绿氧用量0.02-2.5%。
5.如权利要求1所述粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于所述步骤(7)蒸煮时还添加了阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂;所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或二甲苯磺酸;所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚;相对于绝干原料质量,表面活性剂用量0.1-0.5%。
6.如权利要求1所述粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于所述步骤(9)中筛选的条件为:进浆压力100-450kPa,出浆压力40-380kPa,进浆浓度1.5-3wt%,出口浓度1.2-2.5wt%。
7.如权利要求1所述粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于在臭氧漂白时加入螯合剂,相对于绝干料质量,螯合剂用量0.2-2.0%;所述螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、三聚磷酸钠或二乙烯三胺五亚甲基膦酸。
8.如权利要求1所述粘胶级竹材溶解浆的制备方法,其特征在于在酸处理中,浆浓3-5%,时间60-120min,温度20-50℃,相对于绝干浆质量,酸用量0.2-5.0%,初始pH值1.5-4.5;所述酸为盐酸、硫酸或亚硫酸。
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