CN113969512B - 一种全秸秆造纸用浆及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全秸秆造纸用浆及其制备方法与应用。所述制备方法包括：将全秸秆进行粉碎、淋洗处理，获得粉碎秸秆；使包含所述粉碎秸秆、软化剂和/或助膨剂与水的混合体系进行低温热处理，获得第一物料；以及，将所述第一物料进行蒸汽爆破膨化、磨浆处理，获得全秸秆造纸用浆。本发明以全秸秆为原料生产造纸用浆，不仅可以解决秸秆资源化利用问题，同时解决了造纸原料匮乏的问题，还解决了造纸由于蒸煮副产物黑液产生的环境问题，可带来良好的社会、经济效益，具有广阔的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明属于瓦楞芯纸生产技术领域，具体涉及一种全秸秆造纸用浆及其制备方法与应用。
背景技术
纸类产品的生产与消费作为现代化国家发展水平的一个重要体现。随着国家生产水平的发展，纸张和纸板的消费也在逐年增长，纤维原料是纸张制作的原材料，基本都是以木材作为纤维原料，采用木浆比例高达90％以上，在造纸工业发达的国家中，木浆的比例达到95％。然而我国因木材短缺，在建国后至20世纪80年代中期，农业秸秆曾经是我国制浆造纸工业的主要原料，最高占造纸用原料的65％以上，为我国造纸工业的发展和农民的增收做出过重要贡献。与木浆相比，秸秆浆料硅含量较高，纤维纸浆中杂质较多，制浆造纸过程的过滤脱水性能差，废水中含有大量的半纤维、木素，污水排放大，环境污染重；且成品纸质量也较低，产品的市场竞争能力不强。如何提供一种将秸秆用于制备瓦楞原纸制浆且没有废液排放是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种全秸秆造纸用浆及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种全秸秆造纸用浆的制备方法，其包括：
将全秸秆进行粉碎、淋洗处理，获得粉碎秸秆；
使包含所述粉碎秸秆、软化剂和/或助膨剂与水的混合体系进行低温热处理，获得第一物料；
以及，将所述第一物料进行蒸汽爆破膨化、磨浆处理，获得全秸秆造纸用浆。
本发明实施例还提供了前述方法制备的全秸秆造纸用浆。
本发明实施例还提供了前述的全秸秆造纸用浆于制备纸张中的用途。
本发明实施例还提供了一种纸张的制备方法，其包括：
采用前述方法制备全秸秆造纸用浆；
以及，对所述全秸秆造纸用浆进行抄纸、干燥处理，获得纸张。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过使用全秸秆成分，作为制备瓦楞芯纸的纸浆原料，通过膨化降低秸秆浆料硅含量较高，纤维纸浆中杂质较多，制浆造纸过程的过滤脱水性能差对纸张的影响。既解决了蒸煮过程产生含有半纤维素、木质素和二氧化硅的黑液造成的环境污染问题；还解决了造纸资源的匮乏问题，具有很好的社会经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例2中玉米秸秆的表面扫描电镜图；
图2是本发明实施例2中膨化后的玉米秸秆的扫描电镜图。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一个方面提供的一种全秸秆造纸用浆的制备方法包括：
将全秸秆进行粉碎、淋洗处理，获得粉碎秸秆；
使包含所述粉碎秸秆、软化剂和/或助膨剂与水的混合体系进行低温热处理，获得第一物料；
以及，将所述第一物料进行蒸汽爆破膨化、磨浆处理，获得全秸秆造纸用浆。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：将软化剂和/或助膨剂溶于水形成混合溶液，再加入所述粉碎秸秆形成所述混合体系，之后在密闭条件下，于25-120℃进行热处理5-24h，获得所述第一物料。
进一步的，所述粉碎秸秆的长度为1-4cm，宽度为2-6mm，所述全秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、棉花秸秆中的任意一种或两种以上的组合，且不限于与此。
进一步的，所述软化剂包括碱性物质。
更进一步的，所述碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述粉碎秸秆与水的质量比为1∶0.5-1∶3。
进一步的，所述混合溶液中软化剂的浓度为1-3wt％。
进一步的，所述助膨剂包括碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述混合溶液中助膨剂的浓度为2-5wt％。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：将所述第一物料置于膨化装置，并于膨化温度为150-200℃，膨化转速为50-70rpm的条件下进行膨化处理，获得第二物料。
进一步的，所述膨化浆料中纤维的长度为0.5-1cm，宽度为20-300μm。
进一步的，所述制备方法还包括：将所述第二物料与助黏剂混合并进行磨浆处理，获得全秸秆造纸用浆。
进一步的，所述助黏剂包括淀粉和/或纤维素类物质，且不限于此。
在一些更为具体的实施方案中，所述全秸秆造纸用浆的制备方法包括：
(1)粉碎洁净秸秆原料：将全秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎秸秆，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用；
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I(亦即前述的“第一物料”)：将粉碎秸秆与1-3％软化剂水溶液进行混合(或添加其他助膨剂)，将其置于密闭的加热装置中升温至25-120℃下热处理5-24h，得到物料I；
(3)将物料I进行蒸汽爆破膨化得到浆料II(亦即前述的“第二浆料”)：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度150-200℃，膨化转速50-70rpm，得到膨化料II；
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，获得全秸秆造纸用浆，用于抄纸。
作为优选方案，步骤(1)中所述秸秆为玉米、小麦、稻草和棉花中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
作为优选方案，步骤(1)中所述粉碎秸秆的长度为1-4cm，宽度为2-6mm。
作为优选方案，步骤(2)中所述粉碎秸秆与水比重为1∶0.5-1∶3；添加碱为氢氧化钠、氢氧化钾等作为木质素半纤维素的软化剂，适当添加碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钙等助膨剂，用于撕裂木质素、半纤维素和其他成分与纤维素之间的联系。
作为优选方案，步骤(3)中所述膨化浆料II中纤维的长度为0.5-1cm，宽度20-300μm。
作为优选方案，步骤(4)中所述膨化浆料II磨浆中可添加助黏剂，有利于减少木质素和半纤维素及其他无机粒子对纤维之间的作用力，利于纸张成型。
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述方法制备的全秸秆造纸用浆。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述的全秸秆造纸用浆于制备纸张中的用途。
进一步的，所述纸张为瓦楞芯纸。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种瓦楞芯纸的制备方法，其包括：
采用前述方法制备全秸秆造纸用浆；
以及，对所述全秸秆造纸用浆进行抄纸、干燥处理，获得纸张。
进一步的，所述纸张为瓦楞芯纸。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。
实施例1
(1)粉碎洁净秸秆原料：将稻草秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度为1-2cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎秸秆，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与2wt％氢氧化钠溶液混合(其中粉碎秸秆与氢氧化钠溶液中水的比例1∶1)，将其置于密闭的加热装置中升温至25℃下放置处理24h，得到物料I。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为190℃，膨化转速为70rpm/min，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为1.15kN/m2。
实施例2
(1)粉碎洁净秸秆原料：将玉米秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度2-3cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与2wt％氢氧化钠溶液混合(其中粉碎秸秆与氢氧化钠溶液中水的比例1∶1)，将其置于密闭的加热装置中升温至50℃下放置处理12h，得到物料I。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为180℃，膨化转速为60rpm/min，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为1.43kN/m2。
实施例3
(1)粉碎洁净秸秆原料：将稻草秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度2-4cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与2wt％氢氧化钠溶液混合(其中粉碎秸秆与氢氧化钠溶液中水的比例1∶1.25)，将其置于密闭的加热装置中升温至105℃下放置处理12h，得到物料I。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为200℃，膨化转速为70rpm/min，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II添加5wt％淀粉经常规制浆造纸工艺进行的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为3.20kN/m2。
实施例4
(1)粉碎洁净秸秆原料：将稻草秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度2-4cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与2wt％氢氧化钠溶液混合(其中粉碎秸秆与氢氧化钠溶液中水的比例1∶1)，同时添加2wt％的碳酸氢钠作为助膨剂，将其置于密闭的加热装置中升温至50℃下放置处理10h，得到物料I。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为190℃，膨化转速为60rpm，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为1.91kN/m2。
实施例5
(1)粉碎洁净秸秆原料：将小麦秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度2-4cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与1wt％氢氧化钾溶液混合(其中粉碎秸秆与氢氧化钠溶液中水的比例1∶3)，将其置于密闭的加热装置中升温至25℃下放置处理24h，得到物料I。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为150℃，膨化转速为70rpm，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为1.73kN/m2。
实施例6
(1)粉碎洁净秸秆原料：将棉花秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度1-3cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与3wt％氢氧化钠溶液混合(其中粉碎秸秆与氢氧化钠溶液中水的比例1∶0.5)，将其置于密闭的加热装置中升温至120℃下放置处理5h，得到物料I。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为200℃，膨化转速为50rpm，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为1.69kN/m2。
对比例1
方法同实施例1，不同之处在于缺少热处理的步骤；
(1)粉碎洁净秸秆原料：将棉花秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度1-2cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与3wt％氢氧化钠溶液混合(其中粉碎秸秆与氢氧化钠溶液中水的比例1∶0.5)。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为200℃，膨化转速为50rpm，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为0.81kN/m2。
对比例2
方法同实施例1，不同之处在于缺少膨化处理的步骤。
(1)粉碎洁净秸秆原料：将棉花秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度0.1-2cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为0.37kN/m2。
对比例3
(1)粉碎洁净秸秆原料：将稻杆秸秆使用粉碎机将其粉碎成目标长度0.5-1cm的秸秆原料，并将其置于淋洗装置上冲洗，经干燥后得到粉碎的秸秆原料，将清洗的水滤去砂石后，可循环使用。
(2)将粉碎秸秆进行低温热处理得到物料I：将粉碎秸秆与水1∶1混合，将其置于密闭的加热装置中升温至100℃下放置处理5h，得到物料I。
(3)将物料I进行蒸汽爆破得到浆料II：将物料I使用膨化机进行膨化，膨化温度为200℃，膨化转速为50rpm，得到膨化料II。
(4)将浆料II根据制浆工艺制浆抄纸：将物料II经常规制浆造纸工艺中的磨浆，再经抄纸处理，获得瓦楞芯纸，将制备瓦楞芯纸的纸条进行测试，其抗张强度为0.62kN/m2。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种全秸秆造纸用浆的制备方法，其特征在于包括：
将全秸秆进行粉碎、淋洗处理，获得粉碎秸秆；其中，所述粉碎秸秆的长度为1-4cm，宽度为2-6mm；所述全秸秆选自玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、棉花秸秆中的任意一种或两种以上的组合；
将软化剂、助膨剂溶于水形成混合溶液，再加入所述粉碎秸秆形成混合体系，之后在密闭条件下，于25-120℃进行热处理5-24h，获得第一物料；其中，所述软化剂选自氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾中的任意一种或两种以上的组合；所述助膨剂选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙中的任意一种或两种以上的组合；所述粉碎秸秆与水的质量比为1:0.5-1:3；所述混合溶液中软化剂的浓度为1-3wt%；所述混合溶液中助膨剂的浓度为2-5wt%；
将所述第一物料置于膨化装置，并于膨化温度为150-200℃，膨化转速为50-70rpm的条件下进行膨化处理，获得第二物料；其中，所述第二物料中纤维的长度为0.5-1cm，宽度为20-300μm；
以及，将所述第二物料与助黏剂混合并进行磨浆处理，获得全秸秆造纸用浆；其中，所述助黏剂选自淀粉和/或纤维素类物质；所述助黏剂与第二物料的质量比为5-15：100；
所述全秸秆造纸用浆用于制备瓦楞芯纸。
2.由权利要求1所述方法制备的全秸秆造纸用浆。
3.一种纸张的制备方法，其特征在于包括：
采用权利要求1所述方法制备全秸秆造纸用浆；
以及，对所述全秸秆造纸用浆进行抄纸、干燥处理，获得纸张；
其中，所述纸张为瓦楞芯纸。
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