CN115478448B - 由竹材制成的牛卡纸及利用竹材制备牛卡纸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种由竹材制成的牛卡纸及利用竹材制备牛卡纸的方法。牛卡纸由竹浆和长纤木浆制成，所述竹浆的占比至少为30％，所述竹浆由纯物理工艺处理制备而成，所述纯物理工艺处理通过汽爆工艺爆破竹材，以初步分离半纤维素、纤维素和木质素。该方法包括粉碎步骤、汽爆步骤、锤丝步骤、筛分步骤、磨浆步骤、打浆步骤和抄纸步骤。
Description
技术领域
本发明涉及造纸领域，特别涉及一种由竹材制成的牛卡纸及利用竹材制备牛卡纸的方法。
背景技术
牛卡纸，又称牛皮纸，主要用于比较高档的纸箱包装。
目前，牛卡纸主要由化机浆和木浆按一定比例制成。化机浆的的制备主要是利用强碱等化学制剂对竹材等原料先以化学处理，再经机械处理，使植物纤维细胞分离，从而分离出木质素。但化机浆的制备过程中由于含有大量的化学制剂会产生大量的废水，污染环境，与当今日益增强的环保要求相冲突。此外，化机浆比例一般不高于80％，而木浆至少需要占到15％以上，若采用传统纯机械制备的纯机械浆其添加的比例不会高于10％，该纯机械浆只能作为填料使用。此外，化机浆需进行大量化学处理及治污过程，成本较高。
发明内容
为了解决相关技术中存在的化机浆的制备会产生化学污染以及生产成本较高等问题，本发明公开提供了一种无添加任何化学制剂且能够大幅度减低牛卡纸制备成本的由竹材制成的牛卡纸及利用竹材制备牛卡纸的方法。
本发明提供一种由竹材制成的牛卡纸，所述牛卡纸由竹浆和长纤木浆制成，所述竹浆的占比至少为30％，所述竹浆由纯物理工艺处理制备而成，所述纯物理工艺处理通过汽爆工艺爆破竹材，以初步分离半纤维素、纤维素和木质素。
可选的，所述竹浆的占比为30％～90％。
可选的，所述汽爆工艺为：将竹块送入汽爆机内，在所述汽爆机内通入0.2～2.5MPa的饱和水蒸汽并保压1～20min后，瞬时泄压使竹块在所述汽爆机中在5～20ms内完成爆破，并瞬间将物料降温至40～80℃。
可选的，汽爆后，竹浆纤维平均长度为900um-2500um。
可选的，汽爆后，所述物料包括半纤维素、纤维素、木质素及改性橡胶化木质素。
可选的，竹材得率为55％～90％。
可选的，所述竹浆是经锤丝工艺和筛分工艺去除竹丝中含有的碎粉后，再经过磨浆、打浆和抄纸形成的，所述碎粉包括木质素碎片、粉末以及细小纤维素和半纤维。
本发明另提供一种利用竹材制备牛卡纸的方法，包括：
粉碎步骤：将竹材打碎成竹块；
汽爆步骤：将竹块送入汽爆机内，在所述汽爆机内通入0.2～2.5MPa的饱和水蒸汽并保压1～20min后，瞬时泄压使竹块在所述汽爆机中在5～20ms内完成爆破，并瞬间将物料降温至40～80℃；
锤丝步骤，将汽爆后的物料送入锤丝机进行捶打，使竹材中的半纤维素、纤维素、木质素进一步进行物理分离；
筛分步骤，将锤丝后的物料送入筛分装置中，筛除竹丝中含有的碎粉，所述碎粉主要包括木质素碎片、粉末以及细小纤维素和半纤维；
磨浆步骤：将筛分后的物料送入磨浆机，以对筛分后的物料进一步进行半纤维素、纤维素、木质素的分离并使纤维分丝帚化，加大纤维的比表面积；
打浆步骤：磨浆处理后的竹浆，竹浆的占比至少为30％，和长纤木浆分别或混合后在打浆机进行打浆，然后送入浆池；以及
抄纸步骤：将打浆后的物料进行抄纸；
所述粉碎步骤、所述汽爆步骤、锤丝步骤、筛分步骤、磨浆步骤和打浆步骤均为物理处理过程。
可选的，所述竹浆的占比为30％～90％。
可选的，所述粉碎步骤、汽爆步骤、锤丝步骤、筛分步骤、磨浆步骤、打浆步骤均为纯物理处理过程。
可选的，所述汽爆步骤之后，竹浆纤维平均长度为900um-2500um。
可选的，所述汽爆步骤之后，所述物料包括半纤维素、纤维素、木质素及改性橡胶化木质素。
可选的，所述锤丝机包括一封闭室和位于所述封闭室内的多个活动刀，且所述活动刀安装于转轮上，转轮转动时，锤打封闭室中的物料。
可选的，所述筛分装置包括输送设备、烘干设备和振动筛，所述输送设备用于将物料从锤丝机烘干后输送至所述振动筛，所述烘干设备用于对输送设备上的物料进行烘干。
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明公开另提供一种由竹材制成的牛卡纸，所述牛卡纸由竹浆和长纤木浆制成，所述竹浆的占比至少为30％，所述竹浆由纯物理工艺处理制备而成，所述纯物理工艺处理通过汽爆工艺爆破竹材，以初步分离半纤维素、纤维素和木质素。本发明采用纯物理制备的竹浆占比至少为30％，由此能够完全替代现有技术中的化机浆，相对于成本较高的化机浆而言，本发明采用纯物理制备的竹浆降低了生产成本，从而极大地降低了牛卡纸的生产成本，提高了经济效益。并且该竹浆的制备过程是采用汽爆的方式分离半纤维素、纤维素和木质素，纯物理处理过程，无添加任何化学药剂，无污染，满足环保要求，木质素部分去除，或被改性成橡胶化木质素，使得竹纤维露出更易结合，从而提高纸张强度，并且汽爆后增大了纤维比表面积，进而加大了竹浆的结合力。
本发明公开提供一种利用竹材制备牛卡纸的方法，该方法包括粉碎步骤、汽爆步骤、锤丝步骤、筛分步骤、磨浆步骤、打浆步骤和抄纸步骤，其中，粉碎步骤是：将竹材打碎成竹块；汽爆步骤是：将竹块送入汽爆机内，在汽爆机内通入0.2～2.5MPa的饱和水蒸汽并保压1～20min后，瞬间泄压使竹块在汽爆机中在5～20ms内完成爆破，并瞬间将物料降温至40～80℃；锤丝步骤是：将汽爆后的物料送入锤丝机进行捶打，使竹材中的半纤维素、纤维素、木质素进一步进行物理分离；筛分步骤是：将锤丝后的物料送入筛分装置中，筛除竹丝中含有的碎粉，所述碎粉主要包括木质素碎片、粉末以及细小纤维素和半纤维；磨浆步骤是：将筛分后的物料送入磨浆机，以对筛分后的物料进一步进行半纤维素、纤维素、木质素的分离并使纤维分丝帚化，进一步加大纤维的比表面积；打浆步骤是：磨浆处理后的竹浆，竹浆的占比至少为30％，和长纤木浆分别或混合后在打浆机进行打浆，然后送入浆池；以及抄纸步骤是：将打浆后的物料进行抄纸。上述粉碎步骤、汽爆步骤、锤丝步骤、筛分步骤、磨浆步骤和打浆步骤均为物理处理过程，无添加任何化学药剂，无污染，满足环保要求。汽爆后，木质素部分去除，或被改性成橡胶化木质素，使得竹纤维露出更易结合，从而提高纸张强度，并且汽爆后，增大了纤维比表面积，进而加大了竹浆的结合力。并且经磨浆步骤后，使纤维分丝帚化，再次加大了纤维的比表面积，使竹浆的结合力又进一步增加。此外，经锤丝步骤后能够进一步从竹丝中分离出木质素，再经筛分步骤后去除分离出的木质素以及细小纤维、半纤维等，而这些细小物质对纸张质量有不良影响，如此可将竹浆比例提高到至少30％以上，由此能够完全替代现有技术中的化机浆，相对于成本较高的化机浆而言，本发明采用纯物理制备的竹浆降低了生产成本，从而极大地降低了牛卡纸的生产成本，提高了经济效益，有利于大规模生产和制造；而竹材这一速生材的充分利用，有助于保护森林资源，提高所在区域农民的经济收入。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明公开利用竹材制备牛卡纸的方法流程图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明公开的原理和结构，现结合附图对本发明公开的优选实施例进行详细说明。
如前所述，目前牛卡纸的制备通常是由化机浆和木浆制成，由于化机浆在制备过程中需要进行大量化学处理及治污过程，因此化机浆的制备成本较高，但若采用传统纯机械制备的纯机械浆其添加的比例不会高于10％，该纯机械浆只能作为填料使用。本发明人意识到采用汽爆方式分离竹材三素的方法，能够有效分离木质素，或将木质素改性成橡胶化木质素，并且又能保留比较完整的纤维，经多次试验证明后，发现竹材在该汽爆方法下，纤维比表面积提高了，竹浆的结合力增加了，并且在制备过程中，增加去除木质素以及细小纤维等有害成分的工艺步骤，可以进一步提高竹浆的质量，从而可以将纯机械制备的竹浆比例提高到至少30％，可以完全替代化机浆，相对于成本较高的化机浆而言，本发明制备的竹浆降低了生产成本，如此可以极大的降低牛卡纸的生产成本，且环保成效明显。
本发明人提出的方法如下：
结合图1所示，本发明提供的利用竹材制备牛卡纸的方法包括：
S1，粉碎步骤：将竹材打碎成竹块。
该竹材可以是从竹材生长场地直接砍伐的原生竹材，也可以是制造其他产品剩余或废弃的竹材，例如制造集装箱地板的废料竹材。
竹材可以打碎成竹块状，竹块的长度可以是2-5cm，将竹材切成2-5cm长，一方面尽量不破坏竹材的纤维长度，另一方面有利于汽爆分离木质素、纤维素和半纤维素。
S2，汽爆步骤：将竹块送入汽爆机内，在所述汽爆机内通入0.2～2.5MPa的饱和水蒸汽并保压1～20min后，瞬时泄压使竹块在汽爆机中在5～20ms内完成爆破，并瞬间将物料降温至40～80℃。
竹块送入密封的汽爆机后，控制通入汽爆机内的水蒸汽压力在0.2～2.5MPa的范围内，保压1～20min，使竹块处于高温高压高湿状态下，迅速泄压使竹块在汽爆机中在5～20ms内完成爆破。在汽爆过程中，蒸汽进入纤维原料中，并渗入至纤维间的孔隙和细胞壁，与纤维素中部分羟基产生氢键作用，在水蒸汽和热的联合作用下，纤维素开始软化降解，低分子物质开始溶出，纤维间的连接作用开始减弱，在泄压后，竹细胞内部压力远大于外部压力，当这个过程在短时间内时间突发时，细胞内部蒸汽来不及从孔隙释放出来，蒸汽的巨大压力就会使得细胞内部产生爆炸，纤维细胞在高温高压作用下，纤维素、半纤维素和木质素结构遭到破坏，纤维素之间的氢键被打断，降低纤维间的连接作用，使得纤维素、半纤维素和木质素分离。
爆破在极短的瞬间完成，能够充分分离纤维之间的木质素，同时也尽量减少对纤维素和半纤维素的破坏。在瞬间爆破中，部分木质素从纤维中脱离出来，少部分木质素被改性成橡胶化木质素，能够与纤维素一起做成竹浆。
需说明的是，通过汽爆工艺后，纤维比表面积增大了，从而提高了竹浆的结合力。并且根据发明人的实验数据，该纤维的比表面积至少提高了65.2％。
此外，该汽爆过程中没有添加任何化学制剂，属于纯物理工艺处理过程。
在此，需说明的是，纯物理处理是指在处理过程中不添加任何化学药剂。在此，需强调的是，如为规避本发明的技术方案，而在处理过程中添加了少量的化学药剂，而该少量的化学药剂对实质处理程序不起作用，也不需进行专门的排污环保处理，则仍属于纯物理处理过程，属于本发明公开的保护范围。
汽爆后，竹浆纤维平均长度为900um-2500um。例如，三年生的毛竹的竹原纤维的平均长度在2200um左右，因此汽爆并不会对纤维的长度产生较大的影响。
上述汽爆后，竹材得率在55％～90％，远高于化学制浆的得率。
S3，锤丝步骤，将汽爆后的物料送入锤丝机进行捶打，使竹材中的半纤维素、纤维素、木质素进一步进行物理分离。
该步骤中，汽爆后的物料进入锤丝机，该锤丝机内部具有一封闭室，多个活动刀位于该封闭室内，且该些活动刀安装于转轮上，转轮转动时，锤打封闭室中的物料，使竹材中的半纤维素、纤维素、木质素进一步进行物理分离，同时木质素被锤细成木质素碎片或脱落形成粉末，即使更多的木质素从该竹材中分离出来。
该锤丝机可采用现有技术中制造的锤丝设备，也可通过购买获得。
S4，筛分步骤，将锤丝后的物料送入筛分装置中，筛除竹丝中含有的碎粉，该碎粉主要包括木质素碎片、粉末以及细小纤维素和半纤维。
在该步骤S4中，对锤丝后的物料进行筛分，以分离出合格的纤维素和碎粉。该碎粉主要包括木质素碎片、粉末以及细小纤维素和半纤维。可以理解，筛分时，物料中包含的碎石和灰尘也会同时被去除。
筛分装置可包括输送设备、烘干设备和振动筛。其中振动筛可为多级振动筛，多级振动筛具有多层筛网，物料流入到该筛网上时，驱动机构例如电机驱动该些筛网振动，物料中的碎粉，例如，木质素碎片、粉末以及细小纤维素和细小半纤维，透过该些筛网落到筛网的下方，而其他物质例如完整纤维素则阻挡在该筛网上，如此，能够有效筛除竹丝中含有的碎粉，去除对纸张质量有害影响的木质素碎片、木质素粉末、细小纤维素和细小半纤维等。
输送设备可以是包括输送带和驱动电机，驱动电机驱动输送带运动将物料从锤丝机烘干后输送至振动筛。烘干设备用于对输送带上的物料进行烘干，以去除物料中的水分，避免粉末粘结在纤维上。
该步骤S4还可以采用其他筛分方式或设备来实现纤维素和碎粉的分离，在此并不对筛分装置进行限定，仅是进行例举说明，以便于本领域技术人员可以理解和实现本发明的技术方案。
如此，通过筛分装置分离开纤维素和不必要的细小物质和粉末。
S5,磨浆步骤：将筛分后的物料送入磨浆机，以对筛分后的物料进一步进行半纤维素、纤维素、木质素分离并使纤维分丝帚化，加大纤维的比表面积。
筛分后的物料，木质素已经破坏，但仍裹着纤维素，磨浆机用于打开和去除木质素，露出纤维素，从而让纤维素能相互直接接触，羟键联接。磨浆机包括粉碎机、高浓磨机浓磨机、中浓磨机、低浓磨机等，筛分后的竹纤维首先进入粉碎机进行初磨，然后通过高浓磨机，或者采用两次不同间隙的高浓磨工艺，在高浓度高温度中打开、再次打掉木质素，以进一步分离半纤维素、纤维素、木质素并使纤维分丝帚化，进一步加大纤维的比表面积，由此增大纸浆的结合力。
S6，打浆步骤：磨浆处理后的竹浆，竹浆的占比至少为30％，和长纤木浆分别或混合后在打浆机进行打浆，然后送入浆池。
竹浆的添加占比是指竹浆相对于竹浆和长纤木浆总和的比例。例如，竹浆重量为300kg,添加的长纤木浆的重量也为700kg，则竹浆的占比30％。
磨浆处理后的竹浆，可以直接进入打浆机打浆，长纤木浆也可单独进入打浆机打浆，然后，竹浆与长纤木浆混合后输送至浆池，其中，混合物中，竹浆的占比至少为30％。在一实施例中，该竹浆的占比范围为30％～90％。
或者，磨浆处理后的竹浆，先与长纤木浆混合后再进入打浆机打浆，其中，混合的比例是竹浆至少为30％，打浆完成后再一起输送至浆池。在一实施例中，该竹浆的占比范围为30％～90％。
长纤木浆，可采用现有技术的制备方法进行制备，也可直接从市面上购买长纤板，即长纤木浆干燥压滤后形成的板状物。
上述步骤S1-S6,没有加入任何化学制剂，全部过程为纯物理处理过程，无污染，非常环保，满足国家日益严格的环保要求。
S7，抄纸步骤：将打浆后的物料进行抄纸。
使用网纸机抄造，经过脱水、施胶、烘干等步骤后形成牛卡纸产品。
如上所述，采用本发明的汽爆工艺后，木质素部分能够被有效分离，或被改性成橡胶化木质素，使得竹纤维露出更易结合，同时增大了纤维比表面积，从而增大了竹浆的结合力，并且经锤丝步骤后能够进一步从竹丝中分离出木质素，再经筛分步骤去除对纸张质量有不良影响的碎粉，如此可将竹浆比例提高到30％以上，能够完全替代现有技术中的化机浆，相对于成本较高的化机浆而言，本发明采用纯物理制备的竹浆降低了生产成本，进而降低牛卡纸的生产成本，提高了经济效益，有利于大规模生产和制造；而竹材这一速生材的充分利用，有助于保护森林资源，提高所在区域农民的经济收入。
本发明另提供一种由竹材制成的牛卡纸，该牛卡纸可由上述步骤S1-S7制成，即可采用无任何化学剂的纯物理方法制备而成。该牛卡纸由竹浆和长纤木浆制成，其中，竹浆的占比至少为30％，该竹浆由纯物理工艺处理制备而成，该纯物理工艺处理通过汽爆工艺爆破竹材，以初步分离半纤维素、纤维素和木质素。
竹浆是由前述纯物理处理步骤制备而成。因此，竹浆不含任何化学制剂，无化学污染。经汽爆后，竹浆纤维平均长度为900um-2500um。物料包括半纤维素、纤维素、木质素及改性橡胶化木质素，由于部分木质素被改性，使得竹纤维露出更易结合，有利于提高纸张强度，同时增大了纤维比表面积，从而提高了竹浆的结合力，并且纤维的得率也提高了。在一实施例中，纤维的得率为55％～90％，远高于化学制浆的得率。
木质素碎片、粉末以及细小纤维、半纤维素经锤丝步骤、筛分步骤后被进一步分离和有效去除。经磨浆步骤后，又进一步分离半纤维素、纤维素、木质素分离并使纤维分丝帚化，再次加大纤维的比表面积。
本发明采用纯物理制备的竹浆占比至少为30％，由此能够完全替代现有技术中的化机浆，相对于成本较高的化机浆而言，本发明采用纯物理制备的竹浆降低了生产成本，从而降低了牛卡纸的生产成本，提高了经济效益。
竹浆的占比可提高至30％～90％。竹浆的占比最大可达到90％，相对于化机浆最大比例80％而言，能够极大减少长纤木浆的比例，显著减小生产成本。
牛卡纸的纤维浆由上述汽爆步骤制成，在汽爆过程中，巨大的爆破能量能够瞬间杀死所有病毒、细菌、虫卵，达到消毒和杀菌的效果。
由上可知，采用上述方法制作牛卡纸不仅环保，还极大的降低了成本，提高了经济效益，有利于大规模制造和生产，有助于我国竹材的大规模应用推广，以实业支持国家的惠农政策。
以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种利用竹材制备牛卡纸的方法，其特征在于，包括：
粉碎步骤：将竹材打碎成竹块；
汽爆步骤：将竹块送入汽爆机内，在所述汽爆机内通入0.2～2.5MPa的饱和水蒸汽并保压1～20min后，瞬时泄压使竹块在所述汽爆机中在5～20ms内完成爆破，并瞬间将物料降温至40～80℃；
锤丝步骤，将汽爆后的物料送入锤丝机进行捶打，使竹材中的半纤维素、纤维素、木质素进一步进行物理分离；
筛分步骤，将锤丝后的物料送入筛分装置中，筛除竹丝中含有的碎粉，所述碎粉主要包括木质素碎片、粉末以及细小纤维素和半纤维素；
磨浆步骤：将筛分后的物料送入磨浆机，以对筛分后的物料进一步进行半纤维素、纤维素、木质素的分离并使纤维分丝帚化，进一步加大纤维的比表面积；
打浆步骤：磨浆处理后的竹浆，竹浆的占比为30％～90％，和长纤木浆分别或混合后在打浆机进行打浆，然后送入浆池；以及
抄纸步骤：将打浆后的物料进行抄纸；
所述粉碎步骤、所述汽爆步骤、锤丝步骤、筛分步骤、磨浆步骤和打浆步骤均为物理处理过程。
2.根据权利要求1所述的利用竹材制备牛卡纸的方法，其特征在于，所述汽爆步骤之后，竹浆纤维平均长度为900um-2500um。
3.根据权利要求1所述的利用竹材制备牛卡纸的方法，其特征在于，所述锤丝机包括一封闭室和位于所述封闭室内的多个活动刀，且所述活动刀安装于转轮上，转轮转动时，捶打封闭室中的物料。
4.根据权利要求1所述的利用竹材制备牛卡纸的方法，其特征在于，所述筛分装置包括输送设备、烘干设备和振动筛，所述输送设备用于将物料从锤丝机烘干后输送至所述振动筛，所述烘干设备用于对输送设备上的物料进行烘干。
5.一种由竹材制成的牛卡纸，其特征在于，所述牛卡纸由权利要求1至4任一项所述的方法制成。
6.根据权利要求5所述的由竹材制成的牛卡纸，其特征在于，汽爆后，所述竹浆得率为55％～90％。
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