CN116623457B - 一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法 - Google Patents

一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法，包括以下步骤：将竹片置于浓度为1‑5％的NaOH溶液中进行浸渍处理，浸渍处理的温度为15‑40℃；将浸渍处理后的浆料送入双螺杆挤浆机进行挤出处理；对挤出处理后的浆料进行磨浆处理得到竹浆；对竹浆进行筛分处理、压榨处理后进行干燥处理，得到所述竹纤维绒毛浆板。本申请的制备方法通过温和的浸渍预处理配合机械挤出、磨浆工艺处理，可使得竹浆中保留更多的木质素成分，制备出的竹纤维绒毛浆板具有更快的吸水速率。本申请的制备方法制浆得率达到65‑70％，大幅度减少化学品使用量的同时减少了制浆废水的产量，可以减小对环境的污染和设备投入，降低生产成本。

Description

一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法
技术领域
本申请属于制浆技术领域，更具体地说，是涉及一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法。
背景技术
我国是全球竹林资源最丰富的国家之一，根据相关数据统计2020年我国竹林面积近650万公顷，相比于木材而言，竹材的再生性更高而且更加环保，具有短轮伐周期和高经济价值的竹材是解决木材供需缺口的最佳替代品。绒毛浆是一种用于个人护理产品(如一次性尿布、成人尿失禁产品、女性卫生/护理产品、吸水毛巾等)的吸收性芯层纸浆，目前市场上绒毛浆主要是木浆纤维产品，国产绒毛浆进口量达80-100万吨/年，且年增长约3％-4％，制浆原料的短缺，严重限制了我国绒毛浆产业的发展。竹材纤维含量高(通常为40％-60％)，半纤维素含量约为20％，与针叶木、阔叶木基本相当，纤维长宽比和壁腔比大，厚壁的纤维抗压缩能力强，能够赋予浆板较好的蓬松结构，可以用于替代木浆纤维绒毛浆，推动竹纤维产业高附加值应用。
竹纤维用于绒毛浆的制备存在两个缺点，一是竹纤维较多的杂细胞会填充纤维之间孔隙进而堵塞毛细管并促进纤维间结合；二是竹纤维半纤维素分子内羟基相互结合，二者使得竹绒毛浆板难以构筑蓬松结构，不易起绒。目前本色竹绒毛浆大多采用化学法生产，即使用大量化学试剂对竹纤维进行高温浸渍，如中国专利CN106835793B公开的一种用于卫生用品生产的本色竹纤维高吸水衬纸的制备方法，在该专利中，采用2-5％的氢氧化钠在60-95℃下对竹片进行浸渍处理，以脱除竹片中的无机物和有机物。由于浸渍处理温度较高，对竹片的化学脱除程度较深，使得制浆得率大幅减少(制浆得率一般在45-55％)，导致原材料被大幅浪费、不能充分利用，且高温浸渍过程能耗较高、产生的废水量更多，增加后期废水处理负荷、提高企业生产成本；此外，该专利还添加纤维解键剂以达到减少纤维间结合的目的，进一步增加了制造工序和生产成本；另一方面，这种深度脱除会使得竹纤维原料中的木质素被大幅度除去，会使得抄造后的本身竹纤维衬纸的吸水速度明显降低，不利于其快速导水。
发明内容
本申请的目的在于提供一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法，以解决现有技术中的本色竹纤维绒毛浆生产成本较高、得浆率较低、竹纤维衬纸吸水速率较慢的技术问题。
为实现上述目的，本申请的第一方面，提供了一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法，包括以下步骤：
将竹片置于浓度为1-5％的NaOH溶液中进行浸渍处理，所述浸渍处理的温度为15-40℃；
将所述浸渍处理后的浆料送入双螺杆挤浆机进行挤出处理；
对所述挤出处理后的浆料进行磨浆处理得到竹浆；
对所述竹浆进行筛分处理、压榨处理后进行干燥处理，得到所述竹纤维绒毛浆板。
进一步地，所述浸渍处理的时间为1-4h。
进一步地，所述浸渍处理的固液比为1:5-1:8。
进一步地，所述竹片的长度为18-55mm、宽度为10-20mm。
进一步地，所述挤出处理的挤出直径为320mm，挤出次数为2次。
进一步地，所述磨浆处理的磨浆段数为两段，第一段磨盘间隙大于第二段磨盘间隙。
进一步地，所述第一段磨盘间隙为2.0-5.0mm，所述第二段磨盘间隙为0.1-1.0mm。
进一步地，所述筛分处理的筛缝为0.1-0.3mm。
进一步地，所述干燥处理为在100-105℃下干燥或冷冻干燥或真空干燥的任意一种。
本申请的第二方面，提供了一种本色竹纤维绒毛浆板，其采用上述任一项所述的制备方法制备。
与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：
本申请的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法仅使用NaOH对竹片进行浸渍预处理，而不使用其他化学试剂，减少了化学品用量；且浸渍处理温度15-40℃即可，预处理条件较温和，能耗较低，制浆得率达到65-70％，提高了制浆得率和原料利用率；且本制备方法生产的废水COD低至89.2mg/g干浆，大幅度减少化学品使用量的同时减少了制浆废水的产量，可以减小对环境的污染和设备投入，降低生产成本。
本申请的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法通过温和的浸渍预处理来充分去除竹片中的半纤维素，降低后续的磨浆能耗，同时可减弱浆板干燥过程中纤维之间氢键的形成，改善起绒效果。
本申请的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法通过温和的浸渍预处理配合机械挤出、磨浆工艺处理，可使得竹浆中保留更多的木质素成分，由于木质素的疏水特性，木质素包裹的纤维提供比化学浆更疏水的流体孔道，减少通道中流体的滑动和摩擦，因此本申请制备出的竹纤维绒毛浆板具有更快的吸水速率；此外，由于本申请制备出的竹纤维绒毛浆板的木质素含量较高，改善了竹纤维的挺度，使得制备出的竹纤维绒毛浆板的绒毛蓬松度也得到提高，从而提高其吸水性。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
第一方面，本申请实施例提供了一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法，包括以下步骤：
(1)冷碱处理竹片：将竹片置于浓度为1-5％的NaOH溶液中进行浸渍处理，浸渍处理的温度为15-40℃；
(2)挤出：将浸渍处理后的浆料送入双螺杆挤浆机进行挤出处理；
(3)磨浆：对挤出处理后的浆料进行磨浆处理得到竹浆；
(4)筛分：对竹浆进行筛分处理；
(5)浆板抄造：将步骤(4)所得竹浆压榨处理后进行干燥处理，得到所述竹纤维绒毛浆板。
上述步骤(1)中，本申请实施例的浸渍处理的时间可控制为1-4h。浸渍处理的固液比可控制为1:5-1:8。浸渍处理前，将竹片裁切，竹片的长度为18-55mm、宽度为10-20mm。通过冷碱浸渍预处理去除竹材中的大部分半纤维素和杂细胞，使得后续机械法磨浆更容易进行，减少磨浆能耗。
上述步骤(2)中，本申请实施例的挤出处理的挤出直径为320mm，挤出次数为2次。
上述步骤(3)中，本申请实施例的磨浆处理的磨浆段数为两段，第一段磨盘间隙大于第二段磨盘间隙。本申请实施例的第一段磨盘间隙为2.0-5.0mm，第二段磨盘间隙为0.1-1.0mm。第一段采用大间隙进行磨浆，使竹片破碎，被解离成纤维束和部分纤维，第二段采用小间隙磨浆使纤维进一步解离，变得细纤维化。
上述步骤(4)中，本申请实施例的筛分处理的筛缝为0.1-0.3mm，以去除长度较短的纤维、杂质和杂细胞。
上述步骤(5)中，本申请实施例的干燥处理为在100-105℃下干燥或冷冻干燥或真空干燥的任意一种。
本申请实施例的第二方面，提供了一种本色竹纤维绒毛浆板，其采用上述任一项所述的制备方法制备。
本申请实施例的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法仅使用NaOH对竹片进行浸渍预处理，而不使用其他化学试剂，减少了化学品用量；且浸渍处理温度15-40℃即可，预处理条件较温和，能耗较低，制浆得率达到65-70％，提高了制浆得率和原料利用率；且本制备方法生产的废水COD低至89.2mg/g干浆，大幅度减少化学品使用量的同时减少了制浆废水的产量，可以减小对环境的污染和设备投入，降低生产成本。
本申请实施例的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法通过温和的浸渍预处理来充分去除竹片中的半纤维素，降低后续的磨浆能耗，同时可减弱浆板干燥过程中纤维之间氢键的形成，改善起绒效果。
本申请实施例的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法通过温和的浸渍预处理配合机械挤出、磨浆工艺处理，可使得竹浆中保留更多的木质素成分，由于木质素的疏水特性，木质素包裹的纤维提供比化学浆更疏水的流体孔道，减少通道中流体的滑动和摩擦，因此本申请实施例制备出的竹纤维绒毛浆板具有更快的吸水速率；此外，由于本申请实施例制备出的竹纤维绒毛浆板的木质素含量较高，改善了竹纤维的挺度，使得制备出的竹纤维绒毛浆板的绒毛蓬松度也得到提高，从而提高其吸水性。
以下通过多个具体实施例来举例说明本申请实施例的一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法。
实施例1
本申请实施例提供一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法，包括以下步骤：
将500吨竹片浸渍在2500吨浓度为5％的NaOH溶液中，调节温度为40℃，充分搅拌反应4h，去除竹材中的半纤维素和杂细胞，并软化竹纤维木质素。将得到的浆料送入双螺杆挤浆机进行2次挤出，调节挤出机直径为320mm，对挤出后的浆料用磨浆机进行2段磨浆，磨盘间隙依次为2.0mm，0.15mm，将磨浆后的浆料用0.15mm缝筛进行筛分，去除长度较短的纤维、杂细胞和杂质等。筛选后的浆料进行压榨处理，并在105℃下平板干燥，制得竹纤维绒毛浆板。
本申请实施例制得的本色竹纤维绒毛浆板的干蓬松度为9.17mm，吸水量为7.16g/g。
其中，干蓬松度的测试方法为：GB_T 21331-2008，吸水量的测试方法为：GB_T21331-2008。
实施例2
本申请实施例提供一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法，包括以下步骤：
将500吨竹片浸渍在2500吨浓度为1％的NaOH溶液中，调节温度为40℃，充分搅拌反应4h，去除竹材中的半纤维素和杂细胞，并软化竹纤维木质素。将得到的浆料送入双螺杆挤浆机进行2次挤出，调节挤出机直径为320mm，对挤出后的浆料用磨浆机进行2段磨浆，磨盘间隙依次为2.0mm，0.1mm，将磨浆后的浆料用0.15mm缝筛进行筛分，去除长度较短的纤维、杂细胞和杂质等。筛选后的浆料进行压榨处理，并冷冻干燥，制得竹纤维绒毛浆板。
本申请实施例制得的本色竹纤维绒毛浆板的干蓬松度为9.19mm，吸水量为7.20g/g。
实施例3
本申请实施例提供一种本色竹纤维绒毛浆板及其制备方法，包括以下步骤：
将500吨竹片浸渍在2500吨浓度为5％的NaOH溶液中，调节温度为15℃，充分搅拌反应4h，去除竹材中的半纤维素和杂细胞，并软化竹纤维木质素。将得到的浆料送入双螺杆挤浆机进行2次挤出，调节挤出机直径为320mm，对挤出后的浆料用磨浆机进行2段磨浆，磨盘间隙依次为2.0mm，0.1mm，将磨浆后的浆料用0.15mm缝筛进行筛分，去除长度较短的纤维、杂细胞和杂质等。筛选后的浆料进行压榨处理，并在室温下真空干燥(模拟工厂闪急蒸发)，制得竹纤维绒毛浆板。
本申请实施例制得的本色竹纤维绒毛浆板的干蓬松度为9.10mm，吸水量为7.05g/g。
对比例
南方松商品绒毛浆板(工厂锤碎法起绒后干蓬松度为17.03mm，吸水量为8.89g/g)，经本实验室粉碎机设备模拟起绒后(转子式粉碎机，SM 100，德国RETSCH有限公司)，干蓬松度为9.18mm，吸水量为7.62g/g。
南方松商品绒毛浆板为采用化学浆制备的浆板，其制浆得率较低且成本较高、价格昂贵，与对比例相比，本申请实施例制备的高得率浆不仅制备方法简单、得率高、生产成本低，且制备出的绒毛浆板的性能与南方松商品绒毛浆板性能相当。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将竹片置于浓度为1-5%的NaOH溶液中进行浸渍处理，所述浸渍处理的温度为15-40℃；所述浸渍处理的时间为1-4 h；所述浸渍处理的固液比为1:5-1:8；
将所述浸渍处理后的浆料送入双螺杆挤浆机进行挤出处理；
对所述挤出处理后的浆料进行磨浆处理得到竹浆；所述磨浆处理的磨浆段数为两段，第一段磨盘间隙大于第二段磨盘间隙；所述第一段磨盘间隙为2.0-5.0 mm，所述第二段磨盘间隙为0.1-1.0 mm；
对所述竹浆进行筛分处理、压榨处理后进行干燥处理，得到所述竹纤维绒毛浆板。
2.如权利要求1所述的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法，其特征在于，所述竹片的长度为18-55 mm、宽度为10-20 mm。
3.如权利要求1所述的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法，其特征在于，所述挤出处理的挤出直径为320 mm，挤出次数为2次。
4.如权利要求1所述的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法，其特征在于，所述筛分处理的筛缝为0.1-0.3 mm。
5.如权利要求1所述的一种本色竹纤维绒毛浆板的制备方法，其特征在于，所述干燥处理为在100-105 ℃下干燥或冷冻干燥或真空干燥的任意一种。
6.一种本色竹纤维绒毛浆板，其特征在于，其采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制备。
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