CN118019889A

CN118019889A - 一种利用非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆的方法，以及一种通过所述方法生产所述纸浆的自动化生产线

Info

Publication number: CN118019889A
Application number: CN202380013795.7A
Authority: CN
Inventors: 瓦伦丁·弗列奇卡
Original assignee: Ruilifu Industry France Ltd
Current assignee: Ruilifu Industry France Ltd
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2023-03-22
Publication date: 2024-05-10

Abstract

一种从非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆的方法，该方法包括预制备叶片、对预制备的原料进行化学热机械处理、研磨半纤维和部分脱木素的纸浆以生产化学热机械纤维纸浆的步骤，其中，初始原料的预制备还包括压制切碎的叶片，预制备的叶片的塑化和软化是通过它们的机械研磨和以加压加热蒸汽处理来进行的，塑化和软化的原料的脱木素是通过在70至120℃的温度下，在碱金属氢氧化物存在下，或以最多为3％的碱浓度溶液或气溶胶的形式，在至少3.5个大气压的压力下加压混合来进行的，研磨是在最多为3％浓度的乙酸存在下进行的。

Description

一种利用非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆的方法，以及一种通过所述方法生产所述纸浆的自动化生产线

技术领域

本发明涉及纤维素领域，尤其涉及一种处理植物叶片生物废弃物的技术，然后生产一种适合于制造，例如纸制品，的化学热机械纤维纸浆，以及用于生产所述纤维纸浆的生产线。

背景技术

化学热机械纤维纸浆是用于造纸的半成品，由一组不含木质素的纤维素纤维组成，这些纤维能够相互结合，通常通过化学或机械方法从木材中获得。

纤维素纤维通过化学或机械处理破坏或溶解非纤维素成分以从木材中释放出来。木质素变得可溶解，一部分半纤维素被水解，形成的寡糖和单糖被溶解，未溶解的剩余部分包括纤维素纤维，然后以某种方式过滤和改良。

最近，人们非常重视尽量减少由于造纸需求导致的森林砍伐，以及最大限度地减少木质纤维素原料处理后的废物排放。

众所周知，树木和其他木本植物不是制造纸制品的纤维的单一来源。有许多一年生和多年生植物的叶片含有足够刚度和长度的纤维，可以制造出合适质量的纸张。这些植物的落叶通常被烧毁或让其腐烂。这些纤维源的主要优点之一是，它们被本领域的技术人员认为是木材的环保替代品，每年可再生并大量形成。然而，由于非木纤维素通常比木纤维素贵，因此非木纤维素工业的发展仍然不如木纤维那么容易获得。此外，使用含硫试剂或高碱溶液通常使叶片的处理变得复杂，从而降低纤维产量(10-20％)，导致其被缩短和破坏。

生产非木纤维素的多种方法是已知的。

例如，专利US9950858涉及从烟草制造纤维素材料。此发明提供烟草衍生纸制品、烟草制品的包装材料和容器，以及其他消耗品和食品。特别地，它公开了一种纤维材料，其包含来源于烟草属植物的至少10％的干重百分比的纤维，以及生产这种纤维材料的方法，该方法基于用浓度为24％的氢氧化钠和在160℃的温度下处理不同的烟草部分。

专利文件GB2283989公开了一种使用碱工艺从香蕉叶片中生产纤维纸浆的可能性，并涉及制造未漂白的纤维素。该技术涉及在以下处理条件下使用香蕉叶片生物质：苛性钠12％(NaOH)，最高温度150℃，持续3小时。

这种方法的一个缺点是使用了大量的高浓度碱溶剂。此外，在这种高温和溶剂浓度下长时间处理会降低纤维质量，即其刚性，从而缩短纤维在下一次处理期间的“寿命”，以便从中生产产品。

专利文献CN104674353公开了一种通过对生物质进行精细处理从菠萝叶片生产长纤维素的方法，该方法包括：首先，对纤维进行超声预处理；然后-用特殊的化学试剂进行纤维膨胀处理；在膨胀后，进行化学处理；并在方法结束时对菠萝叶片纤维进行脱胶、切碎和干燥。

原料超声波处理的高成本是这种方法的主要缺点。此外，所公开的方法不允许去除木质素硬壳的大分子，从而使纤维易碎且不抵抗紫外线。

要求保护的发明最接近的现有技术是专利文件KR20150085179公开的从叶片制造纸张的方法，该方法基于纤维提取技术，将叶片置于有机溶剂中。根据所公开的技术，叶片通过离心与溶剂混合的切碎混合物进行清洁、切碎、纤维去除的步骤，以便从主纤维中分离出颜料。颜料分离溶液可以包括丙酮甲醚、乙醚、二乙醚、己烷和棕榈油。

这种方法的缺点如下：

-溶剂价格高；

-溶剂的高毒性水平，需要在工业现场提供特殊的工作条件；

-溶剂溶解木质素聚合物的能力低，这会降低纤维的机械刚度；

-叶片处理液体产品的复杂处置或加工。

因此，要求保护的发明的目的是提供一种从各种类型的非木本植物原料(原料的易碎基团和稳定基团)生产化学热机械纤维纸浆的方法和自动化生产线，旨在达到生产化学热机械纤维纸浆的技术效果，该纤维纸浆可以适用于以最高的性能和最低的成本，以环保方式制造某种用途的纸制品。

发明内容

该目标是通过提供一种从非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆的方法来实现的，该方法包括以下步骤：

预制备叶片，至少包括将叶片与不含植物纤维的包含物分离，并将分离的原料切碎，

对预制备的原料进行化学热机械处理，包括至少对其进行塑化，并将塑化原料脱木素，以产生半纤维状和部分脱木素的纸浆，

研磨半纤维和部分脱木素的纸浆以生产化学热机械纤维纸浆，其中

初始原料的预制备还包括压制切碎的叶片，

预制备的叶片的塑化是通过它们的机械研磨和以加压加热蒸汽处理来进行的，

塑化原料的脱木素是通过在70至120℃的温度下，在碱金属氢氧化物存在下，或以最多为3％的碱浓度溶液或气溶胶的形式，在至少3.5个大气压的压力下加压混合来进行的，并且

研磨在最多为3％浓度的乙酸存在下进行的。

非木材原料，优选地为落叶，是城市、公园或其他绿地产生的生物废弃物。优选地，这些叶片是植物的一年生部分，因此叶片的有用部分对机械处理非常敏感，特别是，它们在加工过程中可能会受到严重损坏。这导致在长期的化学和机械处理中，落叶纤维会大大缩短。因此，叶片纤维对于制造纸张来说太短了，因为它们失去了相互结合的特性，这对于提供纸张的刚性至关重要。要求保护的方法特别适用于从非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆，并避免所述纤维的损坏和缩短。

这些纤维素生产条件提供了其柔软性、刚性和纤维完整性。清洁后的纤维纸浆可用于从100％纤维中形成各种用途的纸制品，或与废纸等级MS-5B、MS-8V、MS-3A、MS-2A等的加工纤维一起形成组合物。

要求保护的方法允许在最佳条件下生产纤维，这有助于保持纤维的完整性，分离大部分硬壳成分并将产量提高到至多42％。

该方法中的水的使用量最小化：首先，没有进行需要大量水的传统纤维加热；其次，原料的处理主要利用使生物质饱和的蒸气，使其变得可倾倒，但不是液体；第三，研磨步骤利用醋酸，同时沉淀木质素，洗涤所需的水较少。因此，与传统的本技术领域相比，耗水量减少了约15倍。

要求保护的方法包括最少数量的步骤，需要最少数量的设备单元，最小数量的用于增加和减少纸浆浓度的步骤；最小数量的所需纸浆清洗步骤；最小数量的pH值变化。此外，该方法避免使用有毒剂或后部化学剂。相反，其特点是使用弱碱和弱酸，即无毒溶剂，价格低廉，从而允许恢复所有内部排水管。因此，所要求保护的方法是环保的并具有成本效益。

优选地，要求保护的方法的特征在于生产具有以下特征值：研磨度为28Shopper-Rigler度(°RS)，pH值为8，纤维长度为0.7至1.2mm，纤维直径为28至32nm，棕色牛皮纸色，灰分含量为11％。

组合词“纤维纸浆”在此可与半纤维纸浆、纤维半成品和半纤维素等术语互换使用。

优选地，所用的非木本植物原料包括秋落树叶、灌木落叶、权木落叶、温带气候一年生植物的叶片部分、叶片的改良形式，例如针叶，以及具有卷曲生长方式的植物的叶茎部分、具有废弃性质的新鲜植物叶片、热带赤道植物的落叶，即热带赤道树木的落叶、热带赤道灌木的落叶、热带赤道权木的落叶、叶片的改良形式，例如储水的叶片、刺，以及具有卷曲生长方式的植物的叶茎部分、具有废物性质的新鲜植物叶片。叶片可以有任何配色方案、结构、湿度、污染程度、分解程度、大小、来源和形成源。

优选地，叶片的分离包括将它们分成组，包括至少一个易碎组和一个稳定组。

易碎组(LPG-001)主要是指温带气候的叶片，因为它们主要在一年中的短时间内(7个月)维持光合作用和气体交换。它们的结构非常脆弱，因为它们缺乏任何刚性的营养组织，这些营养组织可以包括类似于韧皮纤维的纤维。因此，这些叶片的技术处理过程包括强力机械处理和超高温下的长碱处理，以保持纤维的完整性和最大的纸浆产量。

大多数易碎组植物(LPG-001)包括以下温带气候植物：白桦(Betulaborysthenica Klokov)、白桦(Betula pendula Roth.)、小榆树(Ulmus minor)、榆树(Fagus sylvatica L.)、东方榆树(Fagus orientalis)、榆科(Ulmaceae)、柳树(SalixL.)、灰桤木(Alnus incana)、河马栎(Aesculus hippocastanum)、栎树(Carpinus betulusL.)、栓皮栎(Quercus robur L.)、北美红橡(Quercus rubra)、楸树(Catalpabignonioides Walt.)、欧洲栗(Castanea sativa)、桔梗槭(Acer platanoides L.)、栓皮槭(Acer campestre)、阔叶椴(Tilia platyphyllos)、山杨(populus tremula L.)、法国梧桐(Platanus)、漆树(Rhus L.)、黑杨(populus nigra L.)、白蜡树(Fraxinus)、樱李(Prunus cerasus L.)、核桃(Juglans regia L.)、桑树(Morus)、西洋松(Pinussylvestris L.)、刺槐(Acacia)、桐(Paulownia)、泡桐(Paulownia fortunei)、兰考泡桐(Paulownia elongate)、泡桐体外克隆112(Paulownia Clon in vitro 112)、甜橙(Citrussinensis)、柑橘(Citrus reticulata)、柿(Diospyros)、榕树(Ficus)、糖槭(Acersaccharum Marsh)、葡萄(Vitaceae)、蛇麻(Humulus L.)、虎杖(Reynoutria japonica)、蕃茄(Lycopersicon)、葡萄(Vitis)、核桃树(Juglans regia)、欧榛(Corylus avellana)、齿栗叶(Castanea)、欧洲栗(Castanea sativa)、唐棣(Amelanchier)、苹果(Malus)、漆树(Rhus)。

强组(SPG-002)主要是指热带赤道气候叶片，因为考虑到气候条件，特别是水分状态和一年中较长的温暖期，与温带气候叶片相比，这些叶片的纤维更长，具有更多的分枝木质素部分和更大的机械刚度。为了生产纤维纸浆，首先，必须从该组中去除硬壳、木质素、木聚糖和其他化合物，这些化合物可以在更高的压力、温度和碱度条件下进行，

大多数稳定组植物(SPG-0Q2)包括以下热带赤道气候植物：椰子树(Cocosnucifera)，大王椰(Roystonea altissima(Mill.)H.E.Moore)，海地王棕(Roystoneaborinquena O.F.Cook)、东菜大王椰(Roystonea dunlapiana P.H.Allen)，列尼斯王棕(Roystonea lenis Leon)、梅齐王棕(Roystonea maisiana(L.H.Bailey)Zona)、巨箬棕(Sabal causiarum(O.F.Cook)ex Becc.)，大叶箬棕(Sabal domingensis Becc.)、矮箬棕(Sabal etonia Swingle ex Nash)、菜棕(Sabal gretherae HJ.Quero.R.)、无茎刺葵(Phoenix acaulis Roxb.)、佛得角海枣(Phoenix andamanensis S.Barrow)、大西洋海枣(Phoenix atlantica A.Chew.)、加那利海枣(Phoenix canariensis Chabaud)、枣椰树(Phoenix dactylifera L.typus)、刺葵(Phoenix loureiroi Kunth)、大海枣(Phoenixpaludosa)、霸王棕(Bismarckia)、蒲公英(livistoneae)、凤梨(Ananas comosusvar.bracteatus)、菠萝(Ananas comosus var.comosus)、菠萝(Ananas comosusvar.erectifolius)、芦荟(Aloe vera)、蛇皮果(Salacca zalacca)。

要求保护的方法的条件用于处理易碎组和稳定组的叶片。

优选地，初始原料的预制备还包括将其洗涤并灭活其中的活微生物，然后对分离出的原料进行干燥和切碎。

此外，切碎原料的压制，优选包括对其粒化或压块或打包。

化学热机械纤维纸浆可以在高浓度下进行研磨和/或在低浓度下进行研磨。

因此，在纤维纸浆被研磨后，它受到振动分选以分选出纸浆的非纤维化颗粒，然后对纸浆进行增稠。

此外，通过提供一种通过所要求的方法生产化学热机械纤维纸浆的自动化生产线来实现该目标，该生产线包括初始原料预制备单元、化学热机械单元、研磨单元，它们在原料的运动方向上串联排列，其中

初始原料预制备单元至少包括将初始原料与不含植物纤维的包含物分离的分离工具、原料撕碎机和原料压制工具，

化学热机械单元包括至少一个密封的热机械螺旋分散器，该分散器配备有加压蒸汽送料工具、高压化学热机械室，该室被配置成改变温度和压力，并配备有进料工具，用于以气溶胶的形式进料碱金属氢氧化物或其溶液，一种高浓度纤维化装置，

所述研磨单元包括至少一台配备有醋酸进料工具的高浓度水力碎浆机，以及至少一台精炼机，以及

密封热机械螺旋分散机的出口，与高压化学热机械室的入口耦合，而高浓度纤维化装置的出口与高浓度水力碎浆机的入口耦合。

所述生产线被配置成执行所保护的方法，用于从非木质原料生产化学热机械纤维纸浆的方法，从而提供所保护的方法的所有优点。

优选地，所述初始原料预制备单元还包括洗涤盆，洗涤盆上装有杀菌溶液进料工具和烘干机，而洗涤盆和烘干机串联设置并相互耦合，其中所述分离工具的出口耦合到洗涤盆上，而烘干机的出口耦合到所述撕碎机上。

此外，切碎的原料压制工具优选制成为造粒机或压块机或打包机。

根据优选实施例之一，研磨单元包括串联布置的高浓度精炼机和低浓度精炼机。

研磨单元还可以包括振动分选平台，该振动分选平台设置在精炼机之后，并配有用于将水喷到平台上的喷水工具。

此外，所述研磨单元还可以包括设置在振动分选平台之后的纸浆浓缩机。

附图说明

本发明将会结合附图进行解释：

附图示出了通过本发明的方法生产化学热机械纤维纸浆的自动化生产线的优选实施方案。

具体实施方式

该图示出了通过本发明的方法生产化学热机械纤维纸浆的自动化生产线的优选实施方案。所述生产线包括三个主要单元：初始原料预制备单元1、化学热机械单元2和研磨单元3。从图中可以看出，预制备单元包括以下串联排列并相互耦合的装置：制成为滚筒分离器4的原料分离工具、洗涤盆5、对流隧道干燥机6、撕碎机7和制成为造粒机8的切碎原料压制工具。在通过造粒机8后，原料可以传递到仓库9或工作料斗10，然后它们被送入化学热机械单元2。后者包括以下串联排列并相互耦合的装置：螺旋混合输送机11、装有加压蒸汽送料工具的密封热机械螺旋分散器12、高压化学热机械室13和高浓度纤维化装置14。相继地，后者的研磨单元3包括以下串联布置并相互耦合的装置：高浓度水力碎浆机15、两个精炼机16和17、振动分选平台18和纸浆浓缩机19。

为了研究可能由要求的方法生产的产品的参数，以及解释所述方法的参数，后者在实验室条件下进行如下。

首先通过流水清洗将落叶混合物与树枝、碎屑、沙子和污垢分离，然后干燥以获得恒定的湿度并切碎。用于工艺仿制的冲压材料的称量为1000g。

将制备好的干叶装入装有电加热元件的实验室高压灭菌器中，在2个大气压的压力下，在至少100℃的受控温度下，使用1：5的量模数保存45分钟。该过程提供了叶片的水热浸渍，并为其提供了可塑性：一些温度不稳定的分子过渡到可溶相，树脂变得更易倾倒，而蛋白质变性。执行此步骤以制备原料，以便用碱溶液浸渍它们。

将预制备的原料多次通过狭缝尺寸为0.2至1毫米的实验室轧制机，以挤压/软化所述原料，并使其更适合生产纤维。

然后，将纸浆洗涤并装入具有高达100℃的加热功能的非密封螺杆混合器中，然后进料脱木素碱溶液。不断搅拌纸浆，进行沿螺杆轴旋转方向泵送纸浆时产生的高压摩擦。这个过程持续了30分钟。在这段时间里，柔软和膨胀的原料吸收了活性碱，导致部分脱木素和纤维的游离适合于造纸。

将脱木素原料装入具有底部转子的实验室水力打浆机中，将纸浆浓度为8％的原料进行分解和部分纤维分离5分钟。然后，在原料中加入3％的醋酸溶液，纤维分离过程再持续5分钟。在该步骤中，完整的木质素被沉淀出来，纤维获得了决定其进一步研磨和造纸能力的性能，介质的pH值为6，纤维被清除。

根据ISO 5264-1、TAPPI T 200m、T 205m、SCAN C 25、CPPA C.2标准，对不含大部分木质素含量的部分纤维化原料进行洗涤并在实验室打浆机进行最终纤维分离。平均纤维分离持续时间为15分钟，而通过500g壶铃将负载施加到转子上。这种模式允许实现25°RS的纸浆研磨度，并保持纤维的完整性。通过清洗、增稠和干燥纤维来终止研磨。

通过在温度为95℃(203°F)的干燥柜中压制和干燥3小时，将获得的纤维样品预脱水，然后进行分析。

表1显示了初始叶片混合物的组分组成的研究结果。纤维素是叶片的主要成分，其在一些样品中的含量测定为48.8％的水平。木质素含量为27％。这种木质素/纤维素的比例是一年生植物所特有的。纸浆的初始溶胀和软化以及进一步的碱化学热机械处理导致分子间醚键的破坏，这些分子间醚键被半纤维素和木质素交联，但它是逐渐发生的，不会破坏纤维结构。

表1.初始叶片混合物的组分组成的研究结果

表2提供了在各种条件下，以及在没有蒸汽和滚动的叶片处理的侵蚀性条件下，在高碱和酸浓度下对初始原料进行化学热机械处理之前和之后所获得的纤维的平均直径的结果。在进行碱处理后，观察到初始原料中包含的有机物质被主动溶解，并且在原料与碱溶液接触时已经在低温下开始溶解。在反应过程中，溶液被主动染成木质素溶解所特有的棕色。

表2.-生产纤维的平均直径

在没有任何预先准备的情况下，叶片纤维对处理条件的脆弱性与叶片结构非常松散的事实有关，因为它具有很高的薄壁组织含量，并且当叶片被水分饱和并发挥其功能时，它具有很高的刚性和弹性。在其落下后，水分蒸发，细胞结构被木质素结壳，压缩并变得易碎。如果碱溶液或机械力或温度突然作用于这种纸浆，角质化细胞和结构间元件的内部压力将以不均匀的方式被破坏，并导致纤维和硬壳断裂。

定义了叶片的几种处理选项，这取决于它们是与易碎组还是稳定组有关，这些处理选项如下。

例子1

按所要求的方法在70℃-80℃的温度下，在3％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子2

按所要求的方法，在75℃至85℃的温度下，在3％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子3

按所要求的方法，在90℃至100℃的温度下，在3％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子4

按所要求的方法，在70℃至80℃的温度下，在2％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子5

按所要求的方法，在75℃至85℃的温度下，在2％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子6

按所要求的方法，在90℃至100℃的温度下，在2％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子7

按所要求的方法，在70℃至80℃的温度下，在1％的碱浓度下，在3小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子8

按所要求的方法，在75℃至85℃的温度下，在1％的碱浓度下，在3小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子9

按所要求的方法，在90℃至100℃的温度下，在1％的碱浓度下，在3小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子10

按所要求的方法，在110℃的温度下，在3％的碱浓度和3.5个大气压的压力下，在1.5小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子11

按所要求的方法，在120℃的温度下，在3％的碱浓度和4.5个大气压的压力下，在1.5小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子12

按所要求的方法，在110℃的温度下，在2％的碱浓度和3.5个大气压的压力下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子13

按所要求的方法，在120℃的温度下，在2％的碱浓度和4.5个大气压的压力下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子14

按所要求的方法，在110℃的温度下，在1％的碱浓度和3.5个大气压的压力下，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子15

按所要求的方法，在120℃的温度下，在1％碱浓度和4.5个大气压的压力下，在2小时内，对预制备的易碎组原料进行处理。

例子16

通过将叶片浸泡在热水中，对软化后的纸浆进行机械轧制，对预制备的易碎组原料进行处理，同时在1％的碱浓度下，在2小时内，对纤维进行冷提取。

例子17

通过将叶片浸泡在热水中，对软化后的纸浆进行机械轧制，对预制备的易碎组的叶片混合物进行处理，同时在2％的碱浓度下，在2小时内，对纤维进行冷提取。

例子18

通过将叶片浸泡在热水中，对软化后的纸浆的机械轧制，对预制备的易碎组原料进行处理，同时在3％碱浓度的下，在2小时内，对纤维进行冷提取。

例子19

按所要求的方法，在70℃-80℃的温度下，在3％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子20

按所要求的方法，在75℃至85℃的温度下，在3％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子21

按所要求的方法，在90℃至100℃的温度下，在3％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子22

按所要求的方法，在70℃至80℃的温度下，在2％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子23

按所要求的方法，在75℃至85℃的温度下，在2％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子24

按所要求的方法，在90℃至100℃的温度下，在2％的碱浓度下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子25

按所要求的方法，在70℃至80℃的温度下，在1％的碱浓度下，在3小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子26

按所要求的方法，在75℃至85℃的温度下，在1％的碱浓度下，在3小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子27

按所要求的方法，在90℃至100℃的温度下，在1％的碱浓度下，在3小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子28

按所要求的方法，在110℃的温度下，在3％的碱浓度和3.5个大气压的压力下，在1.5小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子29

按所要求的方法，在120℃温度下，在3％的碱浓度和4.5个大气压的压力下，在1.5小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子30

按所要求的方法，在110℃的温度下，在2％的碱浓度和3.5个大气压的压力下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子31

按所要求的方法，在110℃的温度下，在1％的碱浓度和3.5个大气压的压力下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

例子32

按所要求的方法，在120℃的温度下，在1％的碱浓度和4.5个大气压的压力下，在2小时内，对预制备的稳定组原料进行处理。

为了确定所生产纤维的质量，进行了许多造纸测试，并对纸张进行了分析，以评估其物理和机械参数。

由100％纤维和与MS-5B牌废纸以不同比例的混合物制成的纸张样品，从上述方法生产的纤维中铸造。铸造是在一台D-47809造纸机上进行的，该造纸机具有36.4厘米宽的倾斜网格台和开放式流浆箱，轧制速度为每分钟2.15米。

在铸造、干燥和切割样品后，对纸张进行测试，以评估其物理和机械参数。

表4显示了纸制品的测试结果，即由落叶混合物制成的纸张和由相同的混合物和MS-5B品牌的废纸制成的纸张。测试根据以下标准进行：BDS EN ISO 536：2020纸张和纸板-纸张每平方米克重的测定(ISO 536：2019)；BDS EN ISO534：2012纸张和纸板-厚度，密度和特定体积的测定(ISO 534：2011)；B ISO 535：2014纸张和纸板–顶破强度的测定(ISO2758：2014)；ISO 1974：2012纸张-用Elmendorf方法测定抗撕裂性；BDS ISO 1924-3：2011纸张和纸板-伸长率(100毫米/分钟)；ISO 5636-5：2013年纸张和纸板-空气渗透性的测定(中间范围)-第5部分：Gurley方法。

表4.纸张的物理和机械参数

根据表3所示的纸张实验室样品的检测结果，可以得出结论，100％植物生物废弃物制成的纸的物理和机械参数是令人满意的。

当纸浆研磨度为28°RS时，纸张达到了每平方米重量98g/m²，厚度0.35mm，其大于标准。可能地，其是由纤维的高尺寸引起的。干燥条件下机器方向的破坏力比标准平均值低21％，而横向破坏力与标准一致。顶破强度指数大于标准。纸张的透气性大于标准，因为纤维的研磨度低。需要注意的是，为了提供测试纯度，所有测试纸张样品均未按尺寸调整，即通过在纸浆中添加可改善纸张机械性能的填料，例如烷基乙烯酮二聚体(AKD)或淀粉，来大大改善所有参数。

根据在实验室条件下模拟的技术过程，证实可以使用非木材来源的植物有机材料来制造具有令人满意参数的纸制品。

要求的产线运行方式如下。

叶片由初始原料预制备单元1根据方案进行预处理(见图)。运送到设施垃圾填埋场的叶片被送入滚筒分离器4，在那里它们被通过穿孔的气流清洗，从而去除沙子、石头、重的非植物包含物或轻质馏分，例如聚乙烯。由于滚筒分离器4装有内部肋条并以一定角度布置，因此当它顺时针旋转时，叶片向分离器4的上部移动，从而卸载到洗涤盆5。盆5中充满用于灭活活微生物的杀菌溶液。由于水循环和气泡式搅拌，叶片被移动到盆5的前部，在那里它们被网格振动输送机捕获，该输送机移动通过气动脱水机，然后通过对流隧道干燥机6。叶片可以在干燥和潮湿的状态下交付，但无论如何都必须清洗以去除任何污垢、细菌、真菌孢子，以及被干燥以允许其长期储存。叶片干燥后，用撕碎机7将其切碎，以获得1至2厘米的粒径。将切碎的叶片倒入收集料斗中，然后通过螺旋输送机将其送入制粒机8。由于叶片的体积密度低，造粒过程允许增加该参数。根据原料的类型，可以生产直径为1厘米，长度为2厘米的圆柱形颗粒或尺寸为2x2厘米的团块。然后，根据制造需要进行重新分配，将一部分包装到大袋容器中，而另一部分则通过螺旋输送机装载到下一个单元。

执行此步骤是为了获得具有成本效益的储存、运输和进一步加工的最大选择性原料。

干燥的颗粒状叶块通过螺旋混合器-输送机11被送入密封的热机械螺旋分散机12。螺旋分散器制成为圆柱形水平腔室，其具有螺杆轴，该螺杆轴在卸载团块时具有较小的间距，导致团块在其输出过程中处于非常高的压力下，因此易于摩擦。加压水蒸气在高温下送入分散器。此步骤的主要目的是为叶片提供弹性，膨胀和更均匀。由于该过程是在湿介质中和高温下提供的，一部分有机分子将被溶解，蛋白质将变性等，从而使叶片容易被进一步处理。

在通过压力和旋转运动推出后，塑化和柔软的叶片在高压条件下被转发到化学热机械室13。将氢氧化钠气溶胶送入所述室，并主动搅拌叶片，使其碱饱和，从而导致大多数化合物降解，并导致木质素转变为可溶相。由于冷凝水的形成，已经是半纤维状的纸浆被彻底清洗以去除木质素。气溶胶形式的碱通过喷嘴送入腔室，此过程的pH值约为12，活性碱浓度为3％，量模数为1：3，工作温度为105至120℃，压力为3.5至4.5个大气压。

按照与热机械螺旋分散机相同的工作原理，将原料卸载到高浓度纤维化装置14中。纤维化装置14裂解纤维素原纤维，从而使纤维更细。由于生物质具有很强的可塑性，并且其中没有硬壳，因此纤维不像以前那样易碎，并且容易被分裂。

执行此步骤以生产易于研磨的高产量纤维纸浆。

磨削由单元3根据附图进行。当纤维尺寸随着水流而减小时，已经纤维状的纸浆通过高浓度纤维化装置14的研磨盘，并被泵送到高浓度水力碎浆机15，其中3％乙酸溶液被送入该水力碎浆机。该步骤的目的是沉淀完整的木质素，调整pH值并压缩纤维素原纤维。进行捶打15分钟，然后将纤维纸浆按自身重量倒入盆中，从中分别分布在第一级和第二级精炼机16和17之间。在此步骤中，纸浆研磨度已经从15°提升到22°RS。由于叶片的结构非常脆弱，因此精炼机的研磨模式可以通过多种方式进行：

-两个精炼机都参与其中，第一精炼机的浓度高，而第二精炼机的浓度低，

-只需一台精炼机，浓度高，研磨时间短，

-只需一台精炼机，浓度低，研磨时间短，

-只需一台精炼机，浓度低，研磨时间长。

精炼机16和17能够调整合适的闭合度，该闭合度会影响纸浆通过精炼机的时间段，进而影响研磨度。该方法的最佳研磨度为28°RS。

由于在前面的步骤中，生物质中可能会有一些颗粒没有被切割成纤维，因此在所有生产步骤之后，通过喷水在振动分选平台17处进行筛选，以便更好地将纤维与非纤维包含物分离。通过在这个特定点，而不是在碱处理步骤之后，执行筛选步骤，可以减少材料损失。

然而，根据原料以及质量和经济要求，筛选可以分几个步骤进行。在进行筛选后，100％纤维纸浆被送入纸浆浓缩机19，然后将其分配到纸制品制造设施。

根据检查结果，所述方法的特点是生产1吨纸浆的资源消耗值如下：

表5-生产1吨纸浆的资源消耗值

生产化学热机械纤维纸浆适用于制造，例如纸制品，特别是压延牛皮纸(70-170g/m²)、非压延牛皮纸(70-420g/m²)、纸袋、多层纸板、具有3、5、8层的瓦楞纸板，然后加工成瓦楞纸包装，用真空铸造方法生产的蛋盒式铸造包装，蛋盒，物流包装、地板保温衬里(2.5-10mm)、散装保温材料、幼苗和植物包装、装饰材料和填料、纤维聚合物泡沫、由树叶和生物塑料制成的生物复合纤维基材料、生物聚氨酯。

因此，提供了从各种类型的非木本植物原料(原料的易碎基团和稳定基团)生产化学热机械纤维纸浆的方法和自动化生产线，旨在达到，以最大的性能和最低的成本，以环保方式生产适合制造特定用途的纸制品的化学热机械纤维纸浆的技术效果。

Claims

1.一种从非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆的方法，该方法包括以下步骤：

对预制备的原料进行化学热机械处理，包括至少对其进行塑化，软化，并将塑化的原料脱木素，以产生半纤维状和部分脱木素的纸浆，

研磨半纤维和部分脱木素的纸浆以生产化学热机械纤维纸浆，

其中

初始原料的预制备还包括压制切碎的叶片，

预制备的叶片的塑化和软化是通过它们的机械研磨和以加压加热蒸汽处理来进行的，

塑化和软化的原料的脱木素是通过在70至120℃的温度下，在碱金属氢氧化物存在下，或以最多为3％的碱浓度溶液或气溶胶的形式，在至少3.5个大气压的压力下加压混合来进行的，并且

研磨是在最多为3％浓度的乙酸存在下进行的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，叶片的分离包括将它们分成组，包括至少一个易碎组和一个稳定组。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始原料的预制备还包括将其洗涤并灭活其中的活微生物，然后对分离出的原料进行干燥和切碎。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，切碎原料的压制，包括对其粒化或压块或打包。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，化学热机械纤维纸浆可以在高浓度下进行研磨和/或在低浓度下进行研磨。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在纤维纸浆被研磨后，它受到振动分选以分选出纸浆的非纤维化颗粒，然后对纸浆进行增稠。

7.一种自动化生产线，用于根据权利要求1所述的方法生产化学热机械纤维纸浆，该生产线包括如下组件，它们在原料的运动方向上串联排列：

初始原料预制备单元，

化学热机械单元，

研磨单元，

其中

初始原料预制备单元至少包括：

将初始原料与不含植物纤维的包含物分离的分离工具，

原料撕碎机，和

原料压制工具，

撕碎化学热机械单元至少包括：

一个密封的热机械螺旋分散器，该螺旋分散器配备有加压蒸汽送料工具，

高压化学热机械室，该室被配置成改变温度和压力，并配备有进料工具，用于以气溶胶的形式进料碱金属氢氧化物或其溶液，

高浓度纤维化装置，

所述研磨单元至少包括：

一台配备有醋酸进料工具的高浓度水力碎浆机，以及

至少一台精炼机，

以及

密封热机械螺旋分散机的出口，与高压化学热机械室的入口耦合，而高浓度纤维化装置的出口，与高浓度水力碎浆机的入口耦合。

8.根据权利要求8所述的生产线，其特征在于，所述初始原料预制备单元还包括洗涤盆，洗涤盆上装有杀菌溶液进料工具和烘干机，而洗涤盆和烘干机串联设置并相互耦合，其中所述分离工具的出口耦合到洗涤盆上，而烘干机的出口耦合到所述撕碎机上。

9.根据权利要求7所述的生产线，其特征在于，切碎的原料压制工具制成为造粒机或压块机或打包机。

10.根据权利要求7所述的生产线，其特征在于，研磨单元包括串联布置的高浓度精炼机和低浓度精炼机。

11.根据权利要求7所述的生产线，其特征在于，研磨单元还包括振动分选平台，该振动分选平台设置在精炼机之后，并配有用于将水喷到平台上的喷水工具。

12.根据权利要求7所述的生产线，其特征在于，所述研磨单元还包括设置在振动分选平台之后的纸浆浓缩机。