CN109024032A - 一种协同处理提高氧碱制浆效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同处理提高氧碱制浆效果的方法，属于制浆造纸技术领域；该方法使用30℃‑60℃热水对原料进行预处理，之后按压缩比1:1.5‑1:4经螺旋挤压后送入蒸煮器，在蒸煮过程中添自由基控制剂用以提高氧碱制浆效果，和传统氧碱制浆方法相比，热水预处理、螺旋挤压输送和自由基控制剂的协同作用可以使氧碱制浆细浆得率提高4%‑7%，卡伯值降低2.1‑3.4，白度提高4%ISO至6%ISO。
Description
技术领域
本发明涉及一种协同处理提高氧碱制浆效果的方法，热水预处理后的原料通过螺旋挤压输送进蒸煮器进行氧碱制浆，并在氧碱制浆过程中添加自由基控制剂来获取高得率、高白度和高性能的纸浆，属于制浆造纸领域。
背景技术
我国是一个制浆造纸大国，早在1998年我国纸和纸板的消费量已达世界第一。但造纸用木材原料的缺乏制约着我国制浆造纸工业的发展，因此利用非木材纤维原料制浆可以作为木材制浆的重要补充。非木材原料传统的制浆方法，如烧碱法、硫酸盐法等具有浆料得率低，黑液难处理等缺点。氧碱制浆作为一种对环境友好的制浆方法，白度高，黑液难度低等优点，非木材原料采用氧碱制浆是一种较为高效、环保的方法。
但是，氧碱制浆过程为气液固三相反应，并且参与脱木素反应的自由基存在时间短，对药液渗透要求更高，更适用于结构相对疏松的非木材纤维原料。同时，氧碱制浆过程中产生的高氧化电势的含氧自由基存在着脱木素选择性较差，致使细浆得率较低等问题。
自由基控制剂作为一种蒸煮助剂，可以促进蒸煮过程中蒸煮药液中自由基的产生；超氧阴离子自由基等氧化还原电势较低的自由基，能够与木素发生反应，促进木素的脱出，同时对碳水化合物几乎没有影响；氧化还原电势较高的羟基自由基等含氧自由基对木素脱除的同时对碳水化合物产生降解作用。自由基控制剂的添加有利于自由基的相互转化，例如：蒽醌-2-磺酸钠的加入，促进超氧阴离子自由基的生成，抑制羟基自由基等氧化还原电势较高的含氧自由基的生成，一定程度上减少了碳水化合物的降解。但是，氧碱制浆的原料，其木素含量较高，若自由基控制剂添加不当，会导致碳水化合物降解严重或很难成浆。
氧系制浆和漂白过程中常常加入添加碳水化合物保护剂。一方面，保护剂可以调节反应体系的pH值及反应试剂稳定性；另一方面可与碳水化合物还原性末端基反应，抑制碳水化合物的降解；这能够保证自由基处理过程中，碳水化合物得到更好的控制，可控性提高，控制难度下降。
通过对原料进行热水预处理，原料中含有的水溶性木素小分子、热水抽出物（多糖类物质、环多醇、单宁、色素等）随热水预处理而溶出。通过螺旋挤压可以将非纤维物质分离出去，同时，螺旋压缩后将原料输送到蒸煮锅，体积的变化使纤维原料膨胀，纤维的孔隙舒展开，有利于药液的渗透和后续蒸煮药液达对木素的可及性提高，更精准的与木素发生反应，提高脱木素的选择性。
因此，通过提高原料孔隙率和药液的精准可及性，结合自由基控制和碳水化合物保护，可最大限度的保护碳水化合物，提高制浆效果，获得高得率、高白度纸浆，同时也可提高纸浆物理性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种协同处理提高氧碱制浆效果的方法，通过采用螺旋挤压的方式输送经热水预处理后原料和添加自由基控制剂协同提高氧碱制浆效果，该目的是通过以下技术方案实现的：
（1）按固液比g:mL 为1:4-1:10的比例将原料与30℃-60℃的热水混合，混合后原料按压缩比1:1.5-1:4的比例经螺旋挤压处理后输送进蒸煮器进行蒸煮，蒸煮工艺条件为：浆浓7.5%-15.0%（质量比），NaOH添加量为绝干原料质量的20.0%-35.1%，保护剂添加量为绝干原料质量的0.1%-4.0%，自由基控制剂添加量为绝干原料质量的0.05%-1.50%，充入氧气至氧压0.4MPa-0.8MPa，然后在50min-70min升温至80℃-120℃并保温90min-200min；
（2））蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器。
所述保护剂为MgSO4，或MgSO4和Na2SiO3的混合物，MgSO4和Na2SiO3的质量比为1:0.1-1:7。
所述自由基控制剂蒽醌-2-磺酸钠、维生素C、维生素E、甘露醇、多糖类，在蒸煮前或升温至80℃-120℃并保温60min前加入；多糖类为枸杞多糖、黄芪多糖或五味子多糖等植物提取物。
所述原料为蔗渣、稻草、麦草或龙须草等非木材纤维原料。
与现有技术相比，本发明的特点在于:
（1）氧碱制浆是一种环境友好的制浆方法，可利用国内充足的非木材纤维资源进行制浆，所得氧碱浆细浆得率高，无需漂白就能达到较高的白度，成纸性能较为优异，是一种环保的制浆方法；
（2）采用热水预处理和螺旋挤压输送相结合的方式，极大降低了原料中水溶性木素小分子、水抽出物含量，提高了原料孔隙率和比表面积，增加了药液的渗透能力，使碱和产生的自由基更精确、更快速的与木素发生反应；
（3）在蒸煮保温阶段加入自由基控制剂，调节反应过程中自由基的产生，可以提高脱除木素的选择性；
（4）碳水化合物保护剂的加入，可以弥补氧碱制浆过程中自由基控制造成的脱木素效率和脱木素选择性的矛盾，使氧碱制浆碳水化物降解的抑制和脱木素效率得到同时提高；
（5）和传统氧碱制浆方法相比，热水预处理、螺旋挤压输送和自由基控制剂的协同作用可以使氧碱制浆细浆得率提高4%-7%，卡伯值降低2.1-3.4，白度提高4%ISO至6%ISO。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不局限于所述范围。
实施例1
以绝干计，按照固液比g:mL 1:10的比例，将蔗渣与60℃热水混合均匀，之后按照压缩比1:4的比例，混合后原料经螺旋挤压输送进蒸煮器进行蒸煮，浆浓11.5%（质量比），NaOH添加量为绝干原料质量的20%，保护剂（MgSO4和Na2SiO3的混合物）添加量为绝干原料质量的2.1%，其中MgSO4与Na2SiO3的质量比为1:4，通入氧气至氧压0.8 MPa，然后50min升温至80℃并保温200min，其中，升温结束后将绝干原料质量0.05%的蒽醌-2-磺酸钠加入蒸煮锅中；蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器；所得氧碱良浆质量为：细浆得率54.84%-55.28%，卡伯值8.8-9.5，白度63.7%ISO-64.5%ISO。
实施例2
以绝干计，按照固液比g:mL 1:7的比例，将蔗渣与45℃热水混合均匀，之后按照压缩比1:2.5的比例，混合后原料经螺旋挤压输送进蒸煮器进行蒸煮，浆浓12%（质量比），NaOH添加量为绝干原料质量的23%，保护剂（MgSO4和Na2SiO3的混合物）添加量为绝干原料质量的1.0%，其中MgSO4与Na2SiO3的质量比为1:7，通入氧气至氧压0.6 MPa，然后60min升温至105℃并保温170min，其中，在升温结束后40 min将绝干原料质量0.25%的维生素C加入蒸煮锅中；蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器；所得氧碱良浆质量为：细浆得率63.52%-63.56%，卡伯值10.4-10.6，白度60.4%ISO-62.4%ISO。
实施例3
以绝干计，按照固液比g:mL 1:4的比例，将蔗渣与30℃热水混合均匀，之后按照压缩比1:1.5的比例，混合后原料经螺旋挤压输送进蒸煮器进行蒸煮，浆浓7.5%（质量比），NaOH添加量为绝干原料质量的28%，保护剂（MgSO4和Na2SiO3的混合物）添加量为绝干原料质量的4.0%，维生素E添加量为绝干原料质量的0.5%，其中MgSO4与Na2SiO3的质量比为1:6，通入氧气至氧压0.4MPa，然后70min升温至120℃并保温90min，蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器；所得氧碱良浆质量为：细浆得率59.23%-59.94%，卡伯值11.5-12.4，白度53.2%ISO-54.8%ISO。
实施例4
以绝干计，按照固液比g:mL 1:6的比例，将蔗渣与50℃热水混合均匀，之后按照压缩比1:3的比例，混合后原料经螺旋挤压输送进蒸煮器进行蒸煮，浆浓10%（质量比），NaOH添加量为绝干原料质量的25%，保护剂（MgSO4）添加量为绝干原料质量的3.0%，通入氧气至氧压0.5MPa，然后60min升温至100℃并保温180min，其中，在升温结束后55min将绝干原料质量1.5%的蒽醌-2-磺酸钠加入蒸煮锅中；蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器；所得氧碱良浆质量为：细浆得率58.58%-60.52%，卡伯值10.8-11.9，白度61.2%ISO-62.6%ISO。
实施例5
以绝干计，按照固液比g:mL 1:5的比例，将稻草与40℃热水混合均匀，之后按照压缩比1:4的比例，混合后原料经螺旋挤压输送进蒸煮器进行蒸煮，浆浓13%（质量比），NaOH添加量为绝干原料质量的35.1%，保护剂（MgSO4）添加量为绝干原料质量的0.1%，通入氧气至氧压0.5 MPa，然后50min升温至90℃并保温160min，其中，升温结束后将绝干原料质量0.05%的甘露醇加入蒸煮锅中；蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器；所得氧碱良浆质量为：细浆得率52.83%-54.05%，卡伯值11.8-12.9，白度53.2%ISO-54.6%ISO。
实施例6
以绝干计，按照固液比g:mL 1:8的比例，将麦草与60℃热水混合均匀，之后按照压缩比1:2的比例，混合后原料经螺旋挤压输送进蒸煮器进行蒸煮，浆浓15%（质量比），NaOH添加量为绝干原料质量的30%，保护剂（MgSO4和Na2SiO3的混合物）添加量为绝干原料质量的2.0%，其中MgSO4与Na2SiO3的质量比为1:1，通入氧气至氧压0.7MPa，然后50min升温至90℃并保温200min，其中，在升温结束后将绝干原料质量0.1%的枸杞多糖加入蒸煮锅中；蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器；所得氧碱良浆质量为：细浆得率54.75%-55.25%，卡伯值12.1-12.9，白度52.1%ISO-53.4%ISO。
Claims (5)
1.一种协同处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于：按绝干原料与热水固液比g:mL 为1:4-1:10的比例将原料与30℃-60℃的热水混合，混合后原料按压缩比1:1.5-1:4的比例经螺旋挤压处理后输送进蒸煮器进行蒸煮，蒸煮工艺条件为：浆浓7.5%-15.0%，NaOH添加量为绝干原料质量的20.0%-35.1%，保护剂添加量为绝干原料质量的0.1%-4.0%，自由基控制剂添加量为绝干原料质量的0.05%-1.50%，充入氧气至氧压0.4MPa-0.8MPa，然后50min-70min升温至80℃-120℃并保温90min-200min；蒸煮完毕后，蒸煮废液进入碱回收，所得浆料用筛缝筛浆机进行筛浆，经过洗涤后得到氧碱良浆，所得氧碱良浆可直接用于漂白或直接打浆抄纸，渣浆回收后混入待制浆原料重新送入蒸煮器。
2.根据权利要求1所述的协同处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于：保护剂为MgSO4，或MgSO4和Na2SiO3的混合物，MgSO4和Na2SiO3的质量比为1:0.1-1:7。
3.根据权利要求1所述的协同处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于：自由基控制剂蒽醌-2-磺酸钠、维生素C、维生素E、甘露醇、多糖类，在蒸煮前或升温至80℃-120℃并保温60min前加入。
4.根据权利要求3所述的协同处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于：多糖类为枸杞多糖、黄芪多糖或五味子多糖。
5.根据权利要求1所述的协同处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于：原料为蔗渣、稻草、麦草或龙须草。
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