CN113846509A - 一种高聚合度纸浆及其制备方法与应用 - Google Patents

一种高聚合度纸浆及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属制浆造纸技术领域，公开了一种高聚合度纸浆及其制备方法与应用。该方法对纤维原料进行脱胶、碱处理、脱木素、解离等处理，制备出一种高聚合度纸浆。该方法能在温和条件下有效脱除原料中纤维之间的粘结物质(果胶、木素等)，同时减少碳水化合物降解，从而提高纸浆的聚合度。与传统制浆方法相比，本方法制备的纸浆的聚合度、白度、强度均明显提高，与烧碱蒽醌法制浆所得纸张进行比较，纸张的耐折度提高155％，裂断长提高65％，白度提高124％，可用于制作低定量高强度薄页纸，也可加工为其他纸产品。本发明提供了一种在常压条件下生产高聚合度纸浆的方法，为制浆造纸行业生产高聚合度高强度纸浆提供了新思路。

Description

一种高聚合度纸浆及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于制浆造纸技术领域，具体涉及一种高聚合度纸浆及其制备方法与应用。
背景技术
造纸工业是与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。纸产品作为一种具有独特和优良性质的材料，不仅被广泛用于新闻、出版、印刷、商品包装，而且在电池隔膜、过滤、军工等领域也有重要应用。而纸产品被利用时，纸张物理性能是一项关键的考察指标。制浆造纸行业发展至今，为了使纸浆的物理性能得到提高，许多研究者在调整蒸煮工艺、打浆工艺、添加湿强剂和干强剂等方面开展了研究。纸浆聚合度是指纸浆中纤维素分子链的平均长度，它能够反映浆料在制浆过程中被降解破坏的程度，纸浆强度随着聚合度的上升而呈曲线上升。目前许多制浆厂使用聚合度作为纸浆强度的参考指标，一些客户也对需要的产品设置了聚合度阈值。因此，研究者可在制浆过程中通过控制聚合度来得到高强度纸浆。但是传统的制浆方法，如高温高压制浆、酸法制浆、过氧化氢、机械法制浆等，由于制浆条件剧烈，在脱除原料木素的同时，会造成碳水化合物严重降解、制浆过程中纤维损伤大、聚合度降低、纸浆强度下降，无法展现原料的良好特性。
目前已有研究者对一些温和的制浆方法进行了讨论，如有机溶剂法(李永,周景辉.有机溶剂法制浆技术的发展及其应用[J].黑龙江造纸,2005(03):38-41.)、生物酶法(陶杨,廖俊和,罗学刚.生物制浆技术最新应用研究进展[J].纤维素科学与技术,2007(01):70-74.)，但研究目的主要是为了节能减排，制得的纸浆强度与碱法制浆的纸浆强度差异不大。因此，需要探究一种新的制浆方法来提高纸浆强度，克服现有技术存在的缺点和不足。
发明内容
本发明的目的是在常压条件下，提供一种高聚合度纸浆及其制备方法与应用。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高聚合度纸浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)对绝干纤维原料脱胶处理，去除纤维原料中的果胶；
(2)将脱胶处理后的纤维原料进行碱处理，碱处理温度为20-100℃，时间为0.5-3h；
(3)将碱处理后的纤维原料用二氧化氯进行脱木素处理，处理温度为60-90℃，时间为0.5-3h，处理1-4次；
(4)将二氧化氯脱木素处理后的纤维原料在机械作用下分散成浆，得到高聚合度纸浆。
优选地，步骤(1)中所述纤维原料为韧皮纤维、叶部纤维的至少一种。
优选地，所述韧皮纤维为***、红麻、亚麻、苎麻、黄麻、青檀皮、荛花、桑皮、构皮的至少一种；所述叶部纤维为剑麻、马尼拉麻、菠萝麻、龙须草的至少一种。
优选地，步骤(1)所述脱胶处理加入脱胶试剂和水，所述脱胶试剂为草酸铵或草酸钠，脱胶试剂质量为绝干纤维原料质量的0.5％-5％。
优选地，步骤(1)所述脱胶处理条件为：绝干纤维原料与水的质量体积比g/mL为1:20-1:30、温度为70-100℃、时间为0.5-3h。
优选地，步骤(2)所述碱处理中加入碱处理试剂和水，所述碱处理试剂为氢氧化钠或氢氧化钙，碱处理试剂质量为绝干纤维原料质量的5％-30％。
优选地，步骤(2)中所述碱处理条件为：绝干纤维原料与水的质量体积比g/mL为1:5-1:15、时间为1-2h。
优选地，步骤(3)所述脱木素处理中加入二氧化氯和水，二氧化氯质量为绝干纤维原料质量的5％-20％；脱木素条件为：绝干纤维原料与水的质量体积比g/mL为1:5-1:30、温度为70-80℃、pH为3-5、时间为1-2h。
一种高聚合度纸浆，由上述方法制备得到。
高聚合度纸浆在制作低定量高强度薄页纸中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明是在温和的处理条件下对原料进行分步处理，逐步脱除纤维之间的粘结物质(果胶、木素等)，同时减少碳水化合物的降解，从而获得高聚合度高强度的纸浆。
(2)对方法制备的纸浆进行抄纸，所得纸张耐折度、裂断长、白度性能好，可用于制作低定量高强度薄页纸，也可加工为其他纸产品。与烧碱蒽醌法制浆所得纸张相比，纸张的耐折度提高了155％，裂断长提高65％，白度提高124％。
附图说明
图1为实施1制备得到的高聚合度纸浆抄造成纸的图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1至实施例6中的液比为：绝干纤维原料与不同处理步骤中添加水的质量体积比(g/mL)；草酸铵用量、氢氧化钠用量、二氧化氯用量均为相对于绝干纤维原料质量的百分比。
实施例1
原料为剑麻，加入草酸铵和水，在草酸铵用量0.5％、液比1：25、温度85℃条件下反应1h，去除剑麻中的果胶。自来水冲洗后，加入氢氧化钠和水，在氢氧化钠用量15％、液比1:10、温度20℃条件下处理1h，溶出部分木素及其他物质。自来水冲洗后，加入二氧化氯和水，在二氧化氯用量10％、液比1:30、温度75℃、pH＝4左右的条件下反应1h，脱除木素，共处理3次。自来水冲洗后，经疏解器疏解、平板筛筛分，纸浆平均聚合度为1564。对上述制备的纸浆使用PFI磨以浆浓10％打浆，打到打浆度为66°SR，纸浆平均聚合度为1478，以90g/m2的定量抄造成纸。该纸张物理强度优异，裂断长达到10.31km，耐折度达到1211次，白度为78.5％。
与对比例1烧碱蒽醌法制浆所得纸张进行比较，纸张的耐折度提高155％，裂断长提高65％，白度提高124％，见表1。
表1
Figure BDA0003261018920000041
实施例2
原料为青檀皮，加入草酸铵和水，在草酸铵用量0.5％、液比1：25，温度85℃条件下反应1h，去除青檀皮中的果胶。自来水冲洗后，加入氢氧化钠和水，在氢氧化钠用量15％、液比1:10、温度100℃条件下处理1h，溶出部分木素及其他物质。自来水冲洗后，加入二氧化氯和水，在二氧化氯用量10％，液比1:30，温度75℃，pH＝4左右的条件下反应1h，脱除木素，共处理3次。自来水冲洗后，经疏解器疏解和平板筛筛分，得到纸浆，纸浆平均聚合度为1360。对上述制备的纸浆使用瓦利打浆机打浆至打浆度为35°SR，以90g/m2的为定量抄造成纸。该纸张物理强度优异，裂断长达到5.82km，耐折度达到776次。
实施例3
原料为剑麻，加入草酸铵和水，在草酸铵用量1.5％、液比1：25、温度85℃条件下反应1h，去除剑麻中的果胶。自来水冲洗后，加入氢氧化钠和水，在氢氧化钠用量10％、液比1:10、温度80℃条件下处理1h，溶出部分木素及其他物质。自来水冲洗后，加入二氧化氯和水，在二氧化氯用量10％、液比1:30、温度75℃、pH＝4左右的条件下反应1h，脱除木素，共处理2次。自来水冲洗后，经疏解器疏解、平板筛筛分，纸浆平均聚合度为1750。
实施例4
原料为剑麻，加入草酸铵和水，在草酸铵用量1.5％、料液比1：25、温度85℃条件下反应1h，去除剑麻中的果胶。自来水冲洗后，加入氢氧化钠和水，在氢氧化钠用量10％、料液比1:10、温度60℃条件下处理1.5h，溶出部分木素及其他物质。自来水冲洗后，加入二氧化氯和水，在二氧化氯用量10％、料液比1:30、温度75℃、pH＝4左右的条件下反应1h，脱除木素，共处理4次。自来水冲洗后，经疏解器疏解、平板筛筛分，纸浆平均聚合度为1235。
与实施例1相比，用二氧化氯处理4次，处理程度过大，导致纤维解离严重，聚合度下降。
实施例5
原料为剑麻，加入草酸铵和水，在草酸铵用量0.5％、料液比1：25、温度85℃条件下反应1h，去除剑麻中的果胶。自来水冲洗后，加入氢氧化钠和水，在氢氧化钠用量15％、料液比1:10、温度80℃条件下处理1h，溶出部分木素及其他物质。自来水冲洗后，加入二氧化氯和水，在二氧化氯用量10％、料液比1:30、温度75℃、pH＝4左右的条件下反应1h，脱除木素，共处理3次。自来水冲洗后，经疏解器疏解、平板筛筛分，纸浆平均聚合度为1704。
实施例6
原料为剑麻，加入草酸铵和水，在草酸铵用量0.5％、料液比1：25、温度85℃条件下反应1h，去除剑麻中的果胶。自来水冲洗后，加入氢氧化钠和水，在氢氧化钠用量15％、料液比1:10、温度100℃条件下处理1h，溶出部分木素及其他物质。自来水冲洗后，加入二氧化氯和水，在二氧化氯用量10％、料液比1:30、温度75℃、pH＝4左右的条件下反应1h，脱除木素，共处理3次。自来水冲洗后，经疏解器疏解、平板筛筛分，纸浆平均聚合度为1659。
对比例1
烧碱蒽醌法：将一定质量的剑麻纤维用清水浸泡12h后，放置15L旋转蒸煮器中，以用碱量18％，蒽醌用量0.1％，蒸煮最高温度160℃，升温2h，升温速率为，保温时间3h的条件蒸煮。蒸煮结束后用清水洗净，后净筛缝为0.08mm的平板筛筛分，测得纸浆的聚合度为1350。
对上述制备的纸浆使用PFI磨以浆浓10％打浆，打到打浆度为66°SR，以90g/m2的定量抄造成纸，该纸张裂断长为6.25km，耐折度达到475次，白度为35％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高聚合度纸浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对绝干纤维原料脱胶处理，去除纤维原料中的果胶；
(2)将脱胶处理后的纤维原料进行碱处理，碱处理温度为20-100℃，时间为0.5-3h；
(3)将碱处理后的纤维原料用二氧化氯进行脱木素处理，处理温度为60-90℃，时间为0.5-3h，处理1-4次；
(4)将二氧化氯脱木素处理后的纤维原料在机械作用下分散成浆，得到高聚合度纸浆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述纤维原料为韧皮纤维、叶部纤维的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述韧皮纤维为***、红麻、亚麻、苎麻、黄麻、青檀皮、荛花、桑皮、构皮的至少一种；所述叶部纤维为剑麻、马尼拉麻、菠萝麻、龙须草的至少一种。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述脱胶处理加入脱胶试剂和水，所述脱胶试剂为草酸铵或草酸钠，脱胶试剂质量为绝干纤维原料质量的0.5％-5％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述脱胶处理条件为：绝干纤维原料与水的质量体积比g/mL为1:20-1:30、温度为70-100℃、时间为0.5-3h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述碱处理中加入碱处理试剂和水，所述碱处理试剂为氢氧化钠或氢氧化钙，碱处理试剂质量为绝干纤维原料质量的5％-30％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述碱处理条件为：绝干纤维原料与水的质量体积比g/mL为1:5-1:15、时间为1-2h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述脱木素处理中加入二氧化氯和水，二氧化氯质量为绝干纤维原料质量的5％-20％；脱木素条件为：绝干纤维原料与水的质量体积比g/mL为1:5-1:30、温度为70-80℃、pH为3-5、时间为1-2h。
9.一种高聚合度纸浆，由权利要求1～8任一项所述方法制备得到。
10.权利要求9所述的高聚合度纸浆在制作低定量高强度薄页纸中的应用。
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