CN115559145A - 一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺和应用 - Google Patents

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CN115559145A CN202211411971.6A CN202211411971A CN115559145A CN 115559145 A CN115559145 A CN 115559145A CN 202211411971 A CN202211411971 A CN 202211411971A CN 115559145 A CN115559145 A CN 115559145A
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Abstract

本发明涉及制浆技术领域，本发明提供了一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺，以竹柳边角料为纤维原材料，经过1段预汽蒸、木片洗涤、脱水、2段预汽蒸；将2段预汽蒸后的木片材料进行1段挤压疏解、1段化学药液预浸、2段挤压疏解、2段化学药液预浸；所述1段化学药液预浸采用氢氧化钠溶液且不使用双氧水，所述2段化学药液预浸过程的化学试剂为氢氧化钠、过氧化氢和硅酸钠；将经过2段化学药液预浸的物料进行1段磨浆、分离、冷却、1段高浓漂白、1段脱水、2段高浓漂白、2段脱水；将2段脱水后的浆料进行消潜、磨浆等，制得该成品浆。本发明工艺可生产出高强度、高洁净度的化机浆，制浆成本更低，浆料质量更好，利于配抄高端文化纸等应用。

Description

一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺和应用
技术领域
本发明涉及制浆技术领域，尤其涉及一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺和应用。
背景技术
目前，国内文化纸教材教辅类和轻涂类纸产品对成纸裂断长的要求一般都是在4.0km以上，工业淋膜纸的成纸裂断长要求在7.0km以上。而国内化学机械浆料(简称化机浆)大多以杨木、桉木、相思木为主要纤维原料，在45-500SR叩解度下裂断长基本在3.0km左右，撕裂指数在3.0mN.m2/g以下，这就严重影响了化机浆在以上纸种的掺配比例。行业部分企业在原料中掺杂少量的松木，试图提高浆料强度，但是因松木价格昂贵、松木化机浆很难漂白，造成了化学品使用等生产成本升高，得不偿失。
在木质资源中，竹柳又叫速生竹柳，是我国湖南湖北地区种植较多的树种，主要集中用在建筑装饰行业。竹柳木质色较浅，密度比杨木略低，所以非常适合作为化机浆原料。然而，以竹柳为纤维原料制得的浆料，其强度等品质仍需进一步提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺和应用，本发明工艺可生产出高强度、高洁净度的化机浆，制浆成本更低，浆料质量更好，利于配抄高端文化纸等。
本发明提供一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺，包括以下步骤：
以竹柳边角料为纤维原材料，经过1段预汽蒸、木片洗涤、脱水、2段预汽蒸；
将2段预汽蒸后的木片材料进行1段挤压疏解、1段化学药液预浸、2段挤压疏解、2段化学药液预浸；所述1段化学药液预浸采用氢氧化钠溶液且不使用双氧水，所述2段化学药液预浸过程的化学试剂为氢氧化钠、过氧化氢和硅酸钠；
将经过2段化学药液预浸的物料进行1段磨浆、分离、冷却、1段过氧化氢高浓漂白、1段脱水、2段过氧化氢高浓漂白、2段脱水；
将2段脱水后的浆料进行消潜、磨浆、筛选、浓缩，制得所述化学机械成品浆，尘埃度不超过50mm2/k，且撕裂指数大于3.5mN.m2/g。
优选地，所述木片洗涤用水温度为70～80℃，还可引入纸机白水进行洗涤。
优选地，所述1段预汽蒸和2段预汽蒸的排汽温度独立地为80～90℃。
优选地，所述1段挤压疏解和2段挤压疏解均为高负荷MSD挤压，速度均不高于50rpm。
优选地，所述1段化学药液预浸过程中，氢氧化钠对绝干浆用量为0.1～0.5％，排汽温度为70～90℃；
所述2段化学药液预浸过程中，氢氧化钠对绝干浆用量为3.0～4.0％，过氧化氢对绝干浆用量为0.7～0.9％，硅酸钠对绝干浆用量为1.5～2.0％。
优选地，所述1段过氧化氢高浓漂白过程中，NaOH对绝干浆用量为0.5～1.5％，过氧化氢对绝干浆用量为2.0～3.0％；
所述2段过氧化氢高浓漂白过程中，NaOH对绝干浆用量为0.2～0.5％，过氧化氢对绝干浆用量为0.2～0.4％。
优选地，所述1段过氧化氢高浓漂白和2段过氧化氢高浓漂白均采用硅酸钠，且不使用硫酸镁；漂白温度独立地为80～96℃。
优选地，所述1段脱水和2段脱水独立地为螺旋压榨脱水的方式。
优选地，所述化学机械成品浆的撕裂指数为4.0-4.2mN.m2/g，白度为80-85％ISO，游离度为130-310mL，阳电荷需求量为520μeq/L。
本发明提供如前文所述的制浆工艺得到的浆料在造纸中的应用。
本发明制浆工艺的主要创新点及其优点包括：采用边角竹柳原料制浆，打破了传统化机浆对杨木的依赖，响应国家政策全木使用林业三剩物，原料实现资源型到废弃利用型的转化；本发明在APMP过程使用边角竹柳，一段预浸不使用H2O2，且将传统的单段过氧化氢漂白改为2段漂白，降低了化学品消耗并提高白度的稳定性。本发明通过技术优化攻克了化机浆易切断的难题，有效保留了纤维强度，同时保留松厚度好等优势，对提高化机浆配比效果显著。本发明通过创新深入研究，国内首创用竹柳为原料生产高强度化机浆，而且浆料尘埃指标较好。该技术采用了家具板材行业中竹柳的边角余料为原材料，并根据原料特征研发工艺技术流程和工艺参数，打破了传统化机浆对杨木、桉木的依赖，有效拓宽了化机浆原料资源，缓解了原料供应不足的压力，更能提升化机浆品质，降低生产成本，完全可以满足高档文化纸等生产的要求。
附图说明
图1为本发明一些实施例的生产工艺流程示意图。
具体实施方式
下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺，以竹柳边角料为纤维原材料，工艺步骤包括：先经过1段预汽蒸、木片洗涤、脱水、2段预汽蒸；将2段预汽蒸后的木片材料进行1段挤压疏解、1段化学药液预浸、2段挤压疏解、2段化学药液预浸；所述1段化学药液预浸采用氢氧化钠溶液且不使用双氧水，所述2段化学药液预浸过程的化学试剂为氢氧化钠、过氧化氢和硅酸钠；将经过2段化学药液预浸的物料进行1段磨浆、分离、冷却、1段过氧化氢高浓漂白、1段脱水、2段过氧化氢高浓漂白、2段脱水；将2段脱水后的浆料进行消潜、磨浆、筛选、浓缩，制得所述化学机械成品浆，尘埃度不超过50mm2/k，且撕裂指数大于3.5mN.m2/g。
针对现有技术的不足，本申请研究出原料低价格、低化学品消耗、高强度等高品质的化机浆，利于规模化推广应用。
参见图1，图1为本发明一些实施例的生产工艺流程示意图。本发明实施例先将打好的边角竹柳木片进行筛选，然后输送至木片仓，以备生产使用。该技术打破了传统化机浆对杨木、桉木、相思木的依赖，响应国家政策全部使用林业三剩物，该发明使用的木片是竹柳边角木片(或称边角竹柳木片)。竹柳具有相对较小的密度，主材主要用作高档家居的边框板材和高档装饰材料的板材(将竹柳的树干先剥去树皮，用机器切去外层，保留树心，根据家具需要有的切成方形、有的切成圆形)，本申请将家居行业竹柳剩余的边角余料制浆造纸，所述的竹柳板材废料、边料主要是主材旋切去皮等加工后的边角余料，一般是树干的紧贴着韧皮部的一小部分，树皮类杂质更少。该边角余料之前被送到生物质电厂用作燃料，而本申请是国内首创用竹柳边角料为原料生产高强度等品质的化机浆。
本发明具体实施例中的制浆纤维原料特征包括：木片比例为100％竹柳边角料；木片规格为木片长度19～25mm，厚度4.0±1mm，木片合格率≧80％(质量百分比)，树皮率≦0.5％(如超过0.5％，制浆过程不能将树皮尘埃除去，纸面上就有很多黑点)，木片水份≧38％。之后的工艺流程简述：木片仓→1#预蒸仓→木片洗涤→2#预蒸仓。
对于1段预汽蒸和2段预汽蒸，所对应的木片预蒸仓均有计量螺旋，料位可为40～60％，排汽口温度独立地为80～90℃。1#和2#预蒸之间采用木片洗涤机，对1段预汽蒸后的木片洗涤，洗涤用水温度优选为70～80℃，然后进入木片混合槽、再泵送至单螺旋脱水机。本发明采用边角竹柳原料制浆，可提高木片洗涤水温度，加强木片洗涤过程的吸水润胀，改善木片的含水率，便于后续加工。此外，还可将纸机白水引入车间，实现白水逐段前移，最前段的水进行木片洗涤。
本发明实施例将2段预汽蒸后的木片材料通过1#木片挤压机，进行1段挤压疏解，然后在1#预浸器和反应仓等进行1段化学药液预浸，可经过卸料螺旋，再进行2段挤压疏解、2段化学药液预浸，得到预浸后的物料。其中，预浸器处为药液加入点。
在本发明的实施例中，1#木片挤压机(MSD)的速度不高于50rpm，扭矩60-100kN.m，功率600-700kw，扭矩控制优先。并且，1#预浸器的液位可为20～30％，本发明和传统工艺不一样在于一段预浸不使用H2O2，优选控制NaOH对绝干浆用量0.1～0.5％，更优选为0.5％；1#反应仓料位20～30％，排汽温度为70～90℃。作为优选，本发明实施例中2#木片挤压机(MSD)的速度不高于50rpm，扭矩45～80kN.m，功率500～700kw，扭矩控制优先。本发明实施例优化了2台MSD的电机和滤板，第一段MSD主要把木片挤裂，第二段是把木片挤成小碎条，高负荷挤压下能快速有效的脱水。
同时，2#预浸器的液位可为20～30％，优选控制NaOH对绝干浆用量为3.0～4.0％，H2O2对绝干浆用量为0.7～0.9％、更优选0.8％，Na2SiO3对绝干浆用量为1.5～2.0％，该工艺不使用Mg(OH)2和MgSO4；2#反应仓料位60～80％，排汽温度为70～90℃。本发明实施例根据竹柳密度相对较小的特点，通过改善预浸效果来改善挤压效果，利于提高磨浆质量，降低磨浆能耗。
2#预浸反应完成后，本发明实施例可将得到的物料经过2#卸料螺旋、3#卸料螺旋、水平输送螺旋、1#侧喂料螺旋，从而进入磨浆、漂白等工序。工艺流程主要为：1段高浓磨浆(3#漂白药液加入点)→1#旋风分离器→冷却螺旋→1段高浓漂白塔→1#脱水浓缩机→加热螺旋(4#漂白药液加入点)→2#高浓漂白塔→2#脱水浓缩机。
其中，针对竹柳边角料材质较软、制浆易于渗透等，本发明实施例优选漂白前仅采用一台高浓磨浆设备进行常规磨浆，还可在磨片的选型上进行优化，延长磨机内的停留时间，提高分丝帚化效果；本发明实施例促进木片的分丝帚化而不是切断，充分保留了强度。
本发明实施例在之前使用杨木APMP制浆基础上，将传统的单段碱性过氧化氢高浓度漂白改为两段漂白，可降低化学品消耗的同时提高白度的稳定性。在每个浆塔进塔之前都增加一套螺旋压榨设备，提高入塔的浓度，减少化学品消耗。此外，全程工艺不使用Mg(OH)2、MgSO4、EDTA等螯合剂。
具体地，1段漂白工艺条件包括：药液加入点为1#盘磨机喷放管，NaOH对绝干浆用量优选为0.5～1.5％，H2O2对绝干浆用量优选为2.0～3.0％，Na2SiO3对绝干浆用量可为0.5～2.0％；漂白浓度可为25～40％，漂白温度优选90～96℃，料位控制为35～60％。2段漂白：药液加入点为加热螺旋处，NaOH对绝干浆用量优选为0.2～0.5％，H2O2对绝干浆用量优选为0.2-0.4％，Na2SiO3对绝干浆用量可为0.4-1.0％；漂白浓度可为25～35％，漂白温度优选80～90℃，料位控制为60～80％。如一吨浆，1000kg*2％＝20kg，1段漂白时可加入20-30公斤双氧水，药品加入量都是相对绝干浆重量。结合上述预浸工序，本发明具体实施例通过适当增加碱保留强度，可大幅降低其他化学品消耗。并且，在相同漂白终点白度的情况下，本发明实施例通过多点加入一定量的双氧水阶梯提高白度，漂白化学品用量明显降低。
作为优选，所述的1段脱水和2段脱水均为螺旋压榨脱水的方式，也就是1段脱水(浓缩)、2段脱水(浓缩)分别为1#螺旋压榨机脱水、2#螺旋压榨机脱水。在本发明优选实施例中，两段高负荷MSD挤压结合两段螺旋压榨挤压工艺，可高效的将木片中的有机抽出物排出、将碱抽出物高密度挤压排出，进而减轻漂白负担等，例如两段螺旋压榨挤出上段的废液使漂白剂作用更加显著。流程上实现2段挤压、1段磨浆、再2段螺旋压榨挤浆，有效去除木片中的芳香类物质、甘油三酯、戊聚糖等物质。
2段过氧化氢高浓漂白、2段脱水之后，本发明实施例的生产工艺流程可为：消潜池→1#锥型磨→2#锥型磨→3#双盘磨→中间浆池→多段压力筛→良浆池→多盘浓缩机→中浓储浆塔(用硫酸调节pH 7-7.5)。工艺条件具体包括：二段1#2#3#低浓磨磨浆的浓度均为4.5～5.5％，磨浆功率600～1500kw，单位能耗20～60kw/admt。1～3#压力筛运行条件：压力筛筛缝0.25mm；进浆浓度为1.2～1.8％；进浆压力为2.5～4.0bar；进、出口压差(P出—P进)不大于50kPa；渣浆/良浆流量比可为35～40％；运行负荷为40～50％；2#/1#压力筛良浆流量比为28～40％。
本发明实施例有效拓宽制浆原料资源，根据竹柳的特有性质制浆工艺流程进行了创新优化，制浆成本更低，浆料质量更好。该发明使用采用2段MSD挤压+2段螺旋压榨+2段漂白的工艺，使制浆原料成本更低；生产的化机浆保证了较高的强度，其余指标满足文化纸的需要，同时有较低的成本优势。
本发明实施例主要根据竹柳纤维特点、且充分分析了竹柳边角料的特性，对核心参数裂断长(抗张指数)和撕裂指数等物理强度指标全程跟踪，其中撕裂指数大于3.5mN.m2/g，并对最终浆料叩解度控制进行了调整(如游离度优选按130-310ml控制)，浆料质量更好，能耗更低。并且，本发明实施例所得成品浆料的尘埃指标非常好，尘埃度0-50mm2/k，可以说是“零黑点”尘埃，而其他木片制浆经常出现树皮没有去除干净后，在纸面出现树皮类小黑点尘埃。本发明主要是用低价竹柳边角余料代替高价并受环保限制的杨木，100％使用林业三剩物边角竹柳制浆、生产高强度高洁净度的浆料，其质量特性可与传统的杨木APMP标准一致。
在本发明的具体实施例中，所述的化学机械成品浆的撕裂指数为4.0-4.2mN.m2/g，白度为80-85％ISO，游离度可为130-310mL，阳电荷需求量为520μeq/L。此外，该成品浆的抗张指数可达到35-47N·m/g；松厚度为2.55-2.93cm3/g；纤维长度0.79-0.86mm，尘埃度0-50mm2/k。
从成浆质量来看，本发明实施例各项指标均在原工艺的基础上大幅提升，特别是阳电荷需求量、尘埃、撕裂指数，即达到高强度、高洁净度的要求，利于配抄高端文化纸等。因此，本发明还提供了如前文所述的制浆工艺得到的浆料在造纸中的应用。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。如无特殊说明的，本发明中为质量比例。
实施例1
本发明先将打好的边角竹柳木片筛选，然后送生产使用。
(1)制浆纤维原料特征：木片比例为100％边角竹柳；木片规格包括：木片长度19～25mm，厚度4.0±1mm，木片合格率≧80％(质量百分比)，树皮率≦0.5％，木片水份≧38％。
(2)参见图1，其生产工艺流程简述：备料来木片→木片筛→木片仓→1#预蒸仓→木片洗涤→2#预蒸仓→1段挤压→1#预浸器(1#预浸药液加入)→2段挤压→2#预浸器(2#预浸药液加入)→1段磨浆(3#漂白药液加入点)→1#旋风分离器→冷却螺旋→1段高浓漂塔→1#脱水浓缩机→加热螺旋(4#漂白药液加入点)→2#高浓漂塔→2#脱水浓缩机→消潜池→1#锥型磨→2#锥型磨→3#双盘磨→中间池→压力筛→良浆池→多盘→中浓储浆塔(用硫酸调节pH7-7.5)。
(3)主要生产工艺技术条件：(A)木片预蒸仓料位40～60％，排汽口温度80～90℃；木片洗涤水温度70～80℃；1#木片挤压机(MSD)：速度40-45rpm，扭矩60-100kN.m，功率600-700kw，扭矩控制优先；1#预浸器：液位20～30％，NaOH对绝干浆用量0.5％，1#反应仓料位20～30％，排汽温度70～90℃；(B)2#木片挤压机(MSD)：速度40-45rpm，扭矩45～80kN.m，功率500～700kw，扭矩控制优先；2#预浸器：液位20～30％，NaOH对绝干浆用量3.0～4.0％，H2O2对绝干浆用量0.8％，Na2SiO3对绝干浆用量1.5～2.0％，2#反应仓料位60～80％，排汽温度70～90℃；(C)常规1段高浓磨浆；1段漂白：药液加入点为1#盘磨机喷放管，NaOH对绝干浆用量：0.5～1.5％，H2O2对绝干浆用量：2.0～3.0％，Na2SiO3对绝干浆用量：0.5～2.0％，漂白浓度：25～40％，漂白温度：90～96℃，料位控制：35～60％；(D)2段漂白：药液加入点为加热螺旋，NaOH对绝干浆用量：0.2～0.5％，H2O2对绝干浆用量：0.2～0.4％，Na2SiO3对绝干浆用量：0.4～1.0％，漂白浓度：25～35％，漂白温度：80～90℃，料位控制：60～80％；(E)二段1#2#3#低浓磨磨浆浓度4.5～5.5％，磨浆功率600～1500kw，单位能耗20～60kw/admt；(F)1～3#压力筛运行条件：压力筛筛缝0.25mm，进浆浓度，1.2～1.8％；进浆压力，2.5～4.0bar；进、出口压差(P出—P进)，不大于50kPa；渣浆/良浆流量比35～40％；运行负荷，40～50％；2#/1#压力筛良浆流量比，28～40％。
(4)漂白后浆料质量特性及对比：
该浆料白度80-85％ISO，游离度130-310ml，裂断长3.55-4.74km(抗张指数35～47N·m/g)，一般化机浆裂断长3.0km以下；
本申请浆料松厚度2.55～2.93cm3/g，纤维长度0.79-0.86mm，一般阔叶木化机浆在0.6mm左右；
本申请浆料尘埃度0-50mm2/kg，纤维束含量0～0.2％，撕裂指数4.0-4.2mN.m2/g；一般化机浆在3.0mN.m2/g以下；
本申请浆料阳电荷需求量(PCD)520μeq/L，一般阔叶木化机浆在2000μeq/L左右。
本实施例对成品浆的叩解度、纤维情况及强度进行了具体分析，包括过筛、纤维分析仪及专用仪器检测，结果如下。
表1浆料筛分结果
Figure BDA0003939027060000081
Figure BDA0003939027060000091
表2浆料纤维情况
Figure BDA0003939027060000092
表3浆料强度指标
Figure BDA0003939027060000093
浆料叩解度可根据对照表换算成游离度；叩解度即打浆度，是纸浆性质中滤水性能的指标，根据不同纸机及生产纸张需求、其他指标等进行不同的综合生产调控。由以上可见，本发明攻克了化机浆易切断的难题，有效保留了纤维强度，同时保留松厚度好的优势，对提高化机浆配比效果非常显著。本发明制浆工艺打破了传统化机浆对杨木、桉木的依赖，有效拓宽了化机浆原料资源，缓解了原料供应不足的压力。
和原工艺对比，本发明大幅改进生产工艺，流程更新、成本更低(比如：可节电200度/吨浆，化学品消耗降低)、制浆质量特性更好，能够达到高强度高洁净度化机浆的要求，可以配抄高端文化纸等，属国内首创。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度高洁净度化机浆的制浆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
以竹柳边角料为纤维原材料，经过1段预汽蒸、木片洗涤、脱水、2段预汽蒸；
将2段预汽蒸后的木片材料进行1段挤压疏解、1段化学药液预浸、2段挤压疏解、2段化学药液预浸；所述1段化学药液预浸采用氢氧化钠溶液且不使用双氧水，所述2段化学药液预浸过程的化学试剂为氢氧化钠、过氧化氢和硅酸钠；
将经过2段化学药液预浸的物料进行1段磨浆、分离、冷却、1段过氧化氢高浓漂白、1段脱水、2段过氧化氢高浓漂白、2段脱水；
将2段脱水后的浆料进行消潜、磨浆、筛选、浓缩，制得所述化学机械成品浆，尘埃度不超过50mm2/k，且撕裂指数大于3.5mN.m2/g。
2.根据权利要求1所述的制浆工艺，其特征在于，所述木片洗涤用水温度为70～80℃，还可引入纸机白水进行洗涤。
3.根据权利要求2所述的制浆工艺，其特征在于，所述1段预汽蒸和2段预汽蒸的排汽温度独立地为80～90℃。
4.根据权利要求1所述的制浆工艺，其特征在于，所述1段挤压疏解和2段挤压疏解均为高负荷MSD挤压，速度均不高于50rpm。
5.根据权利要求4所述的制浆工艺，其特征在于，所述1段化学药液预浸过程中，氢氧化钠对绝干浆用量为0.1～0.5％，排汽温度为70～90℃；
所述2段化学药液预浸过程中，氢氧化钠对绝干浆用量为3.0～4.0％，过氧化氢对绝干浆用量为0.7～0.9％，硅酸钠对绝干浆用量为1.5～2.0％。
6.根据权利要求5所述的制浆工艺，其特征在于，所述1段过氧化氢高浓漂白过程中，NaOH对绝干浆用量为0.5～1.5％，过氧化氢对绝干浆用量为2.0～3.0％；
所述2段过氧化氢高浓漂白过程中，NaOH对绝干浆用量为0.2～0.5％，过氧化氢对绝干浆用量为0.2～0.4％。
7.根据权利要求6所述的制浆工艺，其特征在于，所述1段过氧化氢高浓漂白和2段过氧化氢高浓漂白均采用硅酸钠，且不使用硫酸镁；漂白温度独立地为80～96℃。
8.根据权利要求7所述的制浆工艺，其特征在于，所述1段脱水和2段脱水独立地为螺旋压榨脱水的方式。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制浆工艺，其特征在于，所述化学机械成品浆的撕裂指数为4.0-4.2mN.m2/g，白度为80-85％ISO，游离度为130-310mL，阳电荷需求量为520μeq/L。
10.如权利要求1-9任一项所述的制浆工艺得到的浆料在造纸中的应用。
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