採用玉米秸稈和其他非木本纖維材料的製漿工藝的製作方法

2023-10-06 10:44:14 2

專利名稱：採用玉米秸稈和其他非木本纖維材料的製漿工藝的製作方法
技術領域：
一般說，本發明涉及非木本材料的製漿工藝。更具體地說，本發明涉及採用玉米秸稈和其他非木本纖維原料生產優質紙漿的簡單而環境友好的製漿工藝。
背景技術：
具有該行業普通知識的人們都知道樹木和其他木本植物並非唯一的造紙用纖維來源。有許多一年生和多年生非木本植物可以產生具有足夠強度和長度的纖維，用於生產合格的紙張。在該行業內，這些非木本植物通常被稱為「農業廢棄物」或「纖維作物」。這些種類的植物的實例如下農業廢棄物 纖維作物麥秸 洋麻(槿麻)稻秸 工業用大麻玉米稈 劍麻蔗渣(甘蔗) 紡織用亞麻稈黑麥稈 Hesperaloe籽用亞麻稈(seed flax straw)亞麻稿稈這些纖維來源的主要優點之一是，它們是替代樹木的環境友好的纖維來源。實際上，某些發展中國家和缺乏森林資源的國家，目前已廣泛採用非木本植物作為造紙纖維的主要來源。
但是，大部分情況下，北美的非木本纖維業發展滯後，這是由於以每噸計非木本纖維紙漿通常比木漿貴。近來，幾種因素從行業層面上明顯提升了對這些非木本纖維來源的興趣。這些因素中包括停止使用樹木的環保方面的壓力；預計到2010年世界纖維會短缺，需要尋找替代的纖維來源；大量的農業廢棄物(例如玉米秸稈和麥秸)被燒掉；從簡單的纖維來源生產多種產品(油類、紡織纖維、造紙纖維、板材纖維、塑料、食物)的可能性為農業可持續發展提供了極好的機遇。
但是，對非木本纖維來源的有效利用存在某些必須克服的重大難題，包括如下方面(1)非木本作物必須每年收割和儲存，因此對生長季節、收穫條件等很敏感；(2)與樹木相較，非木本作物的松密度低，因此難以儲存和運輸；(3)與樹木相較，非木本作物可能需要更大量的除草劑和農藥；(4)由於運輸方面的制約，非木本作物一般要求小型的製漿和造紙廠，而小型造紙廠通常難以建立有效的化學回收系統；以及(5)許多但並非全部非木本作物的纖維比木材纖維更短、更微小或更脆。
農業廢棄物代表著有經濟前景的非木本纖維來源。農業廢棄物的低松密度和高運輸成本意味著非木本作物造紙廠的產能是50～350t/d的紙漿。而這種「小型造紙廠」生產的紙漿必須能與效率極高的產能1000～3000t/d的「巨型造紙廠」所產木漿相競爭。為了使這種情況更具可比性，一般不能簡單地按比例縮小木漿生產工藝，而要靠大生產量證明設備高投資的合理性。
為了獲得成功，非木漿小型造紙廠必須採用在小規模下具有成本效益和環境友好的工藝。這樣的工藝從概念上講要符合下列標準(1)這種工藝應該最大限度減少加工步驟或工序；(2)這種工藝應該最大限度減少設備；
(3)其設備應該儘可能簡單和低成本；(4)這種工藝應該通過如下步驟最大限度減少用水量(a)儘可能使更多的濾液物流在內部重複利用，(b)最大限度減少所需的稀釋或增稠次數，(c)最大限度減少所需的洗滌次數，以及(d)最大限度減少所需的pH變化次數；(5)這種工藝應該在合理劑量下使用易得化學品；(6)這種工藝應該是無臭味的，且選擇無氯工藝；並且(7)這種工藝應該採用允許全部內在濾液重複利用的化學品。
根據農業廢棄物的易碎性和印刷紙及書寫紙市場的質量要求，成功的小型造紙工藝還應該符合下列要求(1)在一體化的製漿造紙廠，最終紙漿應該使各種紙張具有的亮度在ISO值的70％～90％，而高端和外銷級紙漿具有的亮度在ISO值的85％～90％；(2)紙漿應該具有適當的強度性質，即纖維經受的破壞程度最小；(3)紙漿濾過速率(游離度)應該足夠高，使其可在典型造紙機中形成紙漿並脫水；(4)這種工藝應該能大量脫除非木本植物中發現的髓細胞、薄壁細胞、細小纖維和其他非纖維物質，這些物質使紙漿變「髒」並放慢排水。
因此，在減少進入造紙纖維的非木質原料時遇到的重大挑戰是找到符合前述標準用於小型造紙廠的製漿方法。「製漿」一詞一般定義為使纖維原料本體成為組分纖維。關鍵是這種過程不要破壞纖維(降低強度)或過分損失適於造紙的纖維(術語為「得率損失」)。
業內一般都知道幾種製漿工藝，包括(1)化學製漿——這種製漿工藝要使用大劑量化學品溶解原料纖維中具有的木素(膠質)。這種溶解在蒸煮器內進行，將化學品與原料混合然後，加熱到中至高溫(100～170℃)和高壓(2～15大氣壓)。標準蒸煮工藝大約進行1～8小時。在蒸煮結束時，從含有已溶解木素和廢化學品的母液中洗滌並分離出所需纖維。已開發出完善的系統來進行母液增稠與燃燒，以便從木素中回收熱能和使化學品再生繼續用於蒸煮工序。
完全化學處理的紙漿其特點是純度高(纖維素含量高，半纖維素和木素含量低)，有適宜的清潔度和適宜的強度。通過其後的漂白，可以生產出印刷紙和書寫紙要求的高亮度紙漿。但由於是化學溶解，通常該工藝得率低(30％～50％)。另外，完全化學處理的工藝需要高投資和高操作費用。因此，標準的全化學製漿工藝一般不適宜非木本纖維製漿的小型製漿廠。
(2)機械製漿——這類製漿工藝中，採用機械強力使原料破碎成纖維。通常，將原料放在旋轉的磨漿板之間並切斷它們。在磨漿之前可以加熱使纖維軟化。這類工藝的得率一般較高(65％～95％)，但是漿料的質量一般不及化學漿料。因為其纖維表面仍留有大量木素，使粘結點被切斷導致強度下降。因為木素留在纖維壁上，紙張韌性也降低了。總之，機械漿料只在低端紙張產品如新聞紙或目錄紙中有用。但是，由於它無需大量化學品，不存在化學品回收問題。另外，投資和操作費用易於控制。但是，鑑於對紙漿、繼之對紙張和上述質量有限制，許多非木本纖維的脆性限制了單純機械製漿工藝對非木本纖維製漿的應用。
(3)化學-機械製漿——這類工藝採用上述兩種工藝的有關方面。先用少量化學品浸漬原料以軟化木素，然後通過機械處理完成分離。一般要加熱來改善製漿。採用這類組合工藝可以不大量使用化學品而獲得優良的纖維性能。另外，投資和操作費用幾乎與單純的機械製漿一樣低。化學-機械製漿工藝獲得的紙漿可用於低到中等質量的紙張，通過補充加工也可以用於某些高端產品。但是，業內並未述及適於非木本纖維製漿的化學-機械製漿工藝。
背景技術：
的專利包括美國專利4,756,799和4,900,399(兩者皆為Bengtsson等人所發明)，其中描述了採用一段或兩段浸漬過程製造漂白的化學-機械纖維紙漿和半機械纖維紙漿的方法。但是這些專利特別說明是從木材生產紙漿。所述方法特別要求木材在標準雙轉盤磨漿機中進行機械加工之前予以預熱。因此，不認為這些美國專利中所述方法的步驟特別適於非木本材料的製漿工藝。
Gould等人的美國專利4,997,488、Gould的美國專利4,806,475、Gould等人的美國專利4,774,098和Gould的美國專利4,649,113，描述了用鹼性過氧化物處理非木質的木素纖維素及通過這種處理後生產的產品。但是，這些專利主要針對的是從非木本材料纖維素生產營養添加物、培養基或其他配料，用於家畜飼養、人類食用以及微生物培養基的培育。所述的差異在於，這些專利所述方法是針對從纖維素生產可以促進動物新陳代謝的物質。
儘管上述的美國專利已經公開，但是並沒有提出符合上述標準的非木本纖維原料的製漿工藝。實際上，對非木本材料最合理的方法是在確定適宜生長地區的中心建設小型造紙廠。如上所述，這種造紙廠應該採用簡單的工藝，以低操作費用和低投資，保持其規模經濟性相當於大型造紙廠。這種工藝應該使造紙廠變得對環境幾乎沒有影響，應該只需要少量環境友好的化學試劑。這樣的工藝在目前技術中還沒有。
本發明概述在此披露由申請人開發的適於非木本纖維原料的製漿工藝。該工藝包括提供一種非木本纖維原料；採用鹼性製漿溶液在至少常壓下蒸煮非木本纖維原料；採用酸性溶液降低非木本纖維原料的pH值使其達到酸性pH值；用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料；以及用漂白溶液處理非木本纖維原料從而形成紙漿。
據此，本發明的一個目的是提供一種有成本效益的、環境友好的小型非木本原料製漿工藝。
本發明的一個目的是提供一種使工藝步驟或工序數目最少的非木本原料製漿工藝。
本發明的另一目的是提供一種設備易得、價廉且數量最少的非木本原料製漿工藝。
本發明的再一目的是提供一種用水量最少的非木本原料製漿工藝，具體措施是儘可能多的濾液物流內部重複利用；儘量減少所需的稀釋和增稠工序；儘量減少所需洗滌步驟和儘量減少所需pH值改變的次數。
本發明還有一個目的是提供一種非木本原料製漿工藝，它使用適量價廉易得的化學品，且該化學品使內部濾液物流均可重複利用。
本發明進一步的目的是提供一種沒有臭味的和可以選擇不使用氯的非木本原料製漿工藝。
本發明再進一步的目的是提供一種具有高游離度的非木質紙漿，它具有理想的亮度和適當的強度。
本發明還有另一目的，提供一種非木本原料製漿工藝，能夠脫除非木本材料中常發現的高含量髓細胞、薄壁細胞、細小纖維和其他非纖維物質。
上文已敘述了本發明的某些目的，其他目的在相繼說明中將變得很明顯，下面結合實施例及附圖盡力說明。
附圖的簡要說明

圖1是表示本發明工藝中可任選的纖維備料工序FP的流程圖；圖2是表示本發明工藝中鹼液蒸煮工序E的流程圖；
圖3是表示本發明工藝中酸處理工序A和臭氧處理工序Z的流程圖；圖4是表示本發明工藝中篩漿和清洗工序SC的流程圖；圖5是表示本發明工藝中漂白工序B的流程圖；圖6是表示本發明工藝中替代實施方案中酸處理工序A』和臭氧處理工序Z』的流程圖。
本發明的詳細說明本發明新型工藝滿足了造紙工業對採用非木本纖維的小型造紙工藝的需求。該工藝主要是化學過程，採用一系列化學處理步驟生產優質紙漿。
這裡所用「木質」一詞有兩層含義植物學上「形成木材的」，即構成在喬木和灌木中發現的可擴展的木質部組織；另一種意義是「象木頭一樣的」。據此，「非木本」、「非木材」、「非木質」的含義可以認為是缺少這些特點。
非木本纖維材料來源的極好候選者是玉米秸稈(莖稈、葉片和外皮)。其他候選的農業廢棄物和纖維作物包括但不限于洋麻、工業用大麻、麥秸、稻秸、蔗渣(甘蔗)、籽用亞麻稈、紡織用亞麻稈、劍麻、Hesperaloe和黑麥草。
「稠度」一詞可以為「反應稠度」和「紙漿稠度」，意味著紙漿漿液中的固含量百分數(％)。
「游離度」可以作為「紙漿游離度」使用，意指紙漿的排水速度，或紙漿排水「自由度」。在造紙中游離度很重要，如果游離度太低，就不可能在紙機中脫除足夠的水以達到良好的紙張結構和強度。通常，機械紙漿游離度低，由於施加給原料的是剛性作用，會形成細小纖維和顆粒，從而堵塞過濾墊(draining paper mat)。許多採用完整莖稈(韌皮部加芯部)的非木本纖維原料的化學製漿工藝，由於芯部過分漿化，存在游離度不良的問題。
本發明工藝不存在過先前工藝的游離度問題。實際上，本發明工藝生產出遊離度高的紙漿。具體地說，本工藝的紙漿游離度至少約為400mL CSF。優選游離度至少約為550mL CSF，最優選範圍約為550～650mL CSF。據此，這裡使用的「高游離度」一詞意味著至少約為400mLCSF和更高。
本行業已經開發了許多測量脫木素程度的方法，但是多數是高錳酸鉀試驗的變種。通常的高錳酸鉀試驗提供一種高錳酸鉀或「K值」或「卡伯值」，它是在特定條件下1g烘乾紙漿消耗的0.1N高錳酸鉀溶液的立方釐米數。這是由TAPPI標準試驗T-214測定的。可以接受的卡伯值範圍隨預計紙漿用途而變(例如褐色紙板要求的卡伯值大約在50～90的範圍變化，而白色紙坯要求的卡伯值可能低於5)。
還有一些測量紙漿亮度的方法。這些參數通常是反射率的度量，其值一般表示為某個尺度的百分數。標準方法是GE亮度，它表示為由TAPPI標準試驗TPD-103測定的最大GE亮度的百分數。也使用國際標準化組織(ISO)的亮度試驗。本發明工藝最終生產的紙漿其亮度應該在70％～90％ISO值，優選80％～88％ISO值，更優選85％～88％ISO值(適用於製造印刷紙和書寫紙)。
本發明這種有成本效益且環境友好的工藝是經過最初的一道製漿工序和其後的三道漂白工序，將玉米秸稈和其他農業廢棄物轉化為具有優良潔淨度、強度和濾過速率的高亮度紙漿。該工藝利用整株的玉米秸稈(莖、葉片和外皮)，無需任何形式的機械或化學脫髓(depithing)，生產的紙漿強度類似於硬木紙漿。基於玉米莖的工藝總得率為35％～40％，等於或優於更苛刻、更費錢的製漿和漂白工藝的總得率。最後，本發明工藝是採用緩和的化學品、溫度和壓力獲取這一得率的。
工序迄今，沒有那一個先前的工藝是採用本發明所述順序的工序。在本發明工藝和目前已嘗試過非木本材料的先前工藝之間至少存在兩個明顯的區別。
第一，本發明工藝在原料製漿時是採用中等或緩和的條件。而多數先前工藝在製漿階段是採用更苛刻的化學品、溫度和壓力條件。儘管本專利的共同發明人不希望被特殊的操作理論所束縛，但還是設想先前工藝的苛刻條件實際上使其更難以從原料中脫除木素，且可能導致纖維中木素的再沉積。
第二，臭氧作為漂白劑的苛刻度已經有很好的資料，可參見Jelks在1998年6月23日被授權的美國專利5,770,010，在此它已作為參考文獻。實際上，通常臭氧在攻擊木素和生色分子時會造成紙漿纖維的某種破壞。因此，對非木本材料(尤其是穀物秸稈)避免採用臭氧作漂白劑，因為非木本纖維通常更微小且脆。但是，臭氧可以在同一工序中同時提供強有力的去木質作用和漂白作用。在本發明中臭氧的使用有利於從玉米秸稈和其他非木本材料生產更強、更白、更亮澤的紙漿。
因此，在優選實施方案中本發明工藝由以下順序的工序構成溫和的鹼提取工序該工序採用緩和的條件，包括適度用鹼，以降解和/或溶解非木本纖維原料中相當數量的非纖維素物質(例如木素)。加鹼是為了使原料卡伯值在此工序之後達到15～20，它使適度採用漂白劑充分漂白後亮度達到85％～88％ISO的範圍。如果可以接受較低亮度，加鹼量還可以降低，以便在鹼提取工序之後獲得更高的卡伯值。
一般在該工序中，鹼的劑量是基於烘乾纖維(ODF)的10wt％～30wt％，優選大約12wt％～15wt％。如前所述，實際劑量取決於原料的木素含量和結構，取決於所需最終亮度和所需漂白劑耗量。
第一道工序中鹼的來源很廣泛，任何適宜的鹼源可以考慮在本工序中使用(氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化銨等)。氫氧化鈉是隨處可得的廉價鹼源，可用以生產高亮度優質紙漿。氫氧化鈉的優選劑量範圍為ODF的12wt％～15wt％，取決於要處理的原料。玉米秸稈一般採用的劑量是大約12％，而更密實、更多果膠結構的如麥秸可能需要劑量高達相當於ODF的約20wt％～約30wt％。
也可以使用氫氧化鉀。它的使用是考慮到加工非木本材料的優勢，因為非木本材料鉀含量相當高，它們可以作為採用本發明工藝的造紙廠的補充化學品來源。如果採用象通常氫氧化鈉的相同劑量，由於被處理材料的木素(由卡伯值來度量)含量較高，在通常氫氧化鈉煮解後相同劑量的漂白化學品作用下，最終紙漿亮度就較低。如果要求最終亮度較高，則氫氧化鉀的劑量可能要提高到相當於ODF的約30wt％或超過通常氫氧化鈉煮解時的用量，這樣，鹼處理之後紙漿的卡伯值低於由相同劑量氫氧化鈉處理的結果。換言之，臭氧處理中漂白化學品用量或漂白工序要增加。
在該工序中採用中等溫度和中等壓力。工序溫度可以從常溫到大約150℃，優選約50～140℃，最優選約80～120℃。工序壓力可以從常壓到30磅/英寸2表壓(psig)，優選大約5～25psig，最優選大約10～20psig。一般，該工序至少進行大約1～120分鐘，包括將非木本纖維原料加熱到該工序溫度的時間。可以將原料保持在工序溫度下大約1～90分鐘，優選大約30～60分鐘。
在該工序中，非木本纖維原料大約損失40wt％～50wt％。在鹼提取/蒸煮之後，非木本纖維原料進行輕度磨漿或其他機械加工以分離纖維束。磨漿後，洗滌原料以脫除在該技術中通常被稱為「黑液」的殘餘化學品。
酸處理工序—採用或不用絡合作用採用該工序是為了與殘餘木素進行化學反應並從紙漿中脫除金屬離子，這些金屬離子會干擾其後的漂白。紙漿被酸化到酸性pH值，使金屬離子從紙漿中釋放出來。可任選加入絡合劑束縛金屬離子，使它不能干擾其後的漂白工序。如果不需要較高的亮度，則可省略絡合劑。
酸或酸絡合劑處理工序，在紙漿稠度較低時，可以在簡單的豎管或直通式罐中進行；在紙漿稠度較高時，可以在旋轉的分批蒸煮器或臥管式連續蒸煮器中進行。來自鹼提取工序經洗滌、脫纖維後的非木本纖維原料，採用酸溶液處理達到酸性pH值。該工序pH值可以在大約0～6變化，優選約1～5，最優選約1.5～3。
該工序溫度可以從常溫到大約90℃變化，優選40～80℃左右，最優選50～70℃左右。一般，該工序持續大約1～120分鐘，包括將非木本纖維原料調節到該工序溫度的時間。非木本纖維原料可以在該工序溫度下保持大約1～90分鐘，優選大約30～60分鐘，最優選大約20～30分鐘。
第二道工序中酸的來源範圍很廣，根據本發明任何適宜的酸溶液都可以考慮。例如可以使用硫酸、硝酸或磷酸等無機酸，達到最終較高亮度。也可以使用醋酸等有機酸達到最終較高亮度。
在第二道工序的酸溶液中以適當劑量使用絡合劑(例如二亞乙基三胺五乙酸，DTPA)是可選方案。當採用絡合劑時，可以在最後工序消耗少量漂白劑而達到最終高亮度。當不用絡合劑時，最終亮度會較低，而漂白劑用量會更高。絡合劑的需量是工藝濾液中金屬離子含量的函數，也是造紙廠供水、水處理和非木本纖維原料中金屬含量的函數。如果金屬離子含量高，則推薦酸溶液中採用絡合劑，以便達到適宜的亮度。
反應之後，紙漿漿液徹底脫水，使稠度超過約35％而無需洗滌。實際上，優選方法是將來自酸處理的紙漿壓榨到大約35％的稠度，然後稀釋並送入臭氧工序。但是也可以在此處洗滌紙漿。
臭氧處理工序按照本發明工藝，酸化的非木本纖維原料進行臭氧處理而無需洗滌步驟。在酸或酸/絡合劑處理工序與臭氧處理工序之間省略洗滌步驟，可以省去一些昂貴的設備(洗滌器)，降低水耗量，減少使臭氧處理工序達到適宜pH值所需的酸用量。
臭氧處理工序採用適量臭氧，可增加非纖維素材料的降解並使非木本纖維原料的亮度提高。一般，臭氧的劑量大約為ODF臭氧的0.1wt％～2wt％，優選大約相當於ODF臭氧的0.4wt％～1wt％，使用方法例如將臭氧鼓泡加入酸化的非木本纖維原料漿液中。但是，臭氧的實際劑量可以根據進料紙漿的卡伯值和所需最終紙漿的亮度變化。如上所述，「卡伯值」一詞表示在製漿和造紙工業中測定紙漿殘餘木素含量的標準試驗。它基於受控條件下氧化劑的耗量。卡伯值較高意味著紙漿中殘餘木素含量高，也就是說其製漿或化學處理比卡伯值較低的紙漿更緩和或者效率更低。
在優選實施方案中，臭氧化是在紙漿稠度較低(大約3％)的情況下完成的。對給定的設備，也考慮過在中等或高紙漿稠度下進行臭氧化。但是必須注意到中等稠度下臭氧化通常要採用高度剪切攪拌，這可能造成纖維破壞和脫水率的損失。同樣，高稠度下臭氧化可能由於不均勻造成纖維某些部位過度臭氧化，繼之強度損失。因此，在採用中等或高稠度紙漿臭氧化時必須小心從事。
一般，該工序要持續大約1～30分鐘，優選持續大約5～15分鐘。工序溫度通常保持在常溫左右，即大約25～30℃。實際上，由於臭氧在高溫下分解更快，本發明優選實施方案涉及可能的最低反應溫度。因此，在該工序紙漿最好不加熱。根據工序穩態溫度，可以選擇對進入該工序的紙漿提供冷卻或者用濾液稀釋來自酸處理工序的稠化紙漿。
本發明工藝在第三道工序中使用臭氧進一步使紙漿脫木素和增白，而不會嚴重破壞紙漿纖維和其後的紙張強度。可以方便地改變臭氧劑量，優選劑量範圍相當於ODF在大約0.4wt％～1.0wt％。所需臭氧量是使最終漂白工序生產的紙漿卡伯值能夠達到在少量化學品作用下提高紙漿亮度到理想的終值。
根據本發明優選實施方案，在臭氧工序之後要徹底洗滌紙漿並且在其後的漂白工序之前要篩漿和清洗。
漂白處理本工序適度採用漂白溶液，例如鹼性過氧化氫漂白溶液或者含氯漂白溶液，基本上完全脫除紙漿中殘留的非纖維素物質且提高紙漿亮度達到理想的最終值。工序條件(例如溫度和壓力)一般取決於具體漂白劑的最佳條件。例如，如果採用含氯漂白劑(如二氧化氯、次氯酸鹽)，則工序條件緩和(如常壓、溫度範圍大約70～90℃)。另外，如下所述，如果採用鹼性過氧化物漂白劑，工序溫度可以維持在至少100℃左右，優選大約105～110℃。
通常，漂白處理工序持續大約1～120分鐘，包括將非木本纖維原料調節到工序溫度的時間。該工序溫度保持大約1～90分鐘，優選大約30～90分鐘。
按照本發明優選實施方案，在帶壓條件下採用過氧化氫，即超過常壓，使漂白在至少100℃左右(如大約105～110℃)完成。通過在105～110℃溫度下、而不是常壓70～90℃溫度下(儘管也可以採用)採用鹼性過氧化物漂白溶液，溶液中的過氧化氫能夠以一步和少量時間，同時達到脫除紙漿中殘留的大量木素以及提高紙漿亮度達大約30～40ISO點。過氧化物穩定劑，例如絡合劑(DTPA或DTMPA)、矽酸鈉和硫酸鎂也被引入鹼性過氧化物漂白溶液中。反應之後，最好徹底洗滌紙漿。
如例7所述，本工序採用的漂白劑的確不必非是過氧化物類。倒不如說，任何漂白/增白化學品都可以使用，雖然最終紙漿質量取決於所用化學品的特定作用和工藝條件。在例7中採用常用的含氯漂白劑二氧化氯。當採用過氧化物漂白劑時，觀察到木素被有效脫除，儘管最終亮度略低。
任選的工序—篩漿和淨漿在臭氧處理和漂白工序之間而不是之前使用篩漿和淨漿工序也是根據本發明優選實施方案的考慮。篩漿工序安排在這一位置，而不是鹼提取工序之後，可以減少材料損失。與篩漿同時採用強制稀釋也是良好的洗滌措施，可以減少漂白處理工序前後洗滌設備的洗滌次數。強制稀釋/洗滌可以在篩漿前或篩漿後進行，取決於工藝要求。
但是，本發明不限於在這一位置進行篩漿。而是篩漿工序可以置於鹼提取工序之後，也能得到合格的紙漿。安排篩漿工序可能取決於原料以及給定造紙廠的質量和經濟性要求。
製漿流程附圖已經包括了本發明優選實施方案的流程。這些圖的某些方面已經從技術角度進行了說明，本發明者所發現或仔細考慮的方法已在本發明實踐中很好地實現。附圖所示的流程基於使用工業上現行設備和機械。根據本發明的披露和該行業的一般知識水平，具備業內普通知識的人們可以理解，附圖所示流程只是示範，在不背離本發明精神和範圍的前提下可以進行許多變化、改進和替代。例如，對纖維備料可以採用乾式系統代替圖1所示流程中的溼式系統，又如可以採用分批蒸煮器代替圖2和圖3所示流程中的連續蒸煮器。
現在參照圖1～6流程，說明本發明的工藝流程，其中相同的標號一直表示相同的部件。按照本發明的目的，下述所有單個設備都可以方便地從市場上不同製造商那裡購得，例如包括喬治亞州Norcross的Sunds Defibrator公司和新罕布夏州納舒厄的Beloit公司。
具體參照圖1描述本發明工藝優選實施方案中任選的纖維備料工序FP。材料秸稈(如玉米秸稈)是整棵收割的或切成長2～4英寸的小段(其長度一般取決於運輸機類型或所選的進料螺杆)。芯部或韌皮部都用，不必分離。如果需要，也可以使用分離的材料，以便獲得更特殊的性質。未加處理的非木本纖維原料首先引入粉碎機10進行初步粉碎，然後通過運輸機12送入水力打漿機14進行洗滌。現在潮溼的非木本纖維原料通過泵16送到磁力分離器18以利用磁力從非木本纖維原料中分離出顆粒物。此後將非木本纖維原料引入第二臺水力打漿機20進行另一洗滌步驟，再通過泵22進入液體旋流離心機24。接著，非木本纖維原料經過脫水篩26脫水。清潔的非木本纖維原料準備好輸送到本發明工藝的鹼液提取工序E。
繼續根據圖1，來自脫水篩26的廢料通過斜篩(sidehill)28過濾，然後斜篩28的廢料送入壓實機30。來自液體旋流離心機24的廢料直接送入壓實機30。來自斜篩28的水通過運輸機到水櫃32加以保存。實際上，本發明工藝環境友好的方面就是由回收來自斜篩28和壓實機30的水到水櫃32中體現的。稀釋水可以從水櫃32中泵出在水力打漿機14中用作洗滌，或在通過廢水處理設施34處置之前進行處理。
現在參照附圖2描述本發明工藝優選實施方案中的鹼提取工序E。來自纖維備料工序FP的清潔非木本纖維紙漿，通過運輸機36引入蒸煮脫水螺杆38，在此從清潔的非木本纖維紙漿中脫除過量的水。然後把紙漿引入臥管式蒸煮器40如文中詳述的進行鹼提取木素。
繼續參照圖2，鹼液蒸煮後的非木本纖維紙漿再引入出料罐42隨後通過泵44泵入機械磨漿機46，緩慢進行機械磨漿/勻漿。鹼液蒸煮後的非木本纖維原料在漂前(粗漿)洗漿機48進行水洗。漂前(粗漿)洗漿機48的名稱是因為在此處紙漿含有深色的纖維素纖維或稱「粗漿」。這種非木本纖維紙漿準備好引入本發明工藝的酸和臭氧處理工序A和Z。
繼續參照圖2，來自漂前(粗漿)洗漿機48的濾液(稱為「淡黑液」)收集在淡黑液罐50中，且經過淡黑液過濾器52過濾。然後淡黑液可以經過化學回收方法處理；可以再引入蒸煮器40；也可以再引入出料罐42用於稀釋紙漿；或者可以通過泵44再引入磨漿機46控制偶發事故。任何來自淡黑液過濾器52的回收纖維再引入出料罐42重新併入鹼液提取後的非木本纖維紙漿，接著進行酸處理。
現在參照附圖3，描述本發明工藝優選實施方案中酸處理工序A和臭氧處理工序Z。鹼液蒸煮後的非木本纖維原料通過運輸機54送入蒸煮脫水螺杆56以便脫水，然後送入臥管式蒸煮器58如文中所述進行酸處理。
酸化的非木本纖維原料再引入螺旋壓榨機60壓榨成稠度35％左右的紙漿。這種紙漿再送入出料/稀釋罐64稀釋並輸送到臭氧處理工序Z。來自螺旋壓榨機60的壓榨溶液被收集在壓榨液罐62中準備再用於臥管式蒸煮器58。
繼續參照圖3，酸化的非木本纖維原料通過泵66泵入靜態混合器68和上流式漂白塔70，在此如文中所述引入臭氧。臭氧漂白的非木本纖維紙漿在洗滌塔72中洗滌並如下所述輸送去篩漿和淨漿。來自洗滌塔72的濾液被收集在淡黑液罐74中以備洗滌塔72、泵66、出料罐64或臥管式蒸煮器58再用。可以任選將來自淡黑液罐74的濾液排出進行廢液處理或處置。
現在參照附圖4，描述本發明工藝優選實施方案中篩漿和淨漿工序SC。來自臭氧處理工序Z經漂白後的非木本纖維原料被引入進料櫃76，隨後經過泵78泵入帶砂淨漿機(sand cleaner)80。回收帶砂淨漿機80的廢料加以處置。然後使非木本纖維原料通過多段篩漿機82和多段淨漿機86。從多段篩82和多段淨漿機86回收廢料並將其收集在篩漿廢料罐84和淨漿廢料罐88中，以備鹼液蒸煮器40(圖2)再用，或者採用廢水處理設施34(圖1)處置。其後將非木本纖維原料在增稠器90中增稠，隨之如下所述引入本發明工藝的漂白工序B。
繼續參照附圖4，從增稠器90獲得白水濾液，並收集在增稠器濾液罐92中。新鮮水和過量的造紙機白水也收集在增稠器濾液罐92中，並且通過泵94泵入多段淨漿機86，作為稀釋水再用，或者泵入水櫃32(圖1)儲存再用作水力打漿機14(圖1)中的稀釋水。
現在參照附圖5，描述本發明工藝優選實施方案中的漂白工序B。來自篩漿和淨漿工序SC的非木本纖維紙漿與蒸汽一起引入蒸汽混合器96。然後通過泵98將非木本纖維紙漿泵入下流式漂白塔100。如文中所述的漂白劑溶液也通過泵98引入下流式漂白塔100，如文中所述採用漂白劑溶液在常壓以上處理非木本纖維紙漿。
繼續參照圖5，在漂白之後，通過泵102將非木本纖維紙漿泵入洗滌器104水洗。該非木本纖維紙漿現在已經是具有文中所述亮度和游離度的適宜造紙的紙漿，將其通過MC泵108泵入高密度儲罐110。將來自洗滌器104的濾液收集在濾液罐106中。所收集的濾液其後再用於泵102作稀釋液，或者通過化學回收和廢水處理程序排放。
現在參照附圖6，描述本發明工藝的替代實施方案。具體說是本發明工藝中替代的酸處理工序A』和臭氧處理工序Z』。將鹼液提取後的非木本纖維紙漿引入稀釋罐200稀釋到紙漿稠度大約5％～10％。按照本發明，稀釋後的非木本纖維紙漿漿液與含有絡合劑的酸溶液一起引入化學品混合器202，然後按文中所述引入豎管204進行酸處理。經過酸處理的非木本纖維紙漿再經過螺旋壓榨機206引入出料/稀釋罐210。回收來自螺旋壓榨機206的壓榨液，並儲存在壓榨液罐208中，以備需要時再用於化學品混合器202。
繼續參照圖6，經過酸處理的非木本纖維紙漿再次稀釋到紙漿稠度大約3％～10％，然後通過泵212和靜態混合器214將其引入上流式漂白塔216。按文中所述，將臭氧和經過酸處理的非木本纖維紙漿一起引入靜態混合器214，以便在上流式漂白塔216中進行臭氧處理。臭氧處理之後，採用蒸餾水在洗滌器218中洗滌非木本纖維原料。經過酸和臭氧處理的非木本纖維紙漿，再如上所述和如圖4所示經過本發明的篩漿和淨漿工序SC。
繼續參照圖6，將來自洗滌器218的濾液收集在淡黑液罐220中以備洗滌器218重複使用，或在通過泵212從出料罐210泵入靜態混合器214時控制非木本纖維紙漿稠度，或者通過廢水處理處置。
實施例下面所列實施例已經包括在本發明的優選實施方案中。這些實施例的某些方面已從技術角度說明，本發明者發現及仔細考慮的方法已經在本發明的實施中很好地體現。這些實施例通過本發明的標準實驗室實踐加以示範。根據本發明的披露和該行業的一般知識水平，具備業內普通知識的人們可以理解，這些實施例只是示範，在不背離本發明精神和範圍的前提下可以進行許多變化、改進和替代。
實施例1玉米秸稈—酸處理工序採用硝酸將空氣中乾燥的整棵玉米秸稈(不脫髓)切成大約1～3英寸長並且在自來水中浸泡30分鐘起到洗滌作用。這種材料放入旋轉壓力反應器中在下列條件下處理鹼液提取工序氫氧化鈉(NaOH)為ODF的12％母液和纖維之比8∶1最高溫度115～118℃達到溫度的時間30分鐘保持溫度的時間60分鐘此工序之後，從原料中瀝乾游離母液。瀝乾的原料通過雙輪盤磨漿機，為了促進磨漿，板間隙為0.035英寸。磨漿之後生成的紙漿徹底洗滌。洗滌後的紙漿在下列條件下處理
酸絡合工序 硝酸為ODF的5％初始pH值1.4DTPA(絡合劑)為ODF的0.5％母液和纖維之比5∶1溫度80℃保持溫度的時間60分鐘此工序之後，通過離心分離瀝乾游離母液使稠度達到大約35％。立即將這種原料放入帶有強力攪拌器的密封反應器中，用蒸餾水稀釋到稠度3％，用硫酸將pH值調節到1.5。
然後鼓入臭氧到混合漿液中。臭氧處理工序採用下列條件臭氧處理工序 稠度3％初始pH值1.5溫度30℃臭氧劑量相當於ODF的0.7％～0.9％反應時間10分鐘反應結束時，紙漿經具有0.010英寸狹縫的振動平板篩篩漿。篩後合格漿料進一步用蒸餾水洗滌。該紙漿經離心分離脫除過量的水然後在下列條件下處理漂白工序稠度12％氫氧化鈉劑量為ODF的5％過氧化氫劑量為ODF的4％DTMPA(高溫絡合劑)劑量為ODF的0.2％硫酸鎂劑量為ODF的0.5％矽酸鈉劑量為ODF的0.5％溫度105℃反應時間90分鐘獲得下列結果第一道鹼液處理工序後卡伯值為20.1最終紙漿 亮度87.4％ISO游離度619ml CSF卡伯值1.3總得率39.1％過氧化物劑量消耗89.3％經PFI磨機磨漿後獲得的強度性質如表1所示。
表1漂白後玉米紙漿(87-88 ISO)的強度和光學數據所示為平均值，括號中為標準偏差值。

*1500和3000轉數的抗張試驗樣品在夾具上斷裂Kajaani FS-200纖維長度分布數據

實施例2玉米秸稈—酸處理工序採用硝酸而不加絡合劑本例中條件同例1，除了酸處理工序不加絡合劑外。獲得下列結果第一道鹼液處理工序後卡伯值為20.1最終紙漿亮度82.9％ISO游離度575ml CSF卡伯值1.2總得率39.6％過氧化物劑量消耗99.1％實施例3玉米秸稈—酸處理工序採用醋酸本例的目的是示範在本發明工藝中使用有機弱酸(例如醋酸)而獲得類似於採用無機強酸的結果。本例的條件與例1相同，除了在酸處理工序中採用醋酸代替硝酸，以及為達到初始pH值3.4加相當於ODF25％的酸。獲得下列結果第一道鹼液處理工序後卡伯值為20.1最終紙漿 亮度86.2％ISO游離度572ml CSF卡伯值1.5總得率38.2％過氧化物劑量消耗97.3％實施例4玉米秸稈—酸處理工序採用硫酸本例的目的是示範在本發明工藝酸處理工序中使用硫酸這種最廉價最流行的工業用酸，同時採用比木質纖維酸絡合作用更緩和的條件。本例的條件與例1相同，除了在酸處理工序中採用如下條件酸處理工序硫酸加到起始pH值1.5稠度6％溫度60℃時間30分鐘獲得下列結果第一道鹼液處理工序後卡伯值為20.5最終紙漿 亮度88.0％ISO游離度594ml CSF卡伯值1.7總得率35.7％過氧化物劑量消耗99.1％實施例5玉米秸稈—鹼處理工序採用氫氧化鉀本例的目的是示範在本發明工藝中從環境友好角度考慮使用氫氧化鉀的結果。本例的條件與例4相同，除了在鹼液提取工序中採用相當於ODF 15.6％的氫氧化鉀。獲得下列結果第一道鹼液處理工序後卡伯值為24.2最終紙漿 亮度84.6％ISO游離度570ml CSF卡伯值2.6總得率41.8％過氧化物劑量消耗94.8％
實施例6麥秸本例的目的是示範本發明工藝對其他有前景的農業廢棄物(本例是麥秸)的有效性。空氣中乾燥的麥秸被切斷成2～3英寸長。其他工藝條件與例4相同。獲得下列結果第一道鹼液處理工序後卡伯值為32.0最終紙漿 亮度70.0％ISO游離度476ml CSF卡伯值10.2總得率37.8％過氧化物劑量消耗98.6％正如預期，麥秸更密實更多果膠的性質使其在鹼液蒸煮工序的條件下更難以被鹼浸透且與之反應，結果卡伯值高於玉米秸稈的情況。卡伯值較高一般不允許達到最終較高亮度，而且最終卡伯值大大高於玉米秸稈的情況。經過細緻考慮，增加臭氧和/或過氧化物的使用，使最終亮度提高。同樣，也可以提高鹼液提取工序加鹼量以降低卡伯值到玉米秸稈所獲得的值20左右。還考慮採用切碎設備或其設備，用機械手段把麥稈結構打開，促使鹼與原料更好地反應，因此降低鹼液提取工序之後的卡伯值並改善最終亮度。
實施例7麥秸—在漂白工序採用二氧化氯漂白劑本例的目的是示範在本發明工藝漂白工序中其他可能使用的漂白劑。採用二氧化氯代替過氧化氫在如下條件進行漂白
二氧化氯漂白工序稠度3.5％初始pH值3溫度50℃二氧化氯劑量相當於ODF的3.1％反應時間60分鐘其他工藝條件與例4相同。獲得下列結果最終紙漿亮度52.6％ISO游離度426ml CSF卡伯值11.0總得率36.3％二氧化氯劑量消耗99.5％應用二氧化氯降低了卡伯值，提高了亮度，儘管在這一劑量下的效果不如過氧化物漂白。很清楚，可以使用更多的二氧化氯，而且考慮其量可以任選加倍，因此降低卡伯值，提高最終亮度至少到大約80ISO。
應該理解，本發明各種細節可以改變，只要不背離本發明的範圍。因此前述只是對本發明的說明，而不是對本發明的限制，本發明的範圍是由權利要求所界定的。
權利要求
1.一種適合於從非木本纖維原料造紙的製漿工藝，其工藝包括(a)提供一種非木本纖維原料；(b)採用一種鹼性製漿溶液在至少常壓下萃取非木本纖維原料；(c)採用酸溶液降低非木本纖維原料的pH值達到酸性pH值；(d)採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料；以及(e)採用漂白溶液處理非木本纖維原料形成紙漿。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，非木本纖維原料選白玉米秸稈、槿麻、工業用大麻、劍麻、黑麥稈、麥秸、稻秸、蔗渣、hesperaloe、亞麻及其混合物。
3.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述採用鹼性製漿溶液蒸煮非木本纖維原料發生在大約80～120℃溫度範圍。
4.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性製漿溶液包括鹼性氫氧化物製漿溶液。
5.如權利要求4所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性氫氧化物製漿溶液中鹼性氫氧化物劑量範圍為ODF的約10wt％～約30wt％。
6.如權利要求4所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性氫氧化物製漿溶液中的鹼性氫氧化物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化鈣及其混合物。
7.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，在工序(c)中pH值降低到大約1～3。
8.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述採用酸溶液降低非木本纖維原料的pH值達到酸性pH值的步驟發生在大約50～70℃範圍，反應時間在大約20～30分鐘。
9.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述酸溶液包括的酸選自無機酸、有機酸及其混合物。
10.如權利要求9所述的工藝，其特徵在於，所述酸選自硫酸、硝酸、磷酸、醋酸及其混合物。
11.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述酸溶液進一步包括絡合劑。
12.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述臭氧劑量為ODF的大約0.4wt％～1wt％。
13.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料獲得的紙漿，其卡伯值至少低達5。
14.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，採用漂白溶液處理非木本纖維原料的步驟發生在溫度至少大約100℃條件下，所述漂白溶液包括鹼性過氧化物漂白溶液。
15.如權利要求14所述的工藝，其特徵在於，所述溫度的範圍在大約105～110℃。
16.如權利要求14所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性過氧化物漂白溶液包括氫氧化鈉、過氧化氫、硫酸鎂、矽酸鈉和一種絡合劑。
17.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述漂白溶液包括二氧化氯或者其他含氯漂白溶液。
18.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，在採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料工序之後，和採用漂白溶液處理非木本纖維原料工序之前，進一步包括採用至少一個濾篩清洗非木本纖維原料的步驟。
19.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，在採用酸溶液降低非木本纖維原料pH值達到酸性pH值的工序之後，進一步調節非木本纖維原料稠度至少達到大約35％，然後，在採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料工序之前，再利用清洗或不清洗非木本纖維原料使之稀釋到較低稠度。
20.如權利要求19所述的工藝，其特徵在於，進一步稀釋具有酸性pH值的非木本纖維原料使之稠度大約在1％～30％。
21.如權利要求19所述的工藝，其特徵在於，非木本纖維原料的稠度範圍大約在3％～10％。
22.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，紙漿亮度至少在大約70％ISO。
23.如權利要求22所述的工藝，其特徵在於，紙漿亮度至少在大約80％ISO。
24.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，紙漿游離度至少在大約400mL CSF。
25.如權利要求24所述的工藝，其特徵在於，紙漿游離度至少在大約550mL CSF。
26.如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，紙漿卡伯值至少低達5。
27.如權利要求26所述的工藝，其特徵在於，紙漿卡伯值至少下降到大約5～大約1。
28.一種適合於從非木本纖維原料造紙的製漿工藝，該工藝包括(a)提供一種非木本纖維原料；(b)採用一種鹼性製漿溶液蒸煮非木本纖維原料，在壓力大約常壓到大約30psig、溫度大約常溫到大約150℃的條件下進行1～90分鐘；(c)採用酸溶液在大約常溫到大約90℃下，處理非木本纖維原料大約30～60分鐘，降低其pH值達到酸性pH值；(d)調節非木本纖維原料的稠度至少到大約35％，然後稀釋其到較低稠度；(e)採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料；以及(f)採用漂白溶液處理非木本纖維原料，形成卡伯值至少低達5、游離度至少約400mL CSF和亮度至少約70％ISO的紙漿。
29.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，非木本纖維原料選自玉米秸稈、槿麻、工業用大麻、劍麻、黑麥稈、麥秸、稻秸、蔗渣、hesperaloe、亞麻及其混合物。
30.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述採用鹼性製漿溶液蒸煮非木本纖維原料發生在大約80～120℃溫度範圍，反應時間大約在30～60分鐘。
31.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性製漿溶液包括鹼性氫氧化物製漿溶液。
32.如權利要求31所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性氫氧化物製漿溶液中鹼性氫氧化物劑量範圍為ODF的約10wt％～約30wt％。
33.如權利要求31所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性氫氧化物製漿溶液中的鹼性氫氧化物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化鈣及其混合物。
34.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，在工序(c)中pH值降低到大約1～3。
35.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述採用酸溶液處理非木本纖維原料的步驟發生在溫度大約50～70℃範圍，反應時間在大約20～30分鐘。
36.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述酸溶液包括的酸選自無機酸、有機酸及其混合物。
37.如權利要求36所述的工藝，其特徵在於，所述酸選自硫酸、硝酸、磷酸、醋酸及其混合物。
38.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述酸溶液進一步包括一種絡合劑。
39.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，在採用酸溶液降低非木本纖維原料pH值達到酸性pH值的工序之後，進一步調節非木本纖維原料稠度達到至少大約35％，然後，在採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料工序之前，再利用清洗或不清洗非木本纖維原料使之稀釋到較低稠度。
40.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，進一步稀釋經過步驟(c)形成的具有酸性pH值的非木本纖維原料，使之稠度範圍達到大約1％～30％。
41.如權利要求40所述的工藝，其特徵在於，非木本纖維原料的稠度範圍在大約3％～10％。
42.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述臭氧劑量為ODF的大約0.4wt％～1wt％。
43.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料獲得的紙漿，其卡伯值至少低達5。
44.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，採用漂白溶液處理非木本纖維原料的步驟發生在溫度至少大約100℃條件下，所述漂白溶液包括鹼性過氧化物漂白溶液。
45.如權利要求44所述的工藝，其特徵在於，所述溫度的範圍在大約105～110℃。
46.如權利要求44所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性過氧化物漂白溶液包括氫氧化鈉、過氧化氫、硫酸鎂、矽酸鈉和一種絡合劑。
47.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，所述漂白溶液包括二氧化氯或者其他含氯漂白溶液。
48.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，在採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料工序之後，和採用漂白溶液處理非木本纖維原料工序之前，進一步包括採用至少一個濾篩清洗非木本纖維原料的步驟。
49.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，紙漿亮度至少在大約80％ISO。
50.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，紙漿游離度至少在大約550mL CSF。
51.如權利要求28所述的工藝，其特徵在於，紙漿卡伯值至少下降到大約5～大約1。
52.一種適合於從非木本纖維原料造紙的製漿工藝，該工藝包括(a)提供一種非木本纖維原料；(b)採用一種鹼性氫氧化物製漿溶液蒸煮非木本纖維原料大約30～60分鐘，其條件為壓力大約從常壓到大約30psig、溫度大約從80℃到大約120℃，其中；鹼性氫氧化物製漿溶液中的鹼性氫氧化物劑量為ODF的大約10wt％～30wt％；(c)採用酸溶液在大約50℃到大約70℃下，處理非木本纖維原料大約20～30分鐘，降低其pH值達到大約1～3；(d)調節非木本纖維原料的稠度至少到大約35％，然後稀釋其到較低稠度；(e)在大約常溫下採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料大約5～15分鐘，其中臭氧劑量範圍大約為ODF的0.4wt％～1wt％；(f)採用至少一個濾篩清洗非木本纖維原料；以及(g)採用漂白溶液在溫度大約70～110℃條件下處理非木本纖維原料，形成卡伯值至少低達5、游離度至少大約400mL CSF和亮度至少大約80％ISO的紙漿。
53.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，非木本纖維原料選自玉米秸稈、槿麻、工業用大麻、劍麻、黑麥稈、麥秸、稻秸、蔗渣、hesperaloe、亞麻及其混合物。
54.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性氫氧化物溶液包括的鹼性氫氧化物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化鈣及其混合物。
55.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，所述酸溶液包括的酸選自無機酸、有機酸及其混合物。
56.如權利要求55所述的工藝，其特徵在於，所述酸選自硫酸、硝酸、磷酸、醋酸及其混合物。
57.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，所述酸溶液進一步包括一種絡合劑。
58.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，在採用酸溶液降低非木本纖維原料pH值達到酸性pH值的工序之後，進一步調節非木本纖維原料稠度達到至少大約35％，然後，在採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料工序之前，再通過清洗或不清洗非木本纖維原料使之稀釋到較低稠度。
59.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，進一步稀釋經過步驟(c)形成的具有酸性pH值的非木本纖維原料，使之稠度達到大約1％～30％。
60.如權利要求59所述的工藝，其特徵在於，非木本纖維原料的稠度範圍在大約3％～10％。
61.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，所述採用臭氧處理具有酸性pH值的非木本纖維原料獲得的紙漿，其卡伯值至少低達5。
62.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，所述採用漂白溶液處理非木本纖維原料的步驟發生在溫度至少大約100℃條件下，所述漂白溶液包括鹼性過氧化物漂白溶液。
63.如權利要求62所述的工藝，其特徵在於，所述溫度的範圍在大約105～110℃。
64.如權利要求62所述的工藝，其特徵在於，所述鹼性過氧化物漂白溶液包括氫氧化鈉、過氧化氫、硫酸鎂、矽酸鈉和一種絡合劑。
65.如權利要求52所述的工藝，其特徵在於，所述漂白溶液包括二氧化氯或者其他含氯漂白溶液。
全文摘要
一種適於從非木本纖維材料造紙的製漿工藝。具有代表性的非木本纖維材料包括玉米秸稈和麥秸。該工藝包括如下步驟:提供非木本纖維材料;採用鹼性製漿溶液在至少常壓下蒸煮(38,40)非木本纖維材料;採用酸溶液降低非木本纖維材料pH值(58)達到酸性pH值;用臭氧(214)處理具有酸性pH值的非木本纖維材料;以及用漂白溶液處理非木本纖維材料形成紙漿。
文檔編號D21C9/10GK1371439SQ00812212
公開日2002年9月25日 申請日期2000年8月21日 優先權日1999年8月30日
發明者羅伯特·W·赫特, 小梅德威克·V·伯德 申請人:北卡羅來納州立大學, 赫特諮詢公司