一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH‑AQ漿製備紙基材料的方法與流程

2023-10-10 08:29:09

本發明屬於造紙技術領域，具體涉及一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備紙基材料的方法。

背景技術：

2012年以來，我國紙和紙板的總產量已超過全球產量的四分之一，穩居世界第一。隨著我國造紙工業的快速發展，木材生物質已成為我國製漿造紙工業的主要原材料，約佔造紙纖維原料的60％。隨著製漿造紙工業生產技術水平的不斷提高，闊葉木在製漿造紙中所佔的比重不斷加大。當前，我國北方的大規模速生楊林已出具規模，為製漿造紙工業的發展儲備了良好的原料。隨著社會和科技的發展，利用木質纖維造紙原料的組分分離技術，將其分離製備傳統化學漿的除將其用於製備傳統的紙和紙板的同時，再開發系列製備紙基材料的新技術，把傳統造紙行業拓寬至新材料行業，為傳統的造紙行業的轉型升級拓寬了新的思路和途徑。

造紙的過程主要分為製漿和造紙兩個基本過程。現在生產中通常將單一原料紙漿或混合原料紙漿經簡單打漿後，再往紙漿中加入改善紙張性能的填料、膠料、施膠劑等各種輔料，然後進行抄製成型或壓製成型。其中，造紙填料是指在紙漿內加入的一些基本不溶於水的固體微粒，加入的目的是改善紙張的不透明度、亮度、平滑度、柔軟性、均勻性和尺寸穩定性。還可以使紙張的手感好，降低其吸溼性，減少纖維用量。加入填料的紙漿容易脫水、易乾燥、可減少能源消耗，降低造紙成本。但是，加填料的紙張容易掉粉、掉毛，這些缺點還需要通過加強劑和表面施膠得到彌補。大量化學品的加入，使紙張的提高或改變的同時，會對使用和環境或多或少造成一定的危害。

目前關於速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿採用常規造紙技術製備得到的紙基材料存在製備成紙後的各項物理指標相對較低的問題，尤其是在製備白卡紙上，白卡紙在白度、挺度、耐破度和平滑度等有較高的要求。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發明採用梯度打漿技術和自添加技術兩項關鍵技術，採用抄製成型和壓製成型兩種方法製備高級紙基材料的新方法，獲得了系列高強度的紙基材料的製備新技術。

本發明採用的技術方案如下：

本發明的第一個目的是提供一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備紙基材料的方法，包括以下步驟：

將速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿分別進行梯度打漿，第一種紙漿的打漿度為10～25°SR，第二種紙漿的打漿度為30～55°SR，第三種紙漿的打漿度為60～70°SR；

然後將製備好的三種梯度的紙漿按照質量比例15～30：65～80：5～10進行混合均勻後製備紙基材料。

由於不同的打漿度所需能耗不同，本發明可根據所需紙基材料的特性，按比例進行混合均勻後製備紙基材料，能夠起到在保證達到所需紙基材料的性能時，使能源消耗最低。

優選的，所述第一種紙漿的打漿度為15～25°SR，第二種紙漿的打漿度為35～50°SR，第三種紙漿的打漿度為60～65°SR。

優選的，根據本發明特定的紙漿原料，為使得製備得到的紙基材料的物理性能較佳，第一種紙漿、第二種紙漿和第三種紙漿的質量比例為20～30：65～75：5～10。

最優選的，第一種紙漿、第二種紙漿和第三種紙漿的質量比例為25：70：5。

優選的，所述速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿的製備方法引用專利ZL201310301253.8中的製備方法。

速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿的製備方法，包括以下步驟：

(1)蒸煮：取速生楊木片，放入蒸煮鍋中蒸煮，得原漿，然後進行洗滌、篩選，得紙漿；

(2)木聚糖酶預處理；

(3)ECF漂白：上述經過酶處理的紙漿進行漂白，漂白工序為ODED，步驟為：首先，對經過酶處理的紙漿進行脫氧木素或強化脫氧木素；氧脫木素結束後，對紙漿進行洗滌，然後進行D段二氧化氯漂白；D段二氧化氯漂白結束後，對紙漿進行洗滌，然後進行E段；E段結束後，對紙漿進行洗滌，然後進行第二個D段，完成。

具體參數為：氧脫木素工藝為：漿濃10％，NaOH用量2.5％，氧壓0.6MPa，溫度100℃，時間80min，MgSO4用量0.5％；D段：ClO2用量為0.5％，初始pH值5，溫度70℃，漿濃10％，時間120min；E段：NaOH用量2％，漿濃10％，溫度70℃；第二個D段：ClO2用量為0.5％，初始pH值5，溫度70℃，漿濃10％，時間120min。

所述蒸煮的具體方式為：取長度15～25mm、寬度10～20mm、厚度3～5mm的速生楊木片，自然風乾後，進行蒸煮，製得速生楊氫氧化鈉蒽醌原漿，蒸煮的條件是：用鹼量22％，對絕幹原料，NaOH計；AQ用量0.05％，液比1:4，蒸煮最高溫度165℃，在105℃時進行放氣10-15min，升溫時間90min，保溫時間90min；蒸煮後漿料經洗滌、篩選，得紙漿，紙漿的卡伯值16～21。

所述木聚糖酶預處理的具體方式為：調整紙漿濃度為10％，然後用木聚糖酶X1、X2或X3進行處理，在處理過程中，每間隔10～15min揉搓一次；處理後取出，放入沸水浴中10min，使木聚糖酶失活終止反應，用自來水清洗紙漿。

所述木聚糖酶X1、X2或X3進行處理的具體工藝條件如下：聚糖酶X1的工藝條件是：酶用量10IU/L，溫度50℃，pH8-9，時間90-120min；木聚糖酶X2的工藝條件是：酶用量8IU/g，溫度55℃，pH8-9，時間90-120min；木聚糖酶X3的工藝條件是：酶用量10IU/g，溫度50℃，pH8-9，時間120min。

優選的，得到混合均勻的紙漿後，採用抄製成型或壓製成型製備紙基材料。抄製成型和壓製成型是造紙技術領域中常規的技術。

本發明的第二個目的是提供一種採用上述方法製備得到的紙基材料。該紙基材料可為生活用紙基材料和白卡原紙紙基材料。

優選的，採用本發明的方法更加適合製備白卡原紙，得到的白卡原紙均勻平整，厚薄一致，不掉粉。

本發明的第三個目的是提供一種梯度混合紙漿在製備白卡原紙中的應用，所述梯度混合紙漿的製備方法如下：將速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿分別進行梯度打漿，第一種紙漿的打漿度為10～25°SR，第二種紙漿的打漿度為30～55°SR，第三種紙漿的打漿度為60～70°SR；

然後將製備好的三種梯度的紙漿按照質量比例15～30：65～80：5～10進行混合均勻後得到梯度混合紙漿。

優選的，所述第一種紙漿的打漿度為15～25°SR，第二種紙漿的打漿度為35～50°SR，第三種紙漿的打漿度為60～65°SR；

優選的，第一種紙漿、第二種紙漿和第三種紙漿的質量比例為20～30：65～75：5～10；

進一步優選的，第一種紙漿、第二種紙漿和第三種紙漿的質量比例為25：70：5。

白卡紙因其白度高、強度大成為一種應用廣泛的包裝用紙，其由多層白卡原紙結合構成，經多輥壓光製造出來的一種紙張。一般打漿後需要在漿液中添加填料和助劑。

採用本發明的方法製備得到的白卡原紙，有較高的挺度、耐破度和平滑度。

由於本發明中採用的紙漿是生物化學法漂白所得速生楊化學漿，紙漿漂白過程中經過生物酶的作用，紙漿纖維的柔軟性增強，打漿過程能耗明顯降低，打漿後的紙漿的保持了較好的柔軟性和可抄造性。

梯度打漿的目的是使紙漿在製備紙基材料時既要保持紙漿纖維良好的濾水性能，還要使得紙漿纖維裸露足夠多的羥基使成型紙基材料擁有足夠多的氫鍵、共價鍵結合，使得紙基材料形成一個交錯的鏈狀網絡結構，確保成型紙基材料優良的物理強度。這在生產白卡原紙發揮了顯著的作用。

打漿度與纖維結合力、裂斷長、耐折度、撕裂度、挺度、平滑度等具有複雜的關係，對於不同的紙漿種類，這種關係並沒有特定的規律，所以需要經過大量的試驗進行研究摸索，得到製備紙基材料較佳的打漿度。針對特定的速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿，本發明優化得到三種梯度的打漿度和其各自的含量比例，不同配比和梯度打漿度的漿料之間起到協同互補的作用，對打漿度的要求降低，可以避免打漿條件控制不好，易出現定量不均的問題。由於傳統製備的紙基的物理性能與打漿、填料的加入量和填料的留著率有較大的關係，如果要製備一種特定的紙基，需要把握好每個環節。而經研究，針對特定的原料，本發明通過調控打漿梯度和其各自的含量能夠製備理想的紙基材料。

本發明針對特定的速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿，經分析研究，打漿度(10～25°SR)較低的紙漿纖維較長、分絲帚化程度較輕，在紙基材料中起到一定的支撐作用，並保證紙基材料製備過程中良好的濾水性能，這部分紙漿纖維的用量一般在15％～30％；打漿度(30～55°SR)適中的紙漿纖維有所切斷，纖維分絲帚化較好，在製備紙基材料過程中，起到將纖維緊密交織結合的作用，這部分紙漿纖維的用量所佔比例最大，一般是65～80％；打漿度(60～70°SR)較高的紙漿纖維，纖維本身的切斷較多、分絲帚化程度很高，纖維變細短小，裸露出的羥基和氫鍵更多，在製備紙基材料過程中，起到連結交織更多的氫鍵和共價鍵、填充紙基材料空隙的作用，這部分紙漿纖維的用量所佔比例較少，一般是5～10％。

自添加技術是指，不需要額外的添加劑，只需將化學漿分別進行梯度打漿，部分少量化學漿的打漿度提高，纖維變的短細小，按照一定比例配合，可代替添加劑的使用。

上述技術方案具有如下有益效果：

(1)在造紙過程中，本發明採用梯度打漿技術和自添加技術兩項關鍵技術，解決了現有技術中單一打漿技術和混合多種原料打漿的不足，避免了額外添加劑的使用。

(2)本發明的梯度打漿技術和自添加技術製備得到的紙基材料的各項物理性能優異，尤其是製備白卡原紙。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明。

實施例1

一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備紙基材料的方法，該實施例製備白卡原紙紙基材料，該白卡原紙材料可直接作為環保包裝紙基材料。

步驟如下：

(1)將專利ZL201310301253.8「一種速生楊的NaOH-AQ漿生物化學法ECF漂白工藝」技術獲得的高性能無元素氯速生楊漂白化學漿，紙漿白度86.2％ISO，取三份紙漿利用PFI磨進行精確磨漿，使得紙漿的打漿度分別是25°SR、45°SR、65°SR。

其中，紙漿白度為86.2％ISO的化學漿的製備方法，包括以下步驟：

1)蒸煮：取速生楊木片，放入蒸煮鍋中蒸煮，得原漿，然後進行洗滌、篩選，得紙漿；

所述蒸煮的具體方式為：取長度15～25mm、寬度10～20mm、厚度3～5mm的速生楊木片，自然風乾後，進行蒸煮，製得速生楊氫氧化鈉蒽醌原漿，蒸煮的條件是：用鹼量22％，對絕幹原料，NaOH計；AQ用量0.05％，液比1:4，蒸煮最高溫度165℃，在105℃時進行放氣10min，升溫時間90min，保溫時間90min；蒸煮後漿料經洗滌、篩選，得紙漿。

2)木聚糖酶預處理；

所述木聚糖酶預處理的具體方式為：調整紙漿濃度為10％，然後用木聚糖酶X1進行處理，在處理過程中，每間隔15min揉搓一次；處理後取出，放入沸水浴中10min，使木聚糖酶失活終止反應，用自來水清洗紙漿；

木聚糖酶X1的工藝條件是：酶用量10IU/L，溫度50℃，pH8-9，時間90-120min。

3)ECF漂白：上述經過酶處理的紙漿進行漂白，漂白工序為ODED，步驟為：首先，對經過酶處理的紙漿進行氧脫木素；氧脫木素結束後，對紙漿進行洗滌，然後進行D段二氧化氯漂白；D段二氧化氯漂白結束後，對紙漿進行洗滌，然後進行E段；E段結束後，對紙漿進行洗滌，然後進行第二個D段，完成；

具體參數為：氧脫木素工藝為：漿濃10％，NaOH用量2.5％，氧壓0.6MPa，溫度100℃，時間80min，MgSO4用量0.5％；D段：ClO2用量為0.5％，初始pH值5，溫度70℃，漿濃10％，時間120min；E段：NaOH用量2％，漿濃10％，溫度70℃；第二個D段：ClO2用量為0.5％，初始pH值5，溫度70℃，漿濃10％，時間120min；

(2)把打漿或磨漿備漿好的紙漿纖維按照打漿度25°SR、45°SR、65°SR的紙漿纖維原料混合質量比例15:75:10經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型120g/m2環保包裝紙基材料。

(3)與此同時，a、選擇打漿度45°SR的100％的紙漿纖維原料，b、選擇打漿度為25°SR、45°SR的紙漿原料，按照質量比例20：80混合；

上述原料經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型120g/m2環保包裝紙基材料，做對比樣用。

(4)將以上兩種成型的120g/m2環保包裝紙基材料放到電熱烘缸上進行烘乾，然後放到乾燥器中平衡環保包裝紙基材料的水分，使其水分保持在8％，然後測定紙基材料的物理強度。

(5)所得環保包裝紙基材料的各項指標如表1，在相同紙漿纖維原料下，按照梯度打漿製備的環保包裝紙基材料的各項指標優於常規條件下單一打漿度的紙漿纖維原料製備的環保包裝紙基材料。

表1 速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備環保包裝紙基材料的物理性能指標比較一覽表

實施例2 一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備紙基材料的方法，該實施例製備白卡原紙紙基材料，該白卡原紙材料可直接作為環保包裝紙基材料。

步驟如下：

(1)將專利ZL201310301253.8「一種速生楊的NaOH-AQ漿生物化學法ECF漂白工藝」技術獲得的高性能無元素氯速生楊漂白化學漿(採用實施例1中所述的化學漿)，取三份紙漿利用PFI磨進行精確磨漿，使得紙漿的打漿度分別是20°SR、40°SR、60°SR。

(2)把打漿或磨漿備漿好的紙漿纖維原料按照打漿度20°SR、40°SR、60°SR的紙漿纖維原料混合質量比例20:70:10經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型130g/m2環保包裝紙基材料。

(3)與此同時，a、選擇打漿度40°SR的100％的紙漿纖維原料，b、選擇打漿度為20°SR、40°SR的紙漿原料，按照質量比例30：70混合；上述原料經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型130g/m2環保包裝紙基材料，做對比樣用。

(4)將以上兩種成型的130g/m2環保包裝紙基材料放到電熱烘缸上進行烘乾，然後放到乾燥器中平衡環保包裝紙基材料的水分，使其水分保持在8％，然後測定紙基材料的物理強度。

(5)所得環保包裝紙基材料的各項指標如表2，在相同紙漿纖維原料下，按照梯度打漿製備的環保包裝紙基材料的各項指標優於常規條件下單一打漿度的紙漿纖維原料製備的環保包裝紙基材料。

表2 速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備環保包裝紙基材料的物理性能指標比較一覽表

實施例3 一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備紙基材料的方法，該實施例製備生活用紙基材料。

步驟如下：

(1)將專利ZL201310301253.8「一種速生楊的NaOH-AQ漿生物化學法ECF漂白工藝」技術獲得的高性能無元素氯速生楊漂白化學漿(採用實施例1中所述的化學漿)，取三份紙漿利用PFI磨進行精確磨漿，使得紙漿的打漿度分別是15°SR、35°SR、60°SR。

(2)把打漿或磨漿備漿好的紙漿纖維原料按照打漿度15°SR、35°SR、60°SR的紙漿纖維原料混合質量比例20:70:10經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型30g/m2生活用紙基材料。

(3)與此同時，選擇打漿度35°SR的100％的紙漿纖維原料，經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型30g/m2生活用紙基材料，做對比樣用。

(4)將以上兩種成型的30g/m2生活用紙基材料放到電熱烘缸上進行烘乾，然後放到乾燥器中平衡生活用紙基材料的水分，使其水分保持在8％，然後測定紙基材料的物理強度。

(5)所得生活用紙基材料的各項指標如表3，在相同紙漿纖維原料下，按照梯度打漿製備的生活用紙基材料的各項指標優於常規條件下單一打漿度的紙漿纖維原料製備的生活用紙基材料。

表3 速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備生活用紙基材料的物理性能指標比較一覽表

實施例4 一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備紙基材料的方法，該實施例製備生活用紙基材料。

步驟如下：

(1)將專利ZL201310301253.8「一種速生楊的NaOH-AQ漿生物化學法ECF漂白工藝」技術獲得的高性能無元素氯速生楊漂白化學漿(採用實施例1中所述的化學漿)，取三份紙漿利用PFI磨進行精確磨漿，使得紙漿的打漿度分別是20°SR、40°SR、60°SR。

(2)把打漿或磨漿備漿好的紙漿纖維原料按照打漿度20°SR、40°SR、60°SR的紙漿纖維原料混合質量比例15:70:15經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型35g/m2生活用紙基材料。

(3)與此同時，選擇打漿度40°SR的100％的紙漿纖維原料，經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型35g/m2生活用紙基材料，做對比樣用。

(4)將以上兩種成型的35g/m2生活用紙基材料放到電熱烘缸上進行烘乾，然後放到乾燥器中平衡生活用紙基材料的水分，使其水分保持在8％，然後測定紙基材料的物理強度。

(5)所得生活用紙基材料的各項指標如表4，在相同紙漿纖維原料下，按照梯度打漿製備的生活用紙基材料的各項指標優於常規條件下單一打漿度的紙漿纖維原料製備的生活用紙基材料。

表4 速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備生活用紙基材料的物理性能指標比較一覽表

實施例5 一種速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備紙基材料的方法，該實施例製備白卡原紙紙基材料。

步驟如下：

(1)將專利ZL201310301253.8「一種速生楊的NaOH-AQ漿生物化學法ECF漂白工藝」技術獲得的高性能無元素氯速生楊漂白化學漿(採用實施例1中所述的化學漿)，取三份紙漿利用PFI磨進行精確磨漿，使得紙漿的打漿度分別是20°SR、40°SR、60°SR。

(2)把打漿或磨漿備漿好的紙漿纖維按照打漿度20°SR、40°SR、60°SR的紙漿纖維原料混合質量比例10:80:10經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型120g/m2白卡原紙紙基材料。

(3)與此同時，a、選擇打漿度40°SR的100％的紙漿纖維原料，b、選擇打漿度為20°SR、40°SR的紙漿原料，按照質量比例20：80混合；

上述原料經纖維疏解器疏解使其均勻混合，然後在紙頁成型器上壓製成型120g/m2白卡原紙紙基材料，做對比樣用。

(4)將以上兩種成型的120g/m2白卡原紙紙基材料放到電熱烘缸上進行烘乾，然後放到乾燥器中平衡白卡原紙紙基材料的水分，使其水分保持在8％，然後測定紙基材料的物理強度。

(5)所得白卡原紙紙基材料的各項指標如表5，在相同紙漿纖維原料下，按照梯度打漿製備的白卡原紙紙基材料的各項指標優於常規條件下單一打漿度的紙漿纖維原料製備的白卡原紙紙基材料。

表5 速生楊的生物化學法ECF漂白NaOH-AQ漿製備白卡原紙紙基材料物理性能指標比較一覽表

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。