一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備紙基材料的方法與流程

2023-07-26 07:39:06

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漂白氫氧化鈉蒽醌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初具規模，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，在利用傳統化學漿製備傳統的紙和紙板的同時，開發系列製備紙基材料的新技術，將傳統造紙行業拓寬至新材料行業，是傳統造紙行業轉型升級的一個新的思路和途徑。

由於紙漿纖維挺而有彈性，未經打漿的紙漿中含有未分離的纖維束，這些纖維束挺硬，有的太長，有的太粗，缺乏必要的切短和分離，如用其抄紙，則所得產品疏鬆、多孔，表面粗糙、強度很低，不能滿足使用要求；因此，需要進行打漿處理，打漿是利用機械作用處理浮於水中的紙漿纖維，使其具有適應在造紙機上生產所要求的特性，並使所生產的紙張能達到預期質量的操作過程。打漿獲得的紙漿纖維應該具有良好的濾水性能，還應該使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。但是，現有的打漿方法都是使用單一的打漿度，不同打漿度對應的纖維的長度、分絲帚化程度的分布不同，難以同時保證良好的濾水性能和物理強度。

另外，為提高紙張的平滑度、不透明度等光學性能指標，通常要向漿料中添加填料，如輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣或滑石粉等，因此，填料在紙漿中是除漿料外的第二大原料。但加入填料後，紙張的施膠厚、挺度和強度都會下降，特別是通過超壓的紙，下降幅度更大。此外，添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。但是大量化學品的加入，使成紙裡含有化學品，部分紙張使用過程中存在潛在的安全隱患、有些化學品的加入使得紙張不易降解，會對環境造成一定的危害。

本申請發明人在前期的研究中提供了一種速生楊的硫酸鹽漿生物化學法ECF漂白工藝(ZL201310300120.9)，將用硫酸鹽法蒸煮好的速生楊化學漿經過生物酶預處理後，然後進行一段氧脫木素O1，或一段強化氧脫木素Op，或一段氧脫木素O1和一段強化氧脫木素O2p，隨後進行二氧化氯漂白D段，然後螯合處理Q段，最後進行一段過氧化氫漂白P段，總的漂序為XODQP，XOpDQP、XOpO2pDQP這種漂白工藝，在漂白紙漿結束後不產生有害的物質，漂白後的紙漿性能優良，紙漿白度可達到86％ISO左右，比無元素氯漂白後的紙漿白度高、穩定性更高。

技術實現要素：

針對上述現有技術，本發明的目的是提供一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備紙基材料的方法。本發明在前期研究的基礎上，利用速生楊的氫氧化鈉蒽醌漿生物化學法ECF的漂白工藝獲得的高性能高白度紙漿，為進一步的改善紙漿的成紙性能，採用梯度打漿技術和自添加技術，獲得了系列高強度的紙基材料的製備新技術。

為實現上述目的，本發明採用下述技術方案：

本發明的第一方面，提供一種紙漿的打漿方法，步驟如下：

(1)利用速生楊的氫氧化鈉蒽醌漿生物化學法ECF的漂白工藝製備紙漿；

(2)對製備的紙漿進行梯度打漿，得到三種打漿度的紙漿，其中：第一種紙漿的打漿度為10-30°SR，第二種紙漿的打漿度為30-55°SR，第三種紙漿的打漿度為55-70°SR。

步驟(1)中，速生楊的氫氧化鈉蒽醌漿生物化學法ECF的漂白工藝參考專利ZL201310300120.9進行。

步驟(2)中，優選的，打漿度分三種，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65-70°SR。

本發明的第二方面，提供一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備紙基材料的方法，步驟如下：

(1)按上述紙漿的打漿方法進行打漿，製得三種打漿度的紙漿；

(2)將第一種紙漿、第二種紙漿和第三種紙漿按質量比(5-30)：(60-85):(5-20)混合，得混合漿料；

(3)將混合漿料抄製成型或壓製成型，得到紙基材料。

優選的，步驟(2)中，將第一種紙漿、第二種紙漿和第三種紙漿按質量比(10-20)：(65-70):(15-20)混合。

上述方法製備得到的紙基材料也是本發明的保護範圍。

所述紙基材料為生活用紙基材料、環保包裝紙基材料和白卡原紙紙基材料。

優選的，所述紙基材料為生活用紙基材料。

所述生活用紙基材料包括：面巾紙、衛生紙、擦手紙、擦鏡紙等。

本發明的設計構思為：針對單一的打漿度難以同時保證濾水性能和物理強度的問題，本發明首次提出採用梯度打漿，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。

另外，本發明的梯度打漿所針對的對象為速生楊的氫氧化鈉蒽醌漿生物化學法ECF漂白工藝製備的紙漿，相對於傳統的化學法製備的紙漿更為節能，這是由於本發明所採用的紙漿經過木聚酶的處理，紙漿中的半纖維素少部分降解，漂白藥液更深入浸透時使得纖維軟化，更容易打漿更節能，這就避免了由梯度打漿可能帶來的能耗的增加。

本發明還對梯度打漿的分級、每一級打漿時對於打漿度的控制進行了優化考察，結果發現：分三個梯度進行打漿，第一級的打漿度控制為10-30°SR，該級漿料的紙漿纖維較長、分絲帚化的程度較輕，在紙基材料中起到一定的支撐作用，保證了紙基材料製備過程中具有良好的濾水性能；第二級的打漿度控制為30-55°SR，該級漿料的紙漿纖維有所切斷，纖維的分絲帚化較好，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，控制在60％以上；第三級的打漿度控制為55-70°SR，該級漿料的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，從而保證了製備的紙基材料的整體強度；而且由於其柔軟且細的特性，它不會堵塞纖維網絡，因而可以提升紙張的密度。而該漿種特別適合生產生活用紙，提高生活用紙的抗張強度。上述三個打漿梯度的劃分，其製備的紙基材料的整體物理性能較優，減少或增加打漿梯度，都會使製備的紙基材料的物理性能有所下降。

而且，打漿度為55-70°SR的漿料還能夠起到填充紙基材料空隙的作用，可以代替常規紙張抄制過程中大部分化學品填料的添加，製成的紙基材料強度高且易降解，避免了因填料的添加導致的紙張容易掉粉、掉毛的問題，並減少了化學品的加入，使得紙基材料的製備更加環保。

此外，將上述三種打漿度的漿料進行混合，第一種紙漿、第二種紙漿和第三種紙漿的質量比為(10-25)：(65-80):(5-10)時，製備的紙基材料具有較高的撕裂指數和耐破指數，可以適用於很多特殊的場合使用，特別是生活用紙基材料的製備，例如面巾、擦鏡紙等。

由於採用三種打漿度的混合漿料製備紙基，不同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緊度與打漿、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。而本發明針對特定的原料，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，簡化了紙基材料的製備流程。

本發明的有益效果為：

(1)本發明中採用梯度打漿的方法，將不同打漿度的紙漿纖維混合，可以保證紙基材料在製備過程中具有良好的濾水性能，且可以使製備得到的紙基材料具有較高的強度。

(2)採用打漿度較高的紙漿纖維代替紙張製備過程中大部分化學品的添加，使紙基材料的製備更加環保，製備的紙基材料更易降解。

(3)本發明通過不同打漿度的漿料的比例，製備得到的紙基適合製備多種類型的紙基，特別是生活用紙基材料的製備。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

本發明實施例中所採用的分析方法如下：

白度的測定：紙漿經纖維疏解器疏解後，在布氏漏鬥上抄成紙片，風乾後用YQ—Z—48B Z—48B白度儀測定；

耐折次數：用中國產的MIT耐折度測試儀進行測定。

耐破指數：用瑞典公司L&W生產的耐破度測試儀進行測定。

裂斷長：用瑞典公司L&W生產的抗張測試儀進行測定。

撕裂指數：用美國公司TMI生產的撕裂度測試儀進行測定。

其餘未詳盡說明的實驗方法均為本領域的常規實驗方法。

實施例1 一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌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ZL 201310300135.5「一種速生楊的氫氧化鈉蒽醌漿生物化學法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86.3％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15°SR、35°SR、55°SR。

白度86.3％ISO的紙漿的具體製備方法為：

1)蒸煮：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。

2)木聚糖酶預處理：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。

3)ECF漂白：上述經過酶處理的紙漿進行漂白，漂白工序為ODQP、OPDQP或O1O2PDQP三種漂序之一，漂白工序的步驟為：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Q段螯合處理；Q段螯合處理結束後，對紙漿進行洗滌，然後進行P段H2O2漂白，完成。

(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、55°SR的紙漿纖維原料混合比例25:65:10(質量比)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1，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1 速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備生活用紙基材料的物理性能指標比較

實施例2 一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌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)採用實施例1製備的白度為86.3％ISO的紙漿，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比例15:70:15(質量比)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2，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2 速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備生活用紙基材料的物理性能指標比較

實施例3 一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備紙基材料的方法，該實施例製備環保包裝紙基材料。

步驟如下：

(1)採用實施例1製備的白度為86.3％ISO的紙漿，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25°SR、45°SR、65°SR。

(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比例15:80:5(質量比)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，選擇打漿度45°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3，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3 速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備環保包裝紙基材料的物理性能指標比較

實施例4 一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備紙基材料的方法，該實施例製備環保包裝紙基材料。

步驟如下：

(1)採用實施例1製備的白度為86.3％ISO的紙漿，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比例20:70:10(質量比)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，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4，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4 速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備環保包裝紙基材料的物理性能指標比較

實施例5一種速生楊的生物化學法ECF漂白氫氧化鈉蒽醌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)採用實施例1製備的白度為86.3％ISO的紙漿，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、45°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、45°SR、60°SR的紙漿纖維原料混合比例10:80:10(質量比)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，選擇打漿度45°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漂白氫氧化鈉蒽醌漿製備白卡原紙紙基材料物理性能指標比較

實施例6：

為保證成紙性能的可比性，以實施例1中製備的紙漿作為原料，分別採用兩種方法進行實驗，具體如下：

方法一：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、44°SR、65°SR，按質量比為15:75:10進行混合，製得混合漿料，然後抄製成定量為60g/m2的紙張。

方法二：將紙漿利用PFI磨進行精確磨漿，使得紙漿的打漿度為44°SR，然後抄製成定量為60g/m2的紙張。

對其耐折度、耐破度、撕裂指數、裂斷長等物理性能進行檢測，結果如表6。

表6：成紙性能比較

上述雖然結合本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍內。