構樹莖皮汽爆脫膠製備宣紙等紙漿的方法
2023-04-27 02:11:01
專利名稱：：構樹莖皮汽爆脫膠製備宣紙等紙漿的方法
技術領域：
：本發明屬於韌皮纖維利用領域，特別涉及構樹莖皮汽爆脫膠清潔製備宣紙等優質紙漿的方法。
背景技術：
：構樹又名楮實子、楮樹、沙紙樹、谷木、谷漿樹，系桑科，構樹屬，多年生落葉喬木，樹高可達16米。構樹韌皮纖維比麻類還要細的多，且強度高，韌性好，作為我國特種長纖維原料，主要用於生產各種高檔專用紙張。從蔡倫開始，構樹就成為製造優質紙的上佳原料，因此古人稱紙為"楮先生"或"楮"。隨著時代的發展，構樹逐步廣泛用於製造新聞紙、禮品包裝紙、宣紙等各種紙型，就連質量要求很高的印鈔紙，其主要原料也是構樹皮纖維。構樹為陽性樹種，適應環境能力極強，既耐乾旱瘠薄，又耐乾冷溼熱氣候，在酸性土、中性土、石灰質土、山石坡積、石縫及硝壁上和水邊、低溼地都能良好生長。因此構樹的分布非常廣泛，在我國的華北、華中、華南、西南、西北各省都有分布，尤其是南方地區極為常見。在秦嶺的南北坡、黃河、長江的上遊地區，垂直分布達到海拔1600m以上。正因為構樹兼具品質優良和易於生長的特點，它便成為造紙業原材料的首選樹種。目前，我國造紙業進入了高速發展的新階段，中國造紙全行業產量以18.1%的增幅列亞洲之首。一方面，本國紙業迅速發展，另一方面，我國仍是世界上最大的紙貿易淨進口國，特別是木漿和廢紙等纖維原料進口巨大。2002年，中國木漿的進口量已經躍居世界第一，佔全球總淨出口量的20.6V是第二名德國的1.4倍，日本的2.2倍。2004年紙製品已經成為我國僅次於石油和鋼材的第三大用匯商品。中國優質紙漿的需求量具有相當的增長空間。造紙業是目前我國國內少有的不能滿足國內市場需求的行業。據預測，到2015年，我國紙及紙板的消費量將在8000萬噸左右。如果要達到發達國家木漿使用比例90%的標準，到2010年中國年所需木漿將達到1億噸。3造紙行業的首要問題是黑液汙染，構樹莖皮造紙也不例外，目前構樹莖皮造紙一般釆用化學紙漿法。所謂化學紙漿就是用化學方法，儘可能地脫除植物纖維原料中是纖維粘合在一起的胞間層木素，使纖維細胞分離或易於分離，成為紙漿，也必須使纖維細胞壁中的木素含量適當降低，同時要求纖維素溶出最少，半纖維素有相應的保留。主要的化學製漿法有兩類一類是鹼法(燒鹼法和硫酸鹽法);另一類是亞硫酸鹽法。化學紙漿法都要經過高溫蒸煮的過程，這樣不僅要排放大量的黑液而且能耗也高。隨著紙品高檔化趨勢和產業結構的升級以及環保的要求，需要開發新的清潔高效的製漿技術。構樹莖皮的主要成分為纖維素、半纖維素、果膠和木質素，見表l。其中纖維素含量一般為40-50%，半纖維素、木質素、水溶物和果膠的含量約50%。其組分與麻類纖維非常相似，表l列出了構樹莖皮、大麻、薴麻、亞麻和楊木的組分對比(單位為％)。從表1可以看出構樹莖皮組分特點是除纖維素含量高外，果膠含量也較高，而木質素含量相對於木材低得多，因此，我們可以借鑑麻纖維脫膠、漂白製備紡織纖維的思路，對構樹莖皮先進行汽爆處理，脫除其中的大部分果膠和半纖維素，再經過漂洗和漂白去除其中的木質素和其他物質得到紙漿，事實上汽爆過程同時將構樹的外表皮(黑皮)與內層韌皮完全分離，經漂洗可去除外表皮的黑色組織，減少了外表皮黑色組織對製漿過程的負面影響，而且也將莖皮纖維撕裂成鬆散結構，使漂白過程化學藥品的充分滲透，提高紙漿白度。表1構樹莖皮、大麻、薴麻、亞麻、楊木成份一覽表tableseeoriginaldocumentpage4蒸汽爆破是釆用空氣、水蒸汽等介質對植物進行爆破。由於植物細胞壁由纖維素等物質組成，易受高壓空氣膨脹吋的衝擊而破裂，同時水蒸汽易浸入植物細胞中，使成分軟化，產生一系列的化學變化，從而削弱了纖維間的粘結。蒸汽爆破後纖維素充分暴露，變成結構疏鬆、柔軟的立體狀組織。汽爆處理使得構樹莖皮纖維中80%的果膠和半纖維素降解，木質素部分降解，同時將構樹的外表皮(黑皮)與內層韌皮完全分離，經漂洗可去除外表皮的黑色組織，減少了外表皮黑色組織對製漿過程的負面影響，而且汽爆過程將莖皮纖維撕裂成鬆散結構，使漂白過程化學藥品的充分滲透，提高紙漿白度。本方法不僅降低了構樹莖皮造紙的工業化成本，避免了化學法製漿造成環境汙染，而且此方法可提高紙漿的得率和品質。
發明內容本發明的目的本發明的目的是針對構樹莖皮化學製漿工藝汙染環境和能耗高的缺點，提供一種構樹莖皮汽爆脫膠的清潔製漿工藝。技術方案本發明提供的構樹莖皮汽爆脫膠清潔製備優質紙漿的方法，包括如下步驟(1)蒸汽爆破對收集的構樹莖皮在0.71.3MPa壓力下維壓25min進行蒸汽爆破處理；(2)汽爆莖皮漂洗:對汽爆後原料用5-10倍的水進行漂洗，去除降解的果膠、半纖維素、木質素和構樹外皮層黑色組分；(3)汽爆莖皮漂白採用兩段漂白技術，第一階段漂白液的組成為1%Na2Si03、2%H202、2%NaOH，第二段漂白液的組成為-l%Na2Si03、1%H202、l%NaOH，均在50-7(TC下，各漂1-3h，固液比1/10-1/20;(4)後處理工藝漂白後構樹莖皮漿料根據不同紙張的需求，進一步經過打漿或磨漿後可製備宣紙和印鈔紙等高檔產品。技術特點本專利的核心是構樹莖皮的清潔製漿技術，通過無汙染蒸汽爆破技術對構樹莖皮進行脫膠處理，再經漂洗、漂白後製得優質的紙槳，該技術不僅降低了構樹莖皮造紙的工業化成本，避免了化學法製漿造成環境汙染，而且可提高紙漿的得率和品質，為構樹莖皮的高值化利用提供了新途徑，經濟前景廣闊。具體實施例方式實施例1:(1)蒸汽爆破對收集的構樹莖皮在0.8MPa壓力下維壓5min進行蒸汽爆破5處理；(2)汽爆莖皮漂洗對汽爆後原料用IO倍的水進行漂洗，去除降解的果膠、半纖維素、木質素和構樹外皮層黑色組分；(3)汽爆莖皮漂白採用兩段漂白技術，第一階段漂白液的組成為1%Na2Si03、2%H202、2%NaOH，第二段漂白液的組成為l%Na2Si03、1%H202、l%NaOH,均在7(TC下，各漂2h，固液比1/15;紙漿得率為構樹莖皮乾重的43.2%,漿料可以用來製造宣紙和印鈔紙等高檔紙。實施例2:(1)蒸汽爆破對收集的構樹莖皮在1.0MPa壓力下維壓3min進行蒸汽爆破處理；(2)汽爆莖皮漂洗對汽爆後原料用8倍的水進行漂洗，去除降解的果膠、半纖維素、木質素和構樹外皮層黑色組分；(3)汽爆莖皮漂白採用兩段漂白技術，第一階段漂白液的組成為1%Na2Si03、2%H202、2%NaOH，第二段漂白液的組成為l%Na2Si03、1%H202、l%NaOH，均在60。C下，各漂3h，固液比1/15;紙漿得率為構樹莖皮乾重的44.1%，漿料可以用來製造宣紙和印鈔紙等高檔紙。實施例3:(1)蒸汽爆破對收集的構樹莖皮在1.2MPa壓力下維壓2min進行蒸汽爆破處理；(2)汽爆莖皮漂洗對汽爆後原料用9倍的水進行漂洗，去除降解的果膠、半纖維素、木質素和構樹外皮層黑色組分；(3)汽爆莖皮漂白釆用兩段漂白技術，第一階段漂白液的組成為1%Na2Si03、2%H202、2%NaOH，第二段漂白液的組成為l%Na2Si03、1%H202、l%NaOH，均在55。C下，各漂2h，固液比1/3;紙漿得率為構樹莖皮乾重的42.2%，漿料可以用來製造宣紙和印鈔紙等高檔紙。實施例4:(1)蒸汽爆破對收集的構樹莖皮在l.lMPa壓力下維壓3min進行蒸汽爆破處理；(2)汽爆莖皮漂洗對汽爆後原料用IO倍的水進行漂洗，去除降解的果膠、半纖維素、木質素和構樹外皮層黑色組分；(3)汽爆莖皮漂白採用兩段漂白技術，第一階段漂白液的組成為1%Na2Si03、2%H202、2%NaOH，第二段漂白液的組成為l%Na2Si03、1%H202、l%NaOH，均在70。C下，各漂1h，固液比1/15;紙漿得率為構樹莖皮乾重的43.7%，漿料可以用來製造宣紙和印鈔紙等高檔紙。實施例5:(1)蒸汽爆破對收集的構樹莖皮在1.3MPa壓力下維壓2min進行蒸汽爆破處理；(2)汽爆莖皮漂洗對汽爆後原料用IO倍的水進行漂洗，去除降解的果膠、半纖維素、木質素和構樹外皮層黑色組分；(3)汽爆莖皮漂白採用兩段漂白技術，第一階段漂白液的組成為1%Na2Si03、2%H202、2%NaOH，第二段漂白液的組成為l%Na2Si03、1%H202、l%NaOH，均在5(TC下，各漂2h,固液比1/10;紙槳得率為構樹莖皮乾重的41.2%，漿料可以用來製造宣紙和印鈔紙等高檔紙。權利要求1、一種構樹莖皮汽爆脫膠製備宣紙等紙漿的方法，包括如下步驟(1)蒸汽爆破對收集的構樹莖皮在0.7～1.3MPa壓力下維壓2～10min進行蒸汽爆破處理；(2)汽爆莖皮漂洗對汽爆後的原料用5-15倍的水進行漂洗，去除降解的果膠、半纖維素、木質素和構樹外皮層黑色組分；(3)汽爆莖皮漂白採用兩段漂白技術，第一階段漂白液的組成為1％Na2SiO3、2％H2O2、2％NaOH，第二段漂白液的組成為1％Na2SiO3、1％H2O2、1％NaOH，均在50-70℃下，各漂1-3h，固液比1/10-1/20；2、根據權利要求1所述的方法，其特徵是步驟(l)所述的構樹莖皮可以是新鮮或晾乾的原料，汽爆時原料的水分含量調整為30-60%。3、根據權利要求1所述的方法，其特徵是可從步驟(2)所述的漂洗液中提取功能組分包括低聚木糖、黃酮類物質。4、根據權利要求1所述的方法，其特徵是漂白後構樹莖皮漿料根據不同紙張的需求，經過打漿或磨漿後可製備宣紙和印鈔紙等高檔產品。全文摘要本發明屬於韌皮纖維資源利用領域，特別涉及構樹莖皮汽爆脫膠清潔製備宣紙等優質紙漿的方法。此方法首先將構樹莖皮進行汽爆處理，再經過漂洗、漂白便得到優質紙漿。無汙染汽爆處理使得構樹莖皮纖維中80％的果膠和半纖維素降解，木質素部分降解，同時將構樹的外表皮(黑皮)與內層韌皮完全分離，經漂洗後可去除外表皮的黑色組織，而且汽爆過程將莖皮纖維撕裂成鬆散結構，使漂白過程化學藥品能充分滲透，提高紙漿白度。本方法不僅降低了構樹莖皮造紙的工業化成本，避免了化學法製漿造成環境汙染，而且可提高紙漿的得率和品質，該紙漿可以用來製造宣紙和印鈔紙等高檔用紙。本發明為構樹莖皮資源清潔高值化利用提供了新的方法，將產生較大的經濟和社會效益。文檔編號D21C3/00GK101487195SQ20091007822公開日2009年7月22日申請日期2009年2月23日優先權日2009年2月23日發明者張作仿,彭小偉,陳洪章申請人:中國科學院過程工程研究所