棉杆原料的化学机械制浆方法转让专利
申请号 : CN200710026488.5
文献号 : CN101016702B
文献日 : 2010-04-14
发明人 : 田英姿 , 陈克复 , 朱文远 , 莫立焕 , 李军
申请人 : 华南理工大学
摘要 :
本发明公开一种棉杆原料的化学机械制浆方法，将常规APMP工艺的两段螺旋挤压浸渍后两段或多段磨浆改为在第一段螺旋挤压预浸渍之后就进行第一段磨浆，并在第一段磨浆后浆料高浓停留一段时间以保持化学药品的继续反应；同时，采用了新的添加助剂代替传统的金属离子螯合剂、Na2SiO3及MgSO4，与现有APMP工艺相比，生产棉杆纸浆成本低，成浆白度高、强度好，可用于生产高档纸。
权利要求 :
1.一种棉杆原料的化学机械制浆方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将棉杆原料用粉碎机粉碎，冲洗，在85～98℃热水中浸泡20～50min使热水溶融物溶解，洗出；
(2)按压缩比4～5∶1，对步骤(1)洗出得到的原料用螺旋挤压机进行I段挤压；
(3)加入NaOH、H2O2及化学助剂快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，在浆浓度16～25％(重量)和温度70～90℃下进行I段预浸渍25～60min；
(4)用间隙为0.4～0.7mm的磨浆机进行I段磨浆，浆浓度为16～25％(重量)，磨浆后在高浓储存罐中保持反应10～25min；
(5)按压缩比4～5∶1进行II段螺旋挤压和疏解，加入NaOH、H2O2及化学助剂快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，在浆浓度20～35％(重量)和温度60～80℃下进行II段预浸渍20～55min；
(6)用间隙为0.05～0.25mm的磨浆机进行II段磨浆，浆浓度为20～35％，然后消潜、洗涤、筛选，最后成浆置于储浆池中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)、步骤(5)中，加入的各组分用量占绝干棉杆原料的重量百分比如下：NaOH 4.8～6.0％H2O2 4.3～5.5％快速渗透剂 0.07～0.08％有机金属离子螯合剂 0.03～0.5％
漂白稳定剂 0.06～0.5％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述快速渗透剂是一种表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述快速渗透剂为F-1，有机金属离子螯合剂为TX-20C或乙二胺四乙酸，漂白稳定剂为1#、Na2SiO3或MgSO4，其中F-1、TX-20C、1#由天津达一琦精细化工有限公司生产和销售。
说明书 :
技术领域
本发明涉及制浆造纸方法，具体涉及棉杆原料的化学机械制浆方法。
背景技术
棉花作为我国极为重要的农业经济作物，分布非常广阔。经过长期的不断演化和发展，我国棉田正逐步向黄河流域、长江流域和新疆三大产棉区集中，成为世界上第二大产棉大国。资料表明2004年我国棉花产量为632万t，棉杆作为棉花的主要剩余物，其生产量非常可观，年产棉杆可达2528万t(按1∶4重量计)。但长期以来，大部分棉杆用做燃料或甚至直接堆放腐烂掉，造成严重的资源浪费和环境污染，因此如何合理利用棉杆资源成为植棉区域亟需解决的问题之一。
棉杆具有韧皮部纤维较长而木质部纤维较短的特点，棉杆皮纤维较长，能提高纸张的抗张强度，耐破度及耐折度；棉杆芯的纤维虽短，其纤维长度高于桉木纤维，接近杨木纤维，具有一定的优势。目前已进行的研究包括化学法蒸煮和及化机法制浆等，其中化学法制浆得率低，不能适应目前纤维原料短缺，充分利用资源的要求；但现有的化学机械法制浆存在白度低，尘埃度高等问题。目前，全面杆浆主要用于生产高强瓦楞纸、纸袋纸及育苗纸等，作为高档纸的研究由于存在白度难提高、尘埃度高等问题，难于工业化。
棉杆具有韧皮部纤维较长而木质部纤维较短的特点，棉杆皮纤维较长，能提高纸张的抗张强度，耐破度及耐折度；棉杆芯的纤维虽短，其纤维长度高于桉木纤维，接近杨木纤维，具有一定的优势。目前已进行的研究包括化学法蒸煮和及化机法制浆等，其中化学法制浆得率低，不能适应目前纤维原料短缺，充分利用资源的要求；但现有的化学机械法制浆存在白度低，尘埃度高等问题。目前，全面杆浆主要用于生产高强瓦楞纸、纸袋纸及育苗纸等，作为高档纸的研究由于存在白度难提高、尘埃度高等问题，难于工业化。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种棉杆原料的化学机械制浆方法，制备高得率高白度纸浆。
本发明是根据棉杆的特点改进传统的制浆工艺，传统的APMP工艺中两段螺旋挤压预浸渍再两段或多段磨浆，本发明在第一段磨浆浸渍后就进行一段磨浆，然后再进行第二段螺旋挤压浸渍，再进行磨浆，然后进行消潜、洗涤和筛选，最后进入储浆池。该技术将第一段磨浆提前，可以起到疏解纤维，促进第二段化学浸渍的效果；另外，通过添加化学助剂如快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，代替传统的硅酸钠、硫酸镁和EDTA或DTPA，使药品与棉杆成分反应快速，效果明显，与传统APMP相比，在不影响得率的情况下，漂白效果明显。
本发明的棉杆原料的化学机械制浆方法包括如下步骤：
(1)将棉杆原料用粉碎机粉碎，冲洗，在85～98℃热水中浸泡20～50min使热水溶融物溶解，洗出；
(2)按压缩比4～5∶1，对步骤(1)洗出得到的原料用螺旋挤压机进行I段挤压；
(3)加入NaOH、H2O2及化学助剂快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，在浆浓度16～25％重量和温度70～90℃下进行I段预浸渍25～60min；
(4)用间隙为0.4～0.7mm的磨浆机进行I段磨浆，浆浓度为16～25％重量，磨浆后在高浓储存罐中保持反应10～25min；
(5)按压缩比4～5∶1进行II段螺旋挤压和疏解，加入NaOH、H2O2及化学助剂快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，在浆浓度20～35％重量和温度60～80℃下进行II段预浸渍20～55min；
(6)用间隙为0.05～0.25mm的磨浆机进行II段磨浆，浆浓度为20～35％重量，然后消潜、洗涤、筛选，最后成浆置于储浆池中。
上述的方法，步骤(3)、步骤(5)中，加入的各组分用量占绝干棉杆原料的重量百分比如下：
NaOH 4.8～6.0％
H2O2 4.3～5.5％
快速渗透剂 0.07～0.08％
有机金属离子螯合剂 0.03～0.5％
漂白稳定剂 0.06～0.5％。
上述的方法，所述快速渗透剂是一种表面活性剂。
所述快速渗透剂为F-1，有机金属离子螯合剂为TX-20C、乙二胺四乙酸(EDTA)，漂白稳定剂为1#、Na2SiO3、MgSO4，其中F-1、TX-20C、1#由天津达一琦精细华工有限公司生产和销售。
本发明的原理如下：棉杆制浆难漂白，尘埃度高，这在于棉杆皮难处理。本技术从预处理到工艺过程循序渐进地挤压疏解，添加化学品反应以及磨浆，既保持了高得率浆，又尽可能的让色素和皮中产生尘埃度的物质分解。将第一段磨浆提前到第二段挤压之前，是利用棉杆在与化学药品反应后粗磨后，既不伤害纤维，同时纤维分离要比螺旋挤压机效果好，从而使第二段浸渍反应的化学药品容易进入纤维间进行充分反应。另一方面，本技术中选用了快速渗透剂和有机金属离子螯合剂及漂白稳定剂，化学药品更能快速浸入纤维，不伤害纤维，漂白稳定剂是可以避免过氧化氢的无效分解，保证得率的情况下提高白度。
该发明与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用在传统APMP技术基础上创新的新技术与选用合适的药品添加剂在棉杆中应用得到高得率，较高白度的棉杆浆；
2、该技术将传统的APMP工艺中两段挤压浸渍后再进行的两段或多段磨浆改为将第I段磨浆提前到第I段挤压浸渍之后进行，有利于第II段药品的浸入反应。
3、该技术工艺流程简单，成本比传统工艺低，同等漂白药品用量下成浆白度高。是适合棉杆制浆的一种优良技术工艺。
本发明是根据棉杆的特点改进传统的制浆工艺，传统的APMP工艺中两段螺旋挤压预浸渍再两段或多段磨浆，本发明在第一段磨浆浸渍后就进行一段磨浆，然后再进行第二段螺旋挤压浸渍，再进行磨浆，然后进行消潜、洗涤和筛选，最后进入储浆池。该技术将第一段磨浆提前，可以起到疏解纤维，促进第二段化学浸渍的效果；另外，通过添加化学助剂如快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，代替传统的硅酸钠、硫酸镁和EDTA或DTPA，使药品与棉杆成分反应快速，效果明显，与传统APMP相比，在不影响得率的情况下，漂白效果明显。
本发明的棉杆原料的化学机械制浆方法包括如下步骤：
(1)将棉杆原料用粉碎机粉碎，冲洗，在85～98℃热水中浸泡20～50min使热水溶融物溶解，洗出；
(2)按压缩比4～5∶1，对步骤(1)洗出得到的原料用螺旋挤压机进行I段挤压；
(3)加入NaOH、H2O2及化学助剂快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，在浆浓度16～25％重量和温度70～90℃下进行I段预浸渍25～60min；
(4)用间隙为0.4～0.7mm的磨浆机进行I段磨浆，浆浓度为16～25％重量，磨浆后在高浓储存罐中保持反应10～25min；
(5)按压缩比4～5∶1进行II段螺旋挤压和疏解，加入NaOH、H2O2及化学助剂快速渗透剂、有机金属离子螯合剂和漂白稳定剂，在浆浓度20～35％重量和温度60～80℃下进行II段预浸渍20～55min；
(6)用间隙为0.05～0.25mm的磨浆机进行II段磨浆，浆浓度为20～35％重量，然后消潜、洗涤、筛选，最后成浆置于储浆池中。
上述的方法，步骤(3)、步骤(5)中，加入的各组分用量占绝干棉杆原料的重量百分比如下：
NaOH 4.8～6.0％
H2O2 4.3～5.5％
快速渗透剂 0.07～0.08％
有机金属离子螯合剂 0.03～0.5％
漂白稳定剂 0.06～0.5％。
上述的方法，所述快速渗透剂是一种表面活性剂。
所述快速渗透剂为F-1，有机金属离子螯合剂为TX-20C、乙二胺四乙酸(EDTA)，漂白稳定剂为1#、Na2SiO3、MgSO4，其中F-1、TX-20C、1#由天津达一琦精细华工有限公司生产和销售。
本发明的原理如下：棉杆制浆难漂白，尘埃度高，这在于棉杆皮难处理。本技术从预处理到工艺过程循序渐进地挤压疏解，添加化学品反应以及磨浆，既保持了高得率浆，又尽可能的让色素和皮中产生尘埃度的物质分解。将第一段磨浆提前到第二段挤压之前，是利用棉杆在与化学药品反应后粗磨后，既不伤害纤维，同时纤维分离要比螺旋挤压机效果好，从而使第二段浸渍反应的化学药品容易进入纤维间进行充分反应。另一方面，本技术中选用了快速渗透剂和有机金属离子螯合剂及漂白稳定剂，化学药品更能快速浸入纤维，不伤害纤维，漂白稳定剂是可以避免过氧化氢的无效分解，保证得率的情况下提高白度。
该发明与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用在传统APMP技术基础上创新的新技术与选用合适的药品添加剂在棉杆中应用得到高得率，较高白度的棉杆浆；
2、该技术将传统的APMP工艺中两段挤压浸渍后再进行的两段或多段磨浆改为将第I段磨浆提前到第I段挤压浸渍之后进行，有利于第II段药品的浸入反应。
3、该技术工艺流程简单，成本比传统工艺低，同等漂白药品用量下成浆白度高。是适合棉杆制浆的一种优良技术工艺。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将棉杆原料用粉碎机粉碎，冷水冲洗，在85℃热水中浸泡50min使热水溶融物溶解洗出，得到的原料通过压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行I段挤压，出口处加入NaOH4.5％(对绝干原料，以下同)、H2O21.0％及化学助剂F-10.03％、金属离子螯合剂EDTA 0.6％和漂白稳定剂Na2SiO3 0.1％、MgSO4 0.2％，在温度85℃、浓度20％下进行I段预浸渍30min，用间隙为0.4m磨浆机进行I段磨浆，磨浆在25％浓度下及60℃条件下于高浓储存罐中保持反应15min，进行压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行II段挤压，加入加入NaOH 1.5％、H2O2 4.5％及化学助剂F-1 0.04％、金属离子螯合剂EDTA 0.4％和漂白稳定剂Na2SiO3 0.1％、MgSO4 0.2％，在浆浓30％、温度75℃下进行II段化学浸渍35min，再进行磨浆间隙为0.2mmII段磨浆，接着是消潜、洗涤、筛选，最后成浆放于储浆池中。得率72％，白度55ISO％，抗张指数39N.m/g，撕裂指数，5.21mN.m2/g，不透明度93％。
实施例2
将棉杆原料用粉碎机粉碎，冷水冲洗，在98℃热水中浸泡25min使热水溶融物溶解洗出，得到的原料通过压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行I段挤压，出口处加入NaOH 4.0％、H2O2 1.0％及化学助剂F-10.03％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.02％和漂白稳定剂1#0.03％，在温度75℃、浓度25％下进行I段预浸渍45min，用间隙为0.6mm磨浆机进行I段磨浆，磨浆在25％浓度下及60℃条件下于高浓储存罐中保持反应20min，进行压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行II段挤压，加入NaOH 0.8％、H2O25.0％及化学助剂F-10.05％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.04％和漂白稳定剂1#0.03％，在浆浓30％、温度68℃下进行II段化学浸渍30min，再进行磨浆间隙为0.15mmII段磨浆，接着是消潜、洗涤、筛选，最后成浆放于储浆池中。得率70％，白度59ISO％，抗张指数37N.m/g，撕裂指数，5.32mN.m2/g，不透明度95％。
实施例3
将棉杆原料用粉碎机粉碎，冷水冲洗，在80℃热水中浸泡50min使热水溶融物溶解洗出，得到的原料通过压缩比为5∶1的螺旋挤压机进行I段挤压，出口处加入NaOH 4.5％、H2O2 0.8％及化学助剂F-10.04％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.01％和漂白稳定剂1#0.03％，在温度80℃、浓度18％下进行I段预浸渍40min，用间隙为0.55mm磨浆机进行I段磨浆，磨浆在25％浓度下及60℃条件下于高浓储存罐中保持反应10min，进行压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行II段挤压，加入NaOH 4.0％、H2O23.5％及化学助剂F-10.03％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.02％和漂白稳定剂1#0.03％，在浆浓30％、温度65℃下进行II段化学浸渍50min，再进行磨浆间隙为0.1mmII段磨浆，接着是消潜、洗涤、筛选，最后成浆放于储浆池中。得率68％，白度52ISO％，抗张指数41N.m/g，撕裂指数，5.12mN.m2/g，不透明度96％。
实施例1
将棉杆原料用粉碎机粉碎，冷水冲洗，在85℃热水中浸泡50min使热水溶融物溶解洗出，得到的原料通过压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行I段挤压，出口处加入NaOH4.5％(对绝干原料，以下同)、H2O21.0％及化学助剂F-10.03％、金属离子螯合剂EDTA 0.6％和漂白稳定剂Na2SiO3 0.1％、MgSO4 0.2％，在温度85℃、浓度20％下进行I段预浸渍30min，用间隙为0.4m磨浆机进行I段磨浆，磨浆在25％浓度下及60℃条件下于高浓储存罐中保持反应15min，进行压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行II段挤压，加入加入NaOH 1.5％、H2O2 4.5％及化学助剂F-1 0.04％、金属离子螯合剂EDTA 0.4％和漂白稳定剂Na2SiO3 0.1％、MgSO4 0.2％，在浆浓30％、温度75℃下进行II段化学浸渍35min，再进行磨浆间隙为0.2mmII段磨浆，接着是消潜、洗涤、筛选，最后成浆放于储浆池中。得率72％，白度55ISO％，抗张指数39N.m/g，撕裂指数，5.21mN.m2/g，不透明度93％。
实施例2
将棉杆原料用粉碎机粉碎，冷水冲洗，在98℃热水中浸泡25min使热水溶融物溶解洗出，得到的原料通过压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行I段挤压，出口处加入NaOH 4.0％、H2O2 1.0％及化学助剂F-10.03％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.02％和漂白稳定剂1#0.03％，在温度75℃、浓度25％下进行I段预浸渍45min，用间隙为0.6mm磨浆机进行I段磨浆，磨浆在25％浓度下及60℃条件下于高浓储存罐中保持反应20min，进行压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行II段挤压，加入NaOH 0.8％、H2O25.0％及化学助剂F-10.05％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.04％和漂白稳定剂1#0.03％，在浆浓30％、温度68℃下进行II段化学浸渍30min，再进行磨浆间隙为0.15mmII段磨浆，接着是消潜、洗涤、筛选，最后成浆放于储浆池中。得率70％，白度59ISO％，抗张指数37N.m/g，撕裂指数，5.32mN.m2/g，不透明度95％。
实施例3
将棉杆原料用粉碎机粉碎，冷水冲洗，在80℃热水中浸泡50min使热水溶融物溶解洗出，得到的原料通过压缩比为5∶1的螺旋挤压机进行I段挤压，出口处加入NaOH 4.5％、H2O2 0.8％及化学助剂F-10.04％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.01％和漂白稳定剂1#0.03％，在温度80℃、浓度18％下进行I段预浸渍40min，用间隙为0.55mm磨浆机进行I段磨浆，磨浆在25％浓度下及60℃条件下于高浓储存罐中保持反应10min，进行压缩比为4∶1的螺旋挤压机进行II段挤压，加入NaOH 4.0％、H2O23.5％及化学助剂F-10.03％、有机金属离子螯合剂TX-20C 0.02％和漂白稳定剂1#0.03％，在浆浓30％、温度65℃下进行II段化学浸渍50min，再进行磨浆间隙为0.1mmII段磨浆，接着是消潜、洗涤、筛选，最后成浆放于储浆池中。得率68％，白度52ISO％，抗张指数41N.m/g，撕裂指数，5.12mN.m2/g，不透明度96％。