利用桑树枝全秆制漂白化学机械浆的方法

摘要

本发明公开了一种利用桑树枝全秆制漂白化学机械浆的方法，该方法主要由预汽蒸、两段螺旋挤压、两段化学浸渍、高浓双螺杆磨浆、高浓停留及中浓磨浆等工段组成。该方法根据桑树枝全秆的原料特性，通过工艺过程逐步去除大部分桑树枝中对制浆不利的非纤维组分，尽量保留了其纤维组分，减少了非纤维组分对后续制浆漂白带来的不利因素；制浆过程不使用含氯漂剂，环境友好，且制得纸浆的得率高，物理强度好，光学性能优良，实现了桑树枝全秆的清洁高效制浆。该方法具有工艺流程简单、投资省、制浆过程环境友好等特点，有着较好的经济效益和社会效益，具有推广价值。

权利要求

1.一种利用桑树枝全秆制漂白化学机械浆的方法，其特征在于，步骤为：

第一步，桑树枝原料的准备：桑树枝全秆经削片后，先进行筛选、洗涤，洗涤后的木片浸泡4～12小时；

第二步，预汽蒸：对第一步处理的桑树枝木片在1大气压、100～105℃下进行预汽蒸10～30分钟；

第三步，I段螺旋挤压：采用双螺杆挤压机对第二步处理的物料进行挤压；

第四步，I段化学浸渍：加入金属离子螯合剂及氢氧化钠对第三步处理的物料进行化学预处理，处理条件为：金属离子螯合剂用量占绝干桑树枝木片质量的0.2～0.6％，氢氧化钠用量占绝干桑树枝木片质量的1～3％，浸渍浓度为25～35％，浸渍温度为70～90℃，浸渍时间为15～60分钟；

第五步，II段螺旋挤压：采用双螺杆挤压机对第四步处理后的物料进行挤压；

第六步，II段化学浸渍：用碱性过氧化氢漂白药液对第五步处理后的物料进行II段化学处理，处理条件为：过氧化氢用量为占绝干物料质量的4～10％，氢氧化钠用量占绝干物料质量的3～8％，金属离子螯合剂用量占绝干物料质量的0.2～0.6％，硅酸钠用量占绝干物料质量的2～5％，浸渍浓度为25～35％，浸渍温度为40～50℃，浸渍时间为15～60分钟；

第七步，第一段磨浆：用双螺杆磨浆机对第六步处理后的物料在1大气压下进行磨浆，磨浆浓度为20～40％；

第八步，高浓停留：利用磨浆过程中产生的热能，使第七步处理后的浆料在高浓停留塔中完成漂白反应，停留反应时间为60～120分钟，反应的温度为85～95℃、反应终点pH值为8.5～9.5；

第九步，经第八步处理后的浆料用中浓盘磨磨至最终纸产品所需加拿大游离度的纸浆，磨浆浓度为8～12％，磨后浆料经过消潜、洗涤、筛选，最后成浆置于储浆塔中。

2.如权利要求1所述的利用桑树枝全杆制漂白化学机械浆的方法，其特征在于，所述金属离子螯合剂为二乙烯三胺五乙酸五钠。

3.如权利要求1所述的利用桑树枝全杆制漂白化学机械浆的方法，其特征在于，所述双螺杆挤压机的压缩比为体积比4～6∶1。

说明书

技术领域

本发明属于化学机械法制浆技术领域，特别涉及一种利用桑树枝全秆制漂白化学机械浆的工艺。

背景技术

我国是纸和纸板的生产和消费大国，纸和纸板的生产量和消费量均居世界第二位。但是，我国又是木质纤维资源严重匮乏的国家。长期以来，由于木浆的不足，导致了我国纸、纸板和纸制品的质量低下，结构性矛盾突出，低档纸供过于求，高档纸供需缺口较大，一些高档文化用纸、高档包装用纸和纸制品不得不大量依靠进口，每年必需从国外进口大量的商品木浆，自2002年以来，我国的木浆进口量一直稳居世界第一位。随着全球对生态环境保护的加强，木材及其产品进口的代价会越来越高，近年来进口纸浆及其制品的持续快速增长，已经严重影响到了我国造纸工业的安全性和健康发展。因此，如何充分高效的利用我国现有的木质纤维资源，努力提高造纸工业的木质纤维原料的比重，已成为我国制浆造纸业界的共识。
桑树系桑科桑属的落叶乔木，是多年生深根性植物。由于桑树对土壤和气候适应性强，具有生长快、采收期短、产量高(一年生长二次)等特点，一直是我国各地区桑养蚕基地种大面积栽培的树种之一。据统计，我国目前桑树的总栽培面积接近100万公顷。基于桑树生长的特性及用途，人们为了保持桑树有较长年限的枝繁叶茂，每年都需要对桑树进行修剪整型1~2次，因而桑养蚕基地每年均产有大量的桑树枝条，一般一亩桑园可剪下桑树枝约7000根左右，重量约为700公斤，由此可推算出我国桑养蚕基地目前每年可产总量大约为1000万吨左右的桑树枝条。但是，一直以来，桑树枝在农村都主要是作为燃料或直接堆放腐烂掉，这不仅造成了极大的资源浪费，同时也给环境带来了污染。因此，如何合理有效利用桑树枝资源成为桑养蚕地区急需解决的问题之一。将桑树枝原料充分有效地应用到制浆造纸，以增加蚕农收入，改善我国造纸原料结构，提高浆纸产品质量，已引起了我国造纸业界的高度重视。
目前我国的造纸工作者对桑树枝也做了一些制浆研究，但均存在一些不足之处。如《中国造纸》2001年第1期第65页发表的《桑树枝的贮存于制浆造纸性能》一文，介绍了江西省轻工业研究院用桑树枝进行制浆的研究，但该研究采用的是化学法制浆工艺，化学法制浆有其固有的缺陷，主要表现在化学品用量高，纸浆的得率低，污染负荷大，废水处理困难等。另外，2005年1月12日公开的一项发明专利《一种用桑树枝为原料的造纸方法》，该专利工艺流程为：桑树枝-粉碎-去皮屑-漂白-打浆-抄纸。该方法首先将桑树枝进行粉碎成20-60目的桑树枝屑，之后去除皮屑再进行漂白制浆。由于该方法先对桑树枝进行粉碎成20-60目的桑树枝屑，粉碎过程必然会对桑树枝纤维造成大量的切断；另外，该方法中制浆过程中去除了桑树皮，而桑树皮是一种优良韧皮纤维，这不仅造成优质纤维的浪费，最终也必然降低了成浆的物理强度；此外，该方法只利用了20-60目的桑树枝屑，实际上也就是只利用了桑树枝的部分木质部，而非全秆制浆，对桑树枝的利用率较低，没有实现纤维原料的充分有效利用，因此，该方法仍存在许多的不足有待改进。因此，继续研究开发出合理高效利用桑树枝的制浆新技术仍有较大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中桑树枝利用率低及产品适应范围窄等缺陷，提供一种利用桑树枝全杆制漂白化学机械浆的方法，可以高效利用桑树枝全秆来制取漂白化学机械浆。
本发明的技术方案为，一种利用桑树枝全杆制漂白化学机械浆的方法，步骤为：
(1)桑树枝原料的准备：桑树枝全秆经削片后，先进行筛选、洗涤，以去除泥沙等杂质，洗涤后的木片再进行浸泡，时间为4～12小时，以使桑树枝木片的水份均匀；
(2)预汽蒸：对步骤(1)处理的桑树枝木片1大气压下进行预汽蒸，使木片的结构得到软化。条件是：温度为100～105℃，时间为10～30分钟；
(3)I段螺旋挤压：采用压缩比为4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机对步骤(2)处理的物料进行挤压，使得木片结构受挤压作用而撕裂变形，促进后续化学处理过程的药液吸收，同时去除大部分桑树枝表皮及髓芯等非纤维组分；
(4)I段化学浸渍：加入金属离子螯合剂及氢氧化钠对步骤(3)处理的物料进行化学预处理。处理条件为：金属离子螯合剂用量占绝干桑树枝木片质量的0.2～0.6％，氢氧化钠用量占绝干桑树枝木片质量的1～3％，浸渍浓度为25～35％，浸渍温度为70～90℃，浸渍时间为15～60分钟。所述过渡金属螯合剂为二乙烯三胺五乙酸五钠(DTPA)；
(5)II段螺旋挤压：采用压缩比为4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机对步骤(4)处理后的物料进行挤压，去除经DTPA螯合的金属离子及碱抽出物，以减少该类物质对后续纸浆碱性过氧化氢漂白带来的不利影响；
(6)II段化学浸渍：用碱性过氧化氢漂白药液对步骤(5)处理后的物料进行II段化学处理。处理条件为：过氧化氢用量4～10％(对绝干物料)，氢氧化钠用量3～8％(对绝干物料)，DTPA用量0.2～0.6％(对绝干物料)，硅酸钠用量2～5％(对绝干物料)，浸渍浓度为25～35％，浸渍温度为40～50℃，浸渍时间为15～60分钟；
(7)第一段磨浆：用双螺杆磨浆机对(6)处理后的物料进行高浓常压磨浆，磨浆过程不用加水稀释。磨浆浓度为20～40％。
(8)高浓停留：不额外加热，充分利用磨浆过程中产生的热能，使步骤(7)处理后的浆料在高浓停留塔中完成漂白反应。停留反应时间为60～120分钟，反应的温度为85～90℃、反应终点pH值为8.5～9.5；
(9)步骤(8)处理后的浆料用中浓盘磨磨至最终纸产品所需加拿大游离度的纸浆，磨浆浓度为8～12％。磨后浆料经过消潜、洗涤、筛选，最后成浆置于储浆塔中。
本发明的原理如下：由于桑树枝全秆含有非纤维组分的表皮和髓芯，而这两种组分均难于处理。本技术从工艺过程及设备的配置上，对物料循序渐进式地进行预汽蒸、挤压撕裂、不同方式的化学浸渍以及磨浆等步骤处理，整个过程在漂白成浆前，尽可能的去除大部分桑树枝木片中对制浆不利的非纤维组分，尽量保留了其纤维组分，可以减少非纤维组分对后续制浆漂白带来的不利因素，实现纸浆的高效漂白和保持高得率。另外，该技术第一段磨浆置于物料与化学药品有较充分的反应后，可以减少磨浆过程中桑树枝纤维的过渡损伤，使得成浆具有良好的物理强度性能。
有益效果为：
1.制浆过程根据桑树枝全秆原料的特点，逐步去除了大部分桑树枝全秆中对制浆不利的非纤维组分，尽量保留了其纤维组分，减少了非纤维组分对后续制浆漂白带来的不利因素，既保持了制浆的高得率又可以减少纸浆漂至相同目标白度时所需的化学品用量；
2.制浆工艺节能环保。工艺过程采用的是对环境较为友好的化学品，制浆过程污染少；漂白反应不外加热源，充分利用磨浆过程产生的热能；
3.利用桑树枝全秆制得的纸浆得率可达82％以上，抗张强度可达35N.m/g以上，白度可达73％ISO以上，实现了桑树枝的全秆清洁高效利用。

具体实施方式

经切片的桑树枝物料先进行筛选、洗涤、浸泡，然后进行常压预汽蒸，汽蒸后的物料用双螺杆挤压机进行I段挤压撕裂，然后加入金属离子螯合剂及烧碱对物料进行I段化学预处理，处理后的物料再用双螺杆挤压机进行II段挤压，挤压后的物料再用碱性过氧化氢漂白药液进行II段化学浸渍，浸渍后的物料用双螺杆磨浆机进行第一段高浓常压磨浆，磨后浆料在高浓停留塔中完成漂白反应，完成漂白反应后的浆料再用中浓盘磨磨至最终纸产品所需的加拿大游离度纸浆，然后进行消潜、洗涤、筛选，最后成浆。
下面结合实施实例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
桑树枝全秆经过削片、筛选、洗涤后，在水中浸泡10～12小时，然后用100～105℃蒸汽1大气压汽蒸15min，汽蒸后的木片用压缩比4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机进行I段挤压撕裂，挤压撕裂后的物料进行I段化学预处理，处理条件为：DTPA用量0.3％(对绝干桑树枝木片)，氢氧化钠用量2.0％(对绝干桑树枝木片)，浸渍浓度为30％，浸渍温度为75℃，浸渍时间为30分钟。化学处理后的物料再用压缩比4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机进行II段挤压，II段挤压后的物料再用碱性过氧化氢漂白药液进行II段化学处理。处理条件为：过氧化氢用量6.0％(对绝干桑树枝木片)，氢氧化钠用量3.0％(对绝干桑树枝木片)，DTPA用量0.2％(对绝干桑树枝木片)，硅酸钠用量3.0％(对绝干物料)，浸渍浓度为30％，浸渍温度为50℃，浸渍时间为15分钟；II段化学处理后的物料用双螺杆磨浆机进行第一段高浓常压磨浆，磨浆浓度为30％；磨后浆料利用磨浆过程中产生的热能在高浓停留塔中完成漂白反应。反应的温度为86～89℃、停留反应时间为75分钟、反应终点pH值为8.95；完成漂白反应后的浆料配制成10％浆浓后，再用中浓盘磨磨至加拿大游离度为200mLCSF左右的纸浆，然后进行消潜、洗涤、筛选，最后成浆。成浆质量为：纸浆得率83.5％，抗张强度36.8N.m/g，白度73.6％ISO。
实施例2：
桑树枝全秆经过削片、筛选、洗涤后，在水中浸泡10～12小时，然后用100～105℃蒸汽常压汽蒸15min，汽蒸后的木片用压缩比4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机进行I段挤压撕裂，挤压撕裂后的物料进行I段化学预处理，处理条件为：DTPA用量0.4％(对绝干物料质量)，氢氧化钠用量2.0％(对绝干物料质量)，浸渍浓度为30％，浸渍温度为75℃，浸渍时间为30分钟。化学处理后的物料再用压缩比4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机进行II段挤压，挤压后的物料再用碱性过氧化氢漂白药液进行II段化学浸渍。浸渍条件为：过氧化氢用量8.0％(对绝干物料)，氢氧化钠用量3.0％(对绝干物料)，DTPA用量0.3％(对绝干物料)，硅酸钠用量4％(对绝干物料)，浸渍浓度为30％，浸渍温度为50℃，浸渍时间为15分钟；浸渍后的物料用双螺杆磨浆机进行第一段高浓常压磨浆，磨浆浓度为30％；磨后浆料利用磨浆过程中产生的热能在高浓停留塔中完成漂白反应，反应的温度88～93℃、停留反应时间为90分钟、反应终点pH值为9.28；完成漂白反应后的浆料配制成10％浆浓，再用中浓盘磨磨至加拿大游离度为200mLCSF左右的纸浆，然后进行消潜、洗涤、筛选，最后成浆。成浆质量为：纸浆得率82.8％，抗张强度40.5N.m/g，白度76.3％ISO。
实施例3
一种利用桑树枝全杆制漂白化学机械浆的方法，步骤为：
(1)桑树枝原料的准备：桑树枝全秆经削片后，先进行筛选、洗涤，以去除泥沙等杂质，洗涤后的木片再进行浸泡，时间为4～10小时，以使桑树枝木片的水份均匀；
(2)预汽蒸：对步骤(1)处理的桑树枝木片1大气压下进行预汽蒸，使木片的结构得到软化。条件是：温度为100～105℃，时间为30分钟；
(3)I段螺旋挤压：采用压缩比为4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机对步骤(2)处理的物料进行挤压，使得木片结构受挤压作用而撕裂变形，促进后续化学处理过程的药液吸收，同时去除大部分桑树枝表皮及髓芯等非纤维组分；
(4)I段化学浸渍：加入金属离子螯合剂及氢氧化钠对步骤(3)处理的物料进行化学预处理。处理条件为：金属离子螯合剂用量占绝干桑树枝木片质量的0.6％，氢氧化钠用量占绝干桑树枝木片质量的3％，浸渍浓度为35％，浸渍温度为90℃，浸渍时间为60分钟。所述过渡金属螯合剂为二乙烯三胺五乙酸五钠(DTPA)；
(5)II段螺旋挤压：采用压缩比为4～6∶1(体积比)的双螺杆挤压机对步骤(4)处理后的物料进行挤压，去除经DTPA螯合的金属离子及碱抽出物，以减少该类物质对后续纸浆碱性过氧化氢漂白带来的不利影响；
(6)II段化学浸渍：用碱性过氧化氢漂白药液对步骤(5)处理后的物料进行II段化学处理。处理条件为：过氧化氢用量4％(对绝干物料)，氢氧化钠用量3％(对绝干物料)，DTPA用量0.2％(对绝干物料)，硅酸钠用量2％(对绝干物料)，浸渍浓度为35％，浸渍温度为50℃，浸渍时间为60分钟；
(7)第一段磨浆：用双螺杆磨浆机对(6)处理后的物料进行高浓常压磨浆，磨浆过程不用加水稀释。磨浆浓度为40％。
(8)高浓停留：不额外加热，充分利用磨浆过程中产生的热能，使步骤(7)处理后的浆料在高浓停留塔中完成漂白反应。停留反应时间为120分钟，反应的温度为85～90℃、反应终点pH值为8.5～9.5；
(9)步骤(8)处理后的浆料用中浓盘磨磨至最终纸产品所需的加拿大游离度纸浆，磨浆浓度为12％。磨后浆料经过消潜、洗涤、筛选，最后成浆置于储浆塔中。