一種由棉桿化學漿制備成品紙的方法

專利名稱：一種由棉桿化學漿制備成品紙的方法
技術領域：
本發明涉及一種由棉桿化學漿制備成品紙的方法，屬于造紙制漿技術領域。
背景技術：
紙漿的白度是紙漿的主要質量指標。紙漿的漂白方法，最早是手工業生產時代的氧漂。直到1774年瑞典化學家K.W，Sheele發現氯氣及其強有力的漂白作用以后，才將加氯漂白技術用于紡織和造紙。剛開始使用氯氣漂白技術時的漂白結果并不好，成品損傷嚴重。
法國化學家Berthollet發現氫氧化鉀(KOH)吸收氯氣后的漂液效果較好，對成品的損傷很少。1789年開始次氯酸鉀(KCIO)用于漂白紡織品。幾年后，另一位法國化學家Labarraque發現用氫氧化鈉(NaOH)代替氫氧化鉀(KOH)能制得相似的漂液。
1798年蘇格蘭化學家C.Tennant發現用石灰乳吸收氯氣可制成次氯酸鈣用于漂白后，造紙工業才得到了成本低廉的漂白劑。但液態的漂液運輸很不方便，1799年，C.Tennant制得固體狀態的漂白粉，一躍而成為紡織和造紙工業獨一無二的漂白劑。次氯酸鈣用作紙漿的漂白劑是1800年開始的。1804年美國Gilpin造紙廠是北美第一家用漂白粉漂白的造紙廠，漂白在打漿機中漿濃3-4％下進行。1895年德國Bellmer兄弟改革了漂白設備，制成了沿用至今的貝爾麥漂白池，這種設備的漂白漿濃可提高到7％，因此，大大提高了漂白效率。
1903年，Rolm-Haas公司提出應用低亞硫酸鹽(連二硫酸鹽)作漂白劑。1905年德國提出了用過氧化氫和氯多段漂白磨木漿。1919年開始用液氯在造紙廠制備次氯酸鈣漂液。1920年開始了次氯酸鹽多段漂白。1921年美國Newton Falls造紙公司開始采用第一臺高濃(15-25％)漂白池(Wolf臥式漂白池)。1925年出現了立式高濃連續漂白裝置。1930年開始用元素氯進行連續氯化作為漂白的第一階段，由此第一次得到了白度為70％的全漂硫酸鹽木漿。1937年瑞典第一次在堿性介質中用二氧化氯ClO2作為預漂紙漿的漂白劑。1938年瑞典第一次在酸性介質中用用ClO2作為預漂紙漿的漂白劑。1940年，過氧化物用來漂白機械漿已經達到完善的地步。1946年ClO2正式用于多段漂白生產系統，因此到1950年，硫酸鹽木漿的白度可以漂至90％以上。1952年，蘇聯木材化學專家NiKitin和AKim發現元素氧有漂白作用，但因碳水化合物降解嚴重而未能用于生產，1964年法國科學家Robert等人發現鎂鹽在氧漂時有保護碳水化合物的作用，因此，1968年在美國、法國和瑞典就出現了連續氧漂的實驗工廠。1970年南非Enstra造紙廠建成了世界上第一個日產220噸紙漿的氧漂車間。1972年美國Scott造紙公司Muskegon紙漿廠建成日產12噸紙漿的臭氧漂白中試車間。1975年，Scott公司申請了無氯漂白的專利，并在1975年建成了世界上第一個日產500噸的CEDED置換漂白車間。
從紙漿漂白技術發展的歷史來看，首先是發展了含氯漂白，包括氯化(工藝代號C)、次氯酸鹽漂白(工藝代號H)和二氧化氯漂白(工藝代號D)技術；現在則正在發展含氧漂白，包括氧堿漂白(工藝代號O)、過氧化氫漂白(工藝代號P)、臭氧漂白(工藝代號Z)和過醋酸漂白(工藝代號Pa)技術等。
硫酸鹽法制漿適應性大，能利用各種材種，工藝成熟，可生產高強度的紙漿。因此，它一直是世界各國所采用的最主要的制漿方法。但硫酸鹽法生產的紙漿白度較低，漂白工藝要求較高。為了提高硫酸鹽漿的白度，通常采用多段漂白技術；其中，最為常用的是氯化(工藝代號C)、堿處理(工藝代號E)、次氯酸鹽漂白(工藝代號H)三段漂白工藝，即CEH三段漂白工藝。在紙漿多段漂白過程中，氯化和堿處理(亦稱堿抽提)是作為紙漿中殘余木素大量脫除的階段，紙漿的白度并沒有得到多少提高，因此，氯化和堿處理不可能單獨用來作為漂白過程。但是，氯化和堿處理的適當與否，將直接影響到其后的漂白階段。
在典型的紙漿多段漂白工藝——CEH三段漂白工藝中，堿處理工藝的主要作用是，用堿性介質將氯化處理后紙漿中存在的一部分難溶的和有色的氯化木質素溶解除去。在該反應過程中，同樣使得氯化木質素在堿處理階段溶解。
由于造紙工業的迅速發展，導致了造紙工業原料空前緊張，因此，開發新的造紙制漿原料顯得尤為重要，我國新疆、甘肅、山西、山東、河南、陜西都有著十分豐富的棉桿資源可用于造紙。但是對于棉桿紙漿而言，其紙漿白度往往不理想，所以，為了有效利用棉桿資源，有必要研究新的棉桿制漿方法。

發明內容
本發明的目的在于提供一種由棉桿化學漿制備成品紙的方法。
本發明所述的棉桿化學漿是以棉桿為纖維原料通過堿法制漿得到的。
上述堿法制漿漂白之前包括將棉桿備料處理、浸漬處理、通過一次蒸煮或二次蒸煮、得到粗漿、經洗漿然后進行漂白。
所述的備料處理是將棉桿在使用前應去除根部，并進行壓潰或破碎處理。
上述備料處理在壓潰或破碎處理后，優選進一步將皮與桿分離，將皮和桿分別進行制漿生產。
由于成分結構的不同，使用棉桿皮的用堿量小于單獨使用去皮棉桿的用堿量，因而，分離處理可以避免因二者在成分上的不同，導致的成漿得率低；不去皮棉桿在蒸煮時，比棉桿皮用堿量大，所以，不分離會導致棉桿皮降解嚴重或去皮棉桿本身蒸解不足，這些均會導致的成漿得率低。
所述的浸漬處理是將備料處理后的棉桿用浸漬液浸漬，使液比達到1∶(4-5.5)，在常壓下于85攝氏度以上保溫并混合10分鐘以上，其中在85-95度的條件保溫和混合10-40分鐘為好。
所述的浸漬液中堿的含量為25-35克/升，絕干原料量與浸漬液總液量的重量比為1∶2.5-3.6；浸漬處理所用黑液濃度為11-14°Be′(20℃時)，優選為12-14°Be′(20℃時)，固形物濃度14-20％，優選為16-20％。所說的浸漬液為含有一定堿濃的黑液，是堿與黑液的混合液，黑液的溫度可控制在80-95℃之間，黑液中加入的堿可為燒堿(NaOH)，加入量控制在25-36克/升，優選為28-32克/升。黑液可直接采用制備草漿的蒸煮過程中產生的廢液，這樣在大液比的條件下(液比達到1∶4-5.5)重復循環使用制備草漿中產生的黑液，提高黑液的提取濃度，減少黑液的排放量，從而達到集中治理、減輕環境污染和節水的目的，同時也保證了液相蒸煮，鍋內循環、置換和熱洗滌的實現。
本階段浸漬處理所用黑液濃度為11-14°Be′(20℃時)，優選為12-14°Be′(20℃時)，固形物濃度14-20％，優選為16-20％。其中，PH值為11-14，優選11.8-13.3，殘堿量為8-12克/升，優選為8-10克/升，COD為150000-180000mg/l，優選為160000-180000mg/l。
上述經過浸漬的棉桿原料中綜纖維素重量百分含量為60-70％，總木素重量百分含量為12-20％，聚戊糖重量百分含量為20-25％，得率為86-92％。
所說的得率是按100克纖維原料浸漬處理后，再烘干稱重與100克原料的比值。
本發明方法中，漂白前的蒸煮可以是一次蒸煮。
一次蒸煮的過程為將棉桿原料放入蒸煮器內，火堿濃度400g/L，配堿濃度78.8g/L，空運轉20min后，向蒸煮器內通入水蒸汽，一次升溫40min，使蒸煮器內的壓力達到0.3-0.4Mpa后，小放氣至蒸煮器內的壓力為0-0.02Mpa，再次通入水蒸氣，使蒸球內的壓力達到0.3-0.4Mpa，在0.3-0.4Mpa的壓力條件下進行二次升溫，二次升溫時間為40分鐘，在0.3-0.4Mpa的壓力下保溫時間75-95min，然后噴放25min，排液。
一次蒸煮后，黑液殘堿14.88-16.43g/L，硬度K值為10.5-12.7，水平帶叩解度23-26，水平帶濕重2.0-2.5，水平帶硬度14，水平帶殘堿0.08，圓網叩解度25-28，圓網濕重1.9-2.0，圓網硬度12.6-13。
本發明方法中，漂白前的蒸煮也可以是二次蒸煮，其配堿操作為火堿濃度400g/L，配堿濃度47.2-51.6g/L，一次用堿量為17％，壓排黑液量5-7m3，二次加堿量0.8-0.95m3，二次用堿量10％；二次蒸煮操作過程為將棉桿原料裝入蒸煮器中，一次空運轉10min，一次升溫時間30min，一次小放氣10min，二次升溫40min，凈壓排黑液90min，二次加堿20min后進行三次升溫40-60min，二次保溫時間100-130min，噴放15-20min。
蒸煮殘堿17.8-21.21g/L，硬度K值為12.2-15，水平帶叩解度22-25，水平帶濕重2.1-2.7，水平帶硬度10.5-13.3，水平帶殘堿0.04-0.2，漂前叩解度24-25，漂前濕重2.0-2.7，漂前硬度10.1-11.7。
無論是采用一次蒸煮還是二次蒸煮，蒸煮黑液應具有以下指標一次水平帶COD為144530mg/L，pH值為13，波美度(15℃)11.604，固含量為14.57％，粘度為5.4cps/19.2℃，酸不溶物51700mg/L；二次一級COD為181390-187210mg/L，pH值為13.05-13.44，波美度(15℃)14.078-14.656，固含量為18.55-19.19％，粘度為7.7-8.5cps/(18.3-19.0℃)，酸不溶物66000-78700mg/L；二次水平帶COD為154230-157140mg/L，pH值為13.11-13.15，波美度(15℃)12.052-12.078，固含量為15.61-16.09％，粘度為4.7-5.5cps/18.0℃，酸不溶物64700-70000mg/L；一次中段水COD為853.6mg/L，SS為530mg/L；二次中段水COD為582-853.6mg/L，SS為450-460mg/L。
本發明方法中漂白過程為CEH三段漂白，其管道漂通氯量60-80kg/噸漿，管道漂通堿量9-13kg/噸漿，H段漂前硬度控制為4.1-5.0K，漂前漿濃為4.5-5.0％，漂液濃度為30g/L，每方漿料的漂液加入量0.06-0.1m3，漂白時間130-210min，漂率為3.0-7.0％，漂池白度74.6-78.5％，漂后殘氯0.17-0.31g/L，最終白度可達到為78.9-82.0％。
在進行多段漂白之前，向紙漿中加入嗜熱脂肪芽孢桿菌進行漂前預處理，其加入量為5-50g/m3，即每立方紙漿中加入5-50g的嗜熱脂肪芽孢桿菌，菌種編號為AS 1.999。
漂白后得到的棉桿漿強度指標一次蒸煮打漿叩解度為31-47°SR，濕重1.6-2.6g，定量59.3-60.1g/m2，松厚度1.871-2.248cm3/g，裂斷長3.768-4.986Km，耐折度11-22次，撕裂度742-774mN。
二次蒸煮打漿叩解度為29-46°SR，濕重1.6-2.7g，定量58.5-60.3g/m2，松厚度1.800-2.193cm3/g，裂斷長3.529-5.320Km，耐折度5-20次，撕裂度225-286mN。
漂白后最終紙漿白度可達到78％以上。
傳統觀點認為用棉桿制漿，所得到的漿質量不理想，漿得率低，用堿量大，且由其制得的成品紙質量不高；本發明研究人員通過對棉桿原料進行預處理、對蒸煮條件、漂白條件進行改進，得到了性能指標理想的棉桿化學漿，從而摒棄了棉桿不能制得好漿的傳統偏見。
使用本發明方法制備的棉桿化學漿，漂白性能良好，可達到麥草漂白漿的指標，完全滿足漂白化學漿的制備要求。
本發明方法制備的棉桿化學漿用于配抄成品紙，各項指標沒有明顯變化，完全可以用于替代楊木漿，緩解了木材資源的短缺，對棉桿資源的有效利用提供了有價值的方法。
具體實施例方式實施例1棉桿漿蒸煮成本分析


試驗共生產7球，產量11.0644噸，耗絕干棉桿量29.32噸，收獲率37.74％。
實驗例1一次蒸煮操作記錄數據表

二次蒸煮操作記錄數據表


棉桿皮纖維平均長度為2.0mm，平均直徑20um；木質芯纖維的平均長度是0.74mm，平均直徑是16um；棉桿韌皮部含果膠質較多，在過程中可看出，果膠質降解物大量存在于漿料中，檢測硬度時根本不需加淀粉指示劑；因此，棉桿使用前最好儲存半年以上，以利自然發酵，節約蒸煮用堿。
棉桿直接蒸煮時堿液不易滲透，原料進行壓潰或破碎處理，有利于提高堿液的滲透能力，使蒸煮更加均勻，也將大大減少了粗渣或纖維束。本實施例用棉桿已經充分壓潰打碎，因此堿液浸漬效果好；通過本實施例可看出，棉桿備料對成漿質量具有很大的影響；棉桿根部難蒸解，提高用堿量也不能成漿，基本在大跳篩處除去，而棉桿皮等易蒸解組分則降解嚴重，降低成漿得率，這可以從成漿濕重較低體現出來；因此，為保證漿料質量及得率，可適當降低用堿量。
實驗例2進入漂池前，4漂池的漿料分別加入5g/m3、10g/m3、20g/m3、50g/m3嗜熱脂肪芽孢桿菌AS 1.999，在攪拌均勻狀態下保持8、4、2、1小時，然后進行漂白，漂白數據如下


1號池為一次蒸煮漿料，其余為二次蒸煮漿料，漂后紙漿白度為78.9％、79.7％、82.0％、80.2％。
實驗例3棉桿蒸煮黑液指標檢測表黑液

中段水

棉桿制漿黑液COD、波美度、固含量等指標都較蘆竹、麥草指標高，而中段水COD、SS很低，說明棉桿漿黑液提取效果好，有利于黑液提取降低清水用量。
實驗例4強度指標數據一次蒸煮實驗室打漿

二次蒸煮實驗室打漿

纖維分析數據表
1、纖維頻率分布(％)，棉桿一次蒸煮漿實驗室磨漿

2、纖維形態分析

3、纖維頻率分布(％)3#車間棉桿二次蒸煮漿實驗室磨漿

4、纖維形態分析

從纖維分析數據來分析一次蒸煮的棉稈漿在叩解度達到40°SR以后，0.42mm以下纖維含量明顯增加，0.42-0.82mm之間的纖維含量明顯減少，此后打漿對纖維的切斷作用加強，漿料的強度指標下降，在打漿曲線中也有同樣的結果，漿料在叩解度40°SR左右時強度指標最好。在較低叩解度范圍內，漿料的纖維長度下降幅度較小，從打漿曲線中也可看出漿料的濕重變化不明顯，這也說明棉桿漿料易打漿，纖維的吸水潤脹性能好，纖維容易分絲帚化，漿料的強度指標較好。
本次試驗二次蒸煮漿料與一次蒸煮漿料相比，撕裂度變化極大，與以往數次打漿結果不同，該組數據有待于進一步驗證。
比較例1-3為棉桿漿配抄銅板紙實驗，在試驗過程中，進行了棉桿漿20％、30％、40％三個配比的配抄試驗，同時穩定針葉漿31％、草漿29％的用量，將棉桿漿與楊木漿進行對比；漿內淀粉、CaCO3以及其他各種助劑用量保持不變。
比較例1生產工藝按照128g/m2銅版紙進行，漿料配比為

打漿工藝要求

檢測結果

根據以上結果可以知道，由于棉桿漿纖維較柔軟，容易打漿。
從打漿曲線得知，棉桿漿易分絲、帚化，纖維之間結合強度好，叩解度在40°SR左右的時候，棉桿漿有最佳的強度指標。
比較例2
紙機工藝參數

成紙指標數據

由上表數據可見，漿料部分代替楊木漿后，成紙耐折度提高，其余指標變化不大，紙頁在四色海德堡印刷機上試印效果良好，無不良效果產生，印刷圖案清晰。
比較例3棉桿配抄靜電復印紙，生產工藝按照60克/m2靜電復印紙進行。

配料
陽離子淀粉(KG/T漿)8AKD(KG/T漿)10-12碳酸鈣(KG/T漿)150用66％的棉桿漿完全代替楊木漿，草漿自制，其他生產工藝保持不變，紙機車速控制在138-140m/min，對比前后的成紙指標。成紙指標如下表

棉桿漿用于靜電復印紙完全代替楊木漿后，成紙指標沒有明顯變化。
權利要求
1.一種由棉桿化學漿制備成品紙的方法，其特征在于，所述的棉桿化學漿是以棉桿為纖維原料通過堿法制漿得到的，包括將棉桿備料處理、浸漬處理、通過一次蒸煮或二次蒸煮、得到粗漿、經洗漿然后進行漂白，得到棉桿化學漿。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的備料處理是將棉桿在使用前應去除根部，并進行壓潰或破碎處理；所述備料處理在壓潰或破碎處理后，優選進一步將皮與桿分離，將皮和桿分別進行制漿生產。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浸漬處理是將備料處理后的棉桿用浸漬液浸漬，使液比達到1∶(4-5.5)，在常壓下于85攝氏度以上保溫并混合10分鐘以上，其中在85-95度的條件保溫和混合10-40分鐘為好；所述的浸漬液中堿的含量為25-35克/升，絕干原料量與浸漬液總液量的重量比為1∶2.5-3.6；浸漬處理所用黑液濃度為11-14°Be′(20℃時)，優選為12-14°Be′(20℃時)，固形物濃度14-20％，優選為16-20％，所說的浸漬液為含有一定堿濃的黑液，是堿與黑液的混合液，黑液的溫度可控制在80-95℃之間，黑液中加入的堿可為燒堿(NaOH)，加入量控制在25-36克/升，優選為28-32克/升。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述浸漬處理所用黑液濃度為11-14°Be′，優選為12-14°Be′，固形物濃度14-20％，優選為16-20％；其中，PH值為11-14，優選11.8-13.3，殘堿量為8-12克/升，優選為8-10克/升，COD為150000-180000mg/l，優選為160000-180000mg/l；經過浸漬的棉桿原料中綜纖維素重量百分含量為60-70％，總木素重量百分含量為12-20％，聚戊糖重量百分含量為20-25％，得率為86-92％。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的一次蒸煮的過程為將棉桿原料放入蒸煮器內，火堿濃度400g/L，配堿濃度78.8g/L，空運轉20min后，向蒸煮器內通入水蒸汽，一次升溫40min，使蒸煮器內的壓力達到0.3-0.4Mpa后，小放氣至蒸煮器內的壓力為0-0.02Mpa，再次通入水蒸氣，使蒸球內的壓力達到0.3-0.4Mpa，在0.3-0.4Mpa的壓力條件下進行二次升溫，二次升溫時間為40分鐘，在0.3-0.4Mpa的壓力下保溫時間75-95min，然后噴放25min，排液；一次蒸煮后，黑液殘堿14.88-16.43g/L，硬度K值為10.5-12.7，水平帶叩解度23-26，水平帶濕重2.0-2.5，水平帶硬度14，水平帶殘堿0.08，圓網叩解度25-28，圓網濕重1.9-2.0，圓網硬度12.6-13。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二次蒸煮，其配堿操作為火堿濃度400g/L，配堿濃度47.2-51.6g/L，一次用堿量為17％，壓排黑液量5-7m3，二次加堿量0.8-0.95m3，二次用堿量10％；二次蒸煮操作過程為將棉桿原料裝入蒸煮器中，一次空運轉10min，一次升溫時間30min，一次小放氣10min，二次升溫40min，凈壓排黑液90min，二次加堿20min后進行三次升溫40-60min，二次保溫時間100-130min，噴放15-20min；蒸煮殘堿17.8-21.21g/L，硬度K值為12.2-15，水平帶叩解度22-25，水平帶濕重2.1-2.7，水平帶硬度10.5-13.3，水平帶殘堿0.04-0.2，漂前叩解度24-25，漂前濕重2.0-2.7，漂前硬度10.1-11.7。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其特征在于，蒸煮黑液應具有以下指標一次水平帶COD為144530mg/L，pH值為13，波美度(15℃)11.604，固含量為14.57％，粘度為5.4cps/19.2℃，酸不溶物51700mg/L；二次一級COD為181390-187210mg/L，pH值為13.05-13.44，波美度(15℃)14.078-14.656，固含量為18.55-19.19％，粘度為7.7-8.5cps/(18.3-19.0℃)，酸不溶物66000-78700mg/L；二次水平帶COD為154230-157140mg/L，pH值為13.11-13.15，波美度(15℃)12.052-12.078，固含量為15.61-16.09％，粘度為4.7-5.5cps/18.0℃，酸不溶物64700-70000mg/L；一次中段水COD為853.6mg/L，SS為530mg/L；二次中段水COD為582-853.6mg/L，SS為450-460mg/L。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述漂白過程為CEH三段漂白，其管道漂通氯量60-80kg/噸漿，管道漂通堿量9-13kg/噸漿，H段漂前硬度控制為4.1-5.0K，漂前漿濃為4.5-5.0％，漂液濃度為30g/L，每方漿料的漂液加入量0.06-0.1m3，漂白時間130-210min，漂率為3.0-7.0％，漂池白度74.6-78.5％，漂后殘氯0.17-0.31g/L，最終白度可達到為78.9-82.0％。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在進行多段漂白之前，向紙漿中加入嗜熱脂肪芽孢桿菌進行漂前預處理，其加入量為5-50g/m3，即每立方紙漿中加入5-50g的嗜熱脂肪芽孢桿菌，菌種編號為AS 1.999。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，漂白后得到的棉桿漿強度指標一次蒸煮打漿叩解度為31-47°SR，濕重1.6-2.6g，定量59.3-60.1g/m2，松厚度1.871-2.248cm3/g，裂斷長3.768-4.986Km，耐折度11-22次，撕裂度742-774mN；二次蒸煮打漿叩解度為29-46°SR，濕重1.6-2.7g，定量58.5-60.3g/m2，松厚度1.800-2.193cm3/g，裂斷長3.529-5.320Km，耐折度5-20次，撕裂度225-286mN；漂白后最終紙漿白度可達到78％以上。
全文摘要
本發明提供了一種由棉桿化學漿制備成品紙的方法，所述的棉桿化學漿是以棉桿為纖維原料通過堿法制漿得到，包括將棉桿備料處理、浸漬處理、通過一次蒸煮或二次蒸煮、得到粗漿、經洗漿然后進行漂白。本發明通過對棉桿原料進行預處理、對蒸煮條件、漂白條件進行改進，得到了性能指標理想的棉桿化學漿，從而摒棄了棉桿不能制得好漿的傳統偏見，制備的棉桿化學漿，漂白性能良好，可達到麥草漂白漿的指標，完全滿足漂白化學漿的制備要求，用于配抄成品紙，各項指標沒有明顯變化，完全可以用于替代楊木漿，緩解了木材資源的短缺，對棉桿資源的有效利用提供了有價值的方法。
文檔編號D21H11/02GK1718916SQ20051008500
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月19日 優先權日2004年7月23日
發明者曹振雷, 孫立軍, 宋明信, 楊吉慧, 李洪法, 陳松濤 申請人:山東泉林紙業有限責任公司