專利名稱：玉米稈為原料制造紙漿的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造紙槳的工藝，特別是以玉米稈為原料制造紙槳的工藝。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，各種書籍、報紙、板紙、箱紙等用紙的需求量日益增加，因此紙槳的需求量逐年逐增。目前紙槳原料的來源主要取自寒帶地區(qū)生長數(shù)十年的針葉樹，在中國，盛產(chǎn)這一樹種的東北三省木材不僅資源有限，而且由于多年的采伐，本來有限的資源已到了接近枯竭的程度，基于這種情況，今后的政策基點應該是首先考慮造林和育林然后才是伐林，由于造紙業(yè)的發(fā)展將會帶來毀林及由此會引起環(huán)境破壞，伐林造紙會受到限制，這樣解決新的紙槳原料來源問題變得十分緊迫。
本發(fā)明的任務是針對紙漿來源所面臨的問題，開發(fā)從一年生禾草類植物中抽出和加工纖維素的技術和以這種纖維素為原料制造紙槳的工藝。
本發(fā)明的任務是以如下方式實現(xiàn)的將玉米稈放在陰涼處進行完全干燥，切成3-4cm長，然后去掉粘附在外皮上的落葉及其它雜物，劈開后將稈芯去掉；用破碎機和粉碎機制成具有一定大小的原料；將原料在濃度為10-15％的NaOH或Na2SO3、Na2S或Na2CO3溶液，溫度150℃，時間為2-4小時的條件下進行蒸煮；用100目的篩子撈出經(jīng)過蒸煮的試料，取下篩網(wǎng)上留下的撈出物；放入水中沉積約一天時間進行中和；在80℃溫度下干燥5小時即為紙槳原料；將槳化的干試料(也就是紙漿原料)加水調(diào)至濃度達到10％wt／wt后，充分浸積2小時以上；按TAPPI標準T249PM-74方法用PFImill打槳機打漿(打槳條件打槳比壓1．8kg／cm2，刀間距0．3mm)，以打槳度40°SR為前后基準時，在硫酸鹽法中打槳時旋轉500次，而在堿性亞硫酸鹽法中打槳時旋轉1100次。
本發(fā)明由于利用一年生玉米稈資源作為紙槳原料，這樣將會對防止因造紙而產(chǎn)生的大量毀林現(xiàn)象，從而保護自然環(huán)境，解決造紙原材料來源問題，具有重大的經(jīng)濟效益和社會效益；本發(fā)明的工藝簡單，成本低，易于實施，同時本發(fā)明所使用的玉米稈紙槳原料具有以往任何紙槳原料所不具有的特點，能夠開發(fā)出具有中國特點的傳統(tǒng)中國式紙槳和紙張。
本發(fā)明的一個最佳實施例，將玉米稈放在陰涼處進行完全干燥，切成3-4cm長，然后去掉粘附在外皮上的落葉及其它雜物，劈開后將稈芯去掉，用破碎機和粉碎機制成具有一定大小的原料，將玉米稈原料放在濃度為10％的NaOH溶液中，在溫度150℃，時間為2-4小時的條件下進行蒸煮，然后用100目的篩子撈出，經(jīng)過蒸煮的原料，取下篩網(wǎng)上留下的撈出物，放入水中沉積約一天時間進行中和，然后在80℃溫度下干燥5小時即為紙槳原料，將槳化的干試料(也就是紙漿原料)加水調(diào)至濃度達到10％wt／wt后，充分浸積2小時以上，然后按TAPPI標準T248PM-74方法用PFImill打槳機打漿(打槳條件打槳比壓1．8kg／cm2，刀間距0．3mm)，以打槳度40°SR為前后基準時，在硫酸鹽法中打槳時旋轉500次，而在堿性亞硫酸鹽法中打槳時旋轉1100次。
紙槳漂白漂白用試劑使用了次氯酸蘇打、Na(CLO)2、ChlorKalk、Ca(Clo)2等。用氫氧化鈉或硅酸鈉將酸堿度調(diào)節(jié)為PH9-PH11。當紙槳濃度在4％-6％范圍內(nèi)時，實驗溫度定為40℃，當紙漿濃度在10％-16％范圍內(nèi)時，實驗溫度定為35℃。
用酸性亞硫酸鹽法制造溶解紙漿用亞硫酸鹽法制造溶解紙漿時，利用能夠最大限度地水解對溶解紙漿的質量有不良影響的半纖維素的酸性亞硫酸鹽法進行蒸解，所得到的紙漿特性隨蒸煮條件不同而不同。當亞硫酸濃度增加時，蒸煮液的PH值自動增高，結合亞硫酸的濃度越低，則間接地表示纖維素聚合度的粘度就越大，因為這時能夠更有選擇性地進行脫木素反應和半纖維素的水解，并對纖維素產(chǎn)生分解作用。
雖然制造高張力輪胎絲或高彈性纖維時使用的溶解紙漿是在強酸性低PH值條件下蒸煮的亞硫酸鹽紙漿較為合適，但是如賽璐粉(玻璃紙)等，需要使用低聚合度的溶解紙漿時，也可在比蒸煮時所調(diào)節(jié)的PH值更高的PH條件下進行蒸解。
用硫酸鹽法制造溶解紙漿用硫酸鹽蒸煮法制造溶解紙漿時，雖然也想如同亞硫酸鹽法一樣，在造紙用紙漿的蒸煮條件下制造溶解紙漿，但在漂白過程中很難除掉在蒸煮過程中經(jīng)過堿處理穩(wěn)定化的半纖維素，從而也很難達到溶解紙漿標準所要求的α-纖維素純度。
利用予水解-硫酸鹽法，可通過作為予水解條件加入硫酸或亞硫酸的方法進行水解，也可以在只加水進行高溫加熱的條件下利用從木材中生成的草酸使半纖維素進行水解。但根據(jù)溶解紙漿的用途及與其相關的質量要求不同，使用條件也不相同。通常用0．5％H2SO4水溶液在150-180℃的條件下，進行0．5-2小時處理，經(jīng)過廢液分離后，采用和造紙用紙漿相同的蒸煮條件，對于針葉樹木材按硫化度25％的組成要求加入NaOH+Na2S和20％的Na2O，對于闊葉樹木材按硫化度25％的要求加入NaOH+Na2S和16％的Na2O，在170℃溫度條件下蒸煮90分鐘。
溶解紙漿的漂白工藝對紙漿進行漂白時，通常使用氧化劑，并為了只在第一階段除去殘留木素，使用氯氣。在氯化階段通過氯和木素的置換反應，促進下一步的堿溶液，使其進行氧化分解以利于溶出，并與不飽和脂肪酸、樹脂酸及未蒸解物進行反應，實現(xiàn)疏水化。氯化后，緊接著進行熱堿抽出，這時脂肪酸、臘和其它脂類成分也進行堿水解(皂化)，使脂肪游離為肥皂狀態(tài)，以溶解未蒸解物及已分解的木素碎片。在堿抽出階段，最有效的表面活性劑是具有聚乙二醇(polyentylene glycol)分枝的壬基酚(nonyl phenol)。
但紙漿的白度則采用和造紙用紙漿相同的漂白方法，相繼使用次氯酸、二氧化氯或過氧化氫進行漂白，以提高紙漿的白度。因此，溶解紙漿采用和造紙用紙漿相同的漂白條件。
漂白后除去不純物質的方法加壓下的熱堿抽出溶解紙漿的漂白與造紙用紙漿不同，為了同時除去紙漿中存在的半纖維素或氯化的分解產(chǎn)物，在經(jīng)過氯化階段后，進行加壓下的熱堿抽出。這種方法主要用于通過亞硫酸鹽法制得的溶解紙漿的漂白，與造紙用紙漿的漂白不同，將紙漿加入到濃度為NaOH(4-12％NaOH／pulp)的苛性鈉溶液中，使之成為12-18％的紙漿后，在95-145℃的高溫和加壓的狀態(tài)下處理1-2小時。但是，對高α-纖維素，只能在120℃條件下處理3小時，因為超過這個溫度會引起纖維素的分解。
冷堿抽出因為用預水解-硫酸鹽法制造的溶解紙漿在蒸煮階段已進行過高溫堿性處理，故用熱堿抽出沒有效果，因此，這種溶解紙漿一般采用冷堿處理法進行精制。
通常，冷堿處理時使用濃度低于18％的NaOH溶液，在40℃以下的溫度下進行處理。在低溫時，主要以物理性潤脹作用為主，溫度越低潤脹度越大，但是，如果潤脹度過大，對以后除去苛性鈉和進行過濾和洗滌帶來困難。相反，在溫度高時，潤脹度降低，可使以后的處理容易進行，但如果溫度高于35℃，則α-纖維素含量將下降，達到50℃時，α-纖維素的含量降到最低，反而使得率增加，因此，工業(yè)上采用35℃左右的溫度。
另一方面，要制造高純度的溶解紙漿，反復進行冷堿處理要比一次處理有效，將經(jīng)過熱堿處理得到的含有95．5％α-纖維素的溶解紙漿再用冷堿處理的熱堿-冷堿處理法更為有效。即，制造超高純度溶解紙漿的最佳熱堿-冷堿處理方法是用熱堿處理后，在10-15℃溫度下，用11-12％的NaOH溶液進行處理。若在18℃溫度條件下，用130g／L的NaOH進行冷堿處理，可得到95．5％的α-纖維素。用高濃度苛性蘇打時，由于潤脹作用幾乎與接觸同時發(fā)生，故可進行短時間處理，但是，考慮到存在于纖維內(nèi)層中的不純物的溶解和擴散等因素，實際采用的處理時間從10-30分鐘到3小時，隨工廠的具體條件而不同。進行冷堿處理時，由于空氣中氧氣的作用而產(chǎn)生的氧化現(xiàn)象十分嚴重，應特別加以注意，冷堿處理后，用螺旋式或盤式壓榨機加壓使紙漿濃度達到45％以后進行洗滌。
不同類型紙漿的物理性能比較測定由純玉米稈制成的Soda pulp，Alkaline-sulfite Pulp的比容結果，Soda pulp的比容值最大。這說明用燒堿處理的紙漿具有柔軟的纖維狀結構，其纖維疏解為松散的組織。比較拉伸強度，Kraftpulp的測定值最大，表明它蒸解的最好，大部分由纖維狀組織構成。比較破裂強度和耐折強度，結果還是Kraft pulp的強度最大，但撕裂強度則是Alkaline-sulfite pulp的測定值最大。
將大約60％的針葉Kraft紙漿和40％的Soda pulp，Kraft pu-lp，Alkaline-sulfite pulp分別進行混合后制成的紙試片，其物理性能遠比由純玉米稈紙漿制成的紙優(yōu)越。上述三種紙漿，即Soda pulp，Kraft pulp，Alkaline-sulfite pulp的比容值大體與純玉米稈紙漿相同。但這三種紙漿的拉伸強度均提高了2倍以上，破裂強度提高了2倍以上，尤其是耐折度提高了70倍以上，耐熱強度則提高了5倍以上。
這一結果表明，玉米稈紙漿在物理性能和經(jīng)濟性方面具有很大的開發(fā)價值。通過繼續(xù)進行更深入的實驗及研究，將會制造出具有中國產(chǎn)玉米稈的獨特性能和傳統(tǒng)中國紙?zhí)攸c的高質量紙漿和紙，從而對發(fā)展中國的農(nóng)村經(jīng)濟及提高農(nóng)民的經(jīng)濟收入做出很大的貢獻。
發(fā)明產(chǎn)品的物理性能
用玉米稈紙漿制成的紙試片的物理性能測試結果如下表所示。
由純玉米稈紙漿制成的漂白紙試片性能測試值
權利要求
1.一種玉米稈為原料制造紙槳的工藝，其特征在于a、將玉米稈放在陰涼處進行完全干燥，切成3-4cm長，然后去掉粘附在外皮上的落葉及其它雜物，劈開后將稈芯去掉；b、用破碎機和粉碎機制成具有一定大小的原料；c、將原料在濃度為10-15％的NaOH或Na2SO3、Na2S或Na2CO3溶液，溫度150℃，時間為2-4小時的條件下進行蒸煮；d、用100目的篩子撈出經(jīng)過蒸煮的原料，取下篩網(wǎng)上留下的撈出物；e、放入水中沉積約一天時間進行中和；f、在80℃溫度下干燥5小時即為紙槳原料；g、將槳化的干原料(紙漿原料)加水調(diào)至濃度達到10％wt／wt后，充分浸積2小時以上；h、按TAPPI標準T24PM-74方法用PFImill打槳機(打槳條件打槳比壓1．8kg／cm2，刀間距0．3mm)，以打槳度40°SR為前后基準時，在硫酸鹽法中打槳時旋轉500次，而在堿性亞硫酸鹽法中打槳時旋轉1100次。
全文摘要
一種玉米稈為原料制造紙漿的工藝,是將玉米稈放在涼處進行完全干燥,切成3—4cm賬,去掉外皮上的落葉及雜物,將稈芯去掉并將其制成具有一定大小的原料,然后將原料在濃度為10—15%的蒸煮液中進行蒸煮,撈出原料放入水中進行中和,高溫干燥即成為紙漿原料,紙漿原料加水調(diào)至濃度達到10%wt/wt后,浸積2小時,按TAPPI標準T249PM－74方法用PFImill打漿機打漿,本發(fā)明以一年生玉米資源作為紙漿原料,取代了木材,同時具有工藝簡單,成本低,易于實施等優(yōu)點。
文檔編號D21C3/00GK1293284SQ99113340
公開日2001年5月2日 申請日期1999年10月13日 優(yōu)先權日1999年10月13日
發(fā)明者金鐵甲, 柳海日 申請人:魚京淑