一種以竹類植物為原料獲得高性能纖維的制漿方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于造紙制漿技術領域，具體涉及一種以竹類植物為原料獲得高性能纖維的制漿方法。
【背景技術】
[0002]纖維素的最重要用途是造紙，在其它的領域也可能廣泛應用。紙是國民生產生活中的必需品。統(tǒng)計數(shù)據顯示，我國紙與紙板的消費量已近九千萬噸，每年仍呈增長勢頭。
[0003]燒堿法或硫酸鹽法是目前造紙工業(yè)普遍采用的纖維素提取方法，堿作為纖維提取過程中的一種不可缺少的化工原料，在木材(或非木材)原料蒸煮過程中是蒸煮藥液的重要組成成分。在傳統(tǒng)蒸煮過程中，為了保證原料的成漿質量和成漿收率，燒堿和硫化堿的用量常為原料的25%左右，特別是硫酸鹽法中不但大量耗堿，而且使用了相當量的硫化物，蒽醌等助劑，導致纖維素得率低、質量差、“三廢”嚴重，致使后處理難度大、投資大、成本高、能耗高。通常要用2-3噸的折百植物原料和0.67-0.9噸折百堿量才能得到I噸纖維素漿，現(xiàn)有非木材原料造紙工藝，例如竹子纖維素提取工藝是采取用10%左右濃度的堿與硫化物的混合液，在液比為1:2.4條件下，升壓至0.700MPa (溫度約170°C )蒸煮4小時左右再進行噴放得到粗漿。以木材、竹子為原料的造紙工藝中，化工原料一般占其原料成本的20-30%燒堿是主要成本構成；而以植物秸桿等非木材為原料的造紙工藝中堿占其成本的40-50%。大量堿的使用不但增加了造紙的成本，而且導致大量的造紙黑液難以資源化利用。
[0004]機械漿主要通過機械碾磨成漿，含有較高的木質素，具有生產過程較簡單、成本低、得率高、污染小、成紙印刷性能好、平滑度好，不透明度高等優(yōu)點，但成紙不能長期保存，特別是機械漿主要依靠物理的方法處理木材類原料，能耗高，一頓漿需要1000多度電，在碾磨過程中纖維折斷嚴重，成分復雜，粉絲帚化效果差，導致紙漿的性能較差。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種以竹類植物為原料獲得高性能纖維的制漿方法，該方法通過對竹類植物原料進行預浸軟化、搓揉分絲、低溫快速蒸煮后制備出高性能纖維漿，具有工藝簡單、制備方便、綠色環(huán)保、成本低的優(yōu)點，采用該方法制備的漿得率高、在保持化學漿高品質的同時提高了漿的物理性能。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):一種以竹類植物為原料獲得高性能纖維的制漿方法，它包括以下步驟:
51.軟化:將竹類植物原料、蒸煮液加入預浸器中，預浸器內通入蒸汽進行加熱，蒸汽加熱至70?100°C，保溫60?200min ;其中，竹類植物原料和蒸煮液的重量比為1:3?5 ;
52.搓揉:將軟化后的竹類纖維通過單螺桿或雙螺桿浸漬搓揉機進行擠壓、搓揉，所述擠壓、搓揉的時間為I?5min，壓縮比為1:2?3.5 ;
53.混合:將預熱至70?100°C的蒸煮液打入浸漬搓揉機的物料藥液混合區(qū)，通過螺旋強制混合30?90s，將混合后的蒸煮液送入蒸煮管； S4.蒸煮:將揉搓后的竹絲在蒸煮管內進行蒸煮，所述蒸煮的溫度為100?170°C，蒸煮時間為30?120min，蒸煮結束后，在0.3?0.8MPa壓力下噴放，分散成楽。
[0007]進一步地，所述的竹類植物原料為毛竹、黃竹、慈竹、水竹、白夾竹、西風竹中的一種或多種的組合。
[0008]進一步地，所述的蒸煮液為氫氧化鈉、硫酸鹽溶液或氫氧化鉀中的任意一種。
[0009]進一步地，所述的預浸器為橫管式預浸器、塔式預浸器或倉式預浸器。
[0010]進一步地，步驟S2將竹類纖維進行擠壓、搓揉后的濾液通過過濾機去除雜質后循環(huán)使用至步驟Si中。
[0011]進一步地，步驟S4中所述的揉搓后的竹絲和蒸煮液的重量比為1:2?4。
[0012]進一步地，所述的單螺桿或雙螺桿浸漬搓揉機包括預浸器、擠壓搓揉區(qū)、物料藥液混合區(qū)和蒸煮管。
[0013]本發(fā)明在蒸煮的步驟可以采用燒堿法、燒堿+活性劑、KOH、KOH+活性劑、亞硫酸氨法、蒽醌-燒堿法、硫酸鹽和亞硫酸鉀法，蒸煮的溫度為100?170°C，蒸煮時間為30?120min，蒸煮器為蒸球、立式蒸煮鍋或連續(xù)蒸煮器。
[0014]對常用的竹類植物原料的化學組成進行分析，發(fā)現(xiàn)總纖維素重量百分含量為:74.52%，總木素重量百分含量為25.08%,聚戊糖重量百分含量為20.67%，笨-醇抽出物重量百分含量為27.25%。
[0015]本發(fā)明在對原料進行浸漬之前，可以采用現(xiàn)有技術對原料進行初步處理，即采用常規(guī)的干法+濕法備料，以除去沙、石等雜質，這樣可以減輕后續(xù)工藝的壓力，并提高竹纖維材料的質量。濕法備料可以采用現(xiàn)有常規(guī)設備，如切竹機、篩選機、除塵機等。經過備料后的竹類植物原料的長度在20?80mm，原料的備料工藝為本領域技術人員公知技術。經過備料后的去除水分的竹子原料為精料，扣除竹子的水分為絕干原料。
[0016]本發(fā)明對原料進行浸漬處理后，利用了作為廢料的黑液通過過濾去除雜質，使黑液得到了循環(huán)利用，減少了環(huán)境對黑液處理的壓力，由于對原料浸漬預處理，使得在加熱處理時所脫出的雜細胞、半纖維素、木素為主的黑液分離排除，為下一步的蒸煮過程作準備。
[0017]本發(fā)明對浸漬后的竹類原料纖維進行了搓揉處理，軟化后的竹纖維材料通過單螺桿或雙螺桿浸漬搓揉機在擠壓壓縮區(qū)受軸向擠壓力和揉搓作用，“壓縮-膨脹-搓揉”混合作用可使竹材料細胞層間移動，并在纖維壁產生裂紋，實現(xiàn)壓潰，形成均勻竹絲團。同時將水溶物和堿抽出物由殼體上的濾蓖擠出，去除竹材預浸中的樹脂、果膠等雜質，80%以上的機械能轉化為熱能，提高竹材分絲后的溫度，同時提高液體吸收性能。
[0018]蒸煮過程是制漿的關鍵步驟，由于木材與竹材原料的組織結構、微觀結構、化學組成以及木素分子結構等均有差異，因此，在蒸煮過程中脫木素反應歷程也有很大的差別。對于竹類原料亞硫酸氨法、蒽醌-燒堿法、硫酸鹽和亞硫酸鉀法蒸煮脫木素反應歷程，包括升溫藥液浸透和保溫兩段。
[0019]傳統(tǒng)蒸煮的過程一般包括三個過程:1、蒸煮液向原料內部滲透的過程。2、堿液與原料起化學反應的過程；3、反應物從原料中溶出的過程。此三過程除去原料中的木素和雜質，使纖維之間的結合力下降，促使纖維離解成漿。因此，蒸煮的目的在于利用蒸煮液的作用，適當?shù)爻ピ现械哪舅?，盡可能保留纖維素和半纖維素以利于造紙。在蒸煮過程中，由于高溫蒸煮以及化學蒸煮藥液的作用，原料中的木素、纖維素和半纖維素以及其他成分均會發(fā)生一定的化學變化，受到不同程度的降解和損傷。
[0020]現(xiàn)有竹材料蒸煮技術制漿具有以下缺點:竹子致密、皮厚，常規(guī)機械、化學法蒸煮藥液浸透困難、蒸煮時間較長，因料片內外蒸煮液濃度梯度不一致，造成外層蒸煮液與纖維原料化學降解而內層未分離，因此漿料得率低、輕度差，一般四川慈竹硫酸鹽法蒸煮生產漂白漿，當噴放漿硬度高錳酸鉀值為17-20時，粗漿得率為48%左右。
[0021]針對竹類植物纖維這種特殊的制漿原料，本發(fā)明的方法中，對化學蒸煮藥液進行了嚴格的控制，將其濃度降低，減少對制漿所需要成分如纖維素、半纖維素、木素的降解和損傷。同時，預浸軟化、搓揉分絲后在低溫蒸煮的過程中，藥液與分絲后竹絲基本是瞬間完全混合，消除了藥液反應梯度問題。因此，本發(fā)明的方法中由于反應時間短、反應迅速均勻、溫度低最大限度的保護了竹類植物原料制漿所需的纖維素和半纖維素，同時大大縮短了保溫時間，大大降低了能耗，降低生產成本。
[0022]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明以竹類植物為原料，通過預浸軟化、搓揉分絲后低溫快速蒸煮，使蒸煮液濃度梯度一致，本發(fā)明制備方法降低了蒸煮液的用量、蒸汽用量、縮短了蒸煮時間，具有工藝簡單、制備方便、綠色環(huán)保、成本低的優(yōu)點，采用該方法制備的漿得率可達50%?60%、在保持化學漿高品質的同時提高了漿的物理性能。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述:
實施例1:一種以竹類植物為原料獲得高性能纖維的制漿方法，它包括以下步驟:
51.軟化:將經濕法備料后的毛竹竹片、5%的氫氧化鈉蒸煮液加入橫管式預浸器中，預浸器內通入蒸汽進行加熱，蒸汽加熱至70°C，保溫60min;其中，竹毛竹和蒸煮液的重量比為1:3 ;
52.搓揉:將軟化后的竹毛竹纖維通過單螺桿浸漬搓揉機進行擠壓、搓揉，單螺桿浸漬搓揉機包括預浸器、擠壓搓揉區(qū)、物料藥液混合區(qū)和蒸煮管，所述擠壓、搓揉的時間為lmin，壓縮比為1:2 ;擠壓、搓揉后的濾液通過過濾機去除雜質后循環(huán)使用至步驟SI中；
53.混合:將預熱至70°C的5%的氫氧化鈉蒸煮液打入浸漬搓揉機的物料藥液混合區(qū)，通過螺旋強制混合30s，將混合后的蒸煮液送入蒸煮管；
54.蒸煮:將揉搓后的竹絲在蒸煮管內進行蒸煮，揉搓后的竹絲和蒸煮液的重量比為1: 2，所述蒸煮的溫度為100°C，蒸煮時間為30min，在蒸煮管尾噴放管加入60°C洗滌黑液，蒸煮結束后，在0.3MPa壓力下噴放，分散成漿。制得的竹纖維材料的高錳酸鉀值為26，竹漿得率為55%。
[0024]實施例2: —種以竹類植物為原料獲得高性能纖維的制漿方法，它包括以下步驟:
51.軟化:將經濕法