利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法.pdf

本发明公开了一种利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法，属于制浆造纸领域。该方法主要由预汽蒸、双螺旋挤压、化学浸渍、双螺杆磨浆机高浓磨浆、磨浆过程加药、高浓停留、中浓磨浆等步骤组成。制浆过程采用单段双螺旋挤压和单段碱性过氧化氢浸渍，工艺流程简单、设备紧凑，完全采用国产设备，投资省。利用本方法制得杨木加工剩余物化机浆具有高松厚度、高强度及高白度等特点，适于中高档文化用纸的配抄用浆。本发明实现了杨木木材加工厂剩余物的清洁高效利用，可适用于依赖外购商品木浆生产文化用纸的中小造纸企业。

1.  一种利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法，其特征在于，步骤为：
第一步，原料的准备：先将杨木加工剩余物进行破碎，然后进行筛选、洗涤，洗涤后的木片再浸泡4～12小时；
第二步，预汽蒸：对第一步处理的物料在1大气压、100～105℃下进行预汽蒸10～30分钟；
第三步，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撕裂；
第四步，化学浸渍：用碱性过氧化氢药液对第三步处理的物料进行化学处理，处理条件为：过氧化氢用量为绝干物料质量的1～4％，氢氧化钠用量为绝干物料质量的2～4％，金属离子螯合剂用量为绝干物料质量的0.2～0.5％，硅酸钠用量为绝干物料质量的1～3％，硫酸镁用量为绝干物料质量的0.05～0.1％，浸渍浓度为30～45％，浸渍温度40～80℃，浸渍时间15～60分钟；
第五步，高浓常压磨浆：用双螺杆磨浆机对第四步处理后的物料进行高浓常压磨浆，磨浆浓度为20～40％，在磨浆过程中添加占绝干物料质量2～6％的过氧化氢，占绝干物料质量2～5％的氢氧化钠，占绝干物料质量0.2～0.5％的金属离子螯合剂，占绝干物料质量2～5％的硅酸钠及占绝干物料质量0.05～0.1％的硫酸镁；
第六步，利用磨浆过程的高浓混合作用及产生的热能，使第五步处理后的浆料在高浓停留塔中完成漂白反应，反应的温度为85～95℃、停留反应时间为60～120分钟，反应终点pH值为8.6～9.5；
第七步，经第六步处理后的浆料用中浓盘磨进行第二段磨浆，磨浆浓度为8～12％，磨后浆料经过消潜、洗涤、筛选，最后成浆。

2.  如权利要求1所述的利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法，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所述的利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法，其特征在于，所述双螺杆挤压机的压缩比为体积比4～6∶1。

利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法
技术领域
本发明属于化学机械法制浆技术领域，特别涉及一种利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的工艺。
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，确保我国造纸工业的可持续发展，已成为我国制浆造纸业界的共识。
杨树是世界中纬度平原地区栽培面积最大，木材产量最高的速生用材树种之一。速生杨木因为适应性广，具有生长快、成材早、产量高、易于更新等特点，是最适合的短轮伐期工业用材树种。杨树已成为我国最主要的速生阔叶材种之一。据统计，我国现有杨树人工林面积已达800万公顷左右，超过了其他国家杨树人工林的总和，居世界第一。杨树人工林木材已经成为我国木材加工利用的主要原料之一，在人造板的可持续发展中发挥了重要作用。另外，由于杨木用基本密度适中，纤维形态优良，木材自然白度高，可以实现得浆率、强度及白度三者的兼顾，也是一种较为适宜的制浆造纸原料。国内外研究人员对杨木的制浆性能大量研究的结果显示，目前最适于杨木制浆的方法是采用漂白化学机械制浆工艺。采用漂白化学机械法制浆，不仅可以实现杨木制浆的高得率，而且制得纸浆有着良好的松厚性能、强度性能和光学性能优良，能够用于高档白板及白卡纸的芯层用浆及低定量胶印新闻纸、低定量涂布纸及轻型纸等文化用纸的配抄。目前，杨木化机浆制浆工艺已在世界范围内得到广泛应用。
自从1995年我国岳阳纸业从奥地利安德里兹公司引进了国内第一条杨木APMP生产线以来，先后又有湖南泰格林纸集团、山东晨鸣纸业集团，河南濮阳龙丰纸业股份有限公司、山东泉林、山东太阳、山东华泰、河南焦作瑞丰、宁夏美利等多家造纸企业已经或正在上马利用速生杨木制取漂白化学机械浆的生产线，目前，杨木化机浆产能以近200万吨/年。但是，国内大多数建成或者在建的杨木化机浆生产线设备均全部或大部分依赖进口，且基本都是以100％新鲜杨木原木削片为原料设计的。事实上，一方面，由于这些制浆企业大多数自身林地建设不足，难以供应充足的新鲜原木；另一方面，市场上的新鲜原木价格过高，企业也难以接受过高制浆成本。因此，大多数企业都不能保证制浆生产线上有充足的新鲜杨木片木片供应，使得这些企业都面临着为这些生产线寻找替代原木削片的杨木原料。目前，河南濮阳龙丰纸业通过自主创新，开发出了杨木枝桠材P-RC-APMP制浆工艺技术，利用100％杨木枝桠材商品木片生产出优质漂白化机浆，实现了使用低廉的枝桠材商品木片取代成本较高的原木进行大规模工业化生产。但是，我国作为杨木木材加工的大国，木材加工业中木材的综合利用率还较低，木材加工过程中每年还产生有大量的边角料、端头及破碎板皮等杨木加工剩余物，这些加工剩余物目前主要还是作为燃料烧掉或用作生产一些低附加值的刨花板，没有实现这些木质纤维原料的高效利用。这也引起了我国造纸工作者的重视，近年来，我国的一些研究人员也对杨木加工剩余物在制浆造纸的应用作了一些研究，但这些研究仍存在较大的缺陷有待改进。例如2006年27卷B11期《中华纸业》第14～15页发表的《利用蒸球制备板皮阔叶木浆的几点体会》一文介绍了以杨木板皮为原料，制取化学浆的研究。由于该研究采用的是化学法制浆工艺，纸浆的得率只有50％左右，而且制取漂白浆还需采用含氯漂剂进行漂白，制得纸浆的湿重较低，因此该研究所采用的工艺不仅对杨木板皮的利用率较低，而且制浆过程的污染较为严重，纸浆的强度较差，并不能实现杨木板皮的清洁高效利用。因此，研究开发出适合杨木加工剩余物原料特点的新型制浆工艺，以克服现有杨木加工剩余物制浆工艺的不足，实现杨木加工剩余物的清洁高效利用，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杨木加工剩余物制浆技术中原料利用率低及污染严重等缺陷，提供一种利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法，完全采用国产化设备，实现利用杨木加工剩余物清洁高效制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法。
本发明的技术方案为，一种利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法：
(1)原料的准备：先将杨木加工剩余物进行破碎，然后进行筛选、洗涤，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，以使木片的水份均匀；
(2)预汽蒸：，对步骤(1)处理的物料进行常压预汽蒸，软化木片的结构。条件是：温度为100～105℃，时间为10～30分钟；
(3)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撕裂，使得木片结构受挤压作用而撕裂变形，促进后续化学浸渍过程药液的吸收，；
(4)化学浸渍：用碱性过氧化氢药液对步骤(3)处理后的物料进行化学处理。处理条件为：过氧化氢用量1～4％(对绝干物料)，氢氧化钠用量2～4％(对绝干物料)，金属离子螯合剂二乙烯三胺五乙酸五钠(DTPA)用量0.2～0.5％(对绝干物料)，硅酸钠用量1～3％(对绝干物料)，硫酸镁用量0.05～0.1％(对绝干物料)，浸渍浓度为30～45％，浸渍温度为40～80℃，浸渍时间为15～60分钟；
(5)高浓常压磨浆：用双螺杆磨浆机对(4)处理后的物料进行高浓常压磨浆，磨浆浓度为绝干物料重占湿物料总重的20～40％。同时，在双螺杆磨浆机内进行磨浆过程加药。加药条件为：过氧化氢用量3～10％(对绝干物料)，氢氧化钠用量2～6％(对绝干物料)，DTPA用量0.2～0.5％(对绝干物料)，硅酸钠用量2～6％(对绝干物料)，硫酸镁用量0.05～0.1％(对绝干物料)。
(6)高浓停留：利用磨浆过程的高浓混合作用及产生的热能，使步骤(5)处理后的浆料在高浓停留塔中完成漂白反应。反应的温度为85～95℃、停留反应时间为60～120分钟，反应终点pH值为8.6～9.5；
(7)完成漂白反应的浆料用中浓盘磨进行第二段磨浆，磨浆浓度为8～12％。磨后浆料经过消潜、洗涤、筛选，最后成浆。
本发明的原理如下：根据杨木加工剩余物形状不规整的特点，首先对杨木加工剩余物分别进行破碎匀整，然后再分别进行筛选、洗涤、浸泡、预汽蒸、双螺旋挤压、化学浸渍/双螺杆高浓磨浆、磨浆过程加药以及中浓盘磨磨浆等步骤处理，磨后浆料再经过消潜、洗涤、筛选，最后制得可以适于中高档文化用纸配浆用的杨木加工剩余物漂白纸浆。
有益效果：
1.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，制浆过程产生的污染少；漂白反应不外加热源，充分利用磨浆过程产生的热能；
2.流程简单，投资省：制浆过程采用单段挤压和单段浸渍，工艺流程简单、设备紧凑，且完全采用国产设备，投资省；原料利用率高，纸浆质量性能优良：利用杨木加工剩余物制得的漂白浆得率可达到85％以上，抗张强度可达38N.m/g以上，白度可达78％ISO以上，实现了杨木加工剩余物清洁高效利用。
具体实施方式
杨木加工剩余物先进行破碎匀整，然后进行筛选、洗涤，去除泥沙等杂质，洗涤后的木片再进行浸泡、常压预汽蒸，汽蒸后的物料用双螺杆挤压机进行挤压撕裂，然后用碱性过氧化氢药液进行化学浸渍，浸渍后的物料用双螺杆磨浆机进行第一段高浓常压磨浆，同时，在双螺杆磨浆机内进行磨浆过程加药，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浆至最终纸产品所需的加拿大游离度，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：
杨木加工剩余物先进行破碎匀整，然后经过筛选、洗涤，在水中浸泡10～12小时，再用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挤压撕裂，挤压撕裂后的物料再用碱性过氧化氢药液进行化学浸渍。浸渍条件为：过氧化氢用量2.0％(对绝干物料)，氢氧化钠用量2.0％(对绝干物料)，DTPA用量0.3％(对绝干物料)，硅酸钠用量1.0％(对绝干物料)，硫酸镁用量0.05％(对绝干物料)，浸渍浆浓(绝干物料重占湿物料总重)40％，浸渍温度50℃，浸渍时间15分钟；浸渍处理后的物料用双螺杆磨浆机进行第一段高浓常压磨浆，并在双螺杆磨浆机内进行磨浆过程加药。加药条件为：过氧化氢用量3.0％(对绝干物料)，氢氧化钠用量2.5％(对绝干物料)，DTPA用量0.3％(对绝干物料)，硅酸钠用量2.0％(对绝干物料)，硫酸镁用量0.05％(对绝干物料)。磨后浆料在高浓停留塔中完成漂白反应。停留反应时间为75分钟、反应温度为88～91℃，反应终点pH值为8.96；完成漂白反应后的浆料配制成10％浆浓，用中浓盘磨磨至加拿大游离度为100mLCSF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87.5％，抗张强度39.0N.m/g，白度78.5％ISO。该浆料配以10％的漂白针叶木化学浆抄造轻型纸，轻型纸质量为：抗张强度37.0 N.m/g，松厚度1.9.0cm³/g，白度77.2％ISO，不透明度86.0％，质量指标均可达到或超过轻工行业标准QB/T2809-2006规定的轻型纸质量要求。
实施例2：
杨木加工剩余物先进行破碎，然后经过筛选、洗涤，在水中浸泡10～12小时，再用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挤压撕裂，挤压撕裂后的物料再用碱性过氧化氢药液进行化学浸渍。浸渍条件为：过氧化氢用量2.0％(对绝干物料)，氢氧化钠用量2.0％(对绝干物料)，DTPA用量0.3％(对绝干物料)，硅酸钠用量1.0％(对绝干物料)，硫酸镁用量0.05％(对绝干物料)，浸渍浆浓(绝干物料重占湿物料总重)40％，浸渍温度50℃，浸渍时间15分钟；浸渍处理后的物料用双螺杆磨浆机进行第一段高浓常压磨浆，并在双螺杆磨浆机内进行磨浆过程加药。加药条件为：过氧化氢用量5.0％(对绝干物料)，氢氧化钠用量4.0％(对绝干物料)，DTPA用量0.3％(对绝干物料)，硅酸钠用量3.0％(对绝干物料)，硫酸镁用量0.05％(对绝干物料)。磨后浆料在高浓停留塔中完成漂白反应。停留反应时间为90分钟，反应温度为88～91℃，反应终点pH值为9.35；完成漂白反应后的浆料配制成10％浆浓，用中浓盘磨磨至加拿大游离度为150mLCSF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85.2％，抗张强度52.3N.m/g，白度85.6％ISO。该浆料配以10％的漂白针叶木化学浆抄造胶版印刷纸，胶版印刷纸质量为：裂断长4.65km，耐折度13次(双折次)，白度84.2％ISO，不透明度为81.8％，质量指标均可达到或超过轻工行业标准QB/T1012-1991规定的胶版印刷纸质量要求。
实施例3
一种利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法，步骤为：
第一步，原料的准备：先将杨木加工剩余物进行破碎，然后进行筛选、洗涤，洗涤后的木片再浸泡4～12小时；
第二步，预汽蒸：对第一步处理的物料在1大气压、100～105℃下进行预汽蒸30分钟；
第三步，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撕裂；
第四步，化学浸渍：用碱性过氧化氢药液对第三步处理的物料进行化学处理，处理条件为：过氧化氢用量为绝干物料质量的4％，氢氧化钠用量为绝干物料质量的4％，金属离子螯合剂用量为绝干物料质量的0.5％，硅酸钠用量为绝干物料质量的3％，硫酸镁用量为绝干物料质量的0.1％，浸渍浓度为45％，浸渍温度为80℃，浸渍时间为60分钟；
第五步，高浓常压磨浆：用双螺杆磨浆机对第四步处理后的物料进行高浓常压磨浆，磨浆浓度(绝干物料重占湿物料总重)为40％，在磨浆过程中添加占绝干物料质量6％的过氧化氢，占绝干物料质量5％的氢氧化钠，占绝干物料质量0.5％的金属离子螯合剂，占绝干物料质量4％的硅酸钠用量，占绝干物料质量0.1％的硫酸镁；
第六步，利用磨浆过程的高浓混合作用及产生的热能，使第五步处理后的浆料在高浓停留塔中完成漂白反应，反应温度为85～95℃、停留反应时间为120分钟，反应终点pH值为9.5；
第七步，经第六步处理后的浆料用中浓盘磨进行第二段磨浆，磨浆浓度为12％，磨后浆料经过消潜、洗涤、筛选，最后成浆。