發(fā)明人：劉秋娟 馬偉良 張自敏 鐘偉龍

專利權(quán)人：天津科技大學(xué)

申請?zhí)枺?01110089180.1

申請公布號：CN 102154873 A

申請公告日：2011-08-17

權(quán)利要求書

1.一種添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法，其特征在于，所述添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法的包括按順序進行的下列步驟：

（1）將草類原料切成30～50 mm長的草片，篩選除塵后供蒸煮用，或以經(jīng)過除髓的蔗渣直接作為蒸煮原料，或以濕法備料的草片作為蒸煮原料；

（2）將白液和黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：將上述原料和I段蒸煮液裝入蒸煮器中，或者將草片與I段蒸煮液先混合后再裝入蒸煮器中，之后升溫至60～90℃，用堿量為8%～10%(NaOH 計)， 液比 1∶7～1∶8， 蒽醌用量為 0.02%～0.05%，升溫時間為 1～20 min，然后保溫 10～30 min，以制成半漿料；

（4）II段蒸煮：將上述半漿料中的黑液擠出，不經(jīng)洗滌而直接補加由白液和黑液配制成的II段蒸煮液，然后升溫至140～150℃，用堿量為5%～7%(NaOH 計)，液比 1∶5，蒽醌用量為 0.02%～0.05%，升溫時間為40～60min，然后保溫 50～70 min，最后放漿即可制成所述的添加黑液的燒堿蒽醌草漿。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法，其特征在于，所述的步驟（2）中所用的黑液為前一次蒸煮時I段和II段黑液的混合液，殘堿為 5～8g/L。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法，其特征在于，所述的步驟（4）中所用的黑液為前一次蒸煮時II段的黑液，殘堿為 6～9 g/L。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制漿造紙技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界造紙工業(yè)都是以木材作為主要原料，但是由于我國是一個森林資源相對短缺的國家，所以長期以來造紙用木漿嚴(yán)重供應(yīng)不足，每年不得不進口大量的商品木漿。為了更好地發(fā)展我國的造紙工業(yè)，必須正視我國造紙原料結(jié)構(gòu)的特殊性，要力爭用好草漿，千方百計合理利用好我國數(shù)量龐大、價格較為低廉的草類資源，這對我國造紙工業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的作用。麥草、蔗渣和荻葦都是資源豐富的非木材造紙原料，同時也是我國用量很大的造紙原料。草類原料制漿不僅可以緩解造紙原料日趨短缺的矛盾，而且還可以保護人類的生態(tài)環(huán)境。目前，實際生產(chǎn)中草類原料制漿主要采用傳統(tǒng)的燒堿蒽醌法進行蒸煮。該方法是將蒸煮用堿在蒸煮開始時就全部加入，由于蒸煮初期的堿濃較高，因此易造成半纖維素的降解，所以成漿得率較低；隨著蒸煮的進行，由于堿的不斷消耗，蒸煮后期的堿濃較低，因此不利于木素的脫除，結(jié)果成漿的硬度較高。科研中已有的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法則多數(shù)參照木材的蒸煮工藝進行蒸煮，即在120℃以上的溫度下進行第一段蒸煮或黑液預(yù)處理，由于黑液預(yù)處理的溫度較高，均在100℃以上，所以蒸煮能耗較高。另外，眾所周知，由于草類原料的脫木素速率較快，大量脫木素階段是在升溫至100℃以下，所以以超過100℃的溫度進行黑液預(yù)處理或第一段蒸煮不太合理。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低用堿量，且成漿質(zhì)量好的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法包括按順序進行的下列步驟：

（1）將草類原料切成30～50 mm長的草片，篩選除塵后供蒸煮用，或以經(jīng)過除髓的蔗渣直接作為蒸煮原料，或以濕法備料的草片作為蒸煮原料；

（2）將白液和黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：將上述原料和I段蒸煮液裝入蒸煮器中，或者將草片與I段蒸煮液先混合后再裝入蒸煮器中，之后升溫至60～90℃，用堿量為8%～10%(NaOH 計)， 液比 1∶7～1∶8， 蒽醌用量為 0.02%～0.05%，升溫時間為 1～20 min，然后保溫 10～30 min，以制成半漿料；

（4）II段蒸煮：將上述半漿料中的黑液擠出，不經(jīng)洗滌而直接補加由白液和黑液配制成的Ⅱ段蒸煮液，然后升溫至140～150℃，用堿量為5%～7%(NaOH 計)，液比 1∶5，蒽醌用量為 0.02%～0.05%，升溫時間為 40～60 min，然后保溫 50～70 min，最后放漿即可制成所述的添加黑液的燒堿蒽醌草漿。

所述的步驟（2）中所用的黑液為前一次蒸煮時I段和II段黑液的混合液，殘堿為5～8 g/L。

所述的步驟（4）中所用的黑液為前一次蒸煮時II段的黑液，殘堿為 6～9 g/L。

本發(fā)明提供的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法是根據(jù)草類原料堿法蒸煮脫木素快的特點，第一段采用低溫常壓，兩段均添加黑液蒸煮。蒸煮結(jié)果表明，紙漿卡伯值、細(xì)漿得率、殘堿等均勻穩(wěn)定，可以穩(wěn)定地運行。通過與傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法相比較，發(fā)現(xiàn)本兩段蒸煮方法可以在低溫條件下進行，而且在卡伯值基本相同的前提下，用堿量降低，細(xì)漿得率增加，且篩渣率較小。另外，對本兩段蒸煮方法和傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法所得漿分別進行了O-DQ-P、O-Q-P-P漂白及漂白漿物理性能檢測，結(jié)果表明，本兩段蒸煮漂白漿的白度、黏度均高于傳統(tǒng)蒸煮漂白漿，具有較好的可漂性，且具有較好的機械強度，可配抄書寫紙、膠印書刊紙等。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法進行詳細(xì)說明。

實施例1

本實施例提供的添加黑液的麥草燒堿蒽醌兩段蒸煮方法包括按順序進行的下列步驟：

（1）將麥草切成30～50 mm長的草片，篩選除塵后供蒸煮用；

（2）將白液與殘堿為5.6 g/L的黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：將上述草片與I段蒸煮液混合后裝入蒸煮器中，之后(在何時間內(nèi))升溫至75℃，用堿量為 9%(NaOH 計)，液比 1∶7，蒽醌用量為 0.03%，然后保溫10 min，以制成麥草半漿料；

（4）II段蒸煮：將上述麥草半漿料中的黑液擠出，不經(jīng)洗滌而直接補加由白液與殘堿為6.3 g/L的黑液配制的Ⅱ段蒸煮液，然后在60 min的時間內(nèi)升溫至 145 ℃，用堿量為 5%(NaOH 計)，液比 1∶5，蒽醌用量為0.02%，然后保溫50 min，最后放漿即可制成所述的添加黑液的燒堿蒽醌麥草漿。

實施例2

本實施例提供的添加黑液的蔗渣燒堿蒽醌兩段蒸煮方法包括按順序進行的下列步驟：

（1）以干法貯存并除髓的蔗渣直接作為蒸煮原料；

（2）將白液與殘堿為5.6 g/L的黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：將上述蔗渣與I段蒸煮液混合后裝入蒸煮器中，之后在10 min的時間內(nèi)升溫至70℃，用堿量為9.5%(NaOH計)，液比1∶7，蒽醌用量為0.04%，然后保溫20 min，以制成蔗渣半漿料；

（4）II段蒸煮：將上述蔗渣半漿料中的黑液擠出，不經(jīng)洗滌而直接補加由白液與殘堿為7 g/L的黑液配制的II段蒸煮液，然后在50 min的時間內(nèi)升溫至150 ℃，用堿量為 5.5%(NaOH 計)，液比 1∶5，蒽醌用量為0.03%，然后保溫45 min，最后放漿即可制成所述的添加黑液的燒堿蒽醌蔗渣漿。

實施例3

本實施例提供的添加黑液的荻燒堿蒽醌兩段蒸煮方法包括按順序進行的下列步驟：

（1）將荻切成30～50 mm長的荻片，過篩以除去塵土和碎屑，供蒸煮用；

（2）將白液與殘堿為8 g/L的黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：將上述荻片和I段蒸煮液同時加入到蒸煮器中，之后在20 min內(nèi)升溫至80℃，用堿量為10%，液比1∶7，蒽醌用量為0.05%，然后保溫10 min，以制成荻半漿料；

（4）II段蒸煮：將上述荻半漿料中的黑液擠出，不經(jīng)洗滌而直接補加由白液與殘堿為8.2 g/L的黑液配制的II段蒸煮液，然后在40 min的時間內(nèi)升溫至145℃，用堿量為6%，液比1∶5，蒽醌用量為0.03%，然后保溫60 min，最后放漿即可制成所述的添加黑液的燒堿蒽醌荻漿。

一、蒸煮結(jié)果對比

為了驗證本發(fā)明提供的添加黑液的草類原料燒堿蒽醌兩段蒸煮方法的效果，本發(fā)明申請人對由上述實施例1中制備出的麥草漿進行了質(zhì)量檢測，并以按照傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法制備出的麥草漿質(zhì)量作為對比，蒸煮結(jié)果見表1。

表1 本兩段蒸煮方法及傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法的結(jié)果

從表1中B-1、B-2、B-3欄的數(shù)據(jù)可以看出：按照本兩段蒸煮方法對麥草進行蒸煮時，麥草漿的卡伯值波動范圍小(18.0～18.5)，細(xì)漿得率在50%左右，篩渣率較穩(wěn)定(1.5%～1.6%)，且兩段殘堿波動較小。可見，本發(fā)明提供的兩段蒸煮工藝是可以穩(wěn)定運行的，且效果較好。

從表 1 中 B-1、B-2、B-3 與 A-64、A-65、A-66欄的數(shù)據(jù)可以看出，本兩段蒸煮方法與傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法所制備出的麥草漿卡伯值相近時 (前者的卡伯值為18.0～18.5，后者的卡伯值為18.4)，本兩段蒸煮方法中兩段的總用堿量為13%(I段為8%，II段為5%)，而傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法的用堿量則為14%，因此可以節(jié)省1%的化學(xué)藥品用量，這在一定程度上能夠降低生產(chǎn)成本；本兩段蒸煮方法的細(xì)漿得率為 49.9%～50.1%(如表 1 中 B-1、B-2、B-3 所示)，傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法的細(xì)漿得率為48.8%(如表1中A-65所示)，細(xì)漿得率提高了約1.1%～1.3%；

此外，本兩段蒸煮方法制備出的麥草漿篩渣率也比傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法有所降低(前者的篩渣率為1.5%～1.6%，后者的篩渣率為1.9%)。

可見，本發(fā)明申請?zhí)峁┑奶砑雍谝旱柠湶轃龎A蒽醌兩段蒸煮方法的效果要優(yōu)于傳統(tǒng)麥草燒堿蒽醌蒸煮方法。同時，也說明添加黑液可以提高脫木素的選擇性，加快脫木素反應(yīng)速率。

二、漂白結(jié)果對比

本發(fā)明申請人分別用O-DQ-P、O-Q-P-P兩種漂白方式對本兩段蒸煮方法和傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法制備出的麥草漿按照相同的漂白條件進行了漂白。

以傳統(tǒng)麥草燒堿蒽醌蒸煮方法(液比1∶5，蒽醌用量0.05%，升溫時間90 min，最高溫度160℃，保溫時間5 min)所得漿為漂白原漿，其氧脫木素段(O)的工藝為：NaOH用量為2.5%，MgSO4用量為0.5%，漿濃10%，溫度100℃，保溫時間60 min，氧壓0.6 MPa。氧脫木素結(jié)果為：終點pH值為11.2，卡伯值為11.8，黏度為 1056 mL/g。

以本兩段蒸煮方法（I段，液比1∶7，蒽醌用量0.03%，保溫時間 10 min，最高溫度 75℃，用堿量 8%；II段，液比 1∶5，蒽醌用量 0.02%，最高溫度145℃，保溫時間45 min）所得漿為漂白原漿，其氧脫木素段 (O)的漂白工藝為：NaOH用量為2.5%，MgSO4用量為0.5%，漿濃10%，溫度100℃，保溫時間60 min，氧壓0.6 MPa。氧脫木素結(jié)果為：終點 pH值為 11.6，卡伯值為10.5，黏度為1040 mL/g。

（1）DQ-P 漂白

分別將以上兩種氧脫木素段漂白漿按照以下工藝條件進行漂白：DQ漂白段的漿濃均為10%；DQ段：ClO2用量 1.0%，溫度 75℃，時間 45 min，DTPA用量0.35%；P段：溫度 90℃，時間 120 min，NaOH用量 1.2%，MgSO4用量 0.05%，DTPA用量 0.3%，H2O2用量2.0%。

在恒溫水浴鍋中用塑料袋進行DQ-P漂白。兩種漿的漂白結(jié)果如表2所示。

表2 DQ段及P段的漂白結(jié)果

從表2可以看出：當(dāng)按照上述工藝條件分別對兩種漿進行漂白時，本兩段蒸煮方法制備出的麥草漿經(jīng)過O-DQ漂白后(表2中1#)，卡伯值低于傳統(tǒng)麥草漿(表2中2#)，而黏度則高于傳統(tǒng)麥草漿(高出25 mL/g左右)；經(jīng)P段漂白后，本兩段蒸煮方法制備出的麥草漿白度、黏度均高于傳統(tǒng)麥草漿(白度高出1.6%左右，黏度高出15 mL/g左右)?？梢姡谙嗤琌-DQ-P的漂白條件下，與傳統(tǒng)麥草漿相比，本兩段蒸煮方法制備出的麥草漿具有較好的可漂性。

（2）Q-P-P 漂白

本發(fā)明申請人在對本兩段蒸煮方法及傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法制備出的麥草漿分別進行氧脫木素(O)之后繼續(xù)進行螯合處理，處理條件為：DTPA用量為0.3%，溫度為70℃，保溫時間為45 min，漿濃為4%，本兩段蒸煮方法制備出的麥草漿初始pH值為3.3，終點pH值為4.8；傳統(tǒng)燒堿蒽醌蒸煮方法制備出的麥草漿初始pH值為3.4，終點pH值為4.6。

將經(jīng)過螯合處理后的漿在恒溫水浴鍋中按以下工藝條件進行漂白：兩段P漂白的漿濃均為10%，溫度都為90℃；P1段：NaOH用量1.1%，MgSO4用量0.05%，H2O2用量 2.5%， 時間 120 min；P2段：NaOH用量1.0%，MgSO4用量0.05%，H2O2用量2%，時間120 min。分別用塑料袋進行P-P漂白實驗，兩段P段漂白結(jié)果如表3所示。

表3 P-P段漂白結(jié)果

由表3可以看出：按照上述漂白工藝條件分別對兩種漿進行漂白時，本兩段蒸煮麥草漿經(jīng)過O-Q-P1漂白后(表 3中3#)，卡伯值低于傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿(表3中4#)，數(shù)值相差2左右，而黏度則與傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿相當(dāng)；經(jīng)P2段漂白后，本兩段蒸煮麥草漿的白度、黏度均高于傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿 （ISO白度高出1.5%左右，黏度高出11 mL/g左右）。可見，在相同的O-Q-P-P漂白條件下，與傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿相比，本兩段蒸煮麥草漿具有較好的可漂性。

三、紙的物理性能對比

本發(fā)明申請人將本兩段蒸煮麥草漿及傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿經(jīng)O-DQ-P或O-Q-P-P漂序之后的漂白漿分別在標(biāo)準(zhǔn)疏解機上疏解，并在快速紙頁成形器上抄紙，所得手抄片經(jīng)恒溫恒濕平衡水分后分別測其物理性能指標(biāo)，并加以分析比較，結(jié)果見表4和表5。

表4 O-DQ-P漂白漿物理性能

由表4可以看出：經(jīng)O-DQ-P漂白后，在本兩段蒸煮麥草漿(表4中1#)和傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿(表4中2#)的物理性能檢測數(shù)據(jù)中，前者的緊度性能略低于后者；白度、不透明度等光學(xué)性能均為前者較高(其中，ISO白度高出約1.7%)；強度性能中，除耐破指數(shù)為前者略低于后者以外，抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐折度等均為前者較高。

總體上看，本兩段蒸煮麥草漿的物理性能要優(yōu)于傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿，并且其白度、強度等性能較好，可配抄書寫紙、膠印書刊紙等。

表5 O-Q-P-P漂白漿物理性能

由表5可以看出：經(jīng)O-Q-P-P漂白后，在本兩段蒸煮麥草漿(表5中3#)及傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿(表5中4#)的物理性能檢測數(shù)據(jù)中，前者的緊度與后者相當(dāng)；白度、不透明度等光學(xué)性能均為前者較高(其中，ISO白度約高出1.3%)；強度性能中，除耐破指數(shù)為前者略低于后者以外，抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐折度等均為前者較高?？傮w上看，本兩段蒸煮麥草漿的物理性能要優(yōu)于傳統(tǒng)燒堿蒽醌麥草漿，并且其白度、強度等性能較好，可配抄書寫紙、膠印書刊紙等。