深究棉短绒酸制浆工艺

本文作者：刘姗姗 房桂干 徐永建 邓拥军 单位：中国林业科学研究院林产化学工业研究所 生物质化学利用国家工程实验室 国家林业局林产化学工程重点开放性实验室 江苏省生物质能源与材料重点实验室 陕西科技大学造纸工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室

蒸煮工艺实验采用15LZQS型电热旋转蒸煮锅，内衬4个2L耐高压小罐，油浴加热。将40g绝干原料和蒸煮液按液比1∶6装入小罐，待油裕预热到160℃时，将小罐放入油浴中蒸煮。油浴在30～40min升至195℃，并在此温度下保温60min。蒸煮结束后，将小罐取出在水浴中快速冷却至室温，取出浆料洗涤。漂白工艺采用EAPP漂序进行漂白。碱处理段NaOH用量3%，70℃，30min;酸处理段硫酸调节pH为2，90℃，120min;H2O2漂白段H2O2用量10%，NaOH用量3%，MgSO4用量3%，C6H5Na3O7用量1%，EDTA用量0．5%，漂白温度70℃，漂白时间120min。分析检测高锰酸钾值采用GB/T1547—1989方法测定;白度按国标方法测定;纸浆α－纤维素含量采用GB/T744—1989方法测定。

洗涤工艺的研究乙醇法制浆及洗涤与传统制浆方法不同，它是通过乙醇水溶液将纸浆中残余木素溶解出来从而达到与纤维分离及降低纸浆硬度的目的。在以前的研究［5］中确定了乙醇浆最佳洗涤段数为3段，但是由于棉短绒的木素含量比其它原料要低得多，采用两段洗涤即可达到溶解出残余木素的目的，因此将蒸煮所得浆料按以下方法洗涤，洗涤后浆料的性质如表2所示。表2洗涤后浆料的性质洗涤工艺蒸煮得率/%高锰酸钾值两段水洗85．8210．5水+醇86．459．2两段醇86．769．4醇+水84．599．2由表1可知，经“水+醇”工艺洗涤后的浆料高锰酸钾值最低，浆中残余木素的脱除效果最好，而且得率较高，因此确定洗涤工艺为“水+醇”。蒸煮最佳酸用量的确定氢离子浓度在乙醇法制浆过程中具有重要作用，乙醇法制浆脱木素具有高度的pH值依赖性。高酸度会引起半纤维素甚至是纤维素的显著降解，从而导致纸浆得率和强度下降，在本实验中添加有机弱酸，不会造成纤维素大量降解和纸浆黏度的显著变化。在乙醇蒸煮液中加入乙酸，用量分别为0%、1%、2%、3%，所得浆料的性质如图1、图2所示。图1蒸煮酸用量对浆料得率和KMnO4值的影响图2蒸煮酸用量对漂后浆KMnO4值、白度和α－纤维素含量的影响由图1可以看出，随着蒸煮液中酸用量的增加，浆料的高锰酸钾值逐渐降低，得率先降低后升高，在酸用量1%时蒸煮浆料的得率最低，而高锰酸钾值却降低的不多。由图2可以看出，漂白后浆料的白度和α－纤维素含量的变化趋势相同，都是先升高后降低，都是在酸用量1%时达到最高值，高锰酸钾值在此时也达到最低，而且当酸用量逐渐增加时高锰酸钾值基本没有发生变化，说明酸用量1%时未漂浆的高锰酸钾值虽然比酸用量2%和3%的高，但是并未影响后续的漂白效果，因此在酸用量1%时脱除木素的效果已经能满足需要。综合考虑，确定最佳酸用量为1%。蒸煮最佳液比的确定图3蒸煮液比对浆料得率和KMnO4值的影响图4蒸煮液比对漂后浆KMnO4值、白度和α－纤维素含量的影响由图3可以看出，随着液比的增加，浆料的得率呈下降趋势，高锰酸钾值先大幅度降低而后增加。并且随着液比的增加，得率下降的幅度逐渐减小。Gilarranz等［6］认为蒸煮时增大液比具有双重作用:乙醇的脱木素能力具有强烈的氢离子浓度依赖性，液比增大，体系酸度下降，脱木素能力下降;液比增大，乙醇溶解木素的量增加，木素的吸附作用得到抑制。由此可知，液比1∶6和液比1∶8时的浆料比液比1∶4时的浆料高锰酸钾值低，在液比1∶8时降低的幅度最大，是因为此时体系的酸度对脱木素能力的影响与木素的吸附作用达到平衡的结果，所以此时脱木素的程度明显增大。在液比1∶10时体系的酸度下降的较多，因此脱木素的能力下降，出现了木素重吸附的现象。由图4可以看出，在液比1∶8时，漂后浆的白度较高，α－纤维素含量也较高，高锰酸钾值比1∶4时降低的最多，并且随着液比的增大，高锰酸钾值基本上没有发生变化。因此，综合考虑，确定最佳液比为1∶8。蒸煮最佳保温时间的确定棉短绒原料中综纤维素含量较高，而灰分、热水抽出物相对较少。棉短绒制浆实际所要脱除的是附于棉短绒上的果胶类物质和棉短绒纤维表皮层所含的脂肪和腊，还有棉纤维蛋白质等成分。虽然棉短绒中木素含量很少，脂肪、果胶含量也不高，但由于棉短绒原料中含有大量的棉籽壳和尘埃等杂质，如果在蒸煮中不会完全去除，会影响棉短绒浆的白度［7］，并且乙醇制浆不像碱法制浆那样使木素碎裂，乙醇制浆中溶剂化的木素多而降解的很少。因此扩散速度慢，所以需要保温一段时间。本实验选取了保温时间30min、60min和90min，所得浆料的性质如图5、图6所示。图5保温时间对浆料得率和KMnO4值的影响图6保温时间对漂后浆KMnO4值、白度和α－纤维素含量的影响从图5可以看出，随着保温时间的延长，浆料的得率和高锰酸钾值都是先降低后升高。在保温60min时棉短绒中的木素、附于棉短绒上的果胶类物质及棉短绒纤维表皮层所含的脂肪和腊，还有棉纤维蛋白质等成分得到了最大程度的降解和脱除，棉短绒中含有的大量的棉籽壳和尘埃等杂质也得到了极大程度的分解。因此，在保温60min时浆料的得率和高锰酸钾值都是最低的。但是保温时间过长，已经溶解出来的木素和其它杂质又有可能析出并吸附在浆料纤维上，造成浆料的高锰酸钾值升高。而且过长的保温时间会使蒸煮能耗增加，同时还可能会对纤维强度产生不利影响。从图6可以看出，漂后浆料在保温60min时，高锰酸钾值最低，α－纤维素含量较高，白度已达到85%ISO以上，可以满足需要。而保温90min时高锰酸钾值很高，α－纤维素含量却很低，这可能是由于保温时间的过度增加造成了木素等溶出物的吸附和纤维素的大量降解导致的。因此综合考虑，保温时间在60min较好。

酸催化乙醇法棉短绒浆的最佳洗涤工艺为:“水+醇”两段洗涤，在此条件下所得浆料的高锰酸钾值最低，为9．2。保温时间对降低棉短绒高锰酸钾值的贡献最显著，液比和酸用量也有一定的影响。棉短绒酸催化乙醇法最佳制浆工艺为:乙酸用量1%，液比1∶8，保温时间60min。该制浆条件下棉短绒乙醇浆高锰酸钾值为8．7，得率81．93%，经EAPP漂白后浆料的高锰酸钾值为3．3，α－纤维素含量为92．48%，白度为86．56%ISO。