添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法

发明人：刘秋娟 马伟良 张自敏 钟伟龙

专利权人：天津科技大学

申请号：201110089180.1

申请公布号：CN 102154873 A

申请公告日：2011-08-17

权利要求书

1.一种添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法，其特征在于，所述添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法的包括按顺序进行的下列步骤：

（1）将草类原料切成30～50 mm长的草片，筛选除尘后供蒸煮用，或以经过除髓的蔗渣直接作为蒸煮原料，或以湿法备料的草片作为蒸煮原料；

（2）将白液和黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：将上述原料和I段蒸煮液装入蒸煮器中，或者将草片与I段蒸煮液先混合后再装入蒸煮器中，之后升温至60～90℃，用碱量为8%～10%(NaOH 计)， 液比 1∶7～1∶8， 蒽醌用量为 0.02%～0.05%，升温时间为 1～20 min，然后保温 10～30 min，以制成半浆料；

（4）II段蒸煮：将上述半浆料中的黑液挤出，不经洗涤而直接补加由白液和黑液配制成的II段蒸煮液，然后升温至140～150℃，用碱量为5%～7%(NaOH 计)，液比 1∶5，蒽醌用量为 0.02%～0.05%，升温时间为40～60min，然后保温 50～70 min，最后放浆即可制成所述的添加黑液的烧碱蒽醌草浆。

2.根据权利要求1所述的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法，其特征在于，所述的步骤（2）中所用的黑液为前一次蒸煮时I段和II段黑液的混合液，残碱为 5～8g/L。

3.根据权利要求1所述的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法，其特征在于，所述的步骤（4）中所用的黑液为前一次蒸煮时II段的黑液，残碱为 6～9 g/L。

技术领域

本发明属于制浆造纸技术领域，特别是涉及一种添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法。

背景技术

当今世界造纸工业都是以木材作为主要原料，但是由于我国是一个森林资源相对短缺的国家，所以长期以来造纸用木浆严重供应不足，每年不得不进口大量的商品木浆。为了更好地发展我国的造纸工业，必须正视我国造纸原料结构的特殊性，要力争用好草浆，千方百计合理利用好我国数量庞大、价格较为低廉的草类资源，这对我国造纸工业的发展具有举足轻重的作用。麦草、蔗渣和荻苇都是资源丰富的非木材造纸原料，同时也是我国用量很大的造纸原料。草类原料制浆不仅可以缓解造纸原料日趋短缺的矛盾，而且还可以保护人类的生态环境。目前，实际生产中草类原料制浆主要采用传统的烧碱蒽醌法进行蒸煮。该方法是将蒸煮用碱在蒸煮开始时就全部加入，由于蒸煮初期的碱浓较高，因此易造成半纤维素的降解，所以成浆得率较低；随着蒸煮的进行，由于碱的不断消耗，蒸煮后期的碱浓较低，因此不利于木素的脱除，结果成浆的硬度较高。科研中已有的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法则多数参照木材的蒸煮工艺进行蒸煮，即在120℃以上的温度下进行第一段蒸煮或黑液预处理，由于黑液预处理的温度较高，均在100℃以上，所以蒸煮能耗较高。另外，众所周知，由于草类原料的脱木素速率较快，大量脱木素阶段是在升温至100℃以下，所以以超过100℃的温度进行黑液预处理或第一段蒸煮不太合理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够降低用碱量，且成浆质量好的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法。

为了达到上述目的，本发明提供的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法包括按顺序进行的下列步骤：

（1）将草类原料切成30～50 mm长的草片，筛选除尘后供蒸煮用，或以经过除髓的蔗渣直接作为蒸煮原料，或以湿法备料的草片作为蒸煮原料；

（2）将白液和黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：将上述原料和I段蒸煮液装入蒸煮器中，或者将草片与I段蒸煮液先混合后再装入蒸煮器中，之后升温至60～90℃，用碱量为8%～10%(NaOH 计)， 液比 1∶7～1∶8， 蒽醌用量为 0.02%～0.05%，升温时间为 1～20 min，然后保温 10～30 min，以制成半浆料；

（4）II段蒸煮：将上述半浆料中的黑液挤出，不经洗涤而直接补加由白液和黑液配制成的Ⅱ段蒸煮液，然后升温至140～150℃，用碱量为5%～7%(NaOH 计)，液比 1∶5，蒽醌用量为 0.02%～0.05%，升温时间为 40～60 min，然后保温 50～70 min，最后放浆即可制成所述的添加黑液的烧碱蒽醌草浆。

所述的步骤（2）中所用的黑液为前一次蒸煮时I段和II段黑液的混合液，残碱为5～8 g/L。

所述的步骤（4）中所用的黑液为前一次蒸煮时II段的黑液，残碱为 6～9 g/L。

本发明提供的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法是根据草类原料碱法蒸煮脱木素快的特点，第一段采用低温常压，两段均添加黑液蒸煮。蒸煮结果表明，纸浆卡伯值、细浆得率、残碱等均匀稳定，可以稳定地运行。通过与传统烧碱蒽醌蒸煮方法相比较，发现本两段蒸煮方法可以在低温条件下进行，而且在卡伯值基本相同的前提下，用碱量降低，细浆得率增加，且筛渣率较小。另外，对本两段蒸煮方法和传统烧碱蒽醌蒸煮方法所得浆分别进行了O-DQ-P、O-Q-P-P漂白及漂白浆物理性能检测，结果表明，本两段蒸煮漂白浆的白度、黏度均高于传统蒸煮漂白浆，具有较好的可漂性，且具有较好的机械强度，可配抄书写纸、胶印书刊纸等。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法进行详细说明。

实施例1

本实施例提供的添加黑液的麦草烧碱蒽醌两段蒸煮方法包括按顺序进行的下列步骤：

（1）将麦草切成30～50 mm长的草片，筛选除尘后供蒸煮用；

（2）将白液与残碱为5.6 g/L的黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：将上述草片与I段蒸煮液混合后装入蒸煮器中，之后(在何时间内)升温至75℃，用碱量为 9%(NaOH 计)，液比 1∶7，蒽醌用量为 0.03%，然后保温10 min，以制成麦草半浆料；

（4）II段蒸煮：将上述麦草半浆料中的黑液挤出，不经洗涤而直接补加由白液与残碱为6.3 g/L的黑液配制的Ⅱ段蒸煮液，然后在60 min的时间内升温至 145 ℃，用碱量为 5%(NaOH 计)，液比 1∶5，蒽醌用量为0.02%，然后保温50 min，最后放浆即可制成所述的添加黑液的烧碱蒽醌麦草浆。

实施例2

本实施例提供的添加黑液的蔗渣烧碱蒽醌两段蒸煮方法包括按顺序进行的下列步骤：

（1）以干法贮存并除髓的蔗渣直接作为蒸煮原料；

（2）将白液与残碱为5.6 g/L的黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：将上述蔗渣与I段蒸煮液混合后装入蒸煮器中，之后在10 min的时间内升温至70℃，用碱量为9.5%(NaOH计)，液比1∶7，蒽醌用量为0.04%，然后保温20 min，以制成蔗渣半浆料；

（4）II段蒸煮：将上述蔗渣半浆料中的黑液挤出，不经洗涤而直接补加由白液与残碱为7 g/L的黑液配制的II段蒸煮液，然后在50 min的时间内升温至150 ℃，用碱量为 5.5%(NaOH 计)，液比 1∶5，蒽醌用量为0.03%，然后保温45 min，最后放浆即可制成所述的添加黑液的烧碱蒽醌蔗渣浆。

实施例3

本实施例提供的添加黑液的荻烧碱蒽醌两段蒸煮方法包括按顺序进行的下列步骤：

（1）将荻切成30～50 mm长的荻片，过筛以除去尘土和碎屑，供蒸煮用；

（2）将白液与残碱为8 g/L的黑液混合后配成I段蒸煮液；

（3）I段蒸煮：将上述荻片和I段蒸煮液同时加入到蒸煮器中，之后在20 min内升温至80℃，用碱量为10%，液比1∶7，蒽醌用量为0.05%，然后保温10 min，以制成荻半浆料；

（4）II段蒸煮：将上述荻半浆料中的黑液挤出，不经洗涤而直接补加由白液与残碱为8.2 g/L的黑液配制的II段蒸煮液，然后在40 min的时间内升温至145℃，用碱量为6%，液比1∶5，蒽醌用量为0.03%，然后保温60 min，最后放浆即可制成所述的添加黑液的烧碱蒽醌荻浆。

一、蒸煮结果对比

为了验证本发明提供的添加黑液的草类原料烧碱蒽醌两段蒸煮方法的效果，本发明申请人对由上述实施例1中制备出的麦草浆进行了质量检测，并以按照传统烧碱蒽醌蒸煮方法制备出的麦草浆质量作为对比，蒸煮结果见表1。

表1 本两段蒸煮方法及传统烧碱蒽醌蒸煮方法的结果

从表1中B-1、B-2、B-3栏的数据可以看出：按照本两段蒸煮方法对麦草进行蒸煮时，麦草浆的卡伯值波动范围小(18.0～18.5)，细浆得率在50%左右，筛渣率较稳定(1.5%～1.6%)，且两段残碱波动较小。可见，本发明提供的两段蒸煮工艺是可以稳定运行的，且效果较好。

从表 1 中 B-1、B-2、B-3 与 A-64、A-65、A-66栏的数据可以看出，本两段蒸煮方法与传统烧碱蒽醌蒸煮方法所制备出的麦草浆卡伯值相近时 (前者的卡伯值为18.0～18.5，后者的卡伯值为18.4)，本两段蒸煮方法中两段的总用碱量为13%(I段为8%，II段为5%)，而传统烧碱蒽醌蒸煮方法的用碱量则为14%，因此可以节省1%的化学药品用量，这在一定程度上能够降低生产成本；本两段蒸煮方法的细浆得率为 49.9%～50.1%(如表 1 中 B-1、B-2、B-3 所示)，传统烧碱蒽醌蒸煮方法的细浆得率为48.8%(如表1中A-65所示)，细浆得率提高了约1.1%～1.3%；

此外，本两段蒸煮方法制备出的麦草浆筛渣率也比传统烧碱蒽醌蒸煮方法有所降低(前者的筛渣率为1.5%～1.6%，后者的筛渣率为1.9%)。

可见，本发明申请提供的添加黑液的麦草烧碱蒽醌两段蒸煮方法的效果要优于传统麦草烧碱蒽醌蒸煮方法。同时，也说明添加黑液可以提高脱木素的选择性，加快脱木素反应速率。

二、漂白结果对比

本发明申请人分别用O-DQ-P、O-Q-P-P两种漂白方式对本两段蒸煮方法和传统烧碱蒽醌蒸煮方法制备出的麦草浆按照相同的漂白条件进行了漂白。

以传统麦草烧碱蒽醌蒸煮方法(液比1∶5，蒽醌用量0.05%，升温时间90 min，最高温度160℃，保温时间5 min)所得浆为漂白原浆，其氧脱木素段(O)的工艺为：NaOH用量为2.5%，MgSO4用量为0.5%，浆浓10%，温度100℃，保温时间60 min，氧压0.6 MPa。氧脱木素结果为：终点pH值为11.2，卡伯值为11.8，黏度为 1056 mL/g。

以本两段蒸煮方法（I段，液比1∶7，蒽醌用量0.03%，保温时间 10 min，最高温度 75℃，用碱量 8%；II段，液比 1∶5，蒽醌用量 0.02%，最高温度145℃，保温时间45 min）所得浆为漂白原浆，其氧脱木素段 (O)的漂白工艺为：NaOH用量为2.5%，MgSO4用量为0.5%，浆浓10%，温度100℃，保温时间60 min，氧压0.6 MPa。氧脱木素结果为：终点 pH值为 11.6，卡伯值为10.5，黏度为1040 mL/g。

（1）DQ-P 漂白

分别将以上两种氧脱木素段漂白浆按照以下工艺条件进行漂白：DQ漂白段的浆浓均为10%；DQ段：ClO2用量 1.0%，温度 75℃，时间 45 min，DTPA用量0.35%；P段：温度 90℃，时间 120 min，NaOH用量 1.2%，MgSO4用量 0.05%，DTPA用量 0.3%，H2O2用量2.0%。

在恒温水浴锅中用塑料袋进行DQ-P漂白。两种浆的漂白结果如表2所示。

表2 DQ段及P段的漂白结果

从表2可以看出：当按照上述工艺条件分别对两种浆进行漂白时，本两段蒸煮方法制备出的麦草浆经过O-DQ漂白后(表2中1#)，卡伯值低于传统麦草浆(表2中2#)，而黏度则高于传统麦草浆(高出25 mL/g左右)；经P段漂白后，本两段蒸煮方法制备出的麦草浆白度、黏度均高于传统麦草浆(白度高出1.6%左右，黏度高出15 mL/g左右)。可见，在相同O-DQ-P的漂白条件下，与传统麦草浆相比，本两段蒸煮方法制备出的麦草浆具有较好的可漂性。

（2）Q-P-P 漂白

本发明申请人在对本两段蒸煮方法及传统烧碱蒽醌蒸煮方法制备出的麦草浆分别进行氧脱木素(O)之后继续进行螯合处理，处理条件为：DTPA用量为0.3%，温度为70℃，保温时间为45 min，浆浓为4%，本两段蒸煮方法制备出的麦草浆初始pH值为3.3，终点pH值为4.8；传统烧碱蒽醌蒸煮方法制备出的麦草浆初始pH值为3.4，终点pH值为4.6。

将经过螯合处理后的浆在恒温水浴锅中按以下工艺条件进行漂白：两段P漂白的浆浓均为10%，温度都为90℃；P1段：NaOH用量1.1%，MgSO4用量0.05%，H2O2用量 2.5%， 时间 120 min；P2段：NaOH用量1.0%，MgSO4用量0.05%，H2O2用量2%，时间120 min。分别用塑料袋进行P-P漂白实验，两段P段漂白结果如表3所示。

表3 P-P段漂白结果

由表3可以看出：按照上述漂白工艺条件分别对两种浆进行漂白时，本两段蒸煮麦草浆经过O-Q-P1漂白后(表 3中3#)，卡伯值低于传统烧碱蒽醌麦草浆(表3中4#)，数值相差2左右，而黏度则与传统烧碱蒽醌麦草浆相当；经P2段漂白后，本两段蒸煮麦草浆的白度、黏度均高于传统烧碱蒽醌麦草浆 （ISO白度高出1.5%左右，黏度高出11 mL/g左右）。可见，在相同的O-Q-P-P漂白条件下，与传统烧碱蒽醌麦草浆相比，本两段蒸煮麦草浆具有较好的可漂性。

三、纸的物理性能对比

本发明申请人将本两段蒸煮麦草浆及传统烧碱蒽醌麦草浆经O-DQ-P或O-Q-P-P漂序之后的漂白浆分别在标准疏解机上疏解，并在快速纸页成形器上抄纸，所得手抄片经恒温恒湿平衡水分后分别测其物理性能指标，并加以分析比较，结果见表4和表5。

表4 O-DQ-P漂白浆物理性能

由表4可以看出：经O-DQ-P漂白后，在本两段蒸煮麦草浆(表4中1#)和传统烧碱蒽醌麦草浆(表4中2#)的物理性能检测数据中，前者的紧度性能略低于后者；白度、不透明度等光学性能均为前者较高(其中，ISO白度高出约1.7%)；强度性能中，除耐破指数为前者略低于后者以外，抗张指数、撕裂指数、耐折度等均为前者较高。

总体上看，本两段蒸煮麦草浆的物理性能要优于传统烧碱蒽醌麦草浆，并且其白度、强度等性能较好，可配抄书写纸、胶印书刊纸等。

表5 O-Q-P-P漂白浆物理性能

由表5可以看出：经O-Q-P-P漂白后，在本两段蒸煮麦草浆(表5中3#)及传统烧碱蒽醌麦草浆(表5中4#)的物理性能检测数据中，前者的紧度与后者相当；白度、不透明度等光学性能均为前者较高(其中，ISO白度约高出1.3%)；强度性能中，除耐破指数为前者略低于后者以外，抗张指数、撕裂指数、耐折度等均为前者较高。总体上看，本两段蒸煮麦草浆的物理性能要优于传统烧碱蒽醌麦草浆，并且其白度、强度等性能较好，可配抄书写纸、胶印书刊纸等。