竹材高得率浆高白度漂白方法

专利名称：：竹材高得率浆高白度漂白方法
技术领域：
：本发明涉及制浆造纸领域，特别是涉及一种竹材高得率浆的漂白方法。
背景技术：
：我国是世界上竹类资源最丰富的国家之一，竹林面积达420万公顷，占世界四分之一。竹材高得率浆发展需要克服以下方面的问题(1)预浸渍问题。竹材材质坚硬，化学浸透困难，这点在竹化学浆的生产中已有充分体现。竹高得率桨的浸透和预处理技术是提高竹浆磨浆均匀性和降低能耗的关键；(2)难漂白问题。竹材高得率浆木质素等发色化学组分的含量及在纤维细胞层中的分布特殊性，难以如杨木、桉木等阔叶木高得率浆那样漂白至高白度。竹材本色高得率浆强度性能优良，能够满足本色纸品的抄造需要。对慈竹材原料分别采用了烧碱法和碱性亚钠法对慈竹进行高得率机械制浆研究，以慈竹为原料，可以制取质量性能优良的竹材高得率浆，成功配抄出性能指标完全达到牛皮挂面箱板纸技术指标(GB13024-91)B级以上标准的纸板产品。如果能够把竹材高得率浆制成白度70XISO以上的漂白浆，就可以替代木浆使用，生产多种漂白纸产品，可以减少森林资源的砍伐量，有非常广阔的市场应用前景。木材高得率浆特别是阔叶木高得率浆较易漂白，而竹材高得率浆漂白困难。竹浆高得率浆漂白性能存在差异的原因可能有a)木质素结构不同；b)发色物质来源复杂，CTMP浆料原始白度较低。在诸多造纸原料中，竹材木质素中对-羟苯基含量最高，甚至超过麦草，同时竹材含有一定比例的紫丁香基结构单元；而针叶材和阔叶材木质素对-羟苯基结构单元的含量没有或也很少。MitsuhikoTanahashi(WOODRESEARCH，1975，(58)，1-11)在研究竹材原料的木质素结构时也注意到了竹材木质素结构中可能含有更高比例的对-羟基木质素结构单元(木质素縮合部分)。文献(T.KRoy,1985,ISWPC，Vancouver,BC,43-47)表明，竹材高得率桨具有很好的强度，但是漂白性能差，使用氧化型(过氧化氢)漂白，竹浆会产生大量次生羰基结构，纸浆黄度增加；使用还原型漂白(连二亚硫酸钠)4对缩合的醌型和羰基结构作用很小，效果也不好。文献检索，竹浆漂白方面的研究文献有100余篇，研究对象主要是竹材化学浆或竹纤维(精制化学漿)，对竹材高得率浆漂白的研究，国内只有几家单位进行了尝试性探索，且漂白结果也不理想。国内外近几年研究表明，竹材本色高得率浆一般白度为30X40XISO。对于高得率浆漂白，漂后白度与浆料的原始白度成正相关关系。在经济的漂白化学品用量下(8%以下)，竹材只能漂白到62MISO。即使增加过氧化氢用量到12%，也只能够将竹材高得率浆漂白至65-68XISO的白度。仅使用过氧化氢对竹材高得率浆进行漂白，难以实现高白度的漂白目标。竹材组织结构紧密，表面富含硅细胞等杂细胞，液体浸透性能差，与漂白药剂的反应效率低下。
发明内容为了解决现有技术存在的竹材高得率浆难漂白的难题，本发明提供了一种竹材高得率浆高白度漂白的方法，可以得到高白度竹浆。本发明的技术方案为一种竹材高得率浆高白度漂白方法，包括以下步骤第一步，使用挤压机对经过预处理的竹片进行强化机械处理，使竹片物料暴露出更多的比表面积，使竹片物料达到液体:物料=2.5~3.5:1的吸液比，具有高吸液性能；挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的0.050.3%的过渡金属离子脱除剂、2X的NaOH、1.6%的Na2SCb或2^的&02进行化学浸渍处理，处理浆料浓度为2040Mwt，处理30分钟，处理温度为50。C;接着进行二次螺旋挤压，然后使用磨浆机在磨浆浆料浓度2040。/。wt浓度下磨制成纸浆，磨浆压力l大气压，然后进行消潜和筛选；强化机械处理也就是竹片挤压、高浓度磨浆时同时使用金属离子脱除剂，可同步实现竹材杂细胞的破碎与深色抽出物和过渡金属离子的脱除，提高竹高得率桨的漂白效率。螺旋挤压机的压缩比为l:4。第二步，使用过氧化氢活化剂和过氧化氢对竹浆进行活化处理；过氧化氢用量为绝干浆料质量的0.5~3%，过氧化氢活化剂用量为01.5%wt，过渡金属离子脱除剂用量为0.1%wt，Na2Si03为2%wt，NaOH用量为0.2~4%wt，处理温度60~90°C，时间3060分钟，处理浓度为20^wt;在此步骤中，过氧化氢活化剂与过氧化物配伍使用，可以降低漂白温度、縮短处理时间。可供活化过氧化氢漂白的化合物有如下几种a.酰胺基类化合物如四乙酰乙二胺(TAED)，属亲水性过氧化氢漂白活化剂；b.垸酰基类化合物通式为R-C(=0)-L。其代表性品种为壬酚基苯磺酸钠(NOBS);c.N-酰基已内酰胺(N-Acylcaprolactam)类化合物，其主要品种有是N—(三乙基铵甲撑苯酰基)己内酰胺氯化物(TBCC)，TBCC为阳离子型过氧化氢漂白活化剂，和6-(N,N，N三甲基铵)已内酰胺对甲苯磺酸(THCTS)等；d.氧氮杂奈类化合物，如2—苯基—2氢一l,3-氧氮杂萘。过氧化氢漂白液中添加活化剂，可直接生成过氧乙酸，克服了预先配制过氧乙酸造成的无效分解。过氧化氢活化剂与H202联合使用可以提高药剂与竹浆的反应性能，提高后续漂白药剂的使用效率，同时提高浆料的漂白白度增限。第三步，使用无氯漂白药剂H202对竹浆进行高浓停留漂白H202用量为绝干浆料质量的4~9%，过渡金属离子脱除剂用量为0.1%wt，Na2SiCb为13%wt，NaOH用量为36%wt，处理浆料浓度为10-30%,处理温度60~90°C，时间60-180分钟；第四步，使用脱色剂对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度脱色使用甲脒亚磺酸(FAS)，FAS使用量0.5~2.0%wt，NaOH用量为FAS用量的1/2，处理浆料浓度为10-30%，处理温度70'C，处理时间60分钟。FAS是一种脱色还原剂，通常主要用于纺织行业的脱色，在造纸业中一般用于废纸脱墨桨的漂白，在此处用于提高竹材高得率纸浆白度的效果很好。本方法中所述的过渡金属离子脱除剂为二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DTPMPA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)。在第二、三、四步中还可以添加镁盐，如MgS04、MgC03、Mg(CH3COO)2、Mg(OH)2或Mg(N03)2中的任意一种，添加量为0.05。/。wt。添加镁盐可以起到稳定过氧化氢、降低其分解效率的作用。本方法的竹片在第一步之前可以先进行预处理，将洗净除杂后的竹片，在室温下用水浸泡，汽蒸仓蒸汽压力为1大气压下预汽蒸1015分钟。通过使用该种强化处理、活化处理、高浓停留漂白和后期脱色，可以把竹材高得率浆漂白至提高至高白度，扩大竹高得率浆应用于漂白纸产品的生产，提高原料利用率。有益效果61.通过对竹片进行强化机械处理，磨浆与过渡金属离子、深色抽出物的脱除、杂细胞破碎同步实现，大大节约了漂白药剂用量，提高了漂白效率；2.使用活化过氧化物预处理，改善了过氧化氢停留漂白药剂的使用效率，提高了竹材高得率浆的漂白白度增限；3.使用脱色剂对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度，可以把竹材高得率浆漂白至高白度(70%以上)，比己有漂白技术提高28个ISO白度百分点。漂白浆可以用作漂白纸产品的生产用纤维浆料，开拓了竹材原料的用途，提高了竹材原料利用价值。4.使用保留木质素的漂白方法，漂白纸浆得率(对原料竹片)达到8085%，提高了原料的利用率，同时纸浆具有良好的强度性能和不透明度和松厚度；5.环境友善使用无氯漂白技术，无二噁英产生；废水污染负荷大大降低，废水容易治理。图1是慈竹高得率浆制浆漂白流程图。具体实施例方式下面结合工程实例，对本发明作进一步详细阐述。实施例l具体漂白实施方法如下1.强化机械和化学处理慈竹取自广西壮族自治区，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，汽蒸仓l大气压、温度105°<:、时间1015min预汽蒸后，使用压縮比l:4螺旋挤压机挤压，挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的2%NaOH、1.6。/。Na2SO3和0.2。/。DTPA进行化学浸渍处理，处理温度5(TC，处理时间30min，处理浆浓30^wt，接着进行二次螺旋挤压，然后使用高浓磨浆机进行磨浆，磨浆桨料浓度为30%wt，控制不同的磨浆能量输入，调节纸浆游离度至260280mlCSF。本色竹高得率浆得率88.5%。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件3%浆料浓度、9(fC消潜15分钟；制浆漂白及抄片、检测实施流程见图1。2.本色竹浆使用活化过氧化氢预处理化学药剂H202用量为2Xwt对绝7干物料，TAED用量为0.25%wt，NaOH用量为3^wt，Na2Si03用量为2%wt，DTPA用量为0.1%。处理温度70。C，处理时间30min，处理浆浓20^wt。3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂H202用量为绝干浆料质量的8%，NaOH为3%wt,Na2Si03用量2%wt，DTPA用量0.1%wt。处理温度80°C，处理时间120min，处理浆浓20%。4.纸浆脱色后处理漂白药剂FAS用量为2X，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTPA用量0.1%wt。处理温度70°C，处理时间60min，处理浆浓20Wwt。经过漂白白度和慈竹本色未漂白浆料白度和强度指标见表1。漂白竹浆浆料的白度为72.9%ISO，得率为84.7%。表l慈竹髙得率浆漂白前后浆料物理指标<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例2慈竹(取自广西)，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，送入汽蒸仓，常压预汽蒸1015分钟，在螺旋挤压机进行挤压(压縮比为1:4)。挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料2%NaOH、2%H202、0.2%DTPA用量进行化学处理，物料浓度30%，处理温度50。C，处理时间30min。然后使用螺旋挤压机挤压后送入高浓常压磨浆机进行磨浆，控制不同的磨浆能量输入，调节纸浆游离度至260280mlCSF。本色竹高得率浆得率87.2%。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件3%浆料浓度、90。C消潜15分钟。竹材高得率浆供漂白使用。制浆漂白及抄片、检测实施流程见图1。本色竹浆使用H202和FAS进行预漂白一主漂白一补充漂白的组合漂白。经过漂白白度为慈竹本色为漂白浆料白度和强度指标见表2。漂白竹浆的白度为71.2c/。ISO，得率为83.1%。表2慈竹高得率浆漂白前后浆料物理指标<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>具体漂白实施方法如下1.强化机械和化学处理慈竹经切片、水浸渍、预期蒸后(温度105°C、时间1015min)，使用高压缩比挤压机(压縮比1:4)，进行2%NaOH、2%H202和0.2%DTPA化学浸渍处理，处理温度50'C，处理时间30min，处理浆浓30%，接着使用螺旋挤压(压缩比1:4)后送入高浓磨浆机进行磨浆，磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件3%浆料浓度、90。C消潜15分钟；2.活化过氧化氢预处理化学药剂11202用量为2%，TAED0.25%，NaOH3%，Na2SK)3用量2X，DTPA用量0.P/。。处理温度7(TC，处理时间60min，处理浆浓20%。3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂&02用量为6%，NaOH为3%，Na2Si03用量2%，DTPA用量0.P/。。处理温度80。C，处理时间120min，处理浆浓20%。4.纸浆脱色后处理漂白药剂FAS用量为2X，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTPA用量0.P/。。处理温度7(TC，处理时间60min，处理浆浓20%。实施例3具体漂白实施方法如下1.强化机械和化学处理慈竹取自广西壮族自治区，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，汽蒸仓l大气压、温度105°<:、时间1015min预汽蒸后，使用压縮比l:4螺旋挤压机挤压，使竹片物料达到液体:物料=2.5~3.5:1的吸液比，挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的2%NaOH、1.6%Na2S03和0.2。/。DTMPA进行化学浸渍处理，处理温度5(TC，处理时间30min，处理浆浓20%wt，接着进行二次螺旋挤压，然后使用高浓磨桨机进行磨浆，磨浆浆料浓度为20%wt，控制不同的磨浆能量输入，调节纸桨游离度至260280mlCSF。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件3%浆料浓度、90°C消潜15分钟；制浆漂白及抄片、检测。2.本色竹浆使用活化过氧化氢预处理化学药剂11202用量为1Xwt对绝干物料，TBCC用量为0.25%wt，NaOH用量为1.2%wt，Na2Si03用量为2%wt，DTMPA用量为0.P/。，MgS04添加量为0.05。/。wt。处理温度70°C，处理时间60min，处理浆浓20%wt。3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂H202用量为绝干浆料质量的9%，NaOH为4%wt，Na2Si03用量3%wt，DTMPA用量0.1%wt,MgSO4添加量为0.05%wt。处理温度90。C，处理时间60min，处理桨浓20%。4.纸浆脱色后处理漂白药剂FAS用量为1.2X，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTMPA用量0.1%wt,MgS04添加量为0.05%wt。处理温度70'C，处理时间60min，处理浆浓30%wt。漂白竹浆浆料的白度为71.8%ISO，得率为83.6%。实施例4具体漂白实施方法如下1.强化机械和化学处理慈竹取自广西壮族自治区，切片、除杂后，在室温下用水浸泡，汽蒸仓l大气压、温度105。C、时间1015min预汽蒸后，使用压缩比1:4螺旋挤压机挤压，挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的2%NaOH、2。/。H2O2和0.2。/c)DTPMPA进行化学浸渍处理，处理温度50。C，处理时间30min，处理浆浓30^wt,接着进行二次螺旋挤压，然后使用高浓磨浆机进行磨浆，磨浆浆料浓度为30%wt，控制不同的磨浆能量输入，调节纸浆游离度至260280mlCSF。磨后浆料进行消潜和筛选，消潜条件3%浆料浓度、90°C消潜15分钟；制浆漂白及抄片、检测。2.本色竹浆使用活化过氧化氢预处理化学药剂H202用量为2^wt对绝干物料，TBCC用量为0.5%wt，NaOH用量为2%wt，Na2SiCh用量为2%wt，DTMPA用量为0.1。/。，MgC03添加量为0.05。/。wt。处理温度70°C，处理时间60min，处理浆浓20%wt。3.高浓过氧化氢停留漂白化学药剂H202用量为绝干浆料质量的8%，NaOH为3%wt，Na2Si03用量2%wt，DTMPA用量0.1%wt,MgC03添加量为0.05%wt。处理温度60。C,处理时间180min，处理浆浓20%。104.纸浆脱色后处理漂白药剂FAS用量为2X，NaOH用量为FAS用量(质量分数)的1/2，DTMPA用量0.1%wt,MgCCb添加量为0.05%wt。处理温度70°C，处理时间60min，处理浆浓20^wt。漂白竹浆浆料的白度为72.3%ISO，得率为82.7%。权利要求1.一种竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，使用挤压机对经过预处理的竹片进行强化机械处理，使竹片物料达到液体∶物料＝2.5～3.5∶1的吸液比，挤压后慈竹物料使用相对于绝干物料质量的0.05～0.3％的过渡金属离子脱除剂、2％的NaOH、1.6％的Na2SO3或2％H2O2进行化学浸渍处理，处理浆料浓度为20～40％wt，处理30分钟，处理温度为50℃；接着进行二次螺旋挤压，然后使用磨浆机在磨浆浆料浓度20～40％wt浓度下磨制成纸浆，磨浆压力1大气压，然后进行消潜和筛选；第二步，使用过氧化氢活化剂和过氧化氢对竹浆进行活化处理过氧化氢用量为绝干浆料质量的0.5～3％，过氧化氢活化剂用量为0～1.5％wt，过渡金属离子脱除剂用量为0.1％wt，Na2SiO3为2％wt，NaOH用量为0.2～4％wt，处理温度60～90℃，时间30～60分钟，处理浆浓20％wt；第三步，使用无氯漂白药剂H2O2对竹浆进行高浓停留漂白H2O2用量为绝干浆料质量的4～9％，过渡金属离子脱除剂用量为0.1％wt，Na2SiO3为1～3％wt，NaOH用量为3～6％wt，处理浆料浓度为10-30％wt，处理温度60～90℃，时间60-180分钟；第四步，使用脱色剂对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度脱色使用甲脒亚磺酸，甲脒亚磺酸使用量0.5～2.0％wt，NaOH用量为甲脒亚磺酸用量的1/2，处理浆料浓度为10-30％，处理温度70℃，处理时间60分钟。2.如权利要求1所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，所述的挤压机的压縮比为1:4。3.如权利要求1所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，所述的过渡金属离子脱除剂为二乙烯三胺五亚甲基膦酸、二乙烯三胺五乙酸。4.如权利要求1所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，所述的过氧化氢活化剂为酰胺基类化合物、垸酰基类化合物、N-酰基已内酰胺类化合物、氧氮杂奈类化合物。5.如权利要求1所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，所述的过氧化氢活化剂为四乙酰乙二胺、壬酚基苯磺酸钠、N—(三乙基铵甲撑苯酰基)(TBCC)、苯酰基己内酰胺(THCTS)、6-(N，N,N三甲基铵)已内酰胺对甲苯磺酸、2—苯基一2氢一l,3-氧氮杂萘中的任意一种。6.如权利要求l所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，第二、三、四步中添加镁盐。7.如权利要求1所述的竹材高得率浆高白度漂白方法，其特征在于，所述的镁盐是MgS04、MgC03、Mg(CH3COO)2、Mg(OH)2或Mg(N03)2中的任意一种，添加量为0.05。/。wt。全文摘要本发明公开了一种竹材高得率浆高白度漂白方法，包括以下步骤第一步，使用挤压机对经过预处理的竹片进行强化机械处理，挤压后慈竹物料使用过渡金属离子脱除剂等进行化学浸渍处理；接着进行二次螺旋挤压，然后磨浆，消潜和筛选；第二步，使用过氧化氢活化剂和过氧化氢对竹浆进行活化处理处理温度60～90℃，时间30～60分钟，处理浆浓20％wt；第三步，使用无氯漂白药剂H₂O₂对竹浆进行高浓停留漂白处理浆料浓度为10-30％wt，处理温度60～90℃，时间60-180分钟；使用脱色剂甲脒亚磺酸对竹浆进行脱色，脱除底色、调节色相、提高漂白浆白度。通过对竹片进行强化机械处理，磨浆与过渡金属离子、深色抽出物的脱除、杂细胞破碎同步实现，节约了漂白药剂用量，提高了漂白效率。文档编号D21C9/16GK101638859SQ20091018449公开日2010年2月3日申请日期2009年8月17日优先权日2009年8月17日发明者丁来保,房桂干,施英乔,萍李,梁芳敏,沈葵忠,健焦,胡剑民,邓拥军,韩善明申请人:中国林业科学研究院林产化学工业研究所