专利名称：利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的瓦楞原纸及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种瓦楞原纸及其生产方法，尤其是涉及一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的瓦楞原纸及其生产方法。
背景技术：
瓦楞原纸除广泛用于食品包装外，还可以用来包装家具、大件电器、仿制品、橡胶制品。由于瓦楞纸板本身结构的特点，具有很高的强度/重量比，是一种十分优良的包装材料。我国纸制品尤其是瓦楞原纸，主要以非木浆结构为主，传统的制浆工艺是用碱或酸在一定的压力温度下蒸煮植物原料，其中占原料一半的非纤维素原料及全部化工原料作为废弃物排放，不仅能耗大、得率低，而且需要大量的化学药品，使得制浆过程产生大量的废气废液，造成极其严重的环境污染。
蒸汽爆破制浆，是利用蒸汽爆破法对具有细胞结构的植物纤维原料进行处理制浆的一种新技术。在一定的蒸汽、温度、压力和少量化学品的作用之下，使纤维原料的化学成分发生物理、化学的变化，而在压力突然释放的瞬间，细胞内的蒸汽突然膨胀，从而使纤维得以离析、分散，部分剥离木素，并将原料撕裂为小纤维，如同发生了“爆破”。制浆废液污染负荷与传统制浆工艺相比降低约1/5～1/4。国内对爆破制浆的研究从二十世纪80年代中期开始起步，并发表了一些研究论文。不过工艺及研究的对象均为木材，而且均采用化学药品先行预处理后再进行爆破，不仅耗费大量的化学物品，而且存在环境污染严重的问题。1999年，中国科学院过程工程研究所针对秸杆提出了不加化学药品的低压爆破设想，进而利用1m3汽爆设备进行了喷爆，喷爆后的物料在实验室的条件下进行打浆和抄片。后经专家论证后，认为仅有1m3单缸汽爆试验和实验室制浆抄纸工艺并不完善和可靠，必须要进行中试后，方可投入大规模工业化生产。在申请本发明专利之前，国内外一些单位和部分专家对“蒸汽爆破”方法也经过长时间的研究和探讨，但都未曾达到大型工业化生产的程度。
专利号为99111449、授权公告日为2003年1月8日、发明名称为“利用低压汽爆秸杆类植物制纸浆的无污染方法”、专利权人为中国科学院化工冶金研究所的发明专利，涉及一种利用低压汽爆秸秆类植物制纸浆的无污染方法。其特征在于将已粗切为20～30毫米长的秸秆类植物装入汽爆罐中，以喷雾方式加入相对于原料干重约34％的水，于1.2～1.7MPa的压力下处理约10分钟后，瞬间减压释放，即得汽爆秸秆类植物；所得汽爆秸秆类植物用5倍的水抽提3次，直到以传统工艺得到抄纸。
其权利要求为“一种利用低压汽爆秸秆类植物制纸浆的无污染方法，包括秸秆类植物及浆液的处理，其特征在于将已粗切为20～30毫米长的秸秆类植物装入汽爆罐中，以喷雾方式加入相对于原料干重约34％的水，于1.2～1.7MPa的压力下处理约10分钟后，瞬间减压释放，即得汽爆秸秆类植物；所得汽爆秸秆类植物用5倍的水抽提3次，抽提后的爆破料稀释后，以10％的浓度加入盘磨机进行打浆，直到以传统工艺得到纸。”发明内容本发明的目的是提供一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低能耗、低污染、高得率的低定量高强瓦楞原纸及其生产方法。
为了实现上述目的，本发明一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于以秸杆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，在蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的0.5～2％加入烧碱，装入汽爆罐中，在145～180℃汽相蒸煮温度、0.9～2.0MPa压力下处理12～18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；然后进行洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆工序而制得汽爆麦草浆；然后将制得的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合，其浆料混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量50～70％，本色长纤维浆绝干总量30～50％；然后将混合后的浆料上网成形、压榨、干燥、卷取而制成成品。
根据所述的一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1～1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在0.9Mpa～1.1Mpa压力下处理3～8分钟，然后在1.4Mpa～1.8Mpa压力下处理8～11分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆。
根据所述的一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在1.0Mpa压力下处理5分钟，然后在1.6Mpa压力下处理10分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆。
根据所述的一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于所述的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量60％，本色长纤维浆绝干总量40％。
一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于以秸杆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，在蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的0.5～2％加入烧碱，装入汽爆罐中，在145～180℃汽相蒸煮温度、0.9～2.0MPa压力下处理12～18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；然后进行洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆工序而制得汽爆麦草浆；然后将制得的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合，其浆料混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量50～70％，本色长纤维浆绝干总量30～50％；然后将混合后的浆料上网成形、压榨、干燥、卷取而制成成品。
根据所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1～1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在0.9Mpa～1.1Mpa压力下处理3～8分钟，然后在1.4Mpa～1.8Mpa压力下处理8～11分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆。
根据所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在1.0Mpa压力下处理5分钟，然后在1.6Mpa压力下处理10分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；所述的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量60％，本色长纤维浆绝干总量40％。
根据所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于在洗浆提取工序中挤浆机进浆布浆浓度5.0～10％挤浆机出浆浓度26.0～30.0％挤浆液中纤维含量 3g/l。
根据所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，
其特征在于粗打浆工序中打浆度 18～20°SR湿重 7.0～8.0g精打浆工序中打浆度 23～25°SR纤维湿重 3.0～5.0g。
根据所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于上网成形工序中成浆打浆度 27±3°SR成浆湿重 4.0～6.0g上网浓度 0.8～1.0％上网PH值 6.0～8.0。
本发明是基于利用中压蒸汽爆破处理农作物秸杆，可使纤维得以分散、离析的特点，开辟应用物理原理制浆造纸的新方法。目的在于克服现有技术存在的污染环境、生产过程复杂、产品得率低、生产成本高的缺点，而提供一条先进、新颖、独特的、易于工业化生产的工艺路线，在该方法中首次应用了4台50m3汽爆罐，通过反复的设备调试及大量的浆料检测试验，不断优化生产工艺，最终逐步攻克各项技术难关，成功地产出了合格的浆料，同时为解决污染问题，采取污水特殊处理工艺，达到分级处理循环使用目的，真正实现了废水的零排放。使汽爆技术成功的应用于大型工业生产中。此方法具有低能耗、低污染、高得率的性质，且生产出的包装和冷藏专用包装瓦楞原纸具有低定量、高强度、外观平整均匀的特点。
本发明利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸瓦楞原纸，纸机车速可达300米/分，日产能力可达150吨。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的具体工艺流程图。
具体实施例方式
本发明的技术方案如下本发明以切断后的秸杆(20～30mm)为原料，经除尘后，利用中压蒸汽爆破处理纤维，再经洗涤提取、粗打浆、筛选、净化、浓缩、精打浆工序制浆，并与少量本色长纤维浆料混合，抄造高强瓦楞原纸。
具体工艺流程如图1、图2所示工艺流程包括秸杆、粗切(20～30mm)、蒸汽爆破、洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆、上网成形、压榨、干燥、卷取。
本发明中，秸杆可以是稻草、麦草、玉米杆、豆秸、高粱秸、蔗渣、棉子杆等农副产品。
本发明一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于以秸杆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，在蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的0.5～2％加入烧碱(NaoH)，装入汽爆罐中，在145～180℃汽相蒸煮温度、在0.9～2.0MPa压力下处理12～18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；然后进行洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆工序而制得汽爆麦草浆；然后将制得的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合，其浆料混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量50～70％，本色长纤维浆绝干总量30～50％；然后将混合后的浆料上网成形、压榨、干燥、卷取而制成成品。
本发明中，蒸汽爆破指在一定规模的汽爆罐中装入粗切(20～30mm长)的秸杆，并加入0.5～2％的烧碱，其中优选按秸杆原料的绝干重量的1～1.5％加入烧碱。汽相蒸煮温度优选150℃～170℃。加压处理时最好先在0.9Mpa～1.1Mpa压力下处理3～8分钟，其中在1.0Mpa压力下处理5分钟效果较好。然后1.4Mpa～1.8Mpa压力下处理8～11分钟，其中在1.6Mpa压力下处理10分钟效果较好，然后瞬间减压释放即得汽爆秸杆。
本发明方法中，在洗涤提取工序，由于汽爆后的浆料纤维较粗、挺，一般的低压差洗涤设备使用效果不理想，最终采用了双螺旋挤浆设备。最后经过反复的论证，根据汽爆浆的特点，挤浆机进浆布浆浓度5.0～10％。
本发明方法中，由于汽爆产生的分散、离析的物料，经喷爆后虽然大部分在形状上发生变化，但仍不能成浆抄造，这需要一个预处理过程，以便后面的工序能够连续正常生产，针对物料的特性，选择了以切断为主，疏解为辅的打浆方式，确保了成浆的质量，磨浆机磨浆浓度2.8～3.0％，其打浆程度有一定要求打浆度18～20°SR，湿重7.0～8.0g。
本发明的方法中，由于在汽爆过程中只加入了1.5％的烧碱，秸杆中纤维素、半纤维素损失很少，且大量木质素保留在浆料中，浆得率高，可达到65～75％，比化学制浆提高15～30％。
所述的汽爆浆料经精打浆达到规定的工艺指标后，与本色长纤维浆料(最佳工艺指标为打浆度30±2，湿重5～7)混合，最佳配比为汽爆浆料60％，本色长纤维浆料绝干总量40％，经上网抄造成纸。
在压榨工序，由于在汽爆过程中只加入了1.5％的烧碱，汽爆后浆料中含有木质素相对较高，细纤维化程度相对化学浆来说较小，因此在成形压榨过程中滤水速度较快，所需的压榨线压力较化学浆低(一般为预压区线压50～70KN/m，一压区线压120～180KN/m，二压区线压150～200KN/m)，整条爆破制浆生产线集中控制，只需二人操作，大大降低了工人的劳动强度，自动化程度高。
爆破过程仅消耗蒸汽，其用量为0.7～1.5吨蒸汽/吨秸杆。
在本发明中，制浆造纸产生的废弃物采用清洁生产的设计理念进行封闭循环使用，废渣用于制造生物有机肥，废液分级处理后循环利用。
本发明中，洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆等工序要求一定的工艺条件，根据原料不同，最适条件有所不同。
实施例备料工序料片长度20～30mm含尘率 ≤4％蒸汽爆破工序本发明中，蒸汽爆破指在一定规模的汽爆罐中装入粗切(20～30mm长)的秸杆，并加入少量烧碱，在145～180℃汽相蒸煮温度、在0.9～2MPa压力下处12～18分钟。优选在150～170℃汽相蒸煮温度、0.9～1.1MPa压力下处理5分钟，然后于1.4～1.8MPa压力下处理10分钟，然后瞬间减压释放即得汽爆秸杆。
本工序主要设备是汽爆罐和喷放仓，经蒸汽爆破后浆料投入喷放仓后，须经过四条螺旋输送带及一条主螺旋输送带，并在螺旋后半段设喷水管，直接送料至挤浆机布浆器。具体工艺参数如下液比 1∶1
用碱量(按秸杆原料的绝干重量)0.5～2％，最佳1.5％低压0.9～1.1Mpa，最佳1.0Mpa保压时间3～8Min，最佳5Min高压1.4～1.8Mpa，最佳1.6Mpa保压时间8～11Min，最佳10Min汽相蒸煮温度145～180℃，优选150℃～170℃，最佳160℃。(说明若温度过低，无法撕裂纤维；温度过高，浆料爆的太碎，同样不利于造纸。)洗涤提取工序挤浆机进浆布浆浓度 5.0～10％挤浆机出浆浓度 26.0～30.0％挤浆液中纤维含量 ≤2～4g/l粗打浆工序磨浆机磨浆浓度 2.8～3.0％打浆度 18～20°SR湿重 7.0～8.0g筛选净化工序筛选浓度 1.5～2.0％进浆压力 0.15～0.25MPa进出口压差 0.015～0.05MPa浓缩洗浆工序出浆浓度 4.0～6.0％精打浆工序打浆度 23～25°SR纤维湿重 3.0～5.0g本发明在原料上采用汽爆麦草浆与少量本色长纤维浆混合的配比工艺，从而改善成纸颜色，提高成纸物理指标。其浆料配比(绝干重量)为汽爆浆 50～70％，最佳60％本色长纤维浆 30～50％，最佳40％上网成形工序
所述的汽爆浆料经精打浆达到规定的工艺指标后，与少量本色长纤维浆料(最佳工艺指标为打浆度30±2，湿重5～7)混合，上网抄造成纸，其上网成形工艺参数为成浆打浆度 27±3°SR成浆湿重 4.0～6.0g上网浓度 0.8～1.0％上网PH值 6.0～8.0压榨部工艺参数真空吸移辊真空度 0.05～0.08MPa真空压榨辊真空度 0.05～0.08MPa预压区线压 50～70KN/m上毛布吸湿箱真空度 0.02～0.03MPa下毛布吸湿箱真空度 0.02～0.03MPa二压(大辊径1)线压120～180KN/m上毛布吸湿箱真空度 0.02～0.03MPa三压(大辊径2)线压150～200KN/m上毛布吸湿箱真空度 0.02～0.03MPa下毛布吸湿箱真空度 0.02～0.03MPa本工艺生产的瓦楞原纸可达A级，物理指标如下定量 110g/m2环压强度指数 6.5～7.1Nm/g裂断长 3.7～4.3km紧度 ≥0.5g/cm3水分 8.0±2％
权利要求
1.一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于以秸杆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，在蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的0.5～2％加入烧碱，装入汽爆罐中，在145～180℃汽相蒸煮温度、0.9～2.0MPa压力下处理12～18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；然后进行洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆工序而制得汽爆麦草浆；然后将制得的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合，其浆料混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量50～70％，本色长纤维浆绝干总量30～50％；然后将混合后的浆料上网成形、压榨、干燥、卷取而制成成品。
2.根据权利要求1所述的一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1～1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在0.9Mpa～1.1Mpa压力下处理3～8分钟，然后在1.4Mpa～1.8Mpa压力下处理8～11分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆。
3.根据权利要求2所述的一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在1.0Mpa压力下处理5分钟，然后在1.6Mpa压力下处理10分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆。
4.根据权利要求1所述的一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸，其特征在于所述的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量60％，本色长纤维浆绝干总量40％。
5.一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于以秸杆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，在蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的0.5～2％加入烧碱，装入汽爆罐中，在145～180℃汽相蒸煮温度、0.9～2.0MPa压力下处理12～18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；然后进行洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆工序而制得汽爆麦草浆；然后将制得的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合，其浆料混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量50～70％，本色长纤维浆绝干总量30～50％；然后将混合后的浆料上网成形、压榨、干燥、卷取而制成成品。
6.根据权利要求5所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1～1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在0.9Mpa～1.1Mpa压力下处理3～8分钟，然后在1.4Mpa～1.8Mpa压力下处理8～11分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆。
7.根据权利要求6所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于在所述的蒸汽爆破工序中，按秸杆原料的绝干重量的1.5％加入烧碱，装入汽爆罐中，在150～170℃汽相蒸煮温度下，先在1.0Mpa压力下处理5分钟，然后在1.6Mpa压力下处理10分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；所述的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合配比按绝干总量百分比为汽爆麦草浆绝干总量60％，本色长纤维浆绝干总量40％。
8.根据权利要求5所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于在洗浆提取工序中挤浆机进浆布浆浓度5.0～10％挤浆机出浆浓度26.0～30.0％挤浆液中纤维含量 3g/l。
9.根据权利要求5所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于粗打浆工序中打浆度 18～20°SR湿重7.0～8.0g精打浆工序中打浆度 23～25°SR纤维湿重3.0～5.0g。
10.根据权利要求5所述的利用蒸汽爆破秸杆制浆生产低定量高强瓦楞原纸的生产方法，其特征在于上网成形工序中成浆打浆度 27±3°SR成浆湿重4.0～6.0g上网浓度0.8～1.0％上网PH值6.0～8.0。
全文摘要
一种利用蒸汽爆破秸杆制浆生产的低定量高强瓦楞原纸及其生产方法，以秸杆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，在蒸汽爆破中，按秸杆原料的绝干重量的0.5～2％加入烧碱，装入汽爆罐中，在145～180℃汽相蒸煮温度、0.9～2.0MPa压力下处理12～18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆；然后进行洗涤提取、粗打浆、筛选净化、精打浆工序而制得汽爆麦草浆；然后将制得的汽爆麦草浆与已有的本色长纤维浆混合，绝干总量百分比为汽爆麦草浆50～70％，本色长纤维浆30～50％；然后将混合后的浆料上网成形、压榨、干燥、卷取而制成成品。本发明具有低能耗、低污染、高得率的性质，有利于环保。且生产出的包装和冷藏专用包装瓦楞原纸具有低定量、高强度、外观平整均匀的特点。
文档编号D21D1/02GK1786340SQ20051010429
公开日2006年6月14日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者陶志远, 郁永和, 孙中国, 郜金山, 刘剑, 孙启峰, 郁全丰, 杜娟 申请人:山东丰源中科生态科技有限公司