环保型本色纸的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物质资源化高效综合利用领域，具体地涉及利用三素分离得到的纤 维素产品制造的环保型本色纸。
【背景技术】
[0002] 作为造纸的原料主要是植物纤维。在经济发达国家主要采用针叶树或阔叶树木 材，约占总用量的95%以上。而在中国所用的植物纤维原料品种则相对比较多，包括（1)针 叶树木材，如落叶松、红松、马尾松、云南松、樟子松等；（2)阔叶树木材，如杨木、桦木、桉木 等；（3)草本植物，如芦苇、竹子、芒杆、麦草、稻草、龙须草、高粱杆、蔗渣等；（4)韧皮纤维类， 如亚麻、黄麻、洋麻、檀树皮、桑皮、棉杆皮等；（5)毛纤维类，如棉花、棉短绒、棉破布。从原料 来源角度，使用例如上述(3)草本植物成本更低且来源广泛。然而，与上述（1)和(2)类原料 相比，使用其他材料，特别是上述(3)类原料制得的纸张纤维含量较低，在外观上表现为松 垮、强度低、质地不均，甚至有不规则孔洞。另一方面，随着人民生活水平及质量的提高，在 市场上消费者更加倾向于选择100%木浆的生活用纸。
[0003] 为了解决使用上述(3)类原料制得的纸张的这些问题，目前通常进行压花处理以 掩人耳目。另外，为了提高手感，添加滑石粉而使其过分滑腻或使用时经常有粉尘脱落。此 外，为了提高白度而进行过分漂白处理，使颜色过分白或有污点。然而，这些方法并不能从 根本上解决特别是作为草本类原料带来的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明人在生物质资源化综合利用方面，特别是生物质资源的三素分离领 域进行了长期研究，发明人发现在将草本植物作为原料进行三素分离后可得到纤维素、半 纤维素以及木质素产品，其中得到的纤维素产品中纤维素含量提高，而木质素及半纤维含 量降低。以此纤维素产品作为造纸原料可提高纸张的品质，改善外观。由此完成了本发明。
[0005] 本发明的一方面提供一种环保型本色纸，其以由草本植物材料制得的纤维素产品 为原料制得，其中所述纤维素产品具有以下性质:基于所述纤维素产品的总重量纤维素的 浓度为28.63%，K值为5.5以下，叩解度为20-30° SR，湿重为2-3.5g，白度为44.5°以下，pH值 为7-9;其中，所述本色纸不包含漂白成分。
[0006] 在某一实施方案中，所述纤维素产品通过下述步骤制得：
[0007] 将收集的草本植物材料进行预处理，然后通过输送设备送入一级分离装置，用 0.6MPa-3.0MPa的蒸汽蒸煮lmin-5min，蒸煮后再进行多级清洗，然后进行固液分离得到半 纤维素液以及固形物；
[0008] 向所述固形物加入碱溶液，在90°c-130°C的条件下蒸煮0.5h-l. 5h，蒸煮后进行二 次固液分离得到固态形式的纤维素产品。
[0009] 优选地，纤维素产品制备过程中所述的碱溶液选自由氢氧化钠水溶液、氢氧化钾 水溶液、氢氧化钙水溶液、氨水和碳酸氢钠水溶液组成的组的至少一种。可选地，纤维素产 品制备过程中所述的碱溶液的添加量基于所述固形物的总质量以碱的重量计为4%-10%。
[0010]在某一实施方案中，所述草本植物材料选自植物的根、猜杆、叶子和种壳组成的组 的至少之一。
[0011]可选地，所述草本植物材料选自由玉米杆、小麦杆、大麦杆、谷物杆、芦苇、亚麻茎、 杂草、谷物壳、麦糠、豆类秸杆、棉花杆和薯类秧组成的组的至少之一。
[0012] 在某一实施方案中，环保型本色纸为抽纸或卷纸。优选地为餐桌纸。
[0013] 使用本发明所述的非木材类纸浆进行制浆时，由于纤维素产品中已经将草本植物 中的半纤维素分离出去，剩余的纤维素和木质素的结构也疏解开，因此，使用化学药品的量 由传统制浆的12%_18%降低至5%至8%。甚至可以不使用任何化学药品。另外，与传统制 浆时的蒸汽压力（〇. 5-0.7MPa)和温度（135 °C -150 °C )相比，利用本发明的非木材类纸浆进 行制浆时温度和蒸汽压力也降低。
[0014] 本发明属于生物质资源化的综合利用，在充分利用植物资源的木质素、半纤维素 的情况下，将得到的高含量纤维素产品用于造纸，提高了纸张的纤维素含量及外观特征。另 外，本发明的纸因没有添加化学药剂，没有经过漂白处理，因此无残留，使用时对人体没有 伤害；由于选用浆料来源于生物质三素分离产品中的纤维素，该纤维素制备的产品可以直 接用于城市绿化、家庭栽花种草的有机肥料的补充。
[0015] 向所述固形物加入碱溶液，在90°C~130°C的条件下蒸煮0.5h~3h，蒸煮后进行二 次固液分离得到固态形式的纤维素产品，传统造纸制浆不需要先分离半纤维素，而是直接 将原料通过加入酸或者碱，进行蒸煮，一般蒸煮温度为：150-170°C，蒸煮时间在1.5-2.5小 时。蒸汽压力在〇. 6MPa-0.8MPa.蒸煮后的原料经过洗涤、筛选、漂白等工艺处理，得到纸浆， 在洗涤、筛选、漂白等工艺处理过程中产生的半纤维素、木质素混合在水体中，形成较难处 理的制浆废水。
【附图说明】
[0016] 图1为传统三级分离装置的示意性说明图。
【具体实施方式】
[0017] 现对本发明的各示例性实施方案进行详细描述，其中的实施例用附图加以说明。 可以理解的是，以下的详细说明不是对本发明的限定，相反是为读者提供对本发明的某些 方面和特征的细节更好的理解。
[0018] 在本发明中，各种科技术语、名词、单位均具有本领域内通常的含义，除非另作说 明。另外，本发明中各种参数的定义如造纸行业中最新版国家标准所述，并且它们的测定均 根据造纸行业中相关的最新国家标准测定，除非另作说明。本发明所述的各类单位在表示 重量时以克(g)，除非另作说明。
[0019] 在本发明中，生物质原料(例如草本植物的各类材料)通过三级分离技术可以生产 纤维素、半纤维素和木质素。本文中将这三种物质总称为"三素"，将通过三级分离技术生产 三素的技术称作"三素分离技术"。其中包括通过三次分离手段分别得到不同产品，并将不 同产品开发用于生产三素。
[0020] 下面参考示例性的附图1来简单说明三级分离步骤。
[0021] -级分离步骤:将收集的生物质原料进行预处理，然后通过输送设备送入一级分 离装置，用〇. 6MPa-3. OMPa的蒸汽蒸煮lmin-5min，蒸煮后再进行多级清洗，然后进行固液分 离得到半纤维素液相(第一液相）以及作为固形物的第一固相；
[0022] 二级分离步骤：以上述固形物的总质量计，向固形物中加入4 % -10 %的碱溶液，在 60°C_130°C的条件下蒸煮0.5h-3h，蒸煮后进行二级固液分离得到第二液相和第二固相； [0023]三级分离步骤:将第二液相进行沉淀、过滤、活化、精选处理，得到第三液相和第三 固相，其中所述第三液相为生化木素原液。
[0024]在上述三级分离中，第一液相优选地可进一步用于厌氧发酵产生沼气或制备糠醛 产品。第二固相优选地可进一步用于加工制成纤维素或其衍生产品，例如羧甲基纤维素产 品。作为第三液相的生化木素原液优选地可经膜装置进一步浓缩，制成液态生化木素产品， 将液体生化木素产品经蒸发和干燥后制得固态生化木素产品。另外，作为第三固相的固形 物可优选地经沉淀、固液分离处理后，用于制备例如生物质成型燃料产品。
[0025] 本发明中，所述的"草本植物"相对于木本植物而使用，指木质部不发达，茎杆柔软 的一类植物。与之相对的木本植物指木质部发达、坚硬，植株高大。草本植物一般植株矮小， 分为一年生、越年生和多年生三类。作为草本植物，优选地包括但不限于各类农业作物。例 如，麦类、谷物、芦苇、亚麻类、玉米、巨菌草、高粱、葵花、杂草、食用菌、豆类、棉花或薯类等。 另外，草本植物材料，包括上述植物的至少一部分，例如上述植物的根、茎叶、花等的至少一 种。从原料广泛及成本角度，优选植物茎部材料，例如各种秸杆，优选小麦秸杆。
[0026] 本发明中使用的术语"纤维素产品"是指在草本植物材料的三素分离中产生的富 含纤维素成分的产品。具体通过下述步骤得到:将收集的草本植物材料进行预处理，然后通 过输送设备送入一级分离装置，用0.6MPa-3. OMPa的蒸汽蒸煮lmin-5min，蒸煮后再进行多 级清洗，然后进行固液分离得到半纤维素液以及固形物；向所述固形物加入碱溶液，在90 °C-130°C的条件下蒸煮0.5h-1.5h，蒸煮后进行二次固液分离得到固态形式的纤维素产品 与传统制浆的区别在于：由于第一级分离已经将草本植物中的半纤维素分离出去，剩余的 纤维素和木质素的结构也疏解开，因此，使用化学药品的量降低(传统制浆在12%_18%)， 使用的温度和蒸汽压力降低(传统蒸汽压力5-7公斤，温度135°C-150°C)。
[0027] 所述纤维素产品优选具有以下的性质：并具有以下性质：基于所述纤维素产品的 总重量所述纤维素的浓度28.63%，K值为5.5以下，叩解度为20-30° SR，湿重2-3.5g，白度为 44 · 5°以下，pH值为7-9，优选8 · 07。
[0028] 在传统的造纸工业中，以单纯草本植物为原料的制得的纸浆一般含有木质素、半 纤维素，因此纸浆得率在30 %-35 %，纤维素的含量在65 %-80 %。而通过三素分离后得到的 纤维素产品中纤维素的含量达到90%_97%，因此，纸浆的纯度更高。所述浓度基于所述纤 维素产品的总重量计。
[0029] 由于草本植物含有大量的木质素。在造纸过程中需要尽可能地脱除这些木质素。 传统上，在将蒸煮后的粗浆进行筛选、洗涤过程中进行氧碱漂，脱除部分木质素，从而得到 符合质量要求的细浆。在本发明的三素分离过程中，通过第一次分离去除半纤维素。通过第 二次分离去除包含于液相的木质素。因此，得到的纤维素产品中已经去除大部分的半纤维 素和木质素。
[0030] 另外，在传统造纸工艺中需要纸浆漂白，从而去除纸浆中的有色物质，或改变化学 组分使之脱色，同时进一步去除残余的部分木质素，以提高纸浆的白度和白度稳定性，满足 生产的纸或高纯度精制浆的要求。而在本发明中，由于纤维素产品中已经将原料中的85% 以上的半纤维素以及95%以上的木质素分别提取，因此，纸浆中的纤维素含量更高，产品更 纯。
[0031]本发明中所使用的术语"K值"，是指纸浆的卡帕值，即一定量的纸浆在特定的酸性 条件下，与一定量的高锰酸钾反应一定时间，得到的纸换算成相当于消耗50%高锰酸钾量。 该数值的大小反映出经蒸煮后残留在纸浆中木素含量的多少以及其他还原性物质的相对 含量，可以间接地表示纸浆脱木质