部分去除薄壁细胞改善竹材高得率制浆性能的研究

摘要

我国竹材资源十分丰富;《造纸工业十三五规划》鼓励发展竹浆生产。高得率制浆技术具有原料利用率高，投资省，废水易于处理等特点，竹材高得率制浆技术的应用是竹浆产业健康发展的重要途径。以贵州赤水产竹子为研究对象，探索了竹材化学机械法和半化学法的制浆性能和漂白性能，优化了制浆和漂白工艺技术，分析了以上工艺过程制浆废水的污染特征和负荷，初步探讨了半化学法制浆蒸煮废液中木质素综合利用的可能性。
　　对竹片进行压溃后筛选分离去除部分薄壁细胞组织（简称“竹黄”），去除率为11.4％，所得纤维物料简称为“竹丝”。对原竹和竹丝分别进行了化学组成分析和纤维形态分析。结果表明，与原竹相比，竹丝中灰分降低了38.6％，纤维素含量增加了4.71％;竹黄灰分含量约为原竹的3倍，戊聚糖含量为原竹的1.5倍;竹丝纤维平均长度与原竹近似，证实对竹片的压溃并没有切断纤维作用。
　　采用碱性过氧化氢、碱性亚硫酸钠、烧碱等三种化学预浸渍工艺，分别对竹丝进行化学机械法制浆。比较不同化学品预浸渍制得的竹材化学机械浆的磨浆能耗、制浆性能、可漂性能及其废液的污染特征和发生量。结果表明:三种不同化学预浸渍工艺，竹丝化学机械法制浆性能差异较大，①碱性过氧化氢法预浸渍，磨浆比能耗最低，为1368kWh/t，浆料白度最好，为36.3％ISO，废水发生量和SS都最低，纸浆紧度最高;②烧碱法预浸渍，磨浆比能耗较高，为1668kWh/t，浆料颜色偏深。③碱性亚硫酸钠预浸渍，磨浆电耗介于以上两种方法之间、浆料白度(31.9％ISO)居中，浆料的松厚度(3.43cm3/g)最好。
　　选用优化后的碱性过氧化氢预浸渍工艺(2％H2O2)制取的竹丝化学机械浆为原料，利用过氧化氢、过氧乙酸等不同漂白剂对其进行了不同段数组合的漂白性能研究，提高竹浆的可漂性。研究结果表明，在相同的过氧化氢用量(12％H2O2)下，三段过氧化氢组合漂白(2％+4％+6％)纸浆的白度为72.1％ ISO，比二段过氧化氢组合漂白(2％+10％)纸浆白度66.8％ ISO高出5.3个ISO百分单位。采用过氧乙酸对化机浆进行活化预处理，再进行过氧化氢漂白，推荐的优化漂白工艺条件:①过氧乙酸活化段:过氧乙酸用量2％，pH6，浓度20％，温度70℃，时间60 min。②过氧化氢漂白段:过氧化氢用量8％，硅酸钠2％，二乙基三胺五乙酸(DTPA)0.2％，氢氧化钠用量5.5％，浓度20％，温度90℃，时间60 min。漂后纸浆白度可达到70.5％ ISO。采用甲脒亚磺酸(FAS)和Na2S2O4对过氧化氢漂白后浆进行补充漂白（三段H2O2漂白和一段FAS或Na2S2O4还原漂白），在过氧化氢用量10％(2％+4％+4％)和FAS用量2％时，纸浆白度可达到76.2％ ISO;在过氧化氢用量10％(2％+4％+4％)和Na2S2O4用量2％时，纸浆白度可达到73.2％ ISO，漂白竹浆达到了较好的白度水平。
　　本色生活用纸市场发展十分迅速，半化学浆比化机浆纤维柔软，可用于高档本色生活用纸的生产。另外，在具有化学法制浆和碱回收生产线的综合工厂，可以采用半化学法制浆，制浆浓废液经蒸发或膜处理预浓缩后，合并进入碱回收系统。分别采用碱蒽醌法(Soda/AQ)和碱性亚硫酸钠(AS)等不同蒸煮条件，比较竹丝半化学浆的制浆性能。结果表明，温和Soda/AQ法具有最高的粗浆得率和卡伯值，其次是AS法，Soda/AQ法蒸煮粗浆得率低,同时其卡伯值也最低。AS法粗浆的保水值最高，其浆料具有较好的亲水吸水性能。Soda/AQ法半化学浆强度最好，AS法半化学浆可漂白性能最好，温和Soda/AQ半化学浆挺度最好。污染负荷由高到低的顺序为:Soda/AQ工艺＞AS法工艺＞温和Soda/AQ工艺。
　　对竹材半化学浆蒸煮浓废液综合利用进行了初步探索，半化学浆蒸煮后提取浓废液，进行浓缩，替代部分苯酚合成酚醛树脂，红外和热重分析表明，Soda/AQ法和AS法半化学浆木质素都具有较低分子量，均含有大量羟基、甲氧基等活性基团，但Soda/AQ法木质素的活性基团比AS法木质素多。回收木质素的加入使合成酚醛树脂的热稳定性有所降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 研究背景

1．1．2 国内外研究现状及评述

1．2 研究目标与主要研究内容

1．2．1 关键的科学问题与研究目标

1．2．2 主要研究内容

1．3 研究技术路线

第二章 慈竹部分去除薄壁组织制漂白化机浆性能的研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验药品

2．2．3 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 竹材化机浆实验室制浆流程

2．3．2 磨浆、消潜和筛选

2．3．3 DTPA酸性螯合处理方法

2．3．4 竹材化机浆H2O2漂白方法

2．4 分析方法

2．4．1 竹材化学组分分析

2．4．2 竹材纤维形态分析

2．4．3 磨浆比能耗的测定

2．4．4 纸浆物理性能的测定

2．4．5 H2O2含量的分析测定

2．4．6 制浆废水COD与SS污染发生量的检测

2．5 结果与讨论

2．5．1 竹材螺旋挤压和筛分的组合对竹黄的分离效果

2．5．2 不同预处理化学机械法制浆性能

2．5．3 不同化学品预处理工艺化机浆的可漂白性能

2．6 小结

第三章 竹材化机浆漂白工艺的研究

3．1 引言

3．2 实验材料

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验药品

3．2．3 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 过氧化氢(P)漂白

3．3．2 过氧乙酸(Pa)漂白

3．3．3 甲脒亚磺酸(FAS)还原漂白

3．4．2 过氧乙酸漂液的分析测定

3．5 结果与讨论

3．5．1 竹材化机浆的过氧化氢漂白性能

3．5．2 Pa和P二段组合漂白

3．5．3 与其他还原剂的三段组合漂白

3．5．4 漂白效果差异的机理初探

3．6 小结

第四章 竹材Soda／AQ法和AS法半化学制浆及漂白性能研究

4．1 引言

4．2 实验材料

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验药品

4．2．3 实验仪器

4．3 实验方法

4．3．1 原料的处理及蒸煮

4．3．2 磨浆实验

4．3．3 PFI打浆

4．4 分析方法

4．4．1 磨浆电耗测试

4．4．2 纸浆卡伯值检测

4．4．3 成纸物理性能检测的测定

4．4．4 废水污染特征的检测

4．5 结果与讨论

4．5．1 不同半化学法蒸煮工艺对粗浆性能的影响

4．5．2 不同半化学法蒸煮工艺对半化学浆制浆性能的影响

4．5．3 半化学浆的漂白性能比较

4．5．4 不同半化学法制浆工艺对废液污染负荷和特征

4．6 小结

第五章 竹材半化学浆废水应用于酚醛树脂的初探

5．2．1 实验原料

5．2．2 实验药品

5．2．2 实验仪器

5．3 实验方法

5．3．1 纯酚醛树脂的制备

5．3．2 回收木质素浓缩液替代部分苯酚的酚醛树脂制备

5．4 分析方法

5．4．1 回收木质素的组分分析

5．4．2 红外光谱

5．4．3 凝胶色谱分析

5．4．4 黏度测定

5．4．5 热重分析

5．5 结果与讨论

5．5．1 两种木质素的成分分析

5．5．2 回收木质素的结构与性能表征

5．5．3 酚醛树脂及替代酚醛树脂结构及性能表征

5．6 小结

第六章 结论与讨论

6．1 结论

6．2 讨论及创新点

6．3 建议及展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢