一种硫酸盐法制浆蒸煮助剂

摘要

本发明公开了一种硫酸盐法制浆蒸煮助剂，该助剂由氟碳表面剂全氟烷基甜菜碱、全氟壬烯氧基磺酸钠、十六烷基磺酸钠、纳米级微细蒽醌、右旋糖复配而成。在硫酸盐法制浆中，本助剂跟NaOH、Na2S溶液混合，随着温度的升高，加速蒸煮药液的渗透，帮助深度脱除木质素，同时保护纤维素末端醛基，抑制剥皮反应发生，以达到提升制浆得率、提高浆的强度与白度、缩短蒸煮时间的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及制浆造纸领域中的助剂，尤其涉及一种硫酸盐法制浆的蒸煮助剂。

背景技术

在制浆造纸企业中，化学制浆基本采取硫酸盐法，其机理是根据绝干木片的量，用 一定比例的NaOH、Na2S与水混合形成混合液，对绝干木片按1∶3至1∶4的液比与木片一 起置于蒸煮锅中，随着温度的升高，药液开始往木片中渗透，其中进入木片内部的OH^-、 HS^-开始与木质素发生反应，木质素分子在OH^-、HS^-离子的作用下，从大分子变成小分 子从纤维表面脱落下来，溶于碱液中，而碱液中的S^2-离子与木质素小分子发生反应，防 止了木质素小分子的再一次缩合。保留下来的纤维素经洗涤、筛选、漂白后即形成漂白 浆，可用于造纸。

硫酸盐制浆是近代制浆的一大创举，目前化学制浆90％以上的企业采用硫酸盐法。从 此过程看，存在如下问题：1、碱液渗透速度较慢，会增加制浆过程中的蒸汽消耗；2、 碱液渗透速度较慢，必须要提高蒸煮温度、增加蒸煮时间，而温度和时间的提高又会造 成纤维的降解，从而影响浆的强度；3、OH^-、HS^-离子在脱出木质素的同时，与纤维素 的末端醛基发生反应，造成剥皮反应发生，使制浆得率受到影响。4、蒸煮药液与木片混 合不均匀，导致木片蒸解不均匀，粗渣量较多。5、硫化物排放。

为了解决上述问题，目前市场上有许多种类的蒸煮助剂，总结起来，可分为如下几 类：

1、表面活性剂类

2、蒽醌类(AQ)

3、蒽醌衍生物类

4、表面活性剂与蒽醌复配类

表面活性剂类主要作用是降低药液的表面张力，促进蒸煮药液的渗透，并不能帮助 脱除木质素，所以浆的得率和强度得不到提高，但能缩短一定蒸煮时间。而且很多被用 于蒸煮的表面活性剂并不耐强碱和高温，很多在130℃-150℃时会分解，所以，其作用 有一定的局限性。

蒽醌(AQ)的作用是：AQ首先与纤维素的末端醛基发生反应，把纤维末端醛基氧化成 羧基，而AQ本身被还原成AHQ，AHQ电离成二价AHQ^2-离子，AHQ^2-又与木质素亚甲基 醌的β芳基醚键反应，使木质素从大分子变成小分子，溶于碱液中，其本身又被氧化成 AQ。由此可见，AQ有脱除木质素和保护纤维素的作用，并可取代部分或全部Na2S，但 没有帮助渗透的功能。而且AQ多为晶粒状，基本不溶于水和碱液，对蒸煮均匀性有一定 影响，而且未溶解的蒽醌可能会堵塞筛板和引起管道结构，所以其作用也有一定局限 性。

蒽醌衍生物作用基本与蒽醌类似，尽管不会产生结构，其与纤维素和木质素发生氧 化-还原反应的能力弱于蒽醌。

蒸煮助剂的发展趋势基本就是第4类，即表面活性剂与蒽醌复配类，目前市面上有这 一类产品，要么就是蒽醌颗粒太粗，与表面活性剂复配会发生分层，要么就是渗透剂效 果不佳，与蒽醌达不到协同作用，实际上其作用就是往蒸煮药液中同时加入蒽醌和表面 活性剂，对蒸煮帮助不大。本发明采用新的配方与新的技术成功克服了上述问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中的不足，提供一种新型的硫酸盐法制浆蒸煮助剂。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种硫酸盐法制浆蒸煮助剂，由如下按质量百分含量计的成份复配而成：

氟碳表面剂全氟烷基甜菜碱(C₁₅H₁₅F₁₇N₂O₄S)0.1％-5％，全氟壬烯氧基磺酸钠 (C₉F₁₇OC₆H₄SO₃Na)0.1％-5％，十六烷基磺酸钠(C₁₆H₃₃SO₃Na)10％-50％，蒽醌(C₁₄H₈O₂) 5％-30％，右旋糖(C₆H₁₂O₆)1-30％；

优选地，由如下按质量百分含量计的成份复配而成：

氟碳表面剂全氟烷基甜菜碱2％、全氟壬烯氧基磺酸钠2％、十六烷基磺酸钠28.5％、 蒽醌25％、右旋糖5％、去离子水37.5％。

其中，所述蒽醌颗粒为纳米级，粒径为：D50＜550ns，D90＜6.5μm。

与现有技术相比，本发明的优势体现在：

本发明把氟碳表面活性剂用于蒸煮，主要是C-F比C-H有更高的键能，在用量极少的 情况下可大幅降低体系的界面张力，从而使蒸煮药液更加快速渗入木片内部，同时氟表 面活性剂又是非常好的分散剂，可使改性纳米级微细蒽醌快速分散于蒸煮药液中，与木 片非常均匀的混合，增加浆的均匀性，减少粗渣排放。全氟烷基甜菜碱 (C₁₅H₁₅F₁₇N₂O₄S)、全氟壬烯氧基磺酸钠(C₉F₁₇OC₆H₄SO₃Na)复配使用，利用各自性能特 点，使得蒸煮药液渗透性更强、固体微细颗粒分散性更好。十六磺基磺酸钠也是一种常 规的表面活性剂，具有渗透于湿润的特点，进入木片内部后，其亲油基进入木片的树 脂、果胶中，在外力及温度的作用下把木片中的树脂、果胶拉入水中；同时又是一种良 好的乳化剂，防止产品因放置而分层。普通蒽醌是晶粒状，容易吸附于木片表面，造成 反应不完全，影响蒸煮均匀性；而纳米级微细蒽醌比表面积大幅增加，在氟表面活性剂 的分散作用下，与木片混合更均匀，反应更完全。一般情况而言，蒸煮药液中的Na2S在 达到160℃时，对AQ的还原反应有催化作用，大量实验证明，右旋糖(C₆H₁₂O₆)在135℃ 左右就可催化AQ还原成AHQ，AHQ电离溶于水并电离成二价离子，在同样蒸煮时间 内，AHQ→AQ的氧化-还原次数增多，提高AQ的使用效率，用量大幅减少，同时杜绝晶 粒状AQ反应不完全而引起管道堵塞和蒸解不均匀等情况发生。

本发明中，特殊表面活性剂与常规表面活性剂的复配使用，大幅降低蒸煮药液的表面 张力，促进药液渗透润湿；分散剂的使用使微细蒽醌颗粒与木片混合更均匀充分，还原剂 的使用在单位时间内增加蒽醌的氧化-还原次数，因而大部分解决目前蒸煮过程中存在的各 种问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

准备标准一吨乳化机一台，375kg 80℃的去离子水，250kg纳米级微细蒽醌，285kg 十六磺基磺酸钠，20kg全氟壬烯氧基磺酸钠，20kg全氟烷基甜菜碱，右旋糖50kg。

往乳化剂不朽钢桶中加入去离子水、纳米级微细微细蒽醌、全氟壬烯氧基磺酸钠，转 子转速开在1200转，转动35-45分钟；再加入十二磺基磺酸钠，转子转速提升1500转， 转动30-40分钟；然后再加入全氟烷基甜菜碱，转子转速降低到1000转，转动20分钟， 最后加入右旋糖，保持转速不变，转动20分钟。即得到一种乳白色略带浅黄的均匀液体， 即一种新型的制浆蒸煮添加剂。

实施例2

准备标准一吨乳化机一台，440kg 80℃的去离子水，225kg微细蒽醌，250kg十六磺 基磺酸钠，22kg全氟壬烯氧基磺酸钠，18kg全氟烷基甜菜碱，右旋糖45kg。

往乳化剂不朽钢桶中加入去离子水、微细蒽醌、全氟壬烯氧基磺酸钠，转子转速开在 1200转，转动35-45分钟；再加入十二磺基磺酸钠，转子转速提升1500转，转动30-40 分钟；然后再加入全氟烷基甜菜碱，转子转速降低到1000转，转动20分钟，最后加入右 旋糖，保持转速不变，转动20分钟。即得到一种乳白色略带浅黄的均匀液体，即一种新 型的制浆蒸煮添加剂。

实施例3本发明产品在生产中的使用效果分析

1试验原料

木片：取自削马尾松木片，平衡水份时间较长，木片合格率较好，水份均匀。

蒸煮助剂：1#为本发明实例一工艺生产的蒸煮助剂，2#为本发明实例二工艺生3#某国 产助剂(常规表面活性剂与普通蒽醌复配型)，4#某美国品牌蒸煮助剂(表面活性剂与普 通蒽醌复配型)

蒸煮碱液：商品烧碱和硫化碱，从车间取样，分别标定浓度，备用。

2试验方法

蒸煮在15L带四群罐的电热式蒸煮锅中进行；浆料置于布袋中洗净后，用平 板式筛浆机筛浆，收集细浆在实验室进行次氯酸钙单段漂白；漂白是将浆料放入塑料袋 后置于水浴锅中完成；未漂浆是在日本KRK产型号DR-200的抄片器上抄片，手抄片经 恒温恒湿处理后，按国家标准检测各项物理强度。

3结果分析

3.1蒸煮工艺与浆料质量

蒸煮升温曲线：空转10min，加热70min升温至150℃，再加热25min升温至174℃， 高温保温60min，全程155min(不包括空转时间)。蒸煮液比1∶3.5。

表1蒸煮工艺条件及浆料质量

3.2次氯酸盐单段漂白结果

表2漂前浆质量与漂白结果

从上述实例数据分析可以看出，使用本发明的助剂，性能指标超过同类的国际国内产 品。制浆得率提升细浆1.5％以上，说明纤维受到本发明助剂在高温、高碱性条件下，比同 类产品更能防止纤维降解与剥皮反应发生，纤维更长，这样，同样的浆，所用原材料会节 约。同时裂断长提升12％以上，撕裂指数提高28.3％以上，说明因为纤维长，所以在成纸 时强度也大幅提高。同时因为木木质素脱除较彻底，可漂性增加，在同样漂白条件下，白 度也有提升，这样能减少漂白药品的消耗。

所以，本发明的助剂在节约原材料消耗、节约漂白药品消耗、提升制浆强度等方面优 势明显，若得到推广，客户的制浆成本也会大幅下降。