一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法

摘要

本发明公开了一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法，包括以下步骤：将速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆分别进行梯度打浆，第一种纸浆的打浆度为15‑25°SR，第二种纸浆的打浆度为30‑55°SR，第三种纸浆的打浆度为65‑75°SR；然后将制备好的三种梯度的纸浆按照质量比例5~15：60~80：10~20进行混合均匀后制备纸基材料。在造纸过程中，本发明采用梯度打浆技术和自添加技术两项关键技术，解决了现有技术中单一打浆技术的不足，避免了额外添加剂的使用。

说明书

技术领域

本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法。

背景技术

2012年以来，我国纸和纸板的总产量已超过全球产量的四分之一，稳居世界第一。随着我国造纸工业的快速发展，木材生物质已成为我国制浆造纸工业的主要原材料，约占造纸纤维原料的60％。随着制浆造纸工业生产技术水平的不断提高，阔叶木在制浆造纸中所占的比重不断加大。当前，我国北方的大规模速生杨林已出具规模，为制浆造纸工业的发展储备了良好的原料。随着社会和科技的发展，利用木质纤维造纸原料的组分分离技术，将其分离制备传统化学浆的除将其用于制备传统的纸和纸板的同时，再开发系列制备纸基材料的新技术，把传统造纸行业拓宽至新材料行业，为传统的造纸行业的转型升级拓宽了新的思路和途径。

造纸的过程主要分为制浆和造纸两个基本过程。现在生产中通常将单一原料纸浆或混合原料纸浆经简单打浆后，再往纸浆中加入改善纸张性能的填料、胶料、施胶剂等各种辅料，然后进行抄制成型或压制成型。其中，造纸填料是指在纸浆内加入的一些基本不溶于水的固体微粒，加入的目的是改善纸张的不透明度、亮度、平滑度、柔软性、均匀性和尺寸稳定性。还可以提升纸张的手感，降低纸张吸湿性，减少纤维用量。加入填料的纸浆可降低造纸成本，改善纸张的部分性能。但是，填料会使纸张的施胶度和强度下降。此外，添加填料的纸张容易掉粉、掉毛，同时大量化学添加剂的使用，可能会使得部分纸张本身不环保，也降低纸张的降解性能，对环境造成一定的危害。

目前关于速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆采用常规造纸技术制备得到的纸基材料存在成纸后的各项物理指标相对较低，尤其是在制备高档生活用纸上，部分物理指标偏低的情况。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明采用梯度打浆技术和自添加技术两项关键技术，使用抄制成型和压制成型两种方法制备高级纸基材料，获得了系列高强度的纸基材料的制备新技术。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个目的是提供一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法，包括以下步骤：

将速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆分别进行梯度打浆，第一种纸浆的打浆度为15～25°SR，第二种纸浆的打浆度为30～55°SR，第三种纸浆的打浆度为65～75°SR；

然后将制备好的三种梯度的纸浆按照质量比例10～20：60～80：10～20混合均匀后制备纸基材料。

由于不同的打浆度所需能耗不同，本发明可根据所需纸基材料的特性，按比例混合均匀后制备纸基材料，能够起到在保证达到所需纸基材料性能的同时，使能源消耗最低。

优选的，所述第一种纸浆的打浆度为20～25°SR，第二种纸浆的打浆度为30～50°SR，第三种纸浆的打浆度为65～70°SR。

优选的，根据本发明特定的纸浆原料，为使得制备得到的纸基材料的物理性能较佳，第一种纸浆、第二种纸浆和第三种纸浆的质量比例为15～20：65～75：10～15。

最优选的，第一种纸浆、第二种纸浆和第三种纸浆的质量比例为20：70：10。

优选的，所述速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆的制备方法引用专利201310303232.X中的制备方法。

速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)蒸煮：取速生杨木片，放入蒸煮锅中蒸煮，得原浆，然后进行洗涤、筛选，得纸浆；

(2)木聚糖酶预处理；

(3)TCF漂白：对上述经过酶处理的纸浆进行漂白，漂白工序为O_P-Q-P，O₁-O_2P-Q-P或O_1P-O_2P-Q-P三种漂序之一，漂白工序的步骤为：首先，对经过酶处理的纸浆进行脱氧木素或强化脱氧木素；氧脱木素结束后，对纸浆进行洗涤，然后进行Q段螯合处理；Q段螯合处理结束后，对纸浆进行洗涤，然后进行P段H₂O₂漂白，完成，得到速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆。

进一步地，所述蒸煮的具体方式为：取长度15～25mm、宽度10～20mm、厚度3～5mm的速生杨木片，自然风干后，在15L电热回转式蒸煮锅中进行蒸煮，制得速生杨硫酸盐原浆，蒸煮的条件是：用碱量20％(对绝干原料，Na₂O计)，硫化度24％，液比1:4，蒸煮最高温度165℃，在105℃时进行小放气15min，升温时间120min，保温时间90min；蒸煮后进行充分洗涤、筛选，得纸浆，纸浆的卡伯值在16～21。

进一步地，所述木聚糖酶预处理的具体方式为：调整纸浆浓度为10％，然后用木聚糖酶X₁、X₂或X₃进行处理，在处理过程中，每间隔10～15min揉搓一次，以保证酶与纸浆的均匀混合；处理后取出，放入沸水浴中10min，使木聚糖酶失活终止反应，用自来水清洗纸浆后进入下一步漂白工序。

进一步地，所述木聚糖酶X₁由诺维信公司提供(商品名称诺维信木聚糖酶PulpzymeHC，商品号CKN00117和CDN00429)，液态，无纤维素酶活；木聚糖酶X₂、X₃均由深圳绿微康生物有限公司提供(商品名称木聚糖酶，商品号LV-1和LV-2)，均为白色粉末状固体，均不含纤维素酶活。

优选的，得到混合均匀的纸浆后，采用抄制成型或压制成型制备纸基材料。抄制成型和压制成型是造纸技术领域中常规的技术。

本发明的第二个目的是提供一种采用上述方法制备得到的纸基材料。该纸基材料可为环保包装纸、生活用纸、白卡原纸等。

其中，所述生活用纸为高档卫生纸、餐巾纸和手帕纸。

优选的，采用本发明的方法更加适合制备生活用纸-卫生纸，包括卷筒卫生纸和抽取式卫生纸，采用本发明的方法制备得到的生活用纸，柔软度较好、吸水度高、抗张强度较高，效果突出显著。

本发明的第三个目的是提供一种梯度混合纸浆在制备卫生纸中的应用，所述梯度混合纸浆的制备方法如下：将速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆分别进行梯度打浆，第一种纸浆的打浆度为15～25°SR，第二种纸浆的打浆度为30～55°SR，第三种纸浆的打浆度为65～75°SR；然后将制备好的三种梯度的纸浆按照质量比例10～20：60～80：10～20进行混合均匀后得到梯度混合纸浆。

为了较大幅度的提高卫生纸的产量和质量，现有技术中生产卫生纸时或多或少的都添加了一些添加剂，比如干强剂，节约纤维原料，增大卫生纸强度；干强度助剂，也叫纤维粘合剂，主要是因为它有一定的分子量和活性基团，能使纤维羟基结合从而提高强度；等等。

针对速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆，采用本发明的梯度打浆和自添加技术，可以避免现有技术中制备卫生纸的缺点。这是由于本发明的速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆经过梯度打浆(尤其是第三种打浆度)后，细小纤维的含量明显增加。细小纤维的增加对纸张性能有重要的影响，可以改善纸张的抗张强度；纸浆细小纤维的润胀程度大，单位绝干物质携水量接近长纤维携水量的两倍左右；细小纤维在纤维网络中可以发挥填充作用，但是由于其柔软且细的特性，它不会堵塞纤维网络，因而可以提升纸张的密度。而该浆种特别适合生产生活用纸，提高生活用纸的抗张强度。本发明中的细小纤维是指通过200目筛的纤维碎片、丝状细小纤维、纤维束等组分。

由于本发明中采用的纸浆是生物化学法漂白所得速生杨化学浆，纸浆漂白过程中经过生物酶的作用，纸浆纤维的柔软性增强，打浆过程能耗明显降低，打浆后的纸浆的保持了较好的柔软性和可抄造性。

梯度打浆的目的是使纸浆在制备纸基材料时既要保持纸浆纤维良好的滤水性能，还要使得纸浆纤维裸露足够多的羟基使成型纸基材料拥有足够多的氢键、共价键结合，使得纸基材料形成一个交错的链状网络结构，确保成型纸基材料优良的物理强度。

打浆度与纤维结合力、裂断长、耐折度、撕裂度、抗张度、吸收性、柔软度等具有复杂的关系，对于不同的纸浆种类，这种关系并没有特定的规律，所以需要经过大量的试验进行研究摸索，得到制备纸基材料较佳的打浆度。针对特定速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆，本发明优化得到三种梯度的打浆度和其各自的含量比例，不同配比和梯度打浆度的浆料之间起到协同互补的作用，对打浆度的要求降低，可以避免打浆条件控制不好，易出现定量不均的问题。由于传统制备的纸基的物理性能与打浆、填料的加入量和填料的留着率有较大的关系，如果要制备一种特定的纸基，需要把握好每个环节。而经研究，针对特定的原料，本发明通过控制打浆梯度和各自的含量能够制备理想的纸基材料。

本发明针对特定速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆，经分析研究，打浆度(15～25°SR)较低的纸浆纤维较长、分丝帚化程度较轻，在纸基材料中起到一定的支撑作用，并保证纸基材料制备过程中良好的滤水性能，这部分纸浆纤维的用量一般在10％～20％；打浆度(30～55°SR)适中的纸浆纤维有所切断，纤维分丝帚化较好，在制备纸基材料过程中，起到将纤维紧密交织结合的作用，这部分纸浆纤维的用量所占比例最大，一般是60～80％；打浆度(65～75°SR)较高的纸浆纤维，纤维本身的切断较多、分丝帚化程度很高，纤维变细短小，裸露出的羟基和氢键更多，在制备纸基材料过程中，起到链接交织更多的氢键和共价键、填充纸基材料空隙的作用，这部分纸浆纤维的用量所占比例较少，一般是10～20％，若是此比例大于20％的话，影响到纸基材料的物理强度。

自添加技术是指，不需要额外的添加剂，只需将化学浆分别进行梯度打浆，部分少量化学浆的打浆度提高，纤维变的短细小，按照一定比例配合，代替了添加剂的使用。

上述技术方案具有如下有益效果：

(1)在造纸过程中，本发明采用梯度打浆技术和自添加技术两项关键技术，解决了现有技术中单一打浆技术和混合多种原料打浆的不足，避免了额外添加剂的使用。

(2)本发明的梯度打浆技术和自添加技术制备得到的纸基材料的各项物理性能优异，尤其是制备生活用纸-卫生纸。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法，该实施例制备食品用包装纸基材料。

步骤如下：

(1)将专利ZL201310303232.X“一种速生杨的硫酸盐浆生物化学法TCF漂白工艺”技术获得的高性能全无氯速生杨漂白化学浆，纸浆白度82.5％ISO，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是20°SR、45°SR、65°SR。

其中，纸浆白度为82.5％ISO的化学浆的制备方法，包括以下步骤：

1)蒸煮：取速生杨木片，放入蒸煮锅中蒸煮，得原浆，然后进行洗涤、筛选，得纸浆；所述蒸煮的具体方式为：取长度15～25mm、宽度10～20mm、厚度3～5mm的速生杨木片，自然风干后，进行蒸煮，制得速生杨硫酸盐原浆，蒸煮的条件是：用碱量20％，对绝干原料，Na₂O计；硫化度24％，液比1:4，蒸煮最高温度165℃，在105℃时进行放气15min，升温时间120min，保温时间90min；蒸煮后进行洗涤、筛选，得纸浆。

2)木聚糖酶预处理：所述木聚糖酶预处理的具体方式为：调整纸浆浓度为10％，然后用木聚糖酶X₁进行处理，在处理过程中，每间隔12min揉搓一次，处理后取出，放入沸水浴中10min，使木聚糖酶失活终止反应，用自来水清洗纸浆；X₁处理的工艺条件：酶用量8IU/L，温度50℃，pH8，时间120min；所述木聚糖酶X₁购自诺维信公司，商品名称诺维信木聚糖酶PulpzymeHC，商品号CKN00117和CDN00429，液态，无纤维素酶活；

3)TCF漂白：对上述经过酶处理的纸浆进行漂白，漂白工序为O₁-O_2P-Q-P，漂白工序的步骤为：首先，对经过酶处理的纸浆进行氧脱木素或强化氧脱木素；氧脱木素结束后，对纸浆进行洗涤，然后进行Q段螯合处理；Q段螯合处理结束后，对纸浆进行洗涤，然后进行P段H₂O₂漂白，完成，得到纸浆白度为82.5％ISO的浆液；

所述O₁-O_2P-Q-P漂白工序的具体方式为：第一段氧脱木素和第二段强化氧脱木素的工艺条件：第一段O₁：浆浓10％，NaOH用量2.5％，氧压0.6MPa，温度100℃，时间20min，MgSO₄用量0.5％；第二段O_2P：补充0.5％的NaOH，加入3％的H₂O₂，Na₂SiO₃用量0.7％，氧压0.5MPa，时间60min；Q段：浆浓8％，DTPA用量0.5％，温度70℃，时间60min，pH值4-5；P段：H₂O₂用量为2％，Na₂SiO₃用量0.7％，MgSO₄用量0.5％，初始pH值12，温度90℃，浆浓10％，时间90min。

(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维按照打浆度20°SR、45°SR、65°SR的纸浆纤维原料混合比例15:70:15经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m²食品用包装纸基材料。

(3)与此同时，选择打浆度45°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m²食品用包装纸基材料，做对比样用。

(4)将以上两种成型的120g/m²食品用包装纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡食品用包装纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。

(5)所得食品用包装纸基材料的各项指标如表1，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的食品用包装纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的食品用包装纸基材料。

表1速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备食品用包装纸基材料的物理性能指标比较一览表

实施例2一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法，该实施例制备食品用包装纸基材料。

步骤如下：

(1)将专利ZL201310303232.X“一种速生杨的硫酸盐浆生物化学法TCF漂白工艺”技术获得的高性能全无氯速生杨漂白化学浆，纸浆白度82.6％ISO，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是15°SR、40°SR、65°SR。

其中，纸浆白度82.6％ISO的化学浆的制备方法，包括以下步骤：

与本发明实施例1中相同，区别是：所述木聚糖酶预处理的具体方式为：调整纸浆浓度为10％，然后用木聚糖酶X₂进行处理，在处理过程中，每间隔10min揉搓一次，处理后取出，放入沸水浴中10min，使木聚糖酶失活终止反应，用自来水清洗纸浆；X3处理的工艺条件：酶用量8IU/g，温度50℃，pH8～9，时间120min；

(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维原料按照打浆度15°SR、40°SR、65°SR的纸浆纤维原料混合比例10:80:10经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型130g/m²食品用包装纸基材料。

(3)与此同时，选择打浆度40°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型130g/m²食品用包装纸基材料，做对比样用。

(4)将以上两种成型的130g/m²食品用包装纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡食品用包装纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。

(5)所得食品用包装纸基材料的各项指标如表2，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的食品用包装纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的食品用包装纸基材料。

表2速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备食品用包装纸基材料的物理性能指标比较一览表

实施例3一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法，该实施例制备生活用纸基材料-卫生纸。

步骤如下：

(1)将专利ZL201310303232.X“一种速生杨的硫酸盐浆生物化学法TCF漂白工艺”技术获得的高性能全无氯速生杨漂白化学浆(采用实施例1中所述的化学浆)，纸浆白度82.5％ISO，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是15°SR、35°SR、70°SR。

(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维原料按照打浆度15°SR、35°SR、70°SR的纸浆纤维原料混合比例15:75:10经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型30g/m²生活用纸基材料。

(3)与此同时，选择打浆度35°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型30g/m²生活用纸基材料，做对比样用。

(4)将以上两种成型的30g/m²生活用纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡生活用纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。

(5)所得生活用纸基材料的各项指标如表3，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的生活用纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的生活用纸基材料。

表3速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备生活用纸基材料的物理性能指标比较一览表

实施例4一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法，该实施例制备生活用纸基材料-卫生纸。

步骤如下：

(1)将专利ZL201310303232.X“一种速生杨的硫酸盐浆生物化学法TCF漂白工艺”技术获得的高性能全无氯速生杨漂白化学浆(采用实施例1中所述的化学浆)，纸浆白度82.5％ISO，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是20°SR、40°SR、65°SR。

(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维原料按照打浆度20°SR、40°SR、65°SR的纸浆纤维原料混合比例20:70:10经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型35g/m²生活用纸基材料。

(3)与此同时，选择打浆度40°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型35g/m²生活用纸基材料，做对比样用。

(4)将以上两种成型的35g/m²生活用纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡生活用纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。

(5)所得生活用纸基材料的各项指标如表4，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的生活用纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的生活用纸基材料。

表4速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备生活用纸基材料的物理性能指标比较一览表

实施例5一种速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备纸基材料的方法，该实施例制备白卡原纸纸基材料。

步骤如下：

(1)将专利ZL201310303232.X“一种速生杨的硫酸盐浆生物化学法TCF漂白工艺”技术获得的高性能全无氯速生杨漂白化学浆(采用实施例1中所述的化学浆)，纸浆白度82.5％ISO，取三份纸浆利用PFI磨进行精确磨浆，使得纸浆的打浆度分别是20°SR、45°SR、65°SR。

(2)把打浆或磨浆备浆好的纸浆纤维按照打浆度20°SR、45°SR、65°SR的纸浆纤维原料混合比例15:75:10经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m²白卡原纸纸基材料。

(3)与此同时，选择打浆度45°SR的100％的纸浆纤维原料，经纤维疏解器疏解使其均匀混合，然后在纸页成型器上压制成型120g/m²白卡原纸纸基材料，做对比样用。

(4)将以上两种成型的120g/m²白卡原纸纸基材料放到电热烘缸上进行烘干，然后放到干燥器中平衡白卡原纸纸基材料的水分，使其水分保持在8％，然后测定纸基材料的物理强度。

(5)所得白卡原纸纸基材料的各项指标如表5，在相同纸浆纤维原料下，按照梯度打浆制备的白卡原纸纸基材料的各项指标优于常规条件下单一打浆度的纸浆纤维原料制备的白卡原纸纸基材料。

表5速生杨的生物化学法TCF漂白硫酸盐浆制备白卡原纸纸基材料物理性能指标比较一览表

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。