近年来我国造纸工业发展迅速,是少有的消费增长大于生产增 长的行业之一。我国是世界上非木材
纤维原料制浆造纸的大国,我 国生产的70%以上的纸和纸板是采用非木纤维原料,使用草浆造纸 具有历史悠久,技术成熟,生产设备众多,为推动造纸工业发展发 挥了重要作用。随着纸及纸板产量和消费量的不断增大,纸浆供应 却与日俱减,大量依赖于进口原料,每年需用汇千亿元,耗费惊人。 造纸原料供需矛盾日渐突出,尤其是以非木纤维原料为主的生产厂 家,普遍存在收购原料半径大、
质量差、成本高、集约化程度低等 不足。
鉴于以上原因,迫切需要改善和调整造纸工业原料的供应结构。 因此,开发一种新材料的制浆造纸方法,既可以满足原料来源,同 时又能提高产品质量,这对缓解造纸原料供应短缺,降低生产成本, 满足需求,增加效益,节约外汇,促进造纸工业发展等具有重要的 革新意义。
杂交狼尾草为禾本科多年生草本,为C4
植物,
无性繁殖,为三 倍体。具有产量高、易种易管、成本低、光合效能好等优点。在中 等肥
水条件下,每公顷一般年产鲜草量为300吨~400吨,折合干 物质为45吨~80吨,被众多专家誉为“世界草王”之称。其根系 发达,地上部分无气根,经改良优化后的杂交狼尾草对
土壤要求不 严,适于大面积种植并已示范试验成功。
杂交狼尾草由于具有较高的营养成分,广泛用于
饲料,其作
牛、 羊、骡、
马、鹿的青饲料,年内可轮割3~4次;作鱼、兔等蓄禽的 青饲料,年内可轮割5~6次;除了青割外,也可晒制干草或调制青 储饲料,还可以作为饲料加工的复合饲料、混合饲料的原料应用。 但在造纸技术领域中尚未有应用的报道。本
发明人经多年实验研究 并中试应用发现,杂交狼尾草的纤维形态具有长宽比大、壁腔比小、 纤维较长、好于现有同类植物纤维等优点,将其作为纤维原料大量 生产用于造纸可以缓解原料短缺的问题,并可以提高纸张质量,于 是完成了本发明。
所解决技术问题
为了克服造纸领域存在的矛盾和已有技术的不足,本发明的目 的在于提供一种以杂交狼尾草为原料的制浆造纸方法,该方法简便 易行,并可以解决原料短缺的问题,降低能耗,增加效益,同时还 能提高纸和纸板质量。同时还提供了一种由本发明方法制造的高强 瓦楞原纸。
技术方案
具体地说,本发明的目的可以通过如下方式实现:
本发明制浆造纸方法包括以下步骤:以杂交狼尾草为原料制备 纸浆;经抄纸机抄造产品。
其中所述杂交狼尾草是以美洲狼尾草(Pennisetum americanum L.Leeke)Tift23A为母本和象草(P.purpureum Schu-mach.)N51为 父本的杂交种。优选的所述杂交狼尾草形似
甘蔗、株形紧凑、须根 发达、地上部分无气根;植株一般高达3.5m~4.5m,分蘖性极强, 一般分蘖在25株以上,节长10~18cm,叶长90~150cm,叶宽3~ 5cm,茎粗2~4cm;生长期为150~180天,即4月~10月下旬,6 月~9月为生长高峰期,每旬拔节伸长多达40cm~60cm,随
温度增 加而每旬递增;杂交狼尾草用肥以20kg/亩氮肥结合
有机肥均可, 在温度、水分适宜的情况下,一般扦插7~10天生根,12~15天立 苗,15~20天开始分蘖。所述杂交狼尾草的茎杆、叶子及髓部均可 用作制浆造纸原料。
其中所述制浆造纸的方法可以是本领域常规或已知的方法,例 如可以采用亚铵法、NaOH-AQ法、
硫酸盐法或烧
碱法。优选采用亚 铵法制浆造纸抄造高强瓦楞原纸。
所述制浆造纸也可以包括以下步骤:将原料装锅,例如25m3蒸 球,在温度为160~170℃蒸煮,蒸煮的亚铵用量为绝干原料的8~16%, 游离
氨用量为绝干原料的1.5%~2.0%,液比1∶2.3~1∶8,保温时 间为1~2h;蒸煮后蒸煮液经喷放,挤浆、磨浆制得纸浆。优选所 述蒸煮中蒸煮用水采用稀黑液并预先加热到50℃以上。这样既可以 节省清水又可回用黑液中的残亚铵,从而提高黑液的提取率,减少 污染,且热水装锅可以适当提高装锅量。所述挤浆可以采用任何本 领域常规或已知方法及设备,优选是浆料经二道
串联双辊挤浆机对 蒸煮液提取,由第一道挤浆机出来的浆,用稀黑液冲稀并进行搅拌 后进入第二道挤浆机挤浆。所述磨浆可以采用任何本领域常规或已 知方法及设备,优选分三次,第一次用大刀距和高浆浓度
喂料,第 二、三次采用小刀距和低浓均匀喂料。采用此方法可以有效提高纸 张强度。
所述抄纸机抄纸可以采用任何本领域常规或已知方法及设备, 例如可以在200mm小长网纸机上抄纸,或在2880多缸长网造纸机上 进行抄纸。优选在抄纸时配抄30~70%的废纸浆,配入废纸浆的目 的是增加纸张的挺度和环压指数,也可以配抄其它纤维原料制浆造 纸同样很好。
本发明的制浆造纸方法中,所述杂交狼尾草还可先经抓草机压 辊后备料切草,这一步骤便于草中水分平衡,另一方面使切草顺利 和提高切草合格率。
本发明制浆造纸方法的最佳技术方案,包括以下步骤:
(1)备料;
(2)切草;
(3)传输除尘;
(4)装锅:平均装料到25m3蒸球;
(5)蒸煮:在温度为160~165℃蒸煮,蒸煮的亚铵用量为绝干 原料的8%~12%,游离氨用量为绝干原料1.5~2.0%,液比1∶2.3~ 1∶5,保温时间为1~2h,蒸煮用水采用稀黑液并预先加热到50℃以 上;
(6)挤浆:蒸煮终了采用全压喷放,浆料经二道串联双辊挤浆机 进行蒸煮液提取,由第一道挤浆机出来的浆,用稀黑液冲稀并进行 搅拌后,进入第二道挤浆机挤浆;
(7)磨浆:经二道挤浆机,除去浆中硬性杂质,浆进入盘磨机 进行打浆,分三次,第一次用大刀距和高浆浓度喂料,第二、三次 采用小刀距和低浓均匀喂料,磨浆浓度为3.0~3.4%,制得纸浆备 用;
(8)抄纸:在纸浆中配入占纸浆重量30~45%的废纸,在抄纸机 抄纸。
上述步骤中备料优选杂交狼尾草的茎杆、髓部、叶子分别占的 比例是66.8%、15.2%、10.5%,并由料厂用机械运到切草机前,由 人工送料,由于该草长短整齐,与麦草人工送料相比,省工省时。
在切草步骤中优选经机械压辊切草,切草合格率可以满足蒸煮 要求。
在传输除尘步骤中,切好的草片经传输除尘,比麦草传输快, 除尘较容易,用电量少,切草损失率、筛选损失率、备料损失率均 低于麦草,如更换适中网布,三率还会降低。
在装锅步骤中由于使用杂交狼尾草为原料,其
密度适中,平均 装料25m3蒸球比麦草节约时间、每m3装净料量较麦草量大,蒸煮 药液容易渗透,蒸煮过程容易控制,浆料均匀。
在蒸煮步骤中,蒸煮用水采用稀黑液并预先加热到50℃以上, 这一方面节约清水用量,又可回用黑液中的残亚铵。热水装锅还可 适当提高装锅量。
在挤浆步骤中,优选浆料经二道串联双辊挤浆机进行蒸煮残液 提取,挤浆机中间设有浆料稀释槽,由第一道挤浆机出来的浆,在 该设备中用稀黑液冲稀并进行搅拌,使进入第二道挤浆机的浆料均 匀,以便提高黑液的提取率。
在磨浆步骤中,经二道挤浆机,已除去浆中硬性杂质,浆进入 例如Φ550和Φ450的盘磨机进行磨浆,磨浆浓度可以为3.0~3.4%。 本发明范围内的蒸煮条件的杂交狼尾草浆料在磨浆时,进料及
研磨 均十分顺利。
本发明方法中采用的设备或
试剂均为市售产品,例如山东潍坊 扬帆机械有限公司生产销售的ZCO型号刀辊切草机和120吨/d双辊 挤浆机。
本发明方法可用于制造高强瓦楞原纸、箱板纸及其它纸和纸板, 其均以杂交狼尾草为原料制备纸浆并抄造产品。
有益效果
采用本发明新材料制浆造纸方法简便易行,可以解决造纸原料 短缺的问题,同时可以降低能耗,提高产品质量。本发明方法制浆 得率在65%以上。蒸煮后浆料柔软、容易磨浆、成浆
颜色浅、色泽 好、浆料滤水抄造性能良好、脱水好,有利提高车速,比现有麦草 纸的返潮性能好,强度指标均达到或超过A级。因杂交狼尾草在种 植生长中喜氮肥,使用本发明方法时制浆废液中含有全氮(N)1.00~ 1.87%,氨态氮0.82~1.28%,还有少量的磷和
钾肥,中段
废水治理 后产生的
污泥含有大量的有机物,这正是杂交狼尾草的有效
肥料, 可不用特别处理,直接做为杂交狼尾草底肥
灌溉及施用,对环境保 护,开发“
循环经济”应用十分有利。
在本发明范围内的蒸煮条件下对杂交狼尾草蒸煮,并进行磨浆 抄纸试验;取部分废纸浆国产OCC与之配抄,测定其配抄后的成纸 强度。
蒸煮在15升电热回转锅中进行,装锅量为1kg绝干料。蒸煮使 用的原料均为收割1个月的杂交狼尾草。
采用本发明方法与采用麦草制浆的浆张强度和所抄造的高强瓦 楞原纸的强度结果分别列于表1和表2。
表1浆张强度 试验编号 打浆度/°SR 定量/g/m2 紧度/g/m3 裂断长/Km 撕裂指数 /mN·m2/g 1-8 2-3 1-3 2-2 3-5 6-5 7-4 8(麦草) 10(叶子) 32.5 34.0 39.0 34.0 42.0 33.5 41.0 34.5 41.0 58.9 60.6 59.4 58.8 61.1 59.6 61.2 59.2 55.2 0.50 0.46 0.45 0.46 0.50 0.44 0.48 0.51 0.44 6.82 6.54 6.56 6.45 6.70 5.97 5.80 5.94 3.33 6.19 6.38 5.25 5.64 5.30 6.81 5.85 3.48 2.76
表2高强瓦楞原纸的强度 试验编号 打浆度 /°SR 定量 /g/m2 紧度 /g/m3 裂断长/Km 环压指数 /N·m2/g 1-8 2-3 1-3 4-2 5-2 6-5 7-4 8(麦草) 10(叶子) 国产OCC OCC∶3#= 50∶50 小长网 32.5 34.0 39.0 34.0 42.0 33.5 41.0 34.5 41.0 32.5 - 44.0 149.3 154.8 156.4 153.6 155.9 154.9 156.2 150.2 151.8 149.2 149.9 161.0 0.66 0.62 0.64 0.62 0.64 0.57 0.57 0.64 0.53 0.38 0.45 0.59 6.56 6.65 7.23 6.99 6.75 6.54 5.78 6.46 3.83 2.70 4.68 7.02/4.14(纵 横) 18.29 17.34 18.30 18.46 19.41 16.86 17.48 17.80 12.25 8.37 12.99 11.84(横 向)
从表1和表2中可以看出,采用本发明方法所抄造的高强瓦楞 原纸在环压强度、裂断长及撕裂强度等性能指标上,总体优于麦草 所抄造的高强瓦楞原纸。
本发明用下列
实施例进行说明,但不限制本发明。
实施例1:
(1)备料:杂交狼尾草
风干,经抓草机压辊;
(2)切草:通过切草机切为草片;
(3)传输除尘;
(4)装锅:平均装料25m3蒸球;
(5)蒸煮:在温度为160℃,蒸煮的亚铵用量为对绝干原料12%, 游离氨用量为对绝干原料1.5%,液比1∶8,保温时间为1h进行蒸 煮,其中蒸煮用水为预先加热到60℃的稀黑液,杂交狼尾草的制浆 得率为65.1%;
(6)挤浆:蒸煮终了采用全压喷放,浆料经二道串联双辊挤浆机 进行蒸煮残液提取,由第一道挤浆机出来的浆,用稀黑液冲稀并进 行搅拌后,进入第二道挤浆机挤浆;
(7)磨浆:经二道挤浆机,除去浆中硬性杂质,浆进入Φ550和 Φ450盘磨机进行打浆,磨浆浓度为3.0%。
(8)抄纸:在200mm小长网纸机上抄造产品,制得高强瓦楞原纸。
经测定,成纸的环压指数为12.84N.m2/g,裂断长为7.02km, 耐折度为10次,各项指标均超过高强瓦楞原纸的国家标准要求。
实施例2:
与实施例1中步骤相同,只是将步骤(5)中的温度替换为165 ℃,蒸煮的亚铵用量替换为对绝干原料14%,游离氨用量替换为对 绝干原料1.55%,液比替换为1∶5,保温时间替换为2h。
经测定,成纸的环压指数为18.29N.m2/g,裂断长为6.56km, 耐折度为8次,各项指标均符合高强瓦楞原纸的国家标准要求。
实施例3:
与实施例1中步骤相同,只是将步骤(5)中的温度替换为170 ℃,蒸煮的亚铵用量替换为对绝干原料16%,游离氨用量替换为对 绝干原料2.0%,液比替换为1∶2.3,保温时间替换为1.5h。
经测定,成纸的环压指数为17.34N.m2/g,裂断长为6.82km, 耐折度为6次,各项指标均符合高强瓦楞原纸的国家标准要求。
实施例4:
与实施例1中步骤相同,只是将步骤(8)改为在2880多缸长 网造纸机上进行抄纸,因杂交狼尾草亚铵法浆料柔软,脱水性好, 致使抄造顺利,浆料上网后引纸,卷取容易,整个抄纸过程未断头。 在50%湿度25℃温度的测定条件下,配比45%的废纸浆,抄造高强 瓦楞原纸。
实施例4抄造的高强瓦楞原纸,根据国标亚铵法抄造高强瓦楞 原纸的测试标准,测得质量列于下表3:
表3杂交狼尾草亚铵法制浆抄造高强瓦楞原纸质量 废纸量 % 打浆度 °SR 定量 g/m2 纵向裂断长 km 横向环亚指数 N.m2/g 紧度 g/cm2 45 31.~34.5 122 120 123 129 3.89 4.25 4.50 4.20 7.74 9.03 9.21 9.50 0.492 0.50 0.51 0.51 测定条件:50%湿度25℃温度
由表3可看出,实施例4抄造的高强瓦楞原纸各项强度指标均 达到或超过GB13023--91规定的A级质量标准。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了 详尽的描述,但在本发明
基础上,可以对之作一些
修改或改进,这 对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神 的基本上所做的修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。