阅读说明：本技术 一种杨木生物化机浆漂白工艺 (Poplar biochemical mechanical pulp bleaching process ) 是由 吉兴香 田中建 郭玉倩 杨桂花 陈嘉川 张革仓 陈洪国 胡长青 于 2020-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供的一种杨木生物化机浆漂白工艺,其特征在于：包括原料准备、生物预处理、热碱与过氧化氢处理、机械盘磨、消潜筛浆、纸浆配抄步骤。所述热碱与过氧化氢处理：对挤压疏解后的木片进行化学处理,所述化学处理为依次进行A段处理和P段处理；所述的A段处理：将木片进行碱浸渍处理,木片与NaOH浸渍液的固液比1:4,保温时间50-90min,保温温度为85-95℃；所述NaOH浸渍液的NaOH含量为3-6%。所述的P段处理：将碱浸渍后的木片进行漂白处理,采用的漂白液包括：Na_2SiO_32.5-3.5%、MgSO_40.4-0.6%、EDTA0.4-0.6%、过氧化氢4-7%。制得的成品,纸浆白度66-70.8%ISO,纸浆撕裂指数2.94-3.69mN.m~2/g。(The invention provides a poplar biochemical mechanical pulp bleaching process, which is characterized by comprising the following steps: comprises the steps of raw material preparation, biological pretreatment, hot alkali and hydrogen peroxide treatment, mechanical disc grinding, latent screening and pulp making. The hot alkali and hydrogen peroxide treatment: carrying out chemical treatment on the wood chips subjected to extrusion defibering, wherein the chemical treatment is to sequentially carry out A-section treatment and P-section treatment; the A sectionAnd (3) treatment: performing alkaline impregnation treatment on the wood chips, wherein the solid-to-liquid ratio of the wood chips to NaOH impregnation liquid is 1:4, the heat preservation time is 50-90min, and the heat preservation temperature is 85-95 ℃; the NaOH content of the NaOH impregnating solution is 3-6%. The P-stage treatment: bleaching the wood chips after alkaline impregnation, wherein the bleaching solution comprises: na (Na) 2 SiO 3 2.5‑3.5%、MgSO 4 0.4-0.6%, EDTA0.4-0.6%, and hydrogen peroxide 4-7%. The obtained product has pulp whiteness of 66-70.8% ISO and pulp tearing index of 2.94-3.69mN.m 2 /g。)

一种杨木生物化机浆漂白工艺

技术领域

本发明涉及一种杨木生物化机浆漂白工艺，属于造纸技术领域。

背景技术

化机浆具有高不透明度、高松厚度、高得率和良好的印刷性能等优点，广泛地应用于新闻纸、生活用纸、高级复写纸等纸种的纸和纸板工业生产中。化机浆的预处理过程对形成不同的纸浆特性至关重要，同时，选择价格低廉的化学药品和合适的预处理方法可以提高预处理段的反应效率。总之，有效的预处理过程对浸渍润胀木片，增强纸浆的强度性能和光学性能至关重要。

目前，在成熟的APMP工业生产流程中，碱性过氧化氢处理因其不仅能提高纸浆的物理性能，也能满足多种纸种对光学性能的要求已经广泛地应用于碱浸渍段和漂白段。科研工作者对碱性过氧化氢处理过程中的工艺条件优化进行了研究，并取得了一些成果。孔凡功等探究了碱性过氧化氢的单段与两段处理对杨木化机浆强度性能与光学性能的影响，发现经过两段处理的纸浆白度较优，而纸浆的强度性能也明显高于单段处理。陈昌华等采用正交试验对尾叶桉APMP两段处理的强度性能与白度进行探讨，通过实验数据分析发现第二段的过氧化氢含量是影响纸浆白度的主要因素。刘青山对棉秆APMP浆的成浆质量进行分析实验，发现两段预处理的成浆质量明显优于单段处理的纸浆白度与强度，其中，两段中的用碱量与过氧化氢用量的比值为1:1时的纸浆白度较优为51.5％ISO。在实际的工业生产中，为了减少药品投放的时间，所有的化学药品会在同一工段内加入，药品的过量混合会导致过氧化氢的无效分解和碱性黑化，降低过氧化氢的漂白效果。

这是目前仍有待解决的问题，探索新的工艺，既避免碱处理过程中的碱性黑化现象，又保证纸浆的物理强度，同时又能达到提高白度的要求，对处理杨木化机浆有着重要的现实意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种杨木生物化机浆漂白工艺，并达到以下发明目的：有效地提高杨木化机浆的物理强度和白度。

采用的技术方案为：

一种杨木生物化机浆漂白工艺，包括原料准备、生物预处理、热碱与过氧化氢处理、机械盘磨、消潜筛浆、纸浆配抄步骤。

所述热碱与过氧化氢处理：对挤压疏解后的木片进行化学处理，所述化学处理为依次进行A段处理和P段处理；所述的A段处理：将木片进行碱浸渍处理，木片与NaOH浸渍液的固液比1:4，保温时间50-90min，保温温度为85-95℃；所述NaOH浸渍液的NaOH含量为3-6％。

所述的P段处理：将碱浸渍后的木片进行漂白处理，采用的漂白液包括：Na₂SiO₃2.5-3.5％、MgSO₄0.4-0.6％、EDTA0.4-0.6％、过氧化氢4-7％；木片与漂白液的固液比1:4，保温时间50-90min，保温温度为85-95℃。

所述的生物预处理：采用耐热木聚糖酶进行处理，酶用量为15-25U/g，处理温度90-100℃；预处理后的木片采用压缩比4:1的螺旋挤压机进行挤压疏解。

所述的机械盘磨：使用KPK高浓连续盘磨机，通过调整磨盘间隙，第一段为粗磨区，盘磨间隙为0.45-0.55mm；第二段为精磨区，盘磨间隙为0.18-0.22mm。所述的消潜筛浆：浆料浓度为1.8-2.2％，消潜温度78-82℃，保温28-32min；消潜后的浆料通过筛缝为0.18-0.22mm的筛浆机进行筛浆，得到良浆。

所述的纸浆配抄：将良浆配成10-15％浓度，放入PFI磨浆机中，调整打浆转数与磨盘间距，设定的打浆度为40°SR。

制得的杨木化机浆，纸浆白度66-70.8％ISO，纸浆撕裂指数 2.94-3.69mN.m²/g。

有益效果：本发明制备的杨木化机浆，纸浆白度66-70.8％ISO，纸浆撕裂指数2.94-3.69mN.m²/g，抗张指数3.14-3.75kN/m。采用本发明制备的纸张，纤维碎片与细小纤维含量少，纤维交织结构紧密，长纤维分布明显且排列较平整。

附图说明

附图1为不同方法处理的化机纸浆500倍形貌图；

附图2为不同方法处理的化机纸浆1000倍形貌图；

附图3为实施例1中杨木片的化学组分表；

具体实施方式

实施例1一种杨木生物化机浆漂白工艺

步骤1、原料准备

杨木片，由山东晨鸣纸业集团股份有限公司提供，风干后贮存备用。杨木片的组分含量采用国际方法NERL法测定，杨木片的化学组分如下附图3所示。

采用的试剂包括：NaOH：纯度≥96％，购自天津科密欧化学试剂有限公司；过氧化氢：纯度≥30％，购自北京化学公司；硅酸盐：纯度≥20％，购自天津博迪化工股份有限公司；四乙酰乙二胺(EDTA)：纯度≥96％，购自国药集团化学试剂有限公司；硫酸镁：纯度≥96％，购自天津大茂化学试剂厂。

步骤2、生物预处理

取杨木片进行酶处理，酶处理温度为100℃，酶用量为20U/g，液比1:4，保温60min。对酶处理后的原料进行灭活，备存用于后续的化学机械法制浆。

所述的酶为耐热木聚糖酶，取自隆科特公司，酶活采用国家标准((GB/T 23874-2009))进行检测，所测酶活为255785U/mL。

预处理后的木片，比表面积为11.28m²/g，木片孔隙率为19.56％，半纤维素的脱除率为43.35％。

步骤3、热碱与过氧化氢处理(A-P处理)

对挤压疏解后的木片进行化学处理，化学处理的方式为将木片置于盛有药液的蒸煮锅内。

所述化学处理分为两段(A-P段)，即碱浸渍润胀木片后再进行过氧化氢漂白，一段即A段为碱浸渍，二段即P段为过氧化氢漂白。

所述A段的木片与NaOH浸渍液的固液比1:4，保温时间60min，保温温度为90℃。

所述P段的漂白液包括：Na₂SiO₃3％、MgSO₄0.5％、EDTA0.5％，还包括过氧化氢。木片与漂白液的固液比1:4，保温时间60min，保温温度为90℃。

所述百分数均为质量百分数。

步骤4、机械盘磨

化学处理后的木片使用KPK高浓连续盘磨机，通过调整磨盘间隙，达到磨浆的效果。第一段为粗磨区，盘磨间隙为0.5mm，将木片挤压疏解为纤维，所需磨浆能耗较大；第二段为精磨区，盘磨间隙为0.2mm，对纤维进行精细加工，耗费的磨浆能耗较小。

步骤5、消潜筛浆

消潜条件：浆料浓度为2％，消潜温度80℃，保温30min。消潜后的浆料通过筛缝为0.2mm的筛浆机进行筛浆，得到良浆与筛渣。

步骤6、纸浆配抄

将得到的良浆配成10-15％浓度，放入PFI磨浆机中，调整打浆转数与磨盘间距，设定的打浆度为40°SR。

抄纸时，设定纸张定量为70g/m²，采用纸片成型器干燥成型后，制得70g/m²纸张。

物检前，将纸张置于空气流动的、保持相对湿度65±2％、温度20±2℃的标准湿度和温度的房间内,使纸样各个表面都能与空气接触,直至试样的水份与空气中的水汽达到平衡为止。测定干燥纸张的绝干重量，定量为70g/m²。

实施例2单因素分析实验

与实施例1的方法相同，只改变热碱与过氧化氢处理步骤中：A段的浸渍液的NaOH含量，以及P段的漂白液的过氧化氢含量，进行实施例1-8，实施例1-8 分别采用的A段的浸渍液的NaOH含量和P段的漂白液的过氧化氢含量；

制得的成品进行纸张的分析测定，物理性能测定，纸张的检测方法均遵循国家标准进行测定。定量根据国家标准(GB/T 451.2-2002)进行配抄并称重纸页的实际定量；白度根据国家标准GB/T 7974-2002进行测定；纸浆撕裂指数根据国家标准GB/T 455-2002进行测定；抗张指数根据国家标准GB/T 453-2002进行测定。

实施例1-8制备的纸浆效果的实验结果如下表所示：

由上表可知，制备的杨木化机浆，纸浆白度66-70.8％ISO，纸浆撕裂指数 2.94-3.69mN.m²/g，抗张指数3.14-3.62kN/m。

采用A-P处理方法时，用碱量为3％时的纸浆白度为70.8％ISO，说明此条件下，过氧化氢的漂白效率较高，碱性环境较适宜，更有利于漂白反应的进行，而随用碱量增加，碱性增强，纸浆白度逐渐下降，说明过量碱会降低过氧化氢漂白的效率。

对比例1

与实施例1的方法相同，只改变热碱与过氧化氢处理步骤为：

传统过氧化氢处理(AP处理)：对挤压疏解后的木片进行化学处理，化学处理的方式为将木片置于盛有漂白液的蒸煮锅内，固液比1:4，保温时间60min，保温温度为90℃。

所述漂白液包括Na₂SiO₃3％、MgSO₄0.5％、EDTA0.5％、过氧化氢6％，还包括NaOH。所述百分数均为质量百分数。

漂白液中NaOH的质量百分含量见下表：

对比例1	对比例2	对比例3	对比例4	对比例5
					3％	4％	5％	6％	7％

制得的成品进行纸张的分析测定，实验结果：

对比例6

与实施例1的方法相同，只改变热碱与过氧化氢处理步骤为:

单纯过氧化氢处理(P处理)：对挤压疏解后的木片进行化学处理，化学处理的方式为将木片置于盛有漂白液的蒸煮锅内，固液比1:4，保温时间60min，保温温度为90℃。

所述漂白液包括质量百分含量3％的Na₂SiO₃，质量百分含量0.5％的MgSO₄，质量百分含量0.5％的EDTA，还包括过氧化氢。

漂白液中过氧化氢的质量百分含量见下表：

对比例6	对比例7	对比例8	对比例9
				4％	5％	6％	7％

制得的成品进行纸张的分析测定，实验结果：

由实施例1-8与对比例1-9相比可见，A-P处理的纸浆白度明显较高，表明 A-P处理方式更利于提高纸浆白度。随过氧化氢用量的增加，P处理的纸浆白度升高，而A-P处理的纸浆白度降低。经过对比，温度为90℃、用碱量均为6％，是综合考虑白度与强度性能选择的较优条件，但并非漂白环境最适宜的环境，A-P 处理的纸浆白度起伏幅度不大，纸浆白度相对较高。AP处理的纸浆白度随过氧化氢用量的增加而逐渐升高，起伏较大。综合比较，A-P处理的纸浆白度较稳定，白度值较高，漂白效率较高。实施例3为优选实施例。

实施例9碱与过氧化氢处理方式对杨木化机浆纤维形态的影响

附图1不同方法处理的化机纸浆500倍形貌图；(a)A6(6％NaOH)(b) P6(6％过氧化氢)(c)A6P6(6％NaOH、6％过氧化氢)(d)A6-P6(第一段为 6％NaOH，第二段为6％过氧化氢)。

附图2为不同方法处理的化机纸浆1000倍形貌图；图中，(a)A6(6％NaOH) (b)P6(6％过氧化氢)(c)A6P6(6％NaOH、6％过氧化氢)(d)A6-P6(第一段为6％NaOH，第二段为6％过氧化氢)。

附图2(a)是NaOH 6％的A处理条件下抄造的纸页表面形貌图。A处理的纸张纤维表面“起毛”现象严重，碱浸渍处理效果较好，纤维得到充分的润胀，会减轻机械磨浆对纤维的损伤，从而提高纸张强度。在磨浆过程中，纤维细胞壁的超微结构的初生壁和次生壁S2层由于强烈外力作用发生形变而被剥离，游离出更多的细小纤维组分。

附图1(a)中纸页纤维分布较均匀，但仍有部分纤维交织杂乱。附图1(b) 与附图2(b)是过氧化氢6％的P方法处理抄造纸页的表面形貌图。附图1(b) 中纸页长纤维分布杂乱无序，交织疏散，与附图1(a)中的纸页纤维对比，有明显的因挤压磨解的强度过大造成纤维断裂的痕迹，纤维的碎片和断层明显，可能是因为无碱浸渍过程，纤维不够平滑柔软，因此磨浆时的纤维刚硬，容易断裂。附图1(c)与附图2(c)是NaOH 6％、过氧化氢6％的AP处理抄造纸页的表面形貌图。附图1(c)与附图2(c)中的纸页表面平整，纤维分布均匀，纤维交织结构更紧密，纤维表面的分丝帚化现象加剧，分丝剥离出更多的微细纤维，纤维绕轴旋转的角度加大，变形更强烈，细纤维化程度明显提高。附图1(d)与附图2(d)是NaOH 6％、过氧化氢6％的A-P处理抄造纸页的表面形貌图。纤维表面的“起毛”现象不明显。

综合比较，第一段为6％NaOH，第二段为6％过氧化氢的处理，即实施例3 所制备的纸张，纤维碎片与细小纤维含量较少，纤维交织结构紧密，长纤维分布明显且排列较平整。

实施例10一种杨木生物化机浆漂白工艺

步骤1、原料准备

与实施例1相同。

步骤2、生物预处理

取杨木片进行酶处理，酶处理温度为90℃，酶用量为20U/g，液比1:4，保温60min。对酶处理后的原料进行灭活，备存用于后续的化学机械法制浆。

所述的酶为耐热木聚糖酶，取自隆科特公司，酶活采用国家标准((GB/T 23874-2009))进行检测，所测酶活为255785U/mL。

预处理后的木片，比表面积为11.28m²/g，木片孔隙率为19.56％，半纤维素的脱除率为43.35％。

预处理后的木片采用压缩比4:1的螺旋挤压机进行挤压疏解。

步骤3、热碱与过氧化氢处理(A-P处理)

对挤压疏解后的木片进行化学处理，化学处理的方式为将木片置于盛有漂白液的蒸煮锅内。

所述化学处理分为两段(A-P段)，即碱浸渍润胀木片后再进行过氧化氢漂白，一段即A段为碱浸渍，二段即P段为过氧化氢漂白。

所述A段的木片与NaOH浸渍液的固液比1:4，保温时间60min，保温温度为90℃。所述NaOH浸渍液：NaOH含量为6％；

所述P段的漂白液包括：Na₂SiO₃3％、MgSO₄0.5％、EDTA0.5％，还包括过氧化氢。木片与漂白液的固液比1:4，保温时间60min，保温温度为90℃。所述过氧化氢的含量为6％。

所述百分数均为质量百分数。

步骤4、机械盘磨

化学处理后的木片使用KPK高浓连续盘磨机，通过调整磨盘间隙，达到磨浆的效果。第一段为粗磨区，盘磨间隙为0.45mm，将木片挤压疏解为纤维，所需磨浆能耗较大；第二段为精磨区，盘磨间隙为0.18mm，对纤维进行精细加工，耗费的磨浆能耗较小。

步骤5、消潜筛浆

消潜条件：浆料浓度为2％，消潜温度78℃，保温30min。消潜后的浆料通过筛缝为0.22mm的筛浆机进行筛浆，得到良浆与筛渣。

步骤6、纸浆配抄

将得到的良浆配成15％浓度，放入PFI磨浆机中，调整打浆转数与磨盘间距，设定的打浆度为40°SR。

制备的纸浆的强度性能与白度均较优，纸浆的撕裂指数为3.69mN·m²/g，抗张强度为3.75kN/m，白度为70.8％ISO。

除非特殊说明，本发明所述的比例均为质量比例，所述的百分数，均为质量百分数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。