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近十几年来,我国造纸工业发展迅速,纸浆和纸制品的产能不断扩大,对纤维原料的需求量也越来越大。为了增强造纸工业的抗风险能力和减轻原料供应压力,合理利用优质的长纤维非木材原料仍具有重要的研究价值和现实意义。本论文对工业大麻“云麻1号”这一新原料的清洁制浆漂白特性进行了深入研究,以期为工业大麻纤维资源的有效利用提供技术理论依据。
利用光学显微镜LM和扫描电镜SEM对大麻韧皮和芯杆的生物结构进行研究,结果表明大麻的韧皮是一种非常优良的长纤维原料,而其芯杆也是一种较为优良的纤维原料。与红麻纤维相比,大麻芯杆纤维长度优于红麻芯杆,但木素含量较红麻全杆和麦草高出3%左右。此外,大麻芯杆硅含量仅为0.21%,仅为常见麦草硅含量的十分之一左右。大麻韧皮的纤维长度非常长,纤维素含量也很高,但其木素含量和聚戊糖含量都很低。红外光谱(FTIR)和紫外光谱(UV)分析显示大麻芯杆和韧皮的木素结构类型均为愈创木基-紫丁香基(GS)型,其中芯杆S型结构较高。
利用正交实验设计对大麻芯杆硫酸盐法制浆工艺进行探讨,并对用碱量这一主要影响因素进行单因素分析,得到蒸煮的较优工艺条件。而后,通过三因素二次通用旋转组合实验设计建立了纸浆特性与三个主要工艺参数用碱量、最高温度和保温时间之间的数学模型。利用该模型对生产实验进行预测,纸浆特性的预测值和实测值之间有很好的拟合性。优化条件下得到的纸浆,具有很好的可漂性能。
利用正交实验和单因素实验设计得到大麻芯杆硫酸盐浆单氧脱木素(O)最优条件,并采用三因素二次通用旋转组合实验设计建立了纸浆卡伯值、粘度与NaOH用量、氧压和温度之间的数学模型。与单氧脱木素相比,双氧脱木素(O1/O2)有更好的脱木素效果,且在同样的4%NaOH用量下,3:1的碱用量配比较2:2碱用量配比脱木素程度更高,选择性也更好。另外,在第二段加入1.5%的H2O2可进一步降低卡伯值,并提高纸浆的白度。双氧脱木素的浆经4%有效氯用量的H漂白,白度可达78%ISO以上;对于H2O2加强的双氧脱木素浆经同样的H漂白后,白度为82.15%ISO。此外,硫酸(H2SO4)预处理和弱酸EDTA螯合预处理(Q)都能有效的清除纸浆中的金属离子,尤其是对Mn2+和Cu2+去除效果显著。大麻芯杆单氧脱木素浆经HQP漂白,仅使用2.5%的有效氯和2.5%的H2O2即可漂至85%ISO以上;若采用压力过氧化氢漂白(Po),可进一步提高纸浆白度,而且在达到同样的白度时,P段漂白时间可以缩短一半。
利用正交实验设计得到了大麻韧皮硫酸盐法制浆和H2O2强化单氧脱木素的较优工艺条件。经后续QP漂白,纸浆的白度为81.34%ISO,且具有很好的物理强度性能。大麻韧皮清水预水解可脱出原料中大部分的半纤维素,然后采用NaOH-AQ法制浆和氨法制浆,经DEpD漂白都能制取较好质量的溶解浆粕,具有很高的利用价值。