水预水解对相思木KP法制浆性能的影响

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当前,全球都对生物质精炼有着浓厚的兴趣,各个国家也对生物质精炼保持着强烈关注。同时,制浆造纸工业与生物质精炼的结合也是目前一个重要的研究热点,为制浆造纸企业的转型和变革创造了很好的契机,两者的结合凸显出了极为具有重要的研究意义。相思木具有在蒸煮时耗用的碱量低,且蒸煮化学药品渗透容易等优势。是一种适宜的制浆造纸原料。基于生物质精炼与制浆造纸相结合的理念,以相思木为原料,对相思木水预水解,对后续硫酸盐法制浆的影响进行了重点研究。首先,分析了实验中所使用的相思木的化学组分,结果表明,相思木的聚戊糖含量较高,可以通过水预水解来获得较高的糖转化率,进而转化为其他高附加值的产品,而后对预水解后的木片进行KP法制浆,以探究预水解对相思木KP法制浆性能的影响。其次,为了获得经过水预水解与未经预水解的相思木的制浆工艺条件,以便于二者的对比分析,对未经水预水解的相思木进行了硫酸盐法(KP法)的制浆工艺条件的优化。实验结果表明,未经预水解相思木的最佳制浆条件为:蒸煮最高温度165℃,液比1:4,升温时间为60min,保温时间为120min,用碱量(以Na2O计)为15%,硫化度为30%,在此条件下制浆,可以获得纸浆得率为52.25%,成浆卡伯值为17.9,粘度为987.3mL·g-1的未漂相思木化学浆,将该纸浆进行PFI磨浆至45oSR后,抄制手抄片(定量为60g·m-2),其物理强度为:抗张指数93.63N·m·g-1,撕裂指数10.03mN·m2·g-1,耐破指数5.34kPa·m2·g-1。再次,对相思木水预水解的3个最佳条件下的木片,采用了未漂相思木KP法制浆的最佳工艺条件进行了制浆,并与未经预水解的相思木所制得浆料进行了分析对比。实验结果发现:经过预水解后,浆料的得率逐渐下降,且随着预水解条件的不断增强,下降的趋势也逐渐增大;浆料的卡伯值也下降较为明显。同时,随着预水解程度的增强,KP法蒸煮后的黑液固形物含量有所增加,这一方面说明了高温预水解能提高后续的KP法蒸煮效果,另一方面也表明了预水解对于黑液的碱回收利用是有利的。另外,当预水解的强度较弱时,浆料的打浆能耗有所增加,若预水解强度持续增加,浆料的打浆能耗反而有所降低。此外,与未经预水解的相思木片相比,在打浆度相近的实验条件下,随着水预水解的强度提高,手抄片(定量为60g·m-2)在白度和不透明度方面,有所提高;而在抗张指数、撕裂指数和耐破指数等物理性能方面下降的较为明显,最大下降幅度分别达到了74.50%、61.80%、77.50%。最后,对P因子对相思木后续制浆的影响进行了研究,实验结果表明:随着P因子的逐渐增大,相思木在预水解后进行KP法制浆,浆料的得率是呈现逐渐下降的趋势,且是先下降的慢,但当P因子达到或超过886之后,下降的趋势变得更快;浆料的卡伯值和浆料粘度也是随着P因子的增大而逐渐降低,下降幅度分别达到了39.05%、42.81%。相思木在预水解后,采用KP法制浆后,抄造的手抄片的物理强度性能,也有较大的负面影响;即随着P因子的增大,手抄片的撕裂指数、抗张指数以及耐破指数都呈现不同程度下降的趋势。在各个P因子的条件下,预水解后的相思木片,还都是具有纤维素Ι的结构的,纤维素的晶体结构在水预水解处理后并未发生变化。另外,还对预水解硫酸盐法制取相思木溶解浆进行了初步探索,浆料经过ECF漂白后,虽然获得的漂后浆的α-纤维素含量和浆料粘度都较高,但在D65亮度、灰分等方面与溶解浆的标准指标相比,还需要从制浆或漂白条件等方面进行进一步的优化。预水解后,不仅除去了部分半纤维素以及少量的木素,还使得纤维素的结晶指数有所上升。相思木预水解后,卡伯值虽有所下降,但浆料的得率、粘度和手抄片的物理强度性能都呈不同程度的下降,说明预水解对浆料的各个方面影响较大,若采用生物质精炼的理念,对预水解后的制浆条件可能需要进行进一步的优化。
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