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废弃杨梅树皮硫酸盐法制浆造纸的初步研究



全 文 :2010 年第 1 期
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提高减缓,原浆经过氧化氢—连二亚硫酸钠两段漂白
后白度增值均大于单段漂的增值,原因为,在过氧化
氢氧化漂白时会有部分潜在的发色基团变为带色的
氧化型结构,再经后一段连二亚硫酸钠还原处理,这
些带色的氧化型结构就可变成无色的还原型结构,比
单段漂白度提高更多。尤其当连二亚硫酸钠用量 1.1%
时 P浆白度达 36.2%ISO,与原浆白度相比提高了 20
个百分点,达到并超过生产厂家对漂白浆(白度 35%
ISO)的要求。
3结论
(1)通过单因素试验确定了全竹浆生产祭祀纸的
H2O2 漂白适宜的工艺条件为:H2O2用量 9%,温度
80℃,时 间 120min,浆 浓 10%,NaOH1.5%,
Na2SiO33%,漂白助剂 0.2%。在此工艺条件下漂后浆
白度为 29.1%ISO,与原浆(白度 15.3%ISO)相比白度
提高了 13.8%ISO。
(2)浆料经过过氧化氢—连二亚硫酸钠两段漂白
后白度增值均大于单段漂的增值。
(3)浆料经过过氧化氢—连二亚硫酸钠两段漂白
后白度达到 36.2%ISO,与原浆(白度 15.3%ISO)相比
白度提高了 20个百分点,达到并超过生产厂家对漂
白浆的要求。
作者简介 杨玲,女,副教授,主要从事制浆造纸方面的教学与科研工作。
·试验与研究·
收稿日期:2009-10-15
废弃杨梅树皮硫酸盐法制浆造纸的初步研究
张元静 1 黎振球 1 李敬华 1 吕兴华 2 刘宝强 2
(1.青岛科技大学化工学院 266042;2.山东银鹰化纤有限公司 261500)
摘 要 采用了硫酸盐法,对提取植物多酚后的废弃杨梅树皮进行制浆造纸试验。结果表明:提取杨梅素后,杨
梅树皮细胞得到了分离。分离后的杨梅树皮细胞在造纸过程中使用时,可以缓解纸浆的滤水性能,增加纸张的
平滑度,同时可以提高纸张的柔软性能。因此杨梅树皮细胞可以替代部分短纤维在造纸过程中进行搭配使用。
杨梅树皮在制浆造纸上的使用,为该类废弃物的综合利用提供了新途径。
关键词 废弃杨梅树皮 硫酸盐法制浆 综合利用
前言
杨梅Myrica ruba(Lour.)Sieb.et Zucc.系杨梅科杨
梅属植物。杨梅树皮富含植物多酚(主要为黄酮类)等
物质,至今已从杨梅皮中分离得到黄酮类、单宁类、三
萜类和二芳基庚烷类等化合物。植物多酚的多元酚
结构具有独特的理化性质,如能与蛋白质、生物碱、多
糖等结合,能与金属离子络合,具有还原性、捕捉自由
基的活性和诸多衍生化反应活性等,从而广泛应用于
农业、生态环境、食品、医药等领域。杨梅树皮提取植
物多酚后成为废弃物,而且数量较多。本文尝试用该
类废弃物来进行制浆造纸试验,探索其综合利用的可
行性。
1实验仪器和材料
所采用的仪器是:电热蒸煮锅,ZQS1—15l,陕西
科技大学机械厂。
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扫描电镜显微分析仪,S-450/PV9100,日本日立
公司。
纤维投影仪,CYG-055D,上海光学仪器厂。
纤维疏解器,GBJ-A,长春月明小型试验机有限
责任公司。
打浆机,PFI,陕西盛华能源技术开发有限公司。
抄片机,KZCX-159/200A,兴平中通恒泰装备有
限公司。
造纸实验按国家标准方法测定。
实验所用的杨梅树皮原料来自湖南省洞口县。
此前杨梅树皮已经过焦亚硫酸盐水溶液萃取植
物多酚。其萃取工艺为:焦亚硫酸钠的用量为原料绝
干量的(1.5~1.8)%,液比:5:1。采用 4罐逆流提取工
艺,新鲜药液加到首罐,提取的温度为余柑树皮首罐
80℃,尾罐(105~115)℃。杨梅原料首罐(80~90)℃,
尾罐(115~120)℃。总时间为(16~20)h。
经提取后的树皮外观为黑色小块状,原料成份如
表 1所示,表中显示,杨梅树皮的纤维与聚戊糖的总
和含量较高,为其综合利用提供了依据。
表 1杨梅树皮废弃物成份分析
该废弃物的设想用途是:经制浆得到纤维用于造
纸。本文将就其可行性进行探讨。
2实验方法
2.1制浆过程
采用传统的硫酸盐法对废弃物进行蒸煮试验。
根据原料的特点将硫化度定为 25%,采用平行法探
索蒸煮工艺条件,蒸煮试验在 ZQS1—15l电热蒸煮
锅中进行,四个平衡罐为 4×1.5l的小罐,升温曲线为:
空转 30min,90 min加热至 120℃,小放气后 40min
加热至 140℃,保温 30min,接着加热 30min 达到
170℃,保温 100min,根据结果,得出下列调整后的工
艺。
杨梅树皮硫酸盐法蒸煮工艺,用碱量 33%(Na2O
计),硫化度 25%,液比 3.9:1,装锅量 3kg。升温曲线
为:从初温加热至 120℃,90min,小放气后 30 min升
至 140℃,再用 90min升至 170℃,保温 90min。蒸煮
结果如表 2所示。蒸煮结束后,用长板筛对纸浆进行
筛选,并用纤维离解器离解浆料。
表 2杨梅树皮废弃物硫酸盐法蒸煮结果
在纤维投影仪上观察细胞,发现:杨梅树皮细胞
较短,纤细,中空壁薄,而头略尖。平均纤维长度为
0.44mm,纤维长度只是竹子纤维的 50%。
图 1 和图 2 是杨梅树皮细胞的显微镜图。图中
可以看出杨梅树皮细胞细小而略有卷曲。从图 3—图
6杨梅树皮细胞电镜图细胞电镜图分析,杨梅树皮细
胞壁薄腔大,易于受力变形,细胞壁表面有棱有角。由
于树皮细胞纤细,卷曲柔软易变形的特性,使得树皮
细胞在造纸过程中难以滤水。
图 1杨梅树皮细胞全貌×400 图 2杨梅树皮细胞局部×400
图 3杨梅树皮细胞常温切片全貌 图 4杨梅树皮细胞常温切片端面
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图 5杨梅树皮细胞冷冻切片全貌 图 6杨梅树皮细胞冷冻切片端面
图 7是余柑和杨梅树皮细胞的能谱图,与其他纤
维细胞成分比较,它们的钙含量很高。钙含量代表了
灰分含量,灰分高是树皮化学组成的特点。
图 7杨梅树皮细胞表面能谱
表皮细胞的矿质化和栓质化可以防止内部水分
的过度蒸发和病毒的侵入。矿质化的结果是钙或硅
含量的升高,栓质化同样导致木质素含量的增加,锰
元素的出现反映了细胞结构中木素的存在状态。
2.2抄纸过程
由于该类树皮细胞细短,在造纸过程中滤水困难,
难以成形,因此,不能单独用来抄造纸张。但和其他
种类纤维复配,特别是和那些因滤水能力过强同样影
响形成的中、长纤维搭配可以获得较好的抄造效果,
并且在缓解滤水性能的同时,提高纸张成形的均匀性,
增加纸页的平滑度。
把杨梅树皮浆料以一定比例和商品竹浆复配,置
于标准纤维疏解器中,稀释到桨浓 1.2%后疏解 3000
转。疏解完毕后稀释至桨浓 0.4%,经打浆机打浆,在
抄片器中成形,定量平均为 100g/m2。复配后的浆料
较好地克服了单一树皮纸浆所特有的滤水困难的缺
陷。复配的纸页成形后,经压榨脱水干燥和平衡水份,
在抗张试验仪、耐破度测定仪和撕裂度仪上测定纸张
的物理性能。结果如表 3所示。
表 3复配纸浆的物理性能
从表 3可知,只要竹浆比例不低于 30%,复配纸
浆将获得超过原竹浆 70%物理强度,这种复配纸浆可
以满足一般生活用纸及一般工业包装用纸的要求。
所以,余柑、杨梅树皮在提取了植物多酚后,经硫酸盐
法蒸煮获得的浆料,可以和中、长纤维浆料搭配造纸。
搭配后浆料可以缓解滤水性能,增加纸页的均匀性和
平滑度,纸页的柔软性能也得到改善。成纸可以达到
文化生活用纸及一般包装用纸要求。同时该浆料可
以替代部分短纤维,或作为纸浆的纤维性填料来使
用。
3结论
根据研究结果得到以下结论:
(1)杨梅树皮的废弃物可以用硫酸盐法来制浆,
分离后的杨梅树皮细胞在造纸过程中使用时,可以缓
解纸浆的滤水性能,增加纸张的平滑度,同时可以提
高纸张的柔软性能。
(2)所得的浆可以复配 70%以上的其他植物纤维
来造纸。但为保证成品纸张质量,其搭配比例不易超
过 30%。
(3)为废弃杨梅皮的综合利用提供了新的途径。
参考文献
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作者简介 张元静,青岛科技大学化工学院 在读硕士研究生,研究方向:
制浆造纸新技术。