全 文 ：冲 2
V IO
.
1 3
西北轻工业学院学报
J OU R NA L O F N O R T H节庄拐 T 邢 S T汀 U T E O F LIG H T IN DU s T RY
加 n . 19 9 5
·
1 1 5
.
麦草绿液法制造可漂化学浆蒸煮机理的研究 ’
惠淑,杨韩 卿 陈中豪
(造纸工程系)
摘 要
本文对麦草绿液法制浆过程中的纤维分离点 、脱木素反应历程等进行了研究 ,研
究结果表明 : 麦草绿液法制浆条件下达到纤维分 离 .点时纸浆具有较 K P 法 、 A s 一A Q
法高的 K aP aP 值 ;蒸煮过程中木素的反应历程可分为三个阶段 ,蒸煮泥度 1 40 ℃ 以前
为大童脱木素阶段 ;月 0℃至蒸煮最 高温度 16 5℃并保温 60 m in 时为补充脱木素阶
段 ; · 16 5℃时保盈 60 m in 以后保沮 90 m in 至落获结未 , 为溶出木素的再沉淀吸附阶
段 。 木紊的磺化友应在蒸煮盆度 10 ℃.以前就有可能发生 .
关锐词 : 绿液法制浆 ;落煮机理 ; 麦革
中图法分类号 : T s 7招
1 前 言
由于麦草等草类纤维原料的含硅量较高 ,致使这类原料的制浆黑液在采用传统的碱回
收方法处理时困难较多 lj[ 。 绿液法制浆可以使国内的一些中小型碱法草浆厂在传统碱回收
工艺的基础上经济 、有效地处理废液 ,为这类草浆厂实现碱回收创造条件图 。 麦草采用绿液
法制浆 ,可以在合适的条件下制得可漂化学浆 [,1 。关于麦草绿液法制造可漂化学浆燕煮机理
的问题尚未见报道 ,本文就此进行了研究讨论 。
2 试验方法
2
.
1 原朴及绿液
试验用麦草取自咸阳地区 , 贮存时间为一年以上 , 采用常规方法备料 ,麦草的基本化学
成份见表 1 。
表 l 麦草基本化学成份
热水抽出物肠 苯醉抽出物% 1%N ao H 抽出物% 灰分% 聚戊搪% 综纤维素%
12
.
4 1 1
.
73 4 .0 04 8
.
3 8 2 6
.
0
木素%
, , 汕~
-
2 1
.
55 7 .3 9 6
绿液根据资抨习报道的分析结果自配 ,其基本化学成份见表 2 。
表 , 绿液墓本化学成份 .
N a
Z
C O
:
% N a占 O : % N a , S % N aC I % N a , 5 0 。% N a , 5 10 : %
65
.
0 5 13
.
96 13
.
5 4 2
. 图 6 . 18
. 收稿日期 : 1 , 9月一 0 1一 1 5
1 1 6 西北轻工业学院学报 第 31 卷
2
.
2 试验设备
蒸煮采用八罐油浴蒸煮器进行 。
2
.
3 分析方法
2
.
3
.
1 原料及浆料化学成份的分析按国家标准方法进行 。
2
.
3
.
2 黑液木素按方法圈提取提纯后 ,采用岛津 IR 一 4 0 红外光谱仪进行分析 。
2
.
4 蒸煮条件
本文研究均采用同一蒸煮条件 ,即 :
绿液用量 5 . ` s % (以总碱计 , 对绝干麦草 ) , N a o H 4 . 2 % (以 N a o H 计 ) , N a ZS o 。 3 · 0写
( 以 N a o H 计 ) , A Q 0 . 0 5% ,液比 1 : 6
3 结果与讨论
3
.
1 麦草绿液法 ( G 八 s A Q )蒸煮过程中的纤维分离 点
按确定的蒸煮工艺条件 , 在蒸煮过程中纸浆得率 、 硬度及筛渣率的变化情况见表 3 。
表 3 C 冉 s A Q 法蒸煮过程中得率 ,卡伯值及筛渣率的变化
1 2 3
一
4 5 6 7
蒸煮温度 ℃ 1 65 16 5 1 65 165 165 165 16 5
保温时间 m i n 0 15 30 6 0 90 120 15 0
粗浆得率 % 5 6 . 1 8 54 . 20 5 3 . 43 5 1 . 8 5 5 1 . 4 9 5 1 . 39 50 . 7 3
K a P p a 3 7
.
3 3 3 4
.
8 0 3 3
.
3 7 32
.
3 7 33
.
62 3 6
.
2 4 3 7
.
59
筛渣率 · % 1 4 . 40 5 .洛5 5 . 9 0 5 . 8 0 5 . 7 9 5 . 7d 5 . 62
, 浆料筛选采用振动式平筛进行 , 筛缝 。 . 3 m m 。
由试验结果可以看出 , 在蒸煮最高温度下进行保温时 . 随着保温时间的延长 ,纸浆得率
逐渐降低 。 从保温开始至 30 而 n 时 ,纸浆的硬度值及筛渣率均下降得较快 . 至保温 60 m in
时 ,硬度及筛渣率均下降到最低值 。 做筛渣率对硬度值曲线 (略 )可以看出 , 此曲线在卡伯值
3
.
4 处出现一个拐点 ,拐点以后筛渣率的下降较为平缓 ,这是由于纤维分离所致困 ,认为该
点为 G A s A Q 法蒸煮麦草化学浆的纤维分离点 。
试验 中还发现 , 在保温 60
m in 后 , 纸浆的卡伯值又会
出现上升的趋势 ,这可能是
由于蒸煮后期溶出的木素发
生沉淀并被纤维吸附所致 。
表 4 几种蒸煮条件下麦草的纤维分离点
K P A S
一
A Q G A S A Q
3 3
.
5 3
.只é5LIJ
月.L粗浆得率 % 13 ·
K
a PP a 50
与 K P 法及 A S 一 A Q 法相比较 , G A S A Q 法在达到纤维分离点时 ,纸浆含有较高的卡伯值 ,体
现了绿液法制浆的一个特点 。 表 4 列出了麦草在采用几种蒸煮方法时达到纤维分离时对应
的粗浆得率及 K ap aP 值 。
3
.
2 麦草绿 ;每去( G A S A Q )蒸煮过程 中木素及其它化学组份的变化历程
蒸煮过程中粗浆得率 、 未素以及其它化学组份的变化情况见表 5 。
3
.
2
.
1 木素的反应历程
由蒸煮过程中木素的变化曲线 (见图 l) 可知 , 麦草 G A s A Q 法蒸煮脱木素的历程可分
为三个阶段 , 第一个阶段为自蒸煮开始 ( 5 ’ C )至 1 4 5 : C 时 , 木素的脱除率达到 72 . 48 % ,此
第 2期 韩 卿等: 麦草绿液法制造可漂化学浆蒸煮机理的研究 1 17
表 5蒸煮过程中各主要化学组份的变化情况
原料 1 2 3 4 5` 7 6
n
ùnU o d瓦口工,`,lO甘,且nù
39780269548251.20384
燕煮蓝度 ℃
蒸煮时间 nr i n
燕煮液 p H ( 12 . 5℃ )
N a 0 H
’
g L/
N a : 5 9 L/
N a ZS O
: g / L
粗浆得率 究
灰分 (对原料 ) %
苯醇抽出物 (对原料 ) %
K l
a粗 n 木素 (对原料 )写
酸溶木素 (对原料 )%
总木素 (对原料 ) % `
总木素溶出率%
聚戊搪 (对原料 ) %
聚戊搪溶出率 %
总碳水化合物 (对原料 )写 . `
总碳水化合物溶出率 %
5 5
O
1 ]
.
80
乐 4 1
2
.
43
9
.
43
100
.
0 0
8
.
38
1
.
75
18
.
66
2
.
8 9
21
.
55
0
26
.
00
0
68
.
34
0
100
48
1 0
.
5 0
2
.
0 1
2
.
19
2
.
3 0
7 4
.
7 3
2
.
1 5
0
.
9 5
1 0
.
5 5
1
.
59
1 2
.
1 4
4召. 67
19
.
37
25
.
5 0
59
.
49
12
.
95
12 0
6 7
10
.
3 0
2
.
0 1
2
.
15
1
.
15
64
.
74
2
.
08
0
.
8 1
7
.
40
1
.
1 6
8
.
5 6
6 0
.
2 8
16
.
5 4
3 6
.
3 8
53
.
29
22
.
02
140
8 7
10
.
1 0
l
·
41
1
. `
14
0
.
7 6
62
.
0 0
2
.
34
0
.
76
5
.
1 1
0
.
82
5
.
9 3
7 2
.
48
1 5
.
7 4
3 9
.
46
5 2
.
_
97
2 2
.
49
1 65
114
9
.
70
0
.
10
1
.
45
0
.
13
5 6
.
1 8
2
.
9 7
1
.
0 1
4
.
13
0
.
7 2
4
.
8 5
7 7
.
4 9
】3 . 3 7
48
.
5 7
47
.
3 6
30
.
7 0
165
17 4
9
.
60
16 5
23 4
16 5
2 6 4
9
.
40
1
.
5 0
0
.
13
5 1
.
8 5
2
.
7 9
0
.
82
2
.
97
0
.
60
3
.
57
83
.
4 3
12
.
0 0
53
.
85
44
.
66
34
.
66
1
.
7 0
0
.
13
5 0
.
73
2
.
6 4
0
.
65
3
.
4 1
0
.
6 1
4
.
02
8 1
.
33
1 1
.
4 1
56二 12
43
.
42
3 6
.
47
Z.0
乙几,`
.8c60奴2
:。(霍写常、
钾倒彬嗜.巡
, 总木素盘 = K如on 木素且 + 酸溶木素量
过程中木素的脱除量占整个蒸者
过程木素脱除量的 86 . 97 % . 称
为大量脱木素阶段 ;第二个阶段
为自 140 ℃升温到最高蒸煮温度
1 6 5 ,C并保温 6 0 m i n , 木素的脱
除率达 83 . 43 % , 此过程中木素
的脱除量占整个蒸煮过程木素脱
除量的 13 . 13 % , 称为补充脱木
素阶段 ;第三个阶段为在 1 65 ℃
下从保温 60 m in 后继续保温至
蒸煮结束 ,此过程中纸浆中木素
的含量又出现上升的趋势 , 这可
能是由于蒸煮后期蒸煮液中有效
碱浓度降低致使溶出木素发生沉
淀 ,并被纤维吸附所致 , 称此阶段
为溶出木素的再沉淀吸附阶段 。
可见 ,麦草 。八s 入Q 法蒸煮时 , 在
最高蒸煮温度下进行适当时间的
, , 总碳水化合物童一 1 0 夕。 一 (灰分十苯醉抽出物十总木素 )
。 退度
冰 总木素
. K l a s o : 1
’ 敌 济木素
锻
关 ! .0 0
0S 卜 6 . 0
2
. 昨\ \ 。
} 一 ,` 洲一 一一一气旧 0 15 0 2 0 0蒸煮时间 川 i , 一一舀一茜石- 芍拈
图 1 木素的脱除 曲线
保温是必要的 , 但是过长时间的保温又会增加纸浆木素含量 ,所以 , 蒸煮时应注意控制蒸煮
时间 。
3
.
2
.
2 蒸煮过程中木素与碳水化合物的变化关系
1 1 8 西北轻工业学院学报 第 31 卷
406
。 。膝布汉书浑王性毯
蒸煮过程中木素脱除率与碳水化合物溶出
率之间的关系如图 2所示 。 从图中曲线可以看
出 , 当木素的脱除率达到最高值 8 3 . 43%后 , 由
于溶出木素发生沉淀并被纤维吸附致使脱除率
下降 ,而与此同时 , 碳水化合物的溶出率亦然上
升趋势 , 由此也可以看出 ,此时继续进行保温蒸
煮将会对纸浆质量产生不利影响 。
3
.
2
.
3 蒸煮过程中灰分的变化规律
蒸煮过程中纸浆灰分的变化情况如图 3所
示 。 由图 3看出 , 温度在 1 0 ` C以前 , 纸浆灰分
下降很快 ,到 120 ℃时 (蒸煮时间 67 m in )出现
一最低值 2 . 08 % ,之后又呈上升趋势并趋于基
本稳定 , 这种情况也可能是由于随着蒸煮液有
效碱的消耗 , 部分已溶出的灰分物质又
重新被纤维吸附所致 , 这种现象对改善
。 聚戊精
. 总碳水化合物
.
O
.
O
2 0
.
0
图 2
20 0 40
.
0 印 . 0 80 . 0 100 . 0
木 素脱除率 ( “ 二 )
木素与碳水化合物的变化关系
黑液的粘度等物化性能有好处 。
3
.
2
.
4 蒸煮液有关成份的变化及黑液
木素的红外光谱分析
将蒸煮液中 N a o H 、 N a Z s o 。 及 N a Z s
的变化情况反映在曲线上如图 4 所示 。
从图 4 可见 , 从蒸 煮开 始 至 升温 到
16 5 C (蒸煮时间 1 14 m i n )时 , 蒸煮液中
N a o H 与 N a ZS O 。 的消耗一直很快 . 这与
麦草的结构特点有关 ,此过程中蒸煮液
的 p H 值下降亦很快 。 在 165 C 以后 ,蒸
煮液中 N a o H 及 N a Zs o 3 含量均保持在
较低水平上 ,可见 ,在以后的蒸煮过程中
主要是 N a Zc o 。 和 N aZ s 在起作用 。 另外
云 6 .
介 4 . 0
娜
】0 0 20 0
蒸煮时间 m :il
图 3 灰分的变化曲线
在整个蒸煮过程中 N a Zs 的变化较为平缓 ,这与 N a Zs 在碱法蒸煮过程中起着催化剂那样的
作用因而消耗较低的说法闭相一致 。
蒸煮过程中黑液木素的红外光谱分析 (见图 5) 表明 : 从蒸煮温度 1 0 ℃开始就存在着
7 0 5 c m 一 ’ 、 12 2 0 C rn 一 ’两个与木素磺酸有关的吸收峰 ,这说明了在 1 0 0 ` C时或 2 0 0 ’ C 以前就有
木素的磺化反应产生 。 1 2 6 0 c m 一 ’ , 1 3 6 0 。m 一 ’及 1 6 7 0 c m 一 ’三处的吸收峰分别与愈疮木素一 甲
氧基 c 一。 、 芳香核及共扼碳基有关 , 这几处的吸收峰及 70 5 c m 一 ’ 、 1 2 2 0 c m 一 ’两处的吸收峰在
蒸煮温度 165 `C 以后趋于消失 ,这与溶出木素的碎解有关 ,这些碎解后的木素小分子又有可
能在蒸煮后期被纤维所吸附 . 引起纸浆卡伯值的升高 。
4 结 论
( l) 麦草在采用 G A s A Q 法蒸煮可漂化学浆时在较高的卡伯值下达到纤维分离点 。
第 2期 韩 卿等 :麦草绿液法制造可漂化学浆蒸煮机理的研究 1 19
x p H
O N州DH
N a Z 5 0 ,
N
a : S触浅尺.64..2苍电姗朴汉
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燕煮时间 m in
图 4 p H 及蒸煮液主要成份的变化规律
( 2) 麦草 G A s A Q 法蒸煮过程中木素的变化历程可分为三个阶段 ,从蒸煮开始至升温到
14 0℃时 , 木素的脱除率达到 72 . 48 % , 为大量脱木素阶段 ;从 140 ℃升温到 16 5℃并保温 60
m ih 时 ,木素的脱除率达 8 3. 43 % ,为补充脱木素阶段 ; 165 ℃下保温 60 m in 至保温 90 m in
蒸煮结束 ,木素的脱除率出现下降趋势 ,为溶出木素的再沉淀吸附阶段 。
(3 ) 麦草 G A S A Q 法蒸煮过程中木素的磺化反应在 10 ℃以前就有可能发生 。
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“ 一 七’ )
一 衬一 ”川完学报 第 31 卜卷
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图 5 黑液木素的红外光谱图
( 下转第 70 页 )
·
7 0
· 西北轻工业学院学报 第 31 卷
参 考 文 献
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(止接第 1 2 0 页 )
S T U D Y O F P R O D U C T IN G B L E A C H A B L E 丫V H E A T
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g r e e n l q u o r w e r e s t u d ie d
.
T h e r e s u lt s s h o w t h a t t h e Pu l P P r浏 u e e d w i t h g r e e n li q u o r h as a
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t h e d i s s o l u t io n o f
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