環(huán)保型本色紙的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物質(zhì)資源化高效綜合利用領(lǐng)域，具體地涉及利用三素分離得到的纖 維素產(chǎn)品制造的環(huán)保型本色紙。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為造紙的原料主要是植物纖維。在經(jīng)濟發(fā)達國家主要采用針葉樹或闊葉樹木 材，約占總用量的95%以上。而在中國所用的植物纖維原料品種則相對比較多，包括（1)針 葉樹木材，如落葉松、紅松、馬尾松、云南松、樟子松等；（2)闊葉樹木材，如楊木、樺木、桉木 等；（3)草本植物，如蘆葦、竹子、芒桿、麥草、稻草、龍須草、高粱桿、蔗渣等；（4)韌皮纖維類， 如亞麻、黃麻、洋麻、檀樹皮、桑皮、棉桿皮等；（5)毛纖維類，如棉花、棉短絨、棉破布。從原料 來源角度，使用例如上述(3)草本植物成本更低且來源廣泛。然而，與上述（1)和(2)類原料 相比，使用其他材料，特別是上述(3)類原料制得的紙張纖維含量較低，在外觀上表現(xiàn)為松 垮、強度低、質(zhì)地不均，甚至有不規(guī)則孔洞。另一方面，隨著人民生活水平及質(zhì)量的提高，在 市場上消費者更加傾向于選擇100%木漿的生活用紙。
[0003] 為了解決使用上述(3)類原料制得的紙張的這些問題，目前通常進行壓花處理以 掩人耳目。另外，為了提高手感，添加滑石粉而使其過分滑膩或使用時經(jīng)常有粉塵脫落。此 外，為了提高白度而進行過分漂白處理，使顏色過分白或有污點。然而，這些方法并不能從 根本上解決特別是作為草本類原料帶來的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明人在生物質(zhì)資源化綜合利用方面，特別是生物質(zhì)資源的三素分離領(lǐng) 域進行了長期研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在將草本植物作為原料進行三素分離后可得到纖維素、半 纖維素以及木質(zhì)素產(chǎn)品，其中得到的纖維素產(chǎn)品中纖維素含量提高，而木質(zhì)素及半纖維含 量降低。以此纖維素產(chǎn)品作為造紙原料可提高紙張的品質(zhì)，改善外觀。由此完成了本發(fā)明。
[0005] 本發(fā)明的一方面提供一種環(huán)保型本色紙，其以由草本植物材料制得的纖維素產(chǎn)品 為原料制得，其中所述纖維素產(chǎn)品具有以下性質(zhì):基于所述纖維素產(chǎn)品的總重量纖維素的 濃度為28.63%，K值為5.5以下，叩解度為20-30° SR，濕重為2-3.5g，白度為44.5°以下，pH值 為7-9;其中，所述本色紙不包含漂白成分。
[0006] 在某一實施方案中，所述纖維素產(chǎn)品通過下述步驟制得：
[0007] 將收集的草本植物材料進行預(yù)處理，然后通過輸送設(shè)備送入一級分離裝置，用 0.6MPa-3.0MPa的蒸汽蒸煮lmin-5min，蒸煮后再進行多級清洗，然后進行固液分離得到半 纖維素液以及固形物；
[0008] 向所述固形物加入堿溶液，在90°c-130°C的條件下蒸煮0.5h-l. 5h，蒸煮后進行二 次固液分離得到固態(tài)形式的纖維素產(chǎn)品。
[0009] 優(yōu)選地，纖維素產(chǎn)品制備過程中所述的堿溶液選自由氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀 水溶液、氫氧化鈣水溶液、氨水和碳酸氫鈉水溶液組成的組的至少一種?？蛇x地，纖維素產(chǎn) 品制備過程中所述的堿溶液的添加量基于所述固形物的總質(zhì)量以堿的重量計為4%-10%。
[0010]在某一實施方案中，所述草本植物材料選自植物的根、猜桿、葉子和種殼組成的組 的至少之一。
[0011]可選地，所述草本植物材料選自由玉米桿、小麥桿、大麥桿、谷物桿、蘆葦、亞麻莖、 雜草、谷物殼、麥糠、豆類秸桿、棉花桿和薯類秧組成的組的至少之一。
[0012] 在某一實施方案中，環(huán)保型本色紙為抽紙或卷紙。優(yōu)選地為餐桌紙。
[0013] 使用本發(fā)明所述的非木材類紙漿進行制漿時，由于纖維素產(chǎn)品中已經(jīng)將草本植物 中的半纖維素分離出去，剩余的纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)也疏解開，因此，使用化學藥品的量 由傳統(tǒng)制漿的12%_18%降低至5%至8%。甚至可以不使用任何化學藥品。另外，與傳統(tǒng)制 漿時的蒸汽壓力（〇. 5-0.7MPa)和溫度（135 °C -150 °C )相比，利用本發(fā)明的非木材類紙漿進 行制漿時溫度和蒸汽壓力也降低。
[0014] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源化的綜合利用，在充分利用植物資源的木質(zhì)素、半纖維素 的情況下，將得到的高含量纖維素產(chǎn)品用于造紙，提高了紙張的纖維素含量及外觀特征。另 外，本發(fā)明的紙因沒有添加化學藥劑，沒有經(jīng)過漂白處理，因此無殘留，使用時對人體沒有 傷害；由于選用漿料來源于生物質(zhì)三素分離產(chǎn)品中的纖維素，該纖維素制備的產(chǎn)品可以直 接用于城市綠化、家庭栽花種草的有機肥料的補充。
[0015] 向所述固形物加入堿溶液，在90°C~130°C的條件下蒸煮0.5h~3h，蒸煮后進行二 次固液分離得到固態(tài)形式的纖維素產(chǎn)品，傳統(tǒng)造紙制漿不需要先分離半纖維素，而是直接 將原料通過加入酸或者堿，進行蒸煮，一般蒸煮溫度為：150-170°C，蒸煮時間在1.5-2.5小 時。蒸汽壓力在〇. 6MPa-0.8MPa.蒸煮后的原料經(jīng)過洗滌、篩選、漂白等工藝處理，得到紙漿， 在洗滌、篩選、漂白等工藝處理過程中產(chǎn)生的半纖維素、木質(zhì)素混合在水體中，形成較難處 理的制漿廢水。
【附圖說明】
[0016] 圖1為傳統(tǒng)三級分離裝置的示意性說明圖。
【具體實施方式】
[0017] 現(xiàn)對本發(fā)明的各示例性實施方案進行詳細描述，其中的實施例用附圖加以說明。 可以理解的是，以下的詳細說明不是對本發(fā)明的限定，相反是為讀者提供對本發(fā)明的某些 方面和特征的細節(jié)更好的理解。
[0018] 在本發(fā)明中，各種科技術(shù)語、名詞、單位均具有本領(lǐng)域內(nèi)通常的含義，除非另作說 明。另外，本發(fā)明中各種參數(shù)的定義如造紙行業(yè)中最新版國家標準所述，并且它們的測定均 根據(jù)造紙行業(yè)中相關(guān)的最新國家標準測定，除非另作說明。本發(fā)明所述的各類單位在表示 重量時以克(g)，除非另作說明。
[0019] 在本發(fā)明中，生物質(zhì)原料(例如草本植物的各類材料)通過三級分離技術(shù)可以生產(chǎn) 纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。本文中將這三種物質(zhì)總稱為"三素"，將通過三級分離技術(shù)生產(chǎn) 三素的技術(shù)稱作"三素分離技術(shù)"。其中包括通過三次分離手段分別得到不同產(chǎn)品，并將不 同產(chǎn)品開發(fā)用于生產(chǎn)三素。
[0020] 下面參考示例性的附圖1來簡單說明三級分離步驟。
[0021] -級分離步驟:將收集的生物質(zhì)原料進行預(yù)處理，然后通過輸送設(shè)備送入一級分 離裝置，用〇. 6MPa-3. OMPa的蒸汽蒸煮lmin-5min，蒸煮后再進行多級清洗，然后進行固液分 離得到半纖維素液相(第一液相）以及作為固形物的第一固相；
[0022] 二級分離步驟：以上述固形物的總質(zhì)量計，向固形物中加入4 % -10 %的堿溶液，在 60°C_130°C的條件下蒸煮0.5h-3h，蒸煮后進行二級固液分離得到第二液相和第二固相； [0023]三級分離步驟:將第二液相進行沉淀、過濾、活化、精選處理，得到第三液相和第三 固相，其中所述第三液相為生化木素原液。
[0024]在上述三級分離中，第一液相優(yōu)選地可進一步用于厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣或制備糠醛 產(chǎn)品。第二固相優(yōu)選地可進一步用于加工制成纖維素或其衍生產(chǎn)品，例如羧甲基纖維素產(chǎn) 品。作為第三液相的生化木素原液優(yōu)選地可經(jīng)膜裝置進一步濃縮，制成液態(tài)生化木素產(chǎn)品， 將液體生化木素產(chǎn)品經(jīng)蒸發(fā)和干燥后制得固態(tài)生化木素產(chǎn)品。另外，作為第三固相的固形 物可優(yōu)選地經(jīng)沉淀、固液分離處理后，用于制備例如生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)品。
[0025] 本發(fā)明中，所述的"草本植物"相對于木本植物而使用，指木質(zhì)部不發(fā)達，莖桿柔軟 的一類植物。與之相對的木本植物指木質(zhì)部發(fā)達、堅硬，植株高大。草本植物一般植株矮小， 分為一年生、越年生和多年生三類。作為草本植物，優(yōu)選地包括但不限于各類農(nóng)業(yè)作物。例 如，麥類、谷物、蘆葦、亞麻類、玉米、巨菌草、高粱、葵花、雜草、食用菌、豆類、棉花或薯類等。 另外，草本植物材料，包括上述植物的至少一部分，例如上述植物的根、莖葉、花等的至少一 種。從原料廣泛及成本角度，優(yōu)選植物莖部材料，例如各種秸桿，優(yōu)選小麥秸桿。
[0026] 本發(fā)明中使用的術(shù)語"纖維素產(chǎn)品"是指在草本植物材料的三素分離中產(chǎn)生的富 含纖維素成分的產(chǎn)品。具體通過下述步驟得到:將收集的草本植物材料進行預(yù)處理，然后通 過輸送設(shè)備送入一級分離裝置，用0.6MPa-3. OMPa的蒸汽蒸煮lmin-5min，蒸煮后再進行多 級清洗，然后進行固液分離得到半纖維素液以及固形物；向所述固形物加入堿溶液，在90 °C-130°C的條件下蒸煮0.5h-1.5h，蒸煮后進行二次固液分離得到固態(tài)形式的纖維素產(chǎn)品 與傳統(tǒng)制漿的區(qū)別在于：由于第一級分離已經(jīng)將草本植物中的半纖維素分離出去，剩余的 纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)也疏解開，因此，使用化學藥品的量降低(傳統(tǒng)制漿在12%_18%)， 使用的溫度和蒸汽壓力降低(傳統(tǒng)蒸汽壓力5-7公斤，溫度135°C-150°C)。
[0027] 所述纖維素產(chǎn)品優(yōu)選具有以下的性質(zhì)：并具有以下性質(zhì)：基于所述纖維素產(chǎn)品的 總重量所述纖維素的濃度28.63%，K值為5.5以下，叩解度為20-30° SR，濕重2-3.5g，白度為 44 · 5°以下，pH值為7-9，優(yōu)選8 · 07。
[0028] 在傳統(tǒng)的造紙工業(yè)中，以單純草本植物為原料的制得的紙漿一般含有木質(zhì)素、半 纖維素，因此紙漿得率在30 %-35 %，纖維素的含量在65 %-80 %。而通過三素分離后得到的 纖維素產(chǎn)品中纖維素的含量達到90%_97%，因此，紙漿的純度更高。所述濃度基于所述纖 維素產(chǎn)品的總重量計。
[0029] 由于草本植物含有大量的木質(zhì)素。在造紙過程中需要盡可能地脫除這些木質(zhì)素。 傳統(tǒng)上，在將蒸煮后的粗漿進行篩選、洗滌過程中進行氧堿漂，脫除部分木質(zhì)素，從而得到 符合質(zhì)量要求的細漿。在本發(fā)明的三素分離過程中，通過第一次分離去除半纖維素。通過第 二次分離去除包含于液相的木質(zhì)素。因此，得到的纖維素產(chǎn)品中已經(jīng)去除大部分的半纖維 素和木質(zhì)素。
[0030] 另外，在傳統(tǒng)造紙工藝中需要紙漿漂白，從而去除紙漿中的有色物質(zhì)，或改變化學 組分使之脫色，同時進一步去除殘余的部分木質(zhì)素，以提高紙漿的白度和白度穩(wěn)定性，滿足 生產(chǎn)的紙或高純度精制漿的要求。而在本發(fā)明中，由于纖維素產(chǎn)品中已經(jīng)將原料中的85% 以上的半纖維素以及95%以上的木質(zhì)素分別提取，因此，紙漿中的纖維素含量更高，產(chǎn)品更 純。
[0031]本發(fā)明中所使用的術(shù)語"K值"，是指紙漿的卡帕值，即一定量的紙漿在特定的酸性 條件下，與一定量的高錳酸鉀反應(yīng)一定時間，得到的紙換算成相當于消耗50%高錳酸鉀量。 該數(shù)值的大小反映出經(jīng)蒸煮后殘留在紙漿中木素含量的多少以及其他還原性物質(zhì)的相對 含量，可以間接地表示紙漿脫木質(zhì)