木材制漿

《非木材纖維乙醇法制漿原理與技術(shù)》旨在為讀者提供一本乙醇制漿研究領(lǐng)域系統(tǒng)的專題研究框架?！斗悄静睦w維乙醇法制漿原理與技術(shù)》可作為高等學(xué)校制漿造紙專業(yè)博士生、碩士生和本科生的參考書籍，也可作為其他專業(yè)的參考書。

將木材纖維解離成紙漿再抄造成紙的生產(chǎn)過程。

概況 造紙是中國古代四大發(fā)明之一。據(jù)《后漢書·蔡倫傳》載,東漢時(shí)蔡倫發(fā)明用樹皮、麻頭、破布和舊魚網(wǎng)造紙。三國時(shí)用簾床設(shè)備撈紙，改進(jìn)了工藝技術(shù)。魏晉南北朝時(shí)，紙已代替帛、簡，成為普遍使用的書寫材料。以后造紙?jiān)蟻碓床粩鄶U(kuò)大,除原有的麻、楮外,桑皮、藤皮、檀皮、竹、麥秸和稻稈等也陸續(xù)開發(fā)利用，同時(shí)工藝技術(shù)進(jìn)一步提高，如北魏《齊民要術(shù)》專門記載了用黃柏染紙的技術(shù)等。造紙技術(shù)在唐代逐漸傳至國外。現(xiàn)代制漿造紙始于19世紀(jì)，以后傳入中國。造紙?jiān)嫌身g皮纖維擴(kuò)大到草類，再發(fā)展為木材。木材制漿造紙發(fā)展很快。世界主要紙漿和紙生產(chǎn)國家有美國、加拿大、日本、蘇聯(lián)、中國、瑞典、芬蘭、聯(lián)邦德國等。紙和紙板總產(chǎn)量已超過 1億噸。方法由原始的發(fā)酵法逐步發(fā)展為機(jī)械制漿、化學(xué)制漿(亞硫酸鹽法和堿法)、半化學(xué)制漿、化學(xué)機(jī)械制漿等，并發(fā)明了長網(wǎng)造紙機(jī)、圓網(wǎng)造紙機(jī)和近代的夾網(wǎng)造紙機(jī)。

造紙?jiān)虾椭茲{方法 除木材外，凡富含纖維素、且其形態(tài)適于造紙的植物皆可用作造紙?jiān)?。常用的木材纖維原料有魚鱗云杉、沙松云杉、臭冷杉、紅松、落葉松、馬尾松、楊樹、樺樹和椴樹等;非木材纖維原料有竹類、草類(稻草、麥草、蘆葦、蔗渣等)，韌皮纖維類(麻皮、桑皮、檀皮等)和棉花纖維類(棉短絨等)。木材纖維在世界造紙?jiān)现姓?0%以上，在中國約占20%。木材制漿的基本過程可簡示如下: 根據(jù)制漿方法的不同，木漿可分3類:

①機(jī)械漿(又稱磨木漿)。主要包括磨石磨木漿、木片磨木漿和熱磨木片磨木漿。磨石磨木漿(GP)分白色和褐色兩種。白色磨木漿是原木直接在磨木機(jī)中磨碎所得色澤較白的紙漿，成紙吸墨性強(qiáng)、不透明度高、成本低，但纖維較短、強(qiáng)度較差、不宜長期保存，主要用于抄造新聞紙、印刷紙和紙板。褐色磨木漿是將原木汽蒸后磨漿所得，色較深,纖維較長,強(qiáng)度較好，主要用于生產(chǎn)紙板和包裝紙。木片磨木漿 (RGP)是木片經(jīng)水洗后在盤磨機(jī)中解離纖維并精磨而成，適用于各種針葉材木片。漿中長纖維組分較磨石磨木漿多，所以強(qiáng)度較大，濾水性好，不透明性和印刷性也好。缺點(diǎn)是電耗較高。熱磨木片磨木漿 (TMP)是木片經(jīng)短時(shí)間蒸氣預(yù)處理后，在一定壓力(溫度)下，用盤磨機(jī)解離纖維所得。漿中含長纖維多，纖維束少,強(qiáng)度比木片磨木漿好,但白度較低。后兩種漿主要用于抄造新聞紙、印刷紙、包裝紙和紙板，生產(chǎn)電耗較高。

②半化學(xué)漿(SCP)和化學(xué)機(jī)械漿(CGP)。木片先經(jīng)化學(xué)處理，再經(jīng)機(jī)械磨碎制成，具有介于化學(xué)漿和機(jī)械漿之間的性質(zhì)和得率。主要適用于闊葉材木片。化學(xué)處理方法有中性亞硫酸鹽法、冷堿法、硫酸鹽法、堿性亞硫酸鹽法等。半化學(xué)漿和化學(xué)機(jī)械漿的區(qū)別僅在于化學(xué)處理程度的不同。后者的化學(xué)處理?xiàng)l件較緩和，機(jī)械作用較強(qiáng)烈，其性質(zhì)比較接近于機(jī)械漿，常用于生產(chǎn)瓦楞紙板、包裝紙、新聞紙，其漂白漿也可制書籍紙和印刷紙。磺化木片磨木漿是近幾年來發(fā)展起來的化學(xué)機(jī)械漿，得率高、強(qiáng)度好、能耗低，可代替部分化學(xué)漿。

③化學(xué)漿(CP)。主要包括酸性亞硫酸鹽漿(SP)和硫酸鹽漿(KP)。前者是用亞硫酸氫鹽(鹽基為鈣、鎂、鈉、銨)與游離二氧化硫在130~150℃下蒸煮所得的紙漿，色淺，易漂白，適于制造各種質(zhì)量的紙張，特別是高級紙和人造絲。由于此法對原料要求高，強(qiáng)度較低，已逐漸被硫酸鹽漿取代。硫酸鹽漿又稱牛皮紙漿，是木片用燒堿和硫化鈉在160~170℃下蒸煮所得。強(qiáng)度比酸性亞硫酸鹽漿高，對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，堿回收技術(shù)成熟，但色深，漂白性差，漿得率較低。主要用于紙袋紙、牛皮紙、紙板、電容器紙及其他工業(yè)用紙，漂白后也可用于各種文化用紙。預(yù)水解硫酸鹽漿是木片在硫酸鹽蒸煮前先經(jīng)預(yù)水解，以降低原料中的半纖維素含量，提高成品漿的化學(xué)反應(yīng)能力，從而制得α-纖維素含量高,易于化學(xué)加工的精制漿(又稱溶解漿)，用于制造粘膠纖維、玻璃紙和其他纖維素衍生物。

紙和紙板的抄造 由木材原料制成的紙品可分為紙和紙板兩大類。紙和紙板按米秤量 (克/米2)或厚度區(qū)分，一般米秤量在 225克/米2以上或厚度在0.1毫米以上的為紙板，小于上述標(biāo)準(zhǔn)的為紙，但也有例外，紙和紙板的種類已多達(dá)5000種以上。紙大體可分為文化用紙(如新聞紙、印刷紙等)，工、農(nóng)業(yè)技術(shù)用紙(如電絕緣紙、卷煙紙等)，包裝用紙(如紙袋紙、牛皮紙等)和生活用紙(如衛(wèi)生紙等);紙板可分為包裝用紙板(如箱板紙、瓦楞紙板等)，工業(yè)技術(shù)用紙板(如電絕緣紙板)，建筑用紙板，裝飾和印刷(如字型紙板)用紙板等。

紙和紙板的抄造有濕法和干法兩種。濕法以水為纖維懸浮的介質(zhì)，干法以空氣為介質(zhì)。干法造紙只適用于抄造某些特殊紙(如煙嘴紙等)。濕法應(yīng)用較廣，其過程是紙漿經(jīng)打漿、加填、施膠、凈化、成型、脫水、壓榨、干燥、壓光、卷取等工序加工成紙或紙板。打漿可使纖維潤脹、分絲、細(xì)纖維化，增加纖維表面積，從而增加纖維之間的結(jié)合與交織，增加紙頁強(qiáng)度和勻度。有時(shí)還加入某些高分子有機(jī)助劑，如高分子聚合物、變性淀粉或羧甲基纖維素等，以提高紙張強(qiáng)度。紙料中加入填料可提高紙張的不透明度和平滑度。施膠可提高紙頁的抗水性，多用松香或松香衍生物的皂化物作施膠劑。抄紙是將上述紙料用水稀釋后在抄紙機(jī)上形成組織均勻的紙頁的過程。

手工抄紙是中國古老的造紙技術(shù)，現(xiàn)只在制傳統(tǒng)紙(如宣紙等)時(shí)繼續(xù)沿用。原料(檀皮、桑皮、稻草等)經(jīng)石灰漚制和日曬，再經(jīng)舂料或碾料而成漿，用水稀釋并使?jié){料懸浮，在紙槽中用竹簾撈造而成紙。

發(fā)展趨勢 20世紀(jì)70年代以來，世界紙漿產(chǎn)量中化學(xué)漿約占70%，硫酸鹽漿又占化學(xué)漿的85%左右。這種漿的優(yōu)點(diǎn)是可使用各種材種(包括枝椏材,各種廢材等)作原料，漿的強(qiáng)度高，又能回收藥品和熱量。中國造紙廠也多采用硫酸鹽法。但此法得率低，投資費(fèi)用高，且污染環(huán)境,因此正研究用堿-蒽醌法,多硫化鈉法，氧-堿法等加以改進(jìn)。亞硫酸鹽法也在不斷改進(jìn)中。為改善高得率漿的質(zhì)量,降低能耗,這些年發(fā)展了化學(xué)熱磨機(jī)械漿(CTMP),并正在研究和發(fā)展壓力磨石磨木漿(PGP)。中國為逐步增加木材原料比重，正大力發(fā)展速生樹種(如楊樹、桉樹、濕地松、馬尾松等)，重視采伐剩余物及加工廢材的利用,發(fā)展林區(qū)木片生產(chǎn)。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上,則著重于提高強(qiáng)韌紙板、加工紙(如涂布紙)等的比重。

參考書目

R. D.Macdonald, J. N.Frankli,Pulp and Paper Manufacture,2nd ed.,McGraw-Hill,New York,1970.

James P.Casy,Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology,3rd ed.,John Wiley and Sons,New York,1980.

上篇

第一章緒論

第一節(jié)有機(jī)溶劑法制漿的歷史與現(xiàn)狀

一、有機(jī)溶劑法制漿的由來

二、用于制漿的主要有機(jī)溶劑

第二節(jié)幾種接近工業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)溶劑制漿方法

一、MD Organocell法

二、ASAM法

三、ACETOSOLV法

第三節(jié)Alcell法制漿

一、乙醇法制漿方法的比較

二、Alcell介紹

第四節(jié)紙漿漂白技術(shù)及其研究進(jìn)展

一、含氯漂白及其存在問題

二、氧脫木素技術(shù)

三、全無氯漂白

四、新型漂白技術(shù)

第五節(jié)自催化乙醇漿的全無氯(TCF)漂白

第六節(jié)木素結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

第七節(jié)課題來源與選題意義

一、課題來源

二、選題意義

第二章麥草自催化乙醇法制漿工藝及機(jī)理的研究

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)方法

一、原料

二、蒸煮

三、紙漿洗滌

四、篩選

五、漂白

六、打漿

七、抄片

八、物理性能及黏度的測定

九、漿料的化學(xué)分析

十、KP法和燒堿AQ法蒸煮條件

十一、KP漿和燒堿-AQ法漿漂白條件

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、乙醇法制漿工藝條件初探

二、乙醇法制漿蒸煮反應(yīng)歷程

三、蒸煮過程中制漿選擇性的變化

四、碳水化合物的溶出及紙漿得率

五、pH對蒸煮的影響

六、乙醇漿可漂性的研究

七、漂白乙醇漿的強(qiáng)度性質(zhì)

第三節(jié)結(jié)論

第三章荻自催化乙醇法制漿工藝及機(jī)理的研究

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)方法

一、原料

二、蒸煮

三、洗滌與篩選

四、漿料化學(xué)分析

五、反應(yīng)機(jī)理研究方法

六、幾個(gè)問題的說明

七、可漂性實(shí)驗(yàn)

八、成漿性能對比

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、獲原料的分析結(jié)果與說明

二、蒸煮鍋的改造與應(yīng)用

三、洗滌方式與效果

四、工藝參數(shù)的確定與優(yōu)化

五、反應(yīng)歷程的研究

六、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究

七、反應(yīng)機(jī)理探討

八、漂白性能對比

九、打漿性能的對比研究

十、成紙強(qiáng)度對比

十一、性能評價(jià)小結(jié)

第三節(jié)結(jié)論

第四章龍須草自催化乙醇法制漿工藝及機(jī)理的研究

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)方法

一、原料

二、蒸煮

三、洗滌與篩選

四、分析

五、打漿

六、抄片及物理性能檢測

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、龍須草原料分析

二、保溫溫度范圍的探索

三、洗滌方式探討

四、制漿工藝條件的探討

五、龍須草自催化乙醇法制漿機(jī)理

六、乙醇漿的打漿性能及成紙強(qiáng)度

第三節(jié)結(jié)論

第五章龍須草自催化乙醇漿漂白工藝與機(jī)理的研究

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)

一、設(shè)備、儀器及實(shí)驗(yàn)藥品

二、實(shí)驗(yàn)方法

三、漂白機(jī)理探討

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、未漂漿的性質(zhì)

二、漂白工藝

三、漂白機(jī)理研究

第三節(jié)結(jié)論

參考文獻(xiàn)

下篇

第一章緒論

第一節(jié)自催化乙醇法制漿研究進(jìn)展

一、乙醇法制漿的分類及基本原理

二、自催化乙醇法制漿工藝研究進(jìn)展

三、乙醇法制漿的其他特點(diǎn)及乙醇漿的特性

四、自催化乙醇法蒸煮工藝歷程及動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展

五、麥草木素特性及自催化乙醇法制漿機(jī)理研究進(jìn)展

第二節(jié)XPs在纖維表面化學(xué)分析方面的應(yīng)用

一、XPS的工作原理

二、XPS在紙漿纖維表面木素分析中的應(yīng)用

三、XPS在紙漿及紙張其他表面性質(zhì)分析中的應(yīng)用

第三節(jié)AFM在纖維表面形貌學(xué)特征研究中的應(yīng)用

一、AFM的工作原理

二、AFM在紙漿及紙張其他表面性質(zhì)分析中的應(yīng)用

第四節(jié)本篇研究的主要內(nèi)容、目的和意義

第二章快速冷卻自催化乙醇法制漿木素沉淀現(xiàn)象與機(jī)理的研究

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)部分

一、實(shí)驗(yàn)原材料

二、蒸煮和洗滌

三、吸附實(shí)驗(yàn)

四、乙醇水溶液中木素的溶解性能測定

五、乙醇漿纖維形貌學(xué)特征觀察

六、乙醇漿纖維表面化學(xué)分析

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、快速冷卻乙醇法蒸煮和洗滌過程中木紊沉淀現(xiàn)象的研究

二、乙醇木素在乙醇水溶液中溶解度的研究

三、快速冷卻乙醇法制漿過程中木素沉淀機(jī)理的研究

第三節(jié)小結(jié)

第三章快速冷卻法自催化乙醇漿纖維殘余木素的堿脫除

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)部分

一、乙醇法制漿和紙漿洗滌

二、1%氫氧化鈉抽提

三、紙漿指標(biāo)

四、SEM分析

五、AFM分析

六、XPS分析

七、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分析

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、乙醇漿纖維表面殘余木素

二、堿抽提脫除纖維表面木素的化學(xué)法研究

三、堿抽提過程中纖維表面形貌學(xué)特征的AFM分析

四、XPS研究堿抽提對纖維表面木素的影響

五、堿抽提對纖維間結(jié)合力的影響

第三節(jié)小結(jié)

第四章熱置換乙醇漿洗滌工藝

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)部分

一、實(shí)驗(yàn)原料

二、儀器及設(shè)備

三、實(shí)驗(yàn)方法

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、蒸煮工藝的優(yōu)化

二、麥草乙醇法熱置換洗滌工藝研究

三、熱置換洗滌與快速冷卻洗滌的比較

四、乙醇麥草漿卡伯值高的原因分析

第三節(jié)小結(jié)

第五章熱置換洗滌乙醇麥草漿性能評價(jià)

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)部分

一、實(shí)驗(yàn)原料

二、實(shí)驗(yàn)原理及方法

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、篩分各組分卡伯值的研究

二、篩分各組分的紙漿強(qiáng)度研究

三、篩分各組分的纖維形態(tài)研究

四、乙醇麥草漿纖維強(qiáng)度性能評價(jià)

五、乙醇漿氧脫木素的研究

第三節(jié)小結(jié)

第六章熱置換乙醇法制漿蒸煮歷程及脫木素機(jī)理研究

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)部分

一、原料

二、設(shè)備、儀器

三、實(shí)驗(yàn)藥品

四、實(shí)驗(yàn)方法

第二節(jié)結(jié)果與討論

一、熱置換洗滌各因素對聚戊糖及木素含量的影響

二、熱置換麥草乙醇法制漿蒸煮歷程的研究

三、熱置換麥草乙醇法制漿脫木素機(jī)理的研究

四、溶出木素結(jié)構(gòu)的研究

第三節(jié)小結(jié)

第七章總結(jié)

一、快速冷卻法乙醇漿木素吸附/沉積現(xiàn)象及機(jī)理

二、乙醇漿堿抽提適應(yīng)性研究

三、熱置換乙醇法制漿洗滌工藝研究

四、熱置換乙醇麥草漿評價(jià)

五、熱置換乙醇法制漿蒸煮歷程的研究

六、熱置換乙醇法制漿脫木素機(jī)理研究

參考文獻(xiàn)