桉木蒸煮工藝的優(yōu)化

1桉樹的速生造林現(xiàn)狀發(fā)展林業(yè)和造紙產(chǎn)業(yè)是經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。隨著經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的提高，紙的供需矛盾變得越來越明顯。中國造紙工業(yè)隨著經(jīng)濟的發(fā)展,環(huán)境法規(guī)的制約,調(diào)整造紙原料結(jié)構(gòu),寄希望于木材,特別是利用速生材資源進行制漿造紙勢在必行。隨著造紙工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展,造紙原料(特別是木材原料)的穩(wěn)定供應(yīng)已成為一個重要的課題。全世界造紙界對桉木的期望一直非常高,因為其纖維優(yōu)良且得率很高。桉樹還由于其速生豐產(chǎn)、適應(yīng)性強、用途廣和輪伐期短等特點,被譽為世界三大速生樹種(桉、松、楊)之一,僅次于松類,為多數(shù)國家引種并取得成功。為了深入了解桉樹制漿特性,本文研究了尾葉桉的原料組成,找出其制漿特性與其材性和木素之間的相互關(guān)系,通過正交實驗確定了桉樹的優(yōu)化工藝條件,同時通過測定紙張強度性能指標(biāo)來驗證實驗結(jié)果,不僅可以為工廠蒸煮工藝條件的優(yōu)化提供理論依據(jù),而且還能指導(dǎo)造紙用優(yōu)良桉木品種的定向培育。2原料和方法的實驗2.1實驗原材料本實驗以廣西某廠提供的尾葉桉木片為原料。木片平衡水份后,部分經(jīng)粉碎機磨制成木粉以備原料分析研究,其余留于蒸煮實驗。2.2-973.5-97實驗中原料化學(xué)成份包括綜纖、抽提物、灰份的測定分別按照GB2677.8-81、GB2677.7-81、GB2677.10-81、GB2677.5-81、GB-2677.3-81等標(biāo)準(zhǔn)進行,以利于比較鑒別。蒸煮采用8X1L回轉(zhuǎn)油浴蒸煮器,打漿采用PFI盤磨打漿機,抄片用ZQJ-B型抄取器,紙樣各項強度指標(biāo)的測定按國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)分別進行。3結(jié)果與討論3.1原料化合物的組成桉木主要化學(xué)成份如表1所示。3.2工藝條件的優(yōu)化3.2.1不同的用堿量和液比對得率和卡伯值的影響根據(jù)查閱資料和以往經(jīng)驗,初步選定以下蒸煮條件:硫化度25%,升溫時間2h,最高溫度170℃,其它蒸煮條件分別按用堿量14%、17%、20%,液比為1:3、1:4、1:5,保溫時間為1h、2h、3h來設(shè)計正交實驗,結(jié)果如表2所示。由表2我們看到:在相同的液比下,得率隨著用堿量和保溫時間的增加而降低,但是用堿量的影響更大,受保溫時間的影響較小;相同的用堿量,如果保溫時間和液比都變化,則得率和卡伯值受兩個因素的影響而不會呈單一變化,因為它們對得率和卡伯值的影響不是相互獨立而是彼此聯(lián)系的。用堿量過低,木素沒有得到很好的脫除,導(dǎo)致難以蒸煮成漿,如1號、4號罐桉木;相反如果用堿量充足,保溫時間適當(dāng),則有利于木素的降解溶出,如3號、9號罐;5號、6號罐得率和卡伯值分別比較接近而且比較理想。通過對蒸煮實驗結(jié)果的正交分析(綜合考慮得率和卡伯值),我們得到了以下兩個比較好的工藝條件:用堿量17%,液比1∶4,保溫1h;用堿量20%,液比1∶5,保溫2h。為了進一步驗證以上蒸煮條件的正確性,我們在兩個條件下進行大罐蒸煮,以最終選定一個優(yōu)化的工藝條件。3.2.2不同脫木素原料利用率比較大罐蒸煮條件如表3,實驗結(jié)果列于表4。一般來講,對同一種原料,我們希望在保持高得率的同時有較低的卡伯值,以保證好的可漂性,對于硫酸鹽漿更是如此。得率越高說明原料利用率越高,卡伯值越低說明在此蒸煮條件下脫木素的效果越好。但是從表4的結(jié)果看,Ⅰ號漿得率高卡伯值也高,而相反Ⅱ號漿得率雖低但卡伯值較理想,如果我們只是單純的比較得率和卡伯值,很難說明哪個條件更好,所以對兩種漿料進行打漿抄紙試驗,希望通過比較紙張強度指標(biāo)以決定那個蒸煮條件更優(yōu)。3.2.3纖維原料的選擇打漿能夠提高纖維之間的相互結(jié)合力,從而提高各項強度指標(biāo)。在實驗室允許的條件下,我們選用PFI磨漿機在10%的漿濃下,把蒸煮后漿料打漿至一般木漿所要求的45°SR,數(shù)據(jù)記錄如表5,根據(jù)手抄紙干燥曲線我們所選的紙頁干燥溫度列于表6:在上述抄造條件下所獲得紙頁強度指標(biāo)為:一般來講,打漿時纖維的細(xì)纖維化會使紙的緊度和抗張強度增加;耐破度則與纖維長度和纖維結(jié)合有關(guān),纖維長度和結(jié)合力高的紙張其耐破度亦高。漿料的機械處理方式及打漿程度直接影響漿料纖維的平均長度及纖維結(jié)合力,提高打漿度,則耐破度增加,但打漿度過高,反而會使耐破度下降,耐破度是紙張許多強度性能的綜合反映,它與抗張強度、伸長率、撕裂強度都互有影響。從表7的數(shù)據(jù)我們看到其結(jié)果基本符合上述規(guī)律。比較發(fā)現(xiàn),Ⅱ①漿所抄紙的耐破指數(shù)為6.87kPa·m2/g,為最高,Ⅱ②、Ⅰ②、Ⅰ①的耐破指數(shù)依次有所降低,但也在6.00kPa·m2/g以上,可見兩種漿的耐破性能都比較好,尤其是Ⅱ號漿;紙Ⅰ①(干燥溫度80℃)的撕裂度比Ⅰ②(干燥溫度95℃)明顯小,說明紙的干燥條件對紙的撕裂度有影響。雖然兩種漿所抄的紙的撕裂指數(shù)雖不是很高,最低的Ⅰ②為8.15mN·m2/g,但最高的Ⅱ①也可達8.75mN·m2/g,對于闊葉木來說是比較理想的;根據(jù)未漂硫酸鹽木漿部標(biāo)準(zhǔn)(QB757-80)規(guī)定,一號漿(供制造牛皮紙、牛皮箱板紙、二號紗管原紙、塑料襯紙等)在60°SR定量100g/m2時裂斷長不小于7km,而本實驗所抄的紙,其裂斷長最大可達8370m,最小的也有7451m,說明其裂斷長指標(biāo)非常的好。3.3加工工藝條件的確定根據(jù)以上實驗結(jié)果,我們從蒸煮性能和強度指標(biāo)這兩個大的方面選擇了得率、卡伯值、以及幾個強度指標(biāo),采用坐標(biāo)綜合評定法,對桉木的制漿條件進行綜合評價。坐標(biāo)綜合評定法主要是通過K權(quán)的設(shè)置,選定優(yōu)化指數(shù)后其它指標(biāo)與其比較。采用坐標(biāo)綜合評定法來評價蒸煮條件的優(yōu)劣,p2ii2值越小則綜合制漿性能越好。從上面的表格數(shù)據(jù)我們可以看到,在蒸煮性能方面,Ⅰ#工藝條件較好,但在強度指標(biāo)方面則是Ⅱ#較優(yōu)。從總的p2ii2來衡量,則是Ⅱ①最優(yōu),Ⅰ①則是最差的,而Ⅱ①、Ⅰ②居中。綜合以上分析結(jié)果,我們最后選定桉木的最佳實驗蒸煮條件如下:4溫度對樣品的影響4.1通過正交實驗,我們得出的兩個較好工藝條件為:用堿量17%,液比1∶4,保溫1h和用堿量20%,液比