毛竹制粘胶纤维浆粕的蒸煮技术研究 术

    吕卫 军 蒲俊文

    ( 北京林业大学材料科学与技术学院，北京 1 0 0 0 8 3 )

    摘 要： 竹子生产粘胶纤维用浆粕， 需要采用特殊的蒸煮工艺和漂白工艺来提高浆的反应性能和得率。本实验在

    对毛竹的化学成分进行分析的基础上采用两段氧碱法蒸煮工艺， 并结合多指标正交实验综合平衡分析法得 出预浸

    时间 3 0 r ai n 、 升温时间 9 0 r ai n 、 最高温度 1 4 0 ~ C、 用碱量 2 2 % ( 以氢氧化钠计 ) 、 保温 时间 9 0 r a i n 、 氧压 0 . 5 MP a 、 Mg C O 3

    用量 1 %及缓冲剂用量 5 %的最佳工艺条件 ， 为实验研究及实际生产提供理论参考 。

    关键词 ： 毛竹 粘胶 纤维 ；氧碱蒸煮；综合平衡法

    粘胶纤维浆粕的生产过程与造纸工业的制浆过

    程区别不大 ， 但对浆 的化学纯度及反应性能要求严

    格 ， 对机械强度等物理性质无特殊要求， 因而生产工

    艺与造纸工业又有所不同¨ 。

    竹类纤维生产粘胶纤维用浆粕， 因其反应性能

    不及棉纤维， 用常规的蒸煮和漂白方法很难得到合

    格的浆粕， 而且得率较低 ， 生产成本较高。本实验采

    用两段氧碱法对浙江大径毛竹进行混合正交蒸煮，降低成本 ， 提高反应性能， 从而得到较为合理的蒸煮

    工艺。

    氧碱蒸煮是七十年代后期对环境控制的加强才

    得到了重视 ， 国外造纸专家曾预示 ， 氧碱法制浆是最

    有希望取代传统硫酸盐制浆的一种方法¨ 。氧碱

    法蒸煮具有得率高， 废液污染负荷低 ， 废液中无含硫

    化合物且易于 回收等优点¨ ， 而且 ， 氧碱法制浆 比

    较适合我国中小企业现状。

    本实验是毛竹制粘胶纤维技术研究 的一部分 ，目的在于研究毛竹氧碱法制粘胶纤维浆粕的规律 ，找到合适的制浆工艺， 同时在实验中使用了多指标

    正交实验综合平衡法 ， 为实验研究和实际生产提供

    参考。

    1 实验原 料及方 法

    1 . 1 原 料

    原料为浙 江汇泰竹木有限公 司提供 的大径 毛

    竹 。

    1 . 2 原料化学成分分析

    水分、 灰分、 1 %Na OH溶液抽出物、 O f . 一纤维素、木素等化学成分的含量均按国家标准进行测试。

    1 . 2 两段氧碱蒸煮

    氧碱蒸煮在 Z Q S 1一c型药液循环蒸煮锅中进

    行 ， 蒸煮工艺条件为： 缓冲剂 5 % ， 碳酸镁 1 % ， 氧压

    0 . 5 MP a ， 预浸时间为 3 0 r ai n ， 预浸后通氧， 升温时间

    为 9 0 r ai n 【 4 ， 其他实验条件见表 2， 蒸煮终点放锅 ， 然

    后洗涤、 打散 ， 平衡水分后进行测定。

    1 . 3 浆粕化学成分的测定

    高锰酸钾值、 粘度、 得率、 白度按国家标准进行

    测试 ， 其中粘度测定采用铜乙二胺法， 白度测定用

    Y Q一2— 4 8 B型 白度仪。

    2 实验结果与讨论

    2 . 1 毛竹化学成分分析

    毛竹基本化学成分分析结果见表 1 。

    表 1 毛竹及其它原料的化学成分分析比较

    从表中看 出毛竹的灰分含量 比木材原料的高，但却明显低于麦草、 芦苇、 获苇、 蔗渣等原料 。粘

    胶纤维生产中要求灰分含量不宜高于 0 . 1 6 % ， 所 以

    在毛竹粘胶纤维生产过程 中， 降低灰分含量显得十

    分重要。如表 1所示， 毛竹 1 %N a O H溶液抽出物含

    量比禾本科 原料都低得 多， 且 比部 分针 叶木原 料

    作者简介 ：吕卫军 ， 男 ， 硕士研究生. 主要从事制浆造纸工程方 向的研究

    国家人事部留学人员科技活动择优资助项 目

    Pa pe r Sc i e nc e ＆ Te c hno l o gy 2 005 Vo 1 . 2 4 No. 1 5

    维普资讯 http:www.cqvip.com ( 如 ： 马尾松 等 ) 含 量 低 ， 说 明毛 竹 因光 、 热 、 氧化 或

    受细菌侵蚀等作用而变质或腐朽的程度低 ， 材质较

    好 ， 也是竹制粘胶纤维具有抑菌， 抗菌等优点的原因

    之一 。毛竹的其他化学成分 也都处 于禾本科原

    料与木材原料之间， 是较好的制浆原料。

    2 . 2 混合正交 L 馆( 2 ×3 ) 氧碱蒸煮实验

    本实验属于两段氧碱法蒸煮。由于竹子的纤维

    特性介于木材和草类纤维之间 ， 相对密度较大， 结构

    紧密 ， 药液的浸透困难 ， 所 以在实验前 ， 毛竹经碱

    浸及机械压丝处理 ， 并在蒸煮前预浸 3 0 r ai n 。

    实验 中曾对毛竹在 1 0 0 ℃下进行蒸煮 ， 发现有

    “ 生煮” 现象， 为 了合理利用正交表 ， 拟用混和正交

    实验， 实验数据及其处理见表 2 。

    表 2 毛竹氧碱混合正交 L 。 。 ( 2 ×3 ) 蒸煮结果

    对比以往所做硫酸盐法蒸煮和氧碱法蒸煮的研

    究发现： 氧碱制浆法毛竹浆的得率较高 ， 本实验均高

    于 5 5 % ， 而硫酸盐法浆得率只有 4 0 %左右 ； 在 白

    度上 ， 氧碱法制浆制得的浆料 白度较高 ， 最高达到

    4 3 . 9( %I S O) ， 且高锰酸钾值低 ， 易于漂 白； 在粘度

    上 ， 氧碱法浆料较低 ， 只有不到 7 0 0 mL g ， 而硫酸法

    基本在 1 l O O m L g左右。

    一

    般情况下， 纤维素分子中的葡萄糖甙键对碱

    是稳定的， 但氧碱蒸煮过程中氧的存在会使纤维素

    分子发生氧化反应 ， 经氧化的纤维素 ， 其葡萄糖基的

    C ： 、 C 和 C 上的醇羟基部分被氧化成醛基、 酮基和

    羧基 ， 它们都是亲电基团， 其诱导效应会使相近的葡

    萄糖甙键活化 ， 使之对碱很不稳定， 从而导致甙键的

    断裂 ， 使纤维素大分子降解 ， 聚合度下降。这就是氧

    碱法蒸煮浆料粘度较低的主要原因 。

    2 . 3 直接 比较分析

    对表 2进行级差分析， 结果见表 3 。

    通常， 氧脱木素的选择性以粘度 卡伯值表示， 该

    6

    指标可综合的反应脱木素和碳水化合物的情况… ，表 3 毛竹 氧碱混合正交 L 。 。 ( 2 ×3 ) 实验结果级差分析

    《 造纸科学与技术》 2 0 0 5年 第2 4卷 第 1期

    维普资讯 http:www.cqvip.com 但单独用选择性指标来选取条件不够全面， 需要结

    合考虑其它指标 ， 如得率和白度。这就需要借助曲

    线图或利用实践经验来选出最佳结合。

    对上述正交表利用选择性进行级差分析， 结果

    表明工艺参数的影响大小顺序为温度 >用碱量 >保

    温时间。在其它工艺条件一定的情况下 ， 最佳组合

    为 A B C 。

    2 . 4 多指 标综合平衡 法¨

    在多指标正交实验中， 各个指标不可能完全一

    致 ， 如何兼顾各项指标 ， 找出使得每一项指标都尽可

    能好的实验条件 ， 综合平衡法 即是一种简单又方便

    的分析方法。其安排实验的基本步骤和分析方法与

    单指标正交实验大致相同。综合平衡法的基本原则

    为 ：

    ( 1 ) 当各项指标 的重要性不一样时 ......