桉木蒸煮工藝研究

桉木蒸煮工藝研究

中國是世界上最大的卷煙制造商和消費國。目前,世界上90%以上的香煙濾嘴采用醋酸纖維制造。以醋酸纖維絲束制成的香煙濾嘴無毒、吸阻小、熱穩(wěn)定性好、吸附性能突出,可去除卷煙中55%~60%的尼古丁和焦油量,并可選擇性去除酚類等有害物質(zhì),保持煙草中的香味。因此,醋酸纖維絲束當(dāng)之無愧地成為香煙濾嘴的首選材料。目前,國內(nèi)對醋化級木漿的研究為剛起步階段,為減少國際木漿市場對我國煙用醋酸纖維素生產(chǎn)的不利影響,有必要開發(fā)國產(chǎn)醋化級木漿資源。醋化級木漿的主要原料有針葉材和闊葉材,比如云杉(Piceaasperata)、馬尾松(Pinusmassoniana)、桉木(Eucalyptusspp.)和樺木(Betulaspp.)等。特別是桉木因為具有速生、成材快、適應(yīng)性強、少蟲害等優(yōu)點而日益受到重視。這為發(fā)展國內(nèi)醋化級木漿產(chǎn)業(yè)提供了有利條件。1材料和方法1.1材料表面本實驗原料為海南金海漿廠桉木木片,除去大片、節(jié)子和碎屑,裝入塑料袋中平衡水分,備用。1.2實驗方法1.2.1綜纖維素、苯醇、石灰、灰合物的分離物按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)測定桉木的化學(xué)組成。組成如下:綜纖維素77.93%,木素22.24%,苯醇0.94%,熱水抽出物3.24%,冷水抽出物1.25%,1%NaOH抽出物13.75%,灰分0.53%。1.2.2計算砂漿殘渣的測定高錳酸鉀值、聚合度、得率、白度(ISO)按GB進行測試。1.2.3實驗設(shè)備蒸煮采用ZQS1型15L電熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋蒸煮。漂白用恒溫水浴在耐高溫聚乙烯袋中進行。2結(jié)果與討論2.1叔叔的工藝2.1.1做堿法制漿的原料1)硫酸鹽法(KP)蒸煮:用堿量17%(Na2O計),硫化度16%,液比(絕干原料質(zhì)量(kg)與蒸煮液量體積(L)之比)1∶4,空轉(zhuǎn)30min,升溫90min至130℃;再次升溫90min至170℃,保溫60min。2)硫酸鹽+蒽醌法(KP+AQ)蒸煮:與1)方法一致,再加入AQ0.05%。3)硫酸鹽+蒽醌+十二烷基苯磺酸鈉(KP+AQ+ABS)法蒸煮:與2)方法一致,再加入ABS1.75%。由表1可以看出:KP漿中AQ的加入(保溫)有利于保護碳水化合物,得率提高1.09%,KMnO4值降低23.13%,α-纖維素含量提高3.72%。在堿法制漿中,由于AQ的催化作用,加速了蒸煮脫木素的過程。這不僅有利于制漿得率的提高,而且可以減少用堿量,縮短蒸煮時間,降低蒸煮溫度和制漿硬度,并達(dá)到最好的蒸煮效果。蒽醌在蒸煮中起氧化還原催化作用,它可以氧化碳水化合物,使纖維素和半纖維素中的還原性末端基氧化為糖,酸類末端基阻止了剝皮反應(yīng)的進行,而蒽醌則被還原為蒽氫醌。在蒸煮過程中,脫木素首先是氫氧化鈉使原料中木素的酚醚鍵斷裂,這些尚不能溶于堿液的木素中間物與蒽氫醌發(fā)生氧化還原反應(yīng),不僅加快了蒸煮過程中脫木素的速度,而且使蒽氫醌氧化成蒽醌,從而循環(huán)地發(fā)揮助劑的作用。ABS是一種表面活性劑,在蒸煮過程中加入ABS可以促進蒸煮液對蒸煮原料的潤濕作用、增加蒸煮藥液對原料的滲透性,提高脫木素的選擇性。ABS能夠使藥液和木片進行良好、均勻的反應(yīng),縮短保溫時間,也可大大提高漿料的強度。并且隨著漿料硬度的降低,脫木素程度的提高,而使?jié){料易漂,在保持相同漿料強度的同時,可以提高漿料的白度。但在本實驗中,由于桉木本身滲透性能良好,所以在降低木素方面作用不明顯,反而由于其充分滲透,使碳水化合物遭到少許破壞,導(dǎo)致α-纖維素含量有所降低。用120℃保溫與未保溫相比較可以發(fā)現(xiàn),保溫有利于除去半纖維素,所以,α-纖維素含量比未保溫的略高,但同時聚合度下降較大?？紤]醋酸纖維漿粕要求較高聚合度(900)、高白度(90%)及高α-纖維素含量(96%)。所以,選擇采用KP+AQ(未保溫)作為后續(xù)漂白研究對象。2.1.2不同預(yù)浸劑對原料-纖維素含量和聚合度的影響NaOH預(yù)浸條件:NaOH10%,液比1∶4,120℃,30min,ABS1.75%。洗滌之后,進行蒸煮實驗,蒸煮條件與KP+AQ(未保溫)一致。由表2可看出:用10%NaOH預(yù)浸處理桉木木片30min后,再采用與KP+AQ(未保溫)一致的蒸煮工藝,能使α-纖維素含量提高2.27%,KMnO4值下降8.57%,這說明10%NaOH預(yù)浸處理在去除木素、半纖維素方面有明顯的效果。但是同時使聚合度下降19.00%,得率下降11.32%。隨后,通過降低用堿量,得率上升2.17%,聚合度上升較多,α-纖維素含量仍然比未用10%NaOH預(yù)浸處理的高出0.74%,KMnO4值也比未用10%NaOH預(yù)浸處理的低。說明10%NaOH預(yù)浸處理可節(jié)約蒸煮時用堿量,且同時可降低KMnO4值,提高α-纖維素含量。表2中2、3相比,發(fā)現(xiàn)在用堿量相同的情況下,隨硫化度增加,紙漿聚合度上升。因為硫化物在一定程度下可以抑制碳水化合物的剝皮反應(yīng),保護主鏈糖類組分不被降解,特別是甘露糖、葡萄糖,減輕堿性降解作用,得率上升,聚合度上升,KMnO4降低?？偟膩碚f,10%NaOH預(yù)浸處理有利于提高α-纖維素含量。2.1.3保溫時間的影響對10%NaOH預(yù)浸處理時間進行對比(表3)研究發(fā)現(xiàn):隨保溫時間延長,得率、KMnO4值、聚合度逐漸下降,α-纖維素能有小幅度提高,從中可以看出,保溫時間的變化起到的作用甚微。2.2白臉2.2.1堿處理段用堿量及溫度從表4中可以看出:隨著用氯量增加,聚合度有所下降,但是下降幅度不大,白度增大,α-纖維素增加,但是當(dāng)用氯量超過3.6%時,聚合度、白度、α-纖維素變化不明顯。所以,為了得到高聚合度、白度、α-纖維素的纖維漿粕選定D0用氯量3.6%。氯化木素只能一部分溶于氯化時形成的酸性溶液,還有一部分難溶的氯化木素需要在熱堿溶液中溶解。堿處理主要除去木素和有色物質(zhì),并溶出一部分樹脂。在溫和的堿處理條件下,對纖維素并無影響,且纖維素溶解也不多。對于某些特殊要求的紙漿,如溶解漿,堿處理的條件需要強烈些,以去除半纖維素,提高α-纖維素含量和聚合度。因此,為了得到高聚合度、白度、α-纖維素的醋酸纖維漿粕,本實驗對堿處理段用堿量及溫度進行探討分析。結(jié)果見表5、6。從表5可以看出:隨著用堿量增加,聚合度、白度、α-纖維素僅有極小幅度增加,因此,從實際生產(chǎn)來說,還是選擇用堿量2.0%。從表6可以看出:溫度升高,半纖維素溶出較多,所以導(dǎo)致聚合度上升,白度上升3.85%,α-纖維素略有上升;當(dāng)溫度超過75℃時,再升高溫度,我們發(fā)現(xiàn)由于條件過于激烈,使得碳水化合物降解,聚合度上升緩慢,且白度有所下降。因此,綜合考慮,堿處理段溫度為75℃為最佳。2.2.2%,ph7.5,7.5%,5.5%,ph7.5,7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5;7.5%,5.10%;6.10%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%;7.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%;7.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5.5%,5在過氧化氫漂白以前經(jīng)過螯合處理,去除金屬離子,螯合處理條件為:EDTA0.5%,pH5.5,70℃,60min,漿濃10%。過氧化氫漂白條件為:NaOH用量與H2O2用量一致為2.5%,70℃,90min,漿濃10%,所得α-纖維素為92.75%,白度為87.5%,聚合度為1050。2.3凈化2.3.1酶用量對木聚糖酶聚合度的影響處理條件為:60℃,時間2h,漿濃3%,pH6.0,木聚糖酶用量為20、40、80、120、160和200IUg(對絕干原料)。由表7可以看出,當(dāng)木聚糖酶用量為20IUg時,漿料的α-纖維素含量從92.75%增加到92.80%白度由87.5%上升至87.7%,聚合度由1050上升至1063;之后隨著酶用量的增加,α-纖維素含量、聚合度及白度進一步提升,并在酶用量為80~120IUg趨于平緩,當(dāng)其用量在120IUg時,α-纖維素含量達(dá)到94.01%,聚合度增至1093,白度高達(dá)89.4%。這顯示木聚糖酶在提高聚合度、白度及α-纖維素含量方面有作用。當(dāng)再增加酶用量時α-纖維素只有小幅上升,且此時聚合度、白度都開始下降。因此選擇酶用量為120IUg較為適宜。2.3.2堿濃度對-纖維素含量和聚合度的影響處理條件為:NaOH堿濃度為2%、4%、6%、8%、10%,20℃,1h。從表8可以看出:當(dāng)堿濃度為2%時,α-纖維素含量由94.01%增至94.08%,聚合度由1093增至1102,白度由89.4%增至89.6%;之后當(dāng)堿濃度增至4%時,聚合度增至1163,白度增至90.0%,而此時α-纖維素含量為98.08%,能達(dá)到醋酸纖維漿粕國際標(biāo)準(zhǔn)。3不同水勢梯度下桉木醋酸纖維漿粕的預(yù)浸處理1)AQ有利于保護碳水化合物,提高得率,降低KMnO4值,提高α-纖維素含量。2)ABS可以促進蒸煮液對蒸煮原料的潤濕作用、增加蒸煮藥液對原料的滲透性,提高脫木素的選擇性。3)10%NaOH預(yù)浸處理有利于提高α-纖維素含量。4)桉木制醋酸纖維漿粕的漂白條件:D0段為用氯量3.6%,70℃,90min