文献综述
造纸技术在我国有着长远的历史,最初用来造纸的原材料局限于木材、麻和蚕丝。经过几千年的发展,造纸原料也开始多样化,除了木材原料,竹类、草本植物等原料也被用于制浆造纸。人们的生活和纸张密切相关,工农商等各行各业均都与纸的应用密不可分。
近几年,全世界纸浆年产量基本稳定在18亿吨以上,我国纸浆年产量也超过7800万吨,其中2017年我国木浆和非木材纤维纸浆产量为1647万吨,占我国总纸浆产量的21%左右,其余为废纸浆,属于木浆、非木材浆和废纸浆的三足鼎立态势[1]。
阔叶木浆纤维如桦木、杨木、椴木、桉木、枫木等,阔叶木纤维短,一般长度在1毫米左右,其长宽比多在60倍以下。阔叶木组织结构较针叶木浆更紧密,且含有较多的杂细胞,木素含量较针叶木低,一般在20-24%之间,且多戊糖含量高,一般在21-24%之间[2]。
随着时代的发展,制浆工艺与时俱进,从最初的传统制浆到现在的氧碱制浆[3],有机溶剂制浆[4-6],和生物制浆[7]等。目前常用的制浆方法主要有以下几种。
机械法:主要有原木磨木法(磨石磨木法SGW和PGP) [8]和刀削片磨木法(RMP和TMP)[7],即通过机械作用使植物纤维细胞与其它化学成分之间物理离解,该法具有高的浆得率和较好的不透明度,但能耗较高,现在常用方法是的先将料片进行化学处理,即采用的化学机械方法等。化学法制浆:是硫酸盐法和亚硫酸盐法是应用最多的两种化学制浆方法。生物制浆法:主要由果胶和木质素的微生物或酶分解,以及树脂的性质[9],去除木质素和果胶纤维素原料,使植物组织和纤维素纸浆分离的目的[10]。
碱法制浆,特别是其中的硫酸盐法制浆,是目前世界上使用最普遍的一种化学浆生产工艺。它通过烧碱和硫化物作为反应试剂,在一定的温度和压力下,通过氧化还原反应达到将木素从木质纤维素上去除的目的。硫酸盐法制浆过程分为三个阶段:初始脱木素、大量脱木素以及残余木素脱除阶段。硫酸盐法蒸煮是利用氢氧化钠和硫化钠的水溶液作为蒸煮剂,蒸煮过程所损失的化学药品通过向碱回收燃烧炉中加入硫酸钠来补偿,因此称之为硫酸盐法。硫酸盐法蒸煮对原料的适应范围比较广,几乎适用于各种植物纤维原料,如阔叶木、针叶木、竹子、草类等[11]。
与其他制浆方法比,蒸煮时间更短。但反应温度高,得率低;纸浆颜色较深。
近二十多年来,硫酸盐法蒸煮技术有了很大改进,出现了多种深度脱木素技术,并应用于实际生产,典型的深度脱木素技术包括间歇式的置换蒸煮和连续式的蒸煮。与间歇蒸煮相比较,连续蒸煮的优点:1、生产自动化程度高,劳动强度低;2、单位锅容产量高,占地面积小;3、汽、电、蒸煮液和植物纤维原料消耗均衡;4、连续放汽放锅,热回收效率高,配置紧凑,大气污染小,易于控制;5、成浆得率高,且质量均匀稳定。缺点:1、设备结构复杂,附属设备较多,维修费用高;2、动力消耗大;3、设备的精度要求高;4、生产的灵活性较差[12]。
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