[01838938]以杨木板皮为原料生产高反应性能溶解浆的研究

近年来,溶解浆的需求量急速增加,2010年世界溶解浆的需求量已达到450万吨。溶解浆是一种精制化学浆,具有α-纤维素含量高,反应性能好,白度高,聚戊醣含量低等特点。可以作为粘胶纤维、玻璃纸、醋酸纤维、肠溶性药片糖衣、香烟过滤嘴、羧甲基纤维素和硝化纤维等的原材料。纺织业和烟草制造业是溶解浆的主要应用领域,比例大致是：粘胶产品60%,香烟过滤嘴16%,纤维素醚11%,硝酸纤维5%,醋酸纤维7%,其他1%。 国内溶解浆生产的主要原料为棉短绒,但由于近年来粘胶产量的增加,对原料的需求量增大,棉短绒已满足不了化纤工业对它的需求,开发新原料势在必行。国内进行了这方面的研究与探索实践,主要采用竹片和木片为原料,经过预水解-碱法蒸煮-漂白制得溶解浆,也有用麦草、棉秆制备溶解浆的研究。 我国每年木材加工剩余物的产生量约5000万吨,杨木板皮作为木材加工剩余物的一种,平均纤维长度约为1.3mm,宽度约20μm,综纤维素含量约为82%,其中α-纤维素含量约为44%,若能利用杨木板皮来制备溶解浆,将对溶解浆原料的开发大有裨益。 国内外利用木材为原料制备溶解浆,工艺通常采用预水解硫酸盐法+ECF漂白技术,为了提高预水解半纤维素的去除率,通常添加无机酸或有机酸,这增加了设备的腐蚀性,且预水解液要加碱中和进行后续处理,增加了碱液消耗;另外,ECF漂白中二氧化氯漂白虽然比CEH三段漂大大减少了废水中AOX量,但也产生了一定量的AOX,影响环境。用上述工艺制备的溶解浆反应性能较差,很难满足高档产品生产对溶解浆的要求,为了提高溶解浆的反应性能,美国有些学者用氮气抽提纯化技术对木浆中纤维素性能的改变及半纤维素含量的变化进行了研究,但技术还未成熟,无法实现工业大规模连续生产;美国专利报道采用浓碱或强酸处理溶解浆提高其反应性能,但此技术污染性很高,成本高,很难推广使用。奥地利安德里兹公司研发一种提高溶解浆反应性能的助剂V388,可成本高,对溶解浆有一定的选择性,企业很难接受。国内也有几所院校正在进行这方面的研究和开发,主要有华南理工大学和青岛科技大学等单位,在该技术的研究和开发中取得了一些进展,主要集中在杨木、桉木、相思木、松木等制备溶解浆上,而用杨木板皮生产高反应性能的溶解浆,至本课题开始前还未有相关报道。 山东省科技厅于2014年7月给齐鲁工业大学下达了“以杨木板皮为原料生产高反应性能溶解浆的研究” 的科技攻关项目。本课题组在充分调查研究和查阅有关资料的基础上,制定并确定了试验方案,开展了深入的研究工作。 由于杨木板皮是木材加工剩余物,纤维已受到部分损伤,其纤维素的原始聚合度较低,要制备高反应性能的杨木板皮溶解浆,首先要选择性的脱除杨木板皮中的半纤维素和木素,且要减缓纤维素在预水解和蒸煮工段发生酸性水解与碱性剥皮反应,从而保证溶解浆的聚合度和高的α-纤维素含量。再者,温和的漂白工艺也是保证溶解浆的高白度、反应性能和聚合度的关键技术。 本课题组主要进行在预水解、蒸煮、全无氯漂白工艺和复合生物酶纯化工艺的研究。探讨了在预水解过程中添加预水解助剂的工艺技术,提高了半纤维素的脱除;研究了低硫化度的硫酸盐/蒽醌（KP/AQ）蒸煮技术,在脱除木素的同时保护了纤维素;优化了清洁环保的OPQP全无氯漂白和复合生物酶纯化工艺。通过大量的实验室工作,制备出了高反应性能杨木板皮溶解浆的小试样品,经检测各项指标均达到了木溶解浆的技术要求,获得了较好的结果, 在实验室的实验结果基础上,申请并获得了国家授权发明专利2项,发表了SCI收录文章4篇。 本课题组还在2017年1月对已取得的小试成果进行中试试验,按照小试优化得到的最佳预水解工艺、蒸煮工艺、氧脱木素工艺、螯合处理及过氧化氢漂白工艺进行中试扩大实验,得到中试杨木板皮溶解浆产品的性能,性能指标如下：聚戊糖含量：3.68%,铁离子含量12.3mg/kg,白度88%ISO,α-纤维素含量95.2%,聚合度540,反应性能9s,各项指标均达到了或超过了项目任务书中对各项主要技术指标的要求。 本次扩大实验进一步说明采用低污染生产工艺以杨木板皮为原料生产高反应性能溶解浆无论是在工艺技术上还是在经济成本核算上都是合理可行的,具有广阔的推广应用前景。 杨木板皮溶解浆的低污染生产技术,溶解浆反应性能高,且生产成本低,目前在国内及国际属于首创,居领先地位。目前,木溶解浆的生产成本约7000元/吨,因杨木板皮原料成本低,且工艺实施过程中大大节约了中和用碱量和漂白助剂用量,生产的溶解浆的生产成本约5000元/吨,目前售价约8000元/吨,利税为3000元/吨,按每年生产20多万吨杨木板皮溶解浆计算,则每年创造的利润为：60000多万元。具有较显著的经济效益,所采用的化学助剂环保,采用的工艺清洁,可获得非常好的社会效益。