一种热蒸汽协同生物酶处理麦草制备原色生物机械浆的方法技术

本公开涉及一种热蒸汽协同生物酶处理麦草制备原色生物机械浆的方法，利用农作物小麦的废弃物作为制浆原料，采用热蒸水汽处理麦草，同时加微量碱调节热水的pH值在10‑14，待麦草中溶出部分半纤维素、木素、果胶等物质后，麦草汽蒸水热饱和软化后，进行螺旋挤压处理，使麦草物理分丝，然后进行生物酶处理，生物酶处理后，纤维进一步软化，然后对麦草进行磨浆，达到生产原色包装类纸和纸基材料的要求。

A Method for Preparing Primary Biomechanical Pulp from Wheat Straw by Thermal Steam Cooperative Bio-enzymatic Treatment

The present disclosure relates to a method for preparing primary color bio-mechanical pulp from wheat straw by thermal vapor combined with biological enzymes. The wheat straw is treated by hot steaming water vapor as pulping raw material, and the pH value of hot water is adjusted by adding trace alkali at the same time at 10 14. After some hemicellulose, lignin, pectin and other substances are dissolved from wheat straw, the steam water of wheat straw is saturated and softened by heat, then snails are carried out. Rotary extrusion was used to physically separate wheat straw, and then bio-enzymatic treatment was carried out. After bio-enzymatic treatment, the fibers were further softened, and then wheat straw was ground to meet the requirements of producing primary color packaging paper and paper-based materials.

【技术实现步骤摘要】
一种热蒸汽协同生物酶处理麦草制备原色生物机械浆的方法
本公开属于造纸技术与新材料领域，具体涉及一种热蒸汽协同生物酶处理麦草制备原色生物机械浆的方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。造纸工业是重要的基础原材料产业，在国民经济中占有十分重要地位。与社会发展和社会文明息息相关，纸及纸板的消费水平是衡量一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。传统造纸行业资源短缺的问题将进一步突显。尽快解决造纸原料紧缺问题迫在眉睫。但是目前制浆造纸过程中，一般只利用麦草秸秆，而将麦叶、叶鞘等去除，无法实现小麦收割废弃物的全利用。
技术实现思路
针对
技术介绍
，本公开提出一种全麦草废弃物热蒸汽处理协同生物酶处理的生物机械浆的制备工艺，把小麦获取粮食后的废弃物麦草，包含麦草秸秆、麦叶和叶鞘一起收集，并进行热蒸水汽协同生物酶处理制备原色生物机械浆，是对小麦的收割后的废弃物麦草进行全利用的一种全新的生物机械制浆方法。具体技术方案如下：在本公开的第一个方面，提供一种热水蒸汽处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:3-1:8的液比与麦草进行混合，添加微量碱，使得麦草含水的pH值为10-14，然后通入热水蒸汽，热水蒸汽处理过程持续在15-60min，蒸汽温度100-120℃；(2)热蒸汽处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40-60℃，处理时间为30-90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。在本公开的第二个方面，提供采用上述方法制备得到的生物机械浆。在本公开的第三个方面，提供所述生物机械浆在制备箱板纸中的应用。在本公开的第四个方面，提供采用所述生物机械浆制备得到的纸基材料。与本专利技术人知晓的相关技术相比，本公开其中的一个技术方案具有如下有益效果：本公开利用小麦草废弃物为原料，采用生物技术和机械方法，在保证造纸废水循环利用，不增加废水排放、不造成环境污染的情况下，研制出了优良的生物机械浆制备方法，在很大程度上解决造纸纤维原料短缺的问题。同时，农业剩余物得到高附加值利用，可与“三农”问题有效对接，从源头上杜绝农作物废弃物的焚烧，实现经济和社会效益双丰收。本公开针对传统制浆造纸过程中，麦草中的麦叶除去、只利用麦草秸秆的实际情况，针对全麦废弃物(麦草秸秆、麦叶和叶鞘)，首次提出了小麦收割废弃物的全利用技术，提出了热蒸汽饱和软化、原色生物机械浆的新概念；首次提出了热蒸汽协同碱性复合生物酶制备高强度原色生物机械浆的新工艺新技术，该技术较传统的机械浆相比较，可节省磨浆能耗40％以上，各项物理指标达到了生产包装纸和纸基材料的要求。尤其是在箱板纸包装材料具有较为广泛的应用。本公开利用农作物小麦的废弃物作为制浆原料，采用常压热蒸汽水汽处理麦草，同时加微量碱调节麦草含水的pH值在10-14，待麦草中溶出部分半纤维素、木素、果胶等物质后，麦草热蒸汽饱和软化后，进行螺旋挤压处理，使麦草物理分丝，然后进行生物酶处理，生物酶处理后，纤维进一步软化，然后对麦草进行磨浆，达到生产原色包装类纸和纸基材料的要求。尤其是在箱板纸具有较为广泛的应用。整个生物机械浆的制备过程中，仅仅采用了热蒸汽、微量碱、碱性生物复合酶，待磨浆完成时生物机械浆的pH值接近中性，且磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能在用于热蒸汽预处理段，整个生产过程无需碱回收，从源头上避免了对环境的污染。全麦草废弃物制备生物机械浆，成本低，无污染，附加值高，同时为解决农作物废弃物焚烧的问题提供了有效的解决途径。该技术符合国家资源节约、经济循环、节能减排的产业政策。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。本公开中，液比是指原料的蒸煮液比，液比:蒸煮绝干原料重量与蒸煮总液量体积之比。在本公开的第一个典型的实施方式中，提供一种热蒸汽处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:3-1:8的液比与麦草进行混合，添加微量碱，使得麦草含水的pH值为10-14，然后通入热水蒸汽，热水蒸汽处理过程持续在15-60min，蒸汽温度100-120℃；(2)热蒸汽处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40-60℃，处理时间为30-90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。本公开中使用的原料是获取小麦粮食后的废弃物麦草，包括麦叶、秸秆和叶鞘，其中，不同部位其化学组成和化学结构不同，在化学组成方面，麦叶和叶鞘的灰分、碱抽出物和戊聚糖含量都高于秸秆部位，纤维素含量远低于秸秆部位；在化学结构方面，秸秆部位的纤维较长，而且茎基部比茎中部要长，麦叶和叶鞘的纤维细胞比秸秆部位短且粗。可见，不同麦草部位其原料结构和化学组成和纤维形态十分不均匀，对后续制备优异性能的浆液造成了很大的困难。一般来讲，现有技术中采用草类秸秆造纸的较多，但是经过本申请人的锐意研究，得到一种针对全麦废弃物的制浆技术，通过该制浆技术，能够提高各麦草部位的利用率，得到表面强度较高的纸基材料。而通过该技术制备得到的生物机械浆的纤维均匀度好，尤其适合制备箱板纸等包装纸和纸基材料，可替代进口废纸原料。步骤(1)中，将废弃物麦草切成3-6cm长的备用原料，风干。步骤(1)中，所述的液比为1:3-1:8(g/mL)，经过大量的实验验证与分析，采用该液比的溶液在一定时间后，麦草中含水pH逐步下降，从而使得制备得到的生物机械浆的pH呈中性或弱碱性。从而使得制备得到的生物机械浆的pH呈中性。步骤(1)中，采用热蒸汽对麦草进行特定的处理，使得麦草的纤维更加柔软，经过试验验证，相比于采用其他方法，能够制备耐折强度较好的箱板纸。步骤(1)中，添加微量碱，调节麦草含水的pH值为10-14，添加的碱的目的是：一方面可以使麦草溶出少部分的半纤维素、木素和果胶等物质，另一方面，辅助热蒸汽尽快的将麦草软化，为下一步螺旋挤压做基础。步骤(1)中，热蒸汽处理温度为100-120℃，时间为15-60min。经过试验验证，温度过低的话，不能有效将全麦草废弃物吸水软化，影响后续的分丝效果。与热水处理相比较，本申请人意外发现，采用热蒸汽处理后的麦草纤维更加柔软，制备得到的纸基材料不仅耐破指数、撕裂指数和环压指数均较高，而且耐折性非常好，尤其适合制备瓦楞原纸和箱板纸非面层纸和纸基材料。步骤(2)中，采用螺旋挤压机进行挤压分丝，工艺条件是：螺旋挤压机的压缩比控制在1：(3-6)。饱水软化后的麦草在螺旋挤压机中受到剪切、拉伸、扭转和压制等各种力的综合作用，进一步使得麦草中的半纤维素溶出，纤维受到一定程度的损本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热蒸汽处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:3‑1:8的液比与麦草进行混合，添加碱，使得麦草含水的pH值为10‑14，然后通入热水蒸汽，热水蒸汽处理过程持续在15‑60min，蒸汽温度100‑120℃；(2)热蒸汽处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40‑60℃，处理时间为30‑90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。

【技术特征摘要】
1.一种热蒸汽处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:3-1:8的液比与麦草进行混合，添加碱，使得麦草含水的pH值为10-14，然后通入热水蒸汽，热水蒸汽处理过程持续在15-60min，蒸汽温度100-120℃；(2)热蒸汽处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40-60℃，处理时间为30-90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(1)中，将废弃物麦草切成3-6cm长的备用原料，风干。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(1)中，在处理结束的时候麦草的pH值达到7-9。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(2)中，采用螺旋挤压机进行挤压分丝，工艺条件是：螺旋挤压机的压缩比控制在1：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中建，吉兴香，王东兴，王瑞明，陈嘉川，邵学军，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，山东世纪阳光纸业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37