聚集态改性造纸制浆新工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种对造纸原料进行聚集态改性新工艺。本工艺选择体积小、负电性强、极性高的分子、单体、化合物配置成改性液，将造纸原料在改性液中预浸１～２分钟，然后在水泥地面或在铺有塑料布的地上堆放一定时间或者在改性反应器中存放一定时间，待原料软化后即可按现在造纸工艺和设备的要求进行制浆、造纸。该工艺不用蒸煮和长时间浸泡，基本无黑液产生，与现在通行的造纸工艺和设备衔接性好，通用性强，节能减排优势明显，得浆率高，制浆成本低。

【技术实现步骤摘要】

一种造纸制浆新工艺。其特点是采用在常温常压下，对造纸原料进行聚集态改性， 使其软化后磨浆或打浆，造纸，新工艺节能、减排、降耗、降低成本效果显著。从试验结果看， 采用此法制浆与化学制浆相比，原料可节省30%，能源可节省40%，耗水可减少50%，污染 物可减排60%。该项技术有普适性，便于工业化生产，新建制浆厂和原有制浆厂都可采用。
技术介绍
纸是人类生产、生活中不可缺少的大宗商品。造纸业是重要基础原材料产业，具有 资金密集规模效益显著，产业关联度强，市场容量大的特点。造纸又是最大的资源消耗部门 和污染发生部门，据国家统计局数据显示，2005年我国造纸行业排放废水36. 7亿吨，占全 国工业废水排放总量216亿吨的17%。COD排放159. 7万吨，占全国COD排放总量493. 2 万吨的32. 3%，生产一吨纸的耗水量103吨。在建设节约型社会和实施科学发展战略的今 天，造纸业面临着巨大的挑战，节能降耗减排是其紧迫任务。产生上述局面与现行造纸工艺、方法有关。现在的造纸工艺在人类文明进步史上 起过重大作用，建立了不可磨灭的历史功勋，但这一工艺高能耗、高耗材、高污染的问题十 分突出。从技术原理讲，这一制浆工艺是有缺陷的。用作造纸的原料——天然植物高分子， 它是由原子组成单体分子，单体分子经过电子分布的调整，变成高分子链节(一次结构)， 链节连成分子链(二次结构)，分子链又形成聚集态(三次结构)。一次、二次结构是靠化 学键的作用力链接在一起的。三次结构形成的聚集态则是依靠次价力包括范德华力和氢键 力的作用连接在一起的。研究表明，对造纸原料改变其一次、二次结构需103-104kj/mol才 能做到，如能找到适当的方法改变其三次结构，大约只需其不到1/10的能量。传统造纸之 所以耗能大，污染物多，就因为其技术路线是以改变天然高分子的一次或二次结构为主。本 专利技术的目的就是要找到一种对造纸原料进行聚集态改性的方法，创造出一条制浆造纸新的 技术路线。从而从根本上解决制浆造纸的节能降耗和环保问题。
技术实现思路
聚集态改性是这样实现的第一、选择体积小，负电性强的极性分子，单体或化合 物，如某些碱、稀弱酸、氨、盐等配制成反应溶剂与植物高分子原料中的氢键或羟基等活性 基团起反应，改变其聚集态结构，而不发生深度化学反应，排除木质素等生物质；第二、配置 改性剂液。根据植物高分子的性能和制浆造纸设备对工艺的要求，确定反应时间的长短，并 据此确定改性剂液的浓度。把反应剂放入溶剂中，搅拌制成改性剂液；三、把木质枝桠、小径 材、灌木枝条，稻草、麦草、芦苇等各种以木质素、半纤维素、纤维素为主要成分的各种植物 原料切成长30 50mm，厚2 3mm，宽3 5mm的碎料；四、把原料碎料放入配置的改性剂 液中，浸泡一至二分钟，捞起堆放在铺有五寸左右干碎原料的水泥地上或铺有厚塑料布的 地上。逐层堆放至1至1. 5米高；五、用塑料布将经过预浸的原料堆覆盖密封；六、达到预定 的时间后经过处理的原料即已软化，可按造纸原工艺和设备(省略蒸煮)磨浆、造纸。上述工艺对一般草本植物和一般阔叶木的原料已经完全可以达到制浆、造纸的要 求。对于较难软化的针叶木原料和部分秸秆原料，采取上述措施软化时间过长，不能适应现 有设备工艺要求的可采取以下措施，加快聚集态改性的速度和程度一、对制浆原料碎料进 行预挤压，压裂后放入改性剂液中预浸；二、将制成的改性剂液进行冷冻等催化处理措施， 增强反应剂的活性；三、在堆放处理后先经过微波隧道处理三至四分钟加深原料的软化程 度。对一般禾草类、阔叶类原料或小规模制浆厂采用新工艺，生产一般质量纸浆，其工 艺简单，基本流程如图1。对针叶树原料，新砍伐树木原料，硬杂木原料，或大型造纸企业，或要生产高质量、 高性能纸浆，想加快反应进程，其生产流程如图2。在这两种流程中，原制浆工艺中用于备料、磨浆、抄纸等设备应可以继续采用不做 改动。在大规模工业化流程中，涉及把现在的蒸煮锅改造成改性反应器。改性反应器的功 能主要是①送料、装料，可采用现在送料、装料设备不变。②抽真空原料装入后要采取抽 真空措施，把装入反应器中的原料中的水分、挥发物、空气等尽可能排除，畅通大分子内部 的管道。③喷淋把冷冻室放出的改性液喷洒在经过抽真空处理的原料中。④改性反应让 浸渍了改性剂的原料在反应器中停留两三小时，以便进行改性反应。⑤出料将已初步改性 了的原料放入料池中。这些功能现在的蒸煮器稍加改进就可以完成。一般制浆、造纸厂采用聚集态改性新工艺也不需要增加太多的设备，改造成本很 低。对于大制浆、造纸企业或要生产高质量纸张的企业采用新工艺新增的设备也很有限主 要是冷冻、微波处理和真空三个系统，对这三个系统的要求主要是(1)冷冻机系统要求每分钟能将一吨常温下的改性物溶液冷到-10°c至-20°c， 若每三小时喷淋一次，其储藏改性物数量约为180吨。(2)微波设备。工作频率要求为2450HZ，该设备主要由微波发生器和振动及传送 燧道两部分组成，按1吨/分钟的处理速度要求，传送带宽需2m，造纸材料铺厚4cm，传动速 度13. 5-14m/分，遂道长度40m，每天处理1200-1400吨。(3)真空系统。要有抽真空，原料吸送，分离固体、液体、气体的功能。每分钟处理 原料一吨。技术关键是选择、制取对造纸原料渗透力极强的改性剂液，产生改性反应，只需 减小或消除大分子之间的氢键力，对原料进行聚集态改性。而不让其发生激烈的化学反应， 产生黑液。这个度必须把握好。技术主要创新点该项技术与现行造纸技术相比，其主要创新点在于(1)聚集态改性机理的发现和应用。(2)配制或用冷冻法生成的对造纸原料渗透很强的改性剂。(3)在工艺流程中率先采用先进、快速、高效的聚集态改性反应和微波震荡技术。(4)较少采用现行造纸制浆化学品，改用高效、无毒、轻污染的反应剂和凝结剂。(5)制浆废液的大幅度减少和封闭循环利用方式。技术优势(1)普适性强，新建厂和原有浆厂都可采用。原有浆厂革除了蒸煮环节，现有的加 热和蒸煮设备可以改成改性反应器和制冷室。(2)清洁性从根本上减少了“三废”的成因，也相应节省了造纸厂为解决“三废”而进行的投资和费用。(3)节能性除了改对原料高分子进行一、二次结构调整，为三次结构调整可节省 能源外，北方可以利用冬季气温低的有利条件，靠自然力制造冷冻改性液。(4)节约性不排除木素，实现了原料的全成分利用，提高了纸浆的得率。(5)环保性助剂和用水量大量减少。在改性反应中原料结合的是水，反应剂的 成分并不结合到制浆原料中，而压榨或抽真空工序，可以使原料中只含有相当干重50%的 改性液。大部分水和水中的化学物质都可封闭循环利用，在此后的磨浆和造纸中如将现在 的每吨纸耗从几十到上百吨降到三十吨，则放出的水中含有的反应剂浓度只有千分之一以 下，而且是无毒无害物质。(6)原料的广泛性可以利用目前不能使用的大量植物材料代替宝贵的木材，对 保护森林，减缓大气变暖有积极作用。(7)工业化的适宜性制浆速度快，整个原料处理可以在几个小时内完成，便于工业化生产。上述优势必然反应在造纸企业的成本大幅度下降上，从而最终使企业和消费者都受益。技术难点1.改性程度的把握问题改性就是通过调整原料大分子结构，从而改变原料的性 能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对造纸原料进行聚集态改性的制浆造纸的新工艺。其特征是在常温常压下，用自行配置的改性剂液对造纸原料进行预浸１～２分钟，捞出后在水泥地或铺有塑料布地上堆放，软化到一定时间和程度后即可按现造纸工艺和设备的要求进行打浆、造纸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈根长，
申请(专利权)人：陈根长，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]