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竹材制浆制纸学问大全

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  竹材制浆造纸知识大全_能源/化工_工程科技_专业资料。竹材制浆造纸知识大全

  竹材制浆造纸知识大全 来源智桥科技 作为造纸原料,竹类纤维仅次于针叶 材纤维,而优于一般草类纤维,基本上属长纤维原料,是优 良的造纸原料。充分利用竹类原料造纸,使自然资源优势变 为产业优势,将具有十分重要的意义。 一、竹类造纸的历史和现状 我国利用竹类造纸历史 悠久,据记载已有 1700 多年历史。那时已开始利用嫩竹, 经过石灰腌料,制造文化用纸。竹类纸与皮类纸分别为中国 手工纸的两大类。目前我国南方各省许多山区还沿用原始生 产方式造纸。竹类纤维用于机制纸,在我国始于 40 年代。 采用半机械法竹浆生产代用新闻纸;配用木浆制成牛皮纸; 用漂白竹浆生产打纸、道林纸、书写纸等。采用竹类制浆造 纸,已有较丰富的经验。几乎各种竹子都能制成竹浆与木浆 或草浆按不同比例配比,也可单独使用竹浆生产出多种纸 张。据不完全统计全国已生产的有 40 多个品种。其中有凸 版纸、书写纸、单面胶版纸、双面胶版纸、政文纸、招贴纸、 扑克牌纸、复印纸等书写印刷用纸类;有考贝纸、打字纸、 邮封纸等薄页纸类;有牛皮纸、条纹牛皮纸、条纹包装纸、 纸袋纸、炸药包装纸、防潮原纸、糖果包装纸等包装用纸类; 有卷烟纸、皱纹电缆纸等工业技术用纸类;有箱板纸、中性 纸、白板纸等纸板类用纸。另外还可利用竹类生产出卫生巾 用的绒毛浆。 二、竹类原料特性和评价 不同的植物纤维原料造纸, 在制浆造纸过程中,所得的浆和纸的品质均存在异同点。这 些异同点都与所用各种原料自身的化学组成及生物结构有 着密切的关系,只有深入了解竹类原料的生物结构和化学组 成,才能对其造纸过程中所表现的特性有更清晰的认识。 1. 竹类的生物结构 竹子属单子叶禾本科,竹亚科植 物。竹类品种很多,分布在我国约有 200 多种。我国造纸常 用的有 30 多种。 竹类细胞主要有纤维细胞、薄壁细胞、 导管、表皮细胞等。竹纤维细胞约占细胞总面积比的 60%~70%,低于针叶木而高于一般草类。竹类纤维细长,呈 纺锤状,两端尖锐,其平均长度一般在 1.5~2.1 毫米之间, 平均宽度一般在 15 微米左右。其长宽比约在 120~200 之间。 这个比值比阔叶木为好。竹纤维壁厚约 5 微米,纤维内外壁 均较平滑,胞壁甚厚,胞腔小。也有部分短而宽的纤维,两 端纯尖,胞腔较大,此类纤维多生长于节部。综合竹类纤维 形态特征是:纤维细长、壁厚腔小、比重大、纤维较挺硬、 透明度高。几种竹类纤维长宽度见表 1。 材纤维长宽度 2. 竹类原料的化学组成 竹类原料的纤维素含量,一 表 1 几种竹 般为 50%~60%,介于针叶材和阔叶材之间,较芦苇、芒杆、 稻麦草类原料高 10%~15%。 竹类的木素含量一般为 19%~25%,少数在 25%以上,比较接近阔叶材,略低于什叶 材,而高于草类原料。 竹类的多戊糖含量一般为 19%~24%,少数高达 27%~28%,接近阔叶材和草类原料, 比针叶材(12%左右)高一倍左右。 竹类的 1%NaOH 抽出物一般 25%~30%,少数高达 30%,较之木材,要高一 倍左右,但都低于一般草类原料。 竹类原料的灰份 含量,一般为 1%~2%,较木材高三倍左右,但比草类原料 低,仅为稻草灰份量的 10%~14%。竹材灰份主要集中在皮 部和节部。 据介绍, 节部灰份为 2.09%, 皮部含量高达 27.64%, 其灰分中 SiO2 含量占 97.7%。几种竹材的化学成份见表 2。 表 2 几种竹材的化学成份 3. 竹类制浆造纸的评价 竹材作为造纸原料,具有明 显的优点,是一个很有希望的材种,对其用于造纸进行综合 评价,具有的优点是:(1) 竹类生长迅速、成材快、产量高。 一般无性生殖的竹种在 6~8 年之后即可达到最高度,只要气 候温和,土质疏松,排水良好,无论田埂、宅边,还是丘陵、 河岸、平原都可种植,种植 4~6 年可成林。一般竹类每亩年 产可达 600~900 公斤,生长特别良好每亩年产可达 1500~2000 公斤,有利于建立稳定的原料基地。(2) 竹材采 伐和运输方便。从造纸角度,希望竹伐应在 2~3 年的较好, 有的竹种可大一些,这另外还要考虑竹材生长特点。竹材易 于捆扎,便于运输和贮存堆放。(3) 竹类原料比重大,一般 为 0.6~0.8。 而针叶材一般只有 0.4 左右, 阔叶材为 0.43~0.64, 因竹类原料在蒸煮时其装锅量都比木材和草类原料都高。(4) 竹类纤维基本属于长纤维范畴,适于生产多种纸张。 竹类作为造纸原料,也有不足之处,主要是:(1) 竹类含有 较多糖类、脂肪和蛋白质,而这些物质是一些昆虫和微生物 的营养物质,如果伐期掌握不当或管理保管不善,极易引起 虫蛀和病腐,影响纸浆质量。(2) 竹类组织结构紧密,蒸煮 过程中药液渗透较困难。蒸煮的药液从竹片横向渗透显然是 困难的,从纵向来看,由于竹子生长时,其导管或汁管充满 液汁,经干燥后,空气取代液汁而留存于导管中。这样在蒸 煮过程中, 导管内的空气极不易排除, 极大妨碍药液的浸透。 同时竹节部分纤维素含量比茎部少 15%,而其更难以煮透。 (3) 竹浆在漂白时漂率较高, 另外在单独采用次氨酸盐漂白, 特别是次氯酸盐单段漂时,所制得的漂白竹浆较易返黄。(4) 由于竹材灰份含量比木材高三倍,在制浆黑液回收过程中易 发生硅干扰。 三、竹类制浆造纸工艺技术因手工造纸费工费时,又受季节 性限制。在此着重介绍机制制浆造纸。1. 竹子的贮存 由于竹子砍伐的季节性,要保证工厂机制造纸的长年连续生 产, 工厂必须存放一定数量的竹料, 一般为 3~6 个月的用量。 有的要保证在 9 个月。过去造纸多采用嫩竹,先在产地加工 成脱青竹片,即去掉竹尖及笋壳,劈成宽不超过 25 毫米, 长约 1.3 米的竹片, 厚度不超过 5 毫米, 放入清水池浸泡 45~60 天之后取出风干,然后打捆,每捆 25 公斤,运到工厂贮藏 在仓库里、仓库应高大宽敞,通风干燥,竹片水分不宜超过 18%。脱青竹片亦可露天堆放在距地面 0.3 米高的架置树条 上, 堆高可 6~7 米, 上面再堆成尖顶式, 每堆宽约 12~15 米。 现在生产中都已使用老何原竹,比如小山竹,老毛竹。对小 山竹是先打成捆,然后象脱青竹片露天堆放方法作的堆垛方 法堆放。对于毛竹,有两种方法,一种是竖放立堆,设置有 原木或毛竹制的竖头格架,将毛竹竖立堆放在格架两侧,倾 斜度约 10~15 度;另一种为卧放横堆,即在垛基两端分别树 立木桩, 然后在其间卧放原竹, 垛长达 100~150 米, 垛宽 8~12 米,堆高用人工可达 6 米。 2. 备料 备料包括轧 竹、切竹、筛片三个工序,我国一般使用的切竹机有两种, 一种是刀辊式切竹机,其结构与刀辊式切草机相似,只是在 喂料部分装有一对乳竹辊,其作用是轧裂原竹,便于喂料, 随后是一对喂料辊。另一种是刀盘式切竹机,其结构与木料 削片机相似,只是在喂料部装有一对轧竹辊和一对喂料辊, 一般是水平喂料,且与刀盘垂直。因切后的竹片的纵向渗透 比横向快,横向渗透中又以心部比皮部略快,竹片应切得短 些,一般 10~25 毫米左右。轧竹是很重要的,竹子经轧裂后 切削出的竹片没有斜度,便于排出空气,利于药液渗透,提 高蒸煮效果,另外,竹节质坚,是高度木质化了的,含硅较 多,竹子经轧裂后,在筛片时最好能将竹节筛去。 竹 片筛选机有转鼓式与振动斜筛式两种,主要是筛除去租大的 和碎片,以保证竹片的均匀性。 3. 蒸煮 竹类蒸 煮,一般采用硫酸盐法,有的采用烧碱-蒽醌法或者多硫化物 法,这里只介绍硫酸盐法。 竹材的硫酸盐法蒸煮较 木材(特别是针叶材) 硫酸盐法容易,因竹材复合木素少,当 然脱木素要容易些,但更重要的似乎是本素的化学结构,竹 子原料中较针叶材中含有较多的紫丁香基本素结构单元。此 外,竹子中还含有 5~10% 的香豆酸和少量阿魏酸以酯的型 式与其它结构单元联接。酯联接是蒸煮初期就能进行碱化断 裂的联接键。所以竹子较木材易蒸煮。 硫酸盐法蒸 煮工艺参数有用碱量、硫化度、液比、蒸煮的温度和时间。 这些参数随竹种不同和年龄不同,还有所制竹浆的品种不同 (是漂白竹浆或是未漂竹浆),而有较大差异。(1) 用碱量:一 般为 18~23% (对绝干量),也有低于 18%的,如用脱青竹生 产纸袋纸用浆,16%左右即可;采用连续蒸煮用竹片生产高 得率半化学浆在 13%左右,也有高达 26~27%。(2) 硫化度: 一般蒸煮漂白竹浆的硫化度为 20~25%,蒸煮本色竹浆要高 一些,一般为 28~30%。(3) 液比:采用蒸球蒸煮竹片一般 为 2.6~2.7:1;采用立式蒸锅蒸煮竹片一般为 2.6~2.7:1;采用 连续蒸煮器时一般为 2.5~3.0:1。(4) 蒸煮温度和时间:研究 发现,竹料硫酸盐法蒸煮时大量脱木素阶段是在升温到 140℃以前,升温一小时左右时脱木素已达 64%,升温时间 近二小时时, 脱本素可达 74%。 对于最适宜的蒸煮最高温度, 在硫酸盐法蒸煮竹子时, 升温到 160℃就达到了纤维分离点, 但还有少量残渣。这说明最高温度 160℃是适宜的,但在此 温度下要保温一段时间。 在实际生产中, 鉴于竹材结构紧密, 加上导管内留存的空气极难排除,竹材蒸煮需要较长的渗透 时间,升温渗透时间一般 1.5~2 小时,保温时间也都需要 2~2.5 小时。应当指出,升温时间和保温时间是互补的,关 键的问题:一是竹片与蒸煮药液必须在蒸煮开始时就尽可能 混合均匀;二是通汽必须使蒸煮器内温度均匀,有了这两个 均匀,就有可能缩短蒸煮周期。这两个均匀对竹料蒸煮显得 格外重要。4. 洗涤、筛选、漂白 蒸煮后的竹浆要经 为 过洗涤、筛选。若生产漂白竹浆,再进行漂白。 了达到洗涤的要求而又能提取蒸煮的黑液,有利于碱回收, 一般洗涤设备为真空洗浆机或水平带式洗浆机。许多中小厂 没有碱回收系统,还都采用园网浓缩机或侧压浓缩机进行洗 涤。竹浆筛选采用除节机,离心式筛浆机和鲍尔除渣器。 竹浆的漂白在漂白机或漂白塔中进行,考虑到硫酸盐法竹浆 漂率较高,漂白的浆又较易发生返黄现象,除要严格控制终 漂的 pH 值在 9 以上外,还要根据对白度的要求,分别采取 不同的漂白方法。竹浆漂白在较好的情况下,单段漂可达白 度 70%左右,H 段漂白度在 75%左右,三段漂白度可达 50% 左右。 采用氧脱木素加上 D0EOPD1 漂白后白度可达 80 度以 上。5. 竹浆抄纸 轻工部造纸研究所对竹浆打浆作了 试验研究,该所用相同硬度的可漂的云南松浆和毛竹浆作打 浆对比试验,在相同打浆条件下,竹浆打到 85°SR,约需 90 分钟,较原浆打浆度上升约七倍,而云南松浆打浆 90 分 钟,打浆度由原浆的 10°SR,上升到 24°SR,只上升 1.4 倍,认为竹浆打浆相对来讲是容易的。无论如何,说明竹浆 打浆性能有其自身的特点,还有待进一步探讨研究。一般来 说,随着打浆过程的进行,竹浆成纸的断裂长、耐折度、耐 破度等都较高,而撕裂度却下降较快。竹浆打浆设备过去大 都采用打浆机。现在大多采用圆盘磨浆机、园柱精浆机。国 内生产的设备能力较小,大型厂一般引进国外设备。需要指 出的是,为发挥各种不同纤维原料的特点适应纸张品种的不 同要求以及经济上更为合理,一般都将木浆、竹浆,其它草 类浆按不同比例混合均整进行抄造。这里介绍一下根据竹浆 的特点,对纸页抄造和成纸的影响:(1) 竹浆纤维细软,易 纠合成团,故抄纸时纤维长度不宜过长,浆浓也不能过大。 如抄胶版纸时,竹浆纤维应在 1 毫米以下,而用木浆一般在 1 毫米以上。(2) 竹浆用于抄造文化用纸,成纸吸墨性强,且 易上胶,成纸组织致密,印刷时亦不易排毛。竹浆拉力高, 能添加较多的填料,且填料的留着率也较高,其主要的缺点 是透明度高,伸缩性大。(3) 竹浆纤维较易能打成水化度高 的粘状纸浆,竹浆的透明度高,可以用于生产如描图纸、仿 羊皮纸等纸张。(4) 竹浆纤维细长而柔软,表面结合力较大, 可以替代部分长纤维生产牛皮纸、纸袋纸等对强度要求高的 纸张。 造纸企业规模大,所需原材料就多。要想大 量利用竹类原料,就必须建立固定稳产、高产、优质的造纸 竹林基地,才能青山常在,永续利用,走林纸结合的道路, 已成为人们的共识。世界上利用竹类纸的优势在印度。印度 的制浆原料中竹子占 60%以上。我国不到 2%,在印度对使 用竹子制浆造纸有较系统的研究,从竹子的资源、种类、供 应、储存和特性(包括纤维形态和结构以及化学成份),对制 浆工艺、包括医竹和切片,竹片筛选和再切,蒸煮方法和黑 液回收等,也有专门报道。生产技术水平也比较高,如印度 Madhya、Pradesh 省的纸厂,以 100%的竹浆制优质纸,日产 纸达 200 吨和竹浆 300 吨。印度中央制浆有限公司的 Fort Songad 厂。以 100%的竹浆生产伸性纸袋纸,都具有较高的 现代化水平。

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