使用落叶松化机浆生产中高档文化用纸的制浆造纸工艺

摘要

本发明涉及一种用落叶松制成漂白化机浆并使用这种化机浆来抄造中高档文化用纸的制浆造纸工艺，其特征是将落叶松收割、去皮去叶、削片，用亚硫酸钠水溶液浸渍后，经两段高浓磨浆和后续高浓磨浆精制成本色化机浆，再经二段过氧化氢漂白，可用于抄造胶版纸、复印纸、铜版原纸等中高档文化用纸。该方法通过优化建立了落叶松化机浆的工艺参数，以及使用该化机浆的抄纸条件，使落叶松得以应用在中高档文化用纸上，为更有效地利用中国和俄罗斯等地的落叶松提供了技术方案。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用落叶松制成漂白化机浆并使用这种化机浆来抄造中高 档文化用纸的制浆造纸工艺。

背景技术

落叶松是松科针叶木，生长于北半球的寒冷气候。它们是俄罗斯和加拿大 北方针叶林的主要树种，在中国东北部也大量生长。落叶松木材素有坚固、防 水和耐用的品质。但与云杉和北方松树比较，落叶松在造纸应用上有一些劣势， 纤维虽长但比较粗糙，细胞壁厚，心材含有率高，而且含有黄酮类多酚物质， 使得蒸煮和漂白都比较困难。然而，全球木材资源特别是针叶木的短缺使造纸 界人士不断寻求新的树种或将原有树种更有效地利用，这其中就包括对落叶松 的研究兴趣，特别是在加拿大，俄罗斯和中国。

一般认为硫酸盐制浆是最适合落叶松的制浆方法，因此在以落叶松为原料 的浆厂都是以硫酸盐制浆，但总的来说，以落叶松为原料的浆厂是很少的，并 主要在俄罗斯。大多数俄罗斯生产落叶松硫酸盐商品浆，或者粘胶纤维，硫酸 盐挂面纸和瓦楞衬里，只有少数生产酸性亚硫酸盐浆，提供给新闻纸。中国东 北有几家浆厂利用落叶松生产硫酸盐浆，提供给纸袋纸和纸板，加拿大利用落 叶松制浆的程度虽不及俄罗斯，但魁北克木材短缺以及落叶松的种植带动了落 叶松高得率浆的研究。中国的落叶松种植主要以日本落叶松为主，有些研究工 作集中在日本落叶松的硫酸盐制浆上。近年来中国越来越重视高得率浆的生 产，用于生产包装纸和纸板。

发明内容

本发明的目的正是要开拓落叶松在造纸领域的更多应用，从新闻纸、纸袋 纸、瓦楞纸的应用拓展到文化用纸的应用，并且采用节省森林资源的高得率浆 工艺。本发明的目的是通过本发明的技术方案实现的。

第一方面，本发明涉及一种从落叶松制备用于高级纸张制造的化机浆的方 法，包括以下步骤：

a)将收割后的落叶松去皮去叶，然后将其切成木片，

b)将一定量的木片装入反应罐中，通入蒸气，汽蒸木片至少5分钟，

c)汽蒸之后，在大于20度的温度下将木片用主要含有亚硫酸钠的浸渍液 浸渍至少5分钟，然后排出浸渍液，

d)将浸渍过的木片传送到螺旋挤压机，以压缩并除去多余的液体，

e)在提高的压力下，将压缩的木片在高浓盘磨机中精炼，以得到具有所需 游离度的纸浆，

f)通过用过氧化物漂白和/或连二亚硫酸盐漂白浆料，使白度达到60％以 上。

在一优选的实施方式中，步骤b)中，蒸汽的温度为100-110℃，汽蒸时间 为10-20分钟。

在一优选的实施方式中，步骤c)中，以绝干木片的重量为基准计，亚硫酸 钠的加入量为20-30％，浸渍液的体积与木片的重量的比例为5∶1到6∶1，浸渍 可以在60℃的温度下进行20-30分钟，浸渍液在浸渍期间循环，其中浸渍液的体 积与木片的重量的比例的单位为升∶千克。

在一优选的实施方式中，步骤c)还任选地包括在浸渍后直接将温度升高到 130-150℃，进行液蒸5-30分钟，然后排出浸渍蒸煮黑液，并对液蒸过的木片 进行洗涤。或者在浸渍后，排出浸渍液，然后通入130-150℃的蒸汽，进行汽蒸 5-10分钟。

在一优选的实施方式中，步骤d)中，使用压缩比为1∶2到1∶4的两个螺旋挤 压机，在两个螺旋挤压机之间，任选地具有100-130℃的预热器。

在一优选的实施方式中，步骤e)中，任选地进行两段高浓压力磨浆，其中 第一段的压力为300mbar，第二段的压力为150mbar，调整磨盘之间的间隙以得 到浆液的游离度为200-500mlCSF。

在一优选的实施方式中，步骤f)中任选地使用两段过氧化氢漂白，其中所述 两段过氧化氢漂白的条件相同或不同，分别为：3％-5％H₂O₂，1.5％-3％NaOH 和其他助剂。

在一优选的实施方式中，所述其他助剂为适量的硅酸钠，硫酸镁和DTPA。

第二方面，本发明还涉及用本发明所述的方法制得的化机浆。

第三方面，本发明还涉及用本发明所述的方法制得的化机浆在高级纸张中 的应用，其使用量至少为5重量％，优选10-20％之间，以总用浆量为基准计。

第四方面，本发明还涉及一种高级纸张，其包括至少5重量％，优选10-20％ 重量的用本发明所述的方法制得的化机浆，以总用浆量为基准计。

本发明主要是为落叶松应用于文化纸的生产提供一种可能，即生产漂白化 机浆。目前落叶松大都是硫酸盐制浆，主要用于纸袋纸。

具体实施方式

本文中的以下术语具有以下含义：

“化机浆”指的是化学机械浆。

“白液”指的是用于落叶松木片浸渍的化学品溶液，也即亚硫酸钠溶液。

“黑液”指的是落叶松木片浸渍或蒸煮后的过滤液，包括从木片中溶出的 物质和剩余的亚硫酸钠。

“绝干木片”指的是木片在105℃烘干后的重量，标准方法ISO638。

“CSF”指的是Canadian Standard Freeness，即加拿大游离度，其是对纸浆 滤水性能的一种测量，标准方法ISO5267-2。

“液蒸”指的是液体蒸煮。

“液比”指的是液相与固相的比例，这里是浸渍液体积与绝干木片重量之 间的比例，单位为升∶公斤。

“浸渍液”指的是木片浸渍时的所有液体，包括白液(预先用适量的水稀释 亚硫酸钠形成白液)，助剂以及木片含有的水分，所述助剂例如DTPA(二乙烯 三胺五乙酸)和/或AQ(蒽醌)。“浆浓”指的是纤维在抄纸浆料悬浮液中的绝 干含量。

“压缩比”指的是木片挤压前后的体积比。

本发明的从落叶松制备用于高级纸张制造的化机浆的方法，包括以下步 骤：

a)将收割后的落叶松去皮去叶，然后将其切成木片，

b)将一定量的木片装入反应罐中，通入蒸气，汽蒸木片至少5分钟，

c)汽蒸之后，在大于20度的温度下将木片用主要含有亚硫酸钠的浸渍液 至少5分钟，然后排出浸渍液，

d)将浸渍过的木片传送到螺旋挤压机，以压缩并除去多余的液体，

e)在提高的压力下，将压缩的木片在高浓盘磨机中精炼，以得到具有所需 游离度的纸浆，

f)通过用过氧化物漂白和/或连二亚硫酸盐漂白浆料，使白度达到60％以 上。

较佳地，步骤b)中，蒸汽的温度为100-110℃，汽蒸时间为10-20分钟。

较佳地，步骤c)中，以绝干木片的重量为基准计，亚硫酸钠的加入量为20-30 ％，浸渍液的体积与木片的重量的比例为5∶1到6∶1，浸渍可以在60℃的温度 下进行20-30分钟，浸渍液在浸渍期间循环，其中浸渍液的体积与木片的重量的 比例的单位为升∶千克。

较佳地，步骤c)的浸渍液除了亚硫酸钠外，还含有DTPA和/或AQ。

较佳地，步骤c)还任选地包括在浸渍后直接将温度升高到130-150℃，进 行液蒸5-30分钟，然后排出浸渍蒸煮黑液，并对液蒸过的木片进行洗涤。或者 在浸渍后，排出浸渍液，然后通入130-150℃的蒸汽，进行汽蒸5-10分钟。

较佳地，步骤d)中，使用压缩比为1∶2到1∶4的两个螺旋挤压机，在两个 螺旋挤压机之间，任选地具有100-130℃的预热器。

较佳地，步骤e)中，任选地进行两段高浓压力磨浆，其中第一段的压力为 300mbar，第二段的压力为150mbar，调整磨盘之间的间隙以得到浆液的游离度 为200-500mlCSF。

较佳地，步骤f)中任选地使用两段过氧化氢漂白，其中所述两段过氧化氢 漂白的条件相同或不同，分别为：3％-5％H₂O₂，1.5％-3％NaOH和其他助剂。

较佳地，所述其他助剂为适量的硅酸钠，硫酸镁和DTPA。

第二方面，本发明还涉及用本发明所述的方法制得的化机浆。

第三方面，本发明还涉及用本发明所述的方法制得的化机浆在高级纸张中 的应用，其使用量至少为5重量％，优选10-20％之间，以总用浆量为基准计。

第四方面，本发明还涉及一种高级纸张，其包括至少5重量％，优选10-20％ 重量的用本发明所述的方法制得的化机浆，以总用浆量为基准计。

更具体地，本发明的用落叶松制成化机浆的方法包括以下步骤：

a)将落叶松收割后去皮去叶，经削片机削成平均20-22毫米长，5.8毫米厚的木 片；并采用SCAN-CM 40:01的标准方法筛选出合格木片。

b)将一定量的木片装入木片预蒸罐中，通入100-110℃(较佳地为105℃)的蒸 汽，汽蒸10-20分钟；

c)预先将亚硫酸钠粉末配制成30-60g/L的水溶液，即白液；

d)将白液按一定用量和液比加入到木片预蒸罐中，加热混合物到40-60℃(较 佳地为60℃)的浸渍温度，保持白液不断循环，浸渍20-30分钟；以绝干木片的重 量为基准计，所述亚硫酸钠的用量为20-30重量％，液比为5∶1到6∶1，较佳地为6∶ 1，其中液比指的是白液和水的总体积与绝干木片的重量之间的比例，单位为升∶ 千克；

e)浸渍后，直接排出浸渍黑液，

f)由螺旋推送器将木片送入到一段螺旋挤压机，压缩比为1∶2～4，挤出液体。 然后通过100-130℃(较佳地为105℃或130℃)的预热器，进入第二段螺旋挤压机， 压缩比为1∶2～4(较佳地为1∶2)，最后木片进入高浓盘磨机，浆浓25～35％，通 过调整盘磨间隙，经两段压力磨浆生产出游离度为200-500ml CSF的浆料，其中两 段压力磨浆的第一段压力为250-350mbar(优选300mbar)，第二段压力为 100-200mbar(优选150mbar)，该浆料进一步通过高浓磨浆(浆浓15-25％)，得到游 离度大约为100-200mlCSF的化机浆。

g)将得到的落叶松化机浆经过漂白，使ISO白度达到65％以上。

较佳地，所述方法在步骤e)中，还任选地包括在浸渍后直接升温到130-150℃， 进行液蒸5-30分钟，液蒸完成后，再排出浸渍蒸煮黑液，并对液蒸过的木片进行洗 涤。或者在浸渍后，排出浸渍液，然后通入130-150℃的蒸汽，进行汽蒸5-10分 钟。

较佳地，所述方法还包括在步骤g)中使用两段过氧化氢漂白，使ISO白度达 到65％以上，其中所述两段过氧化氢漂白的条件相同或不同，为：3％-5％H₂O₂， 1.5％-3％NaOH和其他助剂。

较佳地，所述其他助剂为适量的硅酸钠，硫酸镁和DTPA。

较佳地，两段过氧化氢漂白的条件分别为：第一段 5％H₂O₂/2.5％NaOH/3.3％Na₂SiO₃/0.05％MgSO₄/0.4％DTPA，第二段 3％H₂O₂/1.9％NaOH/2.1％Na₂SiO₃/0.05％MgSO₄/0.4％DTPA。

较佳地，两段过氧化氢漂白的条件分别为：两段均为 5％H₂O₂/2.5％NaOH/3.3％Na₂SiO₃/0.05％MgSO₄/0.4％DTPA。

较佳地，以绝干木片的重量为基准计，所述亚硫酸钠的用量为20重量％或30 重量％

较佳地，所述两段压力磨浆的第一段压力为300mbar，第二段压力为150mbar。

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅 用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试 验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有 百分比为重量百分比。

应用实例1：

将俄罗斯落叶松(来自俄罗斯的Havarovsk和Baikal，百年树龄)收割、去 皮去叶、削片后，取453.9kg绝干木片(绝干含量49.5％)装入木片预蒸罐中， 通入105℃的饱和水蒸汽(饱和水蒸汽的压力和温度有关系，105℃的压力为 0.12Mpa，通入速率不重要，充满就可以)，汽蒸10分钟。按液比(6∶1)以及 亚硫酸钠添加量20.4％和DTPA添加量0.51％(均基于绝干木片)加入预先配置好 的白液2260L(浓度41g/L)，DTPA 1.78L(以40％重量比的DTPA计算，浓度1.3g/L) 以及木片中的水分(463L)组成浸渍液(共约2723L)。升温到60℃，在不断 循环的过程中浸渍30分钟。浸渍后排出浸渍黑液。木片直接由螺旋推送器送入 到一段螺杆挤压机，压缩比为1∶2。然后通过预热器(130℃)进入二段螺旋挤 压机，压缩比为1∶2。最后木片进入高浓盘磨机(浆浓30％)。通过调节磨盘间隙 (手动进退刀来调节磨盘间隙，例如，从0.194mm调节到0.398mm)，经两段压力 磨浆(压力分别为300mbar，150mbar)生产出游离度为大约200mlCSF的化机浆。 该化机浆进一步经过高浓磨浆(浆浓20％)得到游离度大约100mlCSF的化机浆。

得到的落叶松化机浆经过两段过氧化氢漂白(第一段 5％H₂O₂/2.5％NaOH/3.3％Na₂SiO₃/0.05％MgSO₄/0.4％DTPA，第二段 3％H₂O₂/1.9％NaOH/2.1％Na₂SiO₃/0.05％MgSO₄/0.4％DTPA，ISO白度达到75.7％。该浆 的其他主要性能有：松厚度2.17cm³/g，抗张强度指数34.4Nm/g，撕裂指数7.5 mNm2/g。测试均根据标准方法ISO3688，ISO5269-1和ISO5270。

实验结果表明，漂白后的落叶松化机浆以10％的比例(相对总绝干浆)添 加到高档文化用纸的配方中取代10％商品杨木化机浆后，提高了纸张松厚度和 挺度，而且没有影响其他成纸性能。

下面是实验室小试的结果：

其中定量按照ISO536方法测定；厚度按照ISO534方法测定；灰分按照 ISO1762方法测定；抗张强度指数按照ISO5270方法测定；撕裂指数按照ISO1974 方法测定；弯曲挺度按照ISO2493方法测定；ISO白度按照ISO2470方法测定； 不透明度按照ISO2471方法测定。

应用实例2：

将俄罗斯落叶松收割、去皮去叶、削片后，取451kg绝干木片(绝干含量 61.2％)装入木片预蒸罐中，通入105℃的蒸汽，汽蒸20分钟。按液比(6∶1) 以及亚硫酸钠添加量30％和DTPA添加量0.75％(均基于绝干木片)加入预先配置 好的白液2420L(浓度55.9g/L)，DTPA 2.6L(以40％重量比的DTPA计算，浓 度1.3g/L)以及木片中的水分(286L)组成浸渍液(共约2706L)。升温到60℃， 在不断循环的过程中浸渍30分钟。浸渍后排出浸渍黑液。然后通入130℃的蒸汽 进行汽蒸5分钟。汽蒸后，木片直接由螺旋推送器送入到一段螺杆挤压机，挤 出液体，压缩比为1∶2。然后通过预热器(130℃)进入二段螺旋挤压机，压缩比 为1∶2。最后木片进入高浓盘磨机(浆浓30％％)。通过控制盘磨间隙(手动进退刀 来控制磨盘间隙为0.202mm))，经两段压力磨浆(压力分别为300mbar，150mbar) 生产出游离度为大约300mlCSF的化机浆。该化机浆进一步经过高浓磨浆(20％) 得到游离度大约100mlCSF的化机浆。

得到的落叶松化机浆经过两段过氧化氢漂白(第一段 5％H2O2/2.5％NaOH/3.3％Na2SiO3/0.05％MgSO4/0.4％DTPA，第二段 3％H2O2/1.9％NaOH/2.1％Na2SiO3/0.05％MgSO4/0.4％DTPA)，ISO白度达到74.1％。 该浆的其他主要性能有：松厚度2.06cm³/g，抗张强度指数40.6Nm/g，撕裂指 数6.2mNm2/g。

实验结果表明，漂白后的落叶松化机浆以10-20％的比例(相对总绝干浆) 添加到高档文化用纸的配方中取代10％商品杨木化机浆和/或10％短纤维化学木 浆后，大部分成纸性能都有所改善，保持了纸张整体质量。

下面是实验室小试的结果：

应用实例3：

将俄罗斯落叶松收割、去皮去叶、削片后，取419.9kg绝干木片(绝干含 量58.4％)装入木片预蒸罐中，通入105℃的蒸汽，汽蒸20分钟。按液比(6∶1) 以及亚硫酸钠添加量20％和DTPA添加量0.51％和AQ添加量0.10％(均基于绝干木 片)加入预先配置好的白液2220L(浓度38.6g/L)，DTPA 1.65L(以40％重 量比的DTPA计算，浓度1.3g/L)，AQ 0.933kg(浓度45％重量比)以及木片中 的水分(299L)组成浸渍液(共约2519L)。升温到60℃，在不断循环的过程 中浸渍30分钟。浸渍后，继续升温到150℃，在液体循环下蒸煮30分钟，然后 排出黑液，用清水置换洗涤两次。洗涤后的木片直接由螺旋推送器送入到一段 螺杆挤压机，挤出液体，压缩比为1∶2。然后通过预热器(130℃)进入二段螺 旋挤压机，压缩比为1∶2。最后木片进入高浓盘磨机(浆浓30％)。通过调整盘磨 间隙(手动进退刀来调节磨盘间隙，例如，从0.189mm调节到0.204mm)，经两段 压力(压力分别为300mbar，150mbar)磨浆(浆浓为30％)生产出游离度为大约 500mlCSF的化机浆。该化机浆进一步经过高浓磨浆(浆浓20％)得到游离度大约 200mlCSF的化机浆。

得到的落叶松化机浆经过两段过氧化氢漂白(两段均为 5％H₂O₂/2.5％NaOH/3.3％Na₂SiO₃/0.05％MgSO₄/0.4％DTPA，ISO白度达到65.3％。该浆 的其他主要性能有：松厚度1.86cm³/g，抗张强度指数43.1Nm/g，撕裂指数6.7 mNm2/g。

实验结果表明，漂白后的落叶松化机浆以10-20％的比例(相对总绝干浆) 添加到高档文化用纸的配方中取代10％商品杨木化机浆和/或10％长纤维/短纤 维化学木浆后，除了白度下降4个单位外(仍在ISO 86％以上)，没有明显影响 其他成纸性能。纸张整体质量达到中高档文化用纸要求。

下面是实验室小试的结果：

此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以 对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所 限定的范围。