專利名稱：改進(jìn)的制漿工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以中國(guó)東北木材、麥秸、稻草、蔗渣、藤竹莖、蘆葦、棉梗和其它纖維素材料為原料生產(chǎn)紙漿的一種無硫化學(xué)機(jī)械制漿方法(NSCMP)。本發(fā)明的方法包括這一新發(fā)現(xiàn)即各種各樣的纖維素成分都能在經(jīng)氨水催化的低級(jí)烷烴醇胺稀水溶液中制漿，以生產(chǎn)高級(jí)紙漿，且能量消耗低，制漿產(chǎn)率高。
本發(fā)明還涉及一種經(jīng)改進(jìn)的木材制漿方法除去木素成分，而無污染，因此制漿液能夠反復(fù)使用，從中蒸餾出制漿化學(xué)物質(zhì)，剩下的漿渣可以用作不含硫化合物的高熱值燃料。這種漿渣可以在常規(guī)設(shè)備中燃燒，并且由于其中不存在含硫化合物，燃燒時(shí)也就不會(huì)產(chǎn)生其它常規(guī)制漿過程的漿渣通常要產(chǎn)生的有害或有毒的氣體付產(chǎn)物。
申請(qǐng)人已在其它專利申請(qǐng)中披露了用各種類型木材生產(chǎn)不同等級(jí)木漿的方法和設(shè)備。采用這些方法以高產(chǎn)率生產(chǎn)了從溶解漿到紙板漿各種等級(jí)的紙漿，或者是中間纖維材料和便于再使用的付產(chǎn)物。然而，更重要的是，采用這些方法漿化木材，不使用常規(guī)制漿工藝所使用的有毒液體或有害氣體。于是，木素成分便以適合于工業(yè)利用的無污染付產(chǎn)物從紙漿中分離出來。
申請(qǐng)人還披露了，一種可溶解木素的溫和的有機(jī)堿能夠用來生產(chǎn)高質(zhì)量的瓦楞紙芯漿，同時(shí)該堿可以作為制漿溶液反復(fù)使用。特別是，在氣相蒸煮中發(fā)現(xiàn)，可溶解木素的溫和有機(jī)堿如單乙醇胺能夠引發(fā)木片中的木素解聚反應(yīng)，這樣就可以抽提出木素成分。然后將木片精磨，供生產(chǎn)瓦楞紙芯漿。所產(chǎn)生的付產(chǎn)物溶液經(jīng)稀釋可以作為制漿介質(zhì)反復(fù)使用多次。
現(xiàn)在業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在間歇操作、間歇連續(xù)操作或是連續(xù)操作方法中，用可溶解木素的溶劑，一種經(jīng)氫氧化銨催化的低級(jí)烷烴醇胺，稀水溶液所構(gòu)成的漿液，能夠以纖維素材料(包括木材和非木材纖維)為原料生產(chǎn)高級(jí)的書寫紙，包裝紙，掛面紙板，瓦楞紙芯和新聞紙，這在申請(qǐng)人所擁有的其它專利或申請(qǐng)人所了解的其它專利中都沒有介紹過，而且還發(fā)現(xiàn)了一種改進(jìn)的漿化這些纖維素材料的方法，它是一個(gè)兩步制漿過程，包括在以氫氧化銨催化的一種低級(jí)烷烴醇胺的液體介質(zhì)中制漿以及其后的輔助制漿步驟，輔助制漿即是在高于在液體介質(zhì)中予蒸煮這些纖維素材料時(shí)的溫度和壓力下以蒸汽在蒸汽容器中將纖維素材料進(jìn)一步漿化，在此過程中向蒸汽容器中加入或不加入經(jīng)氫氧化銨催化的低級(jí)烷烴醇胺，或者是單獨(dú)加入兩者之一。在間歇或間歇連續(xù)操作方法中，氫氧化銨可能是制漿液或蒸汽中的主要成分，在一個(gè)較優(yōu)越的具體實(shí)施中，氫氧化銨與低級(jí)烷烴醇胺的重量比為3∶1左右。
烷烴醇胺，即單乙醇胺已用作制漿劑，這在Peterson等人的美國(guó)專利№2，192，202中已公開過。但是，在那份專利中介紹的方法所要求的蒸煮時(shí)間實(shí)在太長(zhǎng)，需要在含70-100%烷烴酰胺的蒸煮液中蒸煮4到20個(gè)小時(shí)。顯然，如此之長(zhǎng)的蒸煮時(shí)間是不合工業(yè)要求的，而且化學(xué)試劑的用量也使該方法的成本過高。最近，某些醇和胺作為堿法制漿的填加劑也有過闡述。見Green等人所寫《在醇和胺的水溶液中的堿法制漿》，TAPPI(美國(guó)制漿造紙技術(shù)協(xié)會(huì))，Vol.65，№5，P.133(1982年5月)。在那篇文章中，介紹了單乙醇胺、乙烯二胺和甲醇在堿(氫氧化鈉)制漿過程中作為溶劑體系的試驗(yàn)。然而，該文章斷言，以低胺配料生產(chǎn)的紙漿不具有足夠的耐破度和抗張強(qiáng)度。但是在含胺量高的條件下要求強(qiáng)堿含量較低，這樣將導(dǎo)致纖維素粘度和紙漿機(jī)械性能的降低。
然而，現(xiàn)已披露，低級(jí)烷烴醇胺如單乙醇胺稀水溶液與氫氧化銨可以漿化各種不同的針葉木、闊葉木和非木材物質(zhì)如麥秸、稻草、洋麻、蔗渣、蘆葦、藤莖、棉梗和其他纖維素纖維，供生產(chǎn)瓦楞紙芯、包裝紙、掛面紙板，書寫紙，新聞紙和其他紙張。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是創(chuàng)造一種無硫化學(xué)機(jī)械制漿工藝，用此方法可以迅速而有效地漿化各種各樣的木材和非木材纖維素材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種以各種木材和非木材纖維素纖維(諸如麥秸、稻草、藤莖、蘆葦、蔗渣、棉梗以及其它非木材纖維素纖維)為原料生產(chǎn)高級(jí)瓦楞紙芯的無硫工藝方法。
本發(fā)明的目的還在于應(yīng)用無硫工藝方法以各種木材和非木材纖維素纖維(諸如麥秸、稻草、藤莖、蘆葦、蔗渣、棉梗和其他非木材纖維素纖維)為原料生產(chǎn)書寫紙、掛面紙板、包裝紙、新聞紙和其他較低級(jí)的紙。
本發(fā)明的目的還在于提供一種改進(jìn)的用于各種木材和非木材纖維制漿的方法，它包括兩步制漿過程，使用低級(jí)烷烴醇胺如單乙醇胺的稀水溶液和氫氧化銨。本發(fā)明的第一步是在低級(jí)烷烴醇胺稀水溶液與氫氧化銨的液態(tài)溶液中蒸煮木材和非木材纖維素纖維材料，其第二步是在蒸汽容器中漿化經(jīng)予處理的材料，此過程中加入或不加入低級(jí)烷烴醇胺，如單乙醇胺的稀水溶液，與氫氧化銨，或者單獨(dú)加入二者之一。
適用的低級(jí)烷烴醇胺包括與水互溶的烷烴醇胺，例如單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、單異丙醇胺、二異丙醇胺和三異丙醇胺，其中單乙醇胺最為理想。當(dāng)然這些胺的混合物亦可使用。
本發(fā)明還有一個(gè)目的，就是提供一種無硫化學(xué)機(jī)械制漿方法，由于其蒸煮時(shí)間短，可以減少能量消耗，而且由于本發(fā)明有兩步制漿過程，還可以降低磨漿能耗。
參考下列說明，本發(fā)明的這些目的和其他目的都將是顯而易見的。
本發(fā)明的重要特點(diǎn)之一是發(fā)現(xiàn)用含有經(jīng)氫氧化銨催化的低級(jí)烷烴醇胺的制漿介質(zhì)，能夠以難以想象的高得率用實(shí)際上是任何一種木材以及非木材纖維(諸如麥秸、稻草、藤莖、竹洋麻、蔗渣、棉梗和向日葵梗)生產(chǎn)高級(jí)紙漿。當(dāng)本發(fā)明選擇的具體實(shí)例采用單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺，單異丙醇胺，二異丙醇胺和三異丙醇胺，以及其他低級(jí)烷烴醇胺時(shí)，它們是作為木素解聚劑用于本發(fā)明范圍內(nèi)的。
更進(jìn)一步，當(dāng)制漿介質(zhì)是一種由氫氧化銨催化的水溶液時(shí)，對(duì)于有效制漿來說，不需要使用高濃度的上述解聚劑。在本發(fā)明優(yōu)先選擇的具體實(shí)例中，制漿溶液可以反復(fù)使用，直到低級(jí)烷烴醇胺實(shí)際上全部反應(yīng)完為止，用此制漿溶液能以中國(guó)東北的闊葉木、針葉木、麥秸、稻草、蔗渣、洋麻、藤竹莖、蘆葦、棉梗和其他非木材纖維為原料生產(chǎn)瓦楞紙芯漿、掛面紙板、書寫紙、包裝紙、新聞紙和其他低級(jí)紙漿。制漿是在被氫氧化銨催化的低級(jí)烷烴醇胺的水溶液中進(jìn)行的，其第二步制漿過程于一蒸汽容器中進(jìn)行，此步驟中加入或不加低級(jí)烷烴醇胺如單乙醇胺的稀水溶液與氫氧化銨，或者是單獨(dú)加入二者之一。
按本發(fā)明的方法，可以在第一步用被氫氧化銨催化的低級(jí)烷烴醇胺水溶液蒸煮纖維素材料之前，先初步用制漿溶液浸漬，然后進(jìn)行蒸氣相蒸煮;第一步液相中蒸煮之后，是在蒸汽容器中進(jìn)行的第二步制漿過程，本步驟中加入或不加入低級(jí)烷烴醇胺如單乙醇胺的稀水溶液與氫氧化銨，或者是單獨(dú)加入二者之一。然而，最好是可以把第二步制漿溶液用于浸漬與蒸煮的結(jié)合步驟，此結(jié)合步驟可先于亦可后于蒸汽處理。隨后將要說明，處理時(shí)間因木材種類或非木材纖維素原料類型和生產(chǎn)的紙漿類型而異?，F(xiàn)在已經(jīng)以非常高的產(chǎn)率生產(chǎn)了高級(jí)的瓦楞紙芯漿和書寫紙以及掛面紙板、包裝紙和新聞紙級(jí)別的紙漿，其蒸煮-浸漬時(shí)間大約為30分鐘到1小時(shí)不等，這取決于制漿原料。
本發(fā)明的方法適用于間歇蒸煮設(shè)備、多級(jí)蒸煮器中的間歇連續(xù)蒸煮，或多級(jí)蒸煮器中的連續(xù)蒸煮，或者是常規(guī)設(shè)備中的連續(xù)制漿，以及此常規(guī)制漿設(shè)備的組合。然而，工藝上熟練的技術(shù)人員很清楚，蒸煮設(shè)備的類型并不局限于本發(fā)明的范圍。
作為本發(fā)明所選擇的生產(chǎn)瓦楞紙芯漿的具體實(shí)施的一個(gè)例子，所用原料是新鮮的、綠色闊葉木片(如榿木、白楊、櫟木、槭木)和針葉木片(如松木、云杉和冷杉)。制漿溶液是作為可溶解木素的溶劑(如低級(jí)烷烴醇胺)與氫氧化銨的稀水溶液制備的。
理想的溶劑單乙醇胺與氫氧化銨混合，其比例為大約10-12加侖單乙醇胺(濃度為每加侖8磅)和36-40加侖氫氧化銨相混合。然后用1000加侖水將該混合物加以稀釋。據(jù)此，大約是50加侖混合物用1000加侖水。其后，將大約600加侖稀釋混合物與2000磅新鮮木片在蒸煮器中混合。
第二步制漿的一個(gè)實(shí)例包括用與氫氧化銨混合的理想溶劑單乙醇胺浸漬木片，其混合比例是大約10-12加侖單乙醇胺(濃度為每加侖8磅)與36-40加侖氫氧化銨。于是其重量比為大約100磅單乙醇胺比大約300磅工業(yè)純的氫氧化銨。以大約1000加侖水稀釋該混合物。用該混合物浸漬在第一步液體制漿溶液中制漿的木片，然后排放，其后將木片在蒸氣室中汽蒸，或在連續(xù)蒸汽蒸煮器中進(jìn)行蒸煮。在制造瓦楞紙芯、掛面紙板、書寫?、包装纸、袛伵纸或茰O澆?，翟滯步占R筇岣吡艘愿髦幟酒系鬧平柿?，而轻t(yī)檔土四酒ソ痰哪芎摹
尤其是在使用間歇蒸煮器系統(tǒng)時(shí)，在50磅/平方英寸左右的壓力和285°F左右的溫度下將木片蒸煮大約15分鐘，然后進(jìn)行第二步制漿，即用制漿溶液的蒸氣在飽和蒸氣壓下繼續(xù)處理15分鐘，這樣便以大約95%的得率制得高級(jí)的瓦楞紙芯漿。蒸煮時(shí)間可以在幾分鐘到1小時(shí)的范圍內(nèi)變化。第一步蒸煮排放的氣體可以排放到回收系統(tǒng)，并按本說明交替地通入第二步蒸煮的蒸汽供給部分。另一方面，如果使用連續(xù)蒸煮器，含有用氫氧化銨水溶液催化的低級(jí)烷烴醇胺的濃縮了的第二步制漿溶液可以直接注入蒸汽供給部分。
第一步蒸煮之后，為了回收蒸煮器氣體的熱量，蒸煮器容器特別與一熱交換器相通，而來自蒸煮器的液體排入盛有等體積(即600加侖)稀釋水的泄料箱。然后用另外600加侖水洗滌木片，并把洗滌水與稀漿液混合。為了反復(fù)使用，將該漿液最終返回儲(chǔ)藏箱。上述液量至少可以滿足四次闊葉木片的蒸煮。
該漿液最好是通過蒸餾回收以供再利用，經(jīng)冷凝后，蒸煮用化學(xué)藥劑返回流程，這樣可以降低化學(xué)藥劑的消耗和減少工藝水的用量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，蒸餾得到的濃稠的液體殘余物具有高達(dá)每絕干磅10000BTU的BTU值。該殘余物容易在燒油或木材的標(biāo)準(zhǔn)鍋爐中燃燒，而且發(fā)現(xiàn)其無機(jī)物含量非常低。因此它只產(chǎn)生少量粉塵，而基本上不產(chǎn)生化學(xué)殘?jiān)?，比如在常?guī)Kraft工藝和其他工業(yè)方法(包括中性亞硫酸鹽方法)中出現(xiàn)的那些化學(xué)殘?jiān)?br> 把紙漿與制漿液分離后，對(duì)紙漿進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)篩選和洗滌，以形成低濃度的紙漿溶液。然后將低濃度紙漿抽送到一連續(xù)紙漿濾水器(Poreser)，使其脫水，而把紙漿的濃度提高到所要求的數(shù)值。獲得的典型紙漿濃度為12～40%。
然后精磨該高濃度紙漿。精磨的目的是降低紙漿的碎片含量和提高所要求的紙的性能。在瓦楞紙芯漿和其他紙漿的生產(chǎn)中，紙漿必須具備良好的抗張強(qiáng)度和濕紙幅強(qiáng)度，以防止撕破而造成造紙機(jī)停機(jī)、精磨也是為了更充分地分離出單根纖維，使纖維撓性更強(qiáng)，以及給纖維提供一個(gè)“纖維化”表面。以擴(kuò)大產(chǎn)物紙中纖維之間的接觸面積和提高紙漿強(qiáng)度。
采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的瓦楞紙芯漿，書寫紙、包裝紙、掛面紙板、新聞紙和其他較低級(jí)紙漿，具有所期望的性能，如高抗張強(qiáng)度、高濕紙幅強(qiáng)度、高平壓數(shù)以及其他與各種各樣紙漿類似的技術(shù)要求。采用其他方法生產(chǎn)的瓦楞紙芯漿不具備必要的抗張強(qiáng)度和濕紙幅強(qiáng)度。因此采用其他方法生產(chǎn)瓦楞紙芯漿時(shí)，為了提高這些性能，必須加入昂貴的化學(xué)漿。由于不需要昂貴的化學(xué)漿添加物，于是本發(fā)明方法的生產(chǎn)成本得以大大降低。
于高濃度精磨后，抽送瓦楞紙芯漿，進(jìn)行輔助紙漿加壓，并將紙漿脫水到大約30%的絕干含量。這種情況下的紙漿干燥得足以作為固態(tài)物質(zhì)進(jìn)行操作，這時(shí)它是團(tuán)塊紙漿狀態(tài)(紙漿薄片)。這種薄片可以貯存于纖維制圓筒內(nèi)，或者根據(jù)銷售條件貯存于其他合適的容器中，也可以貯存于倉庫。
在本發(fā)明方法的另一具體實(shí)施中，使用兩個(gè)蒸煮器容器，如球形蒸煮器或立式蒸煮器，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)操作。
首先將2000-3000磅新鮮木片(例如50%櫟木-50%白楊)裝入盛有600加侖本發(fā)明漿液的第一蒸煮器。然后用蒸汽將該蒸煮器加熱到大約212°F，同時(shí)打開溢出排放口，排出夾帶的空氣。
在加熱第一蒸煮器的時(shí)候，將第二蒸煮器抽空。第二蒸煮器也要冷卻，例如使循環(huán)冷卻水流過加熱套或盤管，或是流經(jīng)水進(jìn)口系統(tǒng)到達(dá)蒸煮器。本方法只允許在極短的時(shí)間間隔內(nèi)將1號(hào)蒸煮器的物質(zhì)轉(zhuǎn)入2號(hào)蒸煮器。
當(dāng)1號(hào)蒸煮器的溫度達(dá)到212°F后，關(guān)閉排放口，加熱使蒸煮器的壓力達(dá)到75-100磅/平方英寸，保持大約15-30分鐘，蒸煮木片。在所選擇的工藝中，蒸煮先部分地在含有由氫氧化銨催化的低級(jí)烷烴醇胺溶液的液體介質(zhì)中進(jìn)行，而在本發(fā)明的第二步蒸煮中，進(jìn)一步的蒸煮則是在來自另一蒸煮器的蒸汽中進(jìn)行，因?yàn)榧訜嵴羝故⒎旁诘谝徊秸糁髸r(shí)就加熱的容器中的蒸煮化學(xué)藥劑汽化。以另一種方式，為了能夠連續(xù)蒸煮，本發(fā)明試圖采用連續(xù)蒸煮器，例如采用一種螺旋型常規(guī)蒸煮器將蒸煮化學(xué)藥劑(即用或不用氫氧化銨催化的理想的單乙醇胺溶液)通入蒸汽來實(shí)現(xiàn)第二步連續(xù)蒸煮。雖然主要感興趣的是瓦楞紙芯漿且燦Ω每吹劍痙椒ㄍ萇淥嘈偷鬧澆?，悲d椒ǘ雜誚胍賭酒?、阔屹€酒?、二者的混合木片，壹s胺悄靜牟牧?，染滙藉帰奠o蕁⒄嵩?、芦苇、藤竹、洋聶澧棉雇茰O宋夭牧暇墑視謾 由于使用兩個(gè)蒸煮器，實(shí)現(xiàn)了利用蒸煮器余熱的有效間歇連續(xù)操作。冷卻水返回洗滌水儲(chǔ)箱。
泄料后，在泄料桶中用混合器攪拌木片和漿液，使木片初步進(jìn)行纖維分離，并使部分進(jìn)行了纖維分離的木片易于制漿。初步纖維分離之后，把木片和漿液抽送到第一精磨機(jī)。第一精磨機(jī)是為了保證纖維分離完全而進(jìn)一步使用的纖維分離機(jī)。將纖維分離后的紙漿和制漿溶液抽送貯存，并在廢液蒸發(fā)器中處理，以回收其冷凝物。該冷凝物用于制備新的蒸煮液。
與制漿溶液分離后，清洗紙漿，這時(shí)的紙漿是低濃度的紙漿溶液。將該低濃度紙漿溶液脫水以產(chǎn)生高濃度紙漿，然后進(jìn)行精磨工序。下列表格及附圖列出了使用理想的制漿溶液，即由氫氧化銨水溶液催化的單乙醇胺，以不同蒸煮時(shí)間僅進(jìn)行第一步制漿的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。蒸煮的木片是100%白楊，或者是50%白楊和50%櫟木。如表所示，其得率一般在85-95%之間。最重要的是，獲得了瓦楞紙芯漿所必須具備的紙漿特性。
請(qǐng)看表1-24及表5后面的材料。
制漿條件是以恒定的溫度為基礎(chǔ)的，而不是恒壓。
根據(jù)物理強(qiáng)度和產(chǎn)率301號(hào)蒸煮的條件和化學(xué)藥劑濃度是最優(yōu)選擇。在301號(hào)蒸煮中，平壓，環(huán)壓強(qiáng)度和伸長(zhǎng)百分率都銷有增加。
如果比較這三次蒸煮，其銷售趨勢(shì)或物理強(qiáng)度的增加都不是太明顯的。
為了重復(fù)平行蒸煮條件及使其最佳化，總共做了六次制漿試驗(yàn)。單乙醇胺與氨的比率變化于1∶1到1∶3.5之間，并且確定使用間歇蒸煮器在化學(xué)上更為經(jīng)濟(jì)。
采用本發(fā)明的方法，蒸煮過程中的蒸煮停留時(shí)間可以比表1-24所示的蒸煮試驗(yàn)數(shù)據(jù)縮短，而且在化學(xué)上更經(jīng)濟(jì)，這是因?yàn)榻柚诘诙浇n，制漿的木片和非木材纖維能夠蒸煮得更充分，由于在第二步浸漬中理想的制漿液體(低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨溶液)獲得了施加于原料的較高的溫度和壓力，這就導(dǎo)致理想制漿溶液的蒸汽膨脹，更進(jìn)一步軟化木片和破壞木素的鍵，從而促進(jìn)纖維分離和降低精磨木片的能量消耗。在一些試驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果是生產(chǎn)較低級(jí)的書寫紙、包裝紙、印刷用紙以及其他紙漿，無須進(jìn)行精磨。
第61頁的X蒸煮過程清楚地表明，100%松木材料采用本發(fā)明的方法能夠得到充分蒸煮，從而制得適合工業(yè)應(yīng)用的瓦楞紙芯漿。
作為采用優(yōu)先技術(shù)生產(chǎn)瓦楞紙芯漿的另一實(shí)例，使用的是新鮮白楊木片。木片用1英寸篩網(wǎng)和1/4英寸篩網(wǎng)進(jìn)行篩選，以便選用那些能通過1英寸篩網(wǎng)而不能通過1/4英寸篩網(wǎng)的材料。為了使制漿溶液的組成最佳化，先進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)室蒸煮。首先將木片在100℃下予汽蒸10分鐘。使制漿溶液在立式蒸煮器中予熱到160℃，然后把木片予熱到142℃。在三次蒸煮中要保持液體與木材的比率為4∶1，盡管在予熱過程中為了防止木片燃燒，已經(jīng)給它加了一些水。每次蒸煮，木片都要在165℃和恒壓下保持15分鐘。
蒸煮后，從蒸煮器取出木片，在精磨機(jī)中纖維化(fiherizednot)。然后用150°F的水洗滌纖維化紙漿，加壓脫水。此時(shí)，取得了總產(chǎn)率。
以下的表7列出了不進(jìn)行第二步木片蒸煮的三個(gè)不同試驗(yàn)所采用的條件，表8-10提供上述試驗(yàn)的物理數(shù)據(jù)。很顯然，這些試驗(yàn)雖然使用同樣數(shù)量的單乙醇胺和氫氧化銨，但是它們并不能表現(xiàn)出與本發(fā)現(xiàn)的方法相接近的物理特征，因?yàn)楸景l(fā)明在液體介質(zhì)蒸煮和第二步蒸汽相蒸煮之前將木片用理想的化學(xué)藥劑混合物予處理過，全部數(shù)據(jù)列于表25-27。
表1-24的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)在McConnell臥式不銹鋼旋轉(zhuǎn)蒸煮器中進(jìn)行。精磨使用SproutWaldron105型10馬力圓盤精磨機(jī)，該機(jī)配備17780R和17779S尖齒板。
該制漿條件與表1所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)室蒸煮相同。蒸煮前在100℃下予汽蒸10分鐘。將該NSCMP液體予熱到160℃，白楊木片予熱到142℃。在這些試驗(yàn)中保持液體與木材的比率為4∶1，盡管在予熱過程中為了防止木片燃燒已經(jīng)加過一些水。將廢蒸煮液轉(zhuǎn)移到木片上之后，在165℃的溫度下保持蒸煮15分鐘。
蒸煮后，從蒸煮器取出木片，在精磨機(jī)中纖維化(fiherizednot)。然后用150°F的水洗滌纖維化的紙漿并加壓脫水。這時(shí)，通過測(cè)定濃度確定紙漿的絕干重量，再用最初加料的絕干重量去除紙漿重量，便求出總得率。
表25到60、

圖1到圖21是按本發(fā)明的方法采用下列條件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)蒸煮條件是以恒壓為基礎(chǔ)的，而不象表1-24的恒溫條件。發(fā)現(xiàn)通過增加蒸氣壓力，漿化作用會(huì)得到加強(qiáng)，這是低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨蒸氣浸漬進(jìn)入木片的結(jié)果。還了解到，通過增加或減少低級(jí)烷烴醇胺與氫氧化銨的比率，能夠控制漿化程度，而以針葉木、闊葉木和非木材纖維，包括但不限于麥秸，稻草、蔗渣、洋麻、竹、藤莖、棉梗和向日葵梗為原料生產(chǎn)高級(jí)瓦楞紙芯、書寫紙、包裝紙、新聞紙和其他低級(jí)紙漿。摻入舊新聞紙、舊紙板箱(O、C、C)或Kraft工藝生產(chǎn)的長(zhǎng)纖維漿，在生產(chǎn)中能夠改變最佳產(chǎn)物，從而改善最終產(chǎn)品的特性。加入這些纖維改變了各種不同紙漿的紙機(jī)操作性能。下列表25-60，圖1-21的試驗(yàn)是采用本發(fā)明的方法進(jìn)行的。對(duì)于闊葉木和針葉木片的試驗(yàn)性NSCMP蒸煮，顯示了在生產(chǎn)瓦楞紙芯、掛面紙板、書寫紙、包裝紙、新聞紙和其他低級(jí)紙漿方面的令人滿意的結(jié)果，它們都具有適應(yīng)造紙機(jī)上高效率操作的物理性能。所生產(chǎn)的紙漿的物理性質(zhì)可以隨理想制漿溶液混合物，即用氫氧化銨催化的低級(jí)烷烴醇胺而改變。在此列出現(xiàn)的所有試驗(yàn)結(jié)果都使用了，理想的烷烴醇胺，單乙醇胺，用于第二步制漿可以改善采用由本發(fā)明所有人發(fā)展的其他技術(shù)生產(chǎn)的紙漿的制漿質(zhì)量，它擴(kuò)大了用低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨溶液生產(chǎn)的紙漿類型，發(fā)展到包括以非木材材料為原料的書寫紙、包裝紙，瓦楞紙芯、掛面紙板、新聞紙和其他低級(jí)紙漿，當(dāng)然這不是發(fā)明者在以低級(jí)烷烴醇胺制漿領(lǐng)域的優(yōu)先技術(shù)的優(yōu)先發(fā)明的主題。
毫無疑問，試驗(yàn)證實(shí)了本發(fā)明方法對(duì)漿化槭木和其他極其致密闊葉木的適用性，倘若不是采用本發(fā)明的方法，用這些木材制漿是不可能取得好結(jié)果的。這些試驗(yàn)中使用的槭木片和于此使用的針葉木，其構(gòu)成如下闊葉木絕干含量，%82.2物質(zhì)重量百分比，%94.0主要成分-槭木次要成分-榆木和樺木微量-白楊針葉木-真冷杉6.0針葉木絕干含量，%89.9物質(zhì)重量百分比，%松木74.0云杉22.0真冷杉6.0采用本發(fā)明的方法所有NSCMP蒸煮都是在設(shè)在華盛頓的布萊恩(Blaine，Wa)的新纖維國(guó)際有限公司(NewFibersInternationalLtd.)的中間工廠進(jìn)行。工作中使用一臺(tái)小型臥式試驗(yàn)蒸煮器，它配備有活動(dòng)藍(lán)筐，環(huán)流泵，可以直接和間接進(jìn)行蒸汽加熱。
在華盛頓的布萊恩，用帶藍(lán)筐的蒸煮器蒸煮木片樣品，在12英寸Spront-Waldron105型實(shí)驗(yàn)室精磨機(jī)中用熱水使木片進(jìn)行磨木制漿，然后把樣品送到加拿大溫哥華的EconotechServicestestinglaboratory分別進(jìn)行評(píng)定。
在Econotech，使用配有17804板的12″單向旋轉(zhuǎn)圓盤Sprout-Waldron實(shí)驗(yàn)室精磨機(jī)，以0.018″間隙對(duì)各種紙漿樣品進(jìn)行精磨。精磨溫度為70-75℃。將樣品在PFI型磨中打漿到各種不同的游離度，制成手抄紙頁，進(jìn)行試驗(yàn)，取得打漿機(jī)曲線。
必須注意，紙漿樣品不進(jìn)行篩選，而且試驗(yàn)結(jié)果代表總的試漿樣品。
表1100%白楊樣品LDC-0803-100%白楊蒸煮時(shí)間＝15分蒸煮溶液-1份單乙醇胺、3份NH4OH 蒸煮得率＝93.11%
表2100%白楊LDC-0804-100%白楊蒸煮時(shí)間＝30分蒸煮溶液-1份單乙醇胺、3份NH4OH 蒸煮得率＝93.42%
表3100%白楊蒸煮時(shí)間＝45分蒸煮溶液＝1份單乙醇胺、3份NH4OH蒸煮得率＝94.7%
表450%白楊50%櫟木蒸煮時(shí)間＝15分蒸煮溶液-1份單乙醇胺、3份NH4OH蒸煮得率＝85.46%
表550%白楊50%櫟木蒸煮時(shí)間＝30分蒸煮溶液＝1份單乙醇胺、3份NH4OH蒸煮得率＝87.29%
表18通過精磨機(jī)的紙漿樣品的物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)(蒸煮器停留時(shí)間24分)
表19從蒸煮器取出并在實(shí)驗(yàn)室精磨機(jī)(12″圓盤)中進(jìn)行精磨的木片的物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)(蒸烹器停留時(shí)間25分)
表20紙漿塊精磨數(shù)據(jù)，36-2圓盤精磨機(jī)
表2112″雙流精磨機(jī)數(shù)據(jù)
表55(續(xù))采取本發(fā)明方法的松木蒸煮條件化學(xué)藥劑，ml(g)(每步)單乙醇胺300氫氧化銨900占絕干木材總量%(每步)單乙醇胺4.1氫氧化銨12.權(quán)利要求
1.一種以木質(zhì)的木素纖維素材料和非木材纖維素纖維為原料以高產(chǎn)率生產(chǎn)紙漿的制漿方法，其特征在于包括對(duì)上述木素纖維素材料和非木材纖維素纖維用烷烴醇胺在氫氧化銨催化下進(jìn)行化學(xué)藥劑浸漬的后處理過程，為改進(jìn)高產(chǎn)率紙漿的脫水性，在與足夠量的上述漿化藥劑接觸后，首先通過加壓浸漬，然后通過蒸汽膨脹，使木素和木油得以軟化，并促進(jìn)處理材料的纖維分離作用。
2.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其中上述低級(jí)烷烴醇胺是一種與水互溶的烷烴醇胺，它選自由單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、單異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺及其混合物所構(gòu)成的系列。
3.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其中上述后處理是利用含上述低級(jí)烷烴醇胺的水蒸汽實(shí)現(xiàn)的。
4.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其中上述后處理是利用含氫氧化銨的水蒸汽實(shí)現(xiàn)的。
5.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其中上述后處理是在加熱和加壓條件下實(shí)現(xiàn)的。
6.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其中上述后處理是在浸漬容器中以連續(xù)操作為基礎(chǔ)進(jìn)行的，該容器包括一偏心的螺旋輸送機(jī)，該容器既用作處理容器，又用作排放木素和過多后處理化學(xué)藥劑的排放器。
7.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其中上述木質(zhì)的木素纖維素和非木材纖維素纖維，在與占干木材重量1.5-10%的低級(jí)單乙醇胺接觸后，用上述制漿化學(xué)藥劑的蒸氣進(jìn)行浸漬。
8.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其中上述木質(zhì)的木素纖維素和非木材纖維素纖維，在與占干木材重量4.5-30%的氫氧化銨接觸后，用上述制漿化學(xué)藥劑的蒸氣進(jìn)行浸漬。
9.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑包括亞硫酸鈉。
10.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑包括亞硫酸鈉和碳酸鈉的混合物。
11.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑是氫氧化鈉。
12.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑是氫氧化鈉和亞硫酸鈉。
13.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑是亞硫酸氫鈉。
14.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑是含氫氧化鈉和亞硫酸鈉的硫酸鹽Kraft制漿溶液。
15.按權(quán)利要求2所要求的方法，其中低級(jí)烷烴醇胺以大約11∶3的體積比與氫氧化銨混合使用。
16.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑包括按Kraft制漿方法制得的新鮮制漿液體，它含有碳酸鈉、亞硫酸鈉和硫酸鈉。
17.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑包括含有亞硫酸鈉與碳酸鈉或碳酸氫鈉的混合物的中性亞硫酸鹽制漿液體。
18.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑包括亞硫酸鎂。
19.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑用二氧化硫緩沖。
20.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中上述制漿化學(xué)藥劑用氧化鈉緩沖。
21.按權(quán)利要求1所要求的方法，其中所使用的低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨的體積比從大約1∶3到大約1∶0.5。
22.按權(quán)利要求1的方法，其中木片是闊葉木片和針葉木片，所生產(chǎn)的上述紙漿是以大約80-95%的得率生產(chǎn)的瓦楞紙芯漿。
23.按權(quán)利要求1的方法，其中非木材纖維素纖維是麥秸、稻草、藤竹莖、蘆葦、蔗渣、洋麻、棉梗和向日葵梗。
24.按權(quán)利要求1的方法，其中上述木素解聚反應(yīng)在大約285°F的溫度和至少50磅/平方英寸的壓力下至少進(jìn)行大約15分鐘。
25.一種以闊葉木和針葉木片為原料，以及利用非木材纖維素原料(包括麥秸、稻草、洋麻、藤莖、蘆葦、棉梗和向日葵梗)生產(chǎn)瓦楞紙芯、掛面紙板、書寫紙、包裝紙和新聞紙漿的方法，它包括提供一種加熱容器;向上述容器加入予定量的上述新鮮木片或非木材纖維素材料，它們已在低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨的溶液中進(jìn)行過浸漬;提供含有低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨的稀水溶液混合物的予處理氣相汽蒸溶液;接著在上述容器中以含有低級(jí)烷烴醇胺和氨水溶液的蒸氣相對(duì)上述木片進(jìn)行部分的蒸煮，其條件是溫度和壓力足以在短時(shí)間內(nèi)引發(fā)上述木片中的木素解聚反應(yīng);然后，將含低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨的稀水溶液混合物的制漿溶液裝入容器;在能進(jìn)一步引起木素解聚反應(yīng)的條件下，在上述容器中以含有低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨溶液的蒸氣相部分蒸煮上述木片;接著，在足以實(shí)現(xiàn)木片中木素解聚反應(yīng)的溫度和壓力條件下，用含低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨溶液的蒸氣相汽蒸溶液進(jìn)行后處理;精磨上述木片和非木材纖維，以制得上述紙漿;以及為了回收化學(xué)反應(yīng)物，將所用溶液與紙漿分離;及利用后處理氣相低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨飽和蒸汽流作為予處理氣相低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨的供應(yīng)源;以及為了冷凝和再次進(jìn)入后處理氣相低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨蒸汽供應(yīng)管路或蒸煮容器，可選擇性地再循環(huán)予處理氣相低級(jí)烷烴醇胺和氫氧化銨飽和蒸汽流。
全文摘要
發(fā)明公開以木材纖維和非木材纖維生產(chǎn)紙漿的方法，其特征在于包括用烷烴醇胺在氫氧化銨催化下對(duì)纖維進(jìn)行化學(xué)藥劑浸漬的處理過程。為改進(jìn)紙漿脫水性，在與足量的上漿化藥劑接觸后，首先加壓浸漬，然后蒸汽膨脹，使木素木油軟化，并促進(jìn)處理材料的纖維分離作用。
文檔編號(hào)D21C3/20GK1034595SQ8710746
公開日1989年8月9日 申請(qǐng)日期1987年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月14日
發(fā)明者沃特·霍瓦德·瓦恩里特 申請(qǐng)人:新型纖維國(guó)際有限公司