尾巨桉制浆工艺及机理研究

论文摘要

论文以尾巨桉为原料,测定其材性,并采用不同制浆方法、生物预处理及不同漂白程序,添加表面活性剂和干强剂,对其制浆适应性进行了系统研究,为尾巨桉的工业应用提供数据和理论指导。对尾巨桉材性和APMP制浆工艺及其机理进行研究,结果发现:尾巨桉相比于其它桉木的综纤维素含量高（75.8%）,木材色泽较浅,基本密度比较小（0.487g/cm3）,纤维长宽比最大61,柔性系数比较大;得到尾巨桉APMP较适宜的化学预处理条件,尾巨桉APMP的白度达到了66%ISO,运用NOSA统计软件对试验结果进行了方差分析,得出了尾巨桉APMP裂断长、白度与化学预浸条件的回归方程。对不同立地条件下尾巨桉KP-AQ的制浆工艺进行研究。研究发现东门和雷州尾巨桉材性差别不大。得出东门和雷州尾巨桉尾巨桉KP-AQ制浆的蒸煮工艺条件比较相近。对雷州尾巨桉KP-AQ浆进行漂白研究,得出常规D1-E-D2-P漂后浆白度为81.1%,黏度为972mL/g。通过丙酮抽滤后,白度上升到83.2%;用Mg（OH）2代替NaOH的漂后浆白度为81.0%,黏度为931mL/g;原浆经氧漂后白度为58.4%,黏度为914mL/g,卡伯值为7.76;O-D1-E-D2漂后纸浆白度为86.0%,黏度为872mL/g;O-D-E-P漂后纸浆白度为85.4%,黏度为883mL/g。用T.lanuginosus产木聚糖酶预处理雷洲尾巨桉KP-AQ浆,得出最佳工艺条件为:木聚糖酶用量10U/g,反应时间90min,处理温度60℃,pH值6.0,浆浓度10%。纸浆白度为55.2%,卡伯值为8.38。纸浆黏度有所提高,木聚糖酶助漂后纸浆物理强度有所增加。研究生物漂白机理得出:木聚糖酶处理后,浆中聚戊糖的含量下降了3.51%,酸不溶木素含量下降了0.12%。经X射线衍射仪分析,木聚糖酶处理前后纤维素的结晶度变化不大。扫描电镜分析得出,未经木聚糖酶预处理纸浆纤维表面比较光滑,结构紧密。经过预处理浆纤维表面出现了孔隙。对照浆和酶解浆的红外光谱和酶解液紫外光谱分析得出,木聚糖酶生物处理后纤维上产生游离羟基,增加了纤维间的氢键结合。木聚糖酶降解了纸浆中的部分木聚糖,溶出纸浆中的少量木素。与其它木聚糖酶相比,由T.lanuginosus产木聚糖酶预处理浆料黏度提高,酶用量少。雷洲尾巨桉KP-AQ浆TCF漂白的O-X-Mn-P中,纸浆白度达到80%,而黏度在800mL/g以上;轻（超轻）ECF工艺漂白尾巨桉KP-AQ浆,O-X-A-D1-Ep-D2漂白效果较好。总用氯量为0.95%时,纸浆白度达到85%以上。比达到相同白度的常规ECF（O-D1-E-D2）节省60%ClO2,比O-D1-Ep-D2漂白工艺节约40%ClO2,降低了漂白废水污染负荷。研究了表面活性剂在尾巨桉AS-AQ制浆及其各段漂白中的作用及机理。得到了添加LAS尾巨桉AS-AQ蒸煮的最佳条件,LAS能够使纸浆得率增加,白度提高,黏度增加,保水值增加,苯醇抽出物降低;加入LAS并没有使蒸煮液中蒽醌颗粒的粒径减小,蒸煮液中小于0.45μm粒径的蒽醌浓度在常温下比无LAS要低35%;LAS使木片内部的蒽醌含量大幅度的增加,使100℃和120℃的磺酸基数量提高了。在氧漂过程中最优的助剂为复合型表面活性剂（0.25%LAS和0.25%AEO-9）使白度增加3.6度,卡伯值降低1.3,黏度稍有降低;木聚糖酶在Tween80加入量20mg/mL时,酶活达到最大并提高27%;H2O2漂白的最佳助剂为NP系列,加入0.25%NP-10和0.75%NP40时,HLB值为16.1时效果最佳;在O-X-Q-P各段均加入助剂,可以使白度增加5.1度,手抄片纸浆物理强度增加。研究了添加壳聚糖类和淀粉类干强剂的效果。通过壳聚糖接枝共聚物的合成,将其应用在尾巨桉KP-AQ浆中。结果表明,CTSAD（壳聚糖-丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵）比CTS（壳聚糖）各项物理强度指标提高明显,且用量较少。电子显微镜下看出,加入助剂后纤维交织状况更加密集,尤其加CTSA后,纤维交织的密集程度较之空白纸样有很大提高。探讨了阳离子淀粉-丙烯酰胺二元接枝共聚物、CTSAD三元接枝共聚物及混合使用工艺条件及其增干强效果。接枝率为35.59%阳离子淀粉-聚丙烯酰胺应用效果很好。用量在0.8%,打浆度在46°SR附近,成纸的撕裂指数由4.7mN·m2/g提高到9.5mN·m2/g,耐折度由229次提高到278次,抗张指数由74.70N·m/g提高到147.94N·m/g。对于混合增强剂,在反应温度40℃,pH8.5,阳离子淀粉-丙稀酰胺二元接枝共聚物与C他SAD三元接枝共聚物之比为5:5时,纸张的撕裂度、耐折度、抗张指数分别得到显著提高,并为碱性造纸和低定量造纸提供可能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 前言
• 1.1 国际造纸工业现状与发展
• 1.2 我国造纸工业现状与发展
• 1.3 桉木的种植现状及制浆特性
• 1.4 桉木现有的制浆方法
• 1.4.1 桉木KP法制浆
• 1.4.2 桉木APMP制浆
• 1.4.3 碱性亚硫酸盐法制浆研究现状
• 1.5 表面活性剂在蒸煮和漂白中的应用现状
• 1.5.1 表面活性剂在蒸煮中的应用现状
• 1.5.2 表面活性剂在TCF漂白中的应用现状
• 1.6 桉木浆的漂白现状
• 1.6.1 桉木浆有元素氯漂白
• 1.6.2 桉木常规ECF、TCF漂白
• 1.6.3 桉木浆生物漂白
• 1.7 增强剂的应用
• 1.7.1 造纸增强剂现状及发展趋势
• 1.7.2 纸张干强剂增强机理
• 1.7.3 干强剂的种类和应用
• 1.8 论文研究目的及内容
• 1.8.1 论文的研究目的
• 1.8.2 论文研究内容
• 2 尾巨桉与其它桉木材性比较
• 2.1 实验原料与仪器
• 2.1.1 取样
• 2.1.2 试样准备
• 2.2 结果
• 2.2.1 尾巨桉与其他桉木纤维长度
• 2.2.2 尾巨桉与其他桉木纤维宽度
• 2.2.3 尾巨桉与其他桉木纤的维壁厚和腔径
• 2.2.4 尾巨桉与其他桉木的纤维形态
• 2.2.5 尾巨桉与其他桉木的化学组成
• 2.2.6 尾巨桉与其他桉木的密度
• 2.2.7 尾巨桉与其他桉木弦径顺纹尺寸在干燥和饱和水分后变化情况
• 2.3 讨论
• 2.3.1 尾巨桉纤维形态与其他桉木的比较分析
• 2.3.2 尾巨桉化学组成与其他桉木的比较分析
• 2.3.3 尾巨桉密度与其他树种的比较分析
• 2.4 小结
• 3 尾巨桉APMP制浆性能及其机理研究
• 3.1 实验原料与仪器
• 3.1.1 试样准备
• 3.1.2 预浸设备
• 3.1.3 磨浆设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 两段预浸废液残碱、残余过氧化氢测定
• 3.2.2 消潜条件
• 3.2.3 纸浆性能检测
• 3.2.4 浆料及废液红外光谱扫描
• 3.2.5 纸张性能检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 尾巨桉APMP制浆工艺研究
• 3.3.2 尾巨桉APMP制浆机理研究
• 3.3.3 尾巨桉原料、APMP、制浆废液红外光谱扫描
• 3.4 小结
• 3.4.1 尾巨桉APMP制浆工艺
• 3.4.2 尾巨桉APMP制浆机理
• 4 尾巨桉KP-AQ制浆与漂白特性的研究
• 4.1 实验原料与仪器
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 酶液
• 4.1.4 抄纸与纸性检测
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 纸浆性能测定
• 4.2.2 漂白方法
• 4.2.3 乙烯糖醛酸含量（HUT法）
• 4.2.4 纸浆化学成分分析
• 4.2.5 酶解液紫外光谱图的绘制
• 4.2.6 酶解前后纸浆的X射线衍射分析
• 4.2.7 酶解前后纸浆的扫描电镜测定
• 4.2.8 酶解浆红外光谱扫描
• 4.2.9 DNS法测定酶解液总还原糖量
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同立地条件尾巨桉KP-AQ制浆工艺研究
• 4.3.2 雷洲尾巨桉KP-AQ浆常规ECF漂白工艺及浆料红外光谱扫描
• 4.3.3 木聚糖酶生物预处理雷洲尾巨桉KP-AQ浆工艺研究
• 4.3.4 雷洲尾巨桉KP-AQ浆超轻ECF及TCF漂白的研究
• 4.3.5 木聚糖酶漂白雷洲尾巨桉KP-AO浆的机理研究
• 5 表面活性剂在尾巨桉AS-AQ制浆及其各段漂白中应用研究
• 5.1 实验材料与仪器
• 5.1.1 主要试剂
• 5.1.2 仪器规格及来源
• 5.1.3 蒸煮实验
• 5.1.4 打浆
• 5.1.5 抄纸
• 5.1.6 纸张性能检测
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 黑液残碱
• 5.2.2 浆料保水值测定
• 5.2.3 蒽醌浓度与吸光度值标准曲线的绘制
• 5.2.4 分光光度法测定碱性亚钠蒸煮液中的蒽醌含量
• 5.2.5 分光光度法测定木片内蒽醌浓度梯度
• 5.2.6 离子交换法测定木片内磺酸基含量
• 5.2.7 分子结构式法计算HLB值
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 蒸煮表面活性剂筛选
• 5.3.2 添加LAS的尾巨桉AS-AQ制浆正交试验
• 5.3.3 LAS在蒸煮中作用机理研究
• 5.3.4 添加表面活性剂的尾巨桉AS-AQ的TCF漂白研究
• 6 壳聚糖类和淀粉类干强剂在尾巨桉KP-AQ浆中的应用研究
• 6.1 实验材料与方法
• 6.1.1 药品及仪器
• 6.1.2 壳聚糖粘均分子量测定
• 6.1.3 壳聚糖接枝共聚物合成
• 6.1.4 壳聚糖接枝共聚物性能指标测定
• 6.1.5 红外光谱扫描
• 6.1.6 浆料羧基含量测定
• 6.1.7 抄纸
• 6.1.8 纸张物理性能检测
• 6.1.9 纸页电镜扫描
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 壳聚糖接枝共聚物的合成机理
• 6.2.2 壳聚糖类接枝共聚物增强机理
• 6.2.3 合成接枝共聚物性能测定及分析
• 6.2.4 CTS-DMDAAC及CTS-AM-DMDAAC共聚物结构标识
• 6.2.5 尾巨桉KP-AQ浆中羧基含量分析
• 6.2.6 添加CTS-AM-DMDAAC对纸张物理性能的影响
• 6.2.7 纸页电镜扫描结果及讨论
• 6.2.8 添加淀粉—丙烯酰胺二元接枝共聚物增强剂前后纸性比较
• 6.2.9 混合二元和三元体系干强剂工艺条件和使用效果研究
• 6.2.10 添加二元、三元共聚物干强剂对尾巨桉KP-AQ漂白浆纸性影响
• 6.2.11 小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.1.1 尾巨桉材性
• 7.1.2 尾巨桉APMP制浆性能及制浆机理研究
• 7.1.3 尾巨桉KP制浆及其机理研究
• 7.1.4 表面活性剂在尾巨桉AS-AQ制浆及其各段漂白中的应用研究
• 7.1.5 添加壳聚糖类和淀粉类干强剂的效果
• 7.2 建议
• 7.2.1 尾巨桉APMP制浆
• 7.2.2 尾巨桉KP-AQ漂白
• 7.2.3 表面活性剂在尾巨桉AS-AQ制浆和TCF漂白
• 7.3 论文创新点
• 参考文献
• 个人简介
• 第一导师简介
• 第二导师简介
• 博士在读期间发表论文
• 致谢