CN107881842A

CN107881842A - 一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法

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Publication number: CN107881842A
Application number: CN201711183636.4A
Authority: CN
Inventors: 刘玉; 张建华; 王东; 姜海强; 陈洪雷; 吴芹
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Shandong Kemai Bio Pulping Co ltd
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2018-04-06
Anticipated expiration: 2037-11-23
Also published as: CN107881842B

Abstract

本发明公开一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法，涉及利用纤维素造纸领域；将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为1‑10%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5‑5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆，其中秸髓浓度为0.5‑5%；再向秸髓浆中加入过氧乙酸至过氧乙酸质量浓度为1‑8%或者再向秸髓浆中加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为1‑8%；再对秸髓浆进行搅拌或振荡处理，洗涤至中性后与废纸浆混合，秸髓在混合纸浆中的质量分数为10%‑30%，利用混合纸浆抄制瓦楞原纸。

Description

一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法

技术领域

本发明公开一种制备高强度瓦楞原纸的方法，涉及利用纤维素造纸领域，具体地说是一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法。

背景技术

我国是农业大国，秸秆产量每年可达亿吨之多，这一巨大的资源在农村除被用作生活能源外，大部分弃之于地，或就地焚烧，只有少部分作为饲料或产生沼气。秸秆是由秸皮、秸髓和叶部构成的，秸皮的主要成分是纤维素和木质素；秸髓则包含大量的半纤维素、淀粉和少量蛋白成分；秸叶主要含有粗蛋白、粗脂肪和糖类物质。

目前，我国造纸原料主要包括木材、非木材和废纸。据中国造纸协会测算，2016年木浆使用量比重占原料总量的23%，非木浆比重占15%，废纸浆比重占62%。近年来废纸浆所占比重呈逐渐增加趋势，废纸已成为中国造纸工业发展的重要依赖资源，中国造纸业可持续发展的循环经济特征越来越显著。其中瓦楞原纸是生产瓦楞纸板的重要组成材料之一。瓦楞原纸要求纤维结合强度好，纸面平整，有较好的紧度和挺度，要求有一定的弹性，以保证制成的纸箱具有防震和耐压能力。瓦楞纸是各行各业不可缺少的包装用纸，特别是近年来随着我国电商网购的盛行，对包装用纸需求量急增，大大推动了瓦楞纸生产行业的发展，很多生产企业选择以废纸浆为原料生产瓦楞原纸，但我国使用的瓦楞原纸普遍是高定量的，并且高强度瓦楞原纸极少，附加值低，无法满足纸箱厂对产品质量日益提高的要求，因此对于高强度瓦楞原纸的需求还要依赖进口。所以尽快研发经济、合理的高强度瓦楞原纸的生产方法来提高企业产品质量，满足社会生产需求十分必要。

韩国专利（KR101232633 (B1)）介绍了一种利用沉淀碳酸钙提升废纸瓦楞纸箱质量的方法。首先将生石灰（CaO）导入反应器，加入水制备出氢氧化钙，再将废纸浆放入反应器，恒温下充分搅拌氢氧化钙和废纸浆制成混合物，利用该混合物生产瓦楞纸箱，强度性能和光学性能均得到明显提高，且节约纤维资源，利于成本降低，但是，由于瓦楞纸箱中混入大量无机成分，造成植物纤维比例下降，会给纤维收集、回用造成一定负面影响。

日本专利（JP2004299779 (A)）提供了一种通过印刷特种油墨来提高瓦楞纸板强度的方法。所用油墨中包含了一定量的合成树脂，利用树脂的粘合性来提高纤维间的结合力，从而实现纸板强度的提升。该方法使瓦楞纸板生产工序和强度提高工序分离，采用特种油墨在纸板上印刷商业广告（标语）的同时也提高了纸板强度，操作简单，工艺流程简短。然而，含有树脂成分的纸/纸板在回用过程中极难分散成纤维，去除其中的树脂成分也是该种废纸/纸板回用的必要步骤，从而引起循环利用过程复杂，不利于环保。

公开号为CN103806319A的中国发明专利公开了一种采用废纸生产高强瓦楞原纸的方法。具体步骤为：（1）将国产废纸进行碎浆、筛选、浓缩、中浓磨浆和乙酰化处理，得到国产废纸浆料；（2）将A级牛卡纸尾浆进行筛选、净化、浓缩和中浓磨浆处理，得到处理后的A级牛卡纸尾浆；（3）将国产废纸浆料和A级牛卡纸尾浆均匀混合，制成混合浆料；（4）混合浆料再经抄前池、白水桶、冲浆泵、压力筛、流浆箱进行布浆、在网部脱水形成湿纸幅，再经压榨、前烘干、施胶、后烘干后生产出规格产品。本方法可充分利用废纸，变废为宝，成产成本低，且过程安全、绿色环保。但国产废纸浆料制备时需要乙酰化处理，增加了工艺复杂性。

公开号为CN104988790A的中国发明专利公开了一种用麦秆及废纸制备瓦楞纸的方法，制备步骤为：（1）麦秆预处理→软化→微生物分解→分丝→磨浆→筛浆→得麦秆浆料；（2）废纸的碎解→浆料的净化和除杂→浆料的浓缩、熟化及中浓磨浆→得废纸浆料；（3）将麦秆浆料与废纸浆料按比例混合抄纸，制备出瓦楞纸产品。该发明利用了农业废弃物---麦秆生产瓦楞纸，改变了原来制作高强瓦楞纸只能用废纸浆和/或原浆的历史，减少了生产成本和过程污染。但麦秆预处理时包含微生物处理过程，原料需高温灭菌，处理过程需要无菌环境，且微生物处理时间较长，给实际生产带来一定困难。

公开号为CN106256953A的中国发明专利公开了一种皮革废料配抄OCC废纸生产高强瓦楞芯纸的方法，首先将皮革废料处理成以单根纤维形态存在的胶原纤维，再将OCC废纸碎浆后制成OCC浆料，最后按照一定比例混合胶原纤维和OCC浆料组成混合浆料，用混合浆料制成高强瓦楞芯纸。本发明实现了资源的综合利用，为皮革废料提供了一种全新的处理方法，生产过程环保、清洁、避免了环境污染。但是，皮革废料收集、运输及处理存在一定难度，且胶原纤维和植物纤维交织产品对后期纤维再回用的影响还有待于进一步研究，一定程度上限制了该方法大规模推广应用。

公开号为CN101210403的中国发明专利介绍了一种提高全废纸瓦楞原纸环压强度的方法，利用苯酚与二乙烯三胺混合加热至65℃～75℃，混入甲醛溶液，高温下（100～110℃）反应30min，冷却至室温后，用氢氧化钠调节pH值至10.0～11.0，制得增强剂。在不改变全废纸瓦楞原纸原有生产工艺前提下，使用制备的增强剂可显著提高瓦楞原纸的强度性能。该方法可在瓦楞原纸的生产过程中将制备的增强剂直接添加于纸浆中，不改变原生产工艺流程，添加形式简单，成纸的环压强度、抗张指数等指标均能得到提高。但增强剂制备过程较复杂，给生产成本经济性带来一定影响，具有一定的应用局限性。

综上所述，利用废纤维生产瓦楞纸是该种生物质资源综合利用的良好途径，寻求操作简单、节能环保、效果优良的提高瓦楞纸强度的方法备受人们关注。本发明以秸秆为原料，分离出秸髓，经处理，与废纸浆配比抄制瓦楞原纸，实现瓦楞纸强度的提高。

发明内容

本发明提供一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法，所采用的技术方案为：

一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法，将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为1-10%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆，其中秸髓浓度为0.5-5%；

再向秸髓浆中加入过氧乙酸，至过氧乙酸质量浓度为1-8%或者再向秸髓浆中加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为1-8%；

再对秸髓浆进行搅拌或振荡处理，洗涤至中性后与废纸浆混合，秸髓在混合纸浆中的质量分数为10%-30%，利用混合纸浆抄制瓦楞原纸。

所述的方法中秸髄粉碎后通过不超过20目的筛网，得到秸髓粉。

所述的方法中在20-50℃下浸泡物料2-10小时，洗涤至中性，加水获得秸髓浆。

所述的方法中将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为3-7%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆。

所述的方法中向秸髓浆中加入过氧乙酸，至过氧乙酸质量浓度为2-8%或者再向秸髓浆中加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为2-8%。

所述的方法中在25-60℃条件下对秸髓浆进行搅拌或振荡处理3-24小时，其中搅拌或振荡速度为20-200rpm。

一种利用秸秆和废纸浆制备的高强度瓦楞原纸，通过如下方法制备：将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为1-10%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆，其中秸髓浓度为0.5-5%；

再对秸髓浆进行搅拌或振荡处理，洗涤至中性后与废纸浆混合，得到混合纸浆，并且秸髓在混合纸浆中的质量分数为10%-30%，利用混合纸浆抄制瓦楞原纸。

所述的瓦楞原纸的制备过程中：将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为3-7%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆。

所述的瓦楞原纸的制备过程中：秸髓浆中加入过氧乙酸，至过氧乙酸质量浓度为2-8%或者秸髓浆中加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为2-8%。

所述的瓦楞原纸的制备过程中：在25-60℃条件下对秸髓浆进行搅拌或振荡处理3-24小时，其中搅拌或振荡速度为20-200rpm。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法，选用秸秆和废纸浆为原料，将秸秆中无人利用的秸髓先进行粉碎，减小物料尺寸，以便药液渗透，再利用碱液进行处理，润胀物料，利于后续化学试剂处理；并一定程度上去除秸髓中的木素、抽出物等成分，避免对纸张质量的不利影响，再利用过氧乙酸等氧化剂处理，破坏秸髓的细胞结构，使秸髓表面暴露更多的羟基基团，和纤维形成氢键连接，提高纤维结合强度，进一步提高瓦楞原纸的强度；

因此利用本发明方法不但选取的原料丰富，产量充足有保障，原料成本低，而且生产工艺简单，反应时间短，耗时较少，耗能低，并且将无人利用的秸髓加入到纸浆中，并限定了比例，进一步提高瓦楞原纸的强度，实现了二次纤维的高效回用，还有利于农业废弃物的资源化利用，利于节能降耗。

附图说明

图1本发明方法的流程示意图；

图2未加秸髓的瓦楞原纸扫描电镜图；

图3本发明方法制作的瓦楞原纸扫描电镜图。

具体实施方式

本发明提供一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法，将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为1-10%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆，其中秸髓浓度为0.5-5%；

同时提供与上述方法相对应的一种利用秸秆和废纸浆制备的高强度瓦楞原纸，通过如下方法制备：将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为1-10%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆，其中秸髓浓度为0.5-5%；

具体实施时可选用农作物的秸秆，如小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆等。因取材更为方便，本次举例选择玉米秸秆，结合具体实施对本发明对进一步说明。

实施例1：

以玉米秸秆和废纸浆为原料制备高强度瓦楞原纸。玉米秸秆晒干后，去除秸皮分离出秸髓，粉碎秸髓过20目筛，将秸髓粉浸入1%的NaOH溶液，至物料浓度为1%，在20℃浸泡4小时后水洗至中性，加水获得秸髓浆，至其中秸髓质量浓度为2%，加入过氧乙酸至其浓度为3%，在25℃下搅拌处理3小时，搅拌转子的速度是200 rpm，洗涤至中性，得到处理后的秸髓浆，混合秸髓浆与废纸浆，至混合纸浆中的秸髓的质量分数为10%，用混合纸浆抄制定量为130g/m2的瓦楞原纸，与同等条件下用纯废纸浆抄制的瓦楞原纸相对比，常温常压下，纸张抗张强度提高了57%，环压强度提高了72%。

实施例2：

以玉米秸秆和废纸浆为原料制备高强度瓦楞原纸。玉米秸秆风干后，去除秸皮分离出秸髓，粉碎后的秸髓过20目筛，将秸髓粉浸入5%的KOH溶液，至物料浓度为1.5%，在35℃条件下浸泡6小时，然后水洗至中性，再加水至秸髓质量浓度为1%，加入过氧乙酸至其浓度为2%，在35℃下振荡处理 6小时，转速为100rpm，洗涤至中性，得到处理后的秸髓浆，混合秸髓浆与废纸浆，至混合纸浆中的秸髓的质量分数为20%，用混合纸浆抄制定量为150g/m2的瓦楞原纸，与同等条件下用纯废纸浆抄制的瓦楞原纸相对比，常温常压下，纸张抗张强度提高了87%，环压强度提高了108%。

实施例3：

以玉米秸秆和废纸浆为原料制备高强度瓦楞原纸。玉米秸秆晒干后，去除秸皮分离出秸髓，粉碎秸髓后过20目筛，将秸髓粉浸入NaOH和KOH共同的质量浓度3%的混合溶液，至物料浓度为2.5%，在室45℃下浸泡2小时，将秸髓水洗至中性，再加水至秸髓质量浓度为2.5%，加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为6%，在60℃下搅拌处理15小时，搅拌转子的速度是20rpm，洗涤至中性，得到处理后的秸髓浆，混合秸髓浆与废纸浆，至混合纸浆中的秸髓的质量分数为30%，用混合纸浆抄制定量为160g/m2的瓦楞原纸，与同等条件下用纯废纸浆抄制的瓦楞原纸相对比，常温常压下，纸张抗张强度提高了167%，环压强度提高了205%。

实施例4：

以玉米秸秆和废纸浆为原料制备高强度瓦楞原纸。玉米秸秆风干后，去除秸皮，分离出秸髓，秸髓粉碎后过20目筛，将秸髓粉浸入7%的NaOH和KOH混合溶液，至物料浓度为4%，在室40℃下浸泡8小时，将秸髓水洗至中性，再加水至秸髓质量浓度为3%，加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为1%，在50℃下振荡处理12小时，转速为150rpm，洗涤至中性，得到处理后的秸髓浆，混合秸髓浆与废纸浆，至混合纸浆中的秸髓的质量分数为25%，用混合纸浆抄制定量为100g/m2的瓦楞原纸，与同等条件下用纯废纸浆抄制的瓦楞原纸相对比，常温常压下，纸张抗张强度提高了117%，环压强度提高了162%。

实施例5：

以玉米秸秆和废纸浆为原料制备高强度瓦楞原纸。玉米秸秆风干后去除秸皮，分离出的秸髓粉碎后过20目筛，将秸髓粉浸入10%的NaOH溶液，至物料浓度为5%，在室50℃下浸泡10小时，将处理后的秸髓水洗至中性，再加水至秸髓质量浓度为5%，加入过氧乙酸至其浓度为8%，在45℃下搅拌处理24小时，搅拌转子的速度是50rpm，洗涤至中性，得到处理后的秸髓浆，混合秸髓浆与废纸浆，至混合纸浆中的秸髓的质量分数为25%，用混合纸浆抄制定量为200g/m2的瓦楞原纸，与同等条件下用纯废纸浆抄制的瓦楞原纸相比，常温常压下，纸张抗张强度提高了95%，环压强度提高了124%。

其中上述实施例中，抗张强度按照GB/T453-1989标准，采用ZL-100A型抗张测定仪测定；环压强度按照GB/T 2679.8-1995标准，采用HSD-A型压缩试验仪测定。并且基于上述实施例，其他具体实施中，秸髓粉与质量浓度为3-7%的碱溶液进行混合，及秸髓浆中加入过氧乙酸，至过氧乙酸质量浓度为2-8%或者秸髓浆中加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为2-6%时，纸张抗张强度和环压强度提高的相对较多。

并且利用本发明方法制作的瓦楞原纸扫描电镜图与未加秸髓的瓦楞原纸扫描电镜图进行对比，可看出图2中纸张的纤维相互交织，但纤维之间出现较多较大空隙，空隙处纤维与纤维相分离，分离的纤维间不能形成氢键，无法贡献结合强度；而图3中纸张的纤维相互交织，并且秸髓加入后，填充纤维与纤维间的空隙，在纤维之间产生桥联作用，使纤维与纤维发生间接结合，提高纤维间的结合强度，从而提高纸张的强度性能。

实施例未例举到的数值，可根据实际情况在本发明的技术方案中的限定范围内进行调整，不再累述。

Claims

1.一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法，其特征是将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为1-10%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆，其中秸髓浓度为0.5-5%；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是秸髄粉碎后通过不超过20目的筛网，得到秸髓粉。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是在20-50℃下浸泡物料2-10小时，洗涤至中性，加水获得秸髓浆。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为3-7%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是向秸髓浆中加入过氧乙酸，至过氧乙酸质量浓度为2-8%或者再向秸髓浆中加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为2-8%。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是在25-60℃条件下对秸髓浆进行搅拌或振荡处理3-24小时，其中搅拌或振荡速度为20-200rpm。

7.一种利用秸秆和废纸浆制备的高强度瓦楞原纸，其特征是通过如下方法制备：将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为1-10%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆，其中秸髓浓度为0.5-5%；

8.根据权利要求7所述的瓦楞原纸，其特征是制备过程中：将秸秆干燥后，去除秸皮分离出秸髓，秸髄粉碎，将秸髓粉与质量浓度为3-7%的NaOH和/或KOH溶液混合，至物料的质量浓度为0.5-5%，物料浸泡后洗涤至中性，加水获得秸髓浆。

9.根据权利要求7或8所述的瓦楞原纸，其特征是制备过程中：秸髓浆中加入过氧乙酸，至过氧乙酸质量浓度为2-8%或者秸髓浆中加入盐酸溶液调节秸髓浆的pH值至2以下，再加入二氧化氯，至秸髓浆中二氧化氯的质量浓度为2-8%。

10.根据权利要求9所述的瓦楞原纸，其特征是制备过程中：在25-60℃条件下对秸髓浆进行搅拌或振荡处理3-24小时，其中搅拌或振荡速度为20-200rpm。