本發明涉及制漿造紙,更具體地,涉及一種紅麻皮紙、紅麻皮纖維漿及其綠色制漿方法。
背景技術:
1、紅麻是一種可再生、高纖維含量的非木材生物質資源,具有生長周期短、適應性強、種植成本低等顯著優勢,其韌皮部(紅麻皮)富含纖維素纖維,是制漿造紙、生物基復合材料、紡織原料等領域的理想原料,在替代木材資源、緩解環保壓力方面具有重要應用價值。
2、現有紅麻制漿工藝中,堿法制漿仍為常見路線之一,堿法(燒堿法、硫酸鹽法)通過高溫高壓(150~180℃、0.6~1.0mpa)下的強堿性試劑(如氫氧化鈉、硫化鈉)降解紅麻皮中的木質素和半纖維素,實現纖維分離。盡管目前堿回收工藝已相對成熟,雖然可回收部分堿性試劑,但也存在堿回收設備投資大、環保投入高、中小規模企業難以適配等問題。
3、現有紅麻制漿工藝已發展出溶劑預處理、生物酶處理以及機械/物理輔助等多種技術路線。其中,基于氫鍵網絡溶劑體系的預處理方法因具有較好的環境友好性與可回收潛力而受到關注。然而,相關方案在紅麻原料和溶劑體系在制漿實際應用中可能出現傳質受限等情況,影響非纖維素組分的去除與纖維潤漲解離的協同,增加了能耗及后處理負擔。
4、cn117166276a公開了一種三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機械漿的方法,需生物酶輔助,增加成本與工藝復雜度;預處理高溫(100-150℃)高液比(1:10)、流程含多段磨漿,能耗與環保成本高。
5、cn119507255a公開了一種紅麻全桿apmp漿的制備方法,需用到naoh、h2o2、dtpa、mgso4及離子液體等多種化學試劑,污染風險高;該方法包含預汽蒸、擠壓疏解、預浸漬(超聲)、一段磨漿漂白、二段磨漿漂白、多次離心脫水等多步驟,能耗與設備投入高。
6、cn114086414a公開了一種基于酸性低共熔溶劑的木質纖維素制漿方法,采用芐基三乙基氯化銨和甲酸的酸性低共熔溶劑,甲酸呈強酸性,對反應設備的耐腐蝕性要求極高,需專用防腐設備,大幅增加設備購置與維護成本;蒸煮溫度為?120-140℃,液比為1:10~1:20,溶劑原料消耗成本大幅增加,且后續固液分離、溶劑回收的負荷翻倍,進一步推高運行成本。因此,工藝簡便、高得率、低能耗、溫和、經濟的適用于紅麻皮纖維原料的制漿技術的探究是相當必要的。如何在較溫和且低資源消耗的條件下兼顧制漿高得率與紙頁綜合力學性能的穩定提升,仍是亟待解決的技術問題。
技術實現思路
1、本發明為克服上述現有技術所述的缺陷,提供一種紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法。
2、本發明還提供一種紅麻皮纖維漿。
3、本發明還提供一種紅麻皮紙。
4、為解決上述技術問題,本發明的技術方案如下:
5、一種紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法,包括如下步驟:
6、(1)將紅麻皮纖維原料與蒸煮溶劑a混合、蒸煮,得到固液混合物;
7、(2)將所得固液混合物固液分離,所得固體經洗滌后得到紅麻皮纖維漿;
8、所述蒸煮溶劑a包括氯化膽堿、有機極性小分子和水;所述蒸煮溶劑a中氯化膽堿:有機極性小分子:去離子水的物質的量比為1?:?(2~4)?:?(1.97~5.92);
9、所述有機極性小分子包括尿素、醋酸、乳酸中的一種。
10、優選地,所述蒸煮溶劑a中氯化膽堿:有機極性小分子:去離子水的物質的量比為1:?(2~4)?:?(1.97~3.94)。
11、優選地,所述有機極性小分子包括尿素、醋酸中的一種。
12、優選地,所述紅麻皮纖維原料與蒸煮溶劑a的質量比為1:(3~5.5)。
13、優選地,所述紅麻皮纖維原料與蒸煮溶劑a的質量比為1:(4.8~5.2)。
14、優選地,所述蒸煮溶劑a的制備方法包括將氯化膽堿、有機極性小分子、去離子水混合形成透明均一溶液,得到蒸煮溶劑a。
15、優選地,所述紅麻皮纖維原料的長度為3-5?cm。
16、優選地,所述蒸煮溫度為80~100?℃。
17、優選地,所述蒸煮包括升溫和保溫,升溫時間為0.8~1.2?h,保溫時間為1~2?h。
18、優選地,所述蒸煮包括升溫和保溫,升溫溫度至80~100℃,保溫溫度為80~100℃。
19、優選地,所述蒸煮包括升溫和保溫,升溫溫度至80~90℃,保溫溫度為80~90℃。
20、優選地,步驟(2)中所述洗滌包括去離子水或乙醇沖洗,沖洗次數為3~5次,每次沖洗用水量為固體產物質量的8~10倍,直至洗滌液?ph?值為?6.8~7.2。
21、一種紅麻皮纖維漿,由本發明所述制備方法制備得到。
22、一種紅麻皮紙,由紅麻皮纖維漿經過打漿后,進行紙張抄造得到。
23、優選地,所述打漿包括采用pfi?磨漿機打漿,打漿中磨漿壓力為?3~4?n/mm,打漿中磨盤轉速為?1300~1500?r/min。
24、優選地,所述打漿的打漿度為29.5°sr~30.5°sr。
25、在本發明中,采用包含氯化膽堿、有機極性小分子和水的蒸煮溶劑體系,該體系可形成穩定氫鍵網絡,表現出對木質素和半纖維素的可控脫除作用;具備制備簡便、可回收、可重復利用、生物相容等優勢,符合綠色溶劑的特征,可降低制漿過程及廢液帶來的環境負擔。
26、在本發明中,無需對紅麻皮原料進行前處理,工藝流程簡單,反應條件溫和,僅需低溫(80~100℃)及較短的反應時間(升溫1h,保溫2h),顯著降低能耗,具有良好的工業適配性。
27、本發明工藝流程簡潔,無需搭配生物酶處理、超聲波/微波輔助等環節,本方法直接通過制漿、磨漿,流程大幅縮短,減少了設備投入和工藝復雜度。
28、在本發明中,制備得到的紅麻漿中,紅麻皮纖維損傷小,很大程度上保留了纖維的原始形態,充分發揮紅麻皮纖維長纖維的原料優勢,有助于纖維基材料力學性能的提升。
29、與現有技術相比,本發明技術方案的有益效果是:
30、本發明工藝流程簡潔、反應條件溫和,在80~100℃條件下升溫即可獲得紅麻漿,漿料得率最高可達93.3%。所用蒸煮溶劑制備步驟簡便,且具備可回收、可重復利用的特點,有利于降低溶劑消耗及廢液處理負擔。
31、本發明技術方案紅麻皮纖維損傷小,能夠在較大程度上保持纖維原始形態,充分發揮紅麻皮纖維長纖維的原料優勢,從而有助于提升紙頁力學性能;結果表明,所得紙頁抗張指數最高可達49.08?n·m/g,撕裂指數最高可達12.11?mn·m2/g,耐破指數最高可達2.50kpa·m2/g。
1.一種紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.根據權利要求1所述的紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法,其特征在于,所述蒸煮溶劑a中氯化膽堿:有機極性小分子:去離子水的物質的量比為1?:?(2~4)?:?(1.97~3.94)。
3.根據權利要求1所述的紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法,其特征在于,所述有機極性小分子包括尿素、醋酸中的一種。
4.根據權利要求1所述的紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法,其特征在于,所述紅麻皮纖維原料與蒸煮溶劑a的質量比為1:(3~5.5)。
5.根據權利要求1所述的紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法,其特征在于,所述蒸煮溫度為80~100?℃。
6.根據權利要求1所述的紅麻皮纖維漿的綠色制漿方法,其特征在于,所述蒸煮包括升溫和保溫,升溫時間為0.8~1.2?h,保溫時間為1~2?h。
7.一種紅麻皮纖維漿,其特征在于,由權利要求1~6任一項所述制備方法制備得到。
8.一種紅麻皮紙,其特征在于,由權利要求7所述的紅麻皮纖維漿經過打漿后,進行紙張抄造得到。
9.根據權利要求8所述的紅麻皮紙,其特征在于,所述打漿包括采用pfi?磨漿機打漿,打漿中磨漿壓力為?3~4n/mm,打漿中磨盤轉速為?1300~1500r/min。
10.根據權利要求8所述的紅麻皮紙,其特征在于,所述打漿的打漿度為29.5°sr~30.5°sr。