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制浆造纸工业是国民经济的基础产业,制浆造纸工业的发展,支持和促进了国民经济的增长。我国造纸市场潜力巨大,发展迅速,中国已成为世界上第二大纸张生产国和消费国。但资金短缺、原料资源和环境污染问题成为当前困扰我国造纸工业发展的三大难题。乙醇法制浆是一种新型无污染有机溶剂制浆技术,具有投资省、无污染、副产物可回收利用、浆得率高、成浆质量好等优点,可以从根本上克服传统碱法制浆的污染大和投资大的问题。
本研究以麦草原料为对象,在原有工艺与机理研究的基础上,着重对自催化乙醇制浆中的特异性从理论上进行刨析;通过波谱分析技术对麦草的原料木素、纸浆的中的残余木素以及溶出木素的结构及制浆过程中结构变化进行了研究;对制浆机理进行了探讨;根据所研究结果进一步优化了抽提工艺条件,并为乙醇法制浆漂白工艺的研究提供理论基础和技术指导。
本研究首先对自催化乙醇法制浆工艺进行了优化,根据优化后工艺条件制备了浆料,并在保温开始、保温15min、保温30min、保温60min和保温120min时分别取出浆料,测定指标,提取木素。提纯后的木素利用红外光谱(FT-IR)、紫外光谱(UV)、核磁共振(NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)进行了分析。
研究发现,麦草乙醇法制浆过程中木素的分解以醚键断裂为主,α芳醚键较易断裂,断裂完全,β芳醚键只能部分发生断裂;经过制浆,木素中有共轭羰基生成;与苯环酯键连接的香豆酸结构和松柏醛结构没有被完全分解,使乙醇浆残余木素中含有共轭烯基和非共轭羰基,共轭双健的存在,使浆白度低;制浆过程除愈疮木基结构(G)最易脱除,其次为对羟苯基结构(H),紫丁香基结构(S)最难脱除,这从一个方面证明麦草乙醇法制浆具有局部化学选择性,脱木素从胞间层开始,胞间层木素脱除后便已成浆;浆料残余木素中5-5,β-5、β-1等缩合结构都不存在,纸浆中残余木素和溶出木素分子量都比原料木素的低,说明乙醇法制浆过程中木素不易发生缩合。溶出木素浓度比较大时容易吸附到纤维上。
工艺研究表明,麦草自催化乙醇法蒸煮适合的工艺为:乙醇浓度55%;液比1:8;升温时间30~40min;最高温度195℃;保温时间60~70min。