[发明专利]改进的预水解碱法制造竹溶解浆的方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程、水解技术、溶解浆制造工艺领域，具体涉及一种改进的预水解碱法制造竹溶解浆的方法及其产品。

背景技术

木质纤维素原料主要应用于纸浆和溶解浆，后者包括粘胶纤维浆粕、醋酸纤维素溶解浆、硝化纤维素溶解浆和纤维素醚溶解浆等。粘胶纤维浆粕是其中最主要的品种，粘胶纤维浆粕工业经过近百年的发展已形成了完整的原材料和技术体系。近年来，随着市场需求和纤维产能的急剧扩大，国内粘胶纤维浆粕用量也随之大增，每年需要进口大量的木浆粕，原料瓶颈矛盾突出；同时，随着全球对资源和环境的日益关注，森林资源也愈加珍贵。

我国竹资源丰富，产量、种类和种植面积均占世界三分之一，更重要的是，竹子生长期为二至三年，比木材短很多，故开发竹溶解浆有原料保障。溶解浆制浆技术发展至今，形成了亚硫酸盐法和碱法二大制浆体系，针对高多缩戊糖含量的木质纤维素原料，碱法还发展出预水解苛性钠法、预水解硫酸盐法等制浆方法。

中国专利号ZL00135021.8涉及一种以预水解碱法为特征的粘胶纤维竹浆粕制造方法，预水解技术条件为：液比1∶2.5～3.5，温度160～180℃，时间100～180分钟，在蒸煮器中进行。

中国专利号ZL02112175.3涉及一种不溶性竹浆粕的改性方法，即对造纸竹浆进一步用苛性钠蒸煮制备粘胶纤维竹浆粕。此方法对原料而言是二次蒸煮，结合第一次蒸煮，本质上还是苛性钠法制浆，并且总制程长且过程重复，化物料浪费严重，生产负荷和环境负荷大，生产成本高。

中国专利号ZL02133752.7涉及一种以亚硫酸盐蒸煮为特征的粘胶纤维竹浆粕制造方法，在蒸煮之前设一预处理工序，实际上是起预水解作用。

中国专利公开号CN1970850A涉及一种苛性钠制浆方法，在蒸煮之前设一预煮工序，其本质作用是实现预水解，在预煮时加入了少量的苛性钠，用于中和预水解过程中产生的醋酸和蚁酸等有机酸，减轻对蒸煮设备的腐蚀。

中国专利公开号CN101158122A涉及一种硫酸盐制浆方法，取消了预水解步骤，表面上流程缩短，但多缩戊糖全部作为废弃物排除，资源浪费。

上述几种涉及竹溶解浆制造方法的公开技术实质上还是属于传统的碱法或亚硫酸盐法的制浆范畴。针对竹材多缩戊糖含量高的特点，预水解的基本工艺思想是，通过水解除去部分多缩戊糖，并破坏纤维细胞壁结构，为进一步通过蒸煮除去打下基础。上述技术方案共同的特点是：一、在蒸煮前设立的预水解工序一般采用所谓的无酸水解，即不另外添加酸作为水解催化剂，而是利用原料自身在高温时分解出的醋酸作为水解催化剂，醋酸的水解活性只有硫酸和盐酸的几十分之一，因此采用小液比、高温和长时间反应的水解工艺，预水解一般在蒸煮器中进行；二、通过预水解除去多缩戊糖的比例没有明确的控制范围；三、对预水解最终产物的控制以能溶出并除去为准，具体何种产物不加以控制，一般情况下最终产物以糠醛为主体；四、预水解产物基本没有加以利用，而是废弃。

上述溶解浆制浆方法的最大特征是，以纤维素提取为核心，将木质纤维素原料中其它组份包括多缩戊糖和木质素尽量多的溶出并与纤维素分离，并通常作为废弃物排除，体现的是木质纤维素原料中纤维素单一组份利用的思想。这里，多缩戊糖水解以及木质素分解后作为废弃物，从制浆过程角度看，生产负荷并没有减少，而且增加了环境负荷，浪费资源。

实际上，竹材中除含有42～51％的纤维素外，还含有19～25％的多缩戊糖，是木糖基以(1→4)β苷键联接成主链，并在主链的C3和C2上联接有L-呋喃式阿拉伯糖基、4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸基或葡萄糖醛酸基枝链。根据植物纤维水解理论，这些多缩戊糖的水解主要分为二段，第一段是多缩戊糖水解为木糖和L-阿拉伯糖等，也就是所谓多糖的水解；第二段是木糖等单糖分解为糠醛及其进一步分解，也就是所谓单糖的分解。

从上世纪初植物水解工业开始发展的相当长时间内，半纤维素特别是多缩戊糖是以水解和分解至糠醛为止，并用作化工原料。溶解浆制浆的预水解工艺在年代和技术方面基本与其同步，采用预水解方法水解多缩戊糖后进一步分解并除去。近年来，随着天然资源木质纤维素原料应用开发的深入，作为最重要的戊糖，以木糖为原料基础的糖醇工业发展迅速，通过发酵法生产燃料乙醇也开始起步。因此，木糖的重要性和应用前景凸显，也促使我们重新审视传统预水解碱法制浆方法，提出在提取利用纤维素的同时，对多缩戊糖也同样加以分离、提取和应用的多组份综合利用的思路。