玉米秸皮制備包裝紙的試驗研究

譚 微，常 江，邊智琦，鄭 起，劉 暢，郭 岳

（哈爾濱商業(yè)大學(xué) 輕工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱）

木材纖維是制漿造紙所使用的主要原料，但我國的森林覆蓋率比較低，木材資源貧乏，森林的地域分部不平衡，可以利用的資源較少。木材資源的綜合利用率不充分，在使用木材纖維造紙時未采用高得率法制漿的生產(chǎn)工藝。隨著可持續(xù)發(fā)展觀與生態(tài)平衡觀念的落實，森林資源的使用受到了限制。這些因素造成了我國造紙原料的短缺。造紙資源短缺的局面是制約我國造紙業(yè)發(fā)展的重要因素[1]。

我國是個農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)作物的產(chǎn)量都很高，隨之而來的就是大量農(nóng)作物副產(chǎn)品的產(chǎn)生，我國處理農(nóng)作物秸稈的方法主要是焚燒，大大增加了環(huán)境的負擔。另一方面我國作為木材資源匱乏的國家，造紙原料依賴進口，成本較高。玉米秸稈作為一年生植物，與木漿纖維相比成份及狀態(tài)相似，經(jīng)過一定工序的處理，可以成為造紙原料，是潛在的可再生纖維資源。因此，對玉米秸稈制備紙張的研究，可以為我國開發(fā)更加廣闊的資源替代木材，減少木材的砍伐，從而保護環(huán)境，同時，也解決了原料依賴進口的問題，大大降低了造紙的成本，而且還解決了我國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量高無法處理的難題，減少了燃燒植物秸稈所帶來的空氣污染[2]。

1 玉米秸稈材料的特性分析

1.1 玉米秸稈的組成

玉米秸稈由皮、穰和葉3 部分組成，各部分所含的成份與纖維的形態(tài)各不相同。研究表明，穰和葉占總體的含量要比皮所占的含量多[3]。

1.2 玉米秸稈的成分

玉米秸皮中木素和纖維素的含量高，所含成分與木材差異不大，纖維長而且強度與韌性好。玉米秸稈穰和葉中糖、粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量較高，穰和葉為原料所制的紙漿漿液黏度較大，會出現(xiàn)過濾困難的問題[4]。

2 玉米秸皮紙張制備試驗

2.1 原料

本研究所用材料來源于中國黑龍江阿城，為當年收獲正常生長玉米秸稈，收獲后先在室外通風(fēng)處豎立堆積，經(jīng)過2 個月左右的自然風(fēng)干后，收集作為試驗材料。秸稈試樣形態(tài)完好，顏色正常，無明顯破損和霉變，株高為2200～2500mm，直徑為20～37mm，平均含水量為10%左右。

2.2 試驗藥品

NaClO（A.R. 北京惠寶聯(lián)化科技有限公司）；NaOH（A.R. 天津福晨化學(xué)試劑有限公司）；漂白粉（28%～32%A.R. 天津東明區(qū)天大化學(xué)試劑）；H2O2（30%C.P. 天津市天力化學(xué)試劑有限公司）。

2.3 試驗流程

玉米秸稈清潔→切段提取秸皮→堿煮30min→清水清洗→H2O2漂白→NaClO 漂白→清水清洗→纖維打漿細化→造紙輔料混合→抄紙→烘干。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 紙張力學(xué)性能

采用CTM8050 微機控制電子萬能試驗機分別對制備試樣和未處理直接抄紙的試樣的力學(xué)性能參數(shù)進行了測試，測試取5 次試驗數(shù)據(jù)平均值記入表2。

表2 不同目數(shù)秸稈所得紙張的各項性能值Tab.2 Properties of papers manufactured bydifferent mesh-number straw

試驗結(jié)果表明，經(jīng)過預(yù)處理再進行抄造的紙張試樣在最大載荷、抗拉強度、斷裂伸長率、斷裂強度和斷裂伸長等方面都較未經(jīng)過處理直接抄紙的試樣有很大改善。說明堿處理和打漿細化等工序適用于玉米秸皮的預(yù)處理，能夠起到改善纖維質(zhì)量，提高成紙力學(xué)性能的作用。

3.2 紙張白度

白度是衡量紙張外觀質(zhì)量的重要標準，玉米秸皮中木素含量較高，加之雜質(zhì)物質(zhì)較多，所以本色紙漿顏色較深，不利于抄造白度較好的紙張。因此，需要探索一些簡便實用的方法對原生紙漿進行一定的處理[5]。本試驗中采用H2O2和NaClO 對秸皮纖維進行二次漂白處理，并在抄紙過程中，加入高嶺土作為填料進行紙張試樣白度的改善[6]。并將試樣與前期試驗中的未漂白試樣和氫氧化鈉漂白試樣進行了對比。取5 次測試數(shù)據(jù)平均值作圖得下圖。

圖1 試樣白度對比Fig.1 Comparison of whiteness between samples

試驗結(jié)果表明，經(jīng)過基本漂白處理的秸皮纖維白度有明顯改善，不同的漂白方法相比，采用H2O2和NaClO 的二次漂白方式的試樣白度較氫氧化鈉漂白有所提高，并且通過試驗過程觀察，紙漿的發(fā)黃現(xiàn)象明顯減少。通過添加高嶺土，也能夠一定程度改善試樣白度，但幅度不大?？梢耘袛噙^H2O2和NaClO2的二次漂白方式較適合于玉米秸皮的漂白處理。

4 結(jié)論

（1）玉米秸皮結(jié)果預(yù)處理后按照設(shè)定的工藝流程能夠抄造出質(zhì)量較好的試樣，并且力學(xué)性能指標和白度基本滿足包裝用紙需要。

（2）H2O2和NaClO 的二次漂白方式能夠明顯改善試樣白度，且有效避免紙漿纖維泛黃。

［1] 常永杰.我國造紙纖維原料的現(xiàn)狀及發(fā)展對策［J].湖北造紙，2013，（3）：40-42.

［2] 王巖，楊柏松.淺談秸稈綜合利用技術(shù)［J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2014，（7）：48-50.

［3] 王平.秸稈綜合利用技術(shù)的發(fā)展趨勢［J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2013，（6）：67-68.

［4] 張新愛，關(guān)潤伶.玉米秸稈加工包裝材料化學(xué)預(yù)處理條件研究［J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，（7）：276-277.

［5] 張倩.淺析紙張白度［J].廣東印刷，2010，（8）：48-51.

［6] 蔡廣超,馬馳,黃科林,等.高嶺土綜合利用技術(shù)研究進展［J].大眾科技，2013，（6）：111-114.