再生纖維素纖維用漿粕制備方法的研究

程浩南

(江西服裝學院，江西 南昌 330201 )

再生纖維素纖維用漿粕制備方法的研究

程浩南

(江西服裝學院，江西 南昌 330201 )

文章介紹了化學法和有機溶劑法制備再生纖維素纖維用漿粕的這兩類制漿方法的原理、特點和缺陷。通過對比分析，得有機溶劑法制備再生纖維素纖維用漿粕憑借其成本較低、對水污染程度較低等特點成為了將來再生纖維素纖維用漿制備方法的發(fā)展方向。

再生纖維素纖維；漿粕；制備方法

隨著石油資源的日益緊缺和棉花種植面積的不斷減少，開發(fā)再生纖維素纖維是必然的發(fā)展趨勢，且自然界存在著大量可供再生纖維素纖維生產(chǎn)的原料[1]。但是如何將原料中纖維素、半纖維素及其木素等成分進行有效分離，制成可供生產(chǎn)纖維的漿粕是首先要解決的問題。

目前再生纖維素纖維用漿粕的制備方法主要分為如下幾類：化學法制漿、半化學法制漿、化學機械法制漿、機械法制漿以及有機溶劑制漿。本文通過介紹化學法制漿和有機溶劑制漿這兩大類，為以后再生纖維素纖維用漿粕制備方法的研究提供一些理論參考。

1　化學法制備再生纖維素纖維用漿粕

1.1硫酸鹽法制備再生纖維素纖維用漿粕

硫酸鹽法制漿[2]以NaOH和Na2S作為蒸煮液的有效成分，其中NaOH能使木質(zhì)素溶解，脫除出纖維細胞壁和胞間層，是用作分裂木質(zhì)素大分子和溶解木質(zhì)素的化學藥劑。硫氫根和硫離子是Na2S在蒸煮過程中分解生成，其不僅能打開木質(zhì)素分子間的某些鍵，加速去除木質(zhì)素，還能緩和強堿對于纖維素的損傷。在生產(chǎn)過程中，可用硫酸鈉補充硫化鈉的損失。在制漿過程中還可加入像Na2CO3這樣的堿性物質(zhì)，可增加半纖維素溶出率。該方法自出現(xiàn)以后，由于其漿粕顏色深，不易漂白， 廣泛用于生產(chǎn)包裝紙。直到二氧化氯漂白技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動了硫酸鹽法制漿的應用范圍。

硫酸鹽制漿法具有以下特點：原料適應性強、堿回收系統(tǒng)完善、能源消耗少、污染小、得率較高等，倍受企業(yè)的喜愛，至今仍有廣泛的應用。

1.2亞硫酸鹽法制備再生纖維素纖維用漿粕

亞硫酸鹽法制漿[3、4]是將原料置于亞硫酸及鈣、鎂等亞硫酸鹽的混合液中浸漬，在高溫條件下蒸煮，使木質(zhì)素磺化后水解溶出同時原料離解成纖維狀漿粕的制漿方法。

在亞硫酸鹽法制漿中，蒸煮液由亞硫酸鈣逐漸被替換成亞硫酸鎂、亞硫酸鈉、亞硫酸銨等，其主要是-SO3H與木質(zhì)素反應，生成溶于水的物質(zhì)，從而脫除木質(zhì)素。 亞硫酸鹽法制漿的方法是美國人B.C.蒂爾曼最早發(fā)現(xiàn)的，該方法由于具有成本較低，成漿色澤淺等優(yōu)點，在19世紀90年代至20世紀40年代的50余年中得到了廣泛應用。隨著科技的發(fā)展，亞硫酸鹽法制備漿粕受到了很大沖擊，亞硫酸鹽法制漿也開始逐漸改進，從單一的酸性制漿逐漸發(fā)展了中性、堿性亞硫酸鹽制漿，使其適應范圍變廣。

亞硫酸鹽法制漿具有以下特點：得率較高，成漿色澤淺，但原料適應性不廣，能耗大，堿回收系統(tǒng)不完善，回收的經(jīng)濟效益低，因此逐漸被硫酸鹽法制漿所取代。

1.3化學法制備再生纖維素纖維用漿粕存在的問題

化學法制備再生纖維素纖維用漿粕在生產(chǎn)過程中基本都使用含硫的化學試劑，在蒸煮工藝中反應生成的物質(zhì)對環(huán)境造成很大危害，如SO2、H2SO4等，來自于環(huán)境方面的壓力，使傳統(tǒng)制漿面臨挑戰(zhàn)。同時這類方法中都采用去離子水作為溶劑，蒸煮過程會產(chǎn)生大量的廢水，并且廢水中存在大量的化學試劑及其脫除的木質(zhì)素，給廢水的處理帶來很大的問題，造成資源的大量浪費。

2　有機溶劑制備再生纖維素纖維用漿粕

科學文摘[5]在1893年報道了從木材中提取木質(zhì)素的試驗，其中采用含水乙醇作為蒸煮劑。當時的研究只是基于考慮成漿的質(zhì)量問題，但卻取得了意外的收獲，研究者們發(fā)現(xiàn)，不僅漿的質(zhì)量好，得率比硫酸鹽法制漿還高，并且漿的性能良好，從此研究人員開始了有機溶劑制漿的探索。

上屆知名展商包括：ABB、那智不二越、安川首鋼、川崎、德梅柯、先驅(qū)自動化、江淮、上汽紅巖、比亞迪、歐姆龍、長城、盼達、中國汽研、偉巴斯特、延鋒安道拓、賀爾碧格、凌云股份、法士特、綦齒、藍黛動力、信義、福耀、寶鋼、鞍鋼、河鋼、包鋼、馬鋼、淮鋼、中鋁、儒拉瑪特、索斯沃斯、華港科技、五龍動力、聯(lián)合汽車電子、眾聯(lián)能創(chuàng)及新源動力等。

2.1有機酸制備再生纖維素纖維用漿粕

有機酸類制漿主要指的是甲酸制漿及乙酸制漿。有學者公布了乙酸制漿的研究成果，如無催化劑乙酸法，但接近工業(yè)生產(chǎn)的主要是甲酸制漿。研究表明:甲酸制漿工藝對木材和非木材類原料均有很好的適應性。

甲酸化學反應活性較強，木質(zhì)素能很好地溶解于甲酸中，且甲酸在常壓下就可將纖維原料解離成漿，所以甲酸制漿的應用較為廣泛。目前，甲酸制漿的方法主要存在Milox(甲酸-過氧化氫)/Chempolis法，F(xiàn)ormcell(甲酸-乙酸-水體系)，NP法[6]。 Milox法采用兩段法蒸煮，即FA-PFA或PFA-FA。FA-PFA蒸煮前需對原料進行30 min的真空甲酸處理，然后100～120℃下蒸煮45～180 min，過濾后進行二次蒸煮，升溫至180℃，保溫60 min，最后洗滌，此方法制得的漿得率高，卡伯值低，具有較好的可漂性，但在蒸煮過程中要控制好蒸煮溫度及其時間，超過一定的值會造成木質(zhì)素的縮合，從而使?jié){粕中木質(zhì)素的含量增加。Seisto Anu 等[7]對葦狀羊茅和蘆葦?shù)冗M行了兩段 Milox制漿，其所得紙漿卡伯值較低而粘度較高。Chempolis[8]是在Milox方法上的改進，縮短了蒸煮時間，甲酸的回收工藝簡單，但該方法對設(shè)備的要求高，設(shè)備投資大，工藝完全可行。Formcell法[9]是在甲酸、乙酸共同作用下，分離纖維素、半纖維素及其木質(zhì)素。其結(jié)果表明，經(jīng)蒸煮后的漿粕的物理及其機械性能與燒堿法相近，并且蒸煮后的廢液經(jīng)蒸發(fā)、分離從而實現(xiàn)化學藥品的回收。NP制漿法是一種甲酸在常壓下蒸煮的制漿方法，其蒸煮的溫度相對較低，一般選擇在70～95 ℃，過氧化氫用量較少，一般為1%～3%，因而對設(shè)備的要求降低。NP制漿法具有一個很好的優(yōu)勢在于其蒸煮工藝采用密閉的循環(huán)系統(tǒng)，甲酸的回收利用率提高，可達96%，對于蒸煮后的漿，漂白過程中由于金屬離子少而無需螯合過程，從而簡化了漂白工藝。

甲酸制漿中一般以甲酸和過氧甲酸蒸煮原料，對設(shè)備的要求高，成本增加，但此法在脫除木質(zhì)素的同時，幾乎不會損傷纖維素，并與木質(zhì)素發(fā)生親電親核反應，不僅有脫木質(zhì)素的作用，還有漂白的效果。

2.2醇法制備再生纖維素纖維用漿粕

在有機溶劑制漿中，酚類及其有機酸類制漿雖然可以取得較為理想的效果，但由于其易腐蝕設(shè)備，能耗高而很少深入研究。醇類制漿中，甲醇雖然成本較低，但由于其具有的毒性而少被研究。乙醇由于其顯著的特征，在醇類制漿中廣泛得到應用。

酸催化乙醇法制漿是在乙醇水的蒸煮液中加入酸，如鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸等。酸的加入降低了反應所需的溫度及其壓力，并加深了木質(zhì)素的脫除程度。但在蒸煮過程中，酸的用量并不是越多越好，因為過低的酸度不僅會引起木質(zhì)素的縮合,而且會造成碳水化合物的水解，因此一般用量維持在pH>2。酸催化法雖然具有很好的原料適應性，但會嚴重腐蝕設(shè)備，無機酸的回收技術(shù)還不夠完善。鹽催化乙醇制漿法是將AlCl3、MgCl2等鹽類物質(zhì)加入到乙醇-水溶液的蒸煮體系中。鹽類的加入穩(wěn)定了蒸煮液的pH 值，阻止了半纖維素的脫乙酰化和纖維素的水解，得率提高。由于酸度得到控制，木質(zhì)素的縮合得以抑制。乙醇/O2法制漿是一種新型制漿方法，其環(huán)境污染小，但工藝不成熟。

2.3其它有機溶劑制漿

對于小麥秸稈中木質(zhì)素和半纖維素等組分的分離，Xu 等[10]主要探索了幾類混合溶劑，如乙酸/水、甲酸/水、乙酸/甲酸/水和苯酚/水等。其中小麥秸稈在苯酚/水的混合溶劑中處理，其成漿率可以高達82%[11]，并研究發(fā)現(xiàn)在高溫(175℃)和苯酚含量為65%的環(huán)境下處理可以提高纖維素的含量。橄欖樹枝被5%～15%的乙醇胺處理后，其成漿率在22%左右，卡伯值約42.5%。小麥秸稈在乙醇及其丙酮的共同作用下，成漿后得率能夠高達79%，所得漿粕的力學性能相比于亞硫酸法也有所改善[12]。乙二醇、甘二醇、乙醇胺和乙二醇胺等作為高沸點的有機溶劑， 在不同的條件下處理棕櫚空果殼，實驗得到甘二醇處理后的得率為59.41%，相比于其它溶劑[13]較優(yōu)。

2.4有機溶劑制備再生纖維素纖維漿粕的特點

有機溶劑制漿是采用有機醇、有機酸等作為蒸煮劑，其改變了化學制漿方法中以水作為溶劑的制作工藝，使溶解出的木質(zhì)素等物質(zhì)溶于有機溶劑中，蒸煮工藝結(jié)束后，通過蒸餾等方式實現(xiàn)有機溶劑的循環(huán)利用，這不僅有利于降低成本，還為后續(xù)木質(zhì)素的深度加工提供了條件，并且解決了傳統(tǒng)制漿中的水污染問題。 但是也存在著有些工藝不夠成熟、回收其他化學物質(zhì)具有一定的局限性等問題，仍然需要進行大量的研究工作。

3　結(jié)論

隨著國家逐漸倡導“高效、節(jié)能和環(huán)?！钡墓I(yè)發(fā)展模式，制備再生纖維素纖維所用的漿粕生產(chǎn)過程也正在向著節(jié)能降耗、保護環(huán)境、提高資源利用率的方向發(fā)展。結(jié)合我們的國情，充分利用我國豐富的纖維素資源，尤其是像廢棄麥稈、棉稈和玉米桿等的纖維素資源。有機溶劑制漿與化纖制漿的方法相比，具有成本較低、有效降低水污染等特點，符合工業(yè)未來發(fā)展的趨勢。雖然這類方法還有一些有待解決的問題，但是，隨著科技的發(fā)展和研究人員的不斷努力，其應用必將越來越廣泛。

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Research on Pulp Production Method of Regenerated Cellulose Fibers

Cheng Haonan

(Jiangxi Institute of Fashion Technology， Nanchang 330201，China)

Two ways of preparing pulp of regenerated cellulose fibers of chemical method and organic solvent method were introduced from the aspects of principle,characteristics and defects.Through comparison and analysis,it shows that organic solvent method with its lower cose,less water pollution and other advantages,becomes future development direction of preparing pulp of regenerated cellulose fiber.

regenerated cellulose fibers;pulp;production method

2015-07-09

程浩南(1986—)，男，河南周口人，助教。

TS102

A

1009-3028(2015)06-0046-04