專利名稱：制備玉米桿漿及由玉米桿漿制備紙產(chǎn)品的方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于分離玉米植物的一部分并從該植物中生產(chǎn)紙漿以制備紙產(chǎn)品的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種收割玉米植物的一部分的方法，也就是收割玉米植物的自地面上至約植物耳穗部分的方法。此外，本發(fā)明涉及一種通用的制漿方法，該方法包括機(jī)械、半化學(xué)和化學(xué)方法中的至少一種，以生產(chǎn)適用于各種紙產(chǎn)品的紙漿，并且從該紙漿中生產(chǎn)各種紙產(chǎn)品。
相關(guān)技術(shù)討論樹木為紙和紙板產(chǎn)品工業(yè)提供了主要的纖維供應(yīng)來源。針葉木是非常適合于機(jī)械制漿的種類。當(dāng)紙產(chǎn)品的強(qiáng)度很重要時(shí)，使用針葉木的化學(xué)漿。闊葉木的纖維比針葉木短得多，典型地不適合機(jī)械制漿而適合化學(xué)和半化學(xué)制漿。當(dāng)表面平滑度和光學(xué)性能很重要時(shí)，在紙產(chǎn)品中使用闊葉木化學(xué)漿。木質(zhì)纖維是很昂貴的，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致制漿時(shí)的高化學(xué)品投料量、蒸煮和精煉時(shí)的高能量輸入、和高成本的化學(xué)品回收系統(tǒng)。此外，木質(zhì)纖維的環(huán)境影響是不利的。
農(nóng)業(yè)殘余物如玉米桿提供了一種有希望的纖維替代來源。特別是它們可作為制備紙產(chǎn)品的重要原材料，所述紙產(chǎn)品包括用于印刷、書寫、頂層掛面紙板、襯墊、薄紙和其它特殊級(jí)別紙。此外，環(huán)境關(guān)注提升了使用農(nóng)業(yè)纖維的興趣。開發(fā)用于制備紙產(chǎn)品的基于農(nóng)業(yè)的資源對(duì)提高農(nóng)場(chǎng)收益率和減少因燃燒和土地處理而產(chǎn)生的環(huán)境污染是很重要的。現(xiàn)在，使用農(nóng)業(yè)植物來制備紙產(chǎn)品還不受重視。在美國(guó)尤其如此，這里每年可利用約284百萬噸的總農(nóng)業(yè)殘余物，包括150百萬噸玉米桿。在主要的紙漿和紙生產(chǎn)國(guó)家，把玉米桿作為造紙的一種纖維來源并不普及，因?yàn)槟抢镉凶銐蚝涂煽康闹茲{木材供應(yīng)，可滿足大型資本密集型紙漿廠的原材料需求。基于農(nóng)業(yè)殘余物的大型紙漿廠需要大量提供體積很大的原材料，因而會(huì)產(chǎn)生運(yùn)輸問題。此外，農(nóng)業(yè)殘余物是季節(jié)性的，因而會(huì)產(chǎn)生儲(chǔ)存問題。在收割時(shí)分離玉米桿殘余物的適當(dāng)部分會(huì)減少運(yùn)輸和儲(chǔ)存問題。基于玉米桿的紙漿廠應(yīng)是小型的和地區(qū)型的。任選地，可使用大型工廠，這取決于玉米桿的可獲得性和后勤供應(yīng)。
包括非木材制漿和造紙的相關(guān)技術(shù)包括授予Hurter等人的美國(guó)專利6,302,997。該專利描述了用于造紙的非木材制漿方法。該方法使用玉米飼料(桿、葉和殼)，其含有低質(zhì)量的纖維和大量碎屑。因而，在相關(guān)技術(shù)中出現(xiàn)了農(nóng)場(chǎng)和工廠的運(yùn)輸和儲(chǔ)存問題。此外，髓、葉和殼含有少量的優(yōu)質(zhì)纖維。因此，管狀磨床、運(yùn)輸機(jī)、水力制漿機(jī)、泵、磁力分離器和脫水篩必須處理巨大體積的多余材料。
因而，紙漿收率為39.6％，這是相當(dāng)?shù)偷?，歸因于在下游處理中通常會(huì)被除去的大量低質(zhì)量纖維的存在。這種低質(zhì)量纖維消耗了化學(xué)品而不對(duì)在質(zhì)量和數(shù)量上給紙漿帶來任何好處，同時(shí)工廠面臨因大量廢棄物而產(chǎn)生的巨大處理問題。相關(guān)技術(shù)使用常規(guī)的堿性蒸煮方法。增加酸處理步驟、臭氧漂白步驟和過氧化物-漂白步驟使這種方法昂貴而復(fù)雜。這種方法還包括過氧化氫漂白時(shí)的高劑量化學(xué)品。盡管在前述美國(guó)專利中公開了令人感興趣的方法步驟，該發(fā)明還有許多缺點(diǎn)，例如1)處理含材料如髓、葉和殼的玉米飼料，所述材料具有極低的纖維價(jià)值；2)把多余的物質(zhì)運(yùn)送至工廠產(chǎn)生了大量廢棄材料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和處理問題；3)低的紙漿收率；4)在酸階段、漂白階段和調(diào)整pH時(shí)的高化學(xué)品消耗；5)該方法包括額外的步驟，會(huì)增加資本成本和操作費(fèi)用；和6)該方法在堿法蒸煮時(shí)節(jié)約能量但通過精煉會(huì)消耗更多的能量。
本發(fā)明關(guān)注具有優(yōu)勢(shì)方法的非木材造紙。通過在農(nóng)場(chǎng)建立收割、擠壓和排水工序，并且允許貨物的集中地點(diǎn)和儲(chǔ)存?；蛘?，它將在玉米生長(zhǎng)地區(qū)的中心建立小型工廠，在那些地區(qū)農(nóng)場(chǎng)主們將擁有他們自己的儲(chǔ)存設(shè)備，并且會(huì)按工廠制訂的計(jì)劃把材料運(yùn)輸至工廠。理想地，工廠儲(chǔ)存不應(yīng)超過約15天以在空間上優(yōu)化工廠。工廠應(yīng)使用簡(jiǎn)單且環(huán)境良性的方法以及低的資金和操作成本以與較大的基于木材的工廠競(jìng)爭(zhēng)。目前這些方法并未在本領(lǐng)域被利用。
發(fā)明概述因而，本發(fā)明涉及生產(chǎn)紙漿和從漿中生產(chǎn)紙產(chǎn)品的方法，該方法基本上避免了相關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)所帶來的一個(gè)或多個(gè)問題。例如，生產(chǎn)適用于造紙、制造頂層白色襯墊、制造襯墊和制造其他特種紙的紙漿的方法。該方法包括收割方法，用于在野外分離最適合用作纖維來源的玉米桿部分；在有或沒有蒽醌和/或其他催化劑的情況下，把所選擇的玉米桿部分用堿性制漿溶液蒸煮；以及用不含氯元素的漂白溶液處理紙漿從而產(chǎn)生適于造紙的漂白紙漿。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種玉米桿收割方法，可收割玉米桿植物的約耳穗以下的底部部分，這部分主要包含優(yōu)質(zhì)纖維和較少的髓，把植物的剩余部分留在田野里以供傳統(tǒng)的農(nóng)田使用。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用改良的木材切割器切割所選擇的玉米桿段。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將切割過的葉和髓與切割過的莖氣動(dòng)分離。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在收割至蒸煮的過程中減少玉米桿的處理步驟。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在蒸煮器中接受高達(dá)15％的髓以簡(jiǎn)化分離過程。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種需要最少數(shù)量的處理步驟的玉米桿制漿方法。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種在小至中等規(guī)模水平具有成本效率和環(huán)境良性的玉米桿制漿方法。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種使用最少量的易于得到且便宜的設(shè)備的玉米桿收割和制漿方法。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種在收割過程中的玉米桿處理系統(tǒng)，從玉米桿植物的約耳穗以下的底部部分與植物的剩余部分分離，剩余部分還可被農(nóng)場(chǎng)主用于傳統(tǒng)的農(nóng)田利用。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在收割過程中制作干燥玉米桿的緊壓正方形大包，從而減少體積以避免運(yùn)輸和儲(chǔ)存問題。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是為所選擇的玉米桿的運(yùn)輸和儲(chǔ)存建立一個(gè)管理系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是把玉米桿從收集地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)焦S。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在收割過程中，把玉米桿植物的廢棄部分留在田野里以供調(diào)節(jié)土壤和其他傳統(tǒng)農(nóng)田用途。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在收割和緊壓打包過程中減少玉米桿內(nèi)的污染物，從而減少在化學(xué)浸漬和蒸煮步驟之前的洗滌階段的熱水需求量。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是切割玉米桿，然后在螺桿進(jìn)料器中用熱水洗滌并壓縮，在進(jìn)入蒸煮器前在螺桿進(jìn)料器中用蒸煮化學(xué)品浸漬。
本發(fā)明的還一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用壓縮步驟，以從材料中去除水和可溶于熱水的浸出物，同時(shí)還增加蒸煮器的輸入量。
本發(fā)明的還一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在壓縮步驟后立即加入蒸煮化學(xué)品，從而在連續(xù)蒸煮器中得到已分解原材料的更好化學(xué)品浸漬。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用壓縮步驟以增加蒸煮器輸入并且增加液體對(duì)材料的浸漬。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用標(biāo)準(zhǔn)造紙廠設(shè)備處理蒸煮過的纖維。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在約110至160℃范圍的低溫下，用約30至180分鐘的保留時(shí)間蒸煮原材料。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在洗滌和壓縮步驟后立即增加預(yù)處理步驟，其中纖維保護(hù)劑如MgCl2或MgCO3及類似物將會(huì)在約60至100℃的溫度范圍內(nèi)被浸漬約30至60分鐘的一段時(shí)間。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過用纖維保護(hù)劑導(dǎo)入預(yù)浸漬階段，使玉米桿化學(xué)漿中的半纖維素含量最大化。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在造紙過程中，通過與針葉木牛皮紙漿混合并使用濕部化學(xué)來利用玉米桿漿中的半纖維素含量。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)玉米桿漿在典型造紙/造板供料中的協(xié)同效應(yīng)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在有或沒有催化劑如蒽醌及類似物存在的情況下，使用較少的化學(xué)品如8至20％的活性堿。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在不含氯元素的漂白過程中使用較少的化學(xué)品。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用二氧化氯、堿性提取物、過氧化物、臭氧和氧漂白階段以獲得到約80至95％的亮度。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在蒸煮液體或漂白液體中避免基于硫的化學(xué)品以保持對(duì)環(huán)境良性的制漿和漂白過程的責(zé)任。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在漂白后把纖維分級(jí)為長(zhǎng)纖維(主要來自玉米桿外殼)和短纖維(主要來自髓)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用玉米桿漿制造各種級(jí)別的紙，甚至不必把纖維分級(jí)為長(zhǎng)纖維碎片和短纖維碎片。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在與經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿(進(jìn)行或不進(jìn)行預(yù)先精煉)和填充物的混合物中使用化學(xué)漿的靈活性。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)纖維碎片將被精煉至約250-500mlCSF，然后在造紙步驟前被加入到短纖維碎片中。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是玉米桿制漿方法，它通過減少洗滌階段的次數(shù)、把稀釋和增稠階段的次數(shù)最小化、盡可能多地循環(huán)內(nèi)部水而使用水量最小化。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過如下步驟改善從經(jīng)漂白的玉米桿漿中制得的紙的質(zhì)量加入約5至20％的經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿、約5至60％的無機(jī)填充物、約0.25至4％的淀粉、約0.025至0.5％的上漿劑、陽(yáng)離子、陰離子和/或兩性助留劑及類似物。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在與經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙(進(jìn)行或不進(jìn)行預(yù)先精煉)和填充物的混合物中在進(jìn)行或不進(jìn)行精煉的情況下使用玉米桿化學(xué)漿。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在與經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿、經(jīng)漂白的闊葉木化學(xué)漿及填充物的混合物中使用經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在與闊葉木CTMP(化學(xué)-熱機(jī)械漿)和/或BCTMP(經(jīng)漂白的化學(xué)-熱機(jī)械漿)及填充物的混合物中使用經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在與經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)-熱機(jī)械漿(CTMP/BCTMP)、經(jīng)漂白的闊葉木機(jī)械漿、經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿及填充物的混合物中使用經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在與闊葉木化學(xué)漿和/或經(jīng)漂白的闊葉木機(jī)械漿、經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿及填充物的混合物中使用經(jīng)漂白的玉米桿機(jī)械漿。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在與未漂白的針葉木牛皮紙漿和/或未漂白的針葉木半化學(xué)(牛皮紙)紙漿的混合物中使用未漂白的玉米桿化學(xué)和/或半化學(xué)漿以制備包裝級(jí)別紙。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在多層紙的外層應(yīng)用經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿與經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿(0至10％)及填充物(10至60％)的混合物。該紙的內(nèi)層可包含低質(zhì)量的纖維如再生纖維、次等原始纖維、含提取物的紙漿以及不適合暴露在紙表面的紙漿。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過把經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿與經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿(0至10％)、填充物(0至60％)、以及非常少量的淀粉、上漿劑和助留劑混合起來，從而把經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿應(yīng)用在頂部襯墊中。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在使用由闊葉木漿、針葉木漿和填充物組成的材料供應(yīng)的現(xiàn)有工廠中使用經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿，從而通過玉米桿漿的高纖維結(jié)合性能增強(qiáng)紙的強(qiáng)度特性。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿以增加填充物在紙中的保持力而不損失紙的強(qiáng)度特性。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是把未漂白的玉米桿化學(xué)漿和未漂白的化學(xué)或半化學(xué)針葉木牛皮紙漿同時(shí)使用，從而增加紙如袋紙、包裝紙等的強(qiáng)度特性。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將列于下面的描述中，并且從該描述中部分會(huì)變得顯而易見，或可通過實(shí)施本發(fā)明學(xué)習(xí)到。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過在書面描述、權(quán)利要求書及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并獲得。
附圖簡(jiǎn)述附圖被包括以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，被包含并構(gòu)成本發(fā)明的一部分，闡明了本發(fā)明的實(shí)施方案，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是描述玉米桿漿的化學(xué)制漿過程的流程圖。
圖2是描述玉米桿漿的機(jī)械制漿和高收率制漿過程的流程圖。
圖3是描述從玉米桿漿制造紙的過程的流程圖。
圖示實(shí)施方案詳述現(xiàn)在美國(guó)的造紙業(yè)所處的狀況與鋼鐵業(yè)多年前所處的狀況一樣。小型現(xiàn)代化鋼鐵廠比大型工廠更有效率。因而，現(xiàn)在是尋找技術(shù)來發(fā)展小型高效制漿和造紙廠的時(shí)候了。也是尋找便宜的纖維來源以面對(duì)來自高收率的種植樹木如桉樹、金合歡等競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候了。農(nóng)業(yè)剩余物如玉米飼料作為一種便宜的纖維來源可與桉樹和金合歡競(jìng)爭(zhēng)。潛在的世界范圍的玉米飼料供應(yīng)量每年約超過750百萬噸，而僅美國(guó)每年就可提供約150百萬噸。
本發(fā)明強(qiáng)調(diào)了造紙業(yè)轉(zhuǎn)向小型工廠方法和使用農(nóng)業(yè)剩余物如玉米桿及類似物作為纖維來源的需要。該方法是壓縮浸漬和化學(xué)方法的結(jié)合，可產(chǎn)生高質(zhì)量紙漿。
術(shù)語(yǔ)農(nóng)業(yè)剩余物用于確定從植物上分離掉主要農(nóng)作物后還留在農(nóng)田里的材料。例如，玉米桿是一種農(nóng)業(yè)剩余物，因?yàn)樵谑崭钔曛饕a(chǎn)物玉米后它還留在農(nóng)田里。目前剩余物玉米桿具有極小或不具有商業(yè)價(jià)值。當(dāng)然，其它農(nóng)業(yè)剩余物也可被利用并且已被預(yù)期使用。
本發(fā)明提供一種具有成本效率和環(huán)境良性的方法。例如，一個(gè)階段的壓縮浸漬和制漿和三至七個(gè)后續(xù)階段的漂白把所選擇的玉米桿部分轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量、高度光澤的造紙紙漿，具有優(yōu)良的強(qiáng)度、清潔度及排水率。本方法利用玉米桿植物在其約耳穗以下的一部分，如在玉米桿植物底部大約2至3ft(沒有葉和殼)。這些部分在不使用任何類型的機(jī)械或化學(xué)除髓時(shí)含有高達(dá)約15％的髓，因而會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度特性的紙漿，該特性在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模試驗(yàn)時(shí)類似于和/或優(yōu)于闊葉木漿的特性。此外，對(duì)于所選擇的玉米桿部分可實(shí)現(xiàn)總紙漿收率為約46-50％，這等于或高于闊葉木漿的總收率值。闊葉木漿方法使用較苛刻的制漿條件和較昂貴的制漿和漂白工藝。本發(fā)明的方法建立了使用低化學(xué)品投入量、低溫和低壓時(shí)的高收率。
玉米桿處理階段本發(fā)明的方法包括一個(gè)獨(dú)特的收割過程，此過程分離玉米桿植物的一部分，即植物的自地面至約耳穗的部分。例如所分離的部分可以是玉米桿植物的約底部2至3ft。當(dāng)然，這取決于植物的特性。所分離的玉米桿部分被壓緊為一個(gè)大包。例如，它們被壓緊為一個(gè)正方形或長(zhǎng)方形的大包，在農(nóng)場(chǎng)中儲(chǔ)存直到預(yù)定時(shí)間，然后被運(yùn)輸至工廠。
在制漿時(shí)使用包括葉和殼的整個(gè)玉米桿會(huì)產(chǎn)生低收率且消耗更多化學(xué)品而不會(huì)有任何實(shí)際利益。
在化學(xué)-熱-機(jī)械制漿時(shí)常用而在化學(xué)制漿中從不使用的壓縮浸漬物步驟已用于不同的目的。
本發(fā)明在制漿時(shí)使用的堿性制漿步驟比闊葉木制漿方法中使用的要溫和。制漿步驟既使用間歇過程，也使用連續(xù)過程。例如，潘迪亞(Pandia)型連續(xù)蒸煮器適合用于玉米桿的堿性制漿。蒸煮器中的漿含有少量木素，例如8至10卡帕。此外，通過使用比闊葉木制漿過程較少的步驟，此漿可被漂白至高亮度且獲得相似收率。
本發(fā)明的方法可用以下順序?qū)嵤?，然而，還已預(yù)期該順序可發(fā)生改變。
玉米桿的收割、儲(chǔ)存和運(yùn)輸在此過程中，收割者除去玉米桿植物的一部分。例如，收割者剛好自耳穗以下切割玉米桿。第一次切割可用于土壤調(diào)節(jié)、動(dòng)物草墊和其它傳統(tǒng)的農(nóng)田用途。第二次切割除去玉米桿植物約耳穗以下的部分。這部分的含水量為約10至20％，壓緊為一個(gè)大包。典型地，它被壓緊為長(zhǎng)方形或正方形的大包，然后被運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)存設(shè)備中。大包被儲(chǔ)存于干燥空氣中以避免真菌及類似物。
相對(duì)于制漿廠半徑為約50英里范圍內(nèi)的每個(gè)農(nóng)場(chǎng)主把壓緊的大包儲(chǔ)存在農(nóng)場(chǎng)中直至預(yù)定時(shí)間再把材料送到工廠。這使工廠保存壓緊大包的存貨清單時(shí)間減少，例如保存約2周。當(dāng)然大包的儲(chǔ)存時(shí)間可以更長(zhǎng)或更短。這種類型的管理可減少工廠所在地的儲(chǔ)存要求。工廠可向農(nóng)場(chǎng)主付儲(chǔ)存時(shí)間費(fèi)用，或者可以與農(nóng)場(chǎng)主建立一些其它形式的契約關(guān)系。
原材料處理本方法的下一步驟是安排原材料進(jìn)入蒸煮器。在這個(gè)過程中被緊壓成大包的玉米桿部分會(huì)被松開，并被砍碎為約25至40mm大小。已砍碎的材料被安排，例如倒在一個(gè)傾斜運(yùn)輸帶的較低部分上?？梢詫⑦\(yùn)輸帶安裝在充有恒速循環(huán)的熱水的鋼罩里。運(yùn)輸機(jī)可將在液體中的玉米桿從運(yùn)輸機(jī)的一端運(yùn)輸至運(yùn)輸機(jī)的另一端。這是玉米桿的潤(rùn)濕過程。在此過程中，灰塵和/或其它附著于玉米桿部分的外來物質(zhì)被松開并通過熱水可溶性材料分離進(jìn)入水介質(zhì)中。運(yùn)輸機(jī)的上端可稍微傾斜，另一個(gè)運(yùn)輸機(jī)可以約30度的斜度安裝在鋼罩中。運(yùn)輸帶通向料斗。然而，帶的構(gòu)造可以是通向料斗的任何合適構(gòu)造。例如，斜度可小于或大于30度。當(dāng)玉米桿沿運(yùn)輸帶被運(yùn)輸時(shí)，就對(duì)其進(jìn)行就地清洗工藝。例如，將連續(xù)的熱水噴到沿運(yùn)輸帶被運(yùn)輸?shù)牟牧仙?，以洗去殘余的灰塵和其它外來物質(zhì)。在運(yùn)輸帶的反向末端，可能被熱水飽和的已清洗材料被安排進(jìn)入料斗。材料可用螺塞進(jìn)料器或任何其它合適技術(shù)加入到料斗內(nèi)。
制漿過程螺塞進(jìn)料器對(duì)來自進(jìn)料器的玉米桿進(jìn)行壓縮，除去過量的水和可溶于熱水的提取物。在螺塞進(jìn)料器的末端，已壓縮的玉米桿與蒸煮液接觸，從而當(dāng)它進(jìn)入蒸煮器時(shí)提供更好的蒸煮液滲透。在此區(qū)域控制蒸煮液流，以使液體與玉米桿的比率為約3∶1至7∶1。
當(dāng)使用纖維素保護(hù)劑進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，在加入蒸煮液之前應(yīng)在制漿過程中加上一個(gè)附加步驟。
可使用各種不同的蒸煮器例如潘迪亞蒸煮器及類似物。潘迪亞蒸煮器是一種水平的連續(xù)蒸煮器，非常適于從所有不同的非木質(zhì)纖維原材料中生產(chǎn)紙漿，并為高收率處理提供極好結(jié)果。
當(dāng)使用連續(xù)的潘迪亞蒸煮器時(shí)，它可包含兩至三個(gè)水平管。第一個(gè)管末端的溫度可升至約120至170℃，在第二個(gè)管中溫度為約120至170℃以繼續(xù)蒸煮，在第三個(gè)管中溫度為約100至110℃以使它在吹入出料槽之前冷卻下來。在第一個(gè)水平管中的升溫時(shí)間可在約20至40分鐘之間變化，在第二個(gè)管中的蒸煮時(shí)間可在約20至90分鐘之間變化，而在第三個(gè)水平管中的冷卻時(shí)間可在約10至15分鐘之間變化。任選地，出料槽可包括一種激發(fā)劑，用于在熱的廢液介質(zhì)中使蒸煮過的纖維脫纖維。
在分批過程中，用螺塞進(jìn)料器壓緊松散的玉米桿以達(dá)到最大的裝填量。裝填物充滿旋轉(zhuǎn)的和/或靜止的蒸煮器，液體與固體的比率為約3∶1至7∶1。蒸煮溫度在約120至170℃之間變化，所用時(shí)間在約30至120分鐘之間。把溫度從進(jìn)料溫度升至蒸煮溫度的升溫時(shí)間在約15至60分鐘之間變化。蒸煮后，蒸煮器的溫度降至約100至110℃，把紙漿釋放到出料槽中。在出料槽中，加入激發(fā)劑以在熱的廢液介質(zhì)中使蒸煮過的纖維脫纖維。
蒸煮液包括約2至20％的活性堿?？墒褂眉s12至15％的活性堿(按烘箱干燥的玉米桿計(jì))蒸煮溶液以獲得可漂白級(jí)別的玉米桿漿，收率范圍為約45至50％。要獲得收率范圍為約60至70％的襯墊漿，活性堿度可在約6至10％的范圍內(nèi)，要獲得收率范圍為約80至95％的瓦楞夾心原紙，活性堿可在約2至4％的范圍內(nèi)。蒸煮液可包含催化劑蒽醌和/或其它類似試劑的任意組合。
纖維處理步驟對(duì)于化學(xué)漿，可把激發(fā)劑安置在底部以在熱液體存在的情況下實(shí)現(xiàn)脫纖維。脫纖維過程可分離纖維以進(jìn)行徹底的紙漿洗滌，纖維可能需要被進(jìn)一步精煉以用于造紙。化學(xué)漿特別是高收率化學(xué)漿，也就是收率為約60至70％，在蒸煮處理后被精煉以釋放單根纖維。對(duì)于所獲得的用作瓦楞夾心原紙的收率為約80至95％的超高收率紙漿，紙漿被精煉以分離單根纖維。
篩分、洗滌和清洗階段紙漿在出料槽中被分解之后，在將紙漿送去洗滌階段之前，紙漿會(huì)被通過一個(gè)粗篩以除去未蒸煮的和/或半蒸煮的和/或纖維塊。黑色液體可在篩分和洗滌階段被分離，然后送至一個(gè)化學(xué)品回收鍋爐進(jìn)行循環(huán)。要求對(duì)化學(xué)漿徹底洗滌以回收處理化學(xué)品并清洗紙漿。粗漿可用現(xiàn)有的工業(yè)洗滌機(jī)進(jìn)行洗滌。玉米桿漿的篩分和清洗優(yōu)選在漂白之前進(jìn)行。這樣可節(jié)省漂白化學(xué)品并改善紙漿的漂白率。
漂白漂白溶液如二氧化氯、堿性過氧化氫和堿性提取溶液的適當(dāng)應(yīng)用可用于除去殘余木素，并把紙漿的亮度升高到預(yù)定水平。漂白條件如溫度、時(shí)間及漂白液體濃度，典型地取決于紙漿中的木素含量和具體漂白劑的最優(yōu)條件。
例如，當(dāng)在一個(gè)封閉系統(tǒng)中使用二氧化氯或堿性過氧化物作為漂白劑時(shí)，所用的溫度范圍為約60至約90℃之間。典型地，漂白過程持續(xù)約30至120分鐘，其中包括調(diào)整紙漿溫度至所需溫度水平所需要的時(shí)間。漂白溫度維持約30至120分鐘。三步漂白順序(下文中為“DED”)可把玉米桿漿的亮度升高到約80至85％ISO水平，加用更多漂白階段如過氧化物、臭氧或氧漂白階段中的一種可把亮度升高到約86至95％ISO。
造紙經(jīng)漂白的紙漿是主要來自玉米桿外殼的長(zhǎng)纖維和主要來自髓的短纖維的混合物。在造紙之前精煉此混合物將產(chǎn)生更多細(xì)小纖維，導(dǎo)致排水問題，因?yàn)榧?xì)小纖維保持的水比纖維多。
短纖維不需要精煉，然而長(zhǎng)纖維可能需要或不需要精煉以增進(jìn)結(jié)合特性。經(jīng)漂白的纖維可被分級(jí)為長(zhǎng)纖維碎片和短纖維碎片。把長(zhǎng)纖維碎片精煉然后在造紙之前與短纖維碎片混合。
在替換方法中，當(dāng)經(jīng)漂白的玉米桿漿與經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿和/或經(jīng)漂白的闊葉木牛皮紙漿混合用于造紙時(shí)，分級(jí)并非必需。因?yàn)橛衩讞U漿更柔軟、更纖細(xì)、精煉所需的能量更少，所以在與針葉木牛皮紙漿和/和闊葉木牛皮紙漿的混合過程中的機(jī)械作用會(huì)導(dǎo)致某種程度的精煉并增進(jìn)纖維-纖維結(jié)合特性。玉米桿漿(經(jīng)漂白或未經(jīng)漂白的)可與針葉木牛皮紙漿(經(jīng)漂白或未經(jīng)漂白的，且進(jìn)行或未進(jìn)行精煉的)以各種程度混合，這取決于最終產(chǎn)物。
經(jīng)漂白的紙漿被用于制備紙，如印刷和書寫紙、影印紙、頂部白色掛面紙板、薄紙、原紙、不含木材的紙、涂層紙、多層紙/紙板、特種紙以及類似物。通過與針葉木牛皮紙漿(5至20％)混合，玉米桿的CTMP和BCTMP可用于制備新聞?dòng)眉?。?jīng)漂白的玉米桿CTMP可與玉米桿漂白過的化學(xué)漿混合用于制備書寫及印刷級(jí)別用紙。高收率半化學(xué)玉米桿紙可與高收率針葉木牛皮紙漿混合以生產(chǎn)袋紙、包裝紙、包裝紙板、硬紙盒板等。可用玉米桿生產(chǎn)溶解紙漿和源于半纖維素的有用副產(chǎn)物。
印刷和書寫紙、影印紙以及頂部白色掛面紙板可包含約5至20％的經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿，具有約5至60％的填料量。填料可包括碳酸鈣、粘土、滑石、高嶺土、二氧化鈦及類似物的任意組合。除了填料之外，上漿劑、干燥的增強(qiáng)劑、濕的增強(qiáng)樹脂及助留劑的任意組合也可用于造紙過程中。上漿劑可包括松香乳劑、烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基乙烯酮二聚物及類似物的任意組合。干燥的增強(qiáng)劑可包括淀粉、樹膠、可溶纖維素衍生物及類似物的任意組合。濕的增強(qiáng)樹脂可包括聚乙烯醇、膠乳及類似物的任意組合。助留劑可包括聚丙烯酰胺、聚乙烯胺及類似物的任意組合。
實(shí)施例下面所列的實(shí)施例說明了與闊葉木漿相比玉米桿漿和紙的質(zhì)量。按照發(fā)明人建立的技術(shù)和方法，對(duì)實(shí)施例的某些方面加以描述，以順利用于實(shí)施本發(fā)明。通過應(yīng)用發(fā)明人的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室操作產(chǎn)生實(shí)施例。所列實(shí)施例并不意味著限制，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可進(jìn)行許多的改變、修改或替換。
實(shí)施例1把玉米桿部分從葉和其他不需要的材料里手工分離。然后把玉米桿莖機(jī)械破碎為小塊。用兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的切碎齒板(devil teeth plates)實(shí)現(xiàn)機(jī)械分離。系統(tǒng)分離了外殼，但大量的髓仍與外殼保留在一起。注意，可使用任何其它合適的機(jī)械分離工具。
使用以上過程中得到的髓和外殼進(jìn)行制漿實(shí)驗(yàn)。髓的數(shù)量占玉米桿除去葉、球果和耳穗后總量的約23％。在少數(shù)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的實(shí)驗(yàn)中，玉米桿外殼被完全分離掉，在一些情況下15％的髓被加入外殼以檢驗(yàn)髓對(duì)手抄紙?zhí)匦缘男Ч?。在?shí)驗(yàn)中，用熱水在碎漿機(jī)中清洗玉米桿塊，并在空氣中干燥以獲得所需要的玉米桿稠度。經(jīng)清洗的玉米桿的稠度是有益的，用于調(diào)整蒸煮化學(xué)品的量、調(diào)整液體對(duì)玉米桿的比率以及得知紙漿收率。
在本系列實(shí)驗(yàn)中，所用的升溫時(shí)間為約60分鐘，蒸煮時(shí)間為約60分鐘，蒸煮溫度為約150℃。使用蘇打法進(jìn)行蒸煮。以活性堿表示的氫氧化鈉量在約12％至15％之間變化，以獲得合意的紙漿。表1、2和3顯示了蒸煮液中活性堿的量、篩選紙漿的收率、紙漿排水度(CSF)以及手抄紙的機(jī)械和光學(xué)特性。
表1從被PFI磨粉機(jī)精煉的無髓玉米桿中得到的已篩選紙漿的手抄紙?zhí)匦?
表2從經(jīng)PFI磨粉機(jī)精煉過的含約15％髓的玉米桿中得到的已篩選紙漿的手抄紙?zhí)匦?
表3從含約23％的未打碎的髓的玉米桿中得到的已篩選紙漿的手抄紙?zhí)匦?
從含約15％的髓的玉米桿中得到的紙漿的特性質(zhì)量稍低于從不含髓的玉米桿中得到的紙漿的特性質(zhì)量。手抄紙?zhí)匦耘c闊葉木漿接近。這些結(jié)果表明含一定量髓的玉米桿適于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)漿。可輕松避免將髓與外殼機(jī)械分離所帶來的巨大任務(wù)和成本?？蓪⑼鈿づc髓分離的現(xiàn)有方法是錘式粉碎。這種方法會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)小纖維和灰塵，這將造成環(huán)境污染、損害纖維質(zhì)量并且增加優(yōu)質(zhì)纖維的丟失。開發(fā)可用環(huán)境良性方法有效分離外殼而不會(huì)剪斷和損失優(yōu)質(zhì)纖維的新機(jī)械將會(huì)是非常昂貴的。把玉米桿外殼從髓中分離出來是根本不必要的，就像在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)中顯示的那樣，其表示在表1、2和3中。在相似的紙漿收率下，用Tappi標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得的紙漿的卡帕值在約8至12之間，與牛皮紙針葉木漿(卡帕值為約27至30)和闊葉木漿(卡帕值為約18至22)相比這是非常低的。因而，與針葉木和闊葉木漿所需要的那些漂白化學(xué)品相比，玉米桿漿需要的量比它們所需要量的一半還少。
實(shí)施例2從植物的底部以上，粗玉米桿材料主要包括外殼，并包括節(jié)和髓。它包括玉米桿植物約耳穗以下的較低部分，例如約玉米桿底部的2至3ft。它由厚外殼和相對(duì)少量的髓組成。在玉米桿較低部分的葉可在砍斷后容易地除去。由于已砍碎的玉米桿和葉的密度差別，可通過吹氣把葉除去或分離。如實(shí)施例1所示，由于玉米桿較低部分存在少量的髓，纖維質(zhì)量沒有受到顯著影響。
在本實(shí)驗(yàn)中，用約14％的活性堿對(duì)上述1.27kg(按烘箱干燥計(jì))經(jīng)選擇的玉米桿進(jìn)行蒸煮。液體與玉米桿的比率為約7∶1，蒸煮溫度為約150℃，蒸煮時(shí)間為約60分鐘，升溫時(shí)間為約60分鐘以把溫度從約80℃升至150℃，進(jìn)行以上操作。已篩選紙漿的收率為約46％。用0.008英寸的狹縫型篩網(wǎng)篩分紙漿，用200目篩網(wǎng)使?jié){脫水以除去漿中的細(xì)小纖維。這種蒸煮所得的漿用(CT-D1)表示，并進(jìn)行漂白率測(cè)試。兩個(gè)經(jīng)漂白的紙漿樣品被處理以制備手抄紙，從而確定機(jī)械和光學(xué)特性。
六個(gè)樣品，每個(gè)約10g，在下表4中用CT-d-1-1、CT-d-1-2、CT-d-1-3、CT-d-1-4、CT-d-1-5、CT-d-1-6表示。這些樣品在(D1)階段用不同的二氧化氯濃度漂白，然后在提取階段(E)使用相似的氫氧化鈉濃度，并且在(D2)階段使用相似的二氧化氯濃度。此外，在所有三種情況下，使用過氧化氫(P)階段的相似的化學(xué)品組成對(duì)六個(gè)樣品中的三個(gè)進(jìn)一步漂白。漂白條件、化學(xué)品濃度、和不同漂白階段所用的化學(xué)品以及最終亮度展示于表4中。
表4漂白條件和所得最終亮度
結(jié)果顯示當(dāng)使用少量的化學(xué)品時(shí)，玉米桿漿可獲得高的亮度水平。此結(jié)果是因?yàn)榧垵{中木素含量較低，對(duì)應(yīng)針葉木和闊葉木化學(xué)品漿的三分之一。與木材相比，玉米桿需要較少的蒸煮化學(xué)品、較低的蒸煮溫度和較少的蒸煮時(shí)間。當(dāng)使用玉米桿的較低部位的經(jīng)選擇部分時(shí)，玉米桿處理成本將與木材的成本相似。此外，因?yàn)橛衩讞U成本低，儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本可被最小化，在工廠中玉米桿的最終成本會(huì)比木材的小得多。
下面描述了關(guān)于玉米桿漿的漂白對(duì)手抄紙的機(jī)械和光學(xué)特性的影響。
表5經(jīng)漂白的玉米桿漿的特性
經(jīng)漂白的玉米桿漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)排水度(CSF)在約540ml的范圍內(nèi)。通過在PFI磨粉機(jī)內(nèi)以僅1000轉(zhuǎn)進(jìn)行精煉后，這些CSF值可降至約330ml，此轉(zhuǎn)速少于經(jīng)漂白的桉樹(闊葉木)化學(xué)品漿所需要那些轉(zhuǎn)速的十分之一。這意味著在減少精煉能量消耗方面玉米桿漿具有極大優(yōu)勢(shì)。
加用一個(gè)過氧化物步驟可把紙漿的亮度從約82.4％升至約87.2％，但手抄紙的強(qiáng)度特性顯著下降。結(jié)果是，必須評(píng)估終產(chǎn)品的亮度要求以選擇漂白順序和階段數(shù)量。例如，書寫和印刷紙含有約15至25％的碳酸鈣作為填料，以改善紙的表面光滑度、印刷不透明性和亮度。使用濕部化學(xué)可輕易操縱紙的濕網(wǎng)強(qiáng)度和干強(qiáng)度。
實(shí)施例3在試驗(yàn)規(guī)模的蒸煮中，約21.56kg已砍碎的玉米桿(按烘箱干燥計(jì))被裝入一個(gè)旋轉(zhuǎn)蒸煮器中。在蒸煮器中產(chǎn)生真空以允許液體(蒸煮溶液)更好地浸漬入玉米桿中。蒸煮器旋轉(zhuǎn)約30分鐘，以使溫度從環(huán)境溫度升至約80℃以進(jìn)行良好浸漬。升溫時(shí)間為約30分鐘，以允許溫度從約80℃升至約150℃，在約150℃下蒸煮時(shí)間為約60分鐘。蒸煮液包括約14％的活性堿。在蒸煮過程結(jié)束時(shí)，連接在蒸煮器與出料槽之間的管線，緩慢釋放壓力使壓力下降至相應(yīng)溫度為約100至105℃。此時(shí)閥門被完全打開，以利用壓力差把所有紙漿從蒸煮器中吹入出料槽。出料槽包括在底部的篩網(wǎng)，以在把紙漿轉(zhuǎn)移到出料槽后便于用熱水洗滌紙漿。紙漿用熱水洗滌，然后轉(zhuǎn)移至一個(gè)狹縫寬為0.008英寸的大篩網(wǎng)上。篩網(wǎng)除去率低于約0.07％。然后紙漿被加壓脫水至固含量為約30％。然后，把脫水后的漿破碎并保存在冷室中供將來使用。已篩選紙漿收率為約46.5％，與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究相似。三個(gè)樣品，每個(gè)約30g(按烘箱干燥計(jì))，用PFI磨粉機(jī)以400、700和1000轉(zhuǎn)進(jìn)行精煉。按照TAPPI標(biāo)準(zhǔn)方法制備手抄紙并進(jìn)行測(cè)試。表6顯示了用PFI磨粉機(jī)分別以400、700和1000轉(zhuǎn)精煉三個(gè)樣品所得的結(jié)果。
表6試驗(yàn)規(guī)模制漿得到的已篩選的未漂白紙漿的物理、機(jī)械和光學(xué)特性
手抄紙展示了極好的機(jī)械特性，其張力指數(shù)為82N-m/g，撕裂指數(shù)為4.5mN.m2/g，爆炸指數(shù)為5.5kPa.m2/g。很重要的是，注意在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模制漿時(shí)，將玉米桿用熱水充分洗滌，髓含量是手工調(diào)整的。然而，在試驗(yàn)規(guī)模的試驗(yàn)中，因?yàn)樗玫牟牧蠑?shù)量巨大，我們不能洗滌和調(diào)整髓含量。結(jié)果是，與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模蒸煮所用的玉米桿相比，試驗(yàn)規(guī)模蒸煮所用的玉米桿可能包含更高百分率的灰塵和髓。這是與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模紙漿相比，會(huì)得到稍微低質(zhì)的紙漿和低初始亮度的一個(gè)原因。如果紙漿是在制漿工廠生產(chǎn)并且進(jìn)行了全套洗滌、篩分和清洗系統(tǒng)的話，這些問題可得到解決。
實(shí)施例4在此實(shí)施例中，把經(jīng)漂白的玉米桿漿的特性與經(jīng)同樣漂白的牛皮紙闊葉木漿相比。此外，使用填料如沉淀碳酸鈣、淀粉、上漿劑、助留劑等制備了兩套每平方米克重為約75g/m2的復(fù)印紙，以觀察特性。從表中可以看出，與桉樹和白楊樹紙漿相比，玉米桿漿具有明顯更高的張力和爆炸指數(shù)值。然而，桉樹的撕裂值明顯高于玉米桿漿。結(jié)果顯示于表7中。
表7經(jīng)漂白的玉米桿漿、經(jīng)漂白的牛皮桉樹紙漿和經(jīng)漂白的牛皮白楊樹紙漿的機(jī)械和光學(xué)特性
注釋-1BD-2(DEDP)，填料6.6％手抄紙每平方米克重75g/m2，類似于復(fù)印紙，是用86.6％的玉米桿、6.6％的經(jīng)漂白的針葉木牛皮紙漿和6.6％的沉淀碳酸鈣作為填料制備而得。在手抄紙制備過程中，使用20kg/ton(按烘箱干燥計(jì))的陽(yáng)離子馬鈴薯淀粉、2kg/ton的AKD上漿劑和陽(yáng)離子與陰離子的助留劑。
注釋-2BD-2(DEDP)，填料15.1％手抄紙每平方米克重75g/m2，類似于復(fù)印紙，是用77.4％的玉米桿、7.5％的經(jīng)漂白針葉木牛皮紙漿和15.1％的沉淀碳酸鈣作為填料制備而得。在手抄紙制備過程中，使用了20kg/ton(按烘箱干燥計(jì))的陽(yáng)離子馬鈴薯淀粉、2kg/ton的AKD上漿劑和陽(yáng)離子與陰離子助留劑。
這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，通過在造紙過程中正確使用濕部化學(xué)，從玉米桿漿中制得的紙可得到顯著改善。因?yàn)樵诶w維基質(zhì)中結(jié)合了填料(沉淀碳酸鈣)，手抄紙的不透明性(印刷和書寫級(jí)別紙的一個(gè)重要要求)得到了極大改善。
實(shí)施例5在此實(shí)施例中，用試驗(yàn)規(guī)模造紙機(jī)器從經(jīng)漂白的玉米桿漿和經(jīng)漂白的混合闊葉木牛皮紙漿中制備的紙的物理、光學(xué)和機(jī)械特性被說明以進(jìn)行比較。用試驗(yàn)規(guī)模蒸煮器進(jìn)行玉米桿漿的制漿，然后對(duì)紙漿進(jìn)行洗滌、篩分、脫水和漂白。玉米桿漿的亮度范圍在88至90％之間，如實(shí)施例2所示。
制備玉米桿紙的配料如下經(jīng)漂白的玉米桿化學(xué)漿60％；經(jīng)漂白的北方針葉木牛皮紙漿(工業(yè)級(jí)別)20％；填料(沉淀碳酸鈣)20％；淀粉0.5％(按烘箱干燥的纖維計(jì))；Hercon膠料79AKD(0.5％)0.2％(按烘箱干燥的纖維計(jì))以及Nalco7520助留劑(0.1％)0.05％(按烘箱干燥的纖維計(jì))。經(jīng)漂白的玉米桿漿(從未干燥)在水力制漿機(jī)中與針葉木牛皮紙漿混合。不要求進(jìn)行精煉，而僅激發(fā)水力制漿機(jī)將排水度下降至約400ml。把填料和淀粉加入紙機(jī)貯漿池中。把上漿劑和助留劑計(jì)量加入紙機(jī)貯漿池中。
制備闊葉木紙的配料如下經(jīng)漂白的混合闊葉木漿(工業(yè)級(jí)別)60％；經(jīng)漂白的北方針葉木牛皮紙漿(工業(yè)級(jí)別)20％；填料(沉淀碳酸鈣)20％；淀粉0.5％；Hercon膠料79AKD(0.5％)0.2％以及Nalco7520助留劑(0.1％)0.05％。
闊葉木和針葉木牛皮紙濕漿板在水力制漿機(jī)中進(jìn)行混合，在3.71％的稠度下精煉至470ml CSF水平。把填料和淀粉加入紙機(jī)貯漿池中。上漿劑和助留劑計(jì)量加入紙機(jī)貯漿池中。結(jié)果表示在表8、9、10和11中。
表8在試驗(yàn)造紙機(jī)內(nèi)制備的紙的測(cè)試結(jié)果表
表8顯示玉米桿漿的密度大于木材漿。玉米桿漿的亮度比木漿高約1點(diǎn)，但印刷不透明性比木漿低了超過2點(diǎn)。木漿的散射系數(shù)和吸收系數(shù)都稍高于玉米桿漿。散射系數(shù)與紙的結(jié)合性能呈負(fù)相關(guān)。玉米桿漿的孔隙率是171sec/100ml，相比之下，木漿為7.1sec/100ml。這表示木漿會(huì)比玉米桿漿產(chǎn)生更多孔隙的結(jié)構(gòu)。
表9在試驗(yàn)造紙機(jī)內(nèi)制備的紙的測(cè)試結(jié)果
表9顯示玉米桿漿的CIE白度比木漿高約4點(diǎn)，CIE色調(diào)比木漿低。玉米桿漿與木漿的亮度、不透明度、散射系數(shù)、吸收系數(shù)相似。LL*表示亮度從黑色的零升至全白色的100，玉米桿漿和木材漿紙的這個(gè)特性是相似的；aa*表示當(dāng)其為正時(shí)代表紅色，玉米桿漿的這個(gè)特性高于木漿；b，b*表示當(dāng)其為正時(shí)代表黃色，木漿的這個(gè)特性高于玉米桿漿。
表10在試驗(yàn)造紙機(jī)內(nèi)制備的紙的測(cè)試結(jié)果
表10顯示在縱向(MD)和橫向(CD)上木漿和玉米桿漿的強(qiáng)度特性的對(duì)比。玉米桿漿的所有強(qiáng)度特性均比木漿高40％至300％。玉米桿漿在縱向的張力強(qiáng)度特性比木漿高約50％，在橫向高122％。玉米桿漿在MD和CD方向的伸長(zhǎng)值分別比闊葉木漿高50％和100％。玉米桿漿在MD方向的TEA(張力能量吸收)值比闊葉木漿高130％，在CD方向高200％。類似地，玉米桿漿在MD方向的撕裂指數(shù)比闊葉木漿高55％，在CD方向高36％。通常，紙的弱結(jié)合特性歸因于填料。盡管玉米桿漿保留了22％的填料，而相比之下，闊葉木漿保留了17％的填料，玉米桿漿還是比木漿更強(qiáng)。試驗(yàn)造紙機(jī)器的試驗(yàn)還顯示，與木漿相比，玉米桿漿可更有效地把填料保留在纖維基質(zhì)中。
表11在試驗(yàn)造紙機(jī)內(nèi)制備的紙的測(cè)試結(jié)果
注釋*a在MIT折疊時(shí)使用0.5kg重量而不是1kg重量。
表11顯示玉米桿和闊葉木漿的Sheffield光滑度、爆炸指數(shù)、Taber剛度和雙疊數(shù)。在毛氈方向，玉米桿漿和闊葉木漿的Sheffield光滑度相似，但在線方向，玉米桿漿比闊葉木漿更光滑。玉米桿漿的爆炸強(qiáng)度比闊葉木漿高100％。玉米桿漿在MD和CD方向的雙疊數(shù)分別為41和19，相比之下，木漿為23*和8*。因?yàn)槟緷{太脆弱而不能在1kg張力下折疊，所以使用0.5kg張力。如果在1kg張力下測(cè)量，8*實(shí)際上相當(dāng)于折1次，而23*相當(dāng)于僅折8次。
造紙機(jī)器試驗(yàn)清楚地顯示，用與闊葉木紙同樣的條件制得的玉米桿紙?jiān)趶?qiáng)度特性方面明顯優(yōu)于闊葉木紙，在光學(xué)特性上彼此相近似。
可以理解在不背離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明的各種細(xì)節(jié)可被改變。而且，在各個(gè)實(shí)施例中的上述描述僅是為了說明的目的而不是為了進(jìn)行限制。在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。因此，目的在于本發(fā)明涵蓋本發(fā)明的修改和變化，只要這些修改和變化在附加的權(quán)利要求書及其等價(jià)物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從農(nóng)業(yè)殘余物中生產(chǎn)紙漿的方法，包括收割玉米桿植物的一部分，其中收割包括將玉米桿植物的約至少一個(gè)耳穗以下的部分從玉米桿上除去；干燥玉米桿部分；砍碎玉米桿部分；洗滌被砍碎的玉米桿部分；在螺桿進(jìn)料器中壓縮經(jīng)洗滌的玉米桿部分以除去水；在預(yù)定條件下用堿性制漿溶液從壓縮的玉米桿部分中提取紙漿；使紙漿纖維化；洗滌紙漿；和用漂白溶液處理經(jīng)纖維化和洗滌的紙漿，其中漂白溶液可除去殘余的木素和顏色以增加亮度到大于約70％IS0。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用了振動(dòng)、固定式蒸煮器和特級(jí)分批蒸煮器中的至少一個(gè)的分批過程。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用潘迪亞蒸煮器和Kymer蒸煮器中的至少一個(gè)的連續(xù)處理。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在堿性溶液中蒸煮玉米桿是在約120℃至160℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行約30分鐘至120分鐘。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中堿性溶液包括堿性氫氧化物溶液，其包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨和氫氧化鈣中的至少一種。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中堿性溶液還包括碳酸鈉和碳酸氫鈉中的至少一種。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中堿性溶液還包括氫氧化鈉。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中堿性溶液還包括蒽醌。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中氫氧化鈉濃度在約2％至18％活性堿的范圍內(nèi)，蒽醌的濃度在約0.0％至0.5％的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中可能使用一個(gè)如下預(yù)處理步驟，該步驟包括在約60至約100℃的溫度下將玉米桿材料與纖維素保護(hù)劑如MgCl2、CaCO3壓縮約30至約60分鐘，以在玉米桿的堿性蒸煮過程中保護(hù)半纖維素。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中漂白溶液包括二氧化氯。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用漂白溶液處理經(jīng)纖維化和洗滌的紙漿是在從約50至100℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行約30至120分鐘。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中堿性制漿溶液包括濃度范圍為約1％至3％的氫氧化鈉。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中二氧化氯-堿性提取-二氧化氯(DED)漂白順序可提高紙漿亮度至約80-85％ISO。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在DED順序之后，過氧化氫漂白溶液(P)、臭氧溶液(Z)和氧溶液(O)中的一個(gè)被使用以提高紙漿亮度至約86至95％ISO。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中二氧化氯漂白溶液包括二氧化氯，其劑量等于紙漿的卡帕因子，范圍為約0.01至0.5。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中過氧化氫漂白溶液包括占烘箱干燥的紙漿重量約1至3％的過氧化氫；占烘箱干燥的紙漿重量約1至3％的氫氧化鈉；占烘箱干燥的紙漿重量約1至3％的硅酸鈉；占烘箱干燥的紙漿重量約0.02至0.06％的硫酸鎂；和痕量的螯合劑。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括一個(gè)漂白階段，以改善玉米桿漿的亮度，其中漂白階段使用漂白劑如約0.05至5％的臭氧(按烘箱干燥的紙漿重量計(jì))和約0.1至2％的氧(按烘箱干燥的紙漿重量計(jì))。
19.一種從農(nóng)業(yè)殘余物中生產(chǎn)紙的方法，包括從農(nóng)業(yè)殘余物中精煉紙漿；混合來自農(nóng)業(yè)殘余物的紙漿；清洗；篩分；和在造紙機(jī)中軋制，其中來自農(nóng)業(yè)殘余物的紙漿是玉米桿漿。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中玉米桿漿的排水度水平為至少250ml或更高。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中玉米桿漿的卡帕值在約7至80的范圍內(nèi)。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中玉米桿漿的卡帕值在約2至7的范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其中玉米桿漿的卡帕值低于約2。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在與木漿混合之前，玉米桿漿不進(jìn)行精煉和/或精煉至250-500mlCSF就可被使用，以提供符合紙產(chǎn)品最終用途的特性。
25.如權(quán)利要求19所述的方法，其中玉米桿漿可被分級(jí)為長(zhǎng)纖維碎片和短纖維碎片并再混合，這取決于最終用途的特性，以使玉米桿漿的性能最佳。
26.如權(quán)利要求19所述的方法，其中通過將經(jīng)漂白的玉米桿漿與一種或多種紙漿和/或添加劑混合，可生產(chǎn)書寫和印刷紙、影印紙、特種紙和信封紙，所述紙漿和/或添加劑選自經(jīng)漂白的針葉木化學(xué)漿；經(jīng)漂白的闊葉木化學(xué)漿0-20％；填料(沉淀或研磨的碳酸鈣、粘土、高嶺土、滑石、二氧化鈦等)0-30％；干燥的增強(qiáng)化學(xué)品(淀粉或其它聚合物材料)0-4％；上漿劑(松香乳劑、AKD、ASA或其它)0.05-5％；和陽(yáng)離子和/或陰離子的聚合物助留劑(淀粉、聚丙烯酰胺、聚氮丙啶、硅膠、膨潤(rùn)土、有機(jī)微粒等)0-5％。
27.如權(quán)利要求19所述的方法，其中通過將經(jīng)漂白的玉米桿漿與一種或多種添加劑混合，可生產(chǎn)頂部白色襯墊，所述添加劑選自經(jīng)漂白的針葉木化學(xué)漿0-30％；經(jīng)漂白的闊葉木化學(xué)漿；0-30％；填料(沉淀或研磨的碳酸鈣、粘土或高嶺土)0-20％；干燥的增強(qiáng)劑(淀粉或其它聚合物材料)0-4％；上漿劑(松香乳劑、AKD、ASA或其它)0.05-2％；和助留劑(淀粉、聚丙烯酰胺、聚氮丙啶、硅膠、膨潤(rùn)土、有機(jī)微粒等)0-5％。
28.如權(quán)利要求19所述的方法，其中通過將經(jīng)漂白的玉米桿漿與一種或多種添加劑混合，可生產(chǎn)用于牛奶、果汁和其它飲料的紙盒包裝，所述添加劑選自經(jīng)漂白的針葉木化學(xué)漿0-20％；上漿劑(松香乳劑、AKD、ASA或其它)0.01-5％；和助留劑(淀粉、聚丙烯酰胺、聚氮丙啶、硅膠、膨潤(rùn)土、有機(jī)微粒等)0-5.5％。
29.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在不使用或使用未漂白的針葉木化學(xué)或半化學(xué)漿的情況下，可從未漂白的玉米桿化學(xué)或半化學(xué)漿中生產(chǎn)掛面紙板。
30.如權(quán)利要求19所述的方法，其中從混有高收率闊葉木漿的高收率玉米桿漿中生產(chǎn)瓦楞夾心原紙。
31.如權(quán)利要求19所述的方法，其中將經(jīng)漂白的玉米桿漿與一種或多種添加劑混合，可生產(chǎn)薄紙、濕強(qiáng)度紙和工業(yè)用紙，所述添加劑選自經(jīng)漂白的針葉木化學(xué)漿0-30％；經(jīng)漂白的闊葉木化學(xué)漿0-20％；上漿劑(松香乳劑、AKD、ASA或其它)0.01-5％；和助留劑(淀粉、聚丙烯酰胺、聚氮丙啶、硅膠、膨潤(rùn)土、有機(jī)微粒等)0-5.5％。
32.如權(quán)利要求19所述的方法，其中通過將經(jīng)漂白的玉米桿漿與一種或多種添加劑混合，可生產(chǎn)影印紙、特種紙和信封紙，所述添加劑選自經(jīng)漂白的針葉木化學(xué)漿0-30％；經(jīng)漂白的闊葉木化學(xué)漿0-20％；填料(沉淀或研磨的碳酸鈣、粘土或高嶺土)0-40％；干燥的增強(qiáng)劑(淀粉或其它聚合物材料)0-5％；上漿劑(松香乳劑、AKD、ASA或其它)0.01-5％；和助留劑(淀粉、聚丙烯酰胺、聚氮丙啶、硅膠、膨潤(rùn)土、有機(jī)微粒等)0-5.5％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從農(nóng)業(yè)殘余物中生產(chǎn)紙漿的新方法，包括收割植物桿的某些部分。所收割的植物桿被打包、運(yùn)輸和儲(chǔ)存。在工廠里，植物桿被砍碎并進(jìn)入制漿程序。紙漿與其它基于木材的紙漿混合或不與其不混合，用于制造各種紙。
文檔編號(hào)D21B1/00GK1697901SQ200480000325
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者元種鳴, 柳海日, 阿齊茲·艾哈邁德 申請(qǐng)人:玉米漿及紙制品公司