專利名稱：由褐藻制得的紙漿和紙張及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紙漿和紙張及其制造方法，尤其涉及利用海生植物褐藻而不是木材作為制造 紙漿和紙張的材料及其紙槳和紙張的制造方法。
技術(shù)背景傳統(tǒng)造紙的主要原料是木材纖維和草本植物纖維。五十年代，受前蘇聯(lián)的影響，我國提 出了 "以草為主"的方針， 一直沿用了半個(gè)世紀(jì)。實(shí)踐證明，"以草為主"的方針嚴(yán)重影響了 我國造紙工業(yè)的發(fā)展，并付出了極大的代價(jià)。于是國家有關(guān)行業(yè)管理部門提出，逐步實(shí)現(xiàn)以 木材纖維為主，擴(kuò)大廢紙回收利用，合理使用非木材纖維原料的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略思想。 但是，我國森林覆蓋面積只有國土面積的12%，森林覆蓋率居世界第120位，木材資源嚴(yán)重 不足。造紙?jiān)腺Y源稀缺已成為制約我國造紙工業(yè)發(fā)展的瓶頸。當(dāng)然，這也是世界性問題。 而不論使用木材纖維還是草本植物纖維，都要使用大量的化學(xué)物質(zhì)，消耗大量用水并產(chǎn)生大 量的有害物質(zhì)和污水，嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)耗費(fèi)大量能源。多年來，造紙行業(yè)己成為污染環(huán) 境和耗費(fèi)資源、能源的重災(zāi)行業(yè)。雖然現(xiàn)在可予以治理，但要花費(fèi)人量的人力、物力和資金， 嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人居環(huán)境的和諧。傳統(tǒng)造紙植物纖維原料主要的化學(xué)成分包括纖維素、半纖維素和木素；次要成分包括樹 脂等。纖維素存在于植物的細(xì)胞壁中，為植物纖維的主要成分，也是紙漿中的主要成分。它 是由成千上萬個(gè)葡萄糖基組成的直鏈狀高分子糖類，分子式為(C6H1Q05) n， n代表葡萄糖 基的個(gè)數(shù)。原料中纖維素含量越高，紙漿得率越高，紙張強(qiáng)度越大，質(zhì)量越好。半纖維素是 低分子糖類，由兩種或兩種以上單糖基組成，具有支鏈，存在于細(xì)胞壁中，因有利于打漿而 在造紙過程中盡量保留。而木素主要存在于纖維胞間層及細(xì)胞壁中，是具有苯丙烷骨架的芳 香族非糖類，不是線性分子，而是如同馬蜂窩一樣的立體網(wǎng)狀分子。由于木素對(duì)紙張強(qiáng)度有 不良影響，在造紙過程中被盡量除去。也正是為了盡量除去木素，在傳統(tǒng)的造紙過程中耗費(fèi) 大量的化學(xué)藥品，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了解決傳統(tǒng)造紙存在的耗費(fèi)資源和能源、污染環(huán)境兩大弊端，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人認(rèn)為在 造紙?jiān)仙细母铩?chuàng)新是一條根本之路。傳統(tǒng)造紙?jiān)隙糬陸生植物，那么海洋植物是否可 以造紙呢？申請(qǐng)?zhí)枮?00480033440.1的專利披露韓國發(fā)明者用海藻中的紅藻制得的紙漿和紙 張及其制造方法。但該方法需在高溫條件下制造紙漿，耗費(fèi)能源。本申請(qǐng)的申請(qǐng)人注意到了 海藻中的褐藻。用褐藻制造紙漿可在溫和的條件下進(jìn)行，節(jié)省能源。褐藻是大型藻類，有約250個(gè)屬，1， 500個(gè)品種，主要分布于溫帶和寒帶水域。野生的 巨藻能長至60-70米，形成"海底森林"，自然資源極其豐富。褐藻中沒有單細(xì)胞種類，均為 多細(xì)胞藻體。褐藻中的很多種類已實(shí)現(xiàn)人工栽培，如海帶、裙帶菜、羊棲菜等，產(chǎn)量巨大。 而海帶等我國從五十年代開始人工栽培，栽培技術(shù)居國際領(lǐng)先水平，已成為世界最大的栽培 國，產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的一半。野生海帶生長期為二年，而人工栽培生訴期僅為一年。褐 藻含有特殊的褐藻膠，其含量占褐藻本身干重的20-30%。褐藻是海生植物，其細(xì)胞結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成與陸生植物有許多相似之處。海藻多糖是褐藻中最重要的組成成分，也是目前為止藻類生物資源利用的最為重要的組成部分。根據(jù)在藻體 內(nèi)分布的情況，可分為三類:最外層是細(xì)胞壁多糖，主要是纖維素、半纖維素；其次是充填 在細(xì)胞壁多糖間的粘多糖一褐藻膠；第三類是存在于細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)藏多糖一海藻淀粉。用褐藻 造紙具有利用價(jià)值的是細(xì)胞壁多糖(纖維素、半纖維素)和粘多糖——褐藻膠，特別是褐藻 膠中的海藻酸鈉。褐藻膠在藻類細(xì)胞中和木素在陸生植物細(xì)胞中的功能與作用有相似之處，即充填在細(xì)胞 壁中，像膠水一樣把纖維一根根地粘結(jié)在一起形成植物體。但其結(jié)構(gòu)形態(tài)和在造紙中的作用 卻完全不同。木素是立體網(wǎng)狀分子，不是線性分子；而褐藻膠是能夠聚合成長鏈的線性分子。 木素在制漿造紙過程中被盡量除去；而褐藻膠在褐藻造紙中卻起著主導(dǎo)的作用，是主要成分。 褐藻膠一般指海藻酸鹽，最普通的是海藻酸鈉(NaALg)，是所有褐藻中都含有的主要成分。 海藻酸是由古洛糖醛酸(記為G段)與其立體異構(gòu)體甘露糖醛酸G己為M段)兩種結(jié)構(gòu)單元 構(gòu)成的，這兩種結(jié)構(gòu)單元以三種方式(MM段、GG段和MG段)通過a-l, 4糖苷鍵鏈接， 從而形成一種無支鏈的線性嵌段共聚物。海藻酸很容易與一些二價(jià)陽離子結(jié)合，形成水凝膠 纖維。當(dāng)其第六位上的羧基與鈉離子結(jié)合，就構(gòu)成了海藻酸鈉鹽。海藻酸鈉分子式為 (C6H706Na) n。性狀為白色或淡黃色不定形粉末，無臭，無味，易溶于水，不溶于酒精等。 傳統(tǒng)造紙使用陸生植物纖維原料的主要成分是纖維素，其分子結(jié)構(gòu)是直鏈狀線形結(jié)構(gòu)；褐藻 造紙?jiān)系闹饕煞质呛Ｔ逅峒{，其分子結(jié)構(gòu)也是聚合成長鏈的線形結(jié)構(gòu)，因此，用褐藻為 原料制漿造紙成為可能。本申請(qǐng)的申請(qǐng)人利用海藻酸鈉為主要原料，加入其它助劑，經(jīng)多次 實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)制造出了紙張。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種保護(hù)森林，并且能夠節(jié)省能源，防止環(huán)境污染的紙漿和紙張及 其制造方法。 技術(shù)方案本發(fā)明提供一種利用揭藻制造紙漿的方法，所述方法包括如下步驟 1、海藻酸鈉提取不溶性的褐藻膠在藻體中主要以海藻酸鈣形式存在。采用堿溶液(碳酸鈉溶液)處理， 使其轉(zhuǎn)化為可溶性的海藻酸鈉。這是一個(gè)離子交換過程Ca (ALg) 2 + 2Na+ — 2NaALg + Ca++ 首先將原藻(干品需經(jīng)過浸泡軟化)清洗干凈，切碎至5-10mm。 為使提取率更高，先用稀酸處理，將海藻酸鈣轉(zhuǎn)化為海藻酸Ca (ALg) 2 + 2H+ — HALg + Ca"HALg + Na+ — NaALg + H+ 具體是將褐藻在0.1mol/L的硫酸或鹽酸溶液中攪拌30min，溫度為室溫至5(TC，然后分離。為了減少著色，使用甲醛溶液進(jìn)一步處理。將褐藻浸泡在0.1%-0.4%的甲醛稀溶液中攪 拌，處理溫度為室溫至50'C，處理時(shí)間約為15-30min,然后分離。堿提取是整個(gè)提取工藝的關(guān)鍵，最常用的提取劑是碳酸鈉溶液。將前處理過的褐藻原料在約1.5%的碳酸鈉溶液中攪拌，溫度控制在50-95'C，處理時(shí)間l-2h。當(dāng)提取完全時(shí)得到非 常粘稠的溶液。
提取后的溶液中除海藻酸鈉外尚有部分不溶性的殘?jiān)?，其主要部分是纖維素。將整個(gè)溶 液經(jīng)膠體磨研磨后得到海藻酸鈉和纖維素的均勻的粘稠的混合溶液，可直接用于生產(chǎn)。如對(duì) 紙張要求高，應(yīng)進(jìn)一步精處理，特別是脫色。
2、 配料、均質(zhì)
海藻酸鈉比較硬脆，強(qiáng)力較低，需要加入造紙助劑，比如千強(qiáng)劑(羥甲基纖維素鈉等)， 柔軟劑(丙三醇等)及其它助劑。
海藻酸鈉可溶于水形成粘稠的膠狀物。配料時(shí)海藻酸鈉的濃度一般控制在2%以下，其它 助劑根據(jù)需要按一定比例加入。
將可溶性的物料充分溶解并混合均勻，再加填不溶性的填料(如滑石粉等)。為使其充分 混勻，需經(jīng)膠體磨或其它均質(zhì)設(shè)備均質(zhì)處理。
3、 纖維化處理
海藻酸鈉溶液有一個(gè)特性，即與二價(jià)陽離子結(jié)合可固化形成不溶于水的海藻凝膠纖維。 在采用含Ca卩的水溶液為固化劑時(shí)，海藻酸鈉的G單元與Ca—生成"egg-box"結(jié)構(gòu)，形成 三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而轉(zhuǎn)變成凝膠纖維析出。具體操作是(如附圖)使海藻酸鈉溶液(1) 由料槽(2)經(jīng)底部的小孔流入或滴入下面的固化槽(3)內(nèi)，固化成為凝膠纖維(6)。固化 槽中的固化劑為CaCl2水溶液(4)，其濃度為2%至6%。固化槽一側(cè)安裝有電機(jī)帶動(dòng)的螺旋 槳(5)，以使固化劑流動(dòng)起來。
4、 將凝膠纖維經(jīng)打漿機(jī)打成所需的紙漿。
本發(fā)明提供一種制造紙張的方法，該方法包括根據(jù)上述方法利用褐藻制備紙漿，并利 用所述紙漿制造紙張。本發(fā)明提供根據(jù)該方法制造的紙張。
本發(fā)明提供一種制造紙張的方法，該方法包括根據(jù)上述方法利用褐藻制備紙漿，制備
木質(zhì)紙漿，將上述兩種或更多種紙漿混合，并利用所述紙漿的混合物制造紙張。本發(fā)明提供 根據(jù)該方法制造的紙張。
根據(jù)普通的造紙工藝可將獲得的紙漿制造紙張。


l一海藻酸鈉溶液 2—料槽 3—固化槽
4一固化劑氯化鈣水溶液 5—電機(jī)帶動(dòng)的螺旋槳 6—凝膠纖維
具體實(shí)施例方式
用褐藻造紙的方法，制備步驟如下
1、 將由褐藻提取的海藻酸鈉10g和助劑羧甲基纖維素鈉5g放入500ml水中，于常溫下 溶解，得溶液A;
2、 在溶液A中加入填料滑石粉6g混合均勻，得混合液B;
3、 將氯化鈣50g常溫下溶解于1000ml水中，得固化劑C;
4、 將混合液B緩慢流入或滴入固化劑C中，得條狀或顆粒狀凝膠；
5、 在打漿機(jī)中放500ml水，并加入丙三醇3g，混合均勻；將上述凝膠的1/10放入打漿 機(jī)內(nèi)打漿，即得褐藻紙漿。6、將上述褐藻紙漿經(jīng)100目標(biāo)準(zhǔn)篩抄制得褐藻紙。
應(yīng)用本發(fā)明制造紙漿和紙張有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 與木材相比褐藻價(jià)格便宜，而且生長周期非常短；
2、 使用褐藻造紙，節(jié)約木材，保護(hù)了森林資源，有利于控制全球變暖；
3、 促進(jìn)海藻人工栽培，促進(jìn)沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；
4、 與用木材造紙相比，使用褐藻造紙可大大減少用于去除木素而使用的化學(xué)品，減少環(huán) 境污染；
5、 與用木材造紙相比，使用褐藻造紙不需高壓、高溫蒸煮，節(jié)約能源。
權(quán)利要求
1、一種紙漿，其特征是制造紙漿的原料是褐藻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述紙漿制造的紙張。
3、 一種利用褐藻制造紙漿的方法，其包括 將褐藻用稀酸處理； 再用堿提取出海藻酸鈉；在海藻酸鈉溶液中加入其它助劑，并充分溶解、混合均勻；利用固化劑使加入助劑的海藻酸鈉溶液固化成凝膠纖維；將凝膠纖維打成紙漿。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于海藻酸鈉溶液流入流動(dòng)的固化劑中；
5、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于海藻酸鈉溶液滴入流動(dòng)的固化劑中；
6、 如權(quán)利要求3至5中任一所述的方法，其特征在于所述固化劑為含有二價(jià)陽離子 的溶劑。
7、 如權(quán)利要求3至6中任一所述的方法，其特征在于所述固化劑所在的固化槽中一 側(cè)安裝有電機(jī)帶動(dòng)的螺旋槳，以推動(dòng)固化劑流動(dòng)起來。
8、 一種制造紙張的方法，其包括根據(jù)權(quán)利要求3至7任一所述的方法利用褐藻制備紙漿，并利用所述紙槳制造紙張。
9、 一種制造紙張的方法，其包括根據(jù)權(quán)利要求3至7任一所述的方法利用褐藻制備紙漿； 制備木質(zhì)紙漿；將上述兩種或多種紙衆(zhòng)混合，并利用所述紙漿的混合物制造紙張。
全文摘要
本發(fā)明披露一種利用褐藻來制造紙漿和紙張的方法，其包括將褐藻先用稀酸處理，再用堿提取劑提取出海藻酸鈉。海藻酸鈉溶液中加入其它助劑，經(jīng)固化劑固化成凝膠纖維。把凝膠纖維打成紙漿，并以傳統(tǒng)方法制造紙張。本發(fā)明所述方法節(jié)省木材，保護(hù)森林資源；由于減少蒸煮環(huán)節(jié)，大大節(jié)約能源；由于使用的化學(xué)藥品大大減少，防止了環(huán)境污染。
文檔編號(hào)D21C3/00GK101289821SQ20081001071
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者劉慧敏 申請(qǐng)人:劉慧敏