竹制溶解浆研究进展

（2）竹切片竹节多，节子硬度高，含纤维素少， 树脂、尘埃含量高，蒸煮药液渗透困难，不易成浆， 影响生产，且生产的溶解浆反应性能不易达标。
（3）竹材生长周期不一致，尤其中小径竹，其蒸 煮质量不好控制，也会影响到溶解浆质量的均一性 和稳定性。
（4）在备料工段，需增加对原料进行洗涤和脱 水两道工序，以提高料片的洁净度，使溶解浆浆粕 的灰分及铁含量和尘埃度能够达到纺织行业标准。
作者简介：杨玲女士，教授，主要从事低 / 无污染制浆方面的教学与科研工作；联系电话：15984158349, E-mail: lwj1163@。
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2015 年 3 月 第 34 卷 第 3 期
试验研究
节少，合格率≥ 90%，这样不仅制浆得率高，而且 浆粕反应性能较佳，其综合质量也大大提高。 1.2.1.2 层层把关，降低非纤维素杂质。蒸煮后的 本色浆灰分＜ 0.8%，Fe ＜ 80~70 mg·L-1，经筛选、 漂白后，灰分＜ 0.1%，Fe ＜ 25~30 mg·L-1，多戊糖 ＜ 4%。 1.2.1.3 在浆粕的生产过程中，应防止纤维素氧化 和水解过剧，减少半纤维素的生成。
（5）竹片贮存时间不宜过长，由于竹材的含糖 量高于木材 [14]，尤其是春夏季贮存越长，霉变越重， 影响溶解浆的产量和质量，为此在生产上可采取一 些措施减轻料片发热和变质，措施有：①堆垛时向 料片喷洒化学药品，如稀绿液或稀硼砂；②避免产 生比表面积较大的碎料片；③尽量降低料片堆的高 度，因为堆的顶部温度最低；④使用几个较小的料 片堆代替一个较大的料片堆；⑤按堆存的先后顺序 使用料片，即先进先用。通过一段适宜时间（最好在 2~3 个月内）的存放，竹片中的淀粉、果胶、蛋白质、 脂肪等自然发酵，从而降低蒸煮碱耗，降低洗涤废 液的污染负荷。
溶解浆是一种高纯度的精制浆。目前，溶解浆 的生产原料主要限于木材和棉短绒 [1, 2]。我国棉短 绒和木材受耕地和成本的约束导致产量有限，加上 我国又是贫林国，现有的木材溶解浆多为进口，给 国内相关行业带来较大原料成本压力。因此，如何 开发适合我国国情的新资源来弥补原料的不足，满 足市场对溶解浆浆粕的需求，促进产业持续健康发 展，已经成为一个十分现实和紧迫的问题。我国富 集大量的竹材原料，具有分布广、生长快、可生物降 解等特点，且竹材纤维的特性介于针叶木和阔叶木 之间，纤维长 1.5~2.0 mm，宽度 15~18 μm，纤维细 胞约占细胞总量的 50%~60%，综纤维素含量高达 74%，十分适合于溶解浆浆粕的生产 [3-5]。而且竹 溶解浆除具有棉、木溶解浆相似或相同的物化性质 外，还具有独特的功能，竹纤维制品具有良好的抗 紫外线及除臭功能，其抗紫外线功能比棉纤维强 40 倍左右；优良的透气性和吸放湿性，其透气性是棉 纤维的 3.5 倍，属各种纤维之首；良好的抗菌和抑菌 性是其他纤维所不具有的 [6]，因而产品深受纺织行 业和广大消费者的青睐，故竹材溶解浆极具开发价 值。为此，国内许多企业非常看好利用竹材生产溶 解浆，纷纷投资改建或新建溶解浆生产线，在生产 方法上存在劳动负荷较大，生产效率低，成品收获 率低，产品质量不稳定，尤其是铁质及木聚糖含量 高，反应性能不理想等问题，环保难以达标，以及投 资较为巨大，难以达到较大规模生产。
3 竹片预水解
溶解浆的制取有两种工艺方法：预水解-硫酸 盐法和酸性亚硫酸盐法。一般而言，半纤维素含量 高和树脂含量高的原料，必须用预水解 - 硫酸盐法 蒸煮才能得到合格的浆粕，半纤维素含量低的原料 可采用酸性亚硫酸盐法蒸煮 [15, 16]。两种方法比较， 预水解-硫酸盐法对原料的适应性强，生产的溶解 浆的 α-纤维素含量更高（可达 95%~98%），黑液碱 回收率高，环境污染小，它综合了硫酸盐法和酸性 亚硫酸盐法两种制浆方法的优点 [5]。因此，多数企 业采用预水解-硫酸盐法生产溶解浆浆粕。
纤维素含量高的原料生产黏胶浆粕时，采用硫 酸盐法蒸煮需要比常规硫酸盐法制浆剧烈，以达到 降聚降黏的作用。半纤维素含量越高的原料，越要 加强预水解，其预水解的时间会相对长些，预水解 温度会相对高些，还可加入预水解助剂 [11] 强化预
水解作用。木素含量越高的原料，硫酸盐法蒸煮条 件需苛刻些，即用碱量多、高保温度高、高保温时间 长或加入蒸煮助剂来提高木素脱出率 [12, 13]。
1.2 溶解浆生产过程中改善反应性能的措施
1.2.1 提纯 尽量降低非纤维素成分，提高 α-纤维素含量。
1.2.1.1 在条件允许情况下，原料尽量均一、干净、
基金项目：精细化工助剂及表面活性剂四川省高校重点实验室开放基金项目（ 项目编号 2013JXY04）；四川省教育厅重大培育项目（项 目编号 14CZ0021）；四川理工学院 2014 年大学生创新创业训练计划项目（项目编号 201410622015）。
通过预水解、蒸煮破坏初生壁，以及后续的漂 白工段进一步除去初生壁。 1.2.3 收敛
收敛可提高浆粕聚合度的均一性。 聚合度的调整和控制主要在蒸煮和漂白两个 工序 。 [10] 确保浆粕聚合度均一性的一个重点：“ 重蒸”、 “ 轻漂”。高 温 、高 碱 、高 压 的“ 重蒸”目的在于破坏 初生壁，除去木素、灰分、半纤维素等杂质，提纯纤 维素，还有纤维素的降聚作用。如何选择一个尽可 能低的蒸煮聚合度终点，保证纤维初生壁在“ 重蒸” 时得到最大限度的破坏，再经“轻漂”处理，杂质进 一步除去，浆白度提高，达到理想的白度，同时经漂 剂 氧 化 作 用，纤 维 聚 合 度 进 一 步 降 到 工 艺 要 求 范 围，满足黏胶纤维、醋酸纤维等产品的生产。
要生产出优质的溶解浆浆粕需提高原料的合 格率。料片质量是影响浆粕质量的主要因素，以下 几点需引起关注：
（1）竹片的尺寸大小不均，尤其是过大片、圆环 竹片，在装锅时易架桥，影响装锅量；在筛选、输送 时，易堵塞筛孔和输送设备连接处的下料口，影响 生产的连续性；在蒸煮时，蒸煮液不易渗透均匀，造 成蒸煮均一性差，生产的溶解浆质量难达标，尤其 是黏度、聚合度波动大，反应性能不理想；反之，碎 小片和细竹条使蒸煮时的药液流动阻力大，严重时 堵塞蒸煮锅篦子。
研究表明 [18, 19]，由于竹材具有自身的局限性， 如含木聚糖高达 19.5%，而桉木含木聚糖 11.2%，木 聚糖的去除需酸性环境，并且竹材质地较硬（竹材 原 料 密 度 0.6~0.8 g·cm-3，针 叶 木 0.4 g·cm-3 左 右， 阔 叶 木 0.43~0.64 g·cm-3），具 有 较 低 的 孔 隙 率，阻 碍了酸性水解液渗透进竹片中，降低了半纤维素的 除去率；再者，竹材含有较高的灰分（竹材灰分含量 1.5% 左右，桉木灰分约 0.3%）及抽出物（竹材总抽 出物含量 16.2% 左右，桉木抽出物约 4.1%），阻止 自水解时竹片的渗透，并中和产生的乙酸，从而使 酸水解程度降低，木聚糖去除率受阻；另外，在自水 解过程中，竹材中的木素发生了缩合，即木聚糖与 木素连接在一起，缩合影响了木聚糖的溶出。因此， 为了使预水解有效地进行，提高预水解的均匀性， 可在预水解过程中添加预水解助剂 [20]，水解助剂使 预水解所需的酸性环境加强，促进酸性水解液的渗 透，利于半纤维素尤其是木聚糖的溶出。加了预水 解助剂与没加比较，预水解后，加了助剂的预水解 废液 pH 值降低，废液中含还原糖量及固形物含量 均提高；同时促进了部分木素和灰分的除去，细胞 壁破坏程度增加，胞壁的空隙增加；还可减少木素 的缩合（与没加预水解助剂比较，预水解后，加了助 剂的原料中心没变成深棕色，仅外面是深棕色，而 没加助剂的原料里外均变成深棕色）。为此，在预水 解中添加预水解助剂利于预水解顺利、有效、均匀
1 溶解浆的理想质量
溶解浆的理想质量是：α-纤维素含量越高越好， 灰分和铁含量以及半纤维素等杂质（非纤维素成分） 含量越低越好，白度高，聚合度分布均匀一致，分布 区间越窄越好，且浆粕成分均一，反应性能优良，以 及纤维素与化学药品良好的接触性能。就溶解浆而 言，反应性能是最为重要的质量指标之一，且要求严 格，对其机械强度等物理性能并无特殊要求 [7, 8]。
针 对 上 述 问 题，许 多 企 业 用 蒸 汽 作 为 预 水 解 剂，蒸汽预水解完成后的水解液大部分仍被吸附在 料片中，在后续过程中被一定量的冷白液中和，中 和过程一方面是酸碱中和，另一方面起到对原料进 行预浸渍的作用 [17]，利于后续硫酸盐蒸煮过程的顺 利进行。中和后的废液连同预水解后的废液一起送 碱回收，达到节能、减排、降耗、清洁生产的目的。但 是值得注意的是蒸汽预水解容易产生水解不均匀 性，造成木聚糖等抽出物及灰分等不易顺利除去的 问题。
浆粕中的半纤维素一部分来自原料自身，一部 分来自生产中各个工段纤维素的氧化、降解、水解。 1.2.2 最大限度地破坏纤维的初生壁
初生壁中半纤维素多，杂质多，纤维素少，它的 存在妨碍了次生壁纤维的暴露，对化学药剂的反应 能力小，对酯化反应、醚化反应等起阻碍作用。因此 纤维初生壁最大限度的破坏，不仅除去木素、灰分、 半纤维素等杂质，而且还使次生壁上大量的纤维素 充分暴露，从而提高浆粕的反应性能。
1.1 溶解浆反应性能
溶解浆反应性能是评价溶解浆品质的综合性 技 术 指 标，它 与 聚 合 度 的 分 散 性、纤 维 的 化 学 纯 度、纤 维 形 态 结 构 的 均 一 性 及 纤 维 素 分 子 上 羟 基 的 反 应 活 性 等 关 系 密 切。经 验 证 明，反 应 性 能 主 要由原料来源、原料的质量均匀性和蒸煮、漂白工 艺决定 [9]。
试验研究
doi: 10.13472/j.ppm.2015.03.007
竹制溶解浆研究进展
●杨 玲，李文俊，王 伟，刘冰玉，田 猛，蒲 磊，邱 鑫
（四川理工学院，精细化工助剂及表面活性剂四川省高校重点实验室，四川自贡 643000）
摘要：介绍制约溶解浆反应性能的影响因素其及改善措施；阐述竹制溶解浆的特点以及备料、预水解-硫酸盐法蒸 煮、洗选漂等制备过程的内容及其相关注意事项。 关键词：竹制溶解浆；预水解；硫酸盐法蒸煮；反应性能；纯度 中图分类号：TS743 文献标识码：A 文章编号：1001-6309(2015)03-0022-05