溶解浆的制备及其应用

溶解浆的制备及其应用

溶解浆的制备及其应用崔宇，陈嘉川，杨桂花（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东济南250353）《纸和造纸》2011年6月第30卷第6期PP27-32 摘要：溶

解浆是高纯度的精制浆，可用于生产黏胶纤维、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素等产品。制备溶解浆的方法分为两种：一种是亚硫酸盐法，另一种是预

水解硫酸盐法。制备人造纤维浆粕和其他纤维素衍生物用浆主要工艺为预水解硫酸盐法；制备溶解浆的最佳原料为棉短绒，也可以用木材和非木材原料，目前竹纤维

原料受到广泛关注。关键词：溶解浆；制备技术；竹浆粕；黏胶纤维中图分类号：TS734 文献标识码：A 文章编号：1001-6309(2011)06-0027-06 基金项目：国家自然科学基金资助项目(30972326，31070525)。作者简介：崔宇先生(1987-)，在读硕士研究生，主要从事制浆绿色化学及生物质资源化利用的研究；E-mail:****************。通讯作者：杨桂花，E-mail:***************。近

几年棉花价格持续大幅上涨，下游纺织行业成本压力骤增，通过提高棉花替代品的使用比例来缓解成本压力成为众多

厂商的选择。溶解浆可以生产黏胶纤维来替代其

他纤维，造纸用化学木浆和溶解浆生产工艺基本相似，目前部分造纸企业将化学浆生产线转化为木材溶解浆生产线，盈利能力大幅提升，受到市场广泛关注。溶

解浆属于高纯度的精制浆，主要用于生产黏胶人造丝、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素等产品。制备溶解浆的原料主要是棉短绒和木材，由于棉短绒的

价格和供应不稳定等因素，目前棉短绒浆已被部分木浆所代替[1]，与棉短绒浆相比，木浆具有较好而均匀的黏胶加工性能，特别是黏胶过滤性能。目前非木材用

于制备溶解浆也受到广泛关注，特别是竹材[2~4]。不同于造纸用浆粕，溶解浆

对浆粕纤维的形态和强度没有要求，但是对纤维的聚合度和化学成分，特别是α-纤维素含量和白度有较高的要求。溶解浆级别一般以

α-纤维素含量来划分，α- 纤维素含量低于90%的为低级溶解浆，在90%~95%之间的为中级溶解浆，而超过95%的为高级溶解浆。溶解浆可用改进的硫酸盐法或亚硫酸盐法来制备，其主要目的就是制得聚合度均一的纯纤维素，而木素和半纤维素作为杂质被除去。 1 溶解浆的制备方法溶解浆的制备方法大体上分为两种：一种是亚硫酸盐法，另一种是预水解硫酸盐法。制备人造纤维浆粕和其他纤维素衍生物用浆的主要工艺为预水解硫酸盐法（或碱

法），尤其是对于半纤维素含量高或树脂含量高的原料，必须用预水解硫酸盐法来蒸煮才能得到合格的浆粕。预水解硫酸盐法蒸煮包括预水解和硫酸盐法蒸煮两个环

节，预水解主要是降低半纤维素含量（特别是木聚糖含量）和提高浆粕反应能力[5]。溶

解浆要求半纤维素含量要降到一定数量以保证黏胶制备能

顺利进行，避免化工原料消耗高和过滤性差，进而避免影响到产品强度。因此采用硫酸盐法制备溶解浆时，

必须先进行预水解，使原料中的部分半纤维素在高温、酸、电解质作用下水解脱除。预水解处理介质有水、蒸汽及无机酸。无论采用何种介质，水解液均呈酸性，并

将部分半纤维素转化为多糖类。1.1 预水解硫酸盐法制竹浆粕中

国是世界上竹类资源最丰富的国家，共有39 属500 余种，约占世界竹种总数的1/3[6]。中国现有竹林面积

7.2×104km2，主要分布在我国南方的17 个省( 市

)[7~9]。利用我国丰富的竹子资源生产溶解浆粕，研制开发纺织纤维是竹材加工利用的新途径，这将大大提高竹子的利用价值[10, 11]。近

年来，随着中国经济的快速增长和人民生活水平的不断提高，对黏胶纤维的需求也不断增加。以前主要用针叶木和棉短绒生产黏胶长纤，但针叶木存在生长周期长的

问题，而棉短绒又主要用于军工和其他战备物资，因此这两种原料的供应越来越紧张。而竹纤维比其他纤维具有更优的吸湿性能和透气性，比较适合制作夏季服装、

运动服和贴身内衣。因此开发竹纤维特别是再生竹纤维具有广阔的应用前景。黏胶用竹浆粕的α-纤维素含量一般不超过85%，聚合度在500~800

之间。与黏胶纤维相比，其他再生纤维素纤维如醋酸纤维、Lyocell

纤维等具有更高的经济附加值，不过其对浆粕的要求更高，特别是醋酸纤维，需要用α-纤维素含量高于95%和聚合度高于1 000的木浆粕制备[12]。1.1.1 蒸煮原理预

水解硫酸盐法蒸煮的原理与亚硫酸盐法不同。在预水解阶段，竹原料中的部分半纤维素在高温及酸性条件下与水解介质作用转入溶液，残留在原料中的半纤维素也受

到某种程度的水解，有利于后续碱煮的溶解。预水解可以削弱或破坏细胞壁外层中木素与碳水化合物之间或碳水化合物彼此间的联接，使细胞壁外层松散，有利于蒸

煮液的渗透。由于硫酸盐法蒸煮液在竹片各层面的渗透速率相差不大，而且碱液能透过细胞壁并使其膨胀，这是硫酸盐法蒸煮优于亚硫酸盐蒸煮的原因。硫酸盐法蒸煮过程可分为三个阶段：第一阶段主要是碱液向原料内部渗透，并从原料中溶出果胶、蜡质、部分半纤维素及少量木素；第

二阶段主要作用是胞间木素的溶解；第三阶段溶出细胞壁内的木素，在此阶段细胞壁中的纤维素及半纤维素也会不可避免地受到损伤和破坏。实际上这三个阶段相互联系和相互交错，不能截然分开。 1.1.2 典型竹材制溶解浆工艺雷以超[2]等对楠竹制备溶解浆的工艺进行了优化，优化工艺为：在170℃下预水解120min，然后采用硫酸盐法蒸煮，蒸煮条件为用碱量

14%(Na2O 计)、硫化度20.5%、保温温度165 ℃、保温时间90min，接着采用ECF 漂白，制得了α-纤维素含量

98.74%、聚合度1062、黏度

18.11mPa·s、白度88.96%ISO、灰分含量0.06%、尘埃度为3mm2·(500g)-1的高质量溶解浆。章

伟[13]等采用酸预水解两道中温硫酸盐蒸煮工艺进行蒸煮，工艺条件为：用4%的酸溶液进行水解，液比1:10，最高温度

120℃，时间120min；接近最高温度时，排气0min，再升温至该温度保温；头道蒸煮条件：有效碱用量21%，硫化度25%，蒽醌用量

0.2%，保温时间180min，蒸煮时间270min。第2 道蒸煮的条件：有效碱用量8%，硫化度30%，蒽醌用量0.2%，液比

1:5，保温时间150min，蒸煮时间240min；第2 道蒸煮的