棉短绒清洁制浆及棉浆性质的研究

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棉浆具有纤维长、强度好、聚合度高等特点,广泛应用于纺织、造纸以及化工等行业。在造纸行业,棉浆的制备通常选用棉短绒为原料,以碱性过氧化氢法一步蒸漂制得。但较多棉浆厂在制备棉浆时,存在蒸煮温度和用碱量较高的问题,不利于过氧化氢氧化脱木素,还会对纤维造成损伤,并且对环境污染较大。因此本研究针对棉浆制备过程中存在的问题,以清洁制浆为目的,选用二类棉短绒为原料,首先研究了较低用碱量、较低蒸煮温度的碱性过氧化氢蒸煮结合ECF漂白清洁制浆。在此基础上,研究了固定化纤维素酶处理棉浆对后续漂白的影响以及Valley和PFI两种打浆方式处理棉浆对棉浆浆料、纸页物理性能的影响。最后针对棉浆中存在荧光的现象,研究了棉浆中荧光物质的来源及去除。论文主要研究内容如下:分析了二类棉短绒的化学组分,其综纤维素含量为94.24%,Klason木素含量为3.88%;通过单因素实验和正交实验探究了较低温度、较低用碱量的碱性过氧化氢法制浆效果,碱性过氧化氢制浆工艺为氢氧化钠用量5%,蒸煮温度100℃,过氧化氢用量3%,保温时间120分钟时制浆效果较好。制备得到的棉浆与棉短绒原料相比,卡伯值降低了86.53%,白度提高了2.28倍。在此基础上对比了ECF一段漂白和三段漂白棉浆的效果,结果表明,碱性过氧化氢蒸煮结合ECF三段漂白的浆料白度更高,灰分和尘埃更少。在已优化的制浆工艺基础上添加了固定化纤维素酶处理,研究了固定化纤维素酶处理棉浆的效果。通过单因素实验,对固定化纤维素酶处理棉浆对后续漂白的影响进行了研究。随着酶用量、酶处理时间的增加,处理得到的漂白棉浆白度也随之上升。与未经酶处理的漂白浆相比,处理时间1小时、酶用量3.375U/g的固定化纤维素酶处理后的漂白棉浆,白度提高了4.31%ISO,聚合度提高了157,得率降低了2.24%,灰分、碱溶解度S10以及抽提物含量更低。以优化后的制浆工艺制备的棉浆为原料,在Valley重刀打浆将浆料切断到一定重均长度的基础上,使用Valley重刀打浆和PFI磨浆两种打浆方式处理棉浆,研究了两种打浆方式对棉浆性能的影响。游离度为170m L时,经PFI磨浆的浆料比使用Valley重刀打浆的浆料成纸后纸页性能更好,耐折度提高了140倍,耐破指数提高了96.3%,撕裂指数提高了119.9%,抗张指数提高了66.0%。最后,根据棉浆中存在的荧光现象,研究了棉浆的荧光来源及其化学组分,并对荧光物质的去除进行了探讨。通过分析棉花及其浆料的荧光光谱可知棉浆中的荧光来源于其原料本身,在此基础上对棉花进行了抽提表征,研究表明荧光来源于酚类、萜类物质,并结合二类棉短绒的荧光光谱发现二类棉短绒与棉花中的荧光物质组成相同。由于碱性过氧化氢结合ECF漂白(以二氧化氯为主要漂剂)处理后的二类棉短绒不含荧光,同时结合制备高品质棉浆常用的方法,在后续研究中分别使用了碱性过氧化氢以及碱性过氧化氢结合一段二氧化氯处理棉花,研究表明碱性过氧化氢结合二氧化氯处理可以有效去除棉花中的荧光。
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