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时间:2020-03-16
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1、瞳压斜技大学论文题目:慈竹DDS置换蒸煮与清洁漂白的相关性及纸浆纤维特性的研究学科门类:工学一级学科:轻工技术与工程培养单位:轻工与能源学院博士生:李佩籁导师:张美云教授2014年6月RESEARCHoNCORRELATl0NOFDDSDISPLACEMENTCooK矾GANDCLEANBLEACHINGANDPULPFⅡ;ERPRoPERrrIESoFNEoS玎呵oCALAMUSADissertationSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfi
2、llmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringScience●—-—--一II——I■■●●■■■●■■●■■■■■■■■■一ByPeiyiLiSupervisor:Prof.MeiyunZhangJune2014II慈竹DDS置换蒸煮与清洁漂白的相关性及纸浆纤维特性的研究摘要木材纤维资源短缺是长期以来制约我国造纸行业发展的瓶颈。竹材原料的纤维特性与木材最为接近,且在我国分布广泛,慈竹是最适宜用作造纸原料的竹种之一。DDS置换蒸煮(DigesterDiagnosisS
3、ystem)的最大优点是节能、环保。因此,开发慈竹DDS置换蒸煮不仅可解决我国原料短缺的问题,而且符合造纸产业绿色、低碳、环保的发展趋势。本论文以慈竹为原料,采用DDS置换蒸煮和清洁漂白技术,对慈竹DDS置换蒸煮、添加助剂的无硫蒸煮系统的研究,揭示了慈竹的低污染制浆特性;结合慈竹氧脱木素以及无元素氯(ECF)漂白和全无氯(TCF)漂白的研究,构建了慈竹DDS置换蒸煮与纸浆清洁漂白的相关性,揭示了慈竹在制浆不同阶段纤维形态的差异及纤维表面特性的变化。丰富了慈竹清洁制浆的理论体系,并对其生产实际具有指导意义。研究了慈竹化学组成及存放时间
4、对慈竹化学组分的影响。结果显示,慈竹皮和杆中的化学组成有一定差异,皮中灰分、苯一醇抽出物含量高于杆中的含量,用作造纸原料的慈竹脱青1~2个月为宜。研究了预处理工艺对慈竹纤维化学组分及后续蒸煮的影响。确定了氢氧化钠和硫化钠共同预浸渍的预处理技术,通过实验该预处理可以使原料中木素含量降低、综纤维素少量降解。经预处理的慈竹与未预处理的慈竹在相同蒸煮工艺条件下,前者蒸煮成浆的得率下降,但卡伯值降低更为显著,黏度有所降低,均能达到可漂浆的要求,可为蒸煮工艺的制定及生物质资源的利用提供参考。采用Design.Expert软件对慈竹DDS置换蒸煮
5、进行了实验设计和结果评价、分析及优化。结果表明,热充段用碱量、硫化度、最高蒸煮温度和保温时间对卡伯值、细浆得率和白度影响明显;热充段用碱量对黏度的影响明显。在任一卡伯值下,纸浆的细浆得率、黏度和白度无法同时达到最优水平。基于Design-Expert的慈竹DDS置换蒸煮数学模型具有良好的预测和优化功能。在给定的工艺条件下,可以预测蒸煮的结果(卡伯值、细浆得率、黏度和白度);在达到要求的蒸煮指标时,可通过实验优化制定出最佳的蒸煮工艺条件(预浸渍段用碱量、温充段用碱量、热充段用碱量、硫化度、最高蒸煮温度和保温时间)。对比DDS置换蒸煮与
6、传统硫酸盐法蒸煮,慈竹DDS置换蒸煮成浆卡伯值低、得率高,且用碱量低。研究了慈竹无硫普通蒸煮工艺,讨论了添加助剂的慈竹无硫蒸煮与成浆性能的关系,并对比绿氧和自制蒸煮助剂对慈竹无硫蒸煮的影响。当绿氧用量为0.06%,用碱量为18%、最高蒸煮温度为160。C和用碱量为19%、最高蒸煮温度为155℃时所得纸浆性能相当,卡伯值为22左右,细浆得率49%左右,黏度1200mL/g,白度31%ISO左右。蒸煮时分别添加E、H、I三种自制助剂的用量为0.06%时,成浆卡伯值、细浆得率、黏度以及白度都和添加绿氧时相当。通过正交实验分析得出,采用DD
7、S无硫置换蒸煮工艺,当助剂添加量分别为预浸渍段0.02%,温充段0.02%,热充段0.03%时,成浆卡伯值为23.6,细浆得率达到50.1%,黏度为1237mE/g,成浆性能几乎与慈竹DDS硫酸盐法蒸煮的纸浆性能相当。通过FT-IR分析可知,不同的蒸煮方式脱木素程度不同,纸浆中残余木素的结构有一定差异;自制助剂和绿氧结构不同,并且均有别于葸醌,自制助剂在性能上和蒽醌有本质区别,提高了水溶性,并具有优良的蒸煮效果,但其具体结构还有待进一步分析。在慈竹硫酸盐法DDS置换蒸煮过程中,热充段用碱量、最高蒸煮温度对纸浆己烯糖醛酸的含量的影响显
8、著;温充段用碱量、硫化度和保温时间的影响较小;预浸渍段用碱量影响最小。己烯糖醛酸含量的高低和纸浆卡伯值、细浆得率及纸浆黏度均没有明显对应关系。较少的有效碱用量、较低的蒸煮温度和较短的保温时间提高纸浆中己烯糖醛酸的含量,但纸浆的细浆得率
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