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将麦草应用于造纸工业的主要问题是废液污染,实践中对废液碱回收技术的研究较多,但尚且存在着经济效益差等问题。最新的研究热点主要集中在两个方面:一是创新制浆工艺从木材制浆中脱离出来,实现废液的直接可资源化利用;二是针对制浆废液进行可行性零排放改性应用研究。本论文探究了麦草化机浆废液的基本物化性能,并针对性地进行了物化改性应用,最终确定了制浆废液两种可行性改性应用方案,实现了变废为宝、资源化利用的目的。
一种方案是将制浆废液进行了连续化羟甲基和接枝反应,采用单因素实验法分别探讨了参与羟甲基化反应的制浆废液质量浓度、甲醛用量、反应温度、反应时间,接枝反应中引发剂用量、三聚氰胺用量、反应温度、反应时间及改性产物在瓦楞原纸抄造中的浆内添加量等对成纸抗张指数和撕裂指数的影响,并采用SEM扫描电镜对成纸表面进行了表征研究。
另一种方案是将制浆废液进行离心处理,采用红外光谱仪对其上层悬浮液进行了定性分析,确定了季铵化改性方案,并采用正交实验方法探究了参与反应的醚化剂用量、反应温度、反应时间、pH及改性产物浆内添加量等对成纸物理强度的影响。再现性实验证明了实验的可信性,并采用凯氏定氮法、颗粒电荷测定仪研究了季铵化改性产物的性能及对细小纤维留着率的影响;下层粘稠物采用与淀粉复配改性的方法,在一定条件下,单因素和正交实验研究优化了两者的配比及改性产物应用于瓦楞原纸层间喷淋工艺中的干燥温度、压榨压力、层间喷淋量对成纸层间结合强度的影响。
麦草化机浆废液改性应用实验结果表明:
(1)羟甲基化改性工艺方案为制浆废液质量浓度45%,甲醛用量15%,反应时间2h,反应温度75℃,pH值11~12;接枝反应改性工艺方案为三聚氰胺用量15%,引发剂用量6%,反应时间2.5h,反应温度80℃,pH值11~12。当改性产物应用于瓦楞原纸浆内添加量为8%时,成纸的抗张指数和撕裂指数较空白组分别提高了22.2%和23.7%。纸样表面的扫描电镜观察结果显示改性产物有利于提高成纸纤维间的结合强度和纸页匀度。
(2)上层悬浮液季铵化改性的工艺方案为醚化剂用量30%,pH=11,反应温度70℃,反应时间2h;当浆内添加量为12%时,成纸的环压指数、抗张指数、耐破指数和撕裂指数均提高了15%以上;改性产物的取代度为0.149,电荷密度为+182×10-6eq/g,且有利于提高纸张抄造过程中的细小纤维留着率。下层粘稠物与淀粉的复配改性应用方案为淀粉与粘稠物固含量之比为1:4,改性产物应用于瓦楞原纸层间喷淋工艺时的压榨压力为7kg/cm2,干燥温度75℃,层间喷淋量为10g/m2时,成纸的层间结合强度较空白组提高了20.5%。