玉米秸皮制备包装纸的试验研究

2015-03-28边智琦

化学工程师 2015年8期

谭微，常江，边智琦，郑起，刘畅，郭岳

（哈尔滨商业大学轻工学院，黑龙江哈尔滨）

木材纤维是制浆造纸所使用的主要原料，但我国的森林覆盖率比较低，木材资源贫乏，森林的地域分部不平衡，可以利用的资源较少。木材资源的综合利用率不充分，在使用木材纤维造纸时未采用高得率法制浆的生产工艺。随着可持续发展观与生态平衡观念的落实，森林资源的使用受到了限制。这些因素造成了我国造纸原料的短缺。造纸资源短缺的局面是制约我国造纸业发展的重要因素[1]。

我国是个农业大国，每年农作物的产量都很高，随之而来的就是大量农作物副产品的产生，我国处理农作物秸秆的方法主要是焚烧，大大增加了环境的负担。另一方面我国作为木材资源匮乏的国家，造纸原料依赖进口，成本较高。玉米秸秆作为一年生植物，与木浆纤维相比成份及状态相似，经过一定工序的处理，可以成为造纸原料，是潜在的可再生纤维资源。因此，对玉米秸秆制备纸张的研究，可以为我国开发更加广阔的资源替代木材，减少木材的砍伐，从而保护环境，同时，也解决了原料依赖进口的问题，大大降低了造纸的成本，而且还解决了我国农作物秸秆产量高无法处理的难题，减少了燃烧植物秸秆所带来的空气污染[2]。

1 玉米秸秆材料的特性分析

1.1 玉米秸秆的组成

玉米秸秆由皮、穰和叶3 部分组成，各部分所含的成份与纤维的形态各不相同。研究表明，穰和叶占总体的含量要比皮所占的含量多[3]。

1.2 玉米秸秆的成分

玉米秸皮中木素和纤维素的含量高，所含成分与木材差异不大，纤维长而且强度与韧性好。玉米秸秆穰和叶中糖、粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量较高，穰和叶为原料所制的纸浆浆液黏度较大，会出现过滤困难的问题[4]。

2 玉米秸皮纸张制备试验

2.1 原料

本研究所用材料来源于中国黑龙江阿城，为当年收获正常生长玉米秸秆，收获后先在室外通风处竖立堆积，经过2 个月左右的自然风干后，收集作为试验材料。秸秆试样形态完好，颜色正常，无明显破损和霉变，株高为2200～2500mm，直径为20～37mm，平均含水量为10%左右。

2.2 试验药品

NaClO（A.R. 北京惠宝联化科技有限公司）；NaOH（A.R. 天津福晨化学试剂有限公司）；漂白粉（28%～32%A.R. 天津东明区天大化学试剂）；H2O2（30%C.P. 天津市天力化学试剂有限公司）。

2.3 试验流程

玉米秸秆清洁→切段提取秸皮→碱煮30min→清水清洗→H2O2漂白→NaClO 漂白→清水清洗→纤维打浆细化→造纸辅料混合→抄纸→烘干。

3 试验结果分析

3.1 纸张力学性能

采用CTM8050 微机控制电子万能试验机分别对制备试样和未处理直接抄纸的试样的力学性能参数进行了测试，测试取5 次试验数据平均值记入表2。

表2 不同目数秸秆所得纸张的各项性能值Tab.2 Properties of papers manufactured bydifferent mesh-number straw

试验结果表明，经过预处理再进行抄造的纸张试样在最大载荷、抗拉强度、断裂伸长率、断裂强度和断裂伸长等方面都较未经过处理直接抄纸的试样有很大改善。说明碱处理和打浆细化等工序适用于玉米秸皮的预处理，能够起到改善纤维质量，提高成纸力学性能的作用。

3.2 纸张白度

白度是衡量纸张外观质量的重要标准，玉米秸皮中木素含量较高，加之杂质物质较多，所以本色纸浆颜色较深，不利于抄造白度较好的纸张。因此，需要探索一些简便实用的方法对原生纸浆进行一定的处理[5]。本试验中采用H2O2和NaClO 对秸皮纤维进行二次漂白处理，并在抄纸过程中，加入高岭土作为填料进行纸张试样白度的改善[6]。并将试样与前期试验中的未漂白试样和氢氧化钠漂白试样进行了对比。取5 次测试数据平均值作图得下图。

图1 试样白度对比Fig.1 Comparison of whiteness between samples

试验结果表明，经过基本漂白处理的秸皮纤维白度有明显改善，不同的漂白方法相比，采用H2O2和NaClO 的二次漂白方式的试样白度较氢氧化钠漂白有所提高，并且通过试验过程观察，纸浆的发黄现象明显减少。通过添加高岭土，也能够一定程度改善试样白度，但幅度不大。可以判断过H2O2和NaClO2的二次漂白方式较适合于玉米秸皮的漂白处理。