本發(fā)明屬于造紙制漿技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制漿方法，特別涉及一種超聲波高強(qiáng)度機(jī)化漿制漿方法。
背景技術(shù)：
堿性過氧化氫機(jī)械漿，是以闊葉木為主要制漿原料，采用擠壓疏解、浸漬和磨漿工藝而制成的一種化學(xué)機(jī)械漿。其制漿工藝是在漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿制漿工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它匯集了化學(xué)熱磨機(jī)械漿和漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿的制漿工藝和生產(chǎn)設(shè)備上的優(yōu)點，而創(chuàng)立了“制漿和漂白同時完成的合二為一”的制漿工藝，此制漿工藝過程即成為堿性過氧化氫機(jī)械制漿工藝的最大特點。它具有設(shè)備投資較少、占地面積小、工藝流程緊湊，生產(chǎn)能耗較低、紙漿得率高，制漿廢水不含硫、不含氯、污染輕、治理容易，紙漿可用于配抄中高檔新聞紙，多種含機(jī)械漿涂布紙及未涂布印刷紙等各種紙張。基于堿性過氧化氫機(jī)械漿制漿工藝的特點和諸多優(yōu)點，堿性過氧化氫機(jī)械漿制漿工藝被譽(yù)為“90年代最具發(fā)展?jié)摿Α钡闹茲{工藝，是當(dāng)今世界先進(jìn)的綠色環(huán)保工藝。
O2本身在酸性或堿性條件下是游離基，也是氧化性的親電試劑。它能與具有游離酚羥基或共軛雙鍵的結(jié)構(gòu)單元反應(yīng)?？栈瘹馀荼罎r，產(chǎn)生的能量（局部高溫、高壓環(huán)境下）可導(dǎo)致鍵的斷裂，促進(jìn)自由基的產(chǎn)生，例如水被分解產(chǎn)生·H和·OH自由基，而溶解在溶液中的氣體（O2）也可以發(fā)生自由基裂解反應(yīng)產(chǎn)生·O自由基，改變?nèi)軇┙Y(jié)構(gòu)從而影響反應(yīng)速度。當(dāng)固-液界面即纖維素纖維-水受到超聲波的作用時，在界面處的空化與純液體中的空化極不相同的。由于界面附近的不對稱性會使氣泡發(fā)生形變，靠近固體一側(cè)較平，這就起到一種強(qiáng)化作用，氣泡崩潰時產(chǎn)生快速運(yùn)動的微射流，并以大于100m/s的速度射向界面，使固體表面發(fā)生局部侵蝕和剝蝕。這種微射流的出現(xiàn)與否與相鄰固體表面的尺寸有關(guān)，固體表面的尺寸必須數(shù)倍于氣泡的尺寸方可。當(dāng)含有尺寸數(shù)倍于空化泡的纖維素纖維的懸浮液受到超聲波的作用時，超聲空化產(chǎn)生的微射流沖擊波起到機(jī)械打漿的作用，使次生壁外層以片狀或膜狀脫除，并使次生壁中層纖維潤脹、位移和細(xì)纖維化。
目前，我國現(xiàn)有的主要生產(chǎn)堿性過氧化氫機(jī)械漿的制漿法為PRC APMP，其中的工藝流程主要由木片洗滌、汽蒸、1段單螺旋擠壓疏解機(jī)、1段浸漬器、1段反應(yīng)倉、2段單螺旋擠壓疏解機(jī)、2段浸漬器、2段反應(yīng)倉、一段高濃磨、高濃漂白塔、沖稀池、二段高濃磨、消潛池、篩選凈化、濃縮機(jī)和成漿池工序組成。制漿漂白藥液化學(xué)藥品組成包括NaOH和H2O2。木片的撕裂、浸漬分別在單螺旋擠壓疏解機(jī)和浸漬器中完成。單螺旋擠壓疏解機(jī)通過調(diào)整其機(jī)內(nèi)壓縮比對木片進(jìn)行擠壓撕裂處理，使木片沿其紋理方向撕碎成細(xì)小碎片，使其在浸漬器中充分地吸入制漿漂白藥液。由于木片的撕裂和浸漬效果將直接影響反應(yīng)倉內(nèi)的漿料化學(xué)反應(yīng)程度和后續(xù)的磨漿質(zhì)量，因此，單螺旋擠壓疏解機(jī)是制漿工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備。然而，現(xiàn)有的堿性過氧化氫機(jī)械漿制漿工藝流程因選用的單螺旋擠壓疏解機(jī)處理達(dá)不到所要求的效果的缺陷，同時浸漬器因經(jīng)常將制漿漂白藥液帶入反應(yīng)倉，而存在由此導(dǎo)致反應(yīng)倉內(nèi)漿料濃度不穩(wěn)定而影響后續(xù)磨漿段的質(zhì)量。
現(xiàn)有一種雙螺旋擠壓法堿性過氧化氫機(jī)械漿(APMP)制漿新工藝，其工藝流程是由木片水洗、汽蒸、熱水或熱堿預(yù)處理、1號雙螺旋擠壓疏解機(jī)、1號反應(yīng)倉、2號雙螺旋擠壓疏解機(jī)、2號反應(yīng)倉、一段高濃磨、二段高濃磨、篩選凈化、濃縮機(jī)和成漿池等工序組成。流程中的熱水或熱堿預(yù)處理有利于風(fēng)干木片的軟化，選用兩臺雙螺旋擠壓疏解機(jī)將現(xiàn)有流程中的擠壓疏解和浸漬工藝合二為一，制漿漂白藥液分別注入兩臺雙螺旋擠壓疏解機(jī)內(nèi)，纖維物料在該機(jī)內(nèi)得到充分的擠碾撕裂和良好的浸漬混合效果，成漿的質(zhì)量，與傳統(tǒng)的PRC APMP漿的質(zhì)量相當(dāng)。但該工藝流程復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，成本高，生產(chǎn)出的紙漿質(zhì)量不是很好。因此，制漿方法上的改進(jìn)和創(chuàng)新勢在必行。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種超聲波高強(qiáng)度機(jī)化漿制漿方法，可有效解決紙漿質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低，成本高的問題。
本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，該方法包括以下步驟：
(1)、木片處理：木片經(jīng)木片篩選機(jī)篩選，送入鼓式洗片機(jī)洗滌，經(jīng)超聲波預(yù)處理器進(jìn)行超聲預(yù)處理，使木片軟化，然后進(jìn)入斜螺旋脫水機(jī)脫水；
(2)、木片制條：軟化脫水木片進(jìn)入一段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，將木片制成木絲或小木條（火柴棍）；
(3)、制木纖維束；
將木絲或小木條送入二段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，疏解成木纖維束；
(4)、制漿；
木纖維束送入超聲波反應(yīng)倉內(nèi)進(jìn)行超聲波反應(yīng)處理，使木纖維束變成木紙漿，木纖維束在超聲波反應(yīng)倉內(nèi)經(jīng)氧促超聲波反應(yīng)使紙漿的性能得到提高；
(5)、篩選凈化，擠壓濃縮成濕漿：
將步驟（4）制成的木紙漿送入洗漿機(jī)進(jìn)行洗滌凈化，廢水送入廢水處理系統(tǒng)排放，凈化后的木紙漿經(jīng)濃縮機(jī)擠壓濃縮成質(zhì)量濃度10%的濕漿。
本發(fā)明由于對木片采用超聲波預(yù)處理，使其軟化，因而顯著提高后序段的擠壓撕裂效果及最終成漿質(zhì)量；由于用超聲波預(yù)處理器和超聲波反應(yīng)倉替代了傳統(tǒng)的2個反應(yīng)倉和取消了高濃漂白塔及高濃盤磨機(jī)以及超聲波與氧氣協(xié)同作用處理紙漿。因此，該制漿技術(shù)不僅簡化了工藝流程，節(jié)省了投資；而且提高了紙漿質(zhì)量和降低了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式作詳細(xì)說明。
實施例1
本發(fā)明在具體實施中，包括以下步驟：
(1)、木片處理：木片經(jīng)木片篩選機(jī)篩選，送入鼓式洗片機(jī)洗滌，經(jīng)超聲波預(yù)處理器進(jìn)行超聲預(yù)處理，即在傳統(tǒng)的汽蒸倉的內(nèi)壁上均布有超聲波換能器，超聲處理10～30min，超聲反應(yīng)功率為100～250kw，超聲反應(yīng)頻率為20～40kHz，使木片軟化，然后進(jìn)入斜螺旋脫水機(jī)脫水；
(2)、軟化脫水木片制條：軟化脫水木片進(jìn)入一段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，，一段疏解機(jī)的螺旋開槽口徑較大，目的主要是使木片能疏解成木絲或小木條（火柴棍）即可。所以該段的化學(xué)藥品用量很少，加入木片重量1.0～2.0%的NaOH、0.0～1.0%的H2O2，將木片制成木絲或小木條（火柴棍）；
(3)、制木纖維束；
將木絲或小木條送入二段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，，二段疏解機(jī)的螺旋開槽口徑較小，目的主要是使木絲或小木條（火柴棍）能進(jìn)一步疏解成木纖維束，所以該段的化學(xué)藥品用量較多，加入木絲或小木條重量2.0～4.0%的NaOH、2.0～6.0%的H2O2、1.5～4.0%的Na2SiO3、0.1～0.5%的DTPA，疏解成木纖維束；
(4)、制漿；
木纖維束送入超聲波反應(yīng)倉內(nèi)加入木纖維束重量1%的NaOH進(jìn)行超聲波反應(yīng)處理，此處超聲波反應(yīng)倉采用傳統(tǒng)的漂白塔作為基礎(chǔ)，并漂白塔上均布超聲波換能器，使木纖維束變成木紙漿，木纖維束在超聲波反應(yīng)倉內(nèi)經(jīng)氧促超聲波反應(yīng)使紙漿的性能得到提高，超聲波反應(yīng)倉內(nèi)的反應(yīng)時間為30～60min，反應(yīng)功率為100～300kw，反應(yīng)頻率為15～30kHz，氧壓為0.3～0.7MPa；
(5)、篩選凈化，擠壓濃縮成濕漿：
將步驟（4）制成的木紙漿送入洗漿機(jī)進(jìn)行洗滌凈化，廢水送入廢水處理系統(tǒng)排放，凈化后的木紙漿經(jīng)濃縮機(jī)擠壓濃縮成質(zhì)量濃度10%的濕漿。
所述的步驟（1）超聲預(yù)處理的時間最好為15min、20min或30min，超聲反應(yīng)功率最好為150kw、200kw或230kw，超聲反應(yīng)頻率最好為25kHz、30kHz、35kHz；
所述的步驟（2）軟化脫水木片制條處理時，最好加入木片重量1.2%、1.5%或1.8%的NaOH，木片重量0.2%、0.5%或1.0%的H2O2；
所述的步驟（3）制纖維束時，最好加入木絲或小木條重量2.5%、3.0%或4.0%的NaOH，3%、4%或5%的H2O2，2%、3%或3.5%的Na2SiO3，0.2%、0.4%或0.5%的DTPA；
所述的步驟（4）制漿時，超聲波反應(yīng)倉內(nèi)的反應(yīng)時間最好為35min、40min或60min，反應(yīng)功率為150kw、200kw或250kw，反應(yīng)頻率為18kHz、20kHz或30kHz，氧壓為0.4MPa、0.5MPa或0.6Mpa。
實施例2
(1)、木片處理：木片在含超聲波的水中洗滌和預(yù)處理，使木片軟化；
木片經(jīng)木片篩選機(jī)篩選，送入鼓式洗片機(jī)洗滌，經(jīng)超聲波預(yù)處理器進(jìn)行超聲預(yù)處理，即在傳統(tǒng)的汽蒸倉的內(nèi)壁上均布有超聲波換能器，超聲預(yù)處理時間為30min，超聲反應(yīng)功率為150kw，超聲反應(yīng)頻率為30kHz。木片在超聲波的作用下進(jìn)行軟化，木片軟化后進(jìn)入斜螺旋脫水機(jī)進(jìn)行脫水。
(2)、進(jìn)入一段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，使木片成木絲或小木條（火柴棍）；
木片脫水后進(jìn)入一段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，一段疏解機(jī)的螺旋開槽口徑較大，目的主要是使木片能疏解成木絲或小木條（火柴棍）即可。所以該段的化學(xué)藥品用量很少，僅為NaOH 1.5%，H2O2 1.0%。
(3)、進(jìn)入二段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，使木絲成纖維束；
木絲或小木條（火柴棍）經(jīng)封閉式水平運(yùn)輸帶進(jìn)入二段雙螺旋擠壓疏解機(jī)，二段疏解機(jī)的螺旋開槽口徑較小，目的主要是使木絲或小木條（火柴棍）能進(jìn)一步疏解成木纖維束。所以該段的化學(xué)藥品用量較多，NaOH為4.0%、H2O2為5.0%、Na2SiO3為3.0% 、DTPA為0.5%。
(4)、進(jìn)入超聲波反應(yīng)倉處理，使纖維束成紙漿；
木纖維束經(jīng)60mins左右的水平運(yùn)輸保溫帶后進(jìn)入超聲波反應(yīng)倉內(nèi)進(jìn)行超聲波處理，超聲波反應(yīng)倉采用傳統(tǒng)的漂白塔作為基礎(chǔ)，并漂白塔上均布超聲波換能器，超聲波處理的目的是使木纖維束變成木紙漿。木纖維束在超聲波反應(yīng)倉內(nèi)經(jīng)氧促超聲波反應(yīng)使紙漿的性能得到了大幅度的提高。該超聲波反應(yīng)倉內(nèi)的反應(yīng)條件是反應(yīng)時間為60min，反應(yīng)功率為150kw，反應(yīng)頻率為30kHz，NaOH 1.0%，氧壓為0.5MPa，漿濃10%。
打漿度為45°SR時紙漿抗張指數(shù)為28.3~60.0 N?m/g；撕裂指數(shù)為2.4~5.6mN m2/g；白度為85~88％ISO。超聲波與氧氣協(xié)同作用可以提高紙漿白度3~6%ISO，抗張指數(shù)可以提高10~20%。一組最優(yōu)值是紙漿抗張指數(shù)為55.0 N?m/g；撕裂指數(shù)為4.6mN m2/g；白度為88％ISO。超聲波與氧氣協(xié)同作用可以提高紙漿白度5%ISO，抗張指數(shù)可以提高15%。
本發(fā)明采用超聲波-O2聯(lián)合處理時，處理效果明顯優(yōu)于超聲波單獨(dú)處理，說明超聲波-氧氣聯(lián)合處理紙漿具有明顯的協(xié)同作用。超聲空化過程中形成的氣泡里不僅含有液體本身產(chǎn)生的蒸汽，而且含有溶解于液體的氣體。聲空化對纖維素有兩種作用：一是崩潰時微射流的沖擊，另一是崩潰激波對固體界面的損傷或斑蝕。其結(jié)果是導(dǎo)致纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、聚合度及其分布發(fā)生變化。超聲波的空化泡破裂產(chǎn)生的高強(qiáng)微湍流，形成高速液體流，高速撞擊纖維細(xì)胞壁，使纖維表面受到機(jī)械撞擊和微剪切力，使纖維表面變得起毛、粗糙，暴露出更多的親水基團(tuán)，起到了輕微打漿的作用。超聲波空化作用產(chǎn)生的高壓或高壓釋放產(chǎn)生的沖擊波或脈動空泡界面上的剪切應(yīng)力或機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生的交變壓力變化作用于纖維時，必在纖維的原始缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變集中，使纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，纖維細(xì)胞壁出現(xiàn)裂紋、細(xì)胞壁發(fā)生位移和變形、有更多的次生壁中層暴露出來，纖維表面因而變得粗糙，增加了纖維間的摩擦阻力。繼續(xù)增加超聲波作用時間，纖維發(fā)生疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展，導(dǎo)致微晶位錯，比表面積增加，結(jié)晶度下降，無定形區(qū)增大，導(dǎo)致部分纖維斷裂，從而纖維平均長度下降。在超聲波空化泡崩潰時產(chǎn)生的高速微射流作用在纖維表面上，纖維素細(xì)胞壁上反應(yīng)性能較差的初生壁及次生壁外層受到?jīng)_擊和機(jī)械力的作用而被發(fā)生位移、脫除，更多的次生壁中層暴露出來，并發(fā)生細(xì)纖維化同時在超聲波作用下，漂液對纖維素的潤脹作用大大加強(qiáng)，縮短藥液滲透時間，可斷開纖維素分子鏈間的氫鍵，打開微孔結(jié)構(gòu)，大大增加纖維素的內(nèi)表面積，提高其對漂液的可及度和化學(xué)反應(yīng)活性。超聲波處理對提高纖維素的保水值有顯著效果，纖維潤脹程度相對加大，潤脹后纖維變得相當(dāng)柔軟可塑，外表面積增大，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)松弛，分子間內(nèi)聚力下降，有利于細(xì)纖維化的進(jìn)行。未去掉初生壁的纖維顯得光滑、挺硬、不易吸水潤脹。
因此，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于對木片采用超聲波預(yù)處理，使其軟化，因而顯著提高后序段的擠壓撕裂效果及最終成漿質(zhì)量；由于用超聲波預(yù)處理器和超聲波反應(yīng)倉替代了傳統(tǒng)的2個反應(yīng)倉和取消了高濃漂白塔及高濃盤磨機(jī)以及超聲波與氧氣協(xié)同作用處理紙漿。因此，該制漿技術(shù)不僅簡化了工藝流程，節(jié)省了投資；而且提高了紙漿質(zhì)量和降低了生產(chǎn)成本。經(jīng)實地應(yīng)用和測試，節(jié)省投資40%，成本降低30%以上，而且產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯提高，打漿度為45°SR時紙漿抗張指數(shù)為28.3～60.0N·m/g；撕裂指數(shù)為2.4～5.6mN m2/g；白度為85～88％ISO。超聲波與氧氣協(xié)同作用提高紙漿白度3～6%ISO，抗張指數(shù)提高10～20%，是制漿生產(chǎn)上的創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。