一种亮黄色抗菌本色竹纸浆及其纸产品的制作方法

1.本发明属于工业造纸领域，具体涉及一种亮黄色抗菌本色竹纸浆及其纸产品，并提供一种应用于生产所述竹纸浆的制浆方法。


背景技术：

2.随着环保理念的深入人心，万亿级纸品市场中，本色纸广受欢迎。近几年来包装用纸、牛皮纸、生活用纸、书写纸等的本色纸产品得到迅速扩张且市场潜力巨大。目前本色纸品的生产方法有生物发酵的或传统化学法工艺减少漂白环节制得。生物发酵的方法更多用于草浆进行制浆造纸，结构较为致密的竹子难以作为生物发酵的方法成浆，因此该方法的使用范围具有一定局限性。而传统化学法工艺减少漂白环节，虽然减少了部分氯、苯、荧光粉等化工原料对身体的危害，但工艺通过过量的碱、硫化碱、蒽醌等助剂，和较高的温度、压力破坏了细胞间结合的能量，将纤维素、半纤维素、木质素以及植物体中的天然成分进行破坏产生部分有毒有害物质，并造成恶臭气味和大量黑液污染，生产工艺所得的本色纸浆主要成分的纤维素提取率低，具有较强亲水性能和增加纤维弹性的半纤维素被破坏严重，具有较强吸油性能的木质素损失严重，竹子中天然存在的有益于杀菌、消毒的物质成分被高温强碱环境破坏。传统化学法制浆工艺过程中使得纸色调不理想，颜色发灰、发暗，给消费者的视觉愉悦感不强。


技术实现要素：

3.针对现有技术和产业中纸产品及制浆技术的不足，本发明的目的在于提供一种充分保留了竹子天然成分，拥有优异的抑菌性、独特的亮黄色和清新的竹香味的竹纸浆；该竹纸浆具有适合人眼的色泽，能很好的保护眼睛，拥有很好的抑菌性、吸水性、吸油性以及书写性能的本色纸制品。
4.通过发明人的长期摸索发现，纸浆及其纸产品的黄度和亮度、纸产品的抗菌性能与多戊糖、酸不溶木质素的含量及其相关，而且与多戊糖、酸不溶木质素和纤维素的比例相关。为了获得具有颜色优异及抗菌性能优异的纸浆和纸制品，本发明的申请人还对生产具有所述性能的纸浆的制浆工艺进行了优化，实现了纸浆中含有特定含量的多戊糖、酸不溶木质素和纤维素。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种亮黄色本色竹纸浆，所述竹纸浆中多戊糖和酸不溶木质素质量之和与纤维素质量的质量比值为1∶(0.3-8.0)。
6.正产的纸浆中，纤维素在纸浆中的比重比较高，而本发明的纸浆中纤维素含量偏低，其原因有两个，一个是降解过程中，尽量保证竹材中的多戊糖和酸不溶木质素不过分降解，另一方面，也可以通过将造纸黑液中的酸不溶木质素、多戊糖等物质回收处理加入到纸浆中实现，这样就会实现纸浆具有更好的颜色指标和抗菌性能。
7.优选的，上述亮黄色本色竹纸浆中，所述纸浆中多戊糖和酸不溶木质素质量之和与纤维素质量的比值为1∶(0.50-3.00)；尤其优选的，纸浆中多戊糖和酸不溶木质素质量之
和与纤维素质量的比值为1∶(0.70-2.90)。
8.优选的，上述亮黄色本色竹纸浆中，所述纸浆中多戊糖与酸不溶木质素的质量比为1∶(0.1-10)，优选的，纸浆中多戊糖与酸不溶木质素的质量比为1∶(0.4-6.0)，尤其优选的，纸浆中多戊糖与酸不溶木质素的质量比为1∶(1.0-5.5)。
9.优选的，上述亮黄色本色竹纸浆中，多戊糖、酸不溶木质素和纤维素的质量之和占竹纸浆的质量百分比为80-99％；优选的，多戊糖、酸不溶木质素和纤维素的质量之和占竹纸浆的质量百分比为85-98％。
10.优选的，上述亮黄色本色竹纸浆中，所述亮黄本色竹纸浆抄成80g/m2圆片纸后的黄光色度b*为23-33。
11.优选的，上述亮黄色本色竹纸浆中，所述亮黄色本色竹纸浆抄成80g/m2圆片纸后的l*为63-72，a*为2-5。
12.本发明还提供了一种由上述亮黄色本色竹纸浆制备得到的纸制品。
13.优选的，上述纸制品中，所述纸制品中上述亮黄色本色竹纸浆质量占纸制品质量的百分比为5-100wt％，优选的，纸制品中上述亮黄色本色竹纸浆质量占纸制品质量的百分比为50-100wt％，特别优选的，纸制品中上述亮黄色本色竹纸浆质量占纸制品质量的百分比为80-100wt％。
14.优选的，上述纸制品中，所述纸制品为本色生活用纸、牛皮纸、宣纸、本色文化用纸、高强低克重瓦楞纸、纤维板、农膜纸、食品包装纸、本色餐盒或本色纸杯。
15.优选的，上述亮黄色本色竹纸浆中，所述本色竹纸浆的制备方法包括预处理步骤和磨浆步骤，其中预处理步骤为：用热碱液浸泡或喷淋竹片或竹条，使竹片或竹条吸收的碱量为竹片绝干量的5-15％后进行低剂量的热碱液浸泡或喷淋，总浸泡或喷淋时间为5-40小时，得到预处理的竹原料，所述热碱液为氢氧化钠浓度为10-500g/l、温度为50-100℃的溶液，其中溶液的溶剂为水。
16.上述亮黄色本色竹纸浆，制浆用的植物原料为竹原料，包括但不限于毛竹、黄竹、慈竹、绿竹、单竹、楠竹、水竹、白夹竹、麻竹、西风竹、四季竹、斑竹等竹子原料的一种或多种混合。
17.本发明还提供了一种制备上述亮黄色本色竹纸浆的方法，其特征在于所述方法包括预处理和磨浆步骤，所述预处理步骤为：用热碱液浸泡或喷淋竹片或竹条，使竹片或竹条吸收的碱量为竹片绝干量的5-15％后进行低剂量的热碱液浸泡或喷淋，总浸泡或喷淋时间为5-40小时，得到预处理的竹原料，所述热碱液为氢氧化钠浓度为10-500g/l、温度为50-100℃的溶液，其中溶液的溶剂为水。
18.优选的，上述方法中，还包括将预处理步骤得到的黑液进行循环套用进行浸泡或喷淋。优选的，上述方法中，还包括将预处理步骤得到的黑液进行酸化处理，将沉淀产物加入到竹纸浆中。
19.本发明的上述竹纸浆的性能与制浆过程中的反应温度有很大的关系。现有化学浆工艺反应温度过高，低温在100℃以上，即使在100℃，也需要进行蒸煮，有时最高温度达到165-175℃，在强条件下处理竹材过程中，竹材中的木质素被氧化严重，产品发黑、发暗。而且，现有工艺为了不让被氧化的木质素影响纸张颜色，只好加入过量的碱全面去除木质素，但同时也去除了具有较强亲水性能和增加纤维弹性的半纤维素，去除了竹子中天然存在的
有益于杀菌、消毒的物质。不仅产品收率低、用碱过量成本过高影响了经济效益，同时产品的颜色、竹香味、吸水吸油性能、物理性能以及杀菌性能降低严重。
20.具体的，本发明提供了一种纸产品的制备方法，所述方法包括如下步骤：
21.(1)备料：根据产品用途和原料资源情况选取竹原料，将原竹切成均匀长宽的竹片并进行筛选和洗涤去除竹表面杂质；
22.(2)预处理：将处理好的竹片输送至大型料仓中，料仓大小以储存竹片量供应制浆2-3天为宜，通过配碱浓度为10-500g/l(以氢氧化钠计)，加热到50-100℃得到热碱液，用热碱液浸泡竹子或喷淋竹子竹片吸收的碱量为竹片绝干量的5-15％，竹片吸够碱液后，继续低剂量热碱液浸润或喷淋，浸润或喷淋总时间为5-40小时；
23.(3)磨浆：将预处理后的竹子原料利用磨浆机或者搓揉机进行磨浆，借助化学、物理和机械的协同作用，促使原料中的木质素溶解并从纤维间解离，释放出纤维束，获得的纤维物料可以获得充分保留竹子的纤维、半纤维、木质素等竹子天然成分；
24.(4)抄浆：将浆料洗涤干净，洗涤方法之一是利用三段式真空逆流洗涤。将洗涤干净后的竹纸浆在浆板机上抄成浆板，在竹纸浆抄浆板过程中经过压力筛、除砂器进行净化；
25.(5)抄纸：将洗净后的湿浆或浆板经碎解、打浆后，进行配料、上网、干燥、卷曲制得本色生活用纸、牛皮纸、宣纸、农膜纸、食品包装纸、本色文化用纸等产品或经过磨具压膜制得高强低克重瓦楞纸、纤维板、本色餐盒、本色纸杯等产品；
26.(6)木质素利用：将上述浸泡或喷淋竹片的碱液进行循环套用多次至黑液饱和后酸化沉降木质素，将木质素过滤后利用或直接将其吸附在纸浆上共同抄纸成为纸产品。
27.本发明的有益效果：
28.1.本发明的竹纸浆充分保留了竹子天然成分，具有较强亲水性能和增加纤维弹性的半纤维素得以充分保留，具有较强吸油性能的木质素作为纸浆产品的成分保存下来，竹子中天然存在的有益于杀菌、消毒的物质成分保留在竹纸浆中，使得竹纸浆产品中的多戊糖、酸不溶木质素和纤维素的配比具有优异的抗菌性能，因此该竹纸浆产品拥有很好的抑菌性、吸水性、吸油性以及书写性能。产品作为原料开发生活用纸、食品包装纸、书写纸时拥有更好的优势。
29.2.应用该竹纸浆制备的卫生纸、办公用纸等，其拥有独特的亮黄色和清新的竹香味，通过竹纸浆开发出的终端纸制品黄光色度b*为22-33，属于更适合人眼的色泽的黄度范围，能很好的保护眼睛。
30.3.本发明制备竹纸浆过程中没有用到蒸煮工序，仅仅通过喷淋浸润就能够实现竹材的分解，也就是分解温度远远低于现有工艺，这样能大大降低能耗。而且该工艺用碱量低，黑液有效碱含量极低，可不用碱回收直接进行黑液套用，达到省水、省电，降低能耗的效果。
31.4.本发明制备竹纸浆过程中用碱量优化到提取纤维的最佳量，远远低于现有工艺，这部分碱能保证在大部分溶解和分离木质素的前提下几乎不破坏纤维素和半纤维素以及木质素的结构，是从而保证了高得率制浆，且不再使用高污染性的硫化钠等助剂，这样不仅减少了药品的用量减少了环境污染负荷，从而降低成本，提高经济效益。
32.5.本发明因用碱量低，纸浆洗涤消耗的水量会大大降低，同时打浆漂洗液、制浆黑液可以反复套用至较高浓度，进一步减少用水量，由此可以很好的解决原有造纸工业中黑
液不能套用、耗水量大、大量黑液难以处理的技术难题。
具体实施方式：
33.本发明可用下文中的非限定性实施例进一步说明：
34.实施例1：竹纸浆的制备
35.取折干原料质量为2000kg的竹片，通过氢氧化钠配制不同浓度的碱液，然后加热到90-95℃得到热碱液，将该热碱液利用旋转喷头喷淋竹子，旋转喷头流量为20m3/小时(高喷淋量浸润)，喷淋过程中抽检竹片吸收的碱量，当竹片吸收的碱量为竹片绝干量的8％左右(测量达到该值的高喷淋量浸润时间)，然后降低热碱液的喷碱量为10m3/小时的速度进行低喷淋量喷淋竹片，低喷淋量喷淋的浸润时间为预定的总浸润时间减去高喷淋量浸润时间。两次喷淋浸润时间合计为总浸润时间。达到总浸润时间后用清水喷淋洗涤，将竹子表面的碱液喷淋洗涤干净后，将浸润洗干净的竹片进行磨浆，制备得到满足抄纸质量要求竹纸浆。
36.在喷淋(也就是浸润过程)中，流下来的黑液因为含有碱液，与热碱液混合进行循环套用，循环喷淋套用次数可以进行调节。
37.根据上述操作，进行多组竹片的处理，m01-m08组的处理情况如下表1。
38.表1热碱液处理每组竹片的条件
39.竹片处理组浸润时间(小时)碱浓度(g/l)黑液循环套用(次数)m0112900m02121000m03101300m04141301m0513902m06151002m0718903m08161004
40.通过热碱液喷淋及黑液循环套用，提高黑液中分解成分的浓度，能够减少用水量，而且通过水喷淋洗涤，用水量减少，而且喷淋的水也可以循环套用。喷淋过程中耗能少，只需要对碱液进行加热，而且通过喷淋方式浸润竹片，对场地的要求低，能够大批量进行竹片的浸润，浸润竹片量大。
41.通过上述方法制备的竹纸浆，表观上具有独特的亮黄色(抄纸后的颜色情况参见后面的实施例3)，而且从味觉上感觉具有清新的竹香味。
42.针对上述每组竹片处理后所得到的竹纸浆进行成分检测，主要是测量其中纤维素、酸不溶木素、多戊糖的含量，多戊糖按照gb/t 745-2003(纸浆多戊糖的测定)测定，酸不溶木素按照gb/t 747-2003(纸浆酸不溶木素的测定)测定，纤维素按照《制浆造纸分析与检测》中纤维素含量测定的硝酸-乙醇法测定。竹纸浆中含有的其他成分不做检测。浸润得到的每组竹纸浆的成分情况参见如下表2。
43.表2竹纸浆成分多戊糖、酸不溶木质素和纤维素含量的检测结果
44.竹纸浆样品编号多戊糖含量(％)酸不溶木素含量(％)纤维素含量(％)
m0112.265.2672.44m025.235.2684.94m036.637.2174.48m0410.9612.6667.71m0511.6416.3365.35m069.4217.5062.83m0711.3620.1766.17m088.3444.0037.87
45.由于竹纸浆制备过程中浸润的碱液浓度低，低强度浸润，使得竹子中天然存在的有益于抗菌性的成分得以保留，使得有助于吸水吸油的成分保留，因此纸浆产品拥有很好的抑菌性、吸水性、吸油性以及书写性能。
46.实施例2：竹纸浆抗菌性能的测试
47.将上述竹纸浆通过生活用纸生产线生产卫生纸后，按照竹纸浆样品编号m01-m08对应分别将样品卫生纸编号为w01-w08，同时将市场上两个厂家的竹材生产的本色纸类的卫生纸作为对照，编号为d01和d02，在相同条件下进行抗微生物性能测量。按照gb/t 20810-2018的附录c的“微生物指标的测定”方法进行。测量结果如下表3。
48.表3卫生纸抗菌性能结果
[0049][0050][0051]
通过对实施例1的竹纸浆制备的卫生纸和市场上的卫生纸检测发现，微生物指标均满足标准要求。实施例1的竹纸浆制备的卫生纸的细菌菌落总数在规定≤600cfu/g的1/5以下，均没有超过100cfu/g。市场上的竹纸浆卫生纸的抗微生物指标满足标准要求，但是抗菌性能比较低。从表3能够看出，w04-w08的抗菌性能明显比较高，从制备的竹纸浆的成分也能够看出，因为多戊糖和酸不溶木质素的含量高，使得其抗菌性能也更高。
[0052]
实施例3：竹纸浆的纸张颜色测试
[0053]
将所得实施例1制备的竹纸浆抄成80g/m2圆片纸，竹纸浆浆m01-m08制备得到的圆纸片编号为z01-z08，市场购买竹纸浆制备的本色纸取两个样品k01和k02，通过设备彩谱(chn spec)光泽度测定仪测得明度坐标l*，色品坐标a*，黄光色度b*。具体结果如下表4。
[0054]
表4纸张颜色结果表
[0055]
编号l*a*b*
z0180.362.5726.43z0258.603.2627.81z0370.642.3924.59z0465.714.9925.11z0571.132.8126.45z0670.393.2627.81z0768.974.3024.59z0863.253.0525.11k0176.64-1.5320.91k0285.440.8227.81
[0056]
通过测量，实施例1制备的纸浆所制备的纸张的颜色在l*为63-72，a*为2-5，b*为22-33的范围内，该终端纸制品具有适合人眼的色泽，能很好的保护眼睛，给人的视觉愉悦感更强。