雙螺旋擠壓改良的竹材硫酸鹽法蒸煮工藝的研究

摘要： 本研究通過對竹片進行雙螺旋擠壓預處理，再進行硫酸鹽法蒸煮，以提高硫酸鹽法蒸煮效能。結果表明，采用雙螺旋搓絲揉搓機，機內壓縮比1∶3對竹片搓絲預處理，在相同的蒸煮工藝（用堿量18%（以Na2O計）、硫化度20%（以Na2O計）、液比1∶4、蒸煮最高溫度168 ℃、升溫時間150 min、保溫時間90 min） 下，經預處理所得紙漿的細漿得率較未經預處理時提高了1. 3個百分點，卡伯值下降了5. 2個單位，黏度提高了9 mL/g。對經預處理所得紙漿進行蒸煮工藝的進一步優化，結果表明，在蒸煮用堿量降低1個百分點、蒸煮最高溫度降低6 ℃的情況下，細漿得率較未經預處理時提高了9. 1個百分點，卡伯值下降了0. 8個單位，黏度提高了96 mL/g。

關鍵詞：竹漿；硫酸鹽法蒸煮；預處理；雙螺旋搓絲

中圖分類號：TS745 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 01. 014

我國的木材資源有限，并且“禁廢令”的實施導致廢紙進口逐步被限制，因此需要開發替代木材的纖維原料。竹材是我國南方的一種豐富的纖維原料，竹材的纖維細胞約占細胞總質量50％～60％，纖維細胞平均長度1.5～2.0 mm，最長可達5 mm，寬度一般為15～18 μm[1]，與其他非木材原料如麥草、蔗渣等相比，竹材具有纖維長、漿料物理性能好等優勢，部分性能與闊葉木相當，且竹子的生長周期短，具有較大替代木材的潛力。

隨著國家“節能、減排、降耗”等一系列要求的提出，在制漿過程中，應盡量提高紙漿得率，減少化學品用量。竹材硫酸鹽法蒸煮時，由于竹類原料組織結構緊密，蒸煮過程中藥液滲透較為困難，很難控制藥液滲透的時間及滲透的均勻性[2-4]，影響紙漿得率及紙張物理性能。傳統的化學預處理脫木質素可以實現纖維的軟化，以便較多地分離出完整的纖維，其方法主要有酸處理法、強堿法、亞硫酸鹽法、氧化法、有機溶劑法等，但其預處理存在溫度高、損耗大、環境不友好及成本高等弊端。連紅陽[5]研究表明，溫度與含水率是竹材軟化最主要的參數，對竹材進行高溫、高濕預處理即可使其軟化。魏錄錄[6]在研究中發現，雙螺旋擠壓處理可以提高纖維潤脹程度，從而加快物料吸液速率，這有利用蒸煮時藥液的滲透。

本研究在蒸煮前對竹材進行雙螺旋擠壓搓絲機械預處理，提高竹材的水分含量及比表面積，使竹材在蒸煮過程中更易軟化，藥液滲透效率提高，以期改善竹材硫酸鹽法蒸煮效能；通過改變蒸煮用堿量、蒸煮最高溫度、保溫時間、液比、升溫時間等工藝參數，對比不同蒸煮工藝參數下竹漿得率、卡伯值和黏度等，探索雙螺旋搓絲預處理后的竹漿最佳蒸煮工藝條件，采用響應面分析法對其進行優化以得出最優工藝參數。