由褐藻制得的紙漿和紙張及其制造方法

專利名稱：由褐藻制得的紙漿和紙張及其制造方法
技術領域：
本發明涉及紙漿和紙張及其制造方法，尤其涉及利用海生植物褐藻而不是木材作為制造 紙漿和紙張的材料及其紙槳和紙張的制造方法。
技術背景傳統造紙的主要原料是木材纖維和草本植物纖維。五十年代，受前蘇聯的影響，我國提 出了 "以草為主"的方針， 一直沿用了半個世紀。實踐證明，"以草為主"的方針嚴重影響了 我國造紙工業的發展，并付出了極大的代價。于是國家有關行業管理部門提出，逐步實現以 木材纖維為主，擴大廢紙回收利用，合理使用非木材纖維原料的原料結構調整的戰略思想。 但是，我國森林覆蓋面積只有國土面積的12%，森林覆蓋率居世界第120位，木材資源嚴重 不足。造紙原料資源稀缺已成為制約我國造紙工業發展的瓶頸。當然，這也是世界性問題。 而不論使用木材纖維還是草本植物纖維，都要使用大量的化學物質，消耗大量用水并產生大 量的有害物質和污水，嚴重污染環境，同時耗費大量能源。多年來，造紙行業己成為污染環 境和耗費資源、能源的重災行業。雖然現在可予以治理，但要花費人量的人力、物力和資金， 嚴重影響國民經濟的發展和人居環境的和諧。傳統造紙植物纖維原料主要的化學成分包括纖維素、半纖維素和木素；次要成分包括樹 脂等。纖維素存在于植物的細胞壁中，為植物纖維的主要成分，也是紙漿中的主要成分。它 是由成千上萬個葡萄糖基組成的直鏈狀高分子糖類，分子式為(C6H1Q05) n， n代表葡萄糖 基的個數。原料中纖維素含量越高，紙漿得率越高，紙張強度越大，質量越好。半纖維素是 低分子糖類，由兩種或兩種以上單糖基組成，具有支鏈，存在于細胞壁中，因有利于打漿而 在造紙過程中盡量保留。而木素主要存在于纖維胞間層及細胞壁中，是具有苯丙烷骨架的芳 香族非糖類，不是線性分子，而是如同馬蜂窩一樣的立體網狀分子。由于木素對紙張強度有 不良影響，在造紙過程中被盡量除去。也正是為了盡量除去木素，在傳統的造紙過程中耗費 大量的化學藥品，造成嚴重的環境污染。為了解決傳統造紙存在的耗費資源和能源、污染環境兩大弊端，本申請的申請人認為在 造紙原料上改革、創新是一條根本之路。傳統造紙原料都^陸生植物，那么海洋植物是否可 以造紙呢？申請號為200480033440.1的專利披露韓國發明者用海藻中的紅藻制得的紙漿和紙 張及其制造方法。但該方法需在高溫條件下制造紙漿，耗費能源。本申請的申請人注意到了 海藻中的褐藻。用褐藻制造紙漿可在溫和的條件下進行，節省能源。褐藻是大型藻類，有約250個屬，1， 500個品種，主要分布于溫帶和寒帶水域。野生的 巨藻能長至60-70米，形成"海底森林"，自然資源極其豐富。褐藻中沒有單細胞種類，均為 多細胞藻體。褐藻中的很多種類已實現人工栽培，如海帶、裙帶菜、羊棲菜等，產量巨大。 而海帶等我國從五十年代開始人工栽培，栽培技術居國際領先水平，已成為世界最大的栽培 國，產量約占世界總產量的一半。野生海帶生長期為二年，而人工栽培生訴期僅為一年。褐 藻含有特殊的褐藻膠，其含量占褐藻本身干重的20-30%。褐藻是海生植物，其細胞結構及化學組成與陸生植物有許多相似之處。海藻多糖是褐藻中最重要的組成成分，也是目前為止藻類生物資源利用的最為重要的組成部分。根據在藻體 內分布的情況，可分為三類:最外層是細胞壁多糖，主要是纖維素、半纖維素；其次是充填 在細胞壁多糖間的粘多糖一褐藻膠；第三類是存在于細胞內的儲藏多糖一海藻淀粉。用褐藻 造紙具有利用價值的是細胞壁多糖(纖維素、半纖維素)和粘多糖——褐藻膠，特別是褐藻 膠中的海藻酸鈉。褐藻膠在藻類細胞中和木素在陸生植物細胞中的功能與作用有相似之處，即充填在細胞 壁中，像膠水一樣把纖維一根根地粘結在一起形成植物體。但其結構形態和在造紙中的作用 卻完全不同。木素是立體網狀分子，不是線性分子；而褐藻膠是能夠聚合成長鏈的線性分子。 木素在制漿造紙過程中被盡量除去；而褐藻膠在褐藻造紙中卻起著主導的作用，是主要成分。 褐藻膠一般指海藻酸鹽，最普通的是海藻酸鈉(NaALg)，是所有褐藻中都含有的主要成分。 海藻酸是由古洛糖醛酸(記為G段)與其立體異構體甘露糖醛酸G己為M段)兩種結構單元 構成的，這兩種結構單元以三種方式(MM段、GG段和MG段)通過a-l, 4糖苷鍵鏈接， 從而形成一種無支鏈的線性嵌段共聚物。海藻酸很容易與一些二價陽離子結合，形成水凝膠 纖維。當其第六位上的羧基與鈉離子結合，就構成了海藻酸鈉鹽。海藻酸鈉分子式為 (C6H706Na) n。性狀為白色或淡黃色不定形粉末，無臭，無味，易溶于水，不溶于酒精等。 傳統造紙使用陸生植物纖維原料的主要成分是纖維素，其分子結構是直鏈狀線形結構；褐藻 造紙原料的主要成分是海藻酸納，其分子結構也是聚合成長鏈的線形結構，因此，用褐藻為 原料制漿造紙成為可能。本申請的申請人利用海藻酸鈉為主要原料，加入其它助劑，經多次 實驗，已經制造出了紙張。發明內容技術問題本發明的目的是提供一種保護森林，并且能夠節省能源，防止環境污染的紙漿和紙張及 其制造方法。 技術方案本發明提供一種利用揭藻制造紙漿的方法，所述方法包括如下步驟 1、海藻酸鈉提取不溶性的褐藻膠在藻體中主要以海藻酸鈣形式存在。采用堿溶液(碳酸鈉溶液)處理， 使其轉化為可溶性的海藻酸鈉。這是一個離子交換過程Ca (ALg) 2 + 2Na+ — 2NaALg + Ca++ 首先將原藻(干品需經過浸泡軟化)清洗干凈，切碎至5-10mm。 為使提取率更高，先用稀酸處理，將海藻酸鈣轉化為海藻酸Ca (ALg) 2 + 2H+ — HALg + Ca"HALg + Na+ — NaALg + H+ 具體是將褐藻在0.1mol/L的硫酸或鹽酸溶液中攪拌30min，溫度為室溫至5(TC，然后分離。為了減少著色，使用甲醛溶液進一步處理。將褐藻浸泡在0.1%-0.4%的甲醛稀溶液中攪 拌，處理溫度為室溫至50'C，處理時間約為15-30min,然后分離。堿提取是整個提取工藝的關鍵，最常用的提取劑是碳酸鈉溶液。將前處理過的褐藻原料在約1.5%的碳酸鈉溶液中攪拌，溫度控制在50-95'C，處理時間l-2h。當提取完全時得到非 常粘稠的溶液。
提取后的溶液中除海藻酸鈉外尚有部分不溶性的殘渣，其主要部分是纖維素。將整個溶 液經膠體磨研磨后得到海藻酸鈉和纖維素的均勻的粘稠的混合溶液，可直接用于生產。如對 紙張要求高，應進一步精處理，特別是脫色。
2、 配料、均質
海藻酸鈉比較硬脆，強力較低，需要加入造紙助劑，比如千強劑(羥甲基纖維素鈉等)， 柔軟劑(丙三醇等)及其它助劑。
海藻酸鈉可溶于水形成粘稠的膠狀物。配料時海藻酸鈉的濃度一般控制在2%以下，其它 助劑根據需要按一定比例加入。
將可溶性的物料充分溶解并混合均勻，再加填不溶性的填料(如滑石粉等)。為使其充分 混勻，需經膠體磨或其它均質設備均質處理。
3、 纖維化處理
海藻酸鈉溶液有一個特性，即與二價陽離子結合可固化形成不溶于水的海藻凝膠纖維。 在采用含Ca卩的水溶液為固化劑時，海藻酸鈉的G單元與Ca—生成"egg-box"結構，形成 三維空間網狀結構，從而轉變成凝膠纖維析出。具體操作是(如附圖)使海藻酸鈉溶液(1) 由料槽(2)經底部的小孔流入或滴入下面的固化槽(3)內，固化成為凝膠纖維(6)。固化 槽中的固化劑為CaCl2水溶液(4)，其濃度為2%至6%。固化槽一側安裝有電機帶動的螺旋 槳(5)，以使固化劑流動起來。
4、 將凝膠纖維經打漿機打成所需的紙漿。
本發明提供一種制造紙張的方法，該方法包括根據上述方法利用褐藻制備紙漿，并利 用所述紙漿制造紙張。本發明提供根據該方法制造的紙張。
本發明提供一種制造紙張的方法，該方法包括根據上述方法利用褐藻制備紙漿，制備
木質紙漿，將上述兩種或更多種紙漿混合，并利用所述紙漿的混合物制造紙張。本發明提供 根據該方法制造的紙張。
根據普通的造紙工藝可將獲得的紙漿制造紙張。


l一海藻酸鈉溶液 2—料槽 3—固化槽
4一固化劑氯化鈣水溶液 5—電機帶動的螺旋槳 6—凝膠纖維
具體實施例方式
用褐藻造紙的方法，制備步驟如下
1、 將由褐藻提取的海藻酸鈉10g和助劑羧甲基纖維素鈉5g放入500ml水中，于常溫下 溶解，得溶液A;
2、 在溶液A中加入填料滑石粉6g混合均勻，得混合液B;
3、 將氯化鈣50g常溫下溶解于1000ml水中，得固化劑C;
4、 將混合液B緩慢流入或滴入固化劑C中，得條狀或顆粒狀凝膠；
5、 在打漿機中放500ml水，并加入丙三醇3g，混合均勻；將上述凝膠的1/10放入打漿 機內打漿，即得褐藻紙漿。6、將上述褐藻紙漿經100目標準篩抄制得褐藻紙。
應用本發明制造紙漿和紙張有如下優點
1、 與木材相比褐藻價格便宜，而且生長周期非常短；
2、 使用褐藻造紙，節約木材，保護了森林資源，有利于控制全球變暖；
3、 促進海藻人工栽培，促進沿海地區的經濟發展；
4、 與用木材造紙相比，使用褐藻造紙可大大減少用于去除木素而使用的化學品，減少環 境污染；
5、 與用木材造紙相比，使用褐藻造紙不需高壓、高溫蒸煮，節約能源。
權利要求
1、一種紙漿，其特征是制造紙漿的原料是褐藻。
2、 根據權利要求1所述紙漿制造的紙張。
3、 一種利用褐藻制造紙漿的方法，其包括 將褐藻用稀酸處理； 再用堿提取出海藻酸鈉；在海藻酸鈉溶液中加入其它助劑，并充分溶解、混合均勻；利用固化劑使加入助劑的海藻酸鈉溶液固化成凝膠纖維；將凝膠纖維打成紙漿。
4、 如權利要求3所述的方法，其特征在于海藻酸鈉溶液流入流動的固化劑中；
5、 如權利要求3所述的方法，其特征在于海藻酸鈉溶液滴入流動的固化劑中；
6、 如權利要求3至5中任一所述的方法，其特征在于所述固化劑為含有二價陽離子 的溶劑。
7、 如權利要求3至6中任一所述的方法，其特征在于所述固化劑所在的固化槽中一 側安裝有電機帶動的螺旋槳，以推動固化劑流動起來。
8、 一種制造紙張的方法，其包括根據權利要求3至7任一所述的方法利用褐藻制備紙漿，并利用所述紙槳制造紙張。
9、 一種制造紙張的方法，其包括根據權利要求3至7任一所述的方法利用褐藻制備紙漿； 制備木質紙漿；將上述兩種或多種紙衆混合，并利用所述紙漿的混合物制造紙張。
全文摘要
本發明披露一種利用褐藻來制造紙漿和紙張的方法，其包括將褐藻先用稀酸處理，再用堿提取劑提取出海藻酸鈉。海藻酸鈉溶液中加入其它助劑，經固化劑固化成凝膠纖維。把凝膠纖維打成紙漿，并以傳統方法制造紙張。本發明所述方法節省木材，保護森林資源；由于減少蒸煮環節，大大節約能源；由于使用的化學藥品大大減少，防止了環境污染。
文檔編號D21C3/00GK101289821SQ20081001071
公開日2008年10月22日 申請日期2008年3月21日 優先權日2008年3月21日
發明者劉慧敏 申請人:劉慧敏