玉米秸秆造纸工艺的分析研究

谭 微，常 江，边智琦，郑 起，刘 畅，郭 岳

(哈尔滨商业大学轻工学院，哈尔滨150001)

在我国造纸行业，造纸原料短缺是一直存在的问题，作为主要的造纸原料，我国木材资源较为贫乏，需要依赖于进口木浆.造纸资源的短缺限制着我国造纸业的发展，因此选择合适的造纸原料代替木材原料是造纸业正在发展的重要研究课题[1].我国农业资源非常丰富，秸秆资源所占比例较大.秸秆作为农作物的副产品，最主要的处理途径就是焚烧.其焚烧一度被视为空气污染的主要原因，也造成了资源的严重浪费，大大降低了秸秆资源的使用率.由此可见，秸秆剩余物的再利用是减少环境污染，提高秸秆资源利用率的主要途径[2].

1 玉米秸秆材料的特性分析

玉米秸秆由皮、穰和叶三部分以一定比例组成，由表1可见叶与穰的总量占超过60%，外皮的量较少.每部分所含成分的量不同，如表2所示，皮与穰相比，穰中所含木素较多，木素的大量存在可导致纤维的强力下降，颜色发黄，因此会影响纸张的力学性能与白度.穰中含蛋白质、脂肪、淀粉、糖类等较高，制得的纸浆并不理想，较为粘稠.秸皮中所含木素量少，且纤维素含量比重较高，与木材纤维素含量相差不大，可作为很好的造纸原料[3].

表1 玉米秸秆成分

表2 玉米秸秆皮、穰化学成分对照

2 其他原料造纸的工艺流程

2.1 木材造纸流程

2.1.1 化学法木材纤维造纸

化学法木材纤维造纸工艺流程，一般在造纸机上完成;蒸煮步骤是在蒸煮锅中加化学品进行蒸煮，目的是使木素被塑化或溶解，而脱除木素使纤维分离;打浆是改变纤维中含有的纤维素与半纤维素的成纸性能，从而提高纤维的交织能力.

2.1.2 机械法木材造纸

机械法造纸过程与化学法大体类似，把蒸煮阶段换成磨浆机.利用机械处理纤维原料，把木片纤维细化后分离，制出机械木浆，但是并未脱除木素[4].

2.2 非木材造纸流程

2.2.1 竹纤维造纸流程

竹子为原料造纸蒸煮阶段是竹木混煮，将竹子和木材原料按一定比例混合后制浆，竹子较长的纤维可以使混合原料的浆强度比单独的木浆强度高，同时木材的存在可以减轻硅干扰，得到的黑液也会比纯竹浆黑液好烧，二者互相弥补[5].

2.2.2 稻草造纸工艺流程

一年生禾草植物用于造纸比树木用于造纸困难得多，因为木材中绝大多数的细胞都可视为纤维，而草类植物中此类细胞较少.因此需要对对稻草秸秆进行碱法预处理.用稻草造纸的主要缺点为成浆不匀，纸浆质量不好，粗浆得率偏低，自控水平低.纸浆滤水性能差，黑液的黏度高，不利于黑液提取和碱的回收，所需劳动强度大[6].

2.3 二次纤维造纸流程

由废纸经过碎浆、浮选制得的纸浆被成为二次纤维，根据原料与所制纸种类的差异可选择废纸回收后是否需进行脱墨.磨浆机磨好的浆在沉砂盘中分离出杂质，再调和浆的浓度应用于抄纸.利用二次纤维造纸，工艺简单，原料易得，既节约资源又保护环境.但是成纸的强度与耐折度等特性不如原生纤维所造纸张[7].

3 玉米秸杆造纸的工艺流程

由于玉米秸秆皮与穰的化学成分有差异，所以我们将皮与穰分离后使用秸皮造纸.表3对比了玉米秸皮与其他农作物副产品造纸原料的化学成分，根据数据可总结出玉米秸皮能够作为很好的造纸原料.但是秸皮外表光滑又坚韧，阻碍了纤维的提取.这层物质中包含有半纤维素、果胶、水溶物、脂蜡质等物质[8].因此需要经过预处理来脱除这层物质，以便于分散纤维.图1为经过分析研究后提出的玉米秸秆造纸工艺流程.

图1 玉米秸秆造纸工艺流程

4 结语

根据上述分析，本文提出的适合于玉米秸秆造纸的流程，所采用的方法是先预处理玉米秸皮，用蒸煮法提取纤维，经过漂白使纸张白度符合要求，通过打浆使纤维细化.经过这一系列过程可制出符合要求的纸张.非木材纤维造纸正在逐渐发展成为主要地位，将玉米秸秆造纸应用于造纸工业中，不但可以缓解造纸资源短缺问题，而且使秸秆资源得到了充分的利用，还大大减少秸秆焚烧对大气环境的污染.

[1]张新爱，关润伶.玉米秸秆包装材料的开发研究[J].包装工程，2010，31(11):56－58，113.

[2]张美云，张 云，徐永健，等.秸秆高值化利用技术的发展现状与趋势[J].中国造纸，2010，29(11):73－76.

[3]张红杰.玉米秸秆皮和瓤的综合利用[D].哈尔滨:东北林业大学，2012.

[4]常永杰.我国造纸纤维原料的现状及发展对策[J].湖北造纸，2013(03):40－42.

[5]曾汉元，杨 洋，姚元枝，等.不同居群芦竹纤维素和木质素含量的比较研究[J].中国农学通报，2012，28(19):225－228.

[6]郑志宏，武 尧，张履坚，等.麦草制浆造纸企业清洁生产审核工程实践[J].纸和造纸，2013，32(12):58－60.

[7]全吉平，陆旭东，曹彦锋.脱墨浆生产涂布纸的成本优化[J].国际造纸，2014，33(04):4－10.

[8]王芳芳.玉米秸皮生物机械法制浆的研究[D].济南:山东轻工业学院，2011.