麦草微波辐射制浆过程基础问题研究

微波辐射技术可以在原材料内部产生能量很高的高压水蒸汽，破坏纤维纹孔膜和细胞壁，使得药液能够顺利地渗入到内部，同时产生的高温对木素有软化作用。课题组已初步研究了麦草的微波辐射常压蒸煮，结果表明该方法制浆是可行的。和传统工艺方法相比，微波辐射技术可以在常压的条件下，制得性能较好的浆，并能降低制浆的总能量消耗、降低化学药品的用量和缩短制浆时间。系统地研究微波物理场下纤维、木素与水的相互作用、微波处理对纤维素层次结构和超分子结构的影响、辐射功率对纤维性质的影响；考察草类浆纤维素纤维在微波物理场作用下，结构性质、参透性、功率参数、处理条件对纤维形态结构的影响；探讨微波辐射技术对植物纤维细胞壁各层次结构的作用规律， 在草浆常压蒸煮的适宜的工艺条件下，着重从理论上剖析微波辐射常压制浆的特异性。为微波辐射技术在制浆造纸中的实际应用提供理论基础。

本项目在麦草微波辐射常压制浆可行性研究的基础上，对制浆过程基础问题进行了研究。通过麦草在微波辐射场中质量变化分析以及平均孔径的增加，证明了微波辐射对液体反应物在固相中渗透和扩散的促进作用。对纤维形态结构的影响分析得出：微波使纤维细胞壁急剧膨胀、膨松，即细胞腔增大，使纤维原料得到良好润胀，利于药液的浸透。蒸煮过程SEM形态图显示:微波处理破坏了木质素、半纤维素对纤维素的包裹作用，纤维素已与半纤维素、木质素分离，整体结构疏松。.蒸煮时间、辐射功率、固液比、NaOH含量等单因素结合正交实验确定了碱法制浆工艺最优条件，并进行了验证实验，制浆得率稳定在40%左右；且纸浆抗张指数、撕裂指数和耐破指数值均与常规纸浆相近，说明常压下微波辐射制浆具有较好的物理特性。.利用红外、紫外、电镜等技术手段，研究了微波辐射碱法麦草常压蒸煮糖类组分、木质素等化学成分的变化以及脱木素反应历程，揭示了蒸煮过程中物理化学作用和化学反应的规律性，给出了脱木素反应动力学方程。温度对木质素脱除率影响较大，确定脱木素历程分三个阶段：30-60℃，初步脱木素阶段，木素脱除量缓慢增加；60-70℃，大量脱木素阶段，木素脱除量迅速增加； 高于70℃，残余脱木素阶段。.研究了微波辐射技术对纤维细胞壁的各层次结构、细纤维化的影响及其规律性。纤维长宽度（0.586mm、20.3μm）及粘度检测分析，得出微波辐射常压蒸煮过程纤维受蒸煮条件影响较小。浆纤维超微结构图显示微波法所制的浆样纤维光滑、较为硬挺，纤维之间的结合处高聚合度糖较多，从而产生了相当的粘合作用。纤维细胞的初生壁层和次生壁层也有片状脱落的痕迹，利于纤维吸水润胀，使内聚力减小，次生壁层与层之间滑动，细纤维化加强，使纤维之间结合更为容易。.利用微波辐射技术处理了麦草浆蒸煮黑液，对比实验得出微波辐射处理效果明显优于活性炭单纯吸附，说明微波辐射处理黑液是通过活性炭吸附与微波诱导氧化的共同作用完成的。.麦草微波辐射制浆具有低温、低碱耗、常压、制浆时间短、制浆得率高、总能量消耗低和化学药品用量少等特点，符合节能减排要求，而且制得的纸浆性能良好。由此得到的麦草微波辐射常压蒸煮方法机理和微波辐射常压蒸煮方法的快捷规律及特性，为微波技术在纸浆造纸工业的应用研究提供理论基础。项目的基础研究为今后微波（物理场）技术在纸浆的蒸煮、漂白、原料产品的快速检测均提供理论依据。