CN101613980A - 一种草类原料清洁制浆的生物助剂 - Google Patents

Abstract

本发明的一种草类原料清洁制浆的生物助剂，是由生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂三部分混合制成，其各组份的用量如下：每克绝干原料中酶主剂的活性单位为5IU－40IU，是由漆酶、木素酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成；白腐菌按重量计为绝干原料的0.1％－0.8％；化学辅剂按重量计为绝干原料的0.2％－1％，是由脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、十二烷基醚硫酸钠和磷酸二铵组成。其优点是可提高助剂对草类原料微观结构的改性，加强木素降解或改性的程度，有利于纤维的离解，使原料易于转化为纸浆；提高助剂与原料的反应速度，使制浆生产实现连续化、高效化；使制浆过程的所有溶出物易于发酵而转化为有机肥。

Description

一种草类原料清洁制浆的生物助剂

技术领域

本发明属于造纸用清洁制剂，特别是涉及到一种草类原料清洁制浆的生物助剂。

现有技术

造纸业不仅是关系到国计民生的重要产业，也是资源、能源消耗大，污染负荷高的产业。我国林木资源匮乏，可供造纸用的林木资源更是少得可怜。2007年我国纸及纸板的产销量近七千万吨，已跃居世界第二位，原料的主要来源是进口的纸浆和废纸，占用的外汇量仅次于石化和钢铁业。而我国的草类资源相对丰富，如：水稻、小麦、玉米、棉花等农作物秸秆以及各种芦苇、及获草等。仅农作物秸秆每年可达数亿吨。随着国家各项惠农政策的实施，每年的秸秆产量还在不断上升，但每年秸秆的利用率还不足30％，经深加工的利用率尚不足10％，大量的秸秆被简单的焚烧处理，既污染了环境又造成了资源的严重浪费。采用传统的化学或半化学工艺利用秸秆等草类原料进行制浆造纸由于污染严重已被禁止或限制。目前最佳的途径之一是充分利用现代的生物技术改变原料内部的微观机构，使植物原料内的木质素得到降解，再辅之以轻度的化学和适当的机械处理使纤维离解成为纸浆。制浆过程中产生的所有废弃物再利用生物技术转化为有机肥或饲料。这样可以充分利用农作物秸秆实现循环经济和产业的资源化、环境的清洁化。实现这一新型制浆技术的关键是要有一种高效的生物助剂，它须能有效地改变草类原料纤维和木素的结构或使木素充分的降解。

随着生物技术的不断发展某些生物酶已被广泛的用于制浆造纸领域。有关这方面的研究、报道和应用实例也日益增多。例如：南京林业大学在《纤维素科学与技术》2005年第13卷第4期中刊登了《漆酶与木聚糖酶预处理对稻草蒸煮性能影响的比较》一文；华南理工大学在《中华纸业》2007年第28卷第6期刊登了《木聚糖酶处理麦草浆纤维形态变化的研究》一文。但这方面的研究和报道大部分都是对制浆后序工艺的影响。2007年德洲泸平永发造纸有限公司研制的“生物制浆新技术”获国家发明专利。近期一种无污染造纸制浆技术申报了专利，其发明公开号为：CN1924187A。这两项制浆技术所涉及的都是用草类原料生产瓦楞纸等低端包装用纸，所用的生物处理剂主要是某些生物菌群及其代谢物，对植物原料内的木素作用程度较轻且速度缓慢，难以产出高质量的纸浆。

发明内容：

本发明旨在于克服现有技术的不足，研制了一种适合于农作物秸秆及荻草等草类原料清洁制浆的生物助剂，其成分由生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂三部分混合均匀即得成品，其各组份的用量如下：

1、每克绝干原料中酶主剂的活性单位为5IU-40IU，酶主剂是由漆酶、木素酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成(可采用市场上的粗酶)，五种酶的比例(按各自的活性单位IU/g计)为0.5～2∶0.5～2∶1～3∶2～5∶2～5，按加权平均计算出复合后的平均活性单位(IU/g)；

2、白腐菌按重量计为绝干原料的0.1％-0.8％，可用市场上秸秆制有机肥的发酵菌剂，因其需含有一定量的白腐菌。

3、化学辅剂按重量计为绝干原料的0.2％-1％。是由脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、十二烷基醚硫酸钠和磷酸二铵组成，其重量比是0.5～2∶2～5∶2～5∶2～5。

本发明所述的绝干原料是指不含水的原材料，如芦苇、麦草、稻草等。

助剂中各成分的主要作用如下：

酶主剂：漆酶是一类含铜的胞外氧化酶，具有氧化木素的能力，可促使木素生物降解。木素酶(包括木素过氧化物酶和锰过氧化物酶)也具有催化木素降解的能力，两者的协同作用可强化木素的降解。尽管如此，木素的这种生物降解还是比较缓慢，往往只能对局部的木素起作用。纤维素酶和木聚糖酶的加入可使木素的降解从纤维细胞表面向胞间层甚至细胞壁内发展。华南理工大学在《中华纸业》2007年第六期刊登的《木聚糖酶处理麦草浆纤维形态变化的研究》一文，着重介绍了在扫描电镜观察下，随着酶用量的增加，纤维细胞表面越来越粗糙，褶皱和裂隙也越来越多，剥落现象也进一步加强。当酶用量增至15IU/g时，纤维表面剥落现象非常明显，出现局部裂隙直至大面积沟槽结构。植物原料中一般都不同程度的含有果胶、单宁和色素等非纤维素成分，而果胶酶(包括果胶解聚酶和果胶酯酶)可以催化它们降解成小分子物质而易溶于浸渍液中，有助于纤维素的释放和纤维的分离。

白腐菌：①不同的生物菌在发酵和代谢过程中可产生不同的生物酶。白腐菌在发酵过程中可放出漆酶。在对木素的改性和催化降解过程中发酵菌剂的加入可起到和酶相互促进的作用，最终达到共振的效果，从而极大地提高了木素被生物降解和改性的程度，使处理后的原料易于转化为高质量的纸浆。②制浆过程的各类排泄物与废渣、草末混合后易于发酵转化为有机肥，从而变废为宝，消除污染。

化学辅剂：①加速生物酶及菌剂向纤维内的渗透，并促进纤维的润胀；②为发酵菌剂提供必要的营养物，提高发酵速度；③有助于原料的净化和脱色。

本发明草类原料清洁制浆的生物助剂，提高助剂对草类原料微观结构的改性，加强木素降解或改性的程度，有利于纤维的离解，使原料易于转化为纸浆；提高助剂与原料的反应速度，使制浆生产实现连续化、高效化；使制浆过程的所有溶出物易于发酵而转化为有机肥。

具体实施方式

实施例1

本发明一种草类原料清洁制浆的生物助剂，是由生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂三部分组成，其各组分的用量如下：

每克绝干原料中酶主剂的活性单位为5IU-40IU，白腐菌按重量计为绝干原料的0.1％-0.8％和化学辅剂按重量计为绝干原料的0.2％-1％，将生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂混合均匀，即制得草类原料清洁制浆的生物助剂；

所述的生物酶主剂主要是由漆酶、木素酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成，五种酶的比例按各自的活性单位IU/g计为0.5～2∶0.5～2∶1～3∶2～5∶2～5的比例混合无均匀，即制得酶主剂；

所述的化学辅剂是由脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、十二烷基醚硫酸钠和磷酸二铵组成，其混合重量比为0.5～2∶2～5∶2～5∶2～5。

实施例2

本发明一种草类原料清洁制浆的生物助剂，是由生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂三部分组成，其各组分的用量如下：

每克绝干原料中酶主剂的活性单位为10IU-30IU，白腐菌按重量计为绝干原料的0.2％-0.5％和化学辅剂按重量计为绝干原料的0.3％-0.7％，将生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂混合均匀，即制得草类原料清洁制浆的生物助剂；

所述的生物酶主剂主要是由漆酶、木素酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成，五种酶的比例按各自的活性单位IU/g计为0.8～1.5∶0.8～1.5∶1.5～2.2∶2.5～4∶2.5～4的比例混合无均匀，即制得酶主剂；

所述的化学辅剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、十二烷基醚硫酸钠和磷酸二铵组成，其混合重量比为1～1.5∶2～3∶2～3∶2～3。

实施例3

本发明一种草类原料清洁制浆的生物助剂，是由生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂三部分组成，其各组分的用量如下：

每克绝干原料中酶主剂的活性单位为15～20IU，白腐菌按重量计为绝干原料的0.3％和化学辅剂按重量计为绝干原料的0.5％，将生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂混合均匀，即制得草类原料清洁制浆的生物助剂；

所述的生物酶主剂主要是由漆酶、木素酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成，五种酶的比例按各自的活性单位IU/g计为1∶1.2∶2∶3∶3.2的比例混合均匀，即制得酶主剂；

所述的化学辅剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、十二烷基醚硫酸钠和磷酸二铵组成，其混合重量比为1.2∶1.5∶3∶3。

实施例4

每克绝干原料中酶主剂的活性单位为25～30IU，白腐菌按重量计为绝干原料的0.4％和化学辅剂按重量计为绝干原料的0.6％；

所述的生物酶主剂主要是由漆酶、木素酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成，五种酶的比例按各自的活性单位IU/g计为1∶1.5∶1.5∶2.5∶3的比例混合均匀，即制得酶主剂；

所述的化学辅剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、十二烷基醚硫酸钠和磷酸二铵组成，其混合重量比为1∶2∶2∶3，其他条件同实施例3。

下面结合两个应用实例对本发明作进一步说明，但不仅限于此。生产中可根据企业的实际条件确定最佳工艺方案。

以稻草为原料生产高档包装用纸：

1、稻草产自辽丹东地区，经干、湿法备料后挤干至25％～28％(原料的重量百分比浓度)，与本发明之助剂溶液混合经螺旋输送进入高浓盘式疏解机，疏解后的草料送入反应池或仓内。具体工艺如下：①助剂用量：生物酶主剂：10～12IU/g；秸杆复合发酵菌剂中白腐菌的含量为绝干原料的0.2％～0.3％(每吨绝干草用白腐菌2～3公斤)；化学辅剂0.3％～0.4％(每吨绝干草用化学辅剂3～4公斤)②反应温度：50℃～60℃，时间：3小时左右。③反应结束后将草料中残液挤出回用。用2％～3％的NaoH溶液对草料进行抽提，温度80℃～90℃，时间60～70分钟，将草料中的残液挤出回用或去制生物肥，草料送入高浓磨浆机磨浆，浆料经消潜后再用中浓盘磨精整至打浆度40～50°SR便可去抄纸。此浆抄造瓦楞纸其裂断长可达4.5～5.5Km；环压指数可达11N.m/g以上，达到或超过A级标准。此浆配以少量的木浆可抄造牛皮卡纸或代用牛皮包装纸。

2、以麦草为原料生产文化纸

麦草产河北衡水地区，备料及预处理方式与前面稻草相同，后续主要工艺如下：①生物主剂加入量12～15IU/g；复合发酵菌剂中白腐菌的含量为绝干原料的0.3％～0.4％；化学辅剂0.3％-0.4％；

②反应温度(同上)；时间80～90分钟；

③抽提段用碱量(以NaoH计)3％～4％。

④抽提后的物料经适当的机械揉搓便可成浆，再经双氧水强化的加压氧脱木素和两段双氧水补充漂白，可制得白度为75％以上的TCF(全无氯)漂白浆，其粘度可达800ML/g以上，湿重3.5克以上，可用于抄造或配抄多种文化用纸或生活用纸。

由此可见，本发明与现有的和已报道的生物制浆助剂相比，本发明具有以下独特之处：

1、对草类原料木素的生物降解或改性的速度快而且程度深，经本助剂处理的草类原料(也适用于某些木材资源)只需轻度的化学和机械处理便可产出高质量的纸浆，可用于高档包装纸、文化用纸和生活用纸的生产。一般草类原料用本催化剂处理的时间仅需3～4小时；温度50℃～70℃。

2、主要要技术经济指标为：

①每吨浆化学品的消耗量指相对于传统化学制浆的20％～40％；耗水量3～10吨；耗电量200～300kw·h；耗汽1～2吨。

②纸浆得率比传统的化学制浆高出50％以上。

③成浆质量指标接近或高于同类原料的化学浆，而制浆成本却大幅降低。

3、制浆过程产生的所有的废渣、废液及草屑、草末等混合后，经生物发酵(只需地上堆放)，便可转化为有机肥，可代替部分化学肥料，用于各类农作物，不仅变废为宝，形成循环经济和资源化经济，而且利于土壤改良和生态环境的改善。

4、采用本发明的催化助剂，可大幅简化制浆工艺，大幅降低建厂或技术改造的投资。在原料和产能相同的条件下建设投资只相当于化学制浆的30％～40％，具有显著的经济效益和社会效益。

Claims (2)

1、一种草类原料清洁制浆的生物助剂，是由生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂三部分组成，其各组分的用量如下：

每克绝干原料中酶主剂的活性单位为5IU～40IU、白腐菌按重量计为绝干原料的0.1％～0.8％、化学辅剂按重量计为绝干原料的0.2％～1％，将生物酶主剂、白腐菌及化学辅剂混合均匀，即制得草类原料清洁制浆的生物助剂；

所述的生物酶主剂主要是由漆酶、木素酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成，五种酶的比例按各自的活性单位IU/g计为0.5～2∶0.5～2∶1～3∶2～5∶2～5的比例混合均匀，即制得酶主剂；

所述的化学辅剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、十二烷基醚硫酸钠和磷酸二铵组成，其混合重量比为0.5～2∶2～5∶2～5∶2～5。

2、如权利要求1所述的一种草类原料清洁制浆的生物助剂，其特征每克绝干原料中酶主剂的活性单位为10IU-30IU，白腐菌按重量计为绝干原料的0.2％-0.5％、化学辅剂按重量计为绝干原料的0.3％-0.7％。