CN101654883B - 一种避免再生植物纤维强度下降的生物处理方法 - Google Patents

一种避免再生植物纤维强度下降的生物处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种避免再生植物纤维强度下降的生物处理方法，包括将纤维原浆、漆酶、组氨酸在室温下进行混合反应，使用的漆酶、组氨酸生物混合液呈中性(用碳酸氢钠缓冲溶液调节混合液pH)。本发明用漆酶作为氧化还原催化剂，通过加入组氨酸来引进羧基，使浆料中的羧基含量大大增加，解决了再生纤维在回用过程中纤维润胀能力、纸页强度性能下降等问题，提高了再生植物纤维的回用次数。

Description

一种避免再生植物纤维强度下降的生物处理方法
技术领域
本发明涉及制浆造纸领域，具体涉及一种避免再生植物纤维造纸所使用的再生纤维强度下降的方法。
背景技术
随着植物资源日益短缺和对环境保护的重视，再生纤维的回收利用已经引起了世界各国的极大重视。在我国再生纤维也已成为造纸原料的重要组成部分，已占我国造纸总原料的1/3以上，且有逐年增长的趋势，据估算，2005年我国造纸行业再生纤维使用量已高达到1700万吨。利用废纸生产1吨高白度脱墨浆较利用植物原料生产1吨化学浆可节约水50％，节约化学药品60％～70％，节约能源50％以上，同时减少75％的空气污染以及35％的水污染。因此，大量使用再生植物纤维造纸有助于缓解我国植物资源匮乏和能源紧缺的矛盾，并且有利于减轻日益严重的环境污染，对于保护我国的生态环境起到重要作用。
但是，植物原生纤维经过制浆和造纸工艺过程后，发生了品质衰变的现象，具体表现在纤维润胀性能、纤维强度和纸页物理性能下降。如经过一次回用后，纤维保水值下降了26.8％、强度指标抗张指数和耐破指数分别下降了27.8％和26.7％，且这种衰变在后续的纤维回用过程中逐渐恶化，甚至使再生植物纤维丧失造纸能力。再生植物纤维强度的降低大大影响了其回收利用，为了提高再生植物纤维的强度性能，提高其利用水平和价值，有必要对其进行改性处理。
目前对再生植物纤维进行改性有较多方法，如打浆、化学预处理等。打浆是提高回用纤维性能的一种常用方法，但打浆时往往造成纤维的切断较多，再加上纤维回用后，纤维本身变硬发脆，更易产生细小纤维，使回用纸的强度降低，还会影响回用浆的滤水性能。化学预处理所需药品量大，处理温度高。打浆、化学预处理都只是补救措施，效果是有限的，且只限于一次回用，不可能从源头上抑制纤维品质的衰变。纤维素纤维的润胀能力很大程度上受纤维素的酸性基团的含量所影响。纤维一经过干燥或抄造其羧基含量将会大大减少，羧基含量减少将导致纤维润胀能力的降低，最终导致纤维强度及纤维间结合能力的降低。因此，要想保持纤维强度不变，纤维素纤维就必须尽可能多地持有酸性基团。目前较常用的引进酸性基团(如羧基)的方法为用氯乙酸进行羧甲基化处理和加入纤维素衍生物这两种化学处理方法，然而这些处理方法有如下致命的缺点：(1)反应条件苛刻；(2)造成浆料纤维素有益组分的损失；(3)使用氯乙酸等有害有毒化学药剂造成污染。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有再生植物纤维改性存在的上述不足，提供了一种避免再生植物纤维强度下降的生物处理方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种避免再生植物纤维强度下降的生物处理方法，包括如下步骤：
(1)向再生植物纤维原浆中加入漆酶和组氨酸，在室温下进行反应，用NaHCO3缓冲溶液调节混合液pH，范围为3.5-7；
(2)反应完成后，过滤，用水进行洗涤。浆料储存备用。
步骤(1)所述原浆为旧瓦楞箱纸板(OCC)浆或旧报纸(ONP)浆；所述浆浓为5-10％；所述漆酶用量为0.05-0.25％(绝干浆)；所述组氨酸用量为0.5-2.5％(绝干浆)；所述NaHCO3缓冲溶液的浓度为0.05-0.25mol/L.
步骤(2)所述反应时间为60-150min。
本发明所采用的反应原理：
向原浆中加入漆酶和组氨酸混合液，通过漆酶的氧化还原作用，把组氨酸嫁接到植物纤维内，从而引进羧基。羧基含量的增加，可以提高纤维的润涨性能和纤维间的结合力，从而提高由改性再生植物纤维抄造而成的纸页的强度物理性能。
采用本发明的生物酶与组氨酸处理引进羧基含量来改善再生植物纤维的润胀能力和纤维间的结合能力，不仅可以提高纤维的成纸性能，延缓纤维品质衰变，而且具有明显的优点：
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
(1)对纤维造成的损伤很少，本发明能从源头上抑制再生植物纤维的品质衰变，使得植物纤维经过回用后，其强度不会发生较大的下降，能够提高再生纤维的回用次数，这将带来巨大的社会效益、经济效益和环境效益。
(2)本发明的改性方法操作步骤简单，所需化学药品价格便宜，所需反应条件温和，处理后的浆料损失小，不会对环境产生二次污染，可广泛应用于一般的造纸厂。
具体实施方式
目前再生植物纤维回用于造纸，用得最多的是旧瓦楞箱纸板(OCC)浆和旧报纸(ONP)。以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细描述。
实施例1
向相当于绝干浆为24g的OCC浆中加入0.012g的漆酶和0.12g组氨酸，与水进行混合，使最终的浆浓为5％，用0.1mol/L的NaHCO3溶液调节pH＝7。
在搅拌条件下进行反应，反应在室温下进行，反应时间为90min。
反应结束后，过滤，用水进行洗涤，直至滤液呈无色。
所得浆样在密封袋中平衡水分后，一部分用于测定浆样得率、水分含量、羧基含量和保水值。其余用于抄造纸页，所得纸页一部分用于测定纸张的各种强度，其余部分进行回用。
表1
表1为酶处理对0CC再生纤维的增强作用，从表1中的数据可以看出用经过漆酶和组氨酸处理后的浆料羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力都有大幅度的提高(其中未处理和处理浆样都经过了打浆处理，打浆条件：浆浓10％，转数7000。增量均以未处理样指标为比较标准)。
与未经过处理的浆样相比，其羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力分别提高了34.4％、32.6％、30.6％、25.7％和15.2％。可见，经过本发明的改性方法，OCC浆的回用潜能大幅度提高了，解决了回用中再生纤维强度下降问题。另外，经酶处理后，浆样的得率为99.4％。由此可知，漆酶处理有可能只降解了浆料中的一部分木素，而纤维素损失非常小。
本发明方法与几种常用处理方法的增强效果对比见表2(增量均以未处理样指标为比较标准)。
表2
Figure G2009101922566D00032
表2为不同纤维改性方法对纤维强度增强效果对比，从表2中的数据可以看出同其他改性方法相比，采用本发明的改性方法可以较好提高再生植物纤维的强度。
实施例2
向相当于绝干浆为24g的OCC浆中加入0.06g的漆酶和0.6g组氨酸，与水进行混合，使最终的浆浓为10％，用0.25mol/L的NaHCO3溶液调节pH＝3.5。
在搅拌条件下进行反应，反应在室温下进行，反应时间为150min。
反应结束后，过滤，用水进行洗涤过滤，直至滤液呈无色。
所得浆样在密封袋中平衡水分后，一部分用于测定浆样得率、水分含量、羧基含量和保水值。其余用于抄造纸页，所得纸页一部分用于测定纸张的各种强度，其余部分进行回用。
表3
Figure G2009101922566D00041
表3为酶处理对OCC再生纤维的增强作用，从表3中的数据可以看出用经过漆酶和组氨酸处理后的浆料羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力都有大幅度的提高(其中未处理和处理浆样都经过了打浆处理，打浆条件：浆浓10％，转数7000。  增量均以未处理样指标为比较标准)。
与未经过处理的浆样相比，其羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力分别提高了43.5％、40.4％、43.3％、30.1％和19.6％。
实施例3
向相当于绝干浆为24g的ONP浆中加入0.012g的漆酶和0.12g组氨酸，与水进行混合，使最终的浆浓为5％，用0.1mol/L的NaHCO3溶液调节pH＝7。
在搅拌条件下进行反应，反应在室温下进行，反应时间为90min。
反应结束后，过滤，用水进行洗涤过滤，直至滤液呈无色。
所得浆样在密封袋中平衡水分后，一部分用于测定浆样水分含量、羧基含量和保水值。其余用于抄造纸页，所得纸页用于测定纸张的各种强度。
表4
Figure G2009101922566D00042
表4为酶处理对ONP再生纤维的增强作用，从表4中的数据可以看出用经过酶处理后的浆料抄造的纸页其羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力都有大幅度的提高(其中未处理浆样和处理浆样都经过了打浆处理，打浆条件：浆浓10％，转数7000。  增量均以未处理样指标为比较标准)。与未经过处理相比，其羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力分别提高了25.4％、22.8％、41.5％、20.6％和33.8％。
实施例4
向相当于绝干浆为24g的ONP浆中加入0.06g的漆酶和0.6g组氨酸，与水进行混合，使最终的浆浓为10％，用0.25mol/L的NaHCO3溶液调节pH＝3.5。
在搅拌条件下进行反应，反应在室温下进行，反应时间为150min。
反应结束后，过滤，用水进行洗涤过滤，直至滤液呈无色。
所得浆样在密封袋中平衡水分后，一部分用于测定浆样得率、水分含量、羧基含量和保水值。其余用于抄造纸页，所得纸页一部分用于测定纸张的各种强度，其余部分进行回用。
表5
Figure G2009101922566D00051
表5为酶处理对ONP再生纤维的增强作用，从表5中的数据可以看出用经过漆酶和组氨酸处理后的浆料羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力都有大幅度的提高(其中未处理和处理浆样都经过了打浆处理，打浆条件：浆浓10％，转数7000。增量均以未处理样指标为比较标准)。
与未经过处理的浆样相比，其羧基含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数和纤维间的键合能力分别提高了41.7％、35.3％、97.6％、23.7％和63.1％。
成本分析
表6为采用本发明的改性方法来处理一吨废纸浆(OCC和ONP浆)的费用分析。
表6
Figure G2009101922566D00052
表7为采用传统的加入NaOH和氯乙酸的化学改性方法处理一吨废纸浆的费用分析。
表7
从表6和表7可以看出，采用本发明的酶改性方法处理每吨废纸浆的成本要远远低于传统的化学改性方法。

Claims (1)

1.一种避免再生植物纤维强度下降的生物处理方法，包括以下步骤：
(1)向再生植物纤维原浆中加入漆酶和组氨酸，在室温下进行反应，用NaHCO3缓冲溶液调节混合液pH为3.5-7；所述再生植物纤维原浆为旧报纸浆；所述再生植物纤维原浆的浆浓质量分数为5％～10％；所述漆酶用量为再生植物纤维原浆质量的0.05-0.25％；所述组氨酸用量为再生植物纤维原浆质量的0.5％-2.5％；所述NaHCO3缓冲溶液的浓度为0.05-0.25mol/L；
(2)在搅拌条件下反应60～150min后，过滤，水进行洗涤过滤，直至滤液呈无色。 
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