CN103898789A - 提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高碱性过氧化氢机械浆（APMP）成纸强度的生物酶制剂及其应用，所述生物酶制剂由以下重量份的组分组成：聚乙二醇0.1~5份、液体纤维素酶1~50份、液体木聚糖酶1~50份、表面活性剂1~10份、余量为去离子水。本发明的生物酶制剂用于处理APMP时，通过生物酶制剂中的纤维素酶和木聚糖酶对APMP纤维中的纤维素分子和木素分子进行选择性生物分解，使纸浆纤维释放出更多的羟基，增加纤维间的结合力，提高APMP的成纸强度。
Description
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂及其应用。
背景技术
碱性过氧化氢机械浆（Alkaline Peroxide Mechanical Pulp，APMP）是1989年ASB公司在漂白化学热磨机械浆（Bleached Chemi-ThermoMechanical Pulp，BCTMP）的基础上推出的高得率制浆工艺。由于木材资源短缺、环境保护的压力和能源消耗等因素，发展得率高、污染少、能耗低的制浆方法已成为制浆造纸工业迫切需要解决的问题。
APMP制浆是一种木片在NaOH溶液和H2O2溶液中预浸使木片软化后再经过磨浆机磨浆的制浆方法，它具有超高得率、纸浆强度好、污染少、能耗低等突出优点，它又打破了传统制浆的概念，同时将蒸煮和漂白在单一的化学预处理过程中完成，大大简化了制浆工艺流程，使投资费用降低25%以上。
APMP纸浆是在纤维分离点以上获得的浆，包含化学预处理和机械磨浆后处理两段制浆。APMP的化学预处理比半化学浆更为温和，主要区别在于预处理对纤维原料中的木素无明显溶出，只是溶出抽提物和部份短链半纤维素。化学预处理的目的只是使纤维实现柔软化，同时改变木素发色基团的结构，如木素结构中的醌型结构、α-羰基结构、侧链上的共轭双键等，使它们氧化，转化为无色的木素分子，达到在蒸煮的同时纸浆被漂白的结果。APMP经过温和的化学预处理后，部分物质的溶出只是在某种程度上疏松了纤维组织结构，基本上仍呈原来的木片或草片状态，需进行机械处理来完成制浆。机械处理的作用：一是利用处理时相互摩擦产生的热量，来加热和软化经过化学预处理后的木片和草片，进一步削弱纤维的连接；二是裂开或断裂纤维的连接，离解成单根纤维；三是单根纤维的细纤维化，将完整的纤维部分变成比表面积很大的小纤维，以提高纤维间的结合能力。
我国制浆造纸面临的困境，一是要解决原料问题，二是要解决制浆工艺和设备的技术问题。目前APMP制浆设备已经实现国产化，制浆新工艺不仅适用于杨木、桉木制浆，也适用于棉秆、麦草、洋麻、枝丫材等为制浆原料，既能满足制浆高得率、高强度，又能满足制浆过程中的低能耗、低污染。国内APMP纸浆主要是用在生产新闻纸、书写印刷纸、低定量涂布纸、超级压光纸、纸板、生活用纸等纸种上，可部分替代漂白化学浆和二次纤维。APMP的本色浆可用于国内急缺的箱板纸和瓦楞原纸。
但与漂白化学浆和二次纤维相比，APMP纸浆的成纸强度还远远不够高，在抄纸生产中即便是大量使用化学湿强剂或干强剂也无法解决，所以只能部分取代，这是因为APMP中保留了大量木素，虽然得率高，但是木素分子的存在严重阻挡了纤维素分子间的相互作用，在提高制浆得率的同时必然会导致纤维间的结合力降低，从而降低纸浆的成纸强度，而强度问题制约了APMP制浆的大规模应用。如何有效提高APMP纸浆的成纸强度成为制浆厂家、造纸厂家和助剂厂家共同关注的热点，也是APMP纸浆迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂及其应用，所述生物酶制剂中的纤维素酶和木聚糖酶对APMP纤维中的纤维素分子和木素分子进行选择性生物分解，使纸浆纤维释放出更多的羟基，增加纤维间的结合力，提高APMP的成纸强度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂，所述生物酶制剂由以下重量份的组分组成：
余量为去离子水。
优选地，所述生物酶制剂由以下重量份的组分组成：
余量为去离子水。
优选地，所述液体纤维素酶的酶活为800U/ml。
优选地，所述液体木聚糖酶的酶活为500000U/ml。
优选地，所述聚乙二醇的分子量为100万。
优选地，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。
更优选地，所述非离子表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯醚。
最优选地，所述脂肪酸聚氧乙烯醚的脂肪酸碳原子数为18，聚氧乙烯醚的聚合单元数为40。
本发明还描述了所述生物酶制剂在提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度中的应用。
优选地，每吨碱性过氧化氢机械浆中加入100克所述生物酶制剂。
本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂中的聚乙二醇作为生物酶稳定剂，聚乙二醇可以与生物酶发生相互作用，帮助生物酶分子维持其空间构象，不受外界环境影响，可以长期储存；添加表面活性剂作为酶活激发剂，帮助生物酶分子快速到达纤维表面，找到作用位点，使生物酶能快速高效地发挥作用。
本发明的有益效果是：区别于现有的碱性过氧化氢机械浆成纸强度远远不够高的情况，本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂中的纤维素酶和木聚糖酶对纸浆纤维中的纤维素分子和木素分子进行选择性生物分解，使纸浆纤维释放出更多的羟基，增加纤维间的结合力，从而提高碱性过氧化氢机械浆的成纸强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例中所述的纤维素酶和木聚糖酶均可从市场上购买，如纤维素酶和木聚糖酶可以从深圳市绿微康生物工程有限公司购买，其他化学助剂均为普通工业产品，其中，聚乙二醇的分子量为100万。
实施例中，按轻工部行业标准《QB2583-2005纤维素酶制剂》测定纤维素酶的酶活，按国家标准《GB/T23874-2009木聚糖酶活力测定方法》测定木聚糖酶的酶活。
实施例1
在250mL不锈钢容器中，依次加入34g去离子水、5g硬脂酸聚氧乙烯（40）醚、1g聚乙二醇、25g酶活为800U/ml的液体纤维素酶、35g酶活为500000U/ml的液体木聚糖酶，混合搅拌均匀，得到黄棕色均一液体，即本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂。
实施例2
在250mL不锈钢容器中，依次加入44.9g去离子水、5g硬脂酸聚氧乙烯（40）醚、0.1g聚乙二醇、10g酶活为800U/ml的液体纤维素酶、40g酶活为500000U/ml的液体木聚糖酶，混合搅拌均匀，得到黄棕色均一液体，即本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂。
实施例3
在250mL不锈钢容器中，依次加入34g去离子水、10g硬脂酸聚氧乙烯（40）醚、5g聚乙二醇、50g酶活为800U/ml的液体纤维素酶、1g酶活为500000U/ml的液体木聚糖酶，混合搅拌均匀，得到黄棕色均一液体，即本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂。
实施例4
在250mL不锈钢容器中，依次加入34g去离子水、10g硬脂酸聚氧乙烯（40）醚、5g聚乙二醇、1g酶活为800U/ml的液体纤维素酶、50g酶活为500000U/ml的液体木聚糖酶，混合搅拌均匀，得到黄棕色均一液体，即本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂。
实施例5
在250mL不锈钢容器中，依次加入48g去离子水、1g硬脂酸聚氧乙烯（40）醚、1g聚乙二醇、35g酶活为800U/ml的液体纤维素酶、15g酶活为500000U/ml的液体木聚糖酶，混合搅拌均匀，得到黄棕色均一液体，即本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂。
实施例6
在250mL不锈钢容器中，依次加入38g去离子水、1g硬脂酸聚氧乙烯（40）醚、1g聚乙二醇、25g酶活为800U/ml的液体纤维素酶、25g酶活为500000U/ml的液体木聚糖酶，混合搅拌均匀，得到黄棕色均一液体，即本发明的提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂。
实施例7
酶活稳定性考察。
分别测定实施例1~6制得的生物酶制剂中的纤维素酶的酶活。因各实施例制得的生物酶制剂中的纤维素酶的初始酶活不同，所以用常温储存后测定的酶活除以初始酶活来计算酶活保持率，所得结果见表1。
表1纤维素酶酶活保持率
由表1可知，实施例1~6制得的生物酶制剂中由于添加了生物酶稳定剂聚乙二醇，纤维素酶的酶活保持率很高，储存1年后，纤维素酶的酶活保持率都大于80.5%。
实施例8
本发明的生物酶制剂在处理APMP中的应用。
实验方法：
取APMP浆，按绝干浆配成1%的浓度，均分为7份。
实验组：取6份浓度为1%的APMP浆，分别加入实施例1~6制得的生物酶制剂，生物酶制剂的用量为100g/t绝干浆，用标准纤维解离器在50℃下疏解30分钟。
对照组：取余下的1份浓度为1%的APMP浆，加入等量的去离子水代替生物酶制剂，其它条件与实验组相同。
用纸样抄取器制备定量60g的手抄片，用纸样干燥器烘干后放入玻璃干燥皿中恒温恒湿24小时，根据GB/T453-2002测定纸张的抗张强度，根据GB/T454-2002测定纸张的耐破强度，根据GB/T455-2002测定纸张的撕裂强度；所得结果如表2所示。
表2生物酶制剂对APMP成纸强度的影响
成纸强度的高低主要由抗张指数的高低决定，由表2可知，经生物酶制剂处理后，打浆度没有下降，抗张指数提高11%~27%，这说明经本发明的生物酶制剂处理后的APMP成纸强度得到明显提升，有助于拓展造纸工业中APMP的使用量和使用范围。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，本领域技术人员将会理解，根据已经公开的所有教导，可以对那些细节进行各种修改和替换，这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。
Claims (10)
1.一种提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度的生物酶制剂，其特征在于，所述生物酶制剂由以下重量份的组分组成：
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的生物酶制剂，其特征在于，所述生物酶制剂由以下重量份的组分组成：
余量为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的生物酶制剂，其特征在于，所述液体纤维素酶的酶活为800U/ml。
4.根据权利要求3所述的生物酶制剂，其特征在于，所述液体木聚糖酶的酶活为500000U/ml。
5.根据权利要求4所述的生物酶制剂，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为100万。
6.根据权利要求5所述的生物酶制剂，其特征在于，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。
7.根据权利要求6所述的生物酶制剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯醚。
8.根据权利要求7所述的生物酶制剂，其特征在于，所述脂肪酸聚氧乙烯醚的脂肪酸碳原子数为18，聚氧乙烯醚的聚合单元数为40。
9.根据权利要求1~8任一项所述的生物酶制剂在提高碱性过氧化氢机械浆成纸强度中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，每吨碱性过氧化氢机械浆中加入100克所述生物酶制剂。
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