CN107780277B - 利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法 - Google Patents

利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法，先使用十六烷基三甲基氯化铵的长链效应阻止纤维细胞壁空隙的关闭，然后同时使用中性纤维素酶和中性木聚糖酶协同对废纸浆进行处理，多管齐下，对废纸浆中的纤维进行改性，使废纸浆中发生角质化的纤维基本恢复原有的润胀能力，改善纤维的角质化现象，促进纸浆滤水，纸机车速得到提高，成纸环压强度和耐折度显著提高。

Description

利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法。
背景技术
据统计，全球每年森林面积减少量剧增，而造纸行业是木材的消耗大户，而在我国，木材资源本就匮乏，近年来二次纤维回收利用越来越受到人们的普遍重视，废纸的回收利用与林纸一体化已逐步成为现代造纸工业的两大发展趋势。生物技术在制浆造纸工业中的应用已越来越广泛，已成为众人研究的焦点领域。生物技术应用于废纸浆回收利用，可有效清除废纸浆中部分没有利用价值的细小纤维和水溶性胶质，促进纸浆滤水，提高滤水和脱水性能，解决废纸纤维由于多次重复使用其滤水性能及润胀能力的下降而导致湿韧性或可塑性下降、纤维表面性质的变化等问题。
用二次纤维抄造的纸张紧度较小，抗张强度、耐折强度等主要物理强度性能也会普遍降低，造成这些问题的主要原因是在回用过程中纤维细胞壁结构的不可逆变化，这种不可逆变化被称为纤维的角质化，发生角质化的纤维难以完全恢复原有的润胀能力。因此，二次纤维的角质化是有效利用二次纤维所面临的重要问题。
通常纸厂处理二次纤维角质化问题的常用方法是添加氢氧化钠、硅酸钠、十二烷基苯磺酸钠等化学药品或者添加干、湿增强剂等化学助剂，再有就是添加生物酶处理二次纤维角质化等等。添加大量化学药品或化学助剂对二次纤维进行预处理，在一定程度上改善了纤维的角质化现象，促进了纸浆滤水，提高了纸页的强度性能，但由于增加了化学药品的用量，便增大了废水处理负荷，在当下绿色环保生产的要求下此方法已逐渐被生物酶法取代，生物酶法处理二次纤维时选用的单酶多为酸性纤维素酶，酸性纤维素酶在改善纤维表面状况时增加了纤维的润胀，对浆料滤水性有较大改善，对成纸的强度指标无影响。
废纸浆造纸的生产过程中，废纸纤维由于多次重复使用发生了许多变化，纸浆的滤水性能、润胀能力的下降而导致纤维湿韧性或可塑性下降，出现用废纸纤维抄造的纸张紧度较小，抗张强度、环压强度差等问题。如何解决废纸纤维在回用过程中由于纤维细胞壁结构的不可逆变化(这种不可逆变化被称为纤维的角质化)而使发生角质化的纤维难以完全恢复原有的润胀能力，成为造纸企业急需解决的难题。现阶段纤维素酶在化学浆上的应用技术方面已比较成熟，而在废纸浆中性条件下应用还处于探索阶段。可以确定的是酸性纤维素酶在废纸浆中性条件下使用时浆料的滤水性没有明显变化，浆料强度等物理指标无明显改善。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法，先使用十六烷基三甲基氯化铵的长链效应阻止纤维细胞壁空隙的关闭，然后同时使用中性纤维素酶和中性木聚糖酶协同对废纸浆进行处理，多管齐下，对废纸浆中的纤维进行改性，使废纸浆中发生角质化的纤维基本恢复原有的润胀能力，改善纤维的角质化现象，促进纸浆滤水，纸机车速得到提高，成纸环压强度和耐折度显著提高。
本发明的目的是提供一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法。
根据本发明的制浆方法，包括以下步骤：
A、废纸浆预处理：向废纸浆中加入十六烷三甲基氯化铵，在30-35℃、180-200rpm/min的转速下碎浆15-20min，得到预处理废纸浆；
B、酶解废纸浆：向步骤A得到的预处理废纸浆调节pH值于6.5-7.5，温度40-45℃，加入中性纤维素酶和中性木聚糖酶，在220-250rpm/min的转速下保温处理40-55min，得到酶解废纸浆；
C、废纸浆后处理：向步骤B得到的酶解废纸浆中加入聚丙烯酰胺和非离子环氧树脂，在35-40℃、220-250rpm/min的转速下搅拌20-40分钟，得到改性纸浆。
根据本发明的制浆方法，其中，步骤A中，所述废纸浆为瓦楞纸废纸浆，所述废纸浆的浓度为2.5-3.5％。
根据本发明的制浆方法，其中，步骤A中，所述十六烷三甲基氯化铵的添加量为废纸浆绝干重量的0.05-0.08wt％。
根据本发明的制浆方法，其中，步骤A中，向废纸浆中加入废纸浆绝干重量0.07wt％的十六烷三甲基氯化铵，在32℃、190rpm/min的转速下碎浆17min，得到预处理废纸浆。
根据本发明的制浆方法，其中，步骤B中，所述中性纤维素酶为嗜热毛壳菌纤维素酶。
根据本发明的制浆方法，其中，步骤B中，所述嗜热毛壳菌纤维素酶的添加量为0.1-0.3kg/t绝干浆；所述中性木聚糖酶加入量为0.05-0.1kg/t绝干浆。
根据本发明的制浆方法，其中，步骤C中，聚丙烯酰胺的添加量为废纸浆绝干重量的0.1-0.12wt％；非离子环氧树脂的添加量为废纸浆绝干重量的0.15-0.18wt％。
根据本发明的制浆方法，其中，所述非离子环氧树脂为含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂。
根据本发明的制浆方法，其中，步骤C中，向步骤B得到的酶解废纸浆中加入聚丙烯酰胺和非离子环氧树脂，在37℃、235rpm/min的转速下搅拌30分钟，得到改性纸浆。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法，先使用十六烷基三甲基氯化铵的长链效应，在十六烷基三甲基氯化铵和废纸浆的混合过程中，十六烷基三甲基氯化铵充分与纤维接触并渗透到纤维的空隙之中，阻止纤维细胞壁空隙的关闭，然后同时使用中性纤维素酶和中性木聚糖酶协同对废纸浆进行处理，对废纸浆中的纤维进行改性，使废纸浆中发生角质化的纤维基本恢复原有的润胀能力，改善纤维的角质化现象，促进纸浆滤水，纸机车速得到提高，最后使用聚丙烯酰胺和非离子环氧树脂，进一步加强纸浆的抄造出的纸的耐折度和耐破度。
2、本发明公开的所述制浆方法，采用嗜热毛壳菌纤维素酶作为中性纤维素酶、含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂作为非离子环氧树脂，并根据废纸浆、中性纤维素酶、中性木聚糖酶等添加剂的性质，规划了合适的反应条件，保证了整个制浆过程的顺利进行。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法，包括以下步骤：
A、废纸浆预处理：向瓦楞纸废纸浆中加入十六烷三甲基氯化铵，所述瓦楞纸废纸浆的浓度为2.5％，所述十六烷三甲基氯化铵的添加量为瓦楞纸废纸浆绝干重量的0.08wt％；在30℃、200rpm/min的转速下碎浆15min，得到预处理废纸浆；
B、酶解废纸浆：向步骤A得到的预处理废纸浆调节pH值于6.5，温度45℃，加入嗜热毛壳菌纤维素酶和中性木聚糖酶，所述嗜热毛壳菌纤维素酶的添加量为0.1kg/t绝干浆；所述中性木聚糖酶加入量为0.1kg/t绝干浆；在220rpm/min的转速下保温处理55min，得到酶解废纸浆；
C、废纸浆后处理：向步骤B得到的酶解废纸浆中加入聚丙烯酰胺和含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂，聚丙烯酰胺的添加量为废纸浆绝干重量的0.1wt％，含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂的添加量为废纸浆绝干重量的0.18wt％；在35℃、250rpm/min的转速下搅拌20分钟，得到改性纸浆。
为验证所述制浆方法得到的改性制浆的性能，将改性前的瓦楞纸废纸浆和所述改性纸浆分别在4400mm高强瓦楞纸机上进行抄造，抄造出的纸页主要物理指标对照表如下：
表1实施例1改性后的性能对照表
Figure BDA0001469497580000051
从上表能够看出，改性后的纸浆抄造出的瓦楞纸和未改性的相比，纸机上网浓度降低5.13％，提高纸机的脱水效率，纸机车速提高16m/min，吨纸汽耗下降0.14吨，成纸环压强度提高12.21％，同时，耐折度和耐破度分别提高了12.5％和20.9％；本发明提供的所述制浆方法能够显著的改善废纸浆的成纸质量。
实施例2
一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法，包括以下步骤：
A、废纸浆预处理：向瓦楞纸废纸浆中加入十六烷三甲基氯化铵，所述瓦楞纸废纸浆的浓度为3.5％，所述十六烷三甲基氯化铵的添加量为瓦楞纸废纸浆绝干重量的0.05wt％；在35℃、180rpm/min的转速下碎浆20min，得到预处理废纸浆；
B、酶解废纸浆：向步骤A得到的预处理废纸浆调节pH值于7.5，温度40℃，加入嗜热毛壳菌纤维素酶和中性木聚糖酶，所述嗜热毛壳菌纤维素酶的添加量为0.3kg/t绝干浆；所述中性木聚糖酶加入量为0.05kg/t绝干浆；在250rpm/min的转速下保温处理40min，得到酶解废纸浆；
C、废纸浆后处理：向步骤B得到的酶解废纸浆中加入聚丙烯酰胺和含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂，聚丙烯酰胺的添加量为废纸浆绝干重量的0.12wt％，含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂的添加量为废纸浆绝干重量的0.15wt％；在40℃、220rpm/min的转速下搅拌40分钟，得到改性纸浆。
为验证所述制浆方法得到的改性制浆的性能，将改性前的瓦楞纸废纸浆和所述改性纸浆分别在5050mm高强瓦楞纸机上进行抄造，抄造出的纸页主要物理指标对照表如下：
表2实施例2改性后的性能对照表
Figure BDA0001469497580000061
从上表能够看出，改性后的纸浆抄造出的瓦楞纸和未改性的相比，纸机上网浓度降低12.3％，提高纸机的脱水效率，网部负载降低7-12.5％，且网部负载波动范围减小，从而避免了网部跳停导致的意外停机，提高了纸机运行效率和稳定性。吨纸汽耗下降0.13吨，成纸环压强度提高6.13％，同时，耐折度和耐破度分别提高了10.8％和23.5％；本发明提供的所述制浆方法能够显著的改善废纸浆的成纸质量。
实施例3
一种利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法，包括以下步骤：
A、废纸浆预处理：向瓦楞纸废纸浆中加入十六烷三甲基氯化铵，所述瓦楞纸废纸浆的浓度为3％，所述十六烷三甲基氯化铵的添加量为瓦楞纸废纸浆绝干重量的0.07wt％；在32℃、190rpm/min的转速下碎浆17min，得到预处理废纸浆；
B、酶解废纸浆：向步骤A得到的预处理废纸浆调节pH值于7，温度42℃，加入嗜热毛壳菌纤维素酶和中性木聚糖酶，所述嗜热毛壳菌纤维素酶的添加量为0.2kg/t绝干浆；所述中性木聚糖酶加入量为0.075kg/t绝干浆；在235rpm/min的转速下保温处理47min，得到酶解废纸浆；
C、废纸浆后处理：向步骤B得到的酶解废纸浆中加入聚丙烯酰胺和含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂，聚丙烯酰胺的添加量为废纸浆绝干重量的0.11wt％，含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂的添加量为废纸浆绝干重量的0.16wt％；在37℃、235rpm/min的转速下搅拌30分钟，得到改性纸浆。
为验证所述制浆方法得到的改性制浆的性能，将改性前的瓦楞纸废纸浆和所述改性纸浆分别在5800mm高强瓦楞纸机上进行抄造，抄造出的纸页主要物理指标对照表如下：
表3实施例3改性后的性能对照表
Figure BDA0001469497580000071
从上表能够看出，改性后的纸浆抄造出的瓦楞纸和未改性的相比，纸机上网浓度降低16.3％，提高纸机的脱水效率，纸机车速提高41m/min，吨纸汽耗下降0.15吨，成纸环压强度提高4％。同时，耐折度和耐破度分别提高了14.9％和19.1％；本发明提供的所述制浆方法能够显著的改善废纸浆的成纸质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.利用中性纤维素酶和中性木聚糖酶处理废纸浆的制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、废纸浆预处理：向废纸浆中加入十六烷三甲基氯化铵，所述十六烷三甲基氯化铵的添加量为废纸浆绝干重量的0.05-0.08wt％，在30-35℃、180-200rpm/min的转速下碎浆15-20min，得到预处理废纸浆；
B、酶解废纸浆：向步骤A得到的预处理废纸浆调节pH值于6.5-7.5，温度40-45℃，加入中性纤维素酶和中性木聚糖酶，在220-250rpm/min的转速下保温处理40-55min，得到酶解废纸浆；
C、废纸浆后处理：向步骤B得到的酶解废纸浆中加入聚丙烯酰胺和非离子环氧树脂，所述的非离子环氧树脂为含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂，在35-40℃、220-250rpm/min的转速下搅拌20-40分钟，得到改性纸浆；
其中，步骤B中，所述中性纤维素酶为嗜热毛壳菌纤维素酶。
2.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤A中，所述废纸浆的浓度为2.5-3.5％。
3.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤A中，向废纸浆中加入废纸浆绝干重量0.07wt％的十六烷三甲基氯化铵，在32℃、190rpm/min的转速下碎浆17min，得到预处理废纸浆。
4.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤B中，所述嗜热毛壳菌纤维素酶的添加量为0.1-0.3kg/t绝干浆。
5.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤B中，所述中性木聚糖酶加入量为0.05-0.1kg/t绝干浆。
6.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤C中，聚丙烯酰胺的添加量为废纸浆绝干重量的0.1-0.12wt％。
7.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤C中，非离子环氧树脂的添加量为废纸浆绝干重量的0.15-0.18wt％。
8.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤C中，向步骤B得到的酶解废纸浆中加入聚丙烯酰胺和非离子环氧树脂，在37℃、235rpm/min的转速下搅拌30分钟，得到改性纸浆。
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