CN108755216A - 利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，包括如下步骤：(1)阔叶浆预处理：先在温度35‑40℃、pH值为6‑8的水力碎浆机中加入碳水化合物水解酶、阔叶浆板，搅拌均匀后在保持温度不变的情况下，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；(2)向预处理的阔叶浆中加入絮凝剂，搅拌均匀，静置；(3)然后加入电荷调整剂，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。本发明的阔叶浆的改性通过碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶的协同作用，阔叶浆中的纤维与蛋白质结合选择性的吸附在非晶型纤维区域，对其进行保护，当与纤维改性酶结合使用处理纸浆时，能达到选择性改变纤维的效果，从而提高纸张的强度。

Description

利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法。
背景技术
在全球能源日趋紧张、生态环境破坏日益严重的今天，如何更好地实行低碳生产、减少对自然林的砍伐，是纸浆造纸行业今后发展的重要研究课题，其中，生物酶技术的应用和发展为制浆造纸工业节能降耗、清洁生产开辟了新的天地。生物酶在造纸工业中的应用非常广泛，如木素的生物降解、生物制浆、纸浆的生物漂白、废纸的生物脱墨、造纸废水的生物处理、纤维性能改善等。
由于制浆造纸工业在原料结构、制浆和漂白的方法、纸生产过程中的化学品功能和特性的不同，使生物酶的应用领域十分广阔。目前。有关纤维素酶、木聚糖酶、脂肪酶、果胶酶、淀粉酶和木素降解酶等在制浆造纸不同阶段的研究和应用技术已经渗透到制浆造纸行业的每一个领域。
随着社会的进步与发展，人们生活水平的提高，消费者对纸制品的要求也在不断的提高，生活用纸要求强度高、蓬松度高、吸水性好。现有技术中为了增加纸张的如上性能，主要利用热风干燥来进行提高，其技术和工艺已非常成熟，但能源消耗很多，另外往往加入干强剂、湿强剂、挺度剂等化学品，增加了制备工艺，且不符合绿色环保的要求。目前纤维改性技术是国际上最前沿的改性技术，主要利用纤维结合蛋白选择性地吸附在非晶型纤维区域、对其晶型保护，当与纤维改性酶结合使用处理纸浆时，能达到选择性改变纤维的性能的效果。阔叶浆和针叶浆为造纸的主要原料，针叶浆价格比较高，为了降低成本可以提高阔叶浆的用量，如果仅仅提高阔叶浆的用量，制成的成品纸的强度就会降低。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，本发明通过碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶两种生物酶的复合对阔叶浆进行了改性处理，主要利用纤维结合蛋白选择性地吸附在非晶型纤维区域，对其进行保护，增加了阔叶浆纤维的强度，在后续制备成品纸时可以增加阔叶浆的用量降低针叶浆的用量，且能保证成品纸的强度不会降低。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，包括如下步骤：
(1)阔叶浆预处理：先在温度35-40℃、pH值为6-8的水力碎浆机中加入碳水化合物水解酶、阔叶浆板，搅拌均匀后在保持温度不变的情况下，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；
(2)向预处理的阔叶浆中加入絮凝剂，搅拌均匀，静置；
(3)然后加入电荷调整剂，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。
酶是生物体中活细胞产生的一种具有催化作用的物质，具有非常复杂的立体结构的巨大分子，这种精细的复杂的立体结构决定了酶的极高的催化效率和催化的高度专一性和独特性质。本发明的阔叶浆利用生物酶进行改性，通过碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶的协同作用，提高了阔叶浆纤维的强度，在抄纸过程中减少针叶浆用量，增加阔叶浆用量的情况下仍能得到强度较高的成品纸，有效的改善了成品纸的质量。
优选的，本发明的碳水化合物水解酶为β－麦芽碳水化合物水解酶。
进一步的，步骤(1)中，所述碳水化合物水解酶加入时的搅拌速率为180-200rpm，搅拌时间为30-60min。
进一步的，步骤(1)中，所述胶原蛋白酶加入时的搅拌速率为180-200rpm，搅拌时间为30-60min。
本发明碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶的加入需要采用本发明的特定的搅拌速率和搅拌时间才能保证阔叶浆与碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶充分的反应，阔叶浆中的纤维与蛋白质结合选择性的吸附在非晶型纤维区域，对其进行保护，当与纤维改性酶结合使用处理纸浆时，能达到选择性改变纤维的效果，从而提高纸的强度。
进一步的，步骤(1)中，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为1-2:10000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比2-4:10000。
进一步的，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为3：20000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比3:10000。
本发明的阔叶浆需要使用pH调节剂调节至中性，本发明人经过大量的试验发现，碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶在pH值为6-8时的活性较高，与阔叶浆的反应较充分。
进一步的，步骤(2)中静置时间为20-40分钟。
进一步的，步骤(2)中絮凝剂与阔叶浆板的质量比为2-7:100。
进一步的，所述的絮凝剂为阳离子阳离子聚丙烯酰胺或聚合氯化铝。
进一步的，步骤(3)中，所述电荷调整剂与阔叶浆板的质量比为3-5:100。
进一步的，所述的电荷调整剂为高岭土。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的阔叶浆的改性通过碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶的协同作用，阔叶浆中的纤维与胶原蛋白酶中的蛋白质结合选择性的吸附在非晶型纤维区域，吸附能力更强，对其进行保护，当与纤维改性酶结合使用处理纸浆时，能达到选择性改变纤维的效果，从而提高纸的强度；
(2)通过本发明的方法改性的阔叶浆，增加了阔叶浆纤维的强度，在后续制备成品纸时可以增加阔叶浆的用量降低针叶浆的用量，且能保证成品纸的强度较高，降低了生产成本。
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。
实施例1
本实施例的一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，包括如下步骤：
(1)阔叶浆预处理：先在温度35℃、pH值为6-8的水力碎浆机中，搅拌速率为180rpm，搅拌时间为30min，加入碳水化合物水解酶和阔叶浆板，保持温度不变，在搅拌条件下，搅拌速率为180rpm，搅拌时间为30min，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；
其中，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为1:10000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比2:10000；
(2)向预处理的阔叶浆中加入絮凝剂，絮凝剂与阔叶浆板的质量比为2:100，搅拌均匀，静置20min；
(3)然后加入电荷调整剂，所述电荷调整剂与阔叶浆板的质量比为3:100，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。
实施例2
本实施例的一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，包括如下步骤：
(1)阔叶浆预处理：先在温度37℃、pH值为6-8的水力碎浆机中，搅拌条件下，搅拌速率为190rpm，搅拌时间为45min，加入碳水化合物水解酶和阔叶浆板，保持温度不变，在搅拌条件下，搅拌速率为190rpm，搅拌时间为45min，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；
其中，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为3:2000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比3:10000；
(2)向预处理的阔叶浆中加入阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝剂与阔叶浆板的质量比为4:100，搅拌均匀，静置30min；
(3)然后加入高岭土电荷调整剂，所述电荷调整剂与阔叶浆板的质量比为4:100，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。
实施例3
本实施例的一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，包括如下步骤：
(1)阔叶浆预处理：先在温度40℃、pH值为6-8的水力碎浆机中，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为60min，加入β－麦芽碳水化合物水解酶和阔叶浆板，保持温度不变，在搅拌条件下，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为60min，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；
其中，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为2:10000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比4:10000；
(2)向预处理的阔叶浆中加入聚合氯化铝絮凝剂，絮凝剂与阔叶浆板的质量比为7:100，搅拌均匀，静置40min；
(3)然后加入高岭土电荷调整剂，所述电荷调整剂与阔叶浆板的质量比为5:100，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。
实施例4
本实施例的一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，包括如下步骤：
(1)阔叶浆预处理：先在36℃、pH值为6-8的水力碎浆机中，搅拌速率为185rpm，搅拌时间为55min，加入β－麦芽碳水化合物水解酶和阔叶浆板，保持温度不变，在搅拌条件下，搅拌速率为190rpm，搅拌时间为50min，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；
其中，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为1:10000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比4:10000；
(2)向预处理的阔叶浆中加入阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝剂与阔叶浆板的质量比为3:100，搅拌均匀，静置25min；
(3)然后加入高岭土电荷调整剂，所述电荷调整剂与阔叶浆板的质量比为3:100，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。
实施例5
本实施例的一种利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，包括如下步骤：
(1)阔叶浆预处理：先在温度38℃、pH值为6-8的水力碎浆机中，搅拌速率为195rpm，搅拌时间为35min，加入碳水化合物水解酶和阔叶浆板，保持温度不变，在搅拌条件下，搅拌速率为185rpm，搅拌时间为50min，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；
其中，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为1.7:10000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比3:10000；
(2)向预处理的阔叶浆中加入阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝剂与阔叶浆板的质量比为5:100，搅拌均匀，静置35min；
(3)然后加入高岭土电荷调整剂，所述电荷调整剂与阔叶浆板的质量比为3:100，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。
对比例1
本实施例改性阔叶浆的制备方法与实施例2相同，不同之处不添加碳水化合物水解酶。
对比例2
本实施例改性阔叶浆的制备方法与实施例2相同，不同之处不添加胶原蛋白酶。
试验例1
分别将实施例1-3和对比例1-2制备的阔叶浆、未经改性的阔叶浆与针叶浆以相同的比例70:30在国产2640mm长网多缸纸机上进行抄造，抄造得到的纸分别为试验样品1-3和对照样品1-3，对于试验样品1-3和对照样品1-3的纸的主要物理性能进行评价如表1。
表1
从上表可以看出，采用碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶复合改性的阔叶浆制成的成品纸的抗张指数、裂断长、耐破指数均比单独使用碳水化合物水解酶或者胶原蛋白酶的高，撕裂指数较低，这是由于碳水化合物水解酶和胶原蛋白酶的协同作用，阔叶浆中的纤维与蛋白质结合选择性的吸附在非晶型纤维区域，对其进行保护，当与纤维改性酶结合使用处理纸浆时，能达到选择性改变纤维的效果，从而提高纸的强度。
本发明人对其他实施例制备的改性阔叶浆也进行了上述试验，结果基本一致，由于篇幅有限，不再一一列出。
试验例2
试验样品1：实施例1制备的改性阔叶浆与针叶浆以质量比85:15在国产2640mm长网多缸纸机上进行抄造；
试验样品2：实施例1制备的改性阔叶浆与针叶浆以质量比80:20在国产2640mm长网多缸纸机上进行抄造；
试验样品3：实施例1制备的改性阔叶浆与针叶浆以质量比70:30在国产2640mm长网多缸纸机上进行抄造；
对照样品1：未经改性的阔叶浆与针叶浆以质量比85:15在国产2640mm长网多缸纸机上进行抄造；
对照样品2：未经改性的阔叶浆与针叶浆以质量比80:20在国产2640mm长网多缸纸机上进行抄造；
对照样品3：未经改性的阔叶浆与针叶浆以质量比70:30在国产2640mm长网多缸纸机上进行抄造。
分别对上述样品抄造得到的纸进行相关性能的评价，如表2所示。
表2
从上表可以看出，未经改性的阔叶浆与针叶浆的比例改变影响了抗张指数、断裂长、耐破指数和撕裂指数，随着未经改性的阔叶浆的含量增加，抗张指数、断裂长和耐破指数降低，撕裂指数升高，说明了阔叶浆的含量影响纸的性能，而经过改性的阔叶浆的含量增加，抗张指数、断裂长和耐破指数升高，撕裂指数降低，说明了经过改性的阔叶浆改变了纤维的强度，在抄造之后，制备的纸需要较低含量的阔叶浆也不会影响纸的性能，经过改性的阔叶浆在抄造制纸用较少含量的针叶浆就可以达到得到较高强度的纸的要求，减少了针叶浆的用量，降低了生产成本。
本发明人对其他实施例制备的改性阔叶浆也进行了上述试验，结果基本一致，由于篇幅有限，不再一一列出。
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 (10)

1.利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)阔叶浆预处理：先在温度35-40℃、pH值为6-8的水力碎浆机中加入碳水化合物水解酶、阔叶浆板，搅拌均匀后在保持温度不变的情况下，向所述阔叶浆中加入胶原蛋白酶，得到预处理的阔叶浆；
(2)向预处理的阔叶浆中加入絮凝剂，搅拌均匀，静置；
(3)然后加入电荷调整剂，搅拌均匀，得到改性的阔叶浆。
2.根据权利要求1所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳水化合物水解酶加入时的搅拌速率为180-200rpm，搅拌时间为30-60min。
3.根据权利要求1或2所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述胶原蛋白酶加入时的搅拌速率为180-200rpm，搅拌时间为30-60min。
4.根据权利要求1或2所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为1-2:10000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比2-4:10000。
5.根据权利要求4所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，所述碳水化合物水解酶与阔叶浆板的质量比为3：20000，所述胶原蛋白酶与阔叶浆板的质量比3:10000。
6.根据权利要求1所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，步骤(2)中静置时间为20-40min。
7.根据权利要求1或6所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，步骤(2)中絮凝剂与阔叶浆板的质量比为2-7:100。
8.根据权利要求7所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，所述的絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺或聚合氯化铝。
9.根据权利要求1所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述电荷调整剂与阔叶浆板的质量比为3-5:100。
10.根据权利要求9所述的利用复合酶提升阔叶浆纤维强度的方法，其特征在于，所述的电荷调整剂为高岭土。
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