CN109024038A - 废纸浆的改性制浆方法与改性浆料及造纸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种废纸浆的改性制浆方法与改性浆料及造纸方法，涉及造纸领域，该废纸浆的改性制浆方法，包括以下步骤：提供滤水酶处理废纸浆后得到的酶解废纸浆作为反应原浆，向所述反应原浆中加入碳水化合物水解酶进行改性反应，得到改性纸浆。利用该改性制浆方法能够解决现有技术中废纸反复抄造，纤维越来越碎，纤维强度越来越差的问题，尤其能解决目前为改善二次纤维质量依赖添加原生浆或进口混合废纸浆的技术问题，以达到提高二次纤维强度的目的。

Description

废纸浆的改性制浆方法与改性浆料及造纸方法
技术领域
本发明涉及造纸领域，尤其是涉及一种废纸浆的改性制浆方法与改性浆料及造纸方法。
背景技术
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。废纸回用主要用于生产包装用纸，我国的包装用纸主要以箱板纸、瓦楞纸为主，近两年箱板纸和瓦楞纸基本维持每年2％左右的增长，预计在未来相当长的一段时间里仍能保持目前水平的增速。而中国造纸纤维资源相对缺乏，供给能力已不能满足产能扩张需要，废纸已成为中国造纸工业发展所依赖的最重要的资源，包装纸纸种中废纸浆比例高达80％以上，但是随着废纸浆比例的增加，废纸中回收纤维的利用次数越来越多，回收纤维在重复利用中损伤越来越严重，质量越来越差，成为制约废纸回收利用包装纸企业稳定生产和稳定质量的瓶颈。
以往解决该问题的方法是配用一定比例的进口混合废纸或添加10-15％重量的原生浆以提高纤维的结合强度。但由于中国通过了《关于禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》，逐渐减少至禁止进口混合废纸，将会使再生纤维在质与量方面存在的问题越来越严重。而在抄造过程中添加10-15％重量的原生浆以增加纤维强度可以解决部分问题，但因目前中国包装用纸的体量较大，每年需要投入600-900万吨的本色原生浆，而如此庞大的供给量是我国乃至全球一时都难以解决的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种废纸浆的改性制浆方法，以解决现有技术中废纸反复抄造，纤维越来越碎，纤维强度越来越差的问题，尤其能解决目前为改善二次纤维质量依赖添加原生浆或进口混合废纸浆的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种利用上述改性纸浆方法得到的改性纸浆，该改性纸浆中的纤维之间结合力更好，结合强度更高。
本发明的第三目的在于提供一种造纸方法，以上述改性浆料为原料制备得到的纸张，抗张强度高，层间结合力好。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种废纸浆的改性制浆方法，包括以下步骤：
提供滤水酶处理废纸浆后得到的酶解废纸浆作为反应原浆，向所述反应原浆中加入碳水化合物水解酶进行改性反应，得到改性纸浆。
进一步的，所述碳水化合物水解酶包括γ-淀粉酶、麦芽糖酶、β-木糖苷酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶、β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶或上海尤特尔生化有限公司生产的型号为YYB酶中的一种或至少两种的组合。
进一步的，加入碳水化合物水解酶进行改性反应的工艺参数为：在35～40℃的温度下，以180～200rpm/min转速下碎浆15～20min。
进一步的，所述碳水化合物水解酶的添加量为1～10g/t绝干浆。
进一步的，废纸浆的制备方法包括：将废纸置于水中，在30～35℃、180～200rpm/min的转速下碎浆15～20min，得到所述废纸浆。
进一步的，所述废纸浆的质量浓度为2.5％～3.5％。
进一步的，酶解废纸浆的制备方法包括：在pH值为6.5～7.5，温度为40～45℃的废纸浆中加入滤水酶，在220～250rpm/min的转速下保温处理40～55min，得到所述酶解废纸浆。
进一步的，所述滤水酶为嗜热毛壳菌中性纤维素酶和/或中性木聚糖酶；
优选地，所述滤水酶的添加量为80-100g/t绝干浆。
一种改性纸浆，利用上述所述的改性制浆方法制备得到。
一种造纸方法，利用上述改性浆料为原料，经抄造后得到纸张。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的废纸浆的改性制浆方法，是以滤水酶处理废纸浆后得到的酶解废纸浆为反应原浆，在其中加入碳水化合物水解酶进行改性反应。用滤水酶处理后得到的酶解废纸浆，其中发生角质化的纤维基本能够恢复原有的润张能力，此时，加入碳水化合物水解酶，利用碳水化合物水解酶底物结合域耦联作用对纤维表面进行选择性改性，提高纤维的润胀性，让水分子更容易进入纤维内部与纤维素形成氢键水桥，从而增大纤维的有效体积并使纤维分丝帚化，进而提高纤维结合力，提升纤维强度，最终使抄造出的纸张具有较高的抗张强度和层间结合力。该改性制浆方法中，既不用使用进口混合废纸浆料，也不用添加原生浆，仅仅通过使用碳水化合物水解酶进行改性反应即可对国内多次回收利用后的废纸制浆抄纸，使得到的纸张的物理指标均达到客户要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面将结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
一方面，本发明提供了一种废纸浆的改性制浆方法，包括以下步骤：
提供滤水酶处理废纸浆后得到的酶解废纸浆作为反应原浆，向所述反应原浆中加入碳水化合物水解酶进行改性反应，得到改性纸浆。
本发明提供的废纸浆的改性制浆方法，是以滤水酶处理废纸浆后得到的酶解废纸浆为反应原浆，在其中加入碳水化合物水解酶进行改性反应。用滤水酶处理后得到的酶解废纸浆，其中发生角质化的纤维基本能够恢复原有的润张能力，此时，加入碳水化合物水解酶，利用碳水化合物水解酶底物结合域耦联作用对纤维表面进行选择性改性，提高纤维的润胀性，让水分子更容易进入纤维内部与纤维素形成氢键水桥，从而增大纤维的有效体积并使纤维分丝帚化，进而提高纤维结合力，提升纤维强度，最终使抄造出的纸张具有较高的抗张强度和层间结合力。该改性制浆方法中，既不用使用进口混合废纸浆料，也不用添加原生浆，仅仅通过使用碳水化合物水解酶进行改性反应即可对国内多次回收利用后的废纸制浆抄纸，使得到的纸张的物理指标均达到客户要求。
二次纤维中含有较多的水溶性胶体物质以及没有利用价值的部分细小纤维，限制了废纸浆的自由滤水及压榨过程中结合水的去除，滤水酶可选择性地降解废纸浆中水溶性胶体物质及部分没有利用价值的细小纤维，达到提升废纸浆的脱水性能及纸机的滤水效率。水溶性胶体物质及部分细小纤维的去除可提升纸页透气性，降低烘干部蒸汽用量。同时，滤水酶可有效降解纤维细胞壁的纤维素，促进纤维润胀和交织能力，从而提高纸张强度指标。
本发明中，并未对废纸浆的原料来源做具体限定。其中，废纸可以为印刷纸、新闻纸、书写纸、拷贝纸、瓦楞纸和箱板纸等类型的废纸。例如，以废纸为原料制备废纸浆的制备方法包括：将废纸溶于水中，在30～35℃、180～200rpm/min的转速下碎浆15～20min，得到所述废纸浆。
在本发明的一些实施方式中，所述废纸浆的质量浓度为2.5％～3.5％。通过限定废纸浆的浓度，可以使后续的改性反应顺利进行，使反应进行地更彻底。其中，废纸浆的质量浓度例如可以为2.5％、2.8％、3％、3.2％或3.5％。
在本发明的一些实施方式中，酶解废纸浆的制备方法包括：在pH值为6.5～7.5，温度为40～45℃的废纸浆中加入滤水酶，在220～250rpm/min的转速下保温处理40～55min，得到所述酶解废纸浆。
其中，所述滤水酶例如可以为嗜热毛壳菌中性纤维素酶和/或中性木聚糖酶，当滤水酶为嗜热毛壳菌中性纤维素酶和/或中性木聚糖酶时，得到的酶解废纸浆中纤维的润胀能力更好。当滤水酶为嗜热毛壳菌中性纤维素酶和中性木聚糖酶的复合酶时，嗜热毛壳菌中性纤维素酶和中性木聚糖酶的重量比宜控制在1：(0.5-2)。
在本发明的一些实施方式中，所述滤水酶的添加量为80-100g/t绝干浆。通过控制滤水酶的加入量可以显著改善纤维的角质化现象，提高纤维的润胀能力。
在本发明的一些实施方式中，所述碳水化合物水解酶包括γ-淀粉酶、麦芽糖酶、β-木糖苷酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶、β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶或上海尤特尔生化有限公司生产的型号为YYB酶中的一种或至少两种的组合。利用该碳水化合物水解酶底物结合域耦联作用对纤维表面进行选择性改性，能显著提高纤维的润胀性，使纤维分丝帚化更均匀，从而进一步提高纤维之间的结合力，进而进一步提高纸张的强度。尤其当碳水化合物水解酶为上海尤特尔生化有限公司生产的型号为YYB酶时，效果最佳。
在本发明的一些实施方式中，加入碳水化合物水解酶进行改性反应的工艺参数为：在35～40℃的温度下，以180～200rpm/min转速下碎浆15～20min。其中，所述碳水化合物水解酶的添加量可以为1～10g/t绝干浆。通过控制改性反应条件和碳水化合物水解酶的添加量，可以控制反应的进行，使反应朝着目标产物进行。
上述实施方式中，碳水化合物水解酶的添加量例如可以为1g/t绝干浆、2g/t绝干浆、4g/t绝干浆、6g/t绝干浆、8g/t绝干浆或10g/t绝干浆。
实施例1
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，包括以下步骤：
A)废纸浆的制备：将废纸加入到连续碎浆机中，使废纸浆的质量浓度控制在2.5～3.0％的范围内，在35℃和190rpm/min的转速下碎浆20min，得到废纸浆；
B)酶解废纸浆的制备：将步骤A)所得的废纸浆的pH值调节至7.0，在40℃温度下，加入嗜热毛壳菌中性纤维素酶100g/t绝干浆，在250rpm/min的转速下保温处理50min，得到酶解废纸浆；
C)改性纸浆的制备：向步骤B)得到的酶解废纸浆中加入麦芽糖酶5g/t绝干浆，在35℃、220rpm/min的转速下搅拌30分钟，利用碳水化合物水解酶底物结合域耦联作用得到改性纸浆。
实施例2
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的滤水酶为中性木聚糖酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例3
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的滤水酶为嗜热毛壳菌中性纤维素酶和中性木聚糖酶的复合酶，其中嗜热毛壳菌中性纤维素酶和中性木聚糖酶的重量比为1：1，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例4
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的碳水化合物水解酶为γ-淀粉酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例5
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的碳水化合物水解酶为β-木糖苷酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例6
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的碳水化合物水解酶为α-半乳糖苷酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例7
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的碳水化合物水解酶为β-半乳糖苷酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例8
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的碳水化合物水解酶为β-葡聚糖酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例9
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的碳水化合物水解酶为β-葡萄糖苷酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例10
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例1相比，本实施例中使用的碳水化合物水解酶为上海尤特尔生化有限公司生产的型号为YYB酶，其余原料和制备工艺过程与实施例1相同。
实施例11
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，与实施例10相比，本实施例中使用的滤水酶为嗜热毛壳菌中性纤维素酶和中性木聚糖酶的复合酶，其中嗜热毛壳菌中性纤维素酶和中性木聚糖酶的重量比为1：1，其余原料和制备工艺过程与实施例10相同。
对比例1
本对比例是一种废纸浆，利用以下方法制备得到：将废纸加入到连续碎浆机中，使废纸浆的浓度控制在2.5～3.0％的范围内，在35℃和190rpm/min的转速下碎浆20min，得到废纸浆。
对比例2
本对比例是一种酶解废纸浆，利用以下方法制备得到：
A)将废纸加入到连续碎浆机中，使废纸浆的浓度控制在2.5～3.0％的范围内，在35℃和190rpm/min的转速下碎浆20min，得到废纸浆；
B)酶解废纸浆的制备：将步骤A)所得的废纸浆的pH值调节至7.0，在40℃温度下，加入嗜热毛壳菌中性纤维素酶100g/t绝干浆，在250rpm/min的转速下保温处理50min，得到酶解废纸浆。
对比例3
本对比例是一种酶解废纸浆，利用以下方法制备得到：
A)将废纸加入到连续碎浆机中，使废纸浆的浓度控制在2.5～3.0％的范围内，在35℃和190rpm/min的转速下碎浆20min，得到废纸浆；
B)酶解废纸浆的制备：将步骤A)所得的废纸浆的pH值调节至7.0，在40℃温度下，加入中性木聚糖酶100g/t绝干浆，在250rpm/min的转速下保温处理50min，得到酶解废纸浆。
分别利用实施例1-11提供的改性纸浆、对比例1提供的废纸浆以及对比例2-3提供的酶解废纸浆在4400mm高强瓦楞纸机上进行抄造，抄造出的纸张的主要物理指标列于表1。
表1测试结果
从上表能够看出，利用实施例1-11提供的改性纸浆抄造出的瓦楞纸和利用对比例1提供的废纸浆以及利用对比例2-3提供的酶解纸浆抄造出的瓦楞纸相比，纸机上网浓度能够降低6％，提高纸机的脱水效率，成纸环压指数能够提高9％，耐破指数提高8％以上，耐折度能够提高12以上左右，内结合强度提高20％以上。说明利用本发明提供的改性制浆方法能够显著改善废纸浆的成纸质量。
实施例12
本实施例是一种废纸浆的改性制浆方法，包括以下步骤：
A)废纸浆的制备：将废纸加入到连续碎浆机中，使废纸浆的浓度控制在2.5～3.0％的范围内，在30℃和200rpm/min的转速下碎浆20min，得到废纸浆；
B)酶解废纸浆的制备：将步骤A)所得的废纸浆的pH值调节至7.5，在40℃温度下，加入嗜热毛壳菌中性纤维素酶80g/t绝干浆，在245rpm/min的转速下保温处理45min，得到酶解废纸浆；
C)改性纸浆的制备：向步骤B)得到的酶解废纸浆中加入碳水化合物水解酶上海尤特尔生化有限公司生产的型号为YYB酶100g/t绝干浆，在40℃、220rpm/min的转速下搅拌35分钟，通过碳水化合物水解酶底物结合域耦联得到改性纸浆。
对比例4
本对比例是一种废纸浆，利用以下方法制备得到：将废纸加入到连续碎浆机中，使废纸浆的浓度控制在2.5～3.0％的范围内，在30℃和200rpm/min的转速下碎浆20min，得到废纸浆。
对比例5
本对比例是一种酶解废纸浆，利用以下方法制备得到：
A)废纸浆的制备：将废纸加入到连续碎浆机中，使废纸浆的浓度控制在2.5～3.0％的范围内，在30℃和200rpm/min的转速下碎浆20min，得到废纸浆；
B)酶解废纸浆的制备：将步骤A)所得的废纸浆的pH值调节至7.5，在40℃温度下，加入嗜热毛壳菌中性纤维素酶80g/t绝干浆，在245rpm/min的转速下保温处理45min，得到酶解废纸浆。
分别利用实施例12提供的改性纸浆、对比例4提供的废纸浆以及对比例5提供的酶解废纸浆在5050mm箱板纸纸机上进行抄造，抄造出的纸张的主要物理指标列于表2。
表2测试结果
从上表能够看出，利用实施例12提供的改性纸浆抄造出的箱板纸和利用对比例4-5提供的废纸浆抄造出的箱板纸相比，改性后的纸浆抄造出的箱板纸和未改性的相比，浆料的叩解度降低5％左右，纸机上网浓度降低4％-6.5％，提高纸机的脱水效率，白水浓度降低6％-14％，提高了纸机运行效率和稳定性。成纸环压指数提高12％-14％左右，耐破指数提高6％-9％左右，耐折度提高11％；内结合强度提高18％-22％，说明利用本发明提供的改性制浆方法能够显著改善废纸浆的成纸质量。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种废纸浆的改性制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供滤水酶处理废纸浆后得到的酶解废纸浆作为反应原浆，向所述反应原浆中加入碳水化合物水解酶进行改性反应，得到改性纸浆。
2.根据权利要求1所述的改性制浆方法，其特征在于，所述碳水化合物水解酶包括γ-淀粉酶、麦芽糖酶、β-木糖苷酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶、β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶或上海尤特尔生化有限公司生产的型号为YYB酶中的一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的改性制浆方法，其特征在于，加入碳水化合物水解酶进行改性反应的工艺参数为：在35～40℃的温度下，以180～200rpm/min转速下碎浆15～20min。
4.根据权利要求1或2所述的改性制浆方法，其特征在于，所述碳水化合物水解酶的添加量为1～10g/t绝干浆。
5.根据权利要求1或2所述的改性制浆方法，其特征在于，废纸浆的制备方法包括：将废纸置于水中，在30～35℃、180～200rpm/min的转速下碎浆15～20min，得到所述废纸浆。
6.根据权利要求5所述的改性制浆方法，其特征在于，所述废纸浆的质量浓度为2.5％～3.5％。
7.根据权利要求1或2所述的改性制浆方法，其特征在于，酶解废纸浆的制备方法包括：在pH值为6.5～7.5，温度为40～45℃的废纸浆中加入滤水酶，在220～250rpm/min的转速下保温处理40～55min，得到所述酶解废纸浆。
8.根据权利要求7所述的改性制浆方法，其特征在于，所述滤水酶为嗜热毛壳菌中性纤维素酶和/或中性木聚糖酶；
优选地，所述滤水酶的添加量为80-100g/t绝干浆。
9.一种改性纸浆，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的改性制浆方法制备得到。
10.一种造纸方法，其特征在于，利用权利要求9所述的改性浆料为原料，经抄造后得到纸张。
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