CN110607708A - 一种生物酶预处理改善木材化机浆性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物酶预处理改善木材化机浆性能的方法，木片以及经过备料、螺旋挤压、生物酶预处理、化学浸渍和磨浆处理制备得到化机浆，化机浆分别经过消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆，用于纸浆性能测试。本发明在化学浸渍前对浆料进行生物酶预处理，使纤维表面的木素出现部分脱落，暴露出更多的微细纤维，表面暴露出更多的羟基，有利于化学浸渍段与药液反应。纤维润胀程度增加，提高了纤维间的结合力，纤维之间的交织力增强。利用本发明的方法对杨木、桉木等阔叶木进行处理，制备得到的化机浆，其耐破强度、抗张强度，撕裂强度均得到显著改善，同时降低磨浆能耗。

Description

一种生物酶预处理改善木材化机浆性能的方法
技术领域
本发明属于制浆造纸技术领域。具体涉及一种生物酶预处理改善木材化机浆性能的方法。
背景技术
现代造纸工业已经是能源密集型、技术密集型、资金密集型和大规模型的企业。具有能源消耗高、污染负荷重、生产连续性强、工艺流程复杂、原材料处理量大、投资大等特点。然而原材料短缺和环境压力已经成为制约造纸业发展的瓶颈。高得率制浆技术，因其具有的得率高、对环境友好等特点，在目前的大环境下显现出了良好的发展前景。
随着全球范围内化石能源的紧俏，价格不断上涨，体现在高得率浆生产过程中，即为电力投入的增加，因此对于高得率浆生产企业而言，降低磨浆电耗、继而节约生产成本的同时努力提升高得率浆性能，扩大纸浆应用范围显得日益重要。
生物技术是现代高新科技，生物酶技术作为生物技术最重要的组成部分，已经应用于多个行业中。生物酶是动物或者天然植物以及其他有机生物在生命活动过程所产生的蛋白质，具有高效、专一和多样的特质。一种生物酶往往具有降解某种特定高分子物质的特性，此外还可作为具有环境友好性的催化剂来促进化学反应的进行速率。纸浆纤维的酶法改性具有改性效率高、反应速率快、处理条件缓和等优点。纤维经过不同的生物酶改性后，可达到提高纸浆白度和白度稳定性，改善纸浆的滤水性能，以及增强纸浆强度和降低磨浆能耗等目的。近几十年来，随着生物技术的迅速发展，生物技术在制浆造纸方面的应用一直是业内人士十分关注的研究课题，同时生物酶在制浆上的应用也为解决高得率制浆过程中所存在的问题提供了有效的途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物酶预处理改善木材化机浆性能的方法，以一种环境友好型的方法来提高纸浆强度性能，降低磨浆能耗。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种生物酶预处理改善木材化机浆性能的方法，包括以下步骤：
(1)备料：木片经筛选、洗涤后进行常压预汽蒸；
(2)螺旋挤压：将常压预汽蒸后得到的木片进行螺旋挤压，得到挤压后浆料；
(3)生物酶预处理：对挤压后浆料进行生物酶预处理，生物酶预处理的条件为pH为6-9，完成后进行高温灭活；
(4)化学浸渍：以碱性过氧化氢溶液为浸渍药液，对生物酶预处理后的浆料进行化学浸渍；
(5)磨浆：化学浸渍后的浆料进行常压磨浆后制备得到化机浆，化机浆分别经过消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆，用于纸浆性能测试。
优选的，步骤(1)中，所述常压预汽蒸的温度为90-105℃，时间为10-20min。
优选的，步骤(2)中，所述螺旋挤压为双螺旋挤压(开口20mm、18mm)，挤压温度为45-60℃。
优选的，步骤(3)中，所述生物酶预处理所用的酶为纤维素酶CWX-260S、半纤维素酶CWX-262B中的至少一种；每吨绝干浆料的酶用量为0.3-0.5kg，生物酶预处理的条件为：温度40-65℃、时间30-60min。
优选的，步骤(4)中，所述浸渍药液的溶剂为水，溶质包括过氧化氢、氢氧化钠、硅酸钠、DTPA，各溶质用量与浆料绝干质量的比例为：过氧化氢用量为2％-8％，氢氧化钠用量为1％-6％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％。进一步优选的，所述溶质还包括硫酸镁，硫酸镁用量为浆料绝干质量的0.1％-0.2％。
优选的，步骤(4)中，所述浆料在浸渍药液中的质量浓度为20％-25％，浸渍时间为40-60min，浸渍温度为70-90℃。
优选的，步骤(5)中，所述常压磨浆时，浆料的质量浓度为20％-25％。所述消潜条件为：消潜温度为83℃以上，消潜时间为10-30min。
优选的，所述木片为桉木、杨木或者两者的混合木片。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)经生物酶预处理后，暴露出更多的微细纤维，纤维细纤化程度增加，表面暴露出更多的羟基，有利于化学浸渍段与药液反应，并且使纤维之间结合力增强；与未经生物酶预处理制备得到的纸浆相比，生物酶预处理所得纸浆纤维的润胀程度增加，增加了纤维间的结合力，纤维柔软性提高，纤维之间的交织力增强。因此，采用本发明生物酶预处理制备得到的化机浆，其耐破强度、抗张强度，撕裂强度均得到显著改善。
(2)现有生物酶的最适pH范围一般在4.8左右，而碱性过氧化氢机械浆制浆过程很难洗至弱酸性，使得生物酶在制浆中的应用受到限制，本发明所用酶为诺维信纤维素酶CWX-260S或半纤维素酶CWX-262B，其适宜作用的pH范围为6-9，适用范围更宽，为生物酶在制浆中的实际应用提供了可能性。
(3)本发明提供的生物酶预处理木材方法，在获得高强度木材化机浆的同时能够降低磨浆能耗，从而降低生产成本，具有极好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
以下实施例中，除有特殊说明外，其他所有百分比都为质量百分比。
实施例1
杨木APMP浆：杨木片筛渣后在室温浸泡水洗，在95℃下汽蒸15min，然后用双螺旋挤压机进行挤压。挤压所得浆料进行酶处理，选用诺维信公司纤维素酶CWX-260S，浆浓为4％，pH＝7、温度为50℃，按照0.4kg/t绝干浆加入酶液并不断搅拌，反应60min后，将浆料煮沸5min，使剩余的酶失活；然后进行化学浸渍，浸渍药液为：过氧化氢用量为5％，氢氧化钠用量为6％，硅酸钠用量为2.0％，DTPA用量为0.5％，硫酸镁用量为0.1％，在浆浓20％，温度85℃下保温反应40min。化学浸渍后的浆料进行常压磨浆，磨浆后的浆料进行消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆，对纸浆强度性能进行检测。
结果：经检测，经过纤维素酶处理所得纸浆在加拿大游离度为300mL时，耐破强度可达1.43KPa*m2*g-1，抗张强度可达29.54mN*m2*g-1，撕裂强度可达3.28N*m*g-1。较未经酶处理纸浆分别提高9.73％、8.72％、13.06％。
实施例2
桉木APMP浆：尾巨桉木片筛渣后在室温浸泡水洗，在105℃下汽蒸10min，然后用双螺旋挤压机进行挤压。挤压所得浆料进行酶处理，选用诺维信公司半纤维素酶CWX-262B，浆浓为2.5％，pH＝7、温度为50℃，按照0.3kg/t绝干浆加入酶液并不断搅拌。反应45min后，将浆料煮沸5min，使剩余的酶失活；然后进行化学浸渍，化学浸渍分为两段：一段过氧化氢用量为2％，氢氧化钠用量为2％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.2％，在浆浓20％，温度90℃下保温反应45min；洗涤后进行二段浸渍：二段过氧化氢用量为6％，氢氧化钠用量为3％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.3％，在浆浓20％，温度90℃下保温反应45min。化学浸渍后的浆料进行常压磨浆，磨浆后的浆料进行消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆，对纸浆强度性能进行检测。
结果：经检测，经过半纤维素酶处理所得纸浆在加拿大游离度为300mL时，耐破强度可达1.51KPa*m2*g-1，抗张强度可达30.26mN*m2*g-1，撕裂强度可达3.07N*m*g-1，较未经酶处理纸浆分别提高8.42％、10.72％、9.05％；未经酶处理制备化机浆所需的磨浆能耗为1280KW*h/t，采用本实施例中的方法，经过生物酶预处理后磨浆能耗为1192KW*h/t，可节约能耗6.85％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物酶预处理改善木材化机浆性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)备料：木片经筛选、洗涤后进行常压预汽蒸；
(2)螺旋挤压：将常压预汽蒸后得到的木片进行螺旋挤压，得到挤压后浆料；
(3)生物酶预处理：对挤压后浆料进行生物酶预处理，生物酶预处理的条件为pH为6-9，完成后进行高温灭活；
(4)化学浸渍：以碱性过氧化氢溶液为浸渍药液，对生物酶预处理后的浆料进行化学浸渍；
(5)磨浆：化学浸渍后的浆料进行常压磨浆后制备得到化机浆，化机浆分别经过消潜、洗涤、筛选、净化成纸浆，用于纸浆性能测试。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述常压预汽蒸的温度为90-105℃，时间为10-20min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述螺旋挤压为双螺旋挤压，挤压温度为45-60℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述生物酶预处理所用的酶为纤维素酶CWX-260S、半纤维素酶CWX-262B中的至少一种；每吨绝干浆料的酶用量为0.3-0.5kg，生物酶预处理的条件为：温度40-65℃、时间30-60min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述浸渍药液的溶剂为水，溶质包括过氧化氢、氢氧化钠、硅酸钠、DTPA，各溶质用量与浆料绝干质量的比例为：过氧化氢用量为2％-8％，氢氧化钠用量为1％-6％，硅酸钠用量为1.0％，DTPA用量为0.5％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述溶质还包括硫酸镁，硫酸镁用量为浆料绝干质量的0.1％-0.2％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述浆料在浸渍药液中的质量浓度为20％-25％，浸渍时间为40-60min，浸渍温度为70-90℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述常压磨浆时，浆料的质量浓度为20％-25％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述消潜条件为：消潜温度为83℃以上，消潜时间为10-30min。
10.根据权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于：所述木片为桉木、杨木或者两者的混合木片。
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