CN111287010A

CN111287010A - 一种壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用

Info

Publication number: CN111287010A
Application number: CN202010133009.5A
Authority: CN
Inventors: 刘明友; 王璐; 田霄飞; 何甜
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2020-02-29
Filing date: 2020-02-29
Publication date: 2020-06-16

Abstract

本发明属于纸浆漂白技术领域，具体公开了一种壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用。本发明以壳聚糖作为纸浆臭氧漂白中的黏度保护剂，不仅可避免草酸作为黏度保护剂形成的结垢、叔丁醇的不可降解性等，影响后续漂白的进行，对纸张性质产生不良影响。且该壳聚糖制备工艺简单，在自然界中原料丰富，价格低廉，且具有生物降解性，对黏度保护效果明显。因此，壳聚糖作为保护剂在臭氧漂白中的应用，可以促进纸浆行业在全无氯漂白的道路上更进一步，对臭氧的工厂化实际应用有一定的现实意义。

Description

一种壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用

技术领域

本发明属于纸浆漂白技术领域，具体涉及一种壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用。

背景技术

臭氧作为一种强氧化性漂剂，漂白过程中极大地破坏木素结构，但是臭氧漂白选择性较差，降解木素的同时对碳水化合物造成极大地破坏，使纸浆黏度降低。目前对臭氧漂白过程中纸浆黏度的保护主要有预处理及添加助剂等方法，预处理由于耗时长、设备投资等问题在工业上并不能广泛应用，目前常用的黏度保护助剂有草酸、叔丁醇等，而草酸在实际生产中会形成不易剥落的污垢草酸钙，叔丁醇价格太高，及参与反应后无法分解处理，都不适用于实际工厂生产。

臭氧漂白选择性差是现阶段的一个技术难题，因此研究出一种提高脱木素效率降低碳水化合物保护的新型黏度保护剂具有十分重要的现实意义。近两年，何甜等人研究了活性羟胺类物质作为纸浆臭氧漂白中黏度保护剂的应用，相比之前的草酸、叔丁醇类物质，对纸浆黏度的保护有了很大提升，但仍存在环境污染问题，所用粘度保护剂不够环保。

壳聚糖具有良好的生物降解性及生物相容性，壳聚糖作为助留助滤剂以及增强剂等在造纸行业得到了广泛的应用。窦红艳等人研究了壳聚糖在过氧化氢漂白中的应用，目前，壳聚糖用于纸浆漂白的研究还很不成熟。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用。

本发明的另一目的在于提供一种新型的黏度保护剂—壳聚糖的制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，包括如下步骤：

（1）黏度保护剂的制取：将壳聚糖（不同脱乙酰度的壳聚糖）加入水中，混合均匀，得到混合液，加入乙酸使壳聚糖溶解并调节所述混合液的pH为5.5-6.5，加入壳聚糖酶液，在水浴锅内，在搅拌状态下进行水浴加热处理，然后升高温度进行灭酶处理，以灭活壳聚糖酶，离心去除不溶物后取上清液，得到黏度保护剂（低聚壳聚糖溶液）；

（2）臭氧漂白：将碱法蒸煮后纸浆的浓度调节为3.0wt%-5.0wt%，然后添加步骤（1）所述黏度保护剂，混合均匀，添加硫酸溶液酸化，得到浆料，将所述浆料送入反应釜，调整转速使纸浆混合均匀，调节臭氧发生器，在反应釜入口处通入臭氧，控制反应釜入口臭氧浓度，停止通入臭氧后，搅拌反应，使臭氧在浆料中充分反应，得到臭氧漂白后的纸浆。

进一步地，步骤（1）所述壳聚糖的脱乙酰度为60-95%，壳聚糖的分子量为10-30万。

进一步地，在步骤（1）所述混合液中，壳聚糖的质量分数为3-5%。

进一步地，步骤（1）所述壳聚糖酶的加入量为1000-5000 IU/g壳聚糖。

进一步地，步骤（1）所述水浴加热处理的温度为35℃-45℃，水浴加热处理的时间为24-48 h。

进一步地，步骤（1）所述灭酶处理的温度为90℃-100℃，灭酶处理的时间为10-15min。

进一步地，按照绝干质量计，步骤（2）所述黏度保护剂的加入量为绝干浆质量的0.1-0.5wt%。

进一步地，按照绝干质量计，步骤（2）所述硫酸溶液的加入量为绝干浆质量的2-3wt%，硫酸酸化后的纸浆pH≤2。

进一步地，步骤（2）所述反应釜入口处的臭氧浓度为118-122 g/Nm³；按照绝干质量计，所述臭氧的加入量为绝干浆的0.8-1.6wt%。

进一步地，步骤（2）所述搅拌反应的时间为10-30min。

优选地，步骤（2）所述碱法蒸煮后纸浆为蒸煮后的桉木浆（硫酸盐桉木浆）。

优选地，步骤（2）所述黏度保护剂为草酸、叔丁醇及壳聚糖一种及以上。

本发明以壳聚糖作为纸浆臭氧漂白中的黏度保护剂，不仅可避免草酸作为黏度保护剂形成的结垢、叔丁醇的不可降解性等，影响后续漂白的进行，对纸张性质产生不良影响。且该壳聚糖制备工艺简单，在自然界中原料丰富，价格低廉，且具有生物降解性，对黏度保护效果明显。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）本发明使用的黏度保护剂为壳聚糖溶液，其制备工艺简单，易操作，适于工业化生产，具有良好的应用前景；

（2）本发明中作为黏度保护剂的壳聚糖具有生物降解性好、无污染、来源广等优点；且作为臭氧漂中黏度保护剂，具有螯合金属离子、清除自由基，防止臭氧的无效分解来保护碳水化合物；以及吸附在纤维表面，防止臭氧的无效攻击等；且在臭氧漂后壳聚糖直接降解，不产生污染。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。

实施例1

碱法蒸煮后纸浆进行臭氧漂白，浆浓3%（wt），黏度保护剂（分子量10万壳聚糖溶液）用量0.1wt% （对绝干浆），配置的黏度保护剂（壳聚糖溶液）质量分数浓度为3%，硫酸用量2wt%（对绝干浆），均匀混合后将浆料送入反应釜，调节搅拌器转速至浆料完全混合并匀速搅拌，调节臭氧发生器，控制反应釜入口臭氧浓度为118 g/Nm³，通入臭氧量为0.8wt% （对绝干浆），反应10 min。记为样品1，测量样品的白度、黏度。

此实施例中所用的黏度保护剂（分子量10万低聚壳聚糖溶液）的制备：50g脱乙酰度为60%的壳聚糖加至1000 mL水中，加入乙酸溶解并调节至pH 5.5。再加入壳聚糖酶液（1000 IU/g壳聚糖），35 ℃搅拌反应24 h。反应结束后，升高温度至90 ℃并维持10 min灭活壳聚糖酶。离心去除不溶物后取上清获得低聚壳聚糖溶液。

实施例2

碱法蒸煮后纸浆进行臭氧漂白，浆浓4%（wt），黏度保护剂（分子量20万壳聚糖溶液）用量0.25 wt% （对绝干浆），，配置的黏度保护剂（壳聚糖溶液）质量浓度分数为4%，硫酸用量2.5 wt% （对绝干浆），均匀混合后将浆料送入反应釜，调节搅拌器转速至浆料完全混合并匀速搅拌，调节臭氧发生器，控制反应釜入口臭氧浓度为120 g/Nm³，通入臭氧量为1wt%（对绝干浆），反应20 min。记为样品2，测量样品的白度、黏度。

此实施例中所用的黏度保护剂（分子量20万低聚壳聚糖溶液）的制备：50g脱乙酰度为80%的壳聚糖加至1000 mL水中，加入乙酸溶解并调节至pH 6.0。再加入壳聚糖酶液（3000 IU/g壳聚糖），40 ℃搅拌反应36 h。反应结束后，升高温度至95 ℃并维持12 min灭活壳聚糖酶。离心去除不溶物后取上清获得低聚壳聚糖溶液。

实施例3

碱法蒸煮后纸浆进行臭氧漂白，浆浓5%（wt），黏度保护剂（分子量30万壳聚糖溶液）用量0.5 wt% （对绝干浆），配置的黏度保护剂（壳聚糖溶液）质量分数为5%，硫酸用量3 wt%（对绝干浆），均匀混合后将浆料送入反应釜，调节搅拌器转速至浆料完全混合并匀速搅拌，调节臭氧发生器，控制反应釜入口臭氧浓度为122 g/Nm³，通入臭氧量为1.6wt% （对绝干浆），反应30 min。记为样品3，测量样品的白度、黏度。

此实施例中所用的黏度保护剂（分子量30万低聚壳聚糖溶液）的制备：50g脱乙酰度为95%的壳聚糖加至1000 mL水中，加入乙酸溶解并调节至pH 6.5。再加入壳聚糖酶液（5000 IU/g壳聚糖），45 ℃搅拌反应48 h。反应结束后，升高温度至95 ℃并维持15 min灭活壳聚糖酶。离心去除不溶物后取上清获得低聚壳聚糖溶液。

对比例1

实验条件对比实施例2，仅将黏度保护剂更换为有机酸类物质-草酸，用量0.25wt% （对绝干浆）。记为样品4，测量样品的白度、黏度。

对比例2

实验条件对比实施例2，仅将黏度保护剂更换为醇类物质-叔丁醇，用量0.25wt% （对绝干浆）。记为样品5，测量样品的白度、黏度。

对比例3

实验条件对比实施例2，仅将黏度保护剂更换为有机化合物类物质-硫酸镁，用量0.25wt% （对绝干浆）。记为样品6，测量样品的白度、黏度。

对比例4

实验条件对比实施例2，不加黏度保护剂。记为样品7，测量样品的白度、黏度。

表1 实施例所得样品的白度、黏度

样品	白度（%ISO）	黏度（mL/g）
			1	35.4	810
2	38.5	816
			3	40.3	766
4	38.7	810
			5	38.4	802
6	38.2	756
			7	38.1	743

从表1结果可知，本发明实施例采用一种新的在纸浆臭氧漂白中黏度保护剂壳聚糖的应用。相同臭氧用量条件下，相对于不加黏度保护剂，白度略有提高，提高了1.05%；相对于目前已知的黏度保护剂，黏度略有提升，提高了约0.74%，且本发明所用黏度保护剂对比其他保护剂，价格低廉，来源广泛且漂白后不产生污染物质，不影响下一漂段的进行，具有重要的现实应用意义。

以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将壳聚糖加入水中，混合均匀，得到混合液，加入乙酸使壳聚糖溶解并调节所述混合液的pH为5.5-6.5，加入壳聚糖酶，在搅拌状态下进行水浴加热处理，然后灭酶处理，离心取上清液，得到黏度保护剂；

（2）将碱法蒸煮后纸浆的浓度调节为3.0wt%-5.0wt%，然后添加步骤（1）所述黏度保护剂，混合均匀，添加硫酸溶液酸化，得到浆料，将所述浆料送入反应釜，混合均匀，在反应釜入口处通入臭氧，搅拌反应，得到臭氧漂白后的纸浆。

2.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，步骤（1）所述壳聚糖的脱乙酰度为60-95%，壳聚糖的分子量为10-30万。

3.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，在步骤（1）所述混合液中，壳聚糖的质量分数为3-5%。

4.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，步骤（1）所述壳聚糖酶的加入量为1000-5000 IU/g壳聚糖。

5.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，步骤（1）所述水浴加热处理的温度为35℃-45℃，水浴加热处理的时间为24-48 h。

6.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，步骤（1）所述灭酶处理的温度为90℃-100℃，灭酶处理的时间为10-15 min。

7.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，按照绝干质量计，步骤（2）所述黏度保护剂的加入量为绝干浆质量的0.1-0.5wt%。

8.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，按照绝干质量计，步骤（2）所述硫酸溶液的加入量为绝干浆质量的2-3wt%，硫酸酸化后的纸浆pH≤2.0。

9.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，步骤（2）所述反应釜入口处的臭氧浓度为118-122 g/Nm³；按照绝干质量计，所述臭氧的加入量为绝干浆的0.8-1.6wt%。

10.根据权利要求1所述的壳聚糖作为纸浆臭氧漂白段黏度保护剂的应用，其特征在于，步骤（2）所述搅拌反应的时间为10-30min。