CN1986960A - 用漆酶处理occ纸浆提高瓦楞箱板纸强度的技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以未漂化学纸浆、半化学浆和OCC废纸浆为生产原料，生产瓦楞箱板纸及挂面纸板的生产过程。由于未漂化学纸浆、半化学浆和OCC纸浆的特点，使板纸生产过程中的循环白水含有较高量的细小纤维、固醇酯、松香酸、木酚素(Lignan)和木素碎片等。这些物质带有大量的阴离子，即阴离子垃圾。而较高含量阴离子垃圾会影响传统的造纸增强剂的添加效果，提高生产成本，也会造成环境污染。本发明是应用漆酶催化木质纤维氧化，在木质纤维表面上产生酚氧自由基，通过自由基缩合，提高纤维间的结合强度，从而提高瓦楞纸箱板纸和挂面纸板的物理强度，特别是纸板环压强度和湿环压强度。
Description
技术领域
本发明涉及以未漂化学纸浆、半化学浆和OCC废纸浆为生产原料，生产瓦楞箱板纸及挂面纸板的生产过程。
背景技术
瓦楞纸箱板纸是生产纸盒、纸箱的重要材料，它是由硫酸盐浆挂面纸板与瓦楞芯纸组合所构成。瓦楞纸箱板纸的主要生产原料是未漂化学纸浆、半化学浆和OCC废纸浆。为了保护环境、充分利用二次纤维资源，目前OCC废纸是生产瓦楞纸箱板纸的重要原料。
OCC(Old Corrugated Containers)废纸即瓦楞纸箱废纸，以OCC废纸为原料生产瓦楞纸箱板纸的典型的生产工艺如下：
碎解：OCC废纸碎解是在水力碎浆机进行，目的是将废纸进行碎解，并将重杂质、体积大的杂质与纤维有效分离。为了提高碎解效率，还可以加入一些化学药品或通汽加热。
疏解：OCC废纸浆的疏解可在纤维分离机、圆盘磨浆机、高频疏解机等设备进行。目的是将OCC废纸浆进一步疏解成单根纤维状态。
净化和筛选：OCC废纸浆的净化和筛选目的是进一步除去浆中小而重的杂质。可由除渣器和筛浆机完成，除渣是利用杂质与纤维比重不同的原理将废纸浆中的杂质除去；筛选是利用杂质与纤维形状、尺寸不同的原理将废纸浆中与纤维比重接近的杂质除去。
洗涤：OCC废纸浆的洗涤的目的是净化纸浆除去颗粒直径更小的杂质(直径小于10μm，而颗粒直径在5μm以下去除效果最佳)。可由洗浆机完成。热分散：OCC废纸浆经过除渣、筛选和洗涤等处理不可能百分之百地将废纸浆中的杂质全部除去。热分散系统处理，可有效分散OCC废纸浆的杂质(如胶粘物)，提高纸板的外观质量。
经过上述处理，将OCC废纸制成纸浆，再在纸机上经脱水、压榨、干燥和压光生产出瓦楞纸箱板纸。为了改善纸机的抄造性能，提高瓦楞纸箱板纸质量，通常在造纸过程中，添加一些造纸化学品。
由于OCC浆料的特点，使板纸生产过程中的循环白水含有较高量的细小纤维、固醇酯、松香酸、木酚素(Lignan)和木素碎片等。这些物质带有大量的阴离子，即阴离子垃圾。而较高含量阴离子垃圾会影响传统的造纸增强剂的添加效果，提高生产成本，也会造成环境污染。
漆酶是多铜氧化还原酶可以催化各种芳香族化合物氧化，特别是酚类化合物被氧化形成酚氧自由基。同时伴随着氧被还原成水。如式1所示。
产生的酚氧自由基间可以发生非酶催化反应，如脱甲氧基、C-C键断裂以及一系列的氧化降解反应。同时产生的自由基也可以发生自由基缩合反应。应用漆酶催化纤维氧化，在纤维表面上产生酚氧自由基，通过自由基缩合反应，提高纤维间的结合强度，可以改善纸浆的强度特性。
本发明的目的是应用漆酶催化纤维氧化，在纤维表面上产生酚氧自由基，通过自由基缩合，提高纤维间的结合强度。同时提高瓦楞纸箱板纸的物理强度，特别是环压强度和湿环压强度。
发明内容
通过我们的实验发现，OCC废纸浆、半化学浆或硫酸盐未漂浆经漆酶处理后，其纸板的抗张强度和环压强均得到提高，特别是纸板湿抗张强度和湿环压强度得到明显提高。通过我们的实验证明，产生上述效果的主要原因是由于纸浆在漆酶处理过程中，在木质纤维表面产生自由基(通过ESR测定可发现一定量的自由基产生)，并在纤维间产生自由基缩合(通过GPC测定表现为木素聚合度增加)。
本发明提供一种应用漆酶处理未漂化学纸浆、半化学浆和OCC废纸浆生产瓦楞箱板纸及挂面纸板的生产技术。内容包括：
(1)OCC废纸的碎解和筛选，半化学浆和硫酸盐未漂浆的疏解和打浆技术；
(2)应用漆酶处理OCC废纸浆、半化学浆和硫酸盐未漂浆工艺技术；
(3)纸板抄造工艺技术。
在纸板抄造过程中保持白水循环使用，即用纸机白水作为步骤(1)和步骤(2)的稀释水。在传统的生产过程中，由于OCC浆料和半化学浆的特点，使板纸生产过程中的循环白水含有较高量的细小纤维、固醇酯、松香酸、木酚素(Lignan)和木素碎片等。这些物质带有大量的阴离子，即阴离子垃圾。而较高含量阴离子垃圾会影响传统的造纸增强剂的添加效果，提高生产成本，也会造成环境污染。但在本发明中由于漆酶处理，可催化白水中的阴离子氧化生成自由基，并与木质纤维表面的自由基发生缩合反应，不但可以降低白水中的阴离子垃圾量，还有利于提高纸板的物理强度和得率。
具体的发明内容如下：
制浆
OCC废纸在高浓水力碎浆机中进行碎浆，碎浆浓度大于10％，碎解后的纸浆经疏解、净化、筛选和洗涤等处理制备成纸浆悬浮液。半化学浆和硫酸盐未漂浆经碎浆、筛选和打浆等处理后制备成纸浆悬浮液。
漆酶酶活测定
反应液体积为3ml，含有2ml 0.5mmol/l的ABTS溶液(用pH为4的HAc-NaAc缓冲液配制)，加入1ml适当稀释的酶液启动反应，在室温下测定反应体系在420nm处的吸光度前3min的变化。每分钟氧化1μmol ABTS所需要的酶量定义为一个活力单位，即1U。
纸浆的漆酶处理
将制备好的纸浆悬浮液调至为适宜的浆浓、温度和pH值，通入一定量的空气，使纸浆悬浮液中含有足够的氧分子。加入漆酶启动反应，反应时间根据浆料种类和设备状况而定。
漆酶处理工艺条件
漆酶处理未漂硫酸盐浆提高湿强的最佳工艺条件：
漆酶用量：16U/g浆；
pH值：4.5～5.5；
温度：室温(25℃左右)；
浆浓：2％～5％；
反应时间：2小时。
漆酶处理AOCC纸浆提高湿强的最佳工艺条件：
漆酶用量16U/g浆；
pH值4.5～7；
温度：室温(25℃左右)；
浆浓：5％；
反应时间：1小时。
实例
实例1
先将美废11#OCC废纸撕成规格为30mm×30mm的碎片，放入塑料袋平衡24小时后测定水分。称取一定量的OCC放入烧杯中，加入一定量的水浸泡12小时。在高浓水力碎浆机中进行碎浆，碎浆浓度为10％，频率30Hz，转子转速671rpm。碎解后的OCC浆用筛缝为0.25mm的平板筛浆机进行筛浆。根据QB/T-1463-1992方法，使用PFI磨进行打浆，浆浓为10％，控制终点打浆度为45°SR。经打浆后的纸浆，调至浆浓为5％，温度25℃，pH为4.5，通空气5min，加入漆酶启动反应，继续通空气，反应时间为1小时。使用标准纸页成型器抄片，用快速纸页成型器的干燥部干燥湿纸页，手抄片定量为100g/m2。实验结果如表1。
表1 漆酶用量对OCC纸浆环压指数和抗张强度的影响
| 漆酶用量/U·g-1 | Con | 8 | 16 | 24 |
| 环压指数/Nm·g-1湿环压指数/Nm·g-1抗张指数/Nm·g-1湿抗张指数/Nm·g-1 | 10.02.952.71.60 | 10.53.557.62.45 | 10.03.961.72.98 | 10.54.162.22.87 |
从表1可以看出：经不同漆酶用量处理的OCC纸浆手抄片的湿环压指数和湿抗张强度与对照样(Con)相比均得到明显提高。漆酶用量为24U/g时，湿环压指数由对照样2.9N·m/g提高至4.1N·m/g，提高了41％；漆酶用量为16U/g时，湿抗张强度由对照样的1.60N·m/g提高至2.98N·m/g，提高了85％。值得注意的是：漆酶用量为24U/g时，湿环压指数为4.1N·m/g，该强度值与对照样的干环压指强(10.0N·m/g，图3)的比值为0.41，即经漆酶处理后的OCC手抄片在湿的状态下仍保留干纸页的41％的强度。
而不同漆酶用量处理的OCC纸浆其干抗张强度和干环压强度与对照样(Con)对比略有提高，但提高的幅度不大。
实例2
试验使用的纸浆为金星牌未漂硫酸盐针叶木商品浆，kappa值37.1。先将未漂硫酸盐针叶木浆疏解后，依据QB/T-1463-1992方法，使用PFI打浆至45°SR。调至浆浓为2％，温度25℃，pH为4.5，通空气5min，加入漆酶启动反应，继续通空气，反应时间为2小时。使用标准纸页成型器抄片，用快速纸页成型器的干燥部干燥湿纸页，手抄片定量为100g/m2。实验结果如表2。
表2 漆酶用量对未漂硫酸盐浆抗张强度的影响
| 漆酶用量/U·g-1 | Con | 8 | 16 | 24 | 32 |
| 抗张指数/Nm·g-1湿抗张指数/Nm·g-1 | 91.93.19 | 93.13.61 | 93.34.17 | 93.64.19 | 93.84.16 |
从表2可以看出：经不同漆酶用量处理的未漂硫酸盐浆手抄片的湿抗张强度与对照样(Con)相比均得到明显提高。其酶用量为16U/g时，湿抗张指数由对照样(Con)的3.19Nm/g提高至4.193.19Nm/g。当酶用量高于16U/g浆时，湿抗张指数基本不变。这说明当酶浓度已饱和(酶与所有的底物都接触)时，增加漆酶用量并不能改善纸页的强度。16U/g浆为最佳漆酶用量。
而不同漆酶用量处理的未漂硫酸盐浆其干抗张强度与对照样(Con)对比略有提高，但提高的幅度不大。
具体实施方式
本发明具体实施方式如下：
(1)纸浆悬浮液的制备
水力碎浆机碎解：未漂化学纸浆、半化学浆和OCC废纸首先在水力碎浆机中碎解，制备成一定浓度的纸浆。对于OCC废纸，在碎解过程中还需要除去废纸中重杂质、体积大的杂质。
疏解：对于OCC废纸浆，采用纤维分离机、圆盘磨浆机或高频疏解机等设备进行疏解。目的是将OCC废纸浆进一步疏解成单根纤维状态。
净化和筛选：对于OCC废纸浆，采用除渣器和筛浆机进行净化和筛选。除渣是利用杂质与纤维比重不同的原理将废纸浆中的杂质除去；筛选是利用杂质与纤维形状、尺寸不同的原理将废纸浆中与纤维比重接近的杂质除去。
洗涤：洗涤可以净化纸浆除去颗粒直径更小的杂质(直径小于10μm，而颗粒直径在5μm以下去除效果最佳)。由洗浆机完成。热分散：对于OCC废纸浆，经过除渣、筛选和洗涤等处理不可能百分之百地将废纸浆中的杂质全部除去，热分散系统处理。可有效分散OCC废纸浆的杂质(如胶粘物)，提高纸板的外观质量，
打浆：对于未漂化学纸浆需要打浆，将纤维分丝帚化。
(2)纸浆的漆酶处理
将由(1)制备好的纸浆悬浮液调至为适宜的浆浓、温度和pH值，通入一定量的空气，使纸浆悬浮液中含有足够的氧分子。加入漆酶启动反应，最佳工艺条件如下：
漆酶处理未漂硫酸盐浆提高湿强的最佳工艺条件：
漆酶用量：16U/g浆；
pH值：4.5～5.5；
温度：室温(25℃左右)；
浆浓：2％～5％；
反应时间：2小时。
漆酶处理AOCC纸浆提高湿强的最佳工艺条件：
漆酶用量16U/g浆；
pH值4.5～7；
温度：室温(25℃左右)；
浆浓：5％；
反应时间：1小时。
(3)生产瓦楞箱板纸及挂面纸板抄造
经过(2)处理后的纸浆悬浮液，在纸机上经脱水、压榨、干燥和压光生产出瓦楞纸箱板纸及挂面纸板。
Claims (3)
1、本发明涉及以未漂化学纸浆、半化学浆和OCC废纸浆为生产原料，生产瓦楞箱板纸及挂面纸板的生产新技术。其特征为：水力碎浆机碎解、疏解、净化和筛选、洗涤、热分散处理、打浆、纸浆的漆酶处理及瓦楞箱板纸及挂面纸板抄造。
2、根据权利要求1所述的漆酶处理未漂硫酸盐浆提高湿强的最佳工艺条件，漆酶用量：16U/g浆；pH值：4.5～5.5；温度：室温(25℃左右)；浆浓：2％～5％；反应时间：2小时。
3、根据权利要求1所述的漆酶处理AOCC纸浆提高湿强的最佳工艺条件，漆酶用量16U/g浆；pH值4.5～7；温度：室温(25℃左右)；浆浓：5％；反应时间：1小时。
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