纖維的酶改性技術(shù)

纖維的酶改性技術(shù)

酶處理過的纖維更容易打漿，這就可以在磨漿能耗不變的條件下改變紙張的強度性能，或者是在降低磨漿能耗的情況下，使紙張的強度保持不變。采用酶來改善纖維質(zhì)量是當(dāng)今制漿造紙行業(yè)的一個研究新熱點，并且取得了較大發(fā)展。酶的應(yīng)用將有助于優(yōu)化磨漿工藝，提高紙張質(zhì)量和降低紙張生產(chǎn)成本。

1 用于纖維改性的酶產(chǎn)品

巴克曼公司最新開發(fā)了一種基于纖維素酶的Maximyze酶技術(shù)（系列酶產(chǎn)品）。這些酶已被證明對漂白闊葉木漿和漂白針葉木漿具有良好的改性作用。

圖1為纖維采用酶改性和未采用酶改性對磨漿能耗和對紙張性能的影響。

由圖1可以看出，酶處理后的纖維磨漿能耗與紙張性能曲線（實線）較酶處理前的曲線（虛線）要偏左。因此，紙廠可以根據(jù)具體需要選擇應(yīng)用策略：（1）保持磨漿能耗不變時，提高紙張強度性能（即圖1中的從A到B以及從D到E的情況）；（2）保證紙張強度性能的前提下，降低磨漿能耗（即圖1中的從A到C以及從D到F的情況）。也就是說，涉及到酶的具體應(yīng)用時可以根據(jù)圖1的曲線的形狀和走勢來參考和確定。

圖1 Maximyze酶產(chǎn)品處理條件下磨漿對紙張性能的影響

表1顯示的是游離度與紙張強度的關(guān)系（結(jié)合圖1）[表1中第1行是空白樣（磨漿但未經(jīng)酶改性）的數(shù)據(jù)；第2行為磨漿能耗保持不變時，Maximyze酶對纖維進(jìn)行改性后的數(shù)據(jù)；第3行顯示的是當(dāng)磨漿能耗減少時，Maximyze酶對纖維進(jìn)行改性所得到的數(shù)據(jù)]。

表1 Maximyze酶對漿料游離度、磨漿能耗等指標(biāo)的影響

紙廠為了保證漿料游離度不低于某一水平，必須確定可應(yīng)用的磨漿能耗的最大值。游離度的目標(biāo)值通常是由紙機網(wǎng)部的濾水性能、紙機的車速或者是產(chǎn)品的產(chǎn)量來決定。通過表1可以看出，經(jīng)過Maximyze酶改性的纖維，漿料游離度低于初始階段，這對漿料在網(wǎng)部的濾水是有促進(jìn)作用的。

圖2總結(jié)了制漿造紙生產(chǎn)過程中，在磨漿與不磨漿條件下，Maximyze酶的主要應(yīng)用優(yōu)勢。通常，在以O(shè)CC廢紙為原料生產(chǎn)掛面紙板的歐洲紙廠里是沒有磨漿工序的。然而，在高級紙種和特種紙種的生產(chǎn)中，磨漿則是必須的工序。現(xiàn)在，衛(wèi)生紙生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)通過應(yīng)用酶技術(shù)而獲得了很大的收益，特別是在磨漿工序要求高的衛(wèi)生紙紙種中表現(xiàn)得更加明顯。

2 Maximyze酶的應(yīng)用實例

某紙廠采用漂白原木漿生產(chǎn)各種規(guī)格的衛(wèi)生紙。該廠在生產(chǎn)中采用了酶改性纖維技術(shù)，其目的是減少磨漿能耗，降低長纖維的百分率和提高紙機車速。

圖2 磨漿與不磨漿條件下Maximyze酶的主要應(yīng)用優(yōu)勢

該紙廠的生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)如下。日產(chǎn)量：90 t。紙機車速：1 500 m/min。紙張定量：17 g/m2。漿料纖維組成：50%長纖維∶50%短纖維，均為漂白漿。磨漿機溫度：48℃。pH為6.8～7.2。

圖3顯示的是某紙廠應(yīng)用Maximyze酶的第1次小型中試情況。

圖3 某紙廠應(yīng)用Maximyze酶的第1次小型中試情況

由圖3可見，Maximyze酶以500 g/t（紙）的用量加入到磨漿機中。當(dāng)生產(chǎn)完第3卷衛(wèi)生紙后，Maximyze酶提高紙張強度的效果就已經(jīng)顯現(xiàn)出來。紙張縱向抗張力和橫向抗張力均得到增加。3臺長纖維磨漿機可以關(guān)閉1臺。當(dāng)生產(chǎn)到第13卷紙和第18卷紙之間時，短纖維磨漿機也可以進(jìn)行關(guān)閉。由于紙張仍然具有很好的強度性能，因此Maximyze酶的用量便逐漸減少了。在生產(chǎn)第16卷紙至第18卷紙時，Maximyze酶的用量減少為250 g/t（紙），在生產(chǎn)第19卷紙至第24卷紙時，Maximyze酶的用量僅為125 g/t（紙）。同時，壓榨部壓力從0.7 MPa下降到0.55 MPa。生產(chǎn)第19卷紙之后，短纖維磨漿機需要重新開啟。在生產(chǎn)完第25卷紙后中試結(jié)束。整個中試過程中，紙機的車速一直保持不變。因為生產(chǎn)系統(tǒng)中仍存有一定量的Maximyze酶，因此其仍會起到一定的作用，但會慢慢減弱。當(dāng)生產(chǎn)第28卷和第29卷紙時，可以明顯觀察到，紙張抗張強度下降了，此時則需要通過增加磨漿功率的方法來提高紙張強度了。

該廠最終將Maximyze酶技術(shù)應(yīng)用于實踐，其具體所使用的Maximyze 2545酶已經(jīng)在實際生產(chǎn)中應(yīng)用了近2年的時間。

該廠的Maximyze酶技術(shù)投資收益（按照每天生產(chǎn)90 t衛(wèi)生紙計算）如下。（1）磨漿能耗減少：44 kW·h/t×0.07歐元/（kW·h）×90 t=277歐元。（2）長纖維減少量（%）：未使用Maximyze酶技術(shù)之前漿料配比為50%長纖維∶50%短纖維；使用Maximyze酶技術(shù)之后漿料的配比變?yōu)?0%長纖維∶60%短纖維。上述2種不同纖維組成的漿料中，后者比前者每噸便宜34歐元。按照每天生產(chǎn)90 t產(chǎn)品計算，則每天可以節(jié)省306歐元。（3）紙張干強劑：每天節(jié)省216歐元。（4）Maximyze酶成本：每天為315歐元。（5）凈利潤：每天至少484歐元。

3 Maximyze酶的應(yīng)用注意事項

在準(zhǔn)備將酶應(yīng)用于制漿造紙生產(chǎn)中時，對具體所涉及的制漿造紙相關(guān)工藝的認(rèn)知和了解是很關(guān)鍵的。任何酶都有自身的特性，其在一定的酸堿度和溫度范圍內(nèi)才具有應(yīng)用功效，因此在選擇最適用的酶之前必須做大量的準(zhǔn)備工作。酶與纖維之間需要有足夠的接觸時間以便進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng)。在氧化條件下，酶能夠反應(yīng)變性，這也是在應(yīng)用時需要注意的。

對于一個項目而言，設(shè)定明確的目標(biāo)是最基本的要求。做項目前要明確最終目標(biāo)以及知道關(guān)乎項目成敗的方法和措施是什么。項目實施過程中，相關(guān)資料、數(shù)據(jù)的收集是關(guān)鍵，例如，你可以設(shè)想為了降低生產(chǎn)成本而考慮使用不太昂貴的纖維原料。

（王亮）

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