環(huán)保造紙新型打漿酶用于APMP漿的研究

吳秀玉 陳姍姍 宋迪 劉延杰

（濟(jì)南天天香有限公司 山東濟(jì)南 250022）

環(huán)保造紙工業(yè)中，在采用不同蒸煮工藝之后，為了保證紙張的光學(xué)性能及物理強(qiáng)度，無論是木材原料還是非木材原料，在經(jīng)過流漿箱噴射到成型網(wǎng)上進(jìn)行抄紙前，都需進(jìn)行打漿、篩選、出渣去污、脫氣等工藝處理。打漿又稱為叩解，是利用機(jī)械作用處理懸浮在水中的紙漿纖維，使纖維具有適應(yīng)在造紙機(jī)上生產(chǎn)所要求的特性[1]，是產(chǎn)生的紙張能達(dá)到預(yù)期質(zhì)量的操作過程。這項(xiàng)工序再把造紙過程中必不可少，但同時又會給生產(chǎn)帶來大量的動力消耗。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，造紙廠每年用在打漿工序中的能耗占到工廠能源消耗的15%—18%[2]。為了節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效益，越來越多的造紙廠在打漿前用生物酶對紓解的漿料進(jìn)行預(yù)處理，使其在保證紙張的各項(xiàng)性能不下降的同時減少打漿過程中的動力消耗。

所謂酶促打漿就是利用高酶活的纖維素酶和半纖維素酶在打漿前進(jìn)行預(yù)處理，使纖維表面活化和松弛，促進(jìn)纖維的吸水潤脹和細(xì)纖維化程度[3]。在后續(xù)機(jī)械力中用下，纖維被切斷、分絲帚化，增加了纖維的表面積和纖維分子間的鍵合力，使其在后續(xù)過程中紙張的物理性能得到提高，同時降低打漿能耗[4]。

本研究采用某公司研究的新型打漿酶，該酶是由多種酶制劑復(fù)合而成的高效酶制劑，在正常的操作下能夠有選擇性的改變造紙纖維和半纖維素。本文研究了新型打漿酶處理APMP漿[5]（堿性過氧化物機(jī)械漿）的打漿效果，確定了打漿酶對APMP纖維處理的最佳條件，并對成紙質(zhì)量做了分析。

1 材料與方法

1.1 材料

原料取自山東紙業(yè)公司的APMP漿，把漿先用水洗，將部分漿料放置于聚乙烯塑料袋中，平衡10小時以上，測其水分。

1.2 酶制劑

酶制劑由濟(jì)南諾能生物工程有限公司提供的打漿酶復(fù)合酶制劑，該酶對漿樣進(jìn)行處理。

1.3 酶的處理?xiàng)l件

將預(yù)處理的漿料置于聚乙烯塑料袋中，加入不同量的酶液，調(diào)節(jié)PH，通過恒溫水浴（不同溫度下）處理，每隔10min揉搓袋中漿料，使酶液與漿料混合均勻，在規(guī)定時間內(nèi)取出后洗滌，取出殘余酶液。

表1 打漿酶處理實(shí)驗(yàn)條件

1.4 PFI打漿

實(shí)驗(yàn)采用KRK公司生產(chǎn)的PFI打漿機(jī)進(jìn)行打漿，打漿濃度為10%打漿室間隙和打漿輥均為0.2mm，打漿壓力為3.4N/mm，打漿度50°SR以內(nèi)。

1.5 抄片

抄片采用凱賽快速抄片器，抄定量為60g/m2的紙片，干燥。92℃下烘干 5min，在相對濕度（50±2）%和溫度（23±1）℃的紙張恒溫恒濕下平衡水分4h，檢測紙張性能。

1.6 白度

利用白度分光光度儀進(jìn)行測定。

1.7 強(qiáng)度指標(biāo)

裂斷長：通過抗張測試儀進(jìn)行測定。

耐破指數(shù)：利用耐破度儀進(jìn)行測定。

撕裂度：利用撕裂度儀進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 時間對酶促處理的影響

打漿酶與漿料混合均勻后，在溫度50℃，PIF打漿27000r，pH為6.0，酶用量20IU/g條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖1，打漿酶在處理APMP漿的過程中，在其他條件不變時，隨著時間的增長，裂斷長和耐破度逐漸增加，當(dāng)處理時間在60min的時候，增長趨勢平緩，超過80min后反應(yīng)有所下降，在超過100min后，輕度指標(biāo)無增加。

圖1 時間對酶促處理的影響

2.2 pH值對酶促處理的影響

打漿酶與漿料混合均勻后，在溫度50℃，處理時間60min，PIF打漿27000r，酶用量20IU/g條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖2，在適宜的溫度條件下，打漿酶的適宜pH范圍在5-6，過高或過低的pH都會影響成紙質(zhì)量。

圖2 pH值對酶促處理的影響

2.3 溫度對酶促處理的影響

圖3 溫度對酶促處理的影響

打漿酶與漿料混合均勻后，處理時間60min，PIF打漿27000r，酶用量20IU/g條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3，酶液與漿料在聚乙烯塑料袋中混合，在水浴中均勻受熱，隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快，縮短了其反應(yīng)時間，同時溫度過高也會引起酶的失活，打漿酶在45℃下反應(yīng)效率最高，伴隨溫度升高，酶活下降，因而成紙的質(zhì)量下降。

2.4 酶用量與打漿能耗的分析

為了獲取酶的最佳處理效果，我們進(jìn)行了酶用量的最佳優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。在打漿實(shí)驗(yàn)中，打漿酶用量分別為0、10、20、30IU/g，處理時間60min，溫度50℃，pH為6.0進(jìn)行打漿。打漿能耗與打漿度有關(guān)，可用打漿度變化間接表示打漿能耗變化，圖4為經(jīng)不同酶量處理，在不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下打漿度的變化情況分析圖。

圖4 酶用量與打漿能耗的分析實(shí)驗(yàn)

由圖4可知，與對照組對比可知，打漿能耗的節(jié)約在40°SR左右。隨著酶用量的增加，打漿度也在逐漸的提高，20IU/g在25000r下打漿度達(dá)到43°SR,30IU/g在25000r下打漿度達(dá)到44°SR;20IU/g在 30000r下打漿度達(dá)到 45°SR，30IU/g在30000r下打漿度達(dá)到45°SR。由此結(jié)果可知，我們選用20IU/g酶量最為合適，其打漿效果明顯，能耗相對較少。

3 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)可知，新型打漿酶與APMP漿料的最佳處理時間是60min，最佳pH范圍為 5-6，最適反應(yīng)溫度為45℃，在此條件下經(jīng)打漿酶的處理的成紙質(zhì)量最好。同時由實(shí)驗(yàn)測得，打漿酶的添加量為20IU/g時，打漿效果明顯的同時，能耗也相對較少。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，打漿酶具有以下幾個作用：

3.1 經(jīng)打漿酶處理的纖維易于充分吸水潤脹以及分絲帚化，在隨后的打漿過程中減少磨盤磨漿時間，改善了打漿性能，提高磨漿質(zhì)量，降低打漿能耗。

3.2 打漿酶直接作用于纖維表層，使光滑的纖維表層產(chǎn)生很多分枝，從而起到了分絲帚化的作用。分絲帚化后的纖維與纖維之間變?yōu)槎帱c(diǎn)聯(lián)接，提高了纖維之間的結(jié)合力，同時增強(qiáng)了纖維強(qiáng)度，提高了紙張強(qiáng)度性能。

3.3 減少10-20%長纖維用量，仍能保證成紙質(zhì)量，滿足其強(qiáng)度要求。3.4打漿酶可提高細(xì)小纖維和填料留著率，使機(jī)下白水濃度降低，降低紙漿消耗，減少紙機(jī)蒸汽消耗，提高產(chǎn)量。

3.5 由于消耗了細(xì)小纖維和填料的流失，使封閉循環(huán)水變得明顯清潔，提高了水質(zhì)質(zhì)量，有利于水處理，降低廢水中的COD/BOD的含量。

3.6 對去除漿料中的膠粘物具有一定的作用，長時間使用可以使紙機(jī)整個流送系統(tǒng)變得更清潔，減少成型網(wǎng)和毛毯的清潔次數(shù)。

隨著生物基因工程的不斷發(fā)展與進(jìn)步，微生物酶的發(fā)展及處理工藝將會更為有效的應(yīng)用于制漿造紙工業(yè)中去。酶對纖維的改性已經(jīng)應(yīng)用到制漿造紙工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，因此在制漿造紙過程中，生物酶將取代容易造成環(huán)境污染的化學(xué)試劑[6]。隨著酶工程的發(fā)展，生物技術(shù)的應(yīng)用也將為制漿技術(shù)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和減少污染做出巨大的貢獻(xiàn)。

[1]Pratima Bajpa,Mishra Shree P,Mishra OM P,et al.Use of enzymes for reduction in refining energy—laboratory studies[J].TappiJournal,2006,5(11):25.

[2]陸燕華,劉忠.纖維素酶及其在造紙工業(yè)中的應(yīng)用[J].西南造紙,2005,34(4):40.

[3]唐艷軍，劉秉鋮.APMP的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國造紙，2004,23（2）：53.

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[5]管永剛.落葉松紙漿的展望[J].黑龍江造紙，2000（2）：9.

[6]趙玉林，陳中豪，王福君.纖維素酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用研究發(fā)展[J].紙和造紙，2002,3（2）:64-66.