生物酶改性化機(jī)漿長纖維的應(yīng)用研究

李　強(qiáng)，陳雙雙，楊鋒偉，張國威

（廣東溢多利生物科技股份有限公司，廣東 珠海　519060）

生物酶改性化機(jī)漿長纖維的應(yīng)用研究

李強(qiáng)，陳雙雙，楊鋒偉，張國威

（廣東溢多利生物科技股份有限公司，廣東 珠海519060）

研究了酶預(yù)處理時(shí)間、酶預(yù)處理溫度、pH及生物酶用量等4個(gè)因素對生物酶用于化機(jī)漿長纖維改性的影響。結(jié)果表明：所選4個(gè)因素對改性效果的影響都較大；酶預(yù)處理漿料的最佳工藝條件為預(yù)處理時(shí)間1 h，預(yù)處理溫度50℃，預(yù)處理pH=7.0，生物酶用量0.025%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；在最佳工藝條件下漿料的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)與空白樣漿料相比均有所提高，分別提高3.66%、9.67%和0.68%。

生物酶；化機(jī)漿；改性

化機(jī)漿是采用化學(xué)預(yù)處理和機(jī)械磨解處理得到的高得率漿。由于其高的收率及特性現(xiàn)在作為制漿造紙?jiān)媳粡V泛用于新聞紙、印刷紙、薄頁紙、紙板及絨毛漿的生產(chǎn)［1］。與化學(xué)漿相比，化機(jī)漿長纖維的纖維粗度大，纖維較挺硬，打漿難度大，能耗高。生物酶促打漿是利用生物酶對打漿前的紙漿進(jìn)行預(yù)處理，使纖維表面得到某種程度的活化和松弛，促進(jìn)纖維的吸水潤脹和細(xì)纖維化，改善漿料性能，使纖維易于打漿［2］。

本實(shí)驗(yàn)著重研究了生物酶制劑用于化機(jī)漿長纖維打漿對纖維特性的改變，探討了打漿過程中的酶預(yù)處理漿料的pH、處理溫度、反應(yīng)時(shí)間以及酶用量對打漿效果的影響，初步確定了生物酶制劑用于化機(jī)漿長纖維酶預(yù)處理的最佳工藝條件。

1　原料和方法

1.1原料

化機(jī)漿長纖維漿料，取自珠海紅塔仁恒紙業(yè)有限公司。

酶樣為溢多利生物打漿酶（使用時(shí)吸取l mL配成l 000 mL的稀溶液，即配即用）。

1.2儀器

TD 7-PFI立式磨漿機(jī)，咸陽通達(dá)輕工設(shè)備有限公司；PL 6-00型水循環(huán)抄片器；RH-SL 1000型電腦撕裂度儀；RH-P 1200型電腦紙張耐破度儀；RH-KZY型電腦抗張?jiān)囼?yàn)儀；RH-MIT 135型耐折度儀。

1.3方法

（1）將漿板撕成小塊，用水浸泡24 h后用瓦力打漿機(jī)疏解，抽濾成漿，放于密封的PE袋平衡水分，備用。

（2）取平衡水分后的漿樣加入酶液，調(diào)至漿濃10%，酶液與漿料混合均勻，放入恒溫水浴鍋中反應(yīng)，定時(shí)揉搓。

（3）用PFI型磨漿機(jī)對酶預(yù)處理樣和空白樣的漿料進(jìn)行磨漿，磨漿濃度10%，絕干漿30 g，磨漿間距0.20 mm（PFI打漿按照標(biāo)準(zhǔn)TAPPI 1248 wd-97操作）。

（4）磨漿后使用肖伯氏打漿度儀測定漿料的打漿度和濕重。

（5）按定量為120 g/m2抄片；恒溫恒濕24 h后按相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)測定紙張的物理性能指標(biāo)。

2　結(jié)果與討論

2.1磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的確定

由于紙漿纖維挺而有彈性，如不加任何處理就用來抄紙，則在網(wǎng)上成形時(shí)難以分布均勻，抄出的紙張疏松、多孔，表面粗糙、強(qiáng)度很低，不能滿足使用要求，而經(jīng)過磨漿處理的紙漿生產(chǎn)的紙則組織緊密均勻，強(qiáng)度較大。磨漿的目的是使?jié){料吸水潤脹，分絲帚化［3］。由于機(jī)械力的摩擦勢必對纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，故需要合適的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)對纖維進(jìn)行恰當(dāng)?shù)母男?。?為磨漿轉(zhuǎn)數(shù)對漿料性能的影響。

表1　磨漿轉(zhuǎn)數(shù)對漿料性能的影響

由表1可以看出，隨著磨漿轉(zhuǎn)數(shù)增加漿料打漿度、抗張指數(shù)、裂斷長、耐破指數(shù)及耐折度均有所提高。撕裂指數(shù)在6 000 r時(shí)沒有下降。綜合生產(chǎn)打漿度要求，考慮選擇6 000 r作為合適磨漿轉(zhuǎn)數(shù)。

2.2生物酶預(yù)處理化機(jī)漿長纖維工藝的優(yōu)化

2.2.1酶預(yù)處理的時(shí)間變化對漿料性能的影響

根據(jù)資料［4-5］并結(jié)合具體情況，本實(shí)驗(yàn)固定酶預(yù)處理紙漿溫度50℃、漿料pH=7.0和酶用量0.025%質(zhì)量分?jǐn)?shù)（下同），比較了酶預(yù)處理時(shí)間分別為30、60、90和120 min時(shí)的漿料特性。表2為酶預(yù)處理時(shí)間變化對漿料性能的影響。

表2　酶預(yù)處理時(shí)間對漿料性能的影響

由表2可以看出，加酶預(yù)處理過程中，在其他條件不變時(shí)，隨著時(shí)間的延長，打漿度、抗張指數(shù)、裂斷長和耐破指數(shù)有所提高。當(dāng)處理時(shí)間在60 min時(shí)，提高幅度明顯，90、120 min與60 min時(shí)提高幅度相當(dāng)；同時(shí)撕裂指數(shù)在60 min時(shí)最大，超過60 min后有所下降。綜合各項(xiàng)物理性能指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)酶預(yù)處理時(shí)間60 min為最佳時(shí)間。

2.2.2酶預(yù)處理的溫度變化對漿料性能的影響

本實(shí)驗(yàn)固定酶預(yù)處理紙漿時(shí)間60 min、漿料pH= 7.0和酶用量0.025%，比較了處理溫度分別為20、30、40、50、60和70℃時(shí)的漿料特性。表3為酶預(yù)處理溫度變化對漿料性能的影響。

表3　酶預(yù)處理溫度對漿料性能的影響

由表3可以看出，所選工藝范圍內(nèi)，在其他條件不變時(shí)，隨著溫度的提高，打漿度、抗張指數(shù)、裂斷長、耐折度和耐破指數(shù)有所提高。當(dāng)處理溫度為50℃時(shí)，抗張指數(shù)及裂斷長分別為41.7 N·m/g和4.26 km，提高幅度明顯，繼續(xù)升溫后與50℃提高幅度相當(dāng)；同時(shí)撕裂指數(shù)在50℃時(shí)最大，超過50℃后有所下降。本實(shí)驗(yàn)酶預(yù)處理最佳溫度選定為50℃。

2.2.3酶預(yù)處理漿料的pH變化對漿料性能的影響

本實(shí)驗(yàn)固定酶預(yù)處理紙漿時(shí)間60 min、處理溫度50℃、酶用量0.025%，比較酶預(yù)處理漿料pH分別為5.5、6.5、7.0和7.5時(shí)的漿料特性。表4為酶預(yù)處理的漿料pH變化對漿料性能的影響。

表4　酶預(yù)處理漿料pH對漿料性能的影響

不溶于水的纖維素和溶于水的酶決定了酶的催化反應(yīng)是一個(gè)非均相反應(yīng)，纖維素是否易于酶解在很大程度上取決于酶與纖維素結(jié)合位點(diǎn)接觸的難易程度。漿料pH會影響酶的空間結(jié)構(gòu)，從而影響酶與底物的結(jié)合［6］。由表4可以看出，在pH為7.0時(shí)抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)均達(dá)到最高。由此得出本實(shí)驗(yàn)所用酶制劑最適合的漿料pH為7.0。

2.2.4酶預(yù)處理時(shí)的酶用量對漿料性能的影響

酶用量的大小決定了反應(yīng)體系中酶濃度的大小，而酶濃度是決定反應(yīng)速度的一個(gè)重要因素［7］。本實(shí)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際固定酶預(yù)處理紙漿時(shí)間60 min、處理溫度50℃、漿料pH=7.0，比較了酶用量分別為 0.01%、0.02%、0.025%、0.03%和0.05%時(shí)的漿料特性。表5為酶預(yù)處理時(shí)的酶用量變化對漿料性能的影響。

酶用量的大小直接影響到紙漿的處理效果，同時(shí)酶用量還是一個(gè)與生產(chǎn)成本相關(guān)的重要因素。若酶用量較小，酶不能充分地作用于紙漿，達(dá)不到較好的效果；若酶用量過大，則會使纖維過度損傷，降低纖維強(qiáng)度［8］。由表5可以看出，隨著酶用量的增加，紙張的抗張強(qiáng)度、撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)先增加、后降低，酶用量為0.025%時(shí)增加明顯，漿料性能達(dá)到最佳效果。

表5　酶預(yù)處理時(shí)的酶用量對漿料性能的影響

從表2～5可以得出，所選的4個(gè)因素對酶預(yù)處理漿料性能的影響都很明顯。綜合考慮在同個(gè)因素不同水平條件下的紙漿抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)可得出酶預(yù)處理漿料的最佳工藝條件為：時(shí)間60 min，溫度50℃，漿料pH=7.0，生物酶用量0.025%。

2.3生物酶改性化機(jī)漿長纖維漿料的效果

根據(jù)上述酶預(yù)處理工藝優(yōu)化數(shù)據(jù)，確定了溢多利生物打漿酶預(yù)處理化機(jī)漿長纖維應(yīng)用工藝，并與空白樣打漿效果對比試驗(yàn)。試驗(yàn)所用酶預(yù)處理工藝為：酶預(yù)處理時(shí)間60 min，溫度 50℃，漿料pH=7.0，生物酶用量0.025%。表6為酶預(yù)處理與空白樣打漿效果對比。

表6　酶預(yù)處理與空白樣打漿效果對比

由表6可看出，采用溢多利生物打漿酶預(yù)處理化機(jī)漿長纖漿料后，打漿度明顯提高，濕重下降，抗張指數(shù)、裂斷長、耐折度和耐破指數(shù)等物理指標(biāo)均有提高；與空白樣比較，酶預(yù)處理后纖維的物理強(qiáng)度明顯提高。

3　結(jié)論

（1）生物酶改性化機(jī)漿長纖維時(shí)處理時(shí)間、溫度、pH及酶用量等對改性效果都有很大的影響。酶預(yù)處理工藝優(yōu)化后的條件為：預(yù)處理時(shí)間60 min，溫度50℃，pH=7.0，生物酶用量0.025%。

（2）用生物打漿酶預(yù)處理化機(jī)漿長纖維漿料，可使纖維性能改善。在使用過程中用量要合適，應(yīng)避免纖維改性過度帶來負(fù)面影響。

（3）生物打漿酶預(yù)處理化機(jī)漿長纖維漿料的生物酶用量為0.025%時(shí)，與空白樣比較，抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)均有所提高，分別提高3.66%、9.67%和0.68%。

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Application Research of the Biological Enzyme Pretreatment on Softwood Chemi-mechanical Pulp

LI Qiang，CHEN Shuang-shuang，YANG Feng-wei，ZHANG Guo-wei
（Guangdong VTR Bio-Tech Co.，Ltd.，Zhuhai 519060，China）

The influences of pulp pre-treatment time，pulp pre-treatment temperature as well as pulp pH and enzyme dosage on that softwood chemi-mechanical pulp modefied by biological enzyme are researched in this paper.The results show that：selected four factors all have large effects on modefying result.The optimum technological conditions are obtained as follow：pulp pre-treatment time 60 min，pulp pre-treatment temperature 50℃，pulp pre-treatment pH=7.0，enzyme dosage 0.025%（mass fractions）.In this condition，compared with the blank controlled sample the tensile index，bursting strength，tear index are increased by 3.66%、9.67%and 0.68%.

biological enzyme；chemi-mechanical pulp；modefying

TS727+.1

A

1007-2225（2015）01-0028-04

李強(qiáng)先生（1981-），工業(yè)酶應(yīng)用研究室工程師；研究方向：造紙用生物酶制劑；E-mail：stevenlq@ 163.com。

2014-10-08

本文文獻(xiàn)格式：李強(qiáng)，陳雙雙，楊鋒偉，等．生物酶改性化機(jī)漿長纖維的應(yīng)用研究［J］．造紙化學(xué)品，2015，27（1）∶28-31．