以纖維素乙醇的發(fā)酵殘余物為原料制備造紙表面施膠劑的方法

權(quán)利要求書

1.木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇后的發(fā)酵殘余物作為造紙表面施膠劑的應(yīng)用， 其特征在于纖維素乙醇發(fā)酵殘余物為木質(zhì)纖維素原料經(jīng)過預(yù)處理、 酶水解、發(fā)酵、乙醇分離等工序得到，所述的纖維素乙醇發(fā)酵殘余物為主要成分包括30%～60%木素、30%～60%纖維素、5%～15%蛋白質(zhì)的不溶于水的泥漿狀物質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述應(yīng)用，其特征在于所述殘余物與淀粉混合作為表面施膠劑使用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1 或2 所述應(yīng)用，其特征在于所述表面施膠劑進(jìn)一步加入硫酸鋁，然后用于表面施膠。

4.一種造紙表面施膠劑的制備方法，其特征在于以木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇后的發(fā)酵殘余物作為原料來制備，包括：

（1）纖維素乙醇發(fā)酵殘余物的獲?。簩⒛举|(zhì)纖維素原料經(jīng)過預(yù)處理、酶水解、發(fā)酵、乙醇分離工序，得到纖維素乙醇發(fā)酵殘余物； 所述纖維素乙醇發(fā)酵殘余物主要成分包括30%～60%木素、30%～60%纖維素、5%～15%蛋白質(zhì)，外觀呈泥漿狀，不溶于水。

（2）纖維素乙醇發(fā)酵殘余物前處理：將步驟（1）獲得的殘余物進(jìn)行微細(xì)化處理， 使殘余物顆粒粒徑減小，達(dá)到造紙表面施膠劑要求。

（3）造紙表面施膠劑制備：將步驟（2）得到的纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉混合， 作為原料制備造紙表面施膠劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4 所述方法，其特征在于步驟（3）中制備的表面施膠劑進(jìn)一步加入硫酸鋁，冷卻后用于表面施膠。

6.根據(jù)權(quán)利要求4 或5 所述方法，其特征在于步驟（2）中依據(jù)殘余物狀態(tài)，所述前處理為濕態(tài)處理或干態(tài)處理。所述濕態(tài)處理為，纖維素乙醇發(fā)酵殘余物使用高壓均質(zhì)機(jī)、分散乳化機(jī)、或者高速分散機(jī)處理，減小其平均粒徑至30 μm 以下；所述干態(tài)處理為，將纖維素乙醇發(fā)酵殘余物干燥，然后利用機(jī)械方法將其粉碎，用60～200 目的篩網(wǎng)篩選，取過篩網(wǎng)部分備用。

7.權(quán)利要求4 或5 所述方法，其特征在于步驟（3）中將步驟（2）得到的纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉混合加水配制成懸浮液， 纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉的比例為2～80:98～20， 然后加入過硫酸銨，用量為0.01%～5%，混合均勻后，在不斷攪拌條件下加熱，升溫至80～95 ℃，并保溫10～60 min，最后加入硫酸鋁，用量為0.5%～5%，混合均勻，然后用于表面施膠。

8.根據(jù)權(quán)利要求4 和5 所述制備方法制備的造紙表面施膠劑。

9.權(quán)利要求8 所述造紙表面施膠劑用于紙頁表面施膠的應(yīng)用，其特征在于所述紙頁為瓦楞原紙、箱紙板、紗管紙或其他類型紙。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及造紙技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以纖維素乙醇的發(fā)酵殘余物為原料制備造紙表面施膠劑的方法。

背景技術(shù)

目前，隨著全球能源消耗總量的日益上升，石油資源日趨緊張， 尋找一種清潔可再生的替代能源成為當(dāng)務(wù)之急， 以木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)乙醇成為解決當(dāng)下能源危機(jī)的重要且有效途徑。

我國每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈產(chǎn)出量已超過7 億噸， 為生物質(zhì)資源的大規(guī)模利用提供原料保證。 因此，根據(jù)我國目前生物質(zhì)資源的狀況，利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，將農(nóng)業(yè)秸稈轉(zhuǎn)化為燃料乙醇等燃料。

木質(zhì)纖維素原料主要成分為纖維素、 半纖維素和木素。 其中的纖維素和半纖維素的利用技術(shù)已經(jīng)較為成熟；在整個轉(zhuǎn)化過程中，木素難以得到有效利用。 在纖維素乙醇生產(chǎn)過程中， 半纖維素和纖維素均可以發(fā)酵生產(chǎn)乙醇， 發(fā)酵后剩余殘余物為部分沒有完全轉(zhuǎn)化的纖維素、 難以利用的木素和酵母蛋白等物質(zhì)，稱為纖維素乙醇發(fā)酵殘余物。

鑒于目前的技術(shù)水平以及原料成分的原因，利用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)纖維素乙醇的過程中不可避免的產(chǎn)生了大量殘余物。 若不對殘余物加以轉(zhuǎn)化利用，殘余物大量堆積，將成為環(huán)境的重大污染源。

表面施膠劑是造紙工業(yè)中一類重要化學(xué)品， 通過提高紙頁纖維間的結(jié)合力，達(dá)到強(qiáng)化紙張物理強(qiáng)度的目的。目前，造紙行業(yè)常用的表面施膠劑主要有淀粉、纖維素衍生物、動物膠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、以及合成膠乳等，其中使用最多的為淀粉表面施膠劑，考慮到現(xiàn)在世界面臨著嚴(yán)重的糧食危機(jī)，如果能夠找到一種合適的原料可以完全或者部分取代淀粉將具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題， 發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)， 由于秸稈生產(chǎn)乙醇?xì)堄辔锏闹饕煞譃槟舅?、纖維素和蛋白質(zhì)等成分，因此可以考慮使用殘余物部分取代淀粉應(yīng)用于造紙行業(yè)的表面施膠，這將有力促進(jìn)秸稈乙醇產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，不僅減少了環(huán)境污染還能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值， 具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 為此，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇后的發(fā)酵殘余物作為造紙表面施膠劑的應(yīng)用；作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)理解，纖維素乙醇的發(fā)酵殘余物為木質(zhì)纖維素原料經(jīng)過預(yù)處理、酶水解、發(fā)酵、乙醇分離等工序后得到的纖維素乙醇發(fā)酵殘余物；該物質(zhì)的主要成分包括木素（30%～60%）、纖維素（30%～60%）、蛋白質(zhì)（5%～15%）等，外觀呈泥漿狀，為水不溶性物質(zhì)。

本發(fā)明提供一種制備造紙表面施膠劑的方法及其應(yīng)用，包括：

1.纖維素乙醇發(fā)酵殘余物的獲?。簩⒛举|(zhì)纖維素原料經(jīng)過預(yù)處理、酶水解、發(fā)酵、乙醇分離等工序，得到纖維素乙醇發(fā)酵殘余物， 可作為制備造紙施膠劑的原料。

2.纖維素乙醇發(fā)酵殘余物前處理：根據(jù)應(yīng)用場合，纖維素乙醇?xì)堄辔锟梢栽跐駪B(tài)或者干態(tài)下應(yīng)用，且均需要進(jìn)行微細(xì)化處理，使殘余物顆粒粒徑減小，達(dá)到造紙表面施膠劑要求。

在濕態(tài)下， 纖維素乙醇發(fā)酵殘余物可以使用高壓均質(zhì)機(jī)、分散乳化機(jī)或者高速分散機(jī)處理，減小其平均粒徑至30 μm 以下，供制備表面施膠劑。

若在干態(tài)下使用， 首先將纖維素乙醇發(fā)酵殘余物干燥，然后利用機(jī)械方法將其粉碎，用60～200 目的篩網(wǎng)篩選，取過篩網(wǎng)部分備用。

經(jīng)發(fā)明人多次實踐發(fā)現(xiàn)，在濕態(tài)處理時，若殘余物平均粒徑在30 μm 以下，效果最優(yōu)；顆粒過大，既影響施膠過程，又影響施膠后紙頁的抗張強(qiáng)度、環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度等。而在干態(tài)處理時，篩網(wǎng)目數(shù)過大，所獲得的纖維素乙醇發(fā)酵殘余物制備的表面施膠劑有時達(dá)不到本申請的預(yù)期效果。

3.造紙表面施膠劑制備：將前面得到的纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉混合加水配制成濃度為2%～18%的懸浮液，纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉的比例為2～100:98～0，淀粉可以是玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉等；優(yōu)選2～80:98～20；然后加入過硫酸銨，用量為0.01%～5%，混合均勻后，在不斷攪拌條件下加熱，升溫至80～95 ℃， 并保溫10～60 min， 最后加入硫酸鋁，用量0.5%～5%，混合均勻，通過60 目的篩網(wǎng)，泵入稀釋槽內(nèi)，并加入溫水進(jìn)行稀釋，將淀粉膠液調(diào)節(jié)到工藝規(guī)定的濃度。 將稀釋好的淀粉膠液泵入貯存槽內(nèi)，并保持一定的溫度，即可用于表面施膠。

經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)， 通過控制纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉的配比， 表面施膠后可以獲得不同的紙頁物理強(qiáng)度， 在纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉的比例為2～80:98～20 范圍內(nèi)， 可以達(dá)到比較好的效果，其表面施膠效果與淀粉表面施膠劑相近或更高。

此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在本發(fā)明制備的表面施膠劑（纖維素乙醇發(fā)酵殘余物與淀粉為原料）中進(jìn)一步加入硫酸鋁，可以進(jìn)一步提高紙頁物理強(qiáng)度，取得了更為突出的效果。

4.紙頁的表面施膠：本發(fā)明所制備的表面施膠劑的應(yīng)用方式和普通的淀粉表面施膠劑一樣。

此外， 本發(fā)明還提供上述制備獲得的表面施膠劑的應(yīng)用方法；該發(fā)明所制備的表面施膠劑，可用于瓦楞原紙、箱紙板或紗管紙等本色紙或紙板，以提高紙頁的抗張強(qiáng)度、環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度等。 若需進(jìn)一步提高紙頁的抗水性能， 可添加烷基烯酮二聚體（AKD）、苯乙烯丙烯酸酯類抗水劑等。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

（1）解決了現(xiàn)有技術(shù)中纖維素乙醇的發(fā)酵殘余物較難加以轉(zhuǎn)化利用，大量堆積的問題，為纖維素乙醇的發(fā)酵殘余物的利用提供了一種新途徑。

（2）克服了現(xiàn)有技術(shù)中造紙表面施膠劑過多依賴于淀粉的問題。

（3）相對本身就較為低廉的淀粉表面施膠劑而言，本申請的表面施膠劑，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

（4）本發(fā)明的表面施膠劑達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)使用表面施膠劑的效果；并使產(chǎn)品外觀產(chǎn)生類似“牛皮紙”的強(qiáng)韌之美。

（5）通過對初步獲得的表面施膠劑優(yōu)化（加入硫酸鋁），進(jìn)一步提高了表面施膠劑的處理效果。

具體實施方式

實例1

取玉米秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇發(fā)酵殘余物90 g（絕干，下同）加水配制成濃度為10%的懸浮液，采用高剪切分散乳化機(jī)處理10 min，轉(zhuǎn)速為13 000 r/min。取30 g 淀粉加水配制成濃度為10%的懸浮液，將兩者混合， 纖維素乙醇?xì)堄辔锱c淀粉的比例為75:25，然后加入用量為3%的過硫酸銨， 加熱至90 ℃，保溫30 min。 表面施膠時， 控制施膠量為10 g/m2左右，并與100%淀粉表面施膠劑對比。 采用不同施膠劑時的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 實施例1的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)

實施例2

取玉米秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇發(fā)酵殘余物30 g（絕干，下同）加水配制成濃度為10%的懸浮液，采用高剪切分散乳化機(jī)處理10 min，轉(zhuǎn)速控制為10 000 r/min。 取90 g 淀粉加水配制成濃度為10%的懸浮液，將兩者混合，纖維素乙醇?xì)堄辔锱c淀粉的比例為25:75， 然后加入用量為3%的過硫酸銨，加熱至90 ℃、保溫30 min。 表面施膠時， 控制施膠量為10 g/m2左右， 并與100%淀粉表面施膠劑對比。 紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 實施例2的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)

實施例3

取干燥的玉米芯生產(chǎn)纖維素乙醇發(fā)酵殘余物30 g， 采用多功能粉碎機(jī)細(xì)化處理，過100 目篩，然后與30 g 淀粉混合，加水配制成濃度為8%的懸浮液，加入0.3%過硫酸銨。 加熱至溫度95 ℃、 保溫時間為10 min， 表面施 膠時控制施膠量為10 g/m2左右， 并與100%淀粉表面施膠劑對比。采用不同施膠劑時的紙 頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 實施例3的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)

實施例4

將實施例3 中配制好的表面施膠劑加入2%硫酸鋁， 表面施膠時控制施膠量為10 g/m2左右。 采用不同施膠劑時的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 實施例4的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)

實施例5

將實施例3 中配制好的表面施膠劑加入2%硫酸鋁，表面施膠分別采用單面與雙面施膠的方式， 采用不同施膠劑時的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 實施例5的紙頁物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)

上述雖然對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白， 在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上， 本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。