專利名稱：：一種避免再生植物纖維強(qiáng)度下降的生物處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及制漿造紙領(lǐng)域，具體涉及一種避免再生植物纖維造紙所使用的再生纖維強(qiáng)度下降的方法。
背景技術(shù)：
：隨著植物資源日益短缺和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，再生纖維的回收利用已經(jīng)引起了世界各國(guó)的極大重視。在我國(guó)再生纖維也已成為造紙?jiān)系闹匾M成部分，已占我國(guó)造紙總原料的1/3以上，且有逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，據(jù)估算，2005年我國(guó)造紙行業(yè)再生纖維使用量己高達(dá)到1700萬噸。利用廢紙生產(chǎn)1噸高白度脫墨漿較利用植物原料生產(chǎn)1噸化學(xué)漿可節(jié)約水50%，節(jié)約化學(xué)藥品60%70%，節(jié)約能源50%以上，同時(shí)減少75%的空氣污染以及35%的水污染。因此，大量使用再生植物纖維造紙有助于緩解我國(guó)植物資源匱乏和能源緊缺的矛盾，并且有利于減輕日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)于保護(hù)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境起到重要作用。但是，植物原生纖維經(jīng)過制漿和造紙工藝過程后，發(fā)生了品質(zhì)衰變的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)在纖維潤(rùn)脹性能、纖維強(qiáng)度和紙頁(yè)物理性能下降。如經(jīng)過一次回用后，纖維保水值下降了26.8%、強(qiáng)度指標(biāo)抗張指數(shù)和耐破指數(shù)分別下降了27.8%和26.7%，且這種衰變?cè)诤罄m(xù)的纖維回用過程中逐漸惡化，甚至使再生植物纖維喪失造紙能力。再生植物纖維強(qiáng)度的降低大大影響了其回收利用，為了提高再生植物纖維的強(qiáng)度性能，提高其利用水平和價(jià)值，有必要對(duì)其進(jìn)行改性處理。目前對(duì)再生植物纖維進(jìn)行改性有較多方法，如打漿、化學(xué)預(yù)處理等。打漿是提高回用纖維性能的一種常用方法，但打漿時(shí)往往造成纖維的切斷較多，再加上纖維回用后，纖維本身變硬發(fā)脆，更易產(chǎn)生細(xì)小纖維，使回用紙的強(qiáng)度降低，還會(huì)影響回用漿的濾水性能?；瘜W(xué)預(yù)處理所需藥品量大，處理溫度高。打漿、化學(xué)預(yù)處理都只是補(bǔ)救措施，效果是有限的，且只限于一次回用，不可能從源頭上抑制纖維品質(zhì)的衰變。纖維素纖維的潤(rùn)脹能力很大程度上受纖維素的酸性基團(tuán)的含量所影響。纖維一經(jīng)過干燥或抄造其羧基含量將會(huì)大大減少，羧基含量減少將導(dǎo)致纖維潤(rùn)脹能力的降低，最終導(dǎo)致纖維強(qiáng)度及纖維間結(jié)合能力的降低。因此，要想保持纖維強(qiáng)度不變，纖維素纖維就必須盡可能多地持有酸性基團(tuán)。目前較常用的引進(jìn)酸性基團(tuán)(如羧基)的方法為用氯乙酸進(jìn)行羧甲基化處理和加入纖維素衍生物這兩種化學(xué)處理方法，然而這些處理方法有如下致命的缺點(diǎn)(1)反應(yīng)條件苛刻；(2)造成漿料纖維素有益組分的損失；(3)使用氯乙酸等有害有毒化學(xué)藥劑造成污染。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有再生植物纖維改性存在的上述不足，提供了一種避免再生植物纖維強(qiáng)度下降的生物處理方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種避免再生植物纖維強(qiáng)度下降的生物處理方法，包括如下步驟(1)向再生植物纖維原漿中加入漆酶和組氨酸，在室溫下進(jìn)行反應(yīng)，用NaHC03緩沖溶液調(diào)節(jié)混合液pH，范圍為3.5-7;(2)反應(yīng)完成后，過濾，用水進(jìn)行洗滌。漿料儲(chǔ)存?zhèn)溆?。步驟(l)所述原漿為舊瓦楞箱紙板(OCC)漿或舊報(bào)紙(ONP)漿；所述漿濃為5-10%;所述漆酶用量為0.05-0.25%(絕干漿);所述組氨酸用量為0.5-2.5%(絕干漿);所述NaHC03緩沖溶液的濃度為0.05-0.25mol/L.步驟(2)所述反應(yīng)時(shí)間為60-150min。本發(fā)明所采用的反應(yīng)原理向原漿中加入漆酶和組氨酸混合液，通過漆酶的氧化還原作用，把組氨酸嫁接到植物纖維內(nèi)，從而引進(jìn)羧基。羧基含量的增加，可以提高纖維的潤(rùn)漲性能和纖維間的結(jié)合力，從而提高由改性再生植物纖維抄造而成的紙頁(yè)的強(qiáng)度物理性能。采用本發(fā)明的生物酶與組氨酸處理引進(jìn)羧基含量來改善再生植物纖維的潤(rùn)脹能力和纖維間的結(jié)合能力，不僅可以提高纖維的成紙性能，延緩纖維品質(zhì)衰變，而且具有明顯的優(yōu)點(diǎn)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)對(duì)纖維造成的損傷很少，本發(fā)明能從源頭上抑制再生植物纖維的品質(zhì)衰變，使得植物纖維經(jīng)過回用后，其強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生較大的下降，能夠提高再生纖維的回用次數(shù)，這將帶來巨大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。(2)本發(fā)明的改性方法操作步驟簡(jiǎn)單，所需化學(xué)藥品價(jià)格便宜，所需反應(yīng)條件溫和，處理后的漿料損失小，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，可廣泛應(yīng)用于一般的造紙廠。具體實(shí)施例方式目前再生植物纖維回用于造紙，用得最多的是舊瓦楞箱紙板(occ)漿和舊報(bào)紙(ONP)。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)描述。實(shí)施例l向相當(dāng)于絕干漿為24g的OCC漿中加入0.012g的漆酶和0.12g組氨酸，與水進(jìn)行混合，使最終的漿濃為5%，用0.1mol/L的NaHC03溶液調(diào)節(jié)pH=7。在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為90min。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用水進(jìn)行洗滌，直至濾液呈無色。所得漿樣在密封袋中平衡水分后，一部分用于測(cè)定漿樣得率、水分含量、羧基含量和4保水值。其余用于抄造紙頁(yè)，所得紙頁(yè)一部分用于測(cè)定紙張的各種強(qiáng)度，其余部分進(jìn)行回用。表1漿樣回用次數(shù)羧基含量數(shù)值增量mmol/100g%保水值數(shù)值增量g/g%抗張指數(shù)數(shù)值增量N'm/g%耐破數(shù)值kPa.m2指數(shù)增量g-1%鍵合能力數(shù)值增量J/m2%未處046.21.9350.65.02225理127.71.7647.63.84193處理062.134.42.5632.666.130.66.3125.725915.2154.697.12.3533.560.326.74.9930.123320.7表1為酶處理對(duì)occ再生纖維的增強(qiáng)作用，從表1中的數(shù)據(jù)可以看出用經(jīng)過漆酶和組氨酸處理后的漿料羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力都有大幅度的提高(其中未處理和處理漿樣都經(jīng)過了打漿處理，打漿條件漿濃ioy。，轉(zhuǎn)數(shù)7000。增量均以未處理樣指標(biāo)為比較標(biāo)準(zhǔn))。與未經(jīng)過處理的漿樣相比，其羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力分別提高了34.4%、32.6%、30.6%、25.7%和15.2%?？梢?，經(jīng)過本發(fā)明的改性方法，OCC漿的回用潛能大幅度提高了，解決了回用中再生纖維強(qiáng)度下降問題。另外，經(jīng)酶處理后，漿樣的得率為99.4%。由此可知，漆酶處理有可能只降解了漿料中的一部分木素，而纖維素?fù)p失非常小。本發(fā)明方法與幾種常用處理方法的增強(qiáng)效果對(duì)比見表2(增量均以未處理樣指標(biāo)為比較標(biāo)準(zhǔn))。表2改性方法保水值增量%抗張指數(shù)增量%耐破指數(shù)增量%NaOH預(yù)處理17.311.611.4Na2C03預(yù)處理19.612.713.8熱處理10.27.88.3羧甲基化處理25.815.617.4本方法酶處理32.630.625.7表2為不同纖維改性方法對(duì)纖維強(qiáng)度增強(qiáng)效果對(duì)比，從表2中的數(shù)據(jù)可以看出同其他改性方法相比，采用本發(fā)明的改性方法可以較好提高再生植物纖維的強(qiáng)度。實(shí)施例2向相當(dāng)于絕干漿為24g的OCC漿中加入0.06g的漆酶和0.6g組氨酸，與水進(jìn)行混合，使最終的漿濃為10%，用0.25mol/L的NaHC03溶液調(diào)節(jié)pH=3.5。在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為150min。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用水進(jìn)行洗滌過濾，直至濾液呈無色。所得漿樣在密封袋中平衡水分后，一部分用于測(cè)定漿樣得率、水分含量、羧基含量和保水值。其余用于抄造紙頁(yè)，所得紙頁(yè)一部分用于測(cè)定紙張的各種強(qiáng)度，其余部分進(jìn)行回用。_^_羧基含量保水值抗張指數(shù)耐破指數(shù)鍵合能力漿樣數(shù)值增量數(shù)值增量數(shù)值增量數(shù)值增量數(shù)值增量mmol/100g%g/g%N.n^g%kPa.m2'g"%J/m2%未處046.21.9350.65.02225理127.71.7647.63.84193,066.343.52.7140.472.543.36.5330.126919.6處理160.1117.02.0516.567.241.25.2436.524024.4表3為酶處理對(duì)OCC再生纖維的增強(qiáng)作用，從表3中的數(shù)據(jù)可以看出用經(jīng)過漆酶和組氨酸處理后的漿料羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力都有大幅度的提高(其中未處理和處理漿樣都經(jīng)過了打漿處理，打漿條件漿濃10%，轉(zhuǎn)數(shù)7000。增量均以未處理樣指標(biāo)為比較標(biāo)準(zhǔn))。與未經(jīng)過處理的漿樣相比，其羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力分別提高了43.5%、40.4°/。、43.3%、30.1%和19.6%。實(shí)施例3向相當(dāng)于絕干漿為24g的ONP漿中加入0.012g的漆酶和0.12g組氨酸，與水進(jìn)行混合，使最終的漿濃為5%，用0.1mol/L的NaHC03溶液調(diào)節(jié)pH=7。在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為90min。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用水進(jìn)行洗滌過濾，直至濾液呈無色。所得漿樣在密封袋中平衡水分后，一部分用于測(cè)定漿樣水分含量、羧基含量和保水值。其余用于抄造紙頁(yè)，所得紙頁(yè)用于測(cè)定紙張的各種強(qiáng)度。表4漿樣回用次數(shù)羧基含量數(shù)值增量mmol/100g%保水值數(shù)值增量g/g%抗張指數(shù)數(shù)值增量N-m/g%耐破指數(shù)數(shù)值增量kPa-m2.g-1%鍵合能力數(shù)值增量J/m2%未處050.41.8716.71.56268理132.91.5313.81.21204處理063.225.42.3022.823.641.51.8820.635933.8152.860.52.0131.420.951.41.5124.830851.2表4為酶處理對(duì)ONP再生纖維的增強(qiáng)作用，從表4中的數(shù)據(jù)可以看出用經(jīng)過酶處理后的漿料抄造的紙頁(yè)其羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力都有大幅度的提高(其中未處理漿樣和處理漿樣都經(jīng)過了打漿處理，打漿條件漿濃10%，轉(zhuǎn)數(shù)7000。增量均以未處理樣指標(biāo)為比較標(biāo)準(zhǔn))。與未經(jīng)過處理相比，其羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力分別提高了25.4%、22.8%、41.5%、20.6%和33.8%。實(shí)施例4向相當(dāng)于絕干漿為24g的ONP漿中加入0.06g的漆酶和0.6g組氨酸，與水進(jìn)行混合，使最終的漿濃為10°/。，用0.25mol/L的NaHC03溶液調(diào)節(jié)pH-3.5。在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為150min。'反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用水進(jìn)行洗滌過濾，直至濾液呈無色。所得漿樣在密封袋中平衡水分后，一部分用于測(cè)定漿樣得率、水分含量、羧基含量和保水值。其余用于抄造紙頁(yè)，所得紙頁(yè)一部分用于測(cè)定紙張的各種強(qiáng)度，其余部分進(jìn)行回用。表5回用次數(shù)羧基含量保水值抗張指數(shù)耐破指數(shù)鍵合能力漿樣數(shù)值增量數(shù)值增量數(shù)值增量數(shù)值增量數(shù)值增量mmo脂0g%g/g%N.ra/g%kPa.mV1%J/m2%未處050.41.8716.71.56268理132.91.5313.81.21204處理0171.441.763.793.62.5335.32.1439.933.097.629.41131.9323.71.7343.043763.1420105.9表5為酶處理對(duì)ONP再生纖維的增強(qiáng)作用，從表5中的數(shù)據(jù)可以看出用經(jīng)過漆酶和組氨酸處理后的漿料羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力都有大幅度的提高(其中未處理和處理漿樣都經(jīng)過了打漿處理，打漿條件漿濃10%，轉(zhuǎn)數(shù)7000。增量均以未處理樣指標(biāo)為比較標(biāo)準(zhǔn))。與未經(jīng)過處理的漿樣相比，其羧基含量、纖維保水值、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和纖維間的鍵合能力分別提高了41.7%、35.3%、97.6%、23.7%和63.1%。成本分析表6為采用本發(fā)明的改性方法來處理一噸廢紙漿(OCC和ONP漿)的費(fèi)用分析。表6藥品名用量(kg/噸廢紙)計(jì)算依據(jù)(元/kg)費(fèi)用(元/噸廢紙)總費(fèi)用(元/噸廢紙)漆酶0.56030組氨酸573565表7為釆用傳統(tǒng)的加入NaOH和氯乙酸的化學(xué)改性方法處理一噸廢紙漿的費(fèi)用分析。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種避免再生植物纖維強(qiáng)度下降的生物處理方法，包括以下步驟(1)向再生植物纖維原漿中加入漆酶和組氨酸，在室溫下進(jìn)行反應(yīng)，用NaHCO3緩沖溶液調(diào)節(jié)混合液pH為3.5-7；(2)反應(yīng)完成后，過濾，用水進(jìn)行洗滌。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)所述再生植物纖維原漿為舊瓦楞箱紙板漿或舊報(bào)紙漿。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述再生植物纖維原漿的漿濃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50/0腦。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述漆酶用量為再生植物纖維原漿質(zhì)量的0.05-0.25°/。.5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述組氨酸用量為再生植物纖維原漿質(zhì)量的0.5°/。-2.5%。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述NaHCCb緩沖溶液的濃度為0.05-0.25mol/Lo7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)所述反應(yīng)時(shí)間為60150min。8、根據(jù)權(quán)利要求17任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟(2)反應(yīng)完成后，過濾，用水進(jìn)行洗滌過濾，直至濾液呈無色。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于步驟(2)所述反應(yīng)是在攪拌條件下進(jìn)行的。全文摘要本發(fā)明公開了一種避免再生植物纖維強(qiáng)度下降的生物處理方法，包括將纖維原漿、漆酶、組氨酸在室溫下進(jìn)行混合反應(yīng)，使用的漆酶、組氨酸生物混合液呈中性(用碳酸氫鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)混合液pH)。本發(fā)明用漆酶作為氧化還原催化劑，通過加入組氨酸來引進(jìn)羧基，使?jié){料中的羧基含量大大增加，解決了再生纖維在回用過程中纖維潤(rùn)脹能力、紙頁(yè)強(qiáng)度性能下降等問題，提高了再生植物纖維的回用次數(shù)。文檔編號(hào)D21C5/02GK101654883SQ20091019225公開日2010年2月24日申請(qǐng)日期2009年9月11日優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日發(fā)明者萬金泉,艷王,陳楊梅,馬邕文申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)