CN103061184A - 利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用脂肪酶处理废纸造纸过程中的纸浆和白水中的二次胶黏物的方法，所述脂肪酶pH值为7.5-9.0、酶活>l00U/mL、对甘油三酯的水解率不低于95%、转酯化、脂合成率低于3%的碱性脂肪酶；纸浆处理方法是向调节成浆浓为2%～5%的纸浆中加入占纸浆干重0.001～0.5%的脂肪酶处理，然后对处理浆料过滤、离心、检测；白水处理方法是向造纸白水中加入占白水重量0.001～0.5%的脂肪酶处理，然后对处理白水过滤、离心、检测。本方法利用脂肪酶在根本上对胶黏物进行降解，降低其沉积趋势，达到去除目的，彻底解决二次胶黏物污染问题，操作简单，去除效果显著，提高废纸造纸质量，降低生产成本。

Description

利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法

技术领域

本发明属于废纸制浆造纸领域，特别涉及到使用脂肪酶控制废纸制浆生产过程中二次胶黏物的方法。

背景技术

近十几年来，废纸在造纸行业的消耗量快速增长，废纸浆在全球纸浆消费总量中的比例不断提高，废纸的回收再利用不仅可以节约大量植物纤维原料、能源和降低成本，而且有利于保护环境，减轻对生态环境的破坏，既有经济效益，又有很好的社会效益和环境效益。随着废纸浆利用比例的增加以及白水封闭循环程度的提高使得废纸回用过程中的胶黏物问题日趋严重，在回用过程中，来自废纸中残余的化学品、油墨载体及残余脱墨添加剂、涂布加工纸中的胶粘剂、自封标签或信封上的胶粘剂、装订和粘合书籍、杂志所使用的热熔物以及箱纸板中所浸渍或涂布的蜡质等都在废纸制浆和漂白过程中释放出来形成胶黏物问题。这些物质在生产中如果不能有效地分散和去除就会沉积到输浆管道、成形网、压榨部、毛毯、烘缸表面以及纸张表面上，影响生产效率和产品质量。因此在废纸回用过程中对胶黏物的控制成为生产高质量产品的关键。

根据胶黏物的产生方式可以分为原生胶黏物（primary stickies）和二次胶黏物（secondary stickies），原生胶黏物原本就存在于纸浆中，如涂布胶乳、印刷油墨黏结料、热熔胶黏剂、压敏胶黏剂等，他们在碎浆过程和后续处理中被分散释放到纸浆中，以固体形态分散在浆料中，他们本身具有一定黏性，从而容易发生沉积，造成生产事故，原生胶黏物包含大胶黏物（macro-stickies）和微细胶黏物（micro-stickies），二次胶黏物，来源与原生胶黏物相同，但其是以溶解形式分散在浆水体系中，当系统中的物理化学环境发生变化时，造成二次胶黏物失稳形成较大黏性聚集体，从而发生沉积，研究表明能形成二次胶黏物的浓度比原生胶黏物（包括大胶黏物和微细胶黏物）的浓度还高还多，这说明二次胶黏物与原生胶黏物相比，具有更大的控制难度和更严重的危害性，因此对二次胶黏物的沉积和控制更显重要。

所检索的文献中， Martin AH, Orlando JR, and Richard AV.的 Control of tacky deposits on paper machines - A review [J]. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 2006, 21(2): 154-171一文报道，大部分原生胶黏物可用物理方法如筛选、轻杂质除渣等方法除去，而二次胶黏物是在生产过程中形成的，很难用物理方法除去，化学控制二次胶黏物的方法主要包括化学吸附法、化学固定法及化学分散等，化学方法在一定程度上降低胶黏物的沉积现象或者将其固定于纤维表面带出系统，但是不能从根本上将其去除，在纤维再次回用时又会进入制浆和抄纸系统中，随白水封闭循环又会逐渐积累，用生物方法处理胶黏物是相对较新的技术，但未给出具体的处理方法； David RJ, James WF. 的Esterase-type Enzymes Offer Recycled Mills an Alternative Approach to Stickies Control[J]. Pulp and Paper, 2003, 104(2): 28-31一文报道，加入酯酶后能够使酯键断裂，降低胶黏物的黏性，防止了粒子的絮聚，从而达到去除的目的；专利200510035390，一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，采用木素降解酶和脂肪酶作用对树脂具有一定的脱除效果，纸浆中树脂主要来源于造纸原料（木材），其组成为松香酸和脂肪酸类物质，其从来源、组成及去除原理上与本专利涉及的二次胶黏物有根本的区别；王洪振一文《脂肪酶等在造纸过程中的应用及机理研究》中采用脂肪酶对已知结构的模型物进行处理，结果显示对所选模型物具有分解作用；该文选择的模型物是构成废纸浆大胶黏物（macro-stickies）化学组成，其从形态、产生及去除原理上与本专利涉及的二次胶黏物有根本的区别；另外胶黏物成分复杂，变化无规律，采用模型物研究方法可以有效说明酶对某些种类胶黏物的作用机理，但无法得知对其他众多未知胶黏物组分的作用效果。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种针对旧新闻纸脱墨浆及旧瓦楞箱纸板浆以及机械浆生产过程中的二次胶黏物问题通过脂肪酶控制纸浆和白水中二次胶黏物的方法。

为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

一种利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，具体是通过脂肪酶控制纸浆和造纸白水中的二次胶黏物。

所述脂肪酶为Novozym 435、Lipozyme TL 100 L、华根霉菌。

所述脂肪酶的发酵条件为：全脂生豆粉1%～3%、葡萄糖 0.1%～3%、K₂HPO4 0.1%～2% 、MgSO4 0.01% ～2%、水 70～95%，接种量为生长3 d的培养皿用20 mL无菌水稀释的孢子悬液2 mL、pH7.0～9.0。

本发明公开的一种利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，包括以下步骤：

（1）纸浆处理

（a）调节浆浓：将纸浆加水稀释为2%～5%的浆浓；

（b）脂肪酶处理纸浆：向调节后的浆浓中加入占纸浆干重0.001～0.5%的脂肪酶处理，脂肪酶活性>l00U/mL，处理温度为20～60℃，处理时间为60～120min；

（c）将处理后的浆料过滤、离心分离后得到二次胶黏物含量符合要求的合格纸浆水样；

（2）造纸白水处理

（a）脂肪酶处理造纸白水：向造纸白水中加入占白水重量0.001～0.5%的脂肪酶处理，脂肪酶活性>l00U/mL，处理温度为20～60℃，处理时间为60～120min；

（b）将处理后的白水离心分离后得到二次胶黏物含量符合要求的白水；

（3）二次胶黏物含量测定

（a）二次胶黏物所带的阴电荷量测量：取离心分离后的纸浆水样和白水，用胶体滴定方法分别测定与二次胶黏物所带的阴电荷中和所需的阳离子需求量，得到的阳离子数量等于处理后的纸浆水样和白水中的二次胶黏物所带的阴电荷数量，即表示处理后的纸浆水样和白水中的二次胶黏物的含量；

（b）浊度差测定：取离心后的纸浆水样和白水测定浊度，然后使用硫酸调节pH为4后再进行浊度测定，计算pH调节前后的浊度差异，计算二次胶黏物的去除率，所述的二次胶黏物的去除率计算公式为：

所述离心的转速为1500～2500r/min，离心时间为10～20min。

所述的胶体滴定方法包括以下步骤：

（1）准确移取10ml样品加入到颗粒电荷测定仪PCD的测量室中，插入柱塞后装入颗粒电荷测定仪PCD；

（2）采用标准阳离子滴定剂滴定，记录滴定剂的消耗量，计算样品的电荷需求量；

（3）根据等量关系计算样品中二次胶黏物所带的阴电荷数量。

所述的标准阳离子滴定剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵。

采用上述技术方案后，本发明达到的有益效果是：

（1）本发明通过脂肪酶控制纸浆中的二次胶黏物问题，解决了传统方法只处理原生胶黏物而忽视二次胶黏物的问题，消除了二次胶黏物在纸浆中的危害，提高了废纸造纸的质量和正品率。

（2）本发明通过脂肪酶控制纸浆中的二次胶黏物，相比化学固着和分散等处理方法，脂肪酶在根本上对胶黏物进行降解，降低其沉积趋势，达到去除目的，避免了化学等方法去除效果不好，处理剂容易残留在纸浆或白水中，形成再次污染等缺点。

（3）本发明通过脂肪酶控制纸浆中的二次胶黏物的方法直接在生产线上进行，无须增加任何设备和工序，操作简单，成本低，效果好，不会给生产过程增加工作量，既达到消除二次胶黏物的目的，又提高废纸造纸质量。

因此，本发明通过脂肪酶控制纸浆中的二次胶黏物的方法彻底解决了过去在废纸造领域一直不为重视但却严重影响产品质量和成本的二次胶黏物污染问题，具有操作简单，去除效果显著，产品质量高，生产成本低，无污染等优点。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步详细描述。

脂肪酶可以选用市场销售的产品，如诺维信公司生产的产品Novozym 435、Lipozyme TL 100 L，也可以是通过华根霉等发酵得到的产品。

下面以华根霉液态发酵产脂肪酶为例来进一步详述。

实施例1 华根霉脂肪酶的制备

选用华根霉菌作为发酵菌种；固体斜面培养基为5 po 麦芽汁琼脂培养基，pH 7，液体发酵培养基为豆浆30%，葡萄糖1%，橄榄油 1%，K2HPO4 2%，MgSO4 0.5%，pH7；先将斜面培养基划线接种，30 ℃培养3 d 至有黑色孢子生成，然后用无菌水将孢子轻轻洗下，摇匀，制成孢子悬液，于无菌三角瓶中保存。

再进行华根霉菌的发酵培养，将已灭菌液体培养基接种，摇床培养，220 r/min，30 ℃培养60 h(让菌充分生长)，得絮状菌体，水洗，过滤得湿菌体得液体华根霉脂肪酶，所得华根霉脂肪酶酶活20000U/mL，pH值为8.0。

实施例2

采用华根霉脂肪酶控制废纸浆生产过程中的二次胶黏物。

分别取30gDIP和OCC绝干浆，稀释浆浓3%，在不同华根霉脂肪酶添加量下，对旧新闻纸DIP浆和OCC浆进行处理，华根霉脂肪酶酶活20000U/mL，添加量为DIP和OCC绝干浆重量的0.001～0.5%，温度20～60℃，时间60～120min。

根据文献Sarja T, Zabihian M and Kourunen P. Control of Potential Secondary Stickies in Deinked Pulp. 2003 TAPPI Fall Technical Conference,Paper 22-2.所述，当水样的pH降低时，浆料中树脂及其他溶解的和胶体物质失稳发生沉积，造成体系的浊度值上升，浊度差是经硫酸调节pH为4时的浊度与初始浊度的变化值，体系中树脂酸、丁苯胶乳等胶体物质的量和浊度差之间呈正相关系。实施例对处理后浆料进行过滤，取滤液在2000r/min下离心15min去除细小纤维等组分；测试离心后水样的阳离子需求量和浊度，然后使用硫酸调节pH为4后再进行浊度测定，计算pH调节前后的浊度差异。酶用量为0.001%、0.05%、0.5%时测试结果如下，二次胶黏物去除率以浊度差变化计算。 

结果如表1、表2所示：

表1        华根霉脂肪酶处理对DIP浆中二次胶黏物的去除效果

表2       华根霉脂肪酶处理对OCC浆中二次胶黏物的去除效果

DIP和OCC浆经华根霉脂肪酶处理后，滤液的阳离子需求量（CD值）和浊度呈下降趋势。阳离子需求量降低说明体系中胶体物质的阴电荷量减少，二次胶黏物含量降低；浊度差值的变化与二次胶黏物的含量变化呈线性比例关系，由结果可以看出经酶处理后浊度差减小，纸浆中二次胶黏物含量降低。

实施例3

采用华根霉脂肪酶控制造纸白水中的二次胶黏物。

分别取200mL旧新闻纸DIP浆和OCC浆纸机白水水样，在不同华根霉脂肪酶添加量下进行处理。华根霉脂肪酶酶活20000U/mL，添加量为旧新闻纸DIP浆和OCC浆纸机白水水样重量的0.001～0.5%，温度20～60℃，时间60～120min。

对处理后纸机白水在2000r/min下离心15min去除细小纤维等组分；测试离心后白水的阳离子需求量和浊度，然后使用硫酸调节pH为4后再进行浊度测定，计算pH调节前后的浊度差异。酶用量为0.001%、0.05%、0.5%时测试结果如下，二次胶黏物去除率以浊度差变化计算。

结果如表3、表4所示：

表3        华根霉脂肪酶处理DIP浆纸机白水性能检测结果

表4       华根霉脂肪酶处理OCC浆纸机白水性能检测结果

DIP和OCC浆纸机白水经华根霉脂肪酶处理后，纸机白水的阳离子需求量减少，浊度差减小，说明体系中胶黏物、树脂等组分在酶的作用下降解，二次胶黏物含量降低。

实施例4

采用华根霉脂肪酶控制机械浆生产过程中的二次胶黏物。

取30g绝干马尾松TMP浆，稀释浆浓3%，在不同华根霉脂肪酶添加量下，对浆料进行处理，华根霉脂肪酶酶活20000U/mL，添加量为绝干马尾松TMP浆重量的0.001～0.5%，温度20～60℃，时间60～120min。

对处理浆料过滤，取滤液在2000r/min下离心15min去除细小纤维等组分；测试离心后水样的阳离子需求量和浊度，然后使用硫酸调节pH为4后再进行浊度测定，计算pH调节前后的浊度差异。酶用量为0.001%、0.05%、0.5%时测试结果如下，二次胶黏物去除率以浊度差变化计算。

结果如表5所示：

表5       华根霉脂肪酶处理对OCC浆中二次胶黏物的去除效果

机械浆中树脂类物质是构成二次胶黏物的主要成分，TMP浆经华根霉脂肪酶处理后，树脂类物质在脂肪酶的作用下降解为醇和脂肪酸，分子量或聚合度降低，滤液的阳离子需求量和浊度差减小，二次胶黏物含量降低。

Claims (7)

1.一种利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，其特征在于：通过脂肪酶控制纸浆和造纸白水中的二次胶黏物。

2.根据权利要求1所利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，其特征在于：所述脂肪酶为Novozym 435、Lipozyme TL 100 L、华根霉菌。

3.根据权利要求2所述的利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，其特征在于：所述脂肪酶的发酵条件为：全脂生豆粉1%～3%、葡萄糖 0.1%～3%、K₂HPO4 0.1%～2% 、MgSO4 0.01% ～2%、水 70～95%，接种量为生长3 d的培养皿用20 mL无菌水稀释的孢子悬液2 mL、pH7.0～9.0。

4.根据权利要求1所述的利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，包括以下步骤：

（1）纸浆处理

（a）调节浆浓：将纸浆加水稀释为2%～5%的浆浓；

（b）脂肪酶处理纸浆：向调节后的浆浓中加入占纸浆干重0.001～0.5%的脂肪酶处理，脂肪酶活性>l00U/mL，处理温度为20～60℃，处理时间为60～120min；

（c）将处理后的浆料过滤、离心分离后得到二次胶黏物含量符合要求的合格纸浆水样；

（2）造纸白水处理

（a）脂肪酶处理造纸白水：向造纸白水中加入占白水重量0.001～0.5%的脂肪酶处理，脂肪酶活性>l00U/mL，处理温度为20～60℃，处理时间为60～120min；

（b）将处理后的白水离心分离后得到二次胶黏物含量符合要求的白水；

（3）二次胶黏物含量测定

（a）二次胶黏物所带的阴电荷量测量：取离心分离后的纸浆水样和白水，用胶体滴定方法分别测定与二次胶黏物所带的阴电荷中和所需的阳离子需求量，得到处理后的纸浆水样和白水中的二次胶黏物所带的阴电荷数量，即表示处理后的纸浆水样和白水中的二次胶黏物的含量；

（b）浊度差测定：取离心后的纸浆水样和白水测定浊度，然后使用硫酸调节pH为4后再进行浊度测定，计算pH调节前后的浊度差异，计算二次胶黏物的去除率，所述的二次胶黏物的去除率计算公式为：

。

5.根据权利要求4所述的利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，其特征在于：所述离心的转速为1500～2500r/min，离心时间为10～20min。

6.根据权利要求4所述的利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，其特征在于所述的胶体滴定方法包括以下步骤：

（1）准确移取10ml样品加入到颗粒电荷测定仪PCD的测量室中，插入柱塞后装入颗粒电荷测定仪PCD；

（2）采用标准阳离子滴定剂滴定，记录滴定剂的消耗量，计算样品的电荷需求量；

（3）根据等量关系计算样品中二次胶黏物所带的阴电荷数量。

7.根据权利要求6所述的利用脂肪酶控制二次胶黏物的方法，其特征在于：所述的标准阳离子滴定剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵。