环保造纸新型打浆酶用于APMP浆的研究

吴秀玉 陈姗姗 宋迪 刘延杰

（济南天天香有限公司 山东济南 250022）

环保造纸工业中，在采用不同蒸煮工艺之后，为了保证纸张的光学性能及物理强度，无论是木材原料还是非木材原料，在经过流浆箱喷射到成型网上进行抄纸前，都需进行打浆、筛选、出渣去污、脱气等工艺处理。打浆又称为叩解，是利用机械作用处理悬浮在水中的纸浆纤维，使纤维具有适应在造纸机上生产所要求的特性[1]，是产生的纸张能达到预期质量的操作过程。这项工序再把造纸过程中必不可少，但同时又会给生产带来大量的动力消耗。根据统计，造纸厂每年用在打浆工序中的能耗占到工厂能源消耗的15%—18%[2]。为了节约成本，提高生产效益，越来越多的造纸厂在打浆前用生物酶对纾解的浆料进行预处理，使其在保证纸张的各项性能不下降的同时减少打浆过程中的动力消耗。

所谓酶促打浆就是利用高酶活的纤维素酶和半纤维素酶在打浆前进行预处理，使纤维表面活化和松弛，促进纤维的吸水润胀和细纤维化程度[3]。在后续机械力中用下，纤维被切断、分丝帚化，增加了纤维的表面积和纤维分子间的键合力，使其在后续过程中纸张的物理性能得到提高，同时降低打浆能耗[4]。

本研究采用某公司研究的新型打浆酶，该酶是由多种酶制剂复合而成的高效酶制剂，在正常的操作下能够有选择性的改变造纸纤维和半纤维素。本文研究了新型打浆酶处理APMP浆[5]（碱性过氧化物机械浆）的打浆效果，确定了打浆酶对APMP纤维处理的最佳条件，并对成纸质量做了分析。

1 材料与方法

1.1 材料

原料取自山东纸业公司的APMP浆，把浆先用水洗，将部分浆料放置于聚乙烯塑料袋中，平衡10小时以上，测其水分。

1.2 酶制剂

酶制剂由济南诺能生物工程有限公司提供的打浆酶复合酶制剂，该酶对浆样进行处理。

1.3 酶的处理条件

将预处理的浆料置于聚乙烯塑料袋中，加入不同量的酶液，调节PH，通过恒温水浴（不同温度下）处理，每隔10min揉搓袋中浆料，使酶液与浆料混合均匀，在规定时间内取出后洗涤，取出残余酶液。

表1 打浆酶处理实验条件

1.4 PFI打浆

实验采用KRK公司生产的PFI打浆机进行打浆，打浆浓度为10%打浆室间隙和打浆辊均为0.2mm，打浆压力为3.4N/mm，打浆度50°SR以内。

1.5 抄片

抄片采用凯赛快速抄片器，抄定量为60g/m2的纸片，干燥。92℃下烘干 5min，在相对湿度（50±2）%和温度（23±1）℃的纸张恒温恒湿下平衡水分4h，检测纸张性能。

1.6 白度

利用白度分光光度仪进行测定。

1.7 强度指标

裂断长：通过抗张测试仪进行测定。

耐破指数：利用耐破度仪进行测定。

撕裂度：利用撕裂度仪进行测定。

2 结果与讨论

2.1 时间对酶促处理的影响

打浆酶与浆料混合均匀后，在温度50℃，PIF打浆27000r，pH为6.0，酶用量20IU/g条件下进行实验。实验结果如下图1，打浆酶在处理APMP浆的过程中，在其他条件不变时，随着时间的增长，裂断长和耐破度逐渐增加，当处理时间在60min的时候，增长趋势平缓，超过80min后反应有所下降，在超过100min后，轻度指标无增加。

图1 时间对酶促处理的影响

2.2 pH值对酶促处理的影响

打浆酶与浆料混合均匀后，在温度50℃，处理时间60min，PIF打浆27000r，酶用量20IU/g条件下进行实验。实验结果如下图2，在适宜的温度条件下，打浆酶的适宜pH范围在5-6，过高或过低的pH都会影响成纸质量。

图2 pH值对酶促处理的影响

2.3 温度对酶促处理的影响

图3 温度对酶促处理的影响

打浆酶与浆料混合均匀后，处理时间60min，PIF打浆27000r，酶用量20IU/g条件下进行实验。实验结果如图3，酶液与浆料在聚乙烯塑料袋中混合，在水浴中均匀受热，随着温度的升高，反应速度加快，缩短了其反应时间，同时温度过高也会引起酶的失活，打浆酶在45℃下反应效率最高，伴随温度升高，酶活下降，因而成纸的质量下降。

2.4 酶用量与打浆能耗的分析

为了获取酶的最佳处理效果，我们进行了酶用量的最佳优化实验。在打浆实验中，打浆酶用量分别为0、10、20、30IU/g，处理时间60min，温度50℃，pH为6.0进行打浆。打浆能耗与打浆度有关，可用打浆度变化间接表示打浆能耗变化，图4为经不同酶量处理，在不同打浆转数下打浆度的变化情况分析图。

图4 酶用量与打浆能耗的分析实验

由图4可知，与对照组对比可知，打浆能耗的节约在40°SR左右。随着酶用量的增加，打浆度也在逐渐的提高，20IU/g在25000r下打浆度达到43°SR,30IU/g在25000r下打浆度达到44°SR;20IU/g在 30000r下打浆度达到 45°SR，30IU/g在30000r下打浆度达到45°SR。由此结果可知，我们选用20IU/g酶量最为合适，其打浆效果明显，能耗相对较少。

3 结论

由实验可知，新型打浆酶与APMP浆料的最佳处理时间是60min，最佳pH范围为 5-6，最适反应温度为45℃，在此条件下经打浆酶的处理的成纸质量最好。同时由实验测得，打浆酶的添加量为20IU/g时，打浆效果明显的同时，能耗也相对较少。

由实验结论可知，打浆酶具有以下几个作用：

3.1 经打浆酶处理的纤维易于充分吸水润胀以及分丝帚化，在随后的打浆过程中减少磨盘磨浆时间，改善了打浆性能，提高磨浆质量，降低打浆能耗。

3.2 打浆酶直接作用于纤维表层，使光滑的纤维表层产生很多分枝，从而起到了分丝帚化的作用。分丝帚化后的纤维与纤维之间变为多点联接，提高了纤维之间的结合力，同时增强了纤维强度，提高了纸张强度性能。

3.3 减少10-20%长纤维用量，仍能保证成纸质量，满足其强度要求。3.4打浆酶可提高细小纤维和填料留着率，使机下白水浓度降低，降低纸浆消耗，减少纸机蒸汽消耗，提高产量。

3.5 由于消耗了细小纤维和填料的流失，使封闭循环水变得明显清洁，提高了水质质量，有利于水处理，降低废水中的COD/BOD的含量。

3.6 对去除浆料中的胶粘物具有一定的作用，长时间使用可以使纸机整个流送系统变得更清洁，减少成型网和毛毯的清洁次数。

随着生物基因工程的不断发展与进步，微生物酶的发展及处理工艺将会更为有效的应用于制浆造纸工业中去。酶对纤维的改性已经应用到制浆造纸工业的各个环节，因此在制浆造纸过程中，生物酶将取代容易造成环境污染的化学试剂[6]。随着酶工程的发展，生物技术的应用也将为制浆技术实现清洁生产和减少污染做出巨大的贡献。

[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]陆燕华,刘忠.纤维素酶及其在造纸工业中的应用[J].西南造纸,2005,34(4):40.

[3]唐艳军，刘秉铖.APMP的研究及应用现状[J].中国造纸，2004,23（2）：53.

[4]刘士量，陈中豪.磨片齿宽对短纤维中浓打浆成浆质量和打浆能耗的影响[J].中国造纸，2006,25（11）：9.

[5]管永刚.落叶松纸浆的展望[J].黑龙江造纸，2000（2）：9.

[6]赵玉林，陈中豪，王福君.纤维素酶在造纸工业中的应用研究发展[J].纸和造纸，2002,3（2）:64-66.