環保造紙新型打漿酶用于APMP漿的研究

吳秀玉 陳姍姍 宋迪 劉延杰

（濟南天天香有限公司 山東濟南 250022）

環保造紙工業中，在采用不同蒸煮工藝之后，為了保證紙張的光學性能及物理強度，無論是木材原料還是非木材原料，在經過流漿箱噴射到成型網上進行抄紙前，都需進行打漿、篩選、出渣去污、脫氣等工藝處理。打漿又稱為叩解，是利用機械作用處理懸浮在水中的紙漿纖維，使纖維具有適應在造紙機上生產所要求的特性[1]，是產生的紙張能達到預期質量的操作過程。這項工序再把造紙過程中必不可少，但同時又會給生產帶來大量的動力消耗。根據統計，造紙廠每年用在打漿工序中的能耗占到工廠能源消耗的15%—18%[2]。為了節約成本，提高生產效益，越來越多的造紙廠在打漿前用生物酶對紓解的漿料進行預處理，使其在保證紙張的各項性能不下降的同時減少打漿過程中的動力消耗。

所謂酶促打漿就是利用高酶活的纖維素酶和半纖維素酶在打漿前進行預處理，使纖維表面活化和松弛，促進纖維的吸水潤脹和細纖維化程度[3]。在后續機械力中用下，纖維被切斷、分絲帚化，增加了纖維的表面積和纖維分子間的鍵合力，使其在后續過程中紙張的物理性能得到提高，同時降低打漿能耗[4]。

本研究采用某公司研究的新型打漿酶，該酶是由多種酶制劑復合而成的高效酶制劑，在正常的操作下能夠有選擇性的改變造紙纖維和半纖維素。本文研究了新型打漿酶處理APMP漿[5]（堿性過氧化物機械漿）的打漿效果，確定了打漿酶對APMP纖維處理的最佳條件，并對成紙質量做了分析。

1 材料與方法

1.1 材料

原料取自山東紙業公司的APMP漿，把漿先用水洗，將部分漿料放置于聚乙烯塑料袋中，平衡10小時以上，測其水分。

1.2 酶制劑

酶制劑由濟南諾能生物工程有限公司提供的打漿酶復合酶制劑，該酶對漿樣進行處理。

1.3 酶的處理條件

將預處理的漿料置于聚乙烯塑料袋中，加入不同量的酶液，調節PH，通過恒溫水浴（不同溫度下）處理，每隔10min揉搓袋中漿料，使酶液與漿料混合均勻，在規定時間內取出后洗滌，取出殘余酶液。

表1 打漿酶處理實驗條件

1.4 PFI打漿

實驗采用KRK公司生產的PFI打漿機進行打漿，打漿濃度為10%打漿室間隙和打漿輥均為0.2mm，打漿壓力為3.4N/mm，打漿度50°SR以內。

1.5 抄片

抄片采用凱賽快速抄片器，抄定量為60g/m2的紙片，干燥。92℃下烘干 5min，在相對濕度（50±2）%和溫度（23±1）℃的紙張恒溫恒濕下平衡水分4h，檢測紙張性能。

1.6 白度

利用白度分光光度儀進行測定。

1.7 強度指標

裂斷長：通過抗張測試儀進行測定。

耐破指數：利用耐破度儀進行測定。

撕裂度：利用撕裂度儀進行測定。

2 結果與討論

2.1 時間對酶促處理的影響

打漿酶與漿料混合均勻后，在溫度50℃，PIF打漿27000r，pH為6.0，酶用量20IU/g條件下進行實驗。實驗結果如下圖1，打漿酶在處理APMP漿的過程中，在其他條件不變時，隨著時間的增長，裂斷長和耐破度逐漸增加，當處理時間在60min的時候，增長趨勢平緩，超過80min后反應有所下降，在超過100min后，輕度指標無增加。

圖1 時間對酶促處理的影響

2.2 pH值對酶促處理的影響

打漿酶與漿料混合均勻后，在溫度50℃，處理時間60min，PIF打漿27000r，酶用量20IU/g條件下進行實驗。實驗結果如下圖2，在適宜的溫度條件下，打漿酶的適宜pH范圍在5-6，過高或過低的pH都會影響成紙質量。

圖2 pH值對酶促處理的影響

2.3 溫度對酶促處理的影響

圖3 溫度對酶促處理的影響

打漿酶與漿料混合均勻后，處理時間60min，PIF打漿27000r，酶用量20IU/g條件下進行實驗。實驗結果如圖3，酶液與漿料在聚乙烯塑料袋中混合，在水浴中均勻受熱，隨著溫度的升高，反應速度加快，縮短了其反應時間，同時溫度過高也會引起酶的失活，打漿酶在45℃下反應效率最高，伴隨溫度升高，酶活下降，因而成紙的質量下降。

2.4 酶用量與打漿能耗的分析

為了獲取酶的最佳處理效果，我們進行了酶用量的最佳優化實驗。在打漿實驗中，打漿酶用量分別為0、10、20、30IU/g，處理時間60min，溫度50℃，pH為6.0進行打漿。打漿能耗與打漿度有關，可用打漿度變化間接表示打漿能耗變化，圖4為經不同酶量處理，在不同打漿轉數下打漿度的變化情況分析圖。

圖4 酶用量與打漿能耗的分析實驗

由圖4可知，與對照組對比可知，打漿能耗的節約在40°SR左右。隨著酶用量的增加，打漿度也在逐漸的提高，20IU/g在25000r下打漿度達到43°SR,30IU/g在25000r下打漿度達到44°SR;20IU/g在 30000r下打漿度達到 45°SR，30IU/g在30000r下打漿度達到45°SR。由此結果可知，我們選用20IU/g酶量最為合適，其打漿效果明顯，能耗相對較少。

3 結論

由實驗可知，新型打漿酶與APMP漿料的最佳處理時間是60min，最佳pH范圍為 5-6，最適反應溫度為45℃，在此條件下經打漿酶的處理的成紙質量最好。同時由實驗測得，打漿酶的添加量為20IU/g時，打漿效果明顯的同時，能耗也相對較少。

由實驗結論可知，打漿酶具有以下幾個作用：

3.1 經打漿酶處理的纖維易于充分吸水潤脹以及分絲帚化，在隨后的打漿過程中減少磨盤磨漿時間，改善了打漿性能，提高磨漿質量，降低打漿能耗。

3.2 打漿酶直接作用于纖維表層，使光滑的纖維表層產生很多分枝，從而起到了分絲帚化的作用。分絲帚化后的纖維與纖維之間變為多點聯接，提高了纖維之間的結合力，同時增強了纖維強度，提高了紙張強度性能。

3.3 減少10-20%長纖維用量，仍能保證成紙質量，滿足其強度要求。3.4打漿酶可提高細小纖維和填料留著率，使機下白水濃度降低，降低紙漿消耗，減少紙機蒸汽消耗，提高產量。

3.5 由于消耗了細小纖維和填料的流失，使封閉循環水變得明顯清潔，提高了水質質量，有利于水處理，降低廢水中的COD/BOD的含量。

3.6 對去除漿料中的膠粘物具有一定的作用，長時間使用可以使紙機整個流送系統變得更清潔，減少成型網和毛毯的清潔次數。

隨著生物基因工程的不斷發展與進步，微生物酶的發展及處理工藝將會更為有效的應用于制漿造紙工業中去。酶對纖維的改性已經應用到制漿造紙工業的各個環節，因此在制漿造紙過程中，生物酶將取代容易造成環境污染的化學試劑[6]。隨著酶工程的發展，生物技術的應用也將為制漿技術實現清潔生產和減少污染做出巨大的貢獻。

[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]陸燕華,劉忠.纖維素酶及其在造紙工業中的應用[J].西南造紙,2005,34(4):40.

[3]唐艷軍，劉秉鋮.APMP的研究及應用現狀[J].中國造紙，2004,23（2）：53.

[4]劉士量，陳中豪.磨片齒寬對短纖維中濃打漿成漿質量和打漿能耗的影響[J].中國造紙，2006,25（11）：9.

[5]管永剛.落葉松紙漿的展望[J].黑龍江造紙，2000（2）：9.

[6]趙玉林，陳中豪，王福君.纖維素酶在造紙工業中的應用研究發展[J].紙和造紙，2002,3（2）:64-66.