不同造纸助剂对再生纸浆强度性能影响的研究_冉虎.pdf

摘要：选用造纸工业常用的三种助剂阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、漆酶/谷氨酸体系对再生纸浆进行处理，对其增强效果进行对比研究，处理的再生浆包括国产OCC浆和美废12#浆。实验结果表明，漆酶/谷氨酸体系对两种再生浆的强度性能提高效果最优，阳离子淀粉次之，阳离子聚丙烯酰胺最低。使用漆酶/谷氨酸体系处理时，国产OCC浆最佳的处理工艺条件为：漆酶1.0%、谷氨酸1.5%、温度50、反应时间90 min，抗张、撕裂、环压、耐破指数分别提高53.8%、38.6%、53.2%、50.0%；美废12#浆的处理工艺条件为：漆酶0.1%、谷氨酸0.2%、温度50、反应时间60 min，抗张、撕裂、环压、耐破指数分别提高33.1%、24.6%、17.6%、26.5%。关键词：再生浆；助剂；漆酶/谷氨酸体系；强度性能Abstract:In this paper,cationic starch,cationic polyacrylamide and laccase/glutamic acid system,which are commonly used in the paper industry,are selected to treat the recycled pulp,and the enhancement effect was studied.The recycled pulp includes domestic OCC pulp and American waste 12#pulp.The experimental results showed that the laccase-glutamic acid system had the best effect on improving the strength properties of the two recycled pulps,followed by cationic starch and cationic polyacrylamide.The optimum conditions of domestic OCC pulp were:1.0%laccase,1.5%glutamic acid,temperature 50,reaction time 90min.The tensile strength,tear strength,ring compression strength and burs strength increased by 53.8%,38.6%,53.2%and 50.0%,respectively.The optimum conditions of US waste 12#pulp were:laccase 0.1%,glutamic acid 0.2%,temperature 50,reaction time 60min.The tensile strength,tear strength,ring compression strength and burs strength increased by 33.1%,24.6%,17.6%and 26.5%,respectively.Key words:recycled pulp;auxiliary;laccase/glutamic acid system;strength properties不同造纸助剂对再生纸浆强度性能影响的研究 冉虎1 李达恒2 闫志成2 王艳2 万金泉2（1.东莞建晖纸业有限公司，广东东莞 523220；2.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州 510640）Effect of Different Auxiliaries on Strength Properties of Recycled Pulp Ran Hu1,Li Daheng2,Yan Zhicheng2,Wang Yan2,Wan Jinquan2(1.Dongguan Jianhui Paper Co.,Ltd.,Dongguan 523220,Guangdong,China;2.State Key Lab of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China)资助项目：本研究得到广东“特支计划”杰出人才项目（2021JC060580）、国家重点研发计划“轻工业核心酶的分子设计与酶制剂智造”（2021YFC2100400）的资助。中图分类号：TS727+.2;TS749+.7 文献标志码：A 文章编号：1007-9211(2023)01，02-0067-07冉虎 先生工程师，公司副总经理；主要负责再生浆制浆造纸技术研发与生产；研究方向：再生纤维制浆造纸新技术。研究开发 R&D67Jan.,2023 Vol.44,No.1/2China Pulp&Paper Industry在环境保护和植物资源短缺的双层约束下，近年废纸已经成为我国制浆造纸工业重要的原料之一1。但是纤维回用存在着纤维强度低、成纸滤水性能差等问题2，因此提高废纸性能的新技术已经成为行业关注的焦点3。阳离子淀粉（C S）在制浆造纸工业中常用作干强剂、助留助滤剂等，可以提高成纸的表面强度以及改善纸张的印刷性能等4。王云丰等人5将一种淀粉增强剂应用于薄页印刷纸中，结果表明该增强剂对印刷纸的成纸填料留着率、表面强度、抗张强度等指标有明显提高。王萍等人6用阳离子淀粉处理漂白硫酸盐针叶木浆，结果表明该处理可以有效提高针叶木浆中纤维间的结合面积和结合强度，撕裂指数和抗张指数分别提高了32.2%、55.6%。阳离子聚丙烯酰胺（CPA M）是一种具有良好增强、絮凝、助留助滤功能的高分子聚合物7。梁晓菲等人8用阳离子聚丙烯酰胺复合增强剂对瓦楞原纸进行处理，结果表明处理后的纸张具有较好的机械强度，不仅能提高其干强性能，还能改善其湿强性能。漆酶是一种多铜氧化酶，是一种高效绿色的催化剂，可应用于制浆造纸中。其主要作用是去除木素，提高废纸浆的强度性能9。孔凡娇等人10用L苯丙氨酸甲酯盐酸盐改性漆酶协同谷氨酸处理旧瓦楞纸浆（OCC），结果表明经过改性漆酶处理后环压、抗张指数分别提高了16%、20.7%，废纸浆成纸的强度性能得到提高。陈国政等人11用羧甲基壳聚糖协同漆酶处理旧瓦楞纸浆（O CC），结果表明成纸白度和抗张、耐破强度指数分别提高了4.75%、12.56%、18.75%，且浆中木素含量减少了36.13%。本研究了漆酶/谷氨酸体系、阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺对国产OCC和美废12#浆纸张强度性能的改善情况。探究各助剂处理两种再生浆的最佳工艺条件，研究并对比分析了各助剂对再生浆成纸的抗张、撕裂、环压、耐破强度的影响。1 实验1.1原料与仪器1.1.1原料国产废纸浆：收集分拣的三层瓦楞箱纸板O C C；美废12#废纸浆：12#美废在泰国加工成再生浆后进口。漆酶（Laccase E.C.1.10.3.2），酶活为120 U/g，最适温度50，最适pH 6.0，上海源叶生物科技有限公司；谷氨酸，上海伯奥生物科技有限公司；阳离子淀粉（C S），水分14%，取代度0.0300.033，广东云门生物技术有限公司；阳离子聚丙烯酰胺（C PA M），分子量60 W，河南依山傍水环保科技有限公司。磷酸氢二钠（Na2HPO4），分析纯，福晨（天津）化学试剂有限公司；磷酸二氢钠（NaH2PO4），分析纯，国药集团化学有限公司。1.1.2仪器数显恒温水浴锅（HH-4，常州澳华仪器有限公司）；恒速电动搅拌机（JB90-SH，上海标本模型厂）；凯赛法自动抄纸器（R K3A K WT，奥地利PTI公司）；抗张强度仪（L&W CE180，瑞典）；耐破度仪（L&W CE180，瑞典）；压溃测试仪（L&W 248，瑞典）；撕裂度测试仪（L&W 009，瑞典）。1.2方法1.2.1OCC浆料处理国 产 废 纸：将 废 旧 瓦 楞 箱 纸 板 裁 成 不 超 过0.15 cm0.15 cm的碎片，在常温中浸泡1224 h，并调节浆浓约为10%，在50、300 r/m i n的碎浆机中碎浆25 min。碎浆完成后用浆袋过滤收集浆料，将其中水分甩出，平衡水分24 h以上备用。美废12#废纸浆：将美废12#旧瓦楞箱纸板废纸浆在常温下浸泡1224 h，浸泡完成后进行疏解、打浆，并调节浆浓约为2%，然后通过筛分仪去除杂质，完成后用浆袋过滤收集浆料，将其中水分甩出，平衡水分24 h以上备用。1.2.2OCC浆料预处理阳离子淀粉（C S）处理：首先将阳离子淀粉制成质量分数为5%的溶液，糊化后制成质量分数为1%的溶液，储存备用。称取绝干再生浆浆料（国产废纸浆、美废12#废纸浆）20 g，用去离子水配成浆浓2%的纸浆，疏解，加入CS，在常温搅拌5 min后进行抄纸。研究开发R&D68第44卷第1期/第2期 2023年1月阳离子聚丙烯酰胺（CPA M）处理：称取绝干再生浆浆料（国产废纸浆、美废12#废纸浆）20 g，用去离子水配成浆浓2%的纸浆，疏解，用Al2(SO4)3溶液调节pH值为6.0，分别添加不同分子量的CPA M，在常温下搅拌5 min后进行抄纸。漆酶/谷氨酸处理：称取绝干再生浆浆料（国产废纸浆、美废12#废纸浆）20 g，用去离子水配成浆浓2%的纸浆，用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠（Na2HPO4/Na H2PO4）缓冲溶液调节p H值为6.0，在恒温水浴锅中搅拌（转速200 r/min），添加漆酶和谷氨酸进行反应。反应结束后在沸水浴中灭活5 min，完成后用浆袋过滤收集浆料，平衡水分24 h以上备用。1.2.3抄纸及性能检测利用凯赛法自动抄纸器抄造定量为80 g/m2的手抄片，然后在105 下热压干燥10 m i n，将手抄片在恒温恒湿实验室温度（231）、相对湿度(502)%放置24 h后进行检测。分别按照国家标准G B/T 129142008、GB/T 129142008、GB/T 4542002、TAPPI T810om-98、TAPPI T414om-12测定纸张的抗张强度、耐破度、环压强度和撕裂度。2 结果与讨论2.1阳离子淀粉对再生浆强度性能的影响将阳离子淀粉（CS）分别添加到国产O CC浆和美废12#浆中，抄片并对其成纸性能进行分析。结果如图1、图2所示。由图1可知，随着C S的增加，国产O C C浆的成纸各项强度指标也在增加。当C S加入量为3.0%时，其抗张、撕裂、环压、耐破指数最佳，分别是26.81 N.m.g-1、5.47 m N.m2.g-1、6.69 N.m.g-1、1.31 k Pa.m2.g-1，分别提高了26.81%、23.5%、28.4%、59.8%。但当CS的加入量继续增加时，其各项强度指数的增强效果有所下降。由图2可知，美废12#浆的CS加入量为3.0%时，其抗张、撕裂、环压、耐破指数最佳，分别是45.88 N.m.g-1、7.67 m N.m2.g-1、8.01 N.m.g-1、3.27 k Pa.m2.g-1，分别提高了24.1%、12.3%、12.9%、54.9%。但当CS的加入量继续增加时，其各项强度指数的增强效果有所下降。这是因为阳离子淀粉中的羟基和纤维表面的羟基形成氢键作用，阳离子淀粉中的阳离子基团与纤维上的羧基形成离子键，与纤维上阴离子基团、填料产生静电吸附。氢键、离子键和静电吸附的形成提高了纤维间的结合，增加了键合面积。而当阳离子淀粉使用量过多时，会使浆料过阳离子化，导致浆料絮聚、纸页不均匀，最终降低了阳离子淀粉的增强效果。图1 不同CS用量对国产OCC浆成纸强度的影响23.8524.0826.9926.8125.254.865.195.215.475.330.51.02.03.04.0CS/%2030抗张指数/N.m.g-1456撕裂指数/mN.m2.g-1(a)抗张指数撕裂指数6.026.396.386.696.0