果膠酶處理造紙白水對薄頁包裝紙陽離子化學(xué)助劑使用效果影響的研究

許耀光 黃六蓮 陳禮輝 胡會超 劉 凱 苗慶顯

（福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院, 福建 福州 350002）

果膠酶處理造紙白水對薄頁包裝紙陽離子化學(xué)助劑使用效果影響的研究

許耀光 黃六蓮 陳禮輝 胡會超 劉 凱 苗慶顯

（福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院, 福建 福州 350002）

研究白水中陰離子垃圾對PAE的增濕強效果、殼聚糖的增干、濕強效果、陽離子淀粉的增干強效果以及AKD的施膠效果的影響，并與使用果膠酶處理陰離子垃圾后陽離子助劑使用效果對比。結(jié)果表明：陰離子垃圾可顯著降低陽離子添加劑的使用效果；白水經(jīng)果膠酶處理后，陰離子垃圾對陽離子助劑的不利影響顯著下降，陽離子助劑的效果得到明顯增強。

果膠酶 白水 陰離子垃圾 陽離子助劑

0 前 言

隨著高得率漿及廢紙使用比例的增加、造紙企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用水量的降低、白水封閉循環(huán)程度的提高以及各種造紙助劑的大量使用，使白水中陰離子垃圾的積累越來越嚴(yán)重。這些陰離子垃圾降低了細(xì)小纖維的留著率、紙張的干和濕強度、施膠度，不利于降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此，如何使白水中陰離子垃圾的含量降低已經(jīng)成為當(dāng)前造紙企業(yè)面臨的難題。目前，陰離子垃圾捕捉劑種類有聚合氯化鋁、多孔性填料、聚二烯丙基二甲基氯化銨、聚乙烯亞胺、聚氧化乙烯、果膠酶等[1]。 果膠酶可將果膠分解為水溶性的高聚合度果膠，可降低DCS中果膠含量、提高陽離子化學(xué)助劑使用效果，且不會污染環(huán)境[2-6]，因此已被應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中。在敘述中，將以薄頁包裝紙為研究對象，考察果膠酶處理白水對幾種典型的造紙陽離子化學(xué)助劑（聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂、陽離子淀粉、殼聚糖、AKD）使用效果的影響，以期為薄頁包裝紙的生產(chǎn)實踐提供指導(dǎo)。

1 試 驗

1.1 原料

試驗所用的原料是80%的KP漿與20%的 DIP漿（全部來源于福建優(yōu)蘭發(fā)公司）混合組成，經(jīng)打漿風(fēng)干后測量水分密封備用，經(jīng)檢測紙漿打漿度在51oSR左右。

1.2 試劑

蒸餾水、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂（PAE，固含量12%）、AKD(固含量15%)、陽離子淀粉、殼聚糖（黏度＞400 mPa·s）、聚半乳糖醛酸（PGA）、氫氧化鈉、鹽酸、果膠酶、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、醋酸、氯化鐵、硫氰酸鉀。將PAE（固含量12%）稀釋100倍備用。

取適量蒸餾水于燒杯中，在水浴鍋內(nèi)加熱到90 ℃，再加入適量陽離子淀粉配成濃度0.08%的淀粉溶液，攪拌糊化15 min后冷卻到室溫備用。將0.5 g殼聚糖溶解在100 g濃度為1.0%的乙酸溶液備用。首先配制濃度為0.5%的陽離子淀粉溶液，取適量淀粉溶液與20 gAKD混合，并加熱到60 ℃，同時加熱160 g蒸餾水（用醋酸調(diào)節(jié)pH=3），當(dāng)AKD蠟粉完全溶解后，將加熱好的蒸餾水加入到混合液中，并高速攪拌10 min后，將AKD乳液迅速冷卻至室溫備用。

1.3 儀器與設(shè)備

DA-500電子天平、紙頁抄取器、油壓機、紙頁干燥器、纖維疏解機、電腦測控臥式抗張試驗機、切紙刀、78-1磁力加熱攪拌器、KQ3200DE數(shù)控超聲波清洗器、HH-4恒溫水浴鍋、精密酸度計PHS-3C型、玻璃棒、燒杯、培養(yǎng)皿。

1.4 紙頁抄造

（1）漿料的制備：將備用的漿料浸泡24 h后，用纖維疏解機疏解10 min，取出后用特定溶液（分別是水、白水、果膠酶處理白水）稀釋成0.1%的漿濃備用。

（2）白水的制備：將聚半乳糖醛酸（PGA）溶解在0.1 mol/L的NaOH中，配制成0.1 g/L的PGA溶液，然后用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH=8備用。此試驗用PGA溶液代替白水。

（3）果膠酶處理白水：向配制好的白水中加入2 000 U/L的1.0%果膠酶溶液，在55℃的水浴鍋中恒溫反應(yīng)15 min。

（4）定量35 g/m2薄頁包裝紙抄造：按照濕強劑用量（基于漿料，見表1）取特定量的濕強劑溶液（見1.2試劑）加入到上述已制備好的0.1%漿濃的漿料中，攪拌5 min后使用實驗室半自動紙張抄造器進(jìn)行抄造；濕紙幅經(jīng)油壓機壓榨5 min后在紙頁干燥器上烘干，密封24 h，待平衡水分后再測定紙張的干強度與濕強度。

表1 紙張抄造工藝

1.5 檢測與分析

紙張干強度與濕強度的測定，按照《制漿造紙分析與檢測》進(jìn)行測定；紙張施膠度的測定采用液體滲透法進(jìn)行測定[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 果膠酶處理PGA對PAE增強效果的影響

由圖1可知，PAE的加入能顯著提高紙張的濕強度。隨著PAE用量的增加，濕強度先快速升高；在用量超過0.4%后提升速率放緩，可以看出PAE的最佳用量為0.4%左右。經(jīng)添加PGA后，PAE的使用效果明顯下降，在用量為0.4%時濕強度降低了52.9%，這是因為PGA含有很高的負(fù)電荷，他們會優(yōu)先與陽離子助劑反應(yīng)，顯著降低PAE的使用效果。在此基礎(chǔ)上，加入果膠酶處理PGA后，PAE的增濕強效果回升，在用量為0.4%時濕強度增加了29%。這是因為PGA經(jīng)果膠酶處理后，果膠酸被降解，DCS的陽離子需求量減少，PAE受到的影響也降低。因此，經(jīng)果膠酶處理后，可以使用更少的陽離子助劑達(dá)到相同的效果或使用等量的陽離子助劑達(dá)到更好的效果。

圖1 果膠酶處理PGA對PAE增強效果的影響

2.2 果膠酶處理PGA對陽離子淀粉增強效果的影響

由圖2可以看出，陽離子淀粉的加入能夠顯著提高紙張的干強度。隨著陽離子淀粉加入量的增加，紙張的干強度增加的速度先快后緩，在用量為1.0%時增強效果最好。此時，紙張的干強度增加了10.8%。在加入PGA后，由于PGA所帶的負(fù)電荷優(yōu)先與陽離子淀粉的陽電荷結(jié)合，影響了陽離子淀粉的使用效果，所以陽離子淀粉對紙張的增強作用下降。在用量為1.0%時降低了5%，由此可以看出，PGA對陽離子淀粉的影響不可忽視。在此基礎(chǔ)上經(jīng)果膠酶處理后，紙張的干強度又提高了，介于沒有經(jīng)PGA處理和經(jīng)PGA處理之間。與經(jīng)PGA處理相比，在用量為1.0%時干強度增加了2.4%。綜合圖2的所有數(shù)據(jù)可知，果膠酶能夠減輕PGA對陽離子淀粉的不利影響。

圖2 果膠酶處理PGA對陽離子淀粉增強效果的影響

2.3 果膠酶處理PGA對殼聚糖增干強效果的影響

由圖3和圖4可以看出，殼聚糖的加入確實提高了紙張的強度，但在提高紙張濕強度方面效果不如PAE明顯。隨著殼聚糖加入量的增加，紙張強度提升速率依然是先快后慢，增強效果是在用量為0.6%時最好，與用量為0.1%時相比干強度增加了32.7%，濕強度增加了70%。但加入PGA后，殼聚糖使用效果明顯下降，干強度下降了12.1%，濕強度降低了35.7%，由此可以看出PGA對殼聚糖的增濕強效果影響更大。經(jīng)過果膠酶處理PGA后，殼聚糖受到的影響減輕，與經(jīng)PGA處理相比，干強度增加了3%，濕強度增加了33.3%。由此可以看出陰離子垃圾能夠影響殼聚糖的使用效果，果膠酶可以減弱這種影響。

圖3 果膠酶處理PGA對殼聚糖增干強效果的影響

圖4 果膠酶處理PGA對殼聚糖增濕強效果的影響

2.4 果膠酶處理PGA對AKD施膠效果的影響

在薄頁包裝紙抄造過程中，AKD是一種常用的中性施膠劑。從圖5可以明顯看出AKD的使用能夠提高紙張的施膠度，最佳用量為0.25%。在加入PGA后，由于陽離子需求量的增高，使得AKD的施膠效果受到影響，施膠度下降了49%?？梢婈庪x子垃圾對AKD施膠劑的影響非常大。但利用果膠酶處理PGA后，此影響效果減弱，與之前相比，施膠度提高了35.1%。由此可以看出，果膠酶在保護(hù)AKD施膠劑使用效果方面的能力也十分突出。

圖5 果膠酶處理PGA對AKD施膠效果的影響

3 結(jié)束語

白水中的DCS對薄頁包裝紙陽離子化學(xué)助劑的使用效果具有顯著的負(fù)面效應(yīng)；果膠酶處理可有效去除白水中的DCS物質(zhì)、顯著降低白水的陽離子需求量，進(jìn)而降低了DCS對PAE、陽離子淀粉、殼聚糖、AKD的不利影響，增強了陽離子助劑的使用效果。

[1] 付建生，張軍禮，袁世炬,等． 造紙濕部陰離子垃圾及其捕捉劑 [J]． 湖北造紙,2008(4): 28．

[2] SUNDGERG K, THOMEON J, PETTERSSON C, et a1． Interactions between simple electrolytes and dissolved and colloidal substances in mechanical pulp [J]． Nordic Pulp Paper Research Journal, 1994, 9(2): 125．

[3] MUCHA M, MISKIEWICZ D, Chitosan blends as fillers for paper [J]． Journal of Applied Polymer Science, 2000, 77: 3210．

[4] 李宗全，詹懷宇，秦夢華． 果膠酶處理BCTMP中DCS及對陽離子助劑作用效果的影響[J]． 中國造紙, 2006, 25(8): 23．

[5] 苗慶顯，秦夢華，陳禮輝,等． 楊木P-RC APMP中溶解和膠體物質(zhì)的特性分析[J]． 中國造紙學(xué)報, 2010, 25(3): 13．

[6] 張春輝，詹懷宇，李靜,等． 果膠酸類物質(zhì)的酶解及其對DCS穩(wěn)定性的影響[J]． 中國造紙學(xué)報, 2010, 25(2): 39．

[7] 石淑蘭, 何福望． 制漿造紙分析與檢測[M]． 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2003．

作者介紹：黃六蓮教授，hll65212@163．com。

Influence of Pectinase Treatment of Whitewater on Effect of Cationic Chemical Additives for Tissue Wrapping Paper

XU Yao-Guang, HUANG Liu-Lian*, CHEN Li-Hui, HU Hui-Chao

（College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002）

In this work, the influence of anionic trash in white water on the effect of PAE for wet strength, effect of chitosan for dry and wet strength, effect of cationic starch for dry strength, and effect of AKD for sizing degree were studied. It was compared with another condition, i.e., whitewater treated with pectinase. The results showed that the anionic trash can significantly reduce the effect of the use of a cationic additive. The negative effect of anionic trash on the performance of cationic additives could be reduced after treating whitewater with pectinase, also the performance of cationic additives on tissue wrapping paper was enhanced.

pectinase; whitewater; anionic trash; cationic chemical additives.

福建省高校產(chǎn)學(xué)合作科技重大項目“高速紙機上二次纖維生產(chǎn)薄頁紙的研究”（項目編號2011H6003）；高速紙機上化學(xué)熱磨機械漿配抄壁紙原紙的研發(fā)（項目編號2012H6004）。