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胶黏物控制酶在纸管原纸生产上的应用
中国造纸行业2020-11-3 23:39:50 造纸术中国纸业网胶黏物控制酶
  纸管原纸是使用废旧箱纸板等二次纤维为原料的一种工业用纸,其浆料具有较高的打浆度,浆料温度的偏高会提高胶黏物含量[1]。在纸管原纸生产过程中产生的胶黏物会黏附于除渣器叶轮和压力筛筛鼓,降低除渣器和压力筛的筛选能力,更甚者会产生机械故障,造成部件受损。产生的胶黏物还会附着在纸机成形网、毛布、导辊、压榨辊等脱水元件上,降低脱水能力,更甚者会造成纸机断头甚至停机。现大多数纸管原纸生产厂家都在使用传统的分散型树脂控制剂,但效果不够明显。而引进一种性价比更高的处理方法,如生物酶控制法(即胶黏物控制酶),已成为大部分纸管原纸厂家的需求。

近些年,在造纸行业中,生物酶的开发和应用一直都是热门话题[2],大家不再局限于聚丙烯酰胺等高分子助剂,开始放眼于拥有更高经济、环境效益的生物酶上。在当前的大环境下,汇胜股份有限公司作为专业的纸管原纸制造商,开始引进胶黏物控制酶等生物酶技术来代替传统的高分子助剂。胶黏物控制酶具有很强的专一性,在不破坏纸浆纤维的前提下会有选择性地将胶黏物的酯类结构进行破坏、分解,来降低胶黏物的黏度及依附性,大大减弱因胶黏物给纸管原纸生产带来的困扰。

综合考虑适用性、使用效果、环境效益、经济效益等多方面因素,引进某公司的胶黏物控制酶替代胶黏物控制剂。

 

1 胶黏物控制酶

1.1物性对比

胶黏物控制酶与胶黏物控制剂的物理性质对比见表1。


1.2技术说明

(1)纸管原纸生产中所产生的胶黏物是由浆料中的胶状物与纸浆纤维凝聚而形成的,其含有大量的憎水性物质。

(2)醋酸乙烯酯(PVAc)是胶黏物组成的主要来源之一,胶黏物控制酶可将PVAc等胶黏物水解成水溶性的醇类物质。水解方程式见图1。

(3)水溶性的物质黏性小,在浆料中能以稳定悬浮态存在。不易沉积在制浆造纸机械设备上,不易沉积在成形网、毛毯与干网上。其效果见图2、图3。


1.3技术优点

(1)酶属天然产品,处理负荷小。

(2)酶专一性强,对纸浆及助剂影响小。

 

2  实验

2.1原料、药品、仪器

原料:F400级纸管原纸磨后浆。

实验药品:胶黏物控制酶、火碱(0.5mol/l)、醋酸(0.5mol/l)、蒸馏水。

实验仪器:pH计(PHS-25)、电热恒温水浴锅、筛缝0.15mm特制筛、电熨斗等。

2.2胶黏物含量测定方法

大胶黏物成分颗粒比较大,其粒径在20~150μm,不能通过0.15mm筛缝。这种胶黏物属原生胶黏物,化学性质相对比较稳定,受外界环境条件(如温度、pH值和化学助剂等)影响比较小。这种胶黏物便于分离检测[4]。采用热熔法[5]

2.3实验方法

取F400级纸管原纸磨后浆100g,使用蒸馏水稀释至1%浓度备用。分别以温度、pH、用量、反应时间为变量进行试验,检测、分析其对胶黏物控制酶作用效果的影响。

(1)空白样品检测

取稀释后磨后浆样品,在不添加药品的情况下使用热熔法检测样品中大于0.15mm的胶黏物含量为124 mm2/kg。

(2)温度

①取4份稀释后磨后浆样品,每份100g,编号1#至4#

②使用火碱(0.5mol/l)将4个样品pH值调整至6.8。

③使用水浴锅将4个样品分别升温至40℃、45℃、50℃、55℃后,按照吨纸用量0.05kg加入胶黏物控制酶。

④反应1h后,使用热熔法检测大于0.15mm的胶黏物含量。

备注:纸管原纸生产车间浆料温度:40~55℃。


(3)pH

①取4份稀释后磨后浆样品,每份100g,编号1#至4#

②使用火碱(0.5mol/l)、醋酸(0.5mol/l)将4个样品pH分别值调整至5.0、6.0、7.0、8.0。

③使用水浴锅将4个样品分别升温至50℃后,按照吨纸用量0.05kg加入胶黏物控制酶。

④反应1h后,使用热熔法检测大于0.15mm的胶黏物含量。

试验结果如图5。


备注:纸管原纸系统pH:6.5~7.0。

(4)用量

①取5份稀释后磨后浆样品,每份100g,编号1#至5#

②使用火碱(0.5mol/l)将5个样品pH值调整至6.8。

③使用水浴锅将5个样品分别升温至50℃后,分别按照吨纸用量0.04kg、0.05kg、0.06kg、0.07kg、0.08kg加入胶黏物控制酶。

④反应1h后,使用热熔法检测大于0.15mm的胶黏物含量。

试验结果如图6。

备注:胶黏物控制酶用量0.06kg/吨纸时吨纸成本为3.12元,用量0.07kg/吨纸时吨纸成本为3.68元,用量0.08kg/t纸时吨纸成本为4.21元;树脂控制剂吨纸用量为0.3kg/t纸时吨纸成本为3.99元。

(5)反应时间

①取5份稀释后磨后浆样品,每份100g,编号1#至5#

②使用火碱(0.5mol/L)将5个样品pH值调整至6.8。

③使用水浴锅将5个样品分别升温至50℃,按照吨纸用量0.05kg加入胶黏物控制酶。

④分别反应0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h后,使用热熔法检测大于0.15mm的胶黏物含量。

试验结果如图7。


2.4结果分析

(1)由图4可见,其他条件相同,反应温度在40~55℃之间,F400级纸管原纸磨后浆中大于0.15mm的胶黏物含量随着反应温度的升高而降低。其主要原因为胶黏物控制酶的活性随着温度的升高而提高,胶黏物控制酶活性的升高将会促使更多的大粒径胶黏物被分解成小于0.15mm的胶黏物。

(2)由图5可见,其他条件相同,反应pH值在5.0~7.0之间,F400级纸管原纸磨后浆中大于0.15mm的胶黏物含量随着pH值的升高而降低;反应pH值在7.0~8.0时胶黏物含量升高,且反应pH值达到8.0后大于0.15mm的胶黏物含量略微高于反应pH值为5.0时,说明反应pH值在8.0时胶黏物控制酶的活性低于pH值为5.0时。在此我们可以认为,反应pH值在7.0~8.0之间的某个值胶黏物控制酶的活性会降低。同时我们发现pH在8.0时大于0.15mm的胶黏物含量仍低于空白样品,说明在此pH值时胶黏物控制酶还存在一定的活性。

(3)由图6可见,其他条件相同,胶黏物控制酶吨纸用量在0.04~0.08kg之间,随着用量的增加,F400级纸管原纸磨后浆中大于0.15mm的胶黏物含量逐渐降低。但在实际生产中,要考虑生产成本,以我公司F400级纸管原纸为例,我公司现使用胶黏物控制剂吨纸用量为0.3kg,吨纸成本约3.99元,而胶黏物控制酶吨纸用量0.07kg时成本为3.68元,吨纸用量0.08kg时成本为4.21元,故实际生产中吨纸用量在0.07~0.08kg/t之间为最佳。

(4)由图7可见,其他条件相同,F400级纸管原纸磨后浆大于0.15mm的胶黏物含量随着反应时间的增加而降低。

 

3  胶黏物控制酶在实际生产中的应用

3.1纸管原纸生产工艺流程

废纸→碎浆机→除砂→筛选→除砂→筛选→多盘浓缩→磨浆→磨后浆池→成浆池→抄前池→料门→筛选→流浆箱→网部→压榨→干燥→压光→卷取→复卷→包装→入库

3.2实际生产当中的参数

生产级别:F400级纸管原纸

胶黏物控制酶加入点:磨后浆下浆管道

胶黏物控制酶用量:0.07kg/t纸

胶黏物控制剂用量:0.3kg/t纸

磨后浆pH值:6.73

磨后浆温度:47℃


3.3在实际生产中, 的应用效果

在生产F400级纸管原纸时,分别使用胶黏物控制剂与胶黏物控制酶进行对比,配比为100%国废,且其他所有助剂、辅料均相同,生产条件也均未作调整。由表2和图8可见,使用胶黏物控制酶一烘处刮刀胶黏物附着量为91.57g/24h,而使用胶黏物控制剂附着量为116.42g/24h,使用胶黏物控制酶附着量明显较低。这说明在使用胶黏物控制酶时纸浆中所含胶黏物黏性、附着性明显低于胶黏物控制剂。由表3可见,在实际生产中使用胶黏物控制剂时F400级纸管原纸上网浆中大于0.15mm的胶黏物含量为101mm2/kg,使用胶黏物控制酶时其含量为85mm2/kg,说明胶黏物控制酶能够更加有效地分解纸浆中的大胶黏物,降低纸浆中大胶黏物的比例。

 


4 结束语

(1)胶黏物控制酶的活性在40~55℃之间,会随着温度的升高而升高­,在选择胶黏物控制酶的添加点时,应该尽可能地选择温度高的部位。大部分的纸管原纸生产流程,温度最高的部位基本都在磨后,但会有例外。

(2)pH值在5.0~7.0之间时,胶黏物控制酶的活性会随着pH值的升高而升高;pH值在7.0~8.0之间会达到一个峰值。我公司纸管原纸的浆料pH值一般在6.5~7.0之间。pH值过高会对吸水值等一些指标产生影响,因此,在实际应用中pH值未进行为使其达到峰值而进行的相应调整。

(3)综合考虑温度、pH值、反应时间等多方面影响因素,选择胶黏物控制酶的最佳加入点应该是尽可能靠近整个流程的尽头、温度尽可能高的部位,即磨后浆下浆管道。

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