一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法

摘要

本发明属于造纸技术与新材料领域，具体涉及一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法。本发明以禾草为原料，采用碱性生物酶进行处理，然后在热碱蒸汽加热处理后磨浆、洗涤，即得。采用本发明方法制备得到的机械浆环压指数显著提高，用于制备瓦楞纸或箱板纸，可显著提高纸箱的抗压强度。

权利要求

1.一种禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)把物理挑选除尘后的风干禾草秸秆切成3-6cm长的备用原料；

(2)把备用原料放入常温处理器或反应釜中，按照1:4-1:8W/V的液比对禾草秸秆进行碱性复合酶作用处理，在处理过程，添加碱，使得禾草秸秆的pH值在7-10，处理时间控制在

30-90min；

(3)将步骤(2)处理的禾草秸秆取出，用温度100-120℃的热碱蒸汽进一步处理；

(4)将步骤(3)处理后的禾秸秆进行一段或多段磨浆，使其打浆度在25-55°SR；

(5)磨浆后进行水洗，得生物机械浆；磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能再用于步骤(3)热碱蒸汽处理；

(6)所得生物机械浆经纤维疏解器疏解、混合均匀，即得；

步骤(2)所用碱性生物复合酶为碱性木聚糖酶、碱性纤维素酶、碱性果胶酶三种酶的复配酶，总用量是30-120IU/mL；其中，碱性木聚糖酶、碱性纤维素酶、碱性果胶酶的酶活比例为8～12:3-5:1.5～3。

2.根据权利要求1所述的禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，其特征在于，步骤(2)添加碱的用量为0.5％-3％。

3.根据权利要求2所述的禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，其特征在于，所用碱为NaOH或KOH。

4.根据权利要求1所述的禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，其特征在于，步骤(2)处理温度为45-60℃。

5.根据权利要求1所述的禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，其特征在于，步骤(3)热碱蒸汽处理时间为10-60min。

6.根据权利要求5所述的禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，其特征在于，步骤(3)所述热碱pH值9-14。

7.根据权利要求1所述的禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，其特征在于，所述禾草为麦草。

8.权利要求1-7任一项所述方法制备得到的机械浆。

9.权利要求8所述机械浆在制备原色包装纸中的应用。

说明书

一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法

技术领域

[0001] 本发明属于造纸技术与新材料领域，具体涉及一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法。

背景技术

[0002] 2016年我国纸浆进口达2106万吨，废纸进口达2850万吨，造纸纤维原料的进口依赖程度接近50％，废纸的大量进口弥补了我国纤维原料的缺口，支撑了造纸业的发展。2017年4月中央发布了《关于禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》，明确规定从今年底起我国将禁止进口未经分选的废纸。2018年废纸进口总额为2017年的33％，到2020年，我国禁止进口废纸。我国正面临着每年的缺少2600万吨左右的造纸原料。传统造纸行业资源短缺的问题将进一步突显。研究开发新的造纸原料迫在眉睫，为此研究者，在可循环可再生的草类原料中挖掘发现，寻找新的造纸原料。

[0003] 传统化学法制浆过程中，植物原料的大部分半纤维素被降解后溶解在制浆黑液中。通常采用燃烧法处理黑液，以回收热能和化学药品。由于黑液中的半纤维素燃烧热值很低，对其直接进行燃烧处理，不仅浪费能源，还耗用了很好的生物质资源。发展草类资源制浆造纸，目前最大的问题是污染问题，这是草浆存在的主要问题，也是草浆能否生存的关键问题。

[0004] 因此，研究开发适用于草浆的低污染、低耗能、高质量的制浆方法是中国造纸行业研究重点，也是迫切需要突破的行业发展瓶颈。

[0005] 利用生物酶和微生物的降解作用对草浆进行处理，是生物制浆的热门研究领域。利用酶和微生物与利用微生物处理相比，利用酶处理原料，由于不需灭菌处理和较大的发酵空间以及酶作用于底物具有专一性等特点，使其应用于制浆造纸工业更具有优势。但目前对酶预处理的生物制浆研究主要集中在化学制浆与漂白方面，用于麦草高得率浆和提高制浆性能的研究鲜有报道。

发明内容

[0006] 针对以上所述问题，本发明提供一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法。利用麦草秸秆作为制浆原料，采用汽蒸或热水处理麦草秸秆，然后加微量碱(NaOH或KOH)，调节其pH值至10-14，对麦草秸秆进行热饱和软化后调节麦草秸秆的温度，加入碱性复合酶进行生物处理，最后对麦草秸秆进行磨浆，制备得到的机械浆能够满足生产本色包装类纸和纸基材料的要求。

[0007] 本发明采用以下技术方案：

[0008] 本发明第一个方面，提供一种禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，包括以下步骤：

[0009] (1)把物理挑选除尘后的风干禾草秸秆切成3-6cm长的备用原料；

[0010] (2)把备用原料放入常温处理器或反应釜中，按照1:4-1:8W/V的液比对禾草秸秆进行碱性复合酶作用处理，在处理过程，添加微量碱，使得禾草秸秆的pH值在7-10，处理时间控制在30-90min；

[0011] (3)将步骤(2)处理的禾草秸秆取出，用温度80-120℃的热碱水或热蒸汽进一步处理；

[0012] (4)将步骤(3)处理后的禾秸秆进行一段或多段磨浆，使其打浆度在25-55°SR；

[0013] (5)磨浆后进行水洗，得生物机械浆；磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能再用于步骤(1)热水或蒸汽处理；

[0014] (6)所得生物机械浆经纤维疏解器疏解、混合均匀，即得。

[0015] 本发明第二个方面，提供以上所述方法制备得到的机械浆。

[0016] 本发明第三个方面，提供以上所述机械浆在制备本色包装纸、纸基材料中的应用。

[0017] 本发明取得的有益效果：

[0018] 本发明以禾草为原料，采用碱性生物酶进行处理，然后在热碱蒸汽加热处理后磨浆、洗涤，即得。本发明磨浆完成时生物机械浆的pH接近中性，且磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能在用于热水预处理段，整个生产过程无需碱回收，从源头上避免了对环境的污染。该技术符合国家资源节约、经济循环、节能减排的产业政策。克服了现有技术中草浆碱废水难回收，污染严重的问题；这对于草浆的产业化生产及造纸行业的发展意义重大。

[0019] 本发明方法简单，对设备要求较低，适用于广大中小型造纸企业的生产。

[0020] 采用本发明方法制备得到的机械浆环压指数显著提高，用于制备瓦楞纸或箱板纸，可显著提高纸箱的抗压强度。

具体实施方式

[0021] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0022] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

[0023] 针对，背景技术中提出的问题，本发明第一个方面，提供一种禾草秸秆制备生物机械本色浆的方法，包括以下步骤：

[0024] (1)把物理挑选除尘后的风干禾草秸秆切成3-6cm长的备用原料；

[0025] (2)把备用原料放入常温处理器或反应釜中，按照1:4-1:8W/V的液比对禾草秸秆进行碱性复合酶作用处理，在处理过程，添加碱，使得禾草秸秆的pH值在7-10，处理时间控制在30-90min；

[0026] (3)将步骤(2)处理的禾草秸秆取出，用温度100-120℃的热碱蒸汽进一步处理；

[0027] (4)将步骤(3)处理后的禾秸秆进行一段或多段磨浆，使其打浆度在25-55°SR；

[0028] (5)磨浆后进行水洗，得生物机械浆；磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能再用于步骤(1)热水或蒸汽处理；

[0029] (6)所得生物机械浆经纤维疏解器疏解、混合均匀，即得。

[0030] 本发明首选采用碱性生物酶处理禾草秸秆，可使半纤维、木素、果胶等物质发生降解，使纤维素与半纤维素、木素之间的连接键断裂、打开；酶处理的同时，添加微量的碱，使浆液的pH成碱性，可使木素快速溶出。经碱性生物酶处理后，再用热碱蒸汽进一步处理，热碱蒸汽可使木素、半纤维素等充分溶胀、抽出，使草浆进一步软化；同时减少了对纤维的损伤，保证了纸浆质量；蒸汽加热处理同时可使草浆中的生物酶完全失活，避免生物酶对后续制浆的影响。

[0031] 进一步地，步骤(2)所用碱性生物复合酶为碱性木聚糖酶、碱性纤维素酶、碱性果胶酶三种酶的复配酶，总用量是30-120IU/mL；其中，碱性木聚糖酶、碱性纤维素酶、碱性果胶酶的酶活比例为8～12:3-5:1.5～3。

[0032] 现有技术中，为保护生物酶活性，往往先采用热水或蒸汽对制浆原材料进行预处理，使材料中的金属离子大量溶出后，减少金属离子对生物酶活的影响。本发明碱性生物复合酶相互配合，降解效果显著；无需先用热水处理，保证了纸浆得率。

[0033] 进一步地，步骤(2)添加碱的用量为0.5％-3％。

[0034] 进一步地，所用碱为NaOH或KOH。

[0035] 进一步地，步骤(2)处理温度为45-60℃。在该温度范围内，酶解效率最高。

[0036] 进一步地，步骤(3)热碱水蒸汽处理时间为10-60min。在该处理时间范围内，可使木素、半纤维素等成分溶出，同时避免了处理时间过长，造成纸浆得率的降低。

[0037] 进一步地，步骤(3)所述热碱水pH值9-14。采用该pH值蒸汽进行处理，效果最佳。

[0038] 进一步地，所述禾草为麦草。

[0039] 本发明第二个方面，提供以上所述方法制备得到的机械浆。本发明所得机械浆，不仅得率高，而且抗张强度、环压强度等均显著提高。

[0040] 本发明第三个方面，提供以上所述机械浆在制备原色包装纸、纸基材料中的应用。本发明机械浆可用于制作包装纸或纸基材料，如用于制备瓦楞纸、箱板纸等。本发明机械浆的环压强度高，制备得到的纸箱具有抗压能力强的优势。

[0041] 为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

[0042] 采用的生物酶来自山东隆科特酶制剂有限公司、诺维信生物酶制剂中国公司。

[0043] 实施例1一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法

[0044] 所述方法，包括以下步骤：

[0045] (1)把物理挑选除尘后的风干麦草秸秆切成3cm长的备用原料。

[0046] (2)把备用原料放入常温处理器或反应釜中，按照1:5kg/L的液比对麦草秸秆进行温水与碱性复合酶作用处理，在处理过程中，用NaOH调节pH值，使得麦草秸秆含水的pH值为8，处理时间控制在90min，温度在50℃，酶用量为100IU/mL，碱性木聚糖酶、碱性纤维素酶、碱性果胶酶的酶活比例为8:3:1.5。

[0047] (3)将步骤(2)处理的麦草秸秆取出，然后用pH值14，温度110℃的热碱水蒸汽进一步处理软化麦草秸秆，时间60min，溶出部分半纤维素、木素、果胶等物质。

[0048] (4)将步骤(3)处理后的麦草秸秆进行一段或多段磨浆，使其打浆度在42°SR。

[0049] (5)磨浆后进行水洗，得生物机械浆；磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能再用于步骤(1)热水或蒸汽处理；

[0050] (6)所得生物机械浆经纤维疏解器疏解、混合均匀，即得。

[0051] 把磨好的浆抄制成定量70g/m2瓦楞原纸，进行物理指标的测试，各项物理指标可满足一般瓦楞原纸的要求，指标如下表1所示。

[0052] 对照方法1：生物酶采用酸性木聚糖酶：对反应釜或处理器中的热水和麦草秸秆混合物，用0.1mol/L HAc-NaAC缓冲液调节pH值为4.8，温度48℃，处理时间120min，酶用量为100IU/mL，酸性木聚糖酶、酸性纤维素酶、酸性果胶酶的酶活比例为8:3:1.5。

[0053] 其它步骤均与实施例1相同。

[0054] 对照方法2：未经生物酶处理，其它步骤均与实施例1相同。

[0055] 依据GB/T453—2002测定纸浆抗张指数，依据GB/T455—2002测定纸浆撕裂指数；依据GB/T2679.8-1995进行环压强度测定。各指标如下表1所示。

[0056] 表1不同方法生物机械浆的性能测定

[0057]

[0058] 实施案例2一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法

[0059] (1)把物理挑选除尘后的风干麦草秸秆切成4cm长的备用原料。

[0060] (2)把备用原料放入常温处理器或反应釜中，按照1:4kg/L的液比对麦草秸秆进行温水与碱性复合酶作用处理，在处理过程中，用NaOH调节pH值，使得麦草秸秆含水的pH值在9，处理时间控制在60min，温度55℃，酶用量为30IU/mL，碱性性木聚糖酶、碱性纤维素酶、碱性果胶酶的酶活比例为12:5:3。

[0061] (3)将步骤(2)处理的麦草秸秆取出，然后用pH值13，温度120℃的热碱水蒸汽进一步处理软化麦草秸秆，时间10min，溶出部分半纤维素、木素、果胶等物质。

[0062] (4)将步骤(3)处理后的麦草秸秆进行一段或多段磨浆，使其打浆度为40°SR。

[0063] (5)磨浆后进行水洗，得生物机械浆；磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能再用于步骤(1)热水或蒸汽处理；

[0064] (6)所得生物机械浆经纤维疏解器疏解、混合均匀，即得。

[0065] 把磨好的浆抄制成定量60g/m2瓦楞原纸，进行物理指标的测试，各项物理指标可满足一般瓦楞原纸的要求，指标如下表2所示。

[0066] 对照方法1：生物酶采用木聚糖酶：对反应釜或处理器中的热水和麦草秸秆混合物，用0.1mol/L HAc-NaAC缓冲液调节pH值为4.8，温度48℃，处理时间120min，酶用量为30IU/mL，酸性木聚糖酶、酸性纤维素酶、酸性果胶酶的酶活比例为12:5:3。

[0067] 其它步骤均与实施例2相同。

[0068] 对照方法2：未经生物酶处理，其它步骤均与实施例2相同。

[0069] 依据GB/T453—2002测定纸浆抗张指数，依据GB/T455—2002测定纸浆撕裂指数；依据GB/T2679.8-1995进行环压强度测定。各指标如下表2所示。

[0070] 表2不同方法生物机械浆的性能测定

[0071]

[0072]

[0073] 实施案例3一种麦草秸秆制备生物机械本色浆的方法

[0074] (1)把物理挑选除尘后的风干麦草秸秆切成5cm长的备用原料。

[0075] (2)把备用原料放入常温处理器或反应釜中，按照1:6kg/L的液比对麦草秸秆进行温水与碱性复合酶作用处理，在处理过程中，用NaOH调节pH值，使得麦草秸秆含水的pH值在8，处理时间控制在60min，温度50℃,酶用量为80IU/mL，碱性性木聚糖酶、碱性纤维素酶、碱性果胶酶的酶活比例为10:4:3。

[0076] (3)将步骤(2)处理的麦草秸秆取出，然后用pH值12，温度100℃的热碱水蒸汽进一步处理软化麦草秸秆，时间30min，溶出部分半纤维素、木素、果胶等物质。

[0077] (4)将步骤(3)处理后的麦草秸秆进行一段或多段磨浆，使其打浆度为38°SR。

[0078] (5)磨浆后进行水洗，得生物机械浆；磨浆洗涤水采用多效蒸发器处理，回收固体残渣用于锅炉焚烧，回收热能再用于步骤(1)热水或蒸汽处理；

[0079] (6)所得生物机械浆经纤维疏解器疏解、混合均匀，即得。

[0080] 把磨好的浆抄制成定量80g/m2瓦楞原纸，进行物理指标的测试，各项物理指标可满足一般瓦楞原纸的要求，指标如下表3所示。

[0081] 对照方法1：生物酶采用木聚糖酶：对反应釜或处理器中的热水和麦草秸秆混合物，用0.1mol/L HAc-NaAC缓冲液调节pH值为4.8，温度48℃，处理时间120min，酶用量为80IU/mL，酸性木聚糖酶、酸性纤维素酶、酸性果胶酶的酶活比例为10:4:3。其它步骤均与实施例3相同。

[0082] 对照方法2：未经生物酶处理，其它步骤均与实施例3相同。

[0083] 依据GB/T453—2002测定纸浆抗张指数，依据GB/T455—2002测定纸浆撕裂指数；依据GB/T2679.8-1995进行环压强度测定。各指标如下表3所示。

[0084] 表3不同方法生物机械浆的性能测定

[0085]

[0086] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。