果胶酶处理造纸白水对薄页包装纸阳离子化学助剂使用效果影响的研究

许耀光 黄六莲 陈礼辉 胡会超 刘 凯 苗庆显

（福建农林大学材料工程学院, 福建 福州 350002）

果胶酶处理造纸白水对薄页包装纸阳离子化学助剂使用效果影响的研究

许耀光 黄六莲 陈礼辉 胡会超 刘 凯 苗庆显

（福建农林大学材料工程学院, 福建 福州 350002）

研究白水中阴离子垃圾对PAE的增湿强效果、壳聚糖的增干、湿强效果、阳离子淀粉的增干强效果以及AKD的施胶效果的影响，并与使用果胶酶处理阴离子垃圾后阳离子助剂使用效果对比。结果表明：阴离子垃圾可显著降低阳离子添加剂的使用效果；白水经果胶酶处理后，阴离子垃圾对阳离子助剂的不利影响显著下降，阳离子助剂的效果得到明显增强。

果胶酶 白水 阴离子垃圾 阳离子助剂

0 前 言

随着高得率浆及废纸使用比例的增加、造纸企业标准用水量的降低、白水封闭循环程度的提高以及各种造纸助剂的大量使用，使白水中阴离子垃圾的积累越来越严重。这些阴离子垃圾降低了细小纤维的留着率、纸张的干和湿强度、施胶度，不利于降低企业的生产成本。因此，如何使白水中阴离子垃圾的含量降低已经成为当前造纸企业面临的难题。目前，阴离子垃圾捕捉剂种类有聚合氯化铝、多孔性填料、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、果胶酶等[1]。 果胶酶可将果胶分解为水溶性的高聚合度果胶，可降低DCS中果胶含量、提高阳离子化学助剂使用效果，且不会污染环境[2-6]，因此已被应用到生产实践中。在叙述中，将以薄页包装纸为研究对象，考察果胶酶处理白水对几种典型的造纸阳离子化学助剂（聚酰胺环氧氯丙烷树脂、阳离子淀粉、壳聚糖、AKD）使用效果的影响，以期为薄页包装纸的生产实践提供指导。

1 试 验

1.1 原料

试验所用的原料是80%的KP浆与20%的 DIP浆（全部来源于福建优兰发公司）混合组成，经打浆风干后测量水分密封备用，经检测纸浆打浆度在51oSR左右。

1.2 试剂

蒸馏水、聚酰胺环氧氯丙烷树脂（PAE，固含量12%）、AKD(固含量15%)、阳离子淀粉、壳聚糖（黏度＞400 mPa·s）、聚半乳糖醛酸（PGA）、氢氧化钠、盐酸、果胶酶、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、醋酸、氯化铁、硫氰酸钾。将PAE（固含量12%）稀释100倍备用。

取适量蒸馏水于烧杯中，在水浴锅内加热到90 ℃，再加入适量阳离子淀粉配成浓度0.08%的淀粉溶液，搅拌糊化15 min后冷却到室温备用。将0.5 g壳聚糖溶解在100 g浓度为1.0%的乙酸溶液备用。首先配制浓度为0.5%的阳离子淀粉溶液，取适量淀粉溶液与20 gAKD混合，并加热到60 ℃，同时加热160 g蒸馏水（用醋酸调节pH=3），当AKD蜡粉完全溶解后，将加热好的蒸馏水加入到混合液中，并高速搅拌10 min后，将AKD乳液迅速冷却至室温备用。

1.3 仪器与设备

DA-500电子天平、纸页抄取器、油压机、纸页干燥器、纤维疏解机、电脑测控卧式抗张试验机、切纸刀、78-1磁力加热搅拌器、KQ3200DE数控超声波清洗器、HH-4恒温水浴锅、精密酸度计PHS-3C型、玻璃棒、烧杯、培养皿。

1.4 纸页抄造

（1）浆料的制备：将备用的浆料浸泡24 h后，用纤维疏解机疏解10 min，取出后用特定溶液（分别是水、白水、果胶酶处理白水）稀释成0.1%的浆浓备用。

（2）白水的制备：将聚半乳糖醛酸（PGA）溶解在0.1 mol/L的NaOH中，配制成0.1 g/L的PGA溶液，然后用稀盐酸调节pH=8备用。此试验用PGA溶液代替白水。

（3）果胶酶处理白水：向配制好的白水中加入2 000 U/L的1.0%果胶酶溶液，在55℃的水浴锅中恒温反应15 min。

（4）定量35 g/m2薄页包装纸抄造：按照湿强剂用量（基于浆料，见表1）取特定量的湿强剂溶液（见1.2试剂）加入到上述已制备好的0.1%浆浓的浆料中，搅拌5 min后使用实验室半自动纸张抄造器进行抄造；湿纸幅经油压机压榨5 min后在纸页干燥器上烘干，密封24 h，待平衡水分后再测定纸张的干强度与湿强度。

表1 纸张抄造工艺

1.5 检测与分析

纸张干强度与湿强度的测定，按照《制浆造纸分析与检测》进行测定；纸张施胶度的测定采用液体渗透法进行测定[7]。

2 结果与讨论

2.1 果胶酶处理PGA对PAE增强效果的影响

由图1可知，PAE的加入能显著提高纸张的湿强度。随着PAE用量的增加，湿强度先快速升高；在用量超过0.4%后提升速率放缓，可以看出PAE的最佳用量为0.4%左右。经添加PGA后，PAE的使用效果明显下降，在用量为0.4%时湿强度降低了52.9%，这是因为PGA含有很高的负电荷，他们会优先与阳离子助剂反应，显著降低PAE的使用效果。在此基础上，加入果胶酶处理PGA后，PAE的增湿强效果回升，在用量为0.4%时湿强度增加了29%。这是因为PGA经果胶酶处理后，果胶酸被降解，DCS的阳离子需求量减少，PAE受到的影响也降低。因此，经果胶酶处理后，可以使用更少的阳离子助剂达到相同的效果或使用等量的阳离子助剂达到更好的效果。

图1 果胶酶处理PGA对PAE增强效果的影响

2.2 果胶酶处理PGA对阳离子淀粉增强效果的影响

由图2可以看出，阳离子淀粉的加入能够显著提高纸张的干强度。随着阳离子淀粉加入量的增加，纸张的干强度增加的速度先快后缓，在用量为1.0%时增强效果最好。此时，纸张的干强度增加了10.8%。在加入PGA后，由于PGA所带的负电荷优先与阳离子淀粉的阳电荷结合，影响了阳离子淀粉的使用效果，所以阳离子淀粉对纸张的增强作用下降。在用量为1.0%时降低了5%，由此可以看出，PGA对阳离子淀粉的影响不可忽视。在此基础上经果胶酶处理后，纸张的干强度又提高了，介于没有经PGA处理和经PGA处理之间。与经PGA处理相比，在用量为1.0%时干强度增加了2.4%。综合图2的所有数据可知，果胶酶能够减轻PGA对阳离子淀粉的不利影响。

图2 果胶酶处理PGA对阳离子淀粉增强效果的影响

2.3 果胶酶处理PGA对壳聚糖增干强效果的影响

由图3和图4可以看出，壳聚糖的加入确实提高了纸张的强度，但在提高纸张湿强度方面效果不如PAE明显。随着壳聚糖加入量的增加，纸张强度提升速率依然是先快后慢，增强效果是在用量为0.6%时最好，与用量为0.1%时相比干强度增加了32.7%，湿强度增加了70%。但加入PGA后，壳聚糖使用效果明显下降，干强度下降了12.1%，湿强度降低了35.7%，由此可以看出PGA对壳聚糖的增湿强效果影响更大。经过果胶酶处理PGA后，壳聚糖受到的影响减轻，与经PGA处理相比，干强度增加了3%，湿强度增加了33.3%。由此可以看出阴离子垃圾能够影响壳聚糖的使用效果，果胶酶可以减弱这种影响。

图3 果胶酶处理PGA对壳聚糖增干强效果的影响

图4 果胶酶处理PGA对壳聚糖增湿强效果的影响

2.4 果胶酶处理PGA对AKD施胶效果的影响

在薄页包装纸抄造过程中，AKD是一种常用的中性施胶剂。从图5可以明显看出AKD的使用能够提高纸张的施胶度，最佳用量为0.25%。在加入PGA后，由于阳离子需求量的增高，使得AKD的施胶效果受到影响，施胶度下降了49%。可见阴离子垃圾对AKD施胶剂的影响非常大。但利用果胶酶处理PGA后，此影响效果减弱，与之前相比，施胶度提高了35.1%。由此可以看出，果胶酶在保护AKD施胶剂使用效果方面的能力也十分突出。

图5 果胶酶处理PGA对AKD施胶效果的影响

3 结束语

白水中的DCS对薄页包装纸阳离子化学助剂的使用效果具有显著的负面效应；果胶酶处理可有效去除白水中的DCS物质、显著降低白水的阳离子需求量，进而降低了DCS对PAE、阳离子淀粉、壳聚糖、AKD的不利影响，增强了阳离子助剂的使用效果。

[1] 付建生，张军礼，袁世炬,等． 造纸湿部阴离子垃圾及其捕捉剂 [J]． 湖北造纸,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，詹怀宇，秦梦华． 果胶酶处理BCTMP中DCS及对阳离子助剂作用效果的影响[J]． 中国造纸, 2006, 25(8): 23．

[5] 苗庆显，秦梦华，陈礼辉,等． 杨木P-RC APMP中溶解和胶体物质的特性分析[J]． 中国造纸学报, 2010, 25(3): 13．

[6] 张春辉，詹怀宇，李静,等． 果胶酸类物质的酶解及其对DCS稳定性的影响[J]． 中国造纸学报, 2010, 25(2): 39．

[7] 石淑兰, 何福望． 制浆造纸分析与检测[M]． 北京: 中国轻工业出版社, 2003．

作者介绍：黄六莲教授，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.

福建省高校产学合作科技重大项目“高速纸机上二次纤维生产薄页纸的研究”（项目编号2011H6003）；高速纸机上化学热磨机械浆配抄壁纸原纸的研发（项目编号2012H6004）。