纤维的酶改性技术

纤维的酶改性技术

酶处理过的纤维更容易打浆，这就可以在磨浆能耗不变的条件下改变纸张的强度性能，或者是在降低磨浆能耗的情况下，使纸张的强度保持不变。采用酶来改善纤维质量是当今制浆造纸行业的一个研究新热点，并且取得了较大发展。酶的应用将有助于优化磨浆工艺，提高纸张质量和降低纸张生产成本。

1 用于纤维改性的酶产品

巴克曼公司最新开发了一种基于纤维素酶的Maximyze酶技术（系列酶产品）。这些酶已被证明对漂白阔叶木浆和漂白针叶木浆具有良好的改性作用。

图1为纤维采用酶改性和未采用酶改性对磨浆能耗和对纸张性能的影响。

由图1可以看出，酶处理后的纤维磨浆能耗与纸张性能曲线（实线）较酶处理前的曲线（虚线）要偏左。因此，纸厂可以根据具体需要选择应用策略：（1）保持磨浆能耗不变时，提高纸张强度性能（即图1中的从A到B以及从D到E的情况）；（2）保证纸张强度性能的前提下，降低磨浆能耗（即图1中的从A到C以及从D到F的情况）。也就是说，涉及到酶的具体应用时可以根据图1的曲线的形状和走势来参考和确定。

图1 Maximyze酶产品处理条件下磨浆对纸张性能的影响

表1显示的是游离度与纸张强度的关系（结合图1）[表1中第1行是空白样（磨浆但未经酶改性）的数据；第2行为磨浆能耗保持不变时，Maximyze酶对纤维进行改性后的数据；第3行显示的是当磨浆能耗减少时，Maximyze酶对纤维进行改性所得到的数据]。

表1 Maximyze酶对浆料游离度、磨浆能耗等指标的影响

纸厂为了保证浆料游离度不低于某一水平，必须确定可应用的磨浆能耗的最大值。游离度的目标值通常是由纸机网部的滤水性能、纸机的车速或者是产品的产量来决定。通过表1可以看出，经过Maximyze酶改性的纤维，浆料游离度低于初始阶段，这对浆料在网部的滤水是有促进作用的。

图2总结了制浆造纸生产过程中，在磨浆与不磨浆条件下，Maximyze酶的主要应用优势。通常，在以OCC废纸为原料生产挂面纸板的欧洲纸厂里是没有磨浆工序的。然而，在高级纸种和特种纸种的生产中，磨浆则是必须的工序。现在，卫生纸生产行业已经通过应用酶技术而获得了很大的收益，特别是在磨浆工序要求高的卫生纸纸种中表现得更加明显。

2 Maximyze酶的应用实例

某纸厂采用漂白原木浆生产各种规格的卫生纸。该厂在生产中采用了酶改性纤维技术，其目的是减少磨浆能耗，降低长纤维的百分率和提高纸机车速。

图2 磨浆与不磨浆条件下Maximyze酶的主要应用优势

该纸厂的生产相关参数如下。日产量：90 t。纸机车速：1 500 m/min。纸张定量：17 g/m2。浆料纤维组成：50%长纤维∶50%短纤维，均为漂白浆。磨浆机温度：48℃。pH为6.8～7.2。

图3显示的是某纸厂应用Maximyze酶的第1次小型中试情况。

图3 某纸厂应用Maximyze酶的第1次小型中试情况

由图3可见，Maximyze酶以500 g/t（纸）的用量加入到磨浆机中。当生产完第3卷卫生纸后，Maximyze酶提高纸张强度的效果就已经显现出来。纸张纵向抗张力和横向抗张力均得到增加。3台长纤维磨浆机可以关闭1台。当生产到第13卷纸和第18卷纸之间时，短纤维磨浆机也可以进行关闭。由于纸张仍然具有很好的强度性能，因此Maximyze酶的用量便逐渐减少了。在生产第16卷纸至第18卷纸时，Maximyze酶的用量减少为250 g/t（纸），在生产第19卷纸至第24卷纸时，Maximyze酶的用量仅为125 g/t（纸）。同时，压榨部压力从0.7 MPa下降到0.55 MPa。生产第19卷纸之后，短纤维磨浆机需要重新开启。在生产完第25卷纸后中试结束。整个中试过程中，纸机的车速一直保持不变。因为生产系统中仍存有一定量的Maximyze酶，因此其仍会起到一定的作用，但会慢慢减弱。当生产第28卷和第29卷纸时，可以明显观察到，纸张抗张强度下降了，此时则需要通过增加磨浆功率的方法来提高纸张强度了。

该厂最终将Maximyze酶技术应用于实践，其具体所使用的Maximyze 2545酶已经在实际生产中应用了近2年的时间。

该厂的Maximyze酶技术投资收益（按照每天生产90 t卫生纸计算）如下。（1）磨浆能耗减少：44 kW·h/t×0.07欧元/（kW·h）×90 t=277欧元。（2）长纤维减少量（%）：未使用Maximyze酶技术之前浆料配比为50%长纤维∶50%短纤维；使用Maximyze酶技术之后浆料的配比变为40%长纤维∶60%短纤维。上述2种不同纤维组成的浆料中，后者比前者每吨便宜34欧元。按照每天生产90 t产品计算，则每天可以节省306欧元。（3）纸张干强剂：每天节省216欧元。（4）Maximyze酶成本：每天为315欧元。（5）净利润：每天至少484欧元。

3 Maximyze酶的应用注意事项

在准备将酶应用于制浆造纸生产中时，对具体所涉及的制浆造纸相关工艺的认知和了解是很关键的。任何酶都有自身的特性，其在一定的酸碱度和温度范围内才具有应用功效，因此在选择最适用的酶之前必须做大量的准备工作。酶与纤维之间需要有足够的接触时间以便进行充分的化学反应。在氧化条件下，酶能够反应变性，这也是在应用时需要注意的。

对于一个项目而言，设定明确的目标是最基本的要求。做项目前要明确最终目标以及知道关乎项目成败的方法和措施是什么。项目实施过程中，相关资料、数据的收集是关键，例如，你可以设想为了降低生产成本而考虑使用不太昂贵的纤维原料。

（王亮）

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