化机浆细小组分改性方法及其在提高化机浆成纸强度中的应用与流程

本发明属于制浆造纸领域，具体涉及一种化机浆细小组分改性方法及其在提高化机浆成纸强度中的应用。

背景技术：

1、化机浆制浆过程中，会产生大量细小组分。这些细小组分主要包括纤维碎片、木素-碳水化合物复合体以及细小纤维等，粒径通常在200目（75μm）以下。若直接排放，不仅造成资源浪费，还会增加废水处理负荷。将其回用至纸浆中，是业内公认的资源化途径。然而，未经改性的化机浆细小组分表面覆盖有大量木素和抽提物等疏水性物质，羟基暴露量少，与长纤维的结合能力弱；加之其尺寸微小，在抄纸过程中极易随白水流失，留着率低，对成纸强度的贡献极为有限，甚至因堵塞纸幅造成滤水困难。

2、纤维素酶处理与超声处理是纸浆纤维改性的常规物理-生物手段。已有较多研究公开了利用纤维素酶处理改善纸浆打浆性能、利用超声空化效应暴露纤维羟基以增强纤维间结合的方法。然而，这些技术的研究对象均为具有完整纤维骨架的长纤维浆料，其目的在于微纤丝化、辅助打浆或物理切断。对于结构脆弱、比表面积大、表面化学惰性的细小组分而言，直接套用针对长纤维的常规酶解和超声工艺参数，将产生以下问题：一方面，若将用于长纤维的常规酶解工艺直接套用于细小组分，较高的酶用量和较长的处理时间容易导致细小组分被过度水解为可溶性糖，造成物料大量损失；另一方面，常规超声的连续、高功率作用会粉碎脆弱的细小组分颗粒，并引发表面角质化和不可逆团聚，反而封闭了羟基位点。因此，需开发一种专门针对细小组分特性的改性方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种化机浆细小组分改性方法及其在提高化机浆成纸强度中的应用，该方法通过对工艺参数和处理顺序的针对性设计，实现了细小组分表面羟基的充分暴露与颗粒形态保持的统一，将其回用后可提高成纸强度。

2、本发明采用的技术方案为：

3、本发明的第一个目的是提供化机浆细小组分改性方法，包括以下步骤：

4、（1）细小组分的收集：对化机浆制浆过程产生的细小组分进行分离收集，作为待处理原料，粒径主要分布在10~100 μm；

5、（2）酶解处理：将步骤（1）所得细小组分用ph为4.5-5的柠檬酸钠缓冲溶液配制成质量分数1%-3%的悬浮液（以绝干计），温度50-55℃，加入内切葡聚糖酶，处理时间为2-4h；内切葡聚糖酶能够作用于纤维素长链内部的无定形区（非结晶区），随机切割β-1,4糖苷键，在细小组分的纤维表面形成结构缺陷，并创造出新的链末端，提高羟基等活性基团的数量；

6、（3）灭活：酶解结束后，将悬浮液升温至90-95℃，保温10分钟，使内切葡聚糖酶失活变性脱落，得到酶解细小组分；

7、（4）超声处理：将步骤（3）所得酶解细小组分用去离子水调至质量分数为1%-2%，在冰水浴冷却下进行脉冲式超声处理，超声功率100-300w，工作模式为超声5秒，间歇5秒，总超声时间30-60分钟，处理结束后得到改性化机浆细小组分。

8、进一步地，步骤（2）中所述内切葡聚糖酶的酶用量为10-20 bhu-2-hs /g绝干细小组分。

9、进一步地，步骤（3）灭活后还包括将细小组分进行抽滤，并用蒸馏水洗涤2～3次的步骤。

10、进一步地，步骤（4）中超声处理使用的为超声波破碎仪，超声波频率22±1khz，探头直径为10mm，变幅杆浸入液面下1-2 cm。

11、本发明的第二个目的是提供一种改性化机浆细小组分在提高化机浆成纸强度中的应用，所述改性化机浆细小组分是采用如上述第一个目的所述的方法制备获得。所述改性化机浆细小组分的加入量为化机浆绝干质量的1%-10%。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

13、（1）本发明对化机浆细小组分进行酶解-超声联合处理，针对其结构脆弱、比表面积大、表面惰性物质覆盖度高的特性，设计了不同于常规长纤维的酶解工艺。在酶解阶段，选用内切葡聚糖酶进行酶解，在不破坏纤维素结晶区的条件下，酶解破坏纤维素长链内部的无定形区，并采用低酶用量和短时处理工艺，在细小组分表面制造离散的、点状的结构缺陷，形成离散分布的微观结构弱化界面与微裂隙，避免了过度酶解造成的物料损失；在超声阶段，基于酶解形成的薄弱界面作为空化靶点，超声空化作用使细小组分发生层间剥离、表面分丝、润胀，暴露了内部新鲜羟基。

14、（2）本发明确立了先酶解灭活、后超声的处理顺序，这一顺序是基于细小组分特性实现协同增效的关键。若颠倒顺序，即先超声后酶解，则超声的非选择性空化冲击会使细小组分中结晶区和非结晶区均受到冲击，产生大量碎片，后续加入的酶直接将这些碎片水解消耗，导致酶无法发挥预期的结构改性作用，整体处理效果不佳。只有在本发明的特定顺序下，即通过先酶解制造缺陷、后超声顺势剥离的先后配合机制，才能实现酶解与超声的协同促进效果，其最终效果明显大于单独酶解与单独超声效果的简单相加，表现出协同增效作用。

15、（3）经本发明改性后的细小组分，在回配至化机浆时，在化机浆绝干质量的1%-10%添加量范围内，成纸强度均有提高，且浆料游离度下降幅度可控。

1.一种化机浆细小组分改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的化机浆细小组分改性方法，其特征在于，所述缓冲液为柠檬酸钠缓冲溶液。

3.根据权利要求1所述的化机浆细小组分改性方法，其特征在于，所述悬浮液中化机浆细小组分的质量分数为1-3%。

4.根据权利要求1所述的化机浆细小组分改性方法，其特征在于，所述内切葡聚糖酶的酶用量为10-20 bhu-2-hs/g绝干细小组分。

5.根据权利要求1所述的化机浆细小组分改性方法，其特征在于，所述酶解处理的时间为2-4h。

6.根据权利要求1所述的化机浆细小组分改性方法，其特征在于，所述灭活的方法为：将酶解处理后的悬浮液加热至90-95℃，保温6-10分钟完成灭活。

7.根据权利要求1所述的化机浆细小组分改性方法，其特征在于，所述超声处理为脉冲式超声处理，功率为100-300 w，时间为30-60分钟。

8.根据权利要求7所述的化机浆细小组分改性方法，其特征在于，所述超声处理是在冰浴冷却环境中进行的。

9.一种改性化机浆细小组分在提高化机浆成纸强度中的应用，其特征在于，所述改性化机浆细小组分是采用如权利要求1至8任一项所述的方法制备获得。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述改性化机浆细小组分的加入量为化机浆绝干质量的1%-10%。