[发明专利]采用棉秆皮为原料生产纸浆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纸浆的生产方法，特别涉及一种以韧皮纤维为原料采用酶-亚铵法生产纸浆的方法。

背景技术

长期以来，原料问题一直严重制约制浆造纸工业的发展。原料严重不足，且草类原料多，木材原料少。木材供应的严重不足致使造纸工业在以草为主的道路上苦苦挣扎了几十年，处于十分被动的局面。开发新的原料一直是本领域技术人员正在探索的难题。棉秆是正在研究开发的原料。我国棉花种植面积有8000多万亩，其中棉秆皮年生物总量达400万吨左右，棉杆芯1200万吨左右，来源丰富。棉秆皮含综纤维素62.78％，棉秆皮纤维一般长度1.40-3.50mm，一般宽度0.0157-0.0229mm，长宽比113∶1，是制造高强度纸浆的优良原料。但棉杆的处理技术未获得有效突破，未能实现工业化应用。

中国专利200710034304.X″棉秆皮芯机械分离方法及专用设备″成功地解决了棉秆皮芯分离难题，为现代工业提供了棉秆皮(韧皮纤维)和棉杆芯(木质纤维)两种不同的纤维材料。该专利利用机械辗压、打击和拨击等物理手段在分离棉秆皮芯的同时，能有效地清除大部分棉秆皮表面的角质层，角质层由蜡质、果胶和蛋白质组成的不含纤维素，具有疏水性，除去角质层后能大大减轻后续处理的负担。

由于棉秆皮和棉杆芯的化学组分及其纤维形态差异大，棉秆皮含果胶在7％以上，木质素18％左右，而棉杆芯几乎不含果胶，二者不能采用同样的方法处理。棉秆皮如果未先进行脱胶处理就直接蒸煮制浆，在制浆时不仅消耗大量药品，增大成本，加重污染，而且由于果胶质多而产生大量泡沫，使洗涤困难。对于木质素而言，其在植物中的功能之一就是保护植物细胞不被外界微生物所侵蚀，这种特性决定了木质素不能被大多数微生物分解，但由白腐菌分泌的漆酶与木质素酶可以逐步分解木质素。中国专利申请CN101139804A公开了一种利用生物酶制取环保纸浆的方法，它利用上述原理，将制浆原料经过切段或切片处理后，在原料浸泡池中加入可降解木质素的漆酶和木质素酶，降低木质素分子质量，增加木质素的溶出和被抽提的能力，实现木质素与纤维素和半纤维素的分离，并采取机械搓磨分丝、磨浆、螺旋挤浆、纤维疏解、精浆调节、精细筛选等方法，其目的在于实现纸浆制取成本低、良浆浓度高，无污染排放。但该专利只是考虑了植物原料中木质素的处理，未涉及果胶的处理，对草料、木材、麻、棉秆等不同成份的植物原料采用同一技术方案处理，即均采用漆酶与木质素酶降解其木质素，而未对其他成份进行处理，事实上，在实际生产处理不同植物纤维的过程中，会因果胶等其他杂质的存在而无法达到其所描述的效果。

申请人在先申请了中国专利200910042847.5，该专利申请公开了一种采用棉杆芯或罗布麻杆芯生产纸浆的方法。它以经皮芯分离后的棉杆芯或罗布麻杆芯为原料，采用酶-亚铵法生产。酶-亚铵法生产包括发酵软化步骤和制浆步骤。发酵软化步骤是：将棉杆芯或罗布麻杆芯浸泡在催化分解剂溶液里，催化分解剂为复合生物酶，复合生物酶包括漆酶和木质素酶。该发明可以直接将经过棉秆皮芯分离机分离的碎杆芯浸泡在催化分解剂溶液里，降解木质素，软化纤维，无需设置原料粉碎工序。同理，该专利也只是考虑了植物原料中木质素的处理，未涉及果胶的处理，同样也无法直接应用于棉杆皮的制浆中。

另一方面，现有技术中已公开了一些公知常识，如1、催化反应的专一性是酶最重要的特性之一，即一种酶只能针对一种或一类结构相似的底物进行某种类型的催化反应，如上述专利申请提到的用漆酶与木质素酶只能降解木质素，不能催化降解果胶。2、酶来自生物体，一般酶的催化反应均为非极端条件，除个别酶种外，均需在常温常压条件下反应。3、酶是大分子物质，其体积一般比水分子大上千倍。酶的活性部位是酶分子的很小部分，是酶分子中与底物结合并催化反应的基础。只有使酶分子的活性部位与底物充分接触、契合，才能起到催化反应。

基于上述公知常识，中国专利申请CN101139804A的技术方案存在以下问题：

1、仅靠直接连续长时间通蒸汽以控制生物酶发酵液的温度为80-90℃，使生物酶长时间处于80-90℃溶液中，难免会失活，而且这种直接通蒸汽的方式在实际工业化生产中很难有效控制液温，液比变化大，反应过程不稳定。

2、该技术方案是在敞口容器中发酵降解木质素，说明其降解过程是在充氧条件下进行的，而在充氧条件下，即使添加了尿素等促进剂，其氨化反应也无法进行。

3、未添加任何促进剂，在工业化生产中，无法达到与底物有效结合的效果。