有效控制胶粘物的酶制剂-去黏剂组合技术

有效控制胶粘物的酶制剂-去黏剂组合技术

该文研究了一种控制胶粘物的专利酶制剂和先进去黏剂的组合新技术。该技术使胶粘剂的控制取得突破性的进展：专利酶技术降低了胶粘物粒子的粒径和数量，而去黏剂则稳定了所有残余胶粘剂，减少了胶粘物在后续工段的凝聚。工厂应用验证了这种酶制剂和去黏剂的组合具有协同效应，去除胶粘物的能力比酶制剂强，而稳定胶粘物的能力比去黏剂好。研究结果表明，这种新技术已成为胶粘物控制的新水准。

1 技术进步、市场竞争和环境需求是影响回收纤维使用的三因素

过去的40年中，数种市场推力影响了造纸工业回收纤维的应用方向。某公司业内专家的调查表明，与胶粘物相关的纸张质量问题和纸机运行性能问题增多，这主要是由市场对高纸张质量性能的需求造成的。为了在当今市场立足，造纸生产者必须对纸张质量这些前所未有的、持续增长的期待不断作出响应。造纸生产者依靠程序化方法、机械方法和化学方法控制与胶粘物相关的各种问题。另外，环境改善措施使得从前常用于胶粘物处理的各种化学技术的应用受限。影响回收纤维使用的因素来自技术进步、市场竞争和环境需求等3方面。

1.1 技术进步

造纸的技术进步以及消费者技术革新使人们对纸张质量提出了更高的要求。为了满足这种需求，市场竞争推动化学品革新。正是这种革新，导致了具有较长水渗透保持性能的优良油墨黏合剂的发明。随着这些油墨黏合剂的应用而使它们进入回收纤维中，带来了更加顽固的纸张胶粘物沉积问题。

1.2 市场竞争

造纸行业历经了公司合并、纸张需求量缩减以及全球产能的重新整合，从而影响到回收纤维使用的格局。图1描述了持续影响回收纤维市场的新兴技术和市场因素。

图1罗列的因素中，很多是造纸生产者面临的挑战。全球对回收纤维的需求影响了回收纤维的价格和质量。造纸生产者不再需要供应商供应洁净的、质量如一的回收纤维。反之，造纸生产者考虑经济承受能力和可用性，接受质量较低的、受到污染的回收纤维。同时，化学品的创新增加了胶粘物的黏性，而全球对回收纤维需求量的增加造成回收纸料中污染物增多。

图1 持续影响回收纤维市场的新兴技术和市场因素

1.3 环境需求

20世纪70～90年代，有关环境保护方面的强制性法规促使造纸生产者在造纸过程中慎用化学品添加剂。在20世纪70～80年代所用的一些烈性（strong）清洁剂已经退出历史舞台，甚至20世纪90年代使用的一些不那么强烈的洗涤剂也由于水质和大气方面的环保法规而被禁止使用。现在，数家造纸公司实施最低风险法，取消那些甚至只含有最微量的有害污染物的化学添加剂。正如质量需求提升和全球市场竞争改变了胶粘物控制舞台那样，环境法规已经改变了可用作胶粘物控制剂的潜在化学品添加剂种类。现在，对绿色产品的需求，导致人们创造性地使用天然替代物，如酶和农业衍生产品。图2显示了因环境因素而受到关注的有关领域。

图2 环境因素使有关领域受到关注

2 竞争性市场推动纸张质量改善

造纸专家的一份调查报告分析了过去40年中胶粘物产生的主要原因，如图3所示。

图3 胶粘物问题产生的主要原因

随着造纸技术进步、用户技术发展以及市场竞争（如图1所列），业内最大的挑战主要来自对纸张质量的更高要求。这些变化是通过一系列的小步骤而产生的。尽管图2所列因素不一定全面，但这些因素当中许多是过去40年中纸质提升的关键动力。市场本质为竞争，正是一项革新推动另一项革新，促使造纸行业发生经济巨变。纸张性能的改善，造成新纸种的“问世”，如白度提高带来了高级纸的“诞生”、柔软度提高带来生活用纸以及印刷性能变好产生了包装纸。然而，这些新纸种也给回收纤维市场带来了新问题

对化学品性能的期望水平和实际胶粘物控制水平之间，总是存在着一段距离。然而，由于对改善纸张质量性能的需求超出现有化学品技术可以提升的程度，这个距离越拉越大。

3 化学品控制策略

多年来，虽然化学品控制策略得到改善，但是对纸张质量改善的需求超出了通过化学品来控制胶粘物相关问题的能力。一旦污染物机械去除工艺得到优化，造纸工作者就开始依赖化学处理方法来控制没有得到解决的胶粘物相关问题。由于对纸张质量要求提升，导致针对纸张质量的客户投诉以及与胶粘物相关的纸机运行性能问题急剧增多，而化学品控制胶粘物技术似乎远远落后于此。化学品处理方法似乎只将胶粘物从纸机的一个区域转移到另外一个表面，或者最终以大的凝聚胶粘物转移到纸张里面，还造成加工问题，这使得造纸工作者倍感沮丧。

造成纸张质量和化学品技术性能之间差距的原因之一为多数化学品处理策略都不能解决与胶粘物相关的根本问题。为了有效解决胶粘物问题，必须把胶粘物从工艺中排出去。为了更加全面了解胶粘物的化学性质的复杂性，表1列出了胶粘物的主要种类。

表1 胶粘物的主要种类

为了帮助消除纸张质量需求和化学品技术性能之间的差距，采用酶和去黏剂的混合物配制了一种新的产品，这种产品能够处理较为广谱的胶粘污染物。多数胶粘沉积物是表1所列不同种类的胶粘物混合形成的凝聚物。酶-去黏剂混合物采用化学方式改变了胶粘凝聚物的本质，通过减小醋酸酯和丙烯酸酯粒子的粒径和黏性，同时也消除了其他胶粘凝聚物的黏性。酶-去黏剂混合物将2种先进的胶粘物控制作用模式组合到了一个配方当中，尽管这种产品没有从工艺中完全去除胶粘物。

3.1 酶

酶是自然界产生的蛋白质，被活体生物用来提高特定化学反应的速率。酶不会为单一反应所消耗。事实上，酶可以在1 min之内参与无数的反应。然而，随着时间变化，系统条件会破坏酶，如pH、温度或者干扰化学品残余物。这种产品中有多种酶，它们作为催化剂一起作用，协助水解含有醋酸酯和丙烯酸酯组分的胶粘物物质的酯链。这种水解反应改变了胶粘物的化学结构，产生了稳定性变差且黏性降低的物质。化学性能被改变的胶粘复合物分解成了较小的颗粒。

3.2 去黏剂

20多年来，造纸工业采用去黏剂来控制胶粘物。去黏剂作用于胶粘污染物的表面。去黏剂的憎水部分附着在胶粘物的憎水表面。一旦附着以后，去黏剂的亲水末端保留在水相，在胶粘物的周围包裹一亲水层。根据化学结构、有效键接点以及相对分子质量不同，所采用的去黏剂也有所不同。好的去黏剂产品在稳定胶粘物方面的能力也强，可以防止凝聚。酶-去黏剂组合产品中的去黏剂是一种天然的聚合物，具有非常强的稳定能力，这种去黏剂像酶一样，也是天然产生的化合物。因此，酶-去黏剂组合物可视为环境友好产品或者绿色产品。

4 结果

酶基产品通过切断与聚醋酸乙烯酯（PVAc）类型胶粘物产生黏性的化学键，成功降低了许多工厂胶粘物粒子的粒径和数量。虽然PVAc类型的胶粘物占问题胶粘物的绝大部分，多数胶粘凝聚物含有数种类型的胶粘物成分。

将最好的去黏剂与最有效的胶粘物控制酶组合起来，具有改善其效能的潜质。这些不同作用模式组合可能带给我们所需要的协同效应。酶可以协助降低胶粘污染物颗粒的粒径，为去黏剂接触较小的胶粘物提供条件。同时，当污染物经过酶处理以后，去黏剂通过协助稳定这些污染物，可以提升酶的性能。实验室进行的评价酶和去黏剂兼容性能的研究表明，2种活性成分各自有效，但是还需要进行测试，以便确认2种活性成分一起应用的时候是否具有协同效应。

第一代酶产品使用一系列酯酶基活性成分——这种成分攻击PVAc等黏性物质的酯键。进一步的研究开发工作带来了第二代酶产品。第二代酶产品与胶粘物分子结构内部最黏的化学键功能基的反应倾向增加。下列测试了在旧瓦楞纸盒配料中有去黏剂成分和没有去黏剂成分的情况下，比较了不同酶产品减少胶粘物颗粒粒径分布的能力，见图4。

图4 第一代酶产品和第二代酶产品减少胶粘物颗粒粒径分布能力的比较

酶-去黏剂组合物产品中除了酶以外，还含有去黏剂，这使组合物的性能比第二代酶产品好，见图5。

图5证明了酶可以在去黏剂存在的情况下发挥作用。

接着测试比较了单独使用酶、单独使用去黏剂以及使用酶-去黏剂混合物的脱黏性能，见图6。

图5 第二代酶产品和酶-去黏剂组合产品减少胶粘物颗粒粒径分布能力的比较

图6 使用酶、去黏剂和酶-去黏剂组合物减少胶粘物颗粒粒径分布能力的比较

由图6可见，酶-去黏剂组合物的脱黏性能比第二代酶产品和去黏剂产品都好。这证明了去黏剂可以在酶存在的情况下发挥作用。事实上，酶-去黏剂组合物的性能比去黏剂略好。

下一个研究比较了单独使用去黏剂、单独使用酶以及酶-去黏剂组合物防止凝聚的潜能，见图7。

图7 使用酶、去黏剂和酶-去黏剂组合物防止凝聚能力的比较

图7证明了2种作用模式之间的协同效应，因此极其重要。酶明显作用于胶粘沉积物的醋酸酯和丙烯酸酯部分，同时去黏剂钝化了其他憎水颗粒的表面，防止处理过程中进一步发生凝聚。事实上，酶-去黏剂组合物的性能提升了一个层次。因此，实验室测试足以保证工厂验证结果。接着在工厂试用以验证酶-去黏剂组合物的性能比单独使用去黏剂或者单独使用酶产品要好。以下2个工厂的评估结果清楚验证了实验室的测试结果。

4.1 工厂评估1号

该纸机使用50%的混合办公废纸生产漂白浆。状况：该纸机使用工业上领先的去黏剂来控制纸张中的胶粘物。

评估结果：该纸机在一定的用量下，采用酶-去黏剂组合物替代工业上最好的去黏剂以后，效果极好。该纸机纸张中的胶粘物减少了57%。

4.2 工厂评估2号

该纸机使用75%分类办公废纸生产漂白浆。状况：为了降低化学品成本并提升产量，该纸机使用酶产品来降低间歇性溶剂清洗的频次。

评估结果：该纸机在同样处理成本下，采用酶-去黏剂组合物替代酶。该纸机的溶剂化学品用量降低54%。同时，他们因间歇性清洗频次降低40%而受益。

5 结论

酶控制胶粘物技术的推出，标志着一种可以确实解决与胶粘物相关的沉积物问题的化学品技术的“诞生”。该技术通过断开存在于胶粘沉积物化学结构中的关键键接，降低了胶粘物粒子的粒径。

虽然回收纤维来源各异，但是多数回收纤维含有2种或者多种如表1所列的胶粘物。实验室测试和工厂评估都清楚证明酶和去黏剂作用模式是兼容的。通过胶粘物数量减少的测试结果表明，在去黏剂存在的情况下，酶作用及使用效果良好。通过胶粘物黏性测试表明，在酶存在的情况下，去黏剂的作用及使用效果也良好。最重要的是，在胶粘物凝聚测试中，酶-去黏剂组合产品凸现了协同效应。因此，使用专利酶化学品来断开维持多数胶粘凝聚物的化学键，并使用最好的去黏剂稳定其他所有胶粘物并降低下游凝聚物，二者的组合实现了胶粘物控制技术的突破。这种技术在消除用户对纸张质量改善需求和胶粘物化学品控制技术性能之间的距离方面具有显著优势。

（李海明 编译）