打浆酶在生活用纸中的应用实践

王佩和 ，高 研 ，李 政 ，李玉彬 ，王习文

（琥珀纸业有限责任公司，辽宁抚顺 113000；湖南海正生物科技有限公司，湖南岳阳 414000；华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州 510640）

1 前言

现代造纸企业多使用商品漂白硫酸盐针叶木浆和漂白硫酸盐阔叶木浆为原料生产生活用纸，这2种木浆因基材及成浆特性不同，漂白硫酸盐针叶木浆的市场单价一般都远高于漂白硫酸盐阔叶木浆。琥珀纸业有限责任公司新月形生活用纸纸机的双制浆系统和双层流浆箱结构，能够灵活调配针叶木浆和阔叶木浆的配浆比例，以达到降低纤维成本的目的。由于针叶木浆对成纸强度的贡献远大于阔叶木浆，当针叶木浆的质量占比低于35%，成纸强度指标就不能满足标准要求，因此当针叶木浆和阔叶木浆市场差价拉大时，利用降低针叶木浆比例实现降低制造成本的办法就受到限制。

生物酶在造纸工业已经有了一定的应用[1-7]。为了提高纤维结合力，增加成纸强度，降低成本，本文进行了打浆酶在生活用纸生产实践中的应用和探讨，研究如何在保证成纸强度指标的条件下，借助生物酶技术，最大限度地降低针叶木浆的占比，降低磨浆功率，尝试为生活用纸原纸生产挖潜增效。

2 中试工艺

2.1 中试原料

针叶木浆：乌针牌和布针牌，产地俄罗斯。

阔叶木浆：小鸟牌，产地巴西；桉木浆，产地山东日照。

打浆酶：型号HZ-11，由湖南海正生物科技有限公司提供。

2.2 打浆酶与浆料处理

2.2.1 打浆酶主要成分及使用工艺条件

打浆酶主要成分为复合纤维素酶，活力为8 500～9 500 u/g。

使用工艺条件：适应温度为25～70℃，最佳温度为40～60℃；适应pH为4.0～9.0，最佳pH为6.0～8.0；反应时间为30 min以上，最佳反应时间为60～120 min。

2.2.2 打浆酶用法及用量

打浆酶添加地点：针叶木浆和阔叶木浆碎浆机内。

添加方式：间歇式加入（加药泵与碎浆机搅拌器联锁），8 min/次。

添加用量：针叶木浆和阔叶木浆均按照40～60 g/t（绝干浆）添加，根据生产运行状况调节打浆酶的用量。

2.2.3 浆料的处理

碎解方式：针叶木浆和阔叶木浆分别碎解，由于阔叶木浆碎解后仅疏解不打浆，为提高成纸的强度指标，针叶木浆每次添加1包阔叶木浆混合碎解。

单位碎解量：针叶木浆线每次碎解4包，即：乌针1包+布针2包+桉木1包，单包质量以250 kg计；阔叶木浆线每次碎解5包，即：小鸟3包+桉木2包，单包质量以250 kg计。

碎解时间：8 min/次，碎解浓度：质量分数5.5%，碎解温度：42℃。

打浆酶添加前磨浆参数：针叶木浆线吨纸磨浆功率（1号磨）为75 kW·h；阔叶木浆线吨纸磨浆功率（3号磨）为42 kW·h。

打浆酶添加前纤维配比：针叶木浆线（毯层）长纤占比为62%质量分数，短纤占比为38%质量分数；阔叶木浆线（网层）长纤占比为20%质量分数，短纤占比为80%质量分数。

2.3 能耗记录

现场记录1号盘磨和3号盘磨的打浆能耗。

2.4 纸页性能指标测试

打浆度、湿重，抗张指数，柔软度，厚度分别参照GB/T 3332—2004《纸浆打浆度的测定》、GB/T 12914《纸和纸板强度的测定法》、GB/T 8942《纸柔软度测定法》和GB/T 24328.2《卫生纸厚度、层积厚度和表观密度的测定法》进行测定。

3 结果与讨论

阔叶木浆碎浆机启动后，打浆酶加药泵开始向碎浆机内加入打浆酶，加入量为40 g/t（绝干浆），10 min后伴随针叶木浆碎浆机启动，针叶木浆碎浆机内开始加入打浆酶，加入量为40 g/t（绝干浆）。

试验过程数据记录按照“（1）未加入打浆酶”、“（2）加入打浆酶，并逐步调整打浆酶用量，同时保持纤维配比和盘磨功率不变”、“（3）稳定打浆酶加入量，开始调整纤维配比和盘磨功率”、“（4）纤维配比和盘磨功率调整至合适范围后，开始降低打浆酶用量”、“（5）纤维配比、盘磨功率和打浆酶用量均调整至稳定”等5个步骤进行。

3.1 生产记录

中试生产过程中浆料配比、能耗及纸页性能的测试结果和记录见表1。

3.2 打浆酶对打浆能耗的影响

从表1可见，加入打浆酶后，打浆的能耗显著降低，1号盘磨的吨纸磨浆能耗从75 kW·h降到60 kW·h；3号盘磨的吨纸磨浆能耗从42 kW·h降到25 kW·h。

图1则直观地显示了打浆酶对打浆能耗的影响。

图1 打浆酶对打浆能耗的影响

表1 中试生产记录

3.3 打浆酶对成纸质量的影响

3.3.1 打浆酶对成纸抗张指数的影响

从表1可以看出，在打浆酶加入系统并保持生产系统原有工艺不变的情况下，即保持相同的浆料配比和盘磨功率，纸张纵向抗张指数从加打浆酶前的5.0 N·m/g提高至加打浆酶后的5.7 N·m/g，横向抗张指数从加打浆酶前的2.9 N·m/g提高至加打浆酶后的3.6 N·m/g。打浆酶对提高成纸抗张指数有显著效果。

3.3.2 打浆酶对成纸柔软度的影响

从表1可以看出，在纤维配比、盘磨功率和打浆酶用量均调整至稳定状态后，纸张柔软度的范围在70～87 mN，平均值为77 mN，与未加入打浆酶时的柔软度74 mN相比，数据相近。由此可以看出，打浆酶对成纸柔软度没有较大的负面影响，通过工艺调整可以保证该指标保持稳定。

3.3.3 打浆酶对成纸厚度的影响

从表1可以看出，在纤维配比、盘磨功率和打浆酶用量均调整至稳定状态后，纸张厚度的范围为0.63～0.7 mm/10层，平均值为0.65 mm/10层，与未加入打浆酶前的厚度0.64 mm/10层相比，略有增加。由此可以看出，打浆酶对提升成纸厚度指标有帮助。

3.4 打浆酶对生产成本的影响

3.4.1 针叶木浆占比降低对生产成本的影响

（1）打浆酶加入前针叶木浆的综合占比

由表1，打浆酶加入前针叶木浆配比为毯层浆62%，网层浆20%（质量分数，下同），则打浆酶加入前针叶木浆综合占比为：62%×0.5×0.75+20%×0.5×0.75=30.75%，式中：“0.5”为网层浆料和毯层浆料按照1∶1质量比加入（下同）；“0.75”为针叶木浆碎解时所占质量比（下同）。

（2）打浆酶加入后针叶木浆的综合占比

由表1，打浆酶加入后针叶木浆配比为毯层浆40%，网层浆15%，则打浆酶加入后针叶木浆综合占比为：40%×0.5×0.75+15%×0.5×0.75=20.63%。

（3）打浆酶加入前、后纤维原料成本的变化

打浆酶加入后针叶木浆占比降低为：30.75%-20.63%=10.12%。

打浆酶加入后纤维原料成本的降低为：553.37元/t（纸）（综合价差）×10.12%=56元/t（纸），式中：“综合价差”为2017年6月针叶木浆和阔叶木浆采购价格，计算针叶木浆和阔叶木浆的吨纸综合纤维原料价差。

3.4.2 吨纸磨浆能耗降低对生产成本的影响

由表1：打浆酶加入前1号盘磨的吨纸磨浆能耗为 75 kW·h，3号盘磨的吨纸磨浆能耗为 42 kW·h；打浆酶加入后的1号盘磨的吨纸磨浆能耗为60 kW·h；3号盘磨的吨纸磨浆能耗为25～30 kW·h。

则2台盘磨的吨纸磨浆能耗降低量为：（75 kW·h-60 kW·h）+（42 kW·h-30 kW·h）=27 kW·h。

2台盘磨的吨纸磨浆电费成本的降低金额为：0.55元/（kW·h）×27 kW·h=14.85元。3.4.3 增加的打浆酶费用

中试期间打浆酶的吨纸成本为6.364元。3.4.4 总生产成本的变化

使用打浆酶后吨纸综合生产成本降低为：打浆酶加入后纤维原料的吨纸降低费用+2台盘磨的吨纸磨浆电费的降低费用-打浆酶的吨纸成本为：56+14.85-6.364≈64（元）。

4 结论

生活用纸生产的备浆系统在保证成纸指标的前提下添加打浆酶后，可降低漂白硫酸盐针叶木浆质量占比10%以上，同时可降低吨纸打浆能耗20 kW·h以上，吨纸综合生产成本降低64元，年经济效益可达320万元（以产能5万t/a计算）。除产生的直接经济效益外，由于降低磨浆能耗，磨片的使用寿命将大大延长。同时，打浆酶的使用改善了纸页表面成形，促进滤水和纤维留着，这将进一步降低蒸气和天然气的消耗，这些间接经济效益可在今后打浆酶长期使用中累积量化。