漆酶对再生纸性能改善的分析与研究

漆酶对再生纸性能改善的分析与研究,指导教师： 学生：,目录,目的意义,1,国外研究现状,2,本文研究内容,3,实验原理,4,国内研究现状,5,6,实验内容,01,目的意义,Part One,我们生活中处处都用到瓦楞纸，但是造纸即浪费资源又污染环境。所以我们逐渐开始使用再生纸。再生纸的原材料主要是废旧纸张，可以使纸得到再次利用。用废旧纸张生产新的纸张每生产一吨纸张可以节省3立方米的木材，相当于17棵大树。目前全球资源严重紧缺，所以再生纸的发展有重大意义。 再生纸主要的原料是废纸，再生纸中的纤维已经经过一次或者多次使用，纤维之间的连接不紧密，纸张强度降低，不能满足使用要求。对此，我们用漆酶进行纸张的强度性能进行改善。,02,国内研究现状,Part two,在国内，漆酶在增强纸张强度，废纸脱墨，废水处理，纸浆漂白,染料脱色等方面都有大量的研究。 目前的研究者大多利用漆酶/介体体系(LMS)进行纸浆生物酶改善纤维增强纸张强度的研究，目前国内对漆酶的研究就已经从以前的用漆酶单独作用，正在逐渐变成漆酶/介体体系（LMS）的方向。,刘娜等，通过用漆酶对未漂硫酸盐浆进行处理，研究漆酶对该纸浆的纸张抗张强度，纤维表面是否有影响。结果表明，漆酶可以有效的改善纸浆的湿强度。通过漆酶对纸浆的处理发现纤维表面发生了改变，其表面变得更加粗糙。纤维与纤维之间产生了连接，纸张的湿强度得以提高。 张思洋等，以OCC纸浆为原料，并用漆酶对其进行了处理，研究何种条件下OCC纸浆形成的纸的强度得到最大的增强，最后用环境扫描电镜观察，由于使用漆酶使得纤维表面木素脱落，使得纤维表面变得粗糙，分丝程度较高，成纸强度有所提高。,03,国外研究现状,Part three,国外的一些研究人员也对这一方面有广泛的研究。 Mohandass, Chellandi,Knutson, Kristina Ragauskas, Arthur J.用漆酶处理蓝色回收纸，研究其各种物理和化学参数包括酶的浓度，温度，氧气和反应时间下的纸浆的撕裂强度，抗张强度，除纸张颜色的能力和脱色剂的用量的影响。研究表明，延长时间从2个小时到4个小时，酸性基团的含量增长了12%，抗张强度也有所增长，但是撕裂指数下降8%，当反应温度较高65摄氏度于45摄氏度进行对比，当温度较高时酸性基团增加了31%，抗张强度增加了26%，但是撕裂强度下降了5%，而且温度较高时漆酶去除纸张颜色的能力显著下降，当在漆酶处理过程中加入氧气，研究结果表明，这种方式处理使酶处理纸张的颜色的能力降低，还使纤维中羧基含量和抗张强度有所增加。,04,Part four,本文研究内容,本文以漆酶为主要试剂对再生瓦楞纸纤维进行增强处理，通过正交试验考察不同工艺参数对瓦楞纸力学增强效果的影响，主要研究内容包括以下几个方面： （1）根据漆酶和瓦楞纸板的特点，设计适合的试验流程，完成再生纤维增强处理。 （2）以力学性能测试数据为指标，评价再生纸纤维强度的增强效果。 （3）分析研究漆酶的用量，温度，反应时间等参数对再生纸力学性能的影响。,05,试验原理,Part five,再生纸纸张强度比较低，一是由于再生纸中的纤维已经经过一次或者多次使用，另一个原因是纤维表面被木素覆盖，使得纤维表面很光滑，纤维表面的纹孔结构无法看到。各个纤维都比较坚挺相互独立，无法形成相互的交织的网状结构，使得纸张的强度较低。漆酶具有脱木素的作用，可以使得纤维表面的木素脱除，纤维暴露出来，可以清晰的看到纤维表面的纹孔结构，并且纤维表面出现分丝现象，这些木素就是漆酶与纤维的连接点，漆酶通过这些木素将化合物接枝到纤维的表面上。漆酶靠着提高纤维的交织能力形成纤维连接膜提高纸张的强度性能。 漆酶降解木素，主要包括木素的侧链脱落和芳香环的开环反应如图5.1所示。,图5.1 漆酶处理木素的开环反应,漆酶只作用于酚型木素生成酚氧自由基，然后经过重组使木素发生氧化降解，同时自由基之间发生缩和。,06,Part six,实验内容,漆酶的用量：1%，5%，10%，15%，20% 反应时间：0min,20min,40min,60min,80min 反应温度：20，35，50，65，80 做三因素五水平正交试验，并得到最佳的实验条件。分别研究漆酶的用量，反应时间，反应温度对抗张强度的影响。用在最佳条件的得到的纸张的抗张强度和拉伸强度进行测量与空白样进行对比 纸浆浆浓3%，,6.1 实验流程,图6.1 试验流程,碎浆,用漆酶处理后,抄纸,成纸,测试条,用相同目数的检验筛，为用漆酶处理的纸张，纤维流失。,常湿条件下正交试验分析,常湿下抗张强度最佳因素水平组合为，当漆酶的用量为0.45g，反应温度为50，反应时间为80min时为最优组合。因素主次顺序为漆酶用量反应时间反应温度。说明在常湿条件下漆酶的用量是最主要的因素，对纸张强度影响最大。并且在此条件下，漆酶用量对纸张强度有高度显著的影响，反应时间对纸张的强度影响均不显著反应温度对纸张有显著影响。所以在室内湿度条件下纸张强度影响最大的是漆酶的用量。,含水量为34%条件下正交试验数据分析,含水量为34%时纸张强度最佳组合为漆酶用量0.9，反应温度80，处理时间80min.因素主次顺序为反应时间漆酶用量反应温度。由此说明反应时间对含水量为34%的纸张抗张强度影响最大，并且在此条件下，漆酶用量，反应时间和反应温度对纸张的强度影响均不显著。,绝干条件下正交试验数据分析,绝干的纸张强度最佳组合为漆酶用量0.675，反应温度65，处理时间80min.因素主次顺序为漆酶用量反应时间反应温度。由此说明在绝干状态下的纸张强度与漆酶的用量关系最大，并且在此条件下，漆酶用量对纸张的强度具有高度影响，反应时间和反应温度对纸张的强度影响均不显著。,漆酶用量对纸张强度的影响如图6.1，图6.2,图6.3所示,图6.1 漆酶用量对室内温度条件下强度影响多项式趋势图,图6.2 漆酶用量对含水量为34%条件纸张下强度影响多项式趋势图,图6.3 漆酶用量对相对绝干条件纸张下强度影响多项式趋势图,由图可以看出漆酶用量越大对纸张的影响越大。并且在室内湿度条件下和绝干条件下影响越显著。在含水量34%的条件下影响比较平缓。,反应温度对纸张强度的影响如图6.4，图6.5,图6.6所示,图6.4 反应温度对室内温度条件下强度影响多项式趋势图,图6.5 反应温度对含水量为34%条件纸张下强度影响多项式趋势图,图6.6 反应温度对相对绝干条件纸张下强度影响多项式趋势图,由图可以看出温度对纸张的强度有较小的影响，在含水量为34%时温度对纸张的强度性能影响相对较大。而对于室内湿度条件下和绝干条件下曲线比较平缓，影响相对于34%含水量较小。由此我们可知温度对漆酶性能较小，为节省能源我们可以选取室温条件下进行试验。,反应时间对纸张强度的影响如图6.7，图6.8,图6.9所示,图6.7反应时间对室内温度条件下强度影响多项式趋势图,图6.8 反应时间对含水量为34%条件纸张下强度影响多项式趋势图,图6.9 反应时间对相对绝干条件纸张下强度影响多项式趋势图,在室内湿度条件下抗张强度随反应时间的增长而增大，可能是由于参与反应的漆酶的数量越多，脱除木素越多，纤维交织越紧密。但在含水量34%时和绝干条件下，一开始抗张强度随着反应温度的升高而升高，但随着反应时间的不断升高当达到65左右时，抗张强度经过最大值后开始降低，所以为了节省能源要在合适条件下进行处理。,不同条件纸张处理后与未处理的纸张抗张强度的对比分析如图6.10,图6.10为室内湿度条件下，含水量34%，绝干条件下对纸张抗张强度进行测试所得到的数据。由图可明显看出用漆酶处理后的纸张无论是在室内湿度条件下，含水量34%，还是绝干条件下，抗张强度都有很大的提高。其中在室内湿度条件下纸张的抗张强度提高了78.739%，在含水量34%的条件下纸张的抗张强度提高了97.127%，绝干条件下纸张抗张强度提高了35.26%。由以上数据可以发现其中在含水量34%的条件下纸张的抗张强度提高的最多，几乎是百分之百提高，可得出漆酶对纸张湿抗张强度有最佳的增强效果。,用漆酶处理后的最佳抗张强度与瓦楞纸的强度进行对比如图6.11,图6.11为室内湿度条件下，含水量34%，绝干条件下用漆酶处理后的纸张与瓦楞纸的抗张强度进行对比，如图所示在绝干条件下虽然用漆酶处理的纸张的抗张强度比未用漆酶处理的有很大的提高，但是与瓦楞纸相比仍然相差很多，其强度还不及瓦楞纸的50%。在含水量为34%的条件下我们可以发现用漆酶处理后的纸张的强度比未用漆酶处理的纸张强度高出很多甚至高于瓦楞纸的强度，在室内湿度条件下，瓦楞纸的强度也是比漆酶处理的纸张的强度高出很多。由此，我们发现漆酶处理后的纸张的强度在各种条件下都有很大的提高，虽然仍小于瓦楞纸的强度。但是用漆酶处理的再生纸仍有广泛的发展空间。,结论： 本文采用漆酶对瓦楞纸板纤维进行增强试验处理，通过正交试验考察漆酶的用量，温度，反应时间对纤维增强效果的影响，得到以下结论： （1）经过漆酶处理的再生纸，干强度和湿强度均有提高，效果明显。 （2）常温常湿条件下，试样抗张强度最高的因素水平组合为，漆酶的用量为0.45g，反应温度为50，反应时间为80min。因素主次顺序为漆酶用量反应时间反应温度。 （3）在湿纸含水量为34%时，试样纸张强度最佳组合为漆酶用量0.9，反应温度80，处理时间80min。因素主次顺序为反应时间漆酶用量反应温度。 （4