以纖維素乙醇的發酵殘余物為原料制備造紙表面施膠劑的方法

權利要求書

1.木質纖維素生產乙醇后的發酵殘余物作為造紙表面施膠劑的應用， 其特征在于纖維素乙醇發酵殘余物為木質纖維素原料經過預處理、 酶水解、發酵、乙醇分離等工序得到，所述的纖維素乙醇發酵殘余物為主要成分包括30%～60%木素、30%～60%纖維素、5%～15%蛋白質的不溶于水的泥漿狀物質。

2.根據權利要求1 所述應用，其特征在于所述殘余物與淀粉混合作為表面施膠劑使用。

3.根據權利要求1 或2 所述應用，其特征在于所述表面施膠劑進一步加入硫酸鋁，然后用于表面施膠。

4.一種造紙表面施膠劑的制備方法，其特征在于以木質纖維素生產乙醇后的發酵殘余物作為原料來制備，包括：

（1）纖維素乙醇發酵殘余物的獲?。簩⒛举|纖維素原料經過預處理、酶水解、發酵、乙醇分離工序，得到纖維素乙醇發酵殘余物； 所述纖維素乙醇發酵殘余物主要成分包括30%～60%木素、30%～60%纖維素、5%～15%蛋白質，外觀呈泥漿狀，不溶于水。

（2）纖維素乙醇發酵殘余物前處理：將步驟（1）獲得的殘余物進行微細化處理， 使殘余物顆粒粒徑減小，達到造紙表面施膠劑要求。

（3）造紙表面施膠劑制備：將步驟（2）得到的纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉混合， 作為原料制備造紙表面施膠劑。

5.根據權利要求4 所述方法，其特征在于步驟（3）中制備的表面施膠劑進一步加入硫酸鋁，冷卻后用于表面施膠。

6.根據權利要求4 或5 所述方法，其特征在于步驟（2）中依據殘余物狀態，所述前處理為濕態處理或干態處理。所述濕態處理為，纖維素乙醇發酵殘余物使用高壓均質機、分散乳化機、或者高速分散機處理，減小其平均粒徑至30 μm 以下；所述干態處理為，將纖維素乙醇發酵殘余物干燥，然后利用機械方法將其粉碎，用60～200 目的篩網篩選，取過篩網部分備用。

7.權利要求4 或5 所述方法，其特征在于步驟（3）中將步驟（2）得到的纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉混合加水配制成懸浮液， 纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉的比例為2～80:98～20， 然后加入過硫酸銨，用量為0.01%～5%，混合均勻后，在不斷攪拌條件下加熱，升溫至80～95 ℃，并保溫10～60 min，最后加入硫酸鋁，用量為0.5%～5%，混合均勻，然后用于表面施膠。

8.根據權利要求4 和5 所述制備方法制備的造紙表面施膠劑。

9.權利要求8 所述造紙表面施膠劑用于紙頁表面施膠的應用，其特征在于所述紙頁為瓦楞原紙、箱紙板、紗管紙或其他類型紙。

技術領域

本發明涉及造紙技術領域，具體涉及一種以纖維素乙醇的發酵殘余物為原料制備造紙表面施膠劑的方法。

背景技術

目前，隨著全球能源消耗總量的日益上升，石油資源日趨緊張， 尋找一種清潔可再生的替代能源成為當務之急， 以木質纖維素為原料生產乙醇成為解決當下能源危機的重要且有效途徑。

我國每年農業生產中秸稈產出量已超過7 億噸， 為生物質資源的大規模利用提供原料保證。 因此，根據我國目前生物質資源的狀況，利用生物轉化技術，將農業秸稈轉化為燃料乙醇等燃料。

木質纖維素原料主要成分為纖維素、 半纖維素和木素。 其中的纖維素和半纖維素的利用技術已經較為成熟；在整個轉化過程中，木素難以得到有效利用。 在纖維素乙醇生產過程中， 半纖維素和纖維素均可以發酵生產乙醇， 發酵后剩余殘余物為部分沒有完全轉化的纖維素、 難以利用的木素和酵母蛋白等物質，稱為纖維素乙醇發酵殘余物。

鑒于目前的技術水平以及原料成分的原因，利用木質纖維素原料生產纖維素乙醇的過程中不可避免的產生了大量殘余物。 若不對殘余物加以轉化利用，殘余物大量堆積，將成為環境的重大污染源。

表面施膠劑是造紙工業中一類重要化學品， 通過提高紙頁纖維間的結合力，達到強化紙張物理強度的目的。目前，造紙行業常用的表面施膠劑主要有淀粉、纖維素衍生物、動物膠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、以及合成膠乳等，其中使用最多的為淀粉表面施膠劑，考慮到現在世界面臨著嚴重的糧食危機，如果能夠找到一種合適的原料可以完全或者部分取代淀粉將具有重要意義。

發明內容

旨在解決上述現有技術存在的問題， 發明人通過研究發現， 由于秸稈生產乙醇殘余物的主要成分為木素、纖維素和蛋白質等成分，因此可以考慮使用殘余物部分取代淀粉應用于造紙行業的表面施膠，這將有力促進秸稈乙醇產業的良性發展，不僅減少了環境污染還能創造經濟價值， 具有較高的經濟效益和社會效益。 為此，本發明提供以下技術方案：

本發明提供一種木質纖維素生產乙醇后的發酵殘余物作為造紙表面施膠劑的應用；作為本領域技術人員的常規理解，纖維素乙醇的發酵殘余物為木質纖維素原料經過預處理、酶水解、發酵、乙醇分離等工序后得到的纖維素乙醇發酵殘余物；該物質的主要成分包括木素（30%～60%）、纖維素（30%～60%）、蛋白質（5%～15%）等，外觀呈泥漿狀，為水不溶性物質。

本發明提供一種制備造紙表面施膠劑的方法及其應用，包括：

1.纖維素乙醇發酵殘余物的獲?。簩⒛举|纖維素原料經過預處理、酶水解、發酵、乙醇分離等工序，得到纖維素乙醇發酵殘余物， 可作為制備造紙施膠劑的原料。

2.纖維素乙醇發酵殘余物前處理：根據應用場合，纖維素乙醇殘余物可以在濕態或者干態下應用，且均需要進行微細化處理，使殘余物顆粒粒徑減小，達到造紙表面施膠劑要求。

在濕態下， 纖維素乙醇發酵殘余物可以使用高壓均質機、分散乳化機或者高速分散機處理，減小其平均粒徑至30 μm 以下，供制備表面施膠劑。

若在干態下使用， 首先將纖維素乙醇發酵殘余物干燥，然后利用機械方法將其粉碎，用60～200 目的篩網篩選，取過篩網部分備用。

經發明人多次實踐發現，在濕態處理時，若殘余物平均粒徑在30 μm 以下，效果最優；顆粒過大，既影響施膠過程，又影響施膠后紙頁的抗張強度、環壓強度、耐破度等。而在干態處理時，篩網目數過大，所獲得的纖維素乙醇發酵殘余物制備的表面施膠劑有時達不到本申請的預期效果。

3.造紙表面施膠劑制備：將前面得到的纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉混合加水配制成濃度為2%～18%的懸浮液，纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉的比例為2～100:98～0，淀粉可以是玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉等；優選2～80:98～20；然后加入過硫酸銨，用量為0.01%～5%，混合均勻后，在不斷攪拌條件下加熱，升溫至80～95 ℃， 并保溫10～60 min， 最后加入硫酸鋁，用量0.5%～5%，混合均勻，通過60 目的篩網，泵入稀釋槽內，并加入溫水進行稀釋，將淀粉膠液調節到工藝規定的濃度。 將稀釋好的淀粉膠液泵入貯存槽內，并保持一定的溫度，即可用于表面施膠。

經發明人研究發現， 通過控制纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉的配比， 表面施膠后可以獲得不同的紙頁物理強度， 在纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉的比例為2～80:98～20 范圍內， 可以達到比較好的效果，其表面施膠效果與淀粉表面施膠劑相近或更高。

此外，發明人發現，通過在本發明制備的表面施膠劑（纖維素乙醇發酵殘余物與淀粉為原料）中進一步加入硫酸鋁，可以進一步提高紙頁物理強度，取得了更為突出的效果。

4.紙頁的表面施膠：本發明所制備的表面施膠劑的應用方式和普通的淀粉表面施膠劑一樣。

此外， 本發明還提供上述制備獲得的表面施膠劑的應用方法；該發明所制備的表面施膠劑，可用于瓦楞原紙、箱紙板或紗管紙等本色紙或紙板，以提高紙頁的抗張強度、環壓強度、耐破度等。 若需進一步提高紙頁的抗水性能， 可添加烷基烯酮二聚體（AKD）、苯乙烯丙烯酸酯類抗水劑等。

本發明相對于現有技術取得了以下技術效果：

（1）解決了現有技術中纖維素乙醇的發酵殘余物較難加以轉化利用，大量堆積的問題，為纖維素乙醇的發酵殘余物的利用提供了一種新途徑。

（2）克服了現有技術中造紙表面施膠劑過多依賴于淀粉的問題。

（3）相對本身就較為低廉的淀粉表面施膠劑而言，本申請的表面施膠劑，進一步降低了生產成本。

（4）本發明的表面施膠劑達到現有技術中常規使用表面施膠劑的效果；并使產品外觀產生類似“牛皮紙”的強韌之美。

（5）通過對初步獲得的表面施膠劑優化（加入硫酸鋁），進一步提高了表面施膠劑的處理效果。

具體實施方式

實例1

取玉米秸稈生產纖維素乙醇發酵殘余物90 g（絕干，下同）加水配制成濃度為10%的懸浮液，采用高剪切分散乳化機處理10 min，轉速為13 000 r/min。取30 g 淀粉加水配制成濃度為10%的懸浮液，將兩者混合， 纖維素乙醇殘余物與淀粉的比例為75:25，然后加入用量為3%的過硫酸銨， 加熱至90 ℃，保溫30 min。 表面施膠時， 控制施膠量為10 g/m2左右，并與100%淀粉表面施膠劑對比。 采用不同施膠劑時的紙頁物理強度數據如表1 所示。

表1 實施例1的紙頁物理強度數據

實施例2

取玉米秸稈生產纖維素乙醇發酵殘余物30 g（絕干，下同）加水配制成濃度為10%的懸浮液，采用高剪切分散乳化機處理10 min，轉速控制為10 000 r/min。 取90 g 淀粉加水配制成濃度為10%的懸浮液，將兩者混合，纖維素乙醇殘余物與淀粉的比例為25:75， 然后加入用量為3%的過硫酸銨，加熱至90 ℃、保溫30 min。 表面施膠時， 控制施膠量為10 g/m2左右， 并與100%淀粉表面施膠劑對比。 紙頁物理強度數據如表2 所示。

表2 實施例2的紙頁物理強度數據

實施例3

取干燥的玉米芯生產纖維素乙醇發酵殘余物30 g， 采用多功能粉碎機細化處理，過100 目篩，然后與30 g 淀粉混合，加水配制成濃度為8%的懸浮液，加入0.3%過硫酸銨。 加熱至溫度95 ℃、 保溫時間為10 min， 表面施 膠時控制施膠量為10 g/m2左右， 并與100%淀粉表面施膠劑對比。采用不同施膠劑時的紙 頁物理強度數據如表3 所示。

表3 實施例3的紙頁物理強度數據

實施例4

將實施例3 中配制好的表面施膠劑加入2%硫酸鋁， 表面施膠時控制施膠量為10 g/m2左右。 采用不同施膠劑時的紙頁物理強度數據如表4 所示。

表4 實施例4的紙頁物理強度數據

實施例5

將實施例3 中配制好的表面施膠劑加入2%硫酸鋁，表面施膠分別采用單面與雙面施膠的方式， 采用不同施膠劑時的紙頁物理強度數據如表5 所示。

表5 實施例5的紙頁物理強度數據

上述雖然對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白， 在本發明的技術方案的基礎上， 本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。