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
【技術領域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 我國每年農業生產中秸桿產出量已超過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，將農業秸桿轉化為 燃料乙醇等燃料。
[0004] 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。
[0005] 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。若殘余物如不加以轉化利用，大量堆積，將成為環 境的重大污染源。
[0006] 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】
[0007] 旨在解決上述現有技術存在的問題，發明人通過研究發現，由于秸桿生產乙醇殘 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，這將有力促進秸桿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。
[0008] 為此，本發明提供以下技術方案：
[0009] 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。
[0010] 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：
[0011] 1、纖維素乙醇發酵殘余物的獲取：將木質纖維素原料經過預處理、酶水解、發酵、 乙醇分離等工序，得到纖維素乙醇發酵殘余物，可作為制備造紙施膠劑的原料。
[0012] 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。
[0013] 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 y m以下，供制備表面施膠劑。
[0014] 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。
[0015] 經發明人多次實踐，發現濕態處理時，殘余物平均粒徑在30ixm以下時，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。
[0016] 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2~18%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°C，并保溫10~60min， 最后加入硫酸鋁，用量0. 5~5 %，混合均勻，通過60目的篩網，栗入稀釋槽內，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，栗入貯存槽內，并保 持一定的溫度，即可用于表面施膠。
[0017] 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，進行表面 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 尚；
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 本發明相對于現有技術取得了以下技術效果：
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 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