用于生产的可回收纸和纸板中含有大量的淀粉。由于微生物的活性，使用回收纤维生产的纸厂过程水中通常含有大量的降解淀粉酶。这通常会导致进入纸机之前回收纤维中的大部分淀粉降解，从而使得废水COD增加、pH降低、碳酸钙溶解并导致电导率升高。该文介绍了凯米拉提出的一种能够提升淀粉回用效率、增加包装纸板强度性能的创新型理念。该理念包括:使用淀粉酶抑制剂防止回收纤维和损纸中淀粉降解；使用新型的助留体系提升淀粉在最终产品中的留着。淀粉酶抑制剂单独使用或与杀菌剂联合使用可有效防止淀粉降解，实验室研究和工厂试验都证实了这一结果。此外，留着和强度实验表明，絮凝剂、微粒和新型高分子聚合物的联合应用能够提升淀粉的留着和滤水性能。

前言

再生纸和纸板中含有大量的淀粉。采用回收纤维为原料的纸厂其过程水（RCF）中通常含有大量的细菌和其他微生物，易产生淀粉降解酶。这种酶能够破坏淀粉分子链，使其降解为葡萄糖单元。在此期间，细菌会在发酵过程中利用游离糖产生有机酸（例如乙酸、丙酸）和气体（CO2，H2）。这会导致pH降低，碳酸钙溶解，甚至产生危险气体。

淀粉酶的活性会导致回收纤维中的大部分淀粉在进入纸机之前就发生降解。同时，由于这部分淀粉不能再利用（REF），使得回收纤维有大约4%的损失，这会增加过程水和废水中的化学需氧量（COD）。使用大量的杀菌剂可以防止淀粉降解，但是此方法成本较高，因为在整个生产体系中需要持续维持较低的微生物含量。此外，由于回收纤维具有较高的灰分，利用回收纤维为原料生产的纸张难以获得良好的强度性能。

本研究分为2部分:防止淀粉降解和提高留着及强度性能。防止淀粉降解的研究是在真实的抄纸过程水中开展，同时淀粉酶抑制剂产品也在使用回收纤维的纸板机上进行了试验。此外还进行了大规模纸机试验，测定了RCF塔中的可溶性淀粉含量，分析了工厂生产数据。其结果显示，利用淀粉酶抑制剂与造纸过程中游离的淀粉酶抗衡非常有效，能够防止淀粉降解。留着和强度性能的研究是利用动态滤水仪（DDA）并对手抄片测试分析。结果显示，凯米拉开发的新型聚合物有利于回收淀粉的留着、强度性能的提高和滤水性能的改善。

本文介绍了一种独特而创新的化学方法，通过抑制淀粉酶的行为，从而显著降低新鲜淀粉和回收淀粉的降解。通过优化聚合物助留体系，使得未降解的回收淀粉仍然保留在纤维中，额外增加纤维浆料的强度，同时在相同纤维用量下可提升成纸的定量。

1 方法

1.1 制浆

采用欧洲废纸挂面箱纸板为原材料，该原料中含有质量分数约5%的表面施胶淀粉，即酶降解的天然玉米淀粉。废纸挂面箱纸板剪切成2 cm×2 cm的正方形。用自来水作为稀释水，稀释CaCl2至Ca2+的质量浓度为520 mg/L，用NaCl调整电导率至4 mS/cm。将2.7 L稀释水加热至85℃。在疏解前将挂面箱纸板碎片以质量分数2%的浓度在稀释水中浸泡5 min，纸浆在Britt解离器中疏解3 000 r，添加稀释水将浆料配成质量分数为1%。

1.2 DDA实验

利用瑞典Akribi Kemi Konsulter公司的动态滤水分析仪（DDA）测定留着和滤水性能，每次测试实验使用500 mL的纸浆。将聚合氯化铝（PAC，PAX-XL63）或十二水合硫酸铝钾（明矾）和纸浆一同加入到500 mL的烧杯中，在100 r/min转速下磁力搅拌10 min。纸浆在滤水前30 s加入到DDA中，将DDA搅拌器转速设置为1 000 r/min。在滤水前加入二氧化硅（Fenno Sil 422）和聚合物，且停止搅拌2 s后开始滤水。开始滤水后在300 mBar（30 kPa）的真空条件下处理30 s，滤网网目0.25 mm。滤水开始后立即记录滤水时间和滤液浊度。留在滤网的湿纸幅利用Lorenz&Wettre热板干燥器干燥至恒重，以计算留着率。各化学助剂在DDA测试中的加入时间如表1（表中小括号内的数据为助剂的加入量，下同）和表2所示（表2中:OCC+牛皮纸浆的DDA实验中加入的阳离子淀粉为Meribond 155，表面施胶淀粉为C*film 07312非离子糊精化淀粉）。

表1 OCC纸浆DDA测试中的化学助剂添加时间

表2 OCC+牛皮纸浆DDA测试中的化学助剂添加时间

1.3 DDA滤液中溶解淀粉的测定

将10 mL质量分数为10%的HCl加入到25 mL滤液中，磁力搅拌10 min，然后用black ribbon滤纸和漏斗进行自然过滤。取1 mL滤液混合物加入到8.5 mL水中，然后加入0.5 mL的碘试剂，碘试剂中KI的质量浓度为7.5 g/L，I2的质量浓度为5 g/L，混合1 min后利用Hach Lange DR 900分光光度计在610 nm波长下测定吸光度。在碘试剂加入前用试样对分光光度计进行调零。将C*film 07311非离子降解淀粉用作参比以获得用于淀粉定量的标准方程。测定HCl-碘试剂溶液吸光度值作为空白测试，以从结果中扣除基线。根据公式:（纸浆中淀粉-滤液中淀粉）/纸浆中淀粉×100%计算淀粉的留着率。

1.4 抄纸实验1

用50∶50质量比的清滤液和网下滤液将含有质量分数为50%OCC和质量分数为50%牛皮纸浆（下同）的浆料稀释至质量分数1%。过程水和浓浆料均来自同一台箱纸板机。手抄片抄纸器所用水为经过调整电导率和钙离子的水，电导率和钙离子含量与清滤液相同。利用快速Kotchen纸页成形器抄纸，定量为120 g/m2。表3为OCC+牛皮纸浆手抄片中化学助剂的添加时间。

1.5 抄纸实验2

表3 OCC+牛皮纸浆手抄片中的化学助剂添加时间

高浓度纸浆用调整过电导率和钙离子含量的水稀释至质量分数1%，其电导率为4 mS/cm，钙离子质量浓度为520 mg/L。手抄片抄纸器用水为经过调整电导率和钙离子的水，手抄片采用循环水抄造。舍弃各试验条件下初始抄造的5张纸样。手抄片使用快速Kotchen纸页成形器抄造，定量为120 g/m2。表4为OCC纸浆抄纸实验的化学助剂添加时间。

1.6 防止淀粉降解

利用不同浓度的Fenno Spec 1200淀粉酶抑制剂产品或杀菌剂处理含有淀粉的纸机过程水。将淀粉添加到网下滤液样品[ρ（淀粉）=1 000 mg/L]中，用杀菌剂[质量分数为20×10-6（以活性氯计）的一氯胺]或不同浓度的淀粉酶抑制剂（以下简称“抑制剂”）产品（单位为“mg/L”）进行处理。在温度45℃下保温2 h，然后利用碘染色法测定淀粉浓度。

表4 OCC纸浆抄纸实验中的化学助剂添加时间

2 结果与讨论

2.1 抑制淀粉降解

本实验研究了采用不同的处理方法抑制淀粉降解，结果见图1。

图1所示表明酶抑制剂能有效防止淀粉降解，且存在明显的剂量效应。而杀菌剂却效果甚微，采用其他几种杀菌剂（戊二醛、二氧化氯、过甲酸、DBNPA、CMIT/MIT；数据未列出）也是得到类似的结果。这些实验结果表明，酶抑制剂用于保护淀粉比杀菌剂更加有效。这在造纸其他情况下结果也类似。

厌氧微生物可在其周围产生酸而降低过程水的pH。杀菌剂可以杀死厌氧微生物，但是不能中和微生物产生的酸，因此杀菌剂处理后过程水的pH仍然较低，除非添加能够与酸直接发生反应的碱性物质。同样，采用杀菌剂可以杀死细菌，但是细菌已经产生的淀粉酶作为杂质仍然存在于过程水中并会降解淀粉，除非采用抑制剂使它们失去活性。

图1 淀粉酶抑制剂能够防止淀粉降解

2.2 使用不同的助留体系改善留着和强度

分析了回收淀粉的留着性能。研究不同的留着体系，以寻求能够捕获非离子淀粉的最佳助留体系。通过调整稀释水的电导率和硬度，利用回收纤维原材料模拟工厂低耗水量的条件开展实验（利用DDA测试添加不同留着体系的浆料，采用碘染色法分析DDA滤液测定淀粉的留着率），结果见图2。

图2表明:非离子淀粉自身不能留着；单独使用PAC，仅能够留着＜10%的淀粉；二氧化硅的添加能稍微提高淀粉的留着，但是PAC、二氧化硅和FennoBond 55D聚合物（以下简称“55D聚合物”）的联合应用能够获得最好的留着效果。采用常规中等相对分子质量的CPAM，淀粉的留着效果低于55D聚合物。

图2 PAC、二氧化硅和聚合物联合处理回收纤维浆料后非离子淀粉的留着效果

分析了聚合物体系对滤水性的影响。在DDA实验和压榨实验后测定手抄片的干度分析滤水效果，结果见图3。

结果表明，在同一测试点，添加55D聚合物的手抄片的干度优于采用常规CPAM的手抄片。这说明55D聚合物能够改善滤水和脱水性能。压榨后的干度对于提升车速至关重要，这表明在生产中使用55D聚合物可大幅提升车速。

图3 DDA测试后浆料的干度（a）和实验室压榨后浆料的干度（b）

分析了使用不同聚合物的总留着率。利用DDA测定总留着率，结果见图4。

图4表明，采用新型两性聚合物留着率明显优于使用常规聚合物。留着率的改善有助于提升系统洁净度、纸机运行性和助剂的留着（例如施胶剂等）。

分析了聚合物对强度性能的影响。测定手抄片的SCT强度和灰分，以确定增加的灰分对强度的影响，结果见图5。

图5（b）表明灰分随着55D聚合物和常规聚合物用量的增加而增加。从图5（a）可以看出，在所有用量的55D聚合物其SCT强度均较高，且仅在使用常规聚合物时较高的灰分会降低强度。这表明55D聚合物与常规聚合物不同，即使在较高的灰分条件下也能维持强度性能。

图4 DDA测试添加不同聚合物的留着率

实验测定了手抄片的SCT强度（短距压缩强度）、耐破强度和CMT强度（康克拉平压强度）（手抄片实验2），以分析55D聚合物对纸板强度的影响，结果见图6（图中:AMF表示两性聚合物）。

图5 不同聚合物对SCT强度（a）和灰分（b）的影响

图6 所示表明55D聚合物能够增加所有的强度。使用膨润土可获得较高的淀粉留着，从而能进一步改善耐破强度（与单独使用聚合物相比，强度增加＞20%）。55D聚合物能够改善所有关键的强度指标。

2.3 工厂试验

在不同工厂对淀粉酶抑制剂进行测定试验。

2.3.1 工厂试验1

图6 手抄片实验中55D聚合物对强度性能的影响

该工厂利用废纸浆和牛皮纸浆生产挂面箱纸板和瓦楞纸。在试验中，淀粉酶抑制剂产品加入伏损池和RCF稀释水中。试验期间，最终产品能够维持同样的强度性能，同时能够节省:①吨纸磨浆能耗减少15～20 kW·h；②降低阳离子淀粉的吨纸用量0.5 kg；③废水COD降低5%。

2.3.2 工厂试验2

该工厂主要以废纸浆为原料生产纸板。在使用某些废纸纸种时，工厂需要加入超过100 kg/t用量的淀粉实现强度目标。因此，工厂欲降低淀粉消耗量，提高生产效率。将淀粉酶抑制剂产品在RCF塔加入。现有的留着体系由阳离子聚合物和二氧化硅组成，对回收淀粉的留着非常有效。试验期间，新鲜淀粉的用量大幅降低，根据纸种新鲜淀粉吨纸用量可降低4～25 kg。

2.3.3 工厂试验3

该工厂利用废纸浆生产挂面箱纸板和瓦楞纸。工厂存在生产系统pH较低、钙离子含量高以及厌氧处理废水等问题。将淀粉酶抑制剂产品在RCF塔之后加入，第2个剂量加入点在短纤维塔之前。试验期间，如下工艺状况得到了改善:①淀粉吨纸用量平均减少7 kg；②过程体系的pH更加稳定，氢氧化钠的用量降低；③废水塔Ca2+浓度维持在较低的水平。

2.3.4 工厂试验4

该厂利用废纸浆和牛皮纸浆生产挂面箱纸板。用淀粉酶抑制剂处理RCF中纸浆，2种纸浆中均加入新型两性聚合物。试验期间，RCF系统中淀粉降解减少，有更多的淀粉随RCF中纸浆进入纸机，且RCF中纸浆的pH更加稳定。更加重要的是，与对比阶段相比试验期间生产效率提高了5%。

3 结论

利用新型留着和增强体系，与淀粉酶抑制剂联合使用，能够大幅改善废纸浆料成纸的主要性能和质量指标。

以含有非离子表面施胶淀粉的废纸浆为原料，利用动态滤水分析仪进行留着和强度实验。测定滤液中的残余淀粉、滤液浊度、首程留着率、滤水时间、干度和SCT。利用回用水抄造手抄片分析对强度性能的影响（SCT、CMT和耐破强度）。结果表明:絮凝剂、微粒和新型高相对分子质量聚合物的联合应用能够改善淀粉的留着和滤水性能；同时，也能明显提升成纸强度。

实验室研究表明，淀粉酶抑制剂能够有效防止淀粉降解，工厂试验也证实了这一结果。工厂试验表明该方法能够为以废纸浆为原料的工厂大幅节约生产成本。

综上所述，凯米拉的Kem Revive理念提出的解决方案能够为造纸生产商提供价值:（1）提高产量；（2）减少新鲜淀粉用量；（3）提高强度性能/使用更少的原料获得相同的强度；（4）使用更具高效和持续性的原材料；（5）降低废水中的COD。

目前，大部分纸板工厂利用的RCF中纸浆含有大量的淀粉，在使用过程中因降解而不能再利用。本文提出的淀粉再利用的创新型方法创造了纸机上的全新可能。