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在资源、能源日渐紧张的今天,充分利用现有的造纸用植物纤维资源,对原有纸制品的纤维原料性能进行改善,生产更高级纸制品,对整个制浆造纸工业具有重要的意义。在制浆造纸工业中纸张性能的改善一般通过添加湿部化学助剂来实现,但近年来酶以其对纤维素、半纤维素和木素的特定作用成为研究的热点。目前,利用纤维素酶和半纤维素酶改性纸浆,往往是以牺牲强度作为代价的。因此探索其它可用于改善纸浆性能的酶具有重要意义。漆酶是一种木素降解酶,在某些具有传递电子能力的介体和氧气的存在下,能够对木素发生氧化降解,具有广阔的应用前景。
磨石磨木浆是所有浆种中得率最高、生产成本最低,环境污染最小的一种制浆方法,但是它存在强度低和白度稳定性不足的缺点。本论文利用漆酶/介体体系对未漂马尾松磨石磨木浆进行改性并对其机理进行了研究。
利用漆酶价体体系改性未漂马尾松磨石磨木浆的最佳工艺条件为:漆酶用量5 LAMU/g,介体用量1﹪,酶作用时间45 min,温度60℃,浆浓5﹪,通氧气。在此条件下进行改性,改性浆白度较对照浆有所降低,但可漂性提高。改性浆经过氧化氢漂白后,白度可达60.8﹪ISO,较对照浆提高了2.0﹪ISO;裂断长达2.16 km,较对照浆提高了500 m,撕裂指数提高了0.83mN·m<2>/g。
利用IR、ESCA、ESEM.、ESEM-EDXA等技术对对照浆、漆酶/介体体系改性纸浆进行纤维表面性能分析。纸浆纤维长度、粗度分析结果表明,纸浆经漆酶/介体体系改性后,纤维长度、粗度变化不大。说明,漆酶改性纸浆的过程中,仅在纤维的表面引起了一定的剥蚀作用。对纸浆表面接触角的测定发现,漆酶改性后,纸浆表面的接触角变小。说明,漆酶改性纸浆,能够提高纸浆的润湿性能。红外光谱分析结果表明,漆酶/介体体系改性纸浆过程中,存在着木素的降解溶出。ESCA分析发现,漆酶/介体体系改性后,纸浆的氧碳比提高,纸浆表面木素含量降低;对纸浆C<,IS>的分峰谱图研究得出,漆酶改性浆发生了氧化,纸浆中羰基含量和碳水化合物含量升高,纸浆中的木素含量降低。ESEM分析发现,漆酶介体/体系仅作用于纤维的表面。ESEM-EDXA分析发现,纸浆经改性后,氧元素含量升高,碳元素含量降低,说明纸浆发生了氧化。
对对照浆、漆酶/介体体系改性浆以及相应的漂白浆的木素进行分离,制得磨木木素。采用元素分析、功能基测定、IR、GPC、<1>H-NMR和<13>C-NMR等技术探测漆酶/介体体系改性对纸浆中木素结构的影响。木素元素分析结果表明,与对照浆相比,改性浆中的氧元素含量升高,说明木素发生了氧化反应。木素功能基测定结果表明,改性浆中木素的甲氧基、酚羟基含量降低,而羰基含量升高。根据甲氧基含量以及木素元素分析结果计算出木素的C<,9>结构单元式,发现改性浆木素单元式的分子量降低。凝胶渗透色谱分析发现,改性浆木素的数均分子量、重均分子量以及多分散性均降低。红外光谱分析发现,酶改性过程中存在着木素的降解溶出。对。<1>H-NMR进行分析,计算出木素中甲氧基、酚羟基、醇羟基含量。结果表明,漆酶/介体体系改性后,甲氧基、酚羟基、醇羟基含量均降低。<13>C-NMR分析结果表明,马尾松磨木木素中主要存在愈创木基型木素结构,并有少量的对羟基苯基丙烷结构单元。木素结构单元的主要连接方式有β-O-4、β-β’、β-5、α-O-4、5-5’。由<13>C-NMR计算得出,纸浆经LMS改性后,木素中每个C<,9>结构单元中甲氧基、酚羟基、伯醇羟基、仲醇羟基含量均降低。