CN115821616B - 一种烟用纸箱材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种烟用纸箱材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将烟梗原料放入仿生物酶溶液中进行预处理，得到第一浆料；S2.对所述第一浆料进行第一灭菌处理，得到第二浆料；S3.在所述第二浆料中加入白腐菌进行处理，得到第三浆料；S4.对所述第三浆料进行第二灭菌处理，得到造纸浆料。本发明提供的方法以烟梗为原料，不仅符合国家“低碳经济”的要求，还进一步丰富了烟用纸箱材料的原料库，既能避免资源浪费，又能达到降低成本、可生物降解、减少环境污染的效果。
Description
技术领域
本发明涉及烟用包装材料技术领域，特别涉及一种烟用纸箱材料的制备方法。
背景技术
我国作为烟草种植大国，虽然烟草年产量位居世界首位，但每年约有百万吨烟草废角料由于不能用于制备烟草而被浪费，其中以烟梗为主。烟梗是烟叶中的粗硬中脉，约占叶重的25-30％。目前，对烟梗的利用主要有：制作涂料、塑料产品；从烟梗中获取化工原料和化肥原料或者用烟梗来制备活性炭；提取烟梗原料中的烟碱，用以制备杀虫药剂、杀菌剂等。
早期，传统烟箱大多以木板为原料制备，但随着木材价格的持续上升以及消费者环保意识逐渐增强，木板制烟箱逐渐难以满足生产者对成本的要求以及大趋势对环保的要求。以烟梗作为原材料制备烟箱，既能避免资源浪费，又能达到降低成本、可生物降解、减少环境污染的效果。但是，由于烟梗具有一定的亲水性，在进行机械磨浆或者化学制浆过程中会导致能耗需求量增加，难以被直接应用于抄造纸张。
因此，如何提供一种工艺简单、成本低、可生物降解性良好的烟用纸箱材料的制备方法，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种烟用包装材料的制备方法，该方法以烟梗为原料，不仅符合国家“低碳经济”的要求，还进一步丰富了烟用纸箱材料的原料库，既能避免资源浪费，又能达到降低成本、可生物降解、减少环境污染的效果。
本发明提供的一种烟用纸箱材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将烟梗原料放入仿生物酶溶液中进行预处理，得到第一浆料；
S2.对所述第一浆料进行第一灭菌处理，得到第二浆料；
S3.在所述第二浆料中加入白腐菌进行处理，得到第三浆料；
S4.对所述第三浆料进行第二灭菌处理，得到造纸浆料。
目前，烟梗普遍被当作边角料弃置处理，不但造成自然资源的浪费，还会产生环境污染。研究表明，烟梗中分子量较小的木素居多，且具有亲水性，在进行机械磨浆或者化学制浆过程中会造成能耗需求量增加，难以被直接应用于抄造纸张，因此必须在制浆之前进行处理，将木素脱除。
本发明以烟梗为原料，经仿生物酶处理，再通过白腐菌处理，去除烟梗中的木素，得到纤维素含量高的浆料用于抄造纸张，制作烟用纸箱材料。
仿生物酶是先从天然生物酶中筛选出起主导作用的成分，然后通过化学方法合成具有同样功效的物质。这种物质既有酶的专一性、高效性，又有化学物质结构简单，性质稳定的特性。在特定的培养条件下作为催化剂，对底物进行识别、结合、催化。
白腐菌具有一套独特的酶降解***，包含木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶。白腐菌降解木质素主要包括两个阶段：①在细胞内，白腐菌受外界条件刺激，胞内代谢合成各种降解木质素的酶系，包括H2O2产生酶系，木质素降解酶系。②在细胞外，木质素降解酶的催化功能发挥作用，高效催化木素，催化产物和自身的已有成分生成H2O2，触发一系列的自由基链反应，生成反应活性高的酶中间体后，将木质素氧化成许多不同的自由基，最后降解成CO2和H2O。
优选的，步骤S1中，所述仿生物酶溶液中的仿生物酶包含以下重量份的原料：硫酸镁45-55重量份，硝酸亚铁25-30重量份，羧酸钠20-25重量份，羧酸钾25-30重量份。
在仿生物酶处理过程中，MgSO4、Fe(NO3)2加水溶解产生Fe3+、Mg2+，在烟梗中天冬氨酸和半胱氨酸的影响下，形成铁镁二聚金属酶。在铁镁二聚金属酶的作用下，原先在纤维与纤维之间起联合作用的木质素果胶质被去除，纤维与纤维之间形成“水分子-铁镁二聚金属酶-水分子”的架桥联系，Fe3+、Mg2+位于丙糖异构酶的C端，由一个作为桥的羟基连接，随着温度的降低和底物(木素，果胶质)的减少，酶促反应速度降低，铁镁二聚金属酶从架桥联系中脱除，两个水分子连接不稳定，脱去一个水分子，纤维与纤维之间形成水桥连接。通过仿生物酶的处理，有利于纤维之间的连接，提高成纸的物理强度。
优选的，所述仿生物酶溶液中仿生物酶的浓度为0.6mol/L-0.85mol/L。
优选的，所述烟梗原料与所述仿生物酶溶液的质量比为4:1-5:1。
优选的，步骤S1中，预处理过程的温度为25-35℃，时间为4-6h。
优选的，步骤S1中，保温的同时保持曝气。
优选的，步骤S1中，预处理过程的时间为4.5-5.5h。
优选的，步骤S1中，曝气处理为通过水泵对液体进行回流。
优选的，步骤S1中，利用水泵将液体抽出后再回流至反应体系中，一方面能够使物料混合更加均匀，反应更加充分；另一方面，回流的同时会有空气混入，保证反应体系中的氧气充足，利于反应的进行。
优选的，步骤S3中，白腐菌的加入量为第二浆料质量的2％-3％。
优选的，步骤S3中，白腐菌的加入量为第二浆料质量的2.2％-2.8％。
经研究，白腐菌降解木质素的过程中，先是分子量大的长键烃被切断，生成分子量小的短键烃，环状结构被打开，裂解形成链状化合物，羟基、亚甲基基团以及羧基的数量不断地增加，木质素被降解成小分子酸类或脂类进而被白腐菌生长代谢过程利用。
优选的，步骤S3中，除加入白腐菌外，还加入pH值为7.2-7.4的磷酸盐缓冲溶液，磷酸盐缓冲溶液的加入量为第二浆料质量的20％-30％。
优选的，磷酸盐缓冲溶液中溶有MnSO4·H2O、NaCl、FeSO4·7H2O、以及CaCl2；其中，MnSO4·H2O的加入量为第二浆料质量的0.006％-0.01％，NaCl的加入量为第二浆料质量的0.01％-0.015％，FeSO4·7H2O的加入量为第二浆料质量的0.005％-0.01％，CaCl2的加入量为第二浆料质量的0.005％-0.01％。金属离子的加入，有利于诱导白腐菌产生反应所需要的酶，加快降解过程的进行。
优选的，步骤S3中，白腐菌处理过程中，空气湿度为60-70％，温度为25-35℃，反应8-12天。
白腐菌处理过程中，反应20-24h时加入碳源，44-48h时加入氮源，90-96h时加入催化剂。
其中，催化剂的作用在于促进白腐菌的生长。
整个降解过程中，白腐菌先是利用烟梗中的小分子碳源供给自身生存，消耗殆尽后，再利用外界补加的碳源，来满足菌丝生长所需的能量，然后对木质素进行降解。
本发明通过对白腐菌的作用过程进行研究，在合适的时间段内补给碳源、氮源、催化剂，能够突破木质纤维素结构中木质素难降解屏障，从而降解木质素。
优选地，催化剂为二氧化锰、氧化铝中的一种或两种。
优选的，催化剂的加入量为第二浆料质量分数的0.01％-0.015％。
优选的，碳源为淀粉、蔗糖、葡萄糖中的一种或几种。
优选的，碳源的加入量为第二浆料质量分数的0.02％-0.06％。
优选的，氮源为硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中的一种或几种。
优选的，氮源的加入量为第二浆料质量分数的0.02％-0.06％。
优选的，步骤S2中，所述第一灭菌处理为：灭菌温度115℃-125℃，灭菌时间30min-50min。
通过第一灭菌处理，能够有效保证白腐菌的生长，避免其受到其它细菌的干扰。
优选的，步骤S4中，所述第二灭菌处理为：加入4％-5.5％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的加入量为所述第三浆料的0.3％-0.5％。
优选的，氢氧化钠溶液的加入量为所述第三浆料的0.35％-0.45％。
优选的，步骤S1中，所述烟梗原料为1-2cm的烟梗段。
将烟梗原料处理成短的烟梗段，有利于提高整个过程的反应效率。
优选的，还包括步骤S5：以所述造纸浆料为原料，抄造得到烟用纸箱材料。
优选的，步骤S5具体为，将造纸浆料研磨50-70min，加入造纸浆料质量分数0.8-1.2％的螯合剂，在55-65℃条件下处理20-40min，抄造成纸浆，制成烟箱。
优选的，采用盘磨机对造纸浆料进行研磨。
优选的，螯合剂为EDTA，可以提高纸浆白度，减少盘磨机中的结垢。
本发明的积极效果在于：以烟梗为原料制作烟用纸箱材料，既能避免资源浪费，又能达到成本低、可生物降解，对环境污染小的效果。用仿生物酶对烟梗进行处理，既利用了酶的专一性、高效性，又使酶反应***具有化学稳定，结构简单的优势。白腐菌处理能够达到纤维素分离纯化的目的，加快木质素降解速度和效率。相较于现有技术在碱、硫酸盐蒸煮制浆过程中会生成己烯糖醛酸影响纸浆的Kappa值而言，本发明无需使用高温强碱体系，能够有效减少己烯糖醛酸的生成，降低制备过程中化学物质的排放量，可以达到节约能源、改善纸张物理特性的效果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合具体实施例对本申请进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
一种烟用纸箱材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将烟梗原料放入仿生物酶溶液中进行预处理，所述仿生物酶溶液中的仿生物酶包含以下重量份的原料：硫酸镁45重量份，硝酸亚铁25重量份，羧酸钠20重量份，羧酸钾25重量份；仿生物酶溶液中仿生物酶的浓度为0.6mol/L，所述烟梗原料与所述仿生物酶溶液的质量比为4:1；预处理过程的温度为25℃，时间为6h，保温的同时保持曝气，得到第一浆料；
S2.对所述第一浆料进行第一灭菌处理，灭菌温度120℃，灭菌时间40min，得到第二浆料；
S3.在所述第二浆料中加入白腐菌进行处理，白腐菌的加入量为第二浆料质量的2.4％，同时加入第二浆料质量20％的pH值7.3的磷酸盐缓冲溶液、0.006％MnSO4·H2O、0.01％NaCl、0.005％FeSO4·7H2O、0.01％CaCl2；白腐菌处理过程中，空气湿度保持60％，温度为30℃，反应9天；白腐菌处理过程中，反应24h时加入第二浆料质量分数0.02％的葡萄糖，48h时加入第二浆料质量分数0.02％的硝酸铵，96h时加入第二浆料质量分数0.01％的MnO2，得到第三浆料；
S4.对所述第三浆料进行第二灭菌处理，加入4％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的加入量为所述第三浆料的0.35％，得到造纸浆料；
S5.以所述造纸浆料为原料，将造纸浆料用盘磨处理40min，加入造纸浆料质量分数0.8％的EDTA，在55℃条件下保温处理20min，抄造得到烟用纸箱材料。
实施例2
一种烟用包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将烟梗原料放入仿生物酶溶液中进行预处理，所述仿生物酶溶液中的仿生物酶包含以下重量份的原料：硫酸镁50重量份，硝酸亚铁30重量份，羧酸钠25重量份，羧酸钾30重量份；仿生物酶溶液中仿生物酶的浓度为0.8mol/L，所述烟梗原料与所述仿生物酶溶液的质量比为5:1；预处理过程的温度为30℃，时间为5h，保温的同时保持曝气，得到第一浆料；
S2.对所述第一浆料进行第一灭菌处理，灭菌温度125℃，灭菌时间30min，得到第二浆料；
S3.在所述第二浆料中加入白腐菌进行处理，白腐菌的加入量为第二浆料质量的2.6％，以及第二浆料质量的20％的pH值7.3的磷酸盐缓冲溶液、0.008％MnSO4·H2O、0.012％NaCl、0.008％FeSO4·7H2O、0.015％CaCl2；白腐菌处理过程中，空气湿度保持70％，温度为25℃，反应10天；白腐菌处理过程中，反应24h时加入第二浆料质量分数0.02％的蔗糖，48h时加入第二浆料质量分数0.02％的硫酸铵，96h时加入第二浆料质量分数0.01％的MnO2，得到第三浆料；
S4.对所述第三浆料进行第二灭菌处理，加入4.5％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的加入量为所述第三浆料的0.4％，得到造纸浆料；
S5.以所述造纸浆料为原料，将造纸浆料用盘磨处理50min，加入造纸浆料质量分数1.0％的EDTA，在60℃条件下保温处理30min，抄造得到烟用纸箱材料。
实施例3
一种烟用包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将烟梗原料放入仿生物酶溶液中进行预处理，所述仿生物酶溶液中的仿生物酶包含以下重量份的原料：硫酸镁45重量份，硝酸亚铁25重量份，羧酸钠25重量份，羧酸钾30重量份；仿生物酶溶液中仿生物酶的浓度为0.7mol/L，所述烟梗原料与所述仿生物酶溶液的质量比为4.5:1；预处理过程的温度为30℃，时间为4.5h，保温的同时保持曝气，得到第一浆料；
S2.对所述第一浆料进行第一灭菌处理，灭菌温度115℃，灭菌时间50min，得到第二浆料；
S3.在所述第二浆料中加入白腐菌进行处理，白腐菌的加入量为第二浆料质量的2.2％，以及第二浆料质量的20％的pH值7.3的磷酸盐缓冲溶液、0.009％MnSO4·H2O、0.01％NaCl、0.007％FeSO4·7H2O、0.01％CaCl2；白腐菌处理过程中，空气湿度保持65％，温度为30℃，反应12天；白腐菌处理过程中，反应24h时加入第二浆料质量分数0.02％的葡萄糖，48h时加入第二浆料质量分数0.02％的硝酸铵，96h时加入第二浆料质量分数0.01％的MnO2，得到第三浆料；
S4.对所述第三浆料进行第二灭菌处理，加入5％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的加入量为所述第三浆料的0.45％，得到造纸浆料；
S5.以所述造纸浆料为原料，将造纸浆料用盘磨处理40min，加入造纸浆料质量分数0.9％的EDTA，在55℃条件下保温处理40min，抄造得到烟用纸箱材料。
对比例1
不加入仿生物酶，其余同实施例1。
对比例2
不加入白腐菌，其余同实施例1。
对比例3
将S5中盘磨处理时间调整为10min，其余同实施例1。
对比例4
将S2中灭菌时间调整为10min，其余同实施例1。
实施例1-3以及对比例1-4所得烟用纸箱材料的性能实验结果见表1。
表1.所得成品性能试验结果
由表1可以看出，实施例1-3采用本发明提供的制备方法制备出的烟用纸箱材料，降解性能均在95％以上，且有比较高的物理强度。对比例1由于缺少仿生物酶的作用，抗张指数和降解性能均下降较多，物理性能很差。对比例2由于缺少白腐菌的作用，抗张指数和降解性能均下降较多，物理性能很差，难以做成烟用纸箱材料。对比例3-4中，由于相应步骤的工艺参数未落入本发明提供的最佳工艺范围，因而获得的最终产品物理性能较差。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种烟用纸箱材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将烟梗原料放入仿生物酶溶液中进行预处理，得到第一浆料；
S2.对所述第一浆料进行第一灭菌处理，得到第二浆料；
S3.在所述第二浆料中加入白腐菌进行处理，得到第三浆料；
S4.对所述第三浆料进行第二灭菌处理，得到造纸浆料；
S5.将造纸浆料研磨50-70min，加入造纸浆料质量分数0.8-1.2％的螯合剂，在55-65℃条件下处理20-40min，抄造成纸浆，制成烟箱；
步骤S1中，所述仿生物酶溶液中的仿生物酶包含以下重量份的原料：硫酸镁45-55重量份，硝酸亚铁25-30重量份，羧酸钠20-25重量份，羧酸钾25-30重量份；
所述仿生物酶溶液中仿生物酶的浓度为0.6mol/L-0.85mol/L；
所述烟梗原料与所述仿生物酶溶液的质量比为4:1-5:1；
步骤S1中，预处理过程的温度为25-35℃，时间为4-6h。
2.根据权利要求1所述的烟用纸箱材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，白腐菌的加入量为第二浆料质量的2%-3%。
3.根据权利要求2所述的烟用纸箱材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，白腐菌处理过程中，空气湿度为60-70%，温度为25-35℃，反应8-12天。
4.根据权利要求1所述的烟用纸箱材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一灭菌处理为：灭菌温度115℃-125℃，灭菌时间30min-50min。
5.根据权利要求1所述的烟用纸箱材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述第二灭菌处理为：加入4%-5.5%的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的加入量为所述第三浆料的0.3%-0.5%。
6.根据权利要求1所述的烟用纸箱材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述烟梗原料为1-2cm的烟梗段。
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