工業殺菌防腐劑在造紙工業中的應用
2014-12-09 19:36:59
天緯化學
摘要:介紹了造紙工業中發生的微生物危害;消除微生物危害的方法;常用的殺菌防腐劑的
特性和發展動向;造紙工業新型工業化對殺菌防腐劑提出的要求;殺菌防腐劑在制漿抄紙系
統中的應用技術進展。
微生物是自然界生態平衡中一個必要的組成環節。由細菌、霉菌、酵母菌和藻類等導致的微生物危害，如材料的腐爛等迫使人們長期以來采用各種方法與微生物的危害進行斗爭。殺菌防腐問題一直是產業界和科技界關注的課題。
在制漿、抄紙和加工紙生產過程中，存在微生物生長的適宜條件，如果不加以控制或控制不當，就會發生微生物危害。因此，常用殺菌防腐劑控制微生物危害。雖然制漿造紙工業使用殺菌防腐劑的歷史悠久，但是隨著時代的發展和科技進步，制漿造紙工業使用的殺菌防腐劑正在向著新型工業化方向發展。
1 造紙工業中微生物的存在
制漿、抄紙涂布紙(加工紙)生產和紙張貯存、使用過程中，往往存在適宜微生物生長繁殖的條件，一旦溫度、pH、水分、營養源、微量元素合適，微生物就會滋生繁殖(表1)。
表1 微生物的生長條件[1]
|
條件 |
細菌 |
霉菌 |
真菌 |
藻類 |
光照
理想的pH
理想的溫度/℃
營養源
微量元素
氧氣 |
-
微堿性
25~40
C、H、N
+
O2或SO42-或NO3-等 |
-
微酸性
20~35
C、H、N
+
O2 |
-
微酸性
20~35
C、H、N
+
O2 |
+
自然條件
15~30
CO2
+
O2 |
注:“+”表示起作用;“-”表示不起作用。
制漿原料是木材等天然纖維，往往含有多糖、蛋白質、纖維素、樹脂成分，成為微生物的營養源。在溫度、pH、水分合適的條件下，微生物就會大量繁殖。氧氣存在條件下，好氧菌得以滋生繁殖;在缺氧條件下，厭氧菌往往在設備、貯槽、管道的死角滋生繁殖。因此，不論有氧還是缺氧，紙漿都容易發生微生物危害，這就是貯存的紙漿會變成腐漿的原因。在正常生產過程中，設備、貯槽、管道的死角處也可以腐敗或形成生物膜，從而發生微生物危害。
在抄紙過程中，往往要加入各種輔助物料(如填料等)和添加劑--功能性添加劑(增強劑、施膠劑等)和過程性添加劑(如樹脂障礙控制劑和消泡劑等)。添加劑和涂料的微生物污染可能有許多來源，這些來源包括:物料含有微生物或微生物的孢子;新鮮水未經處理或處理不當。
淀粉及淀粉衍生物 淀粉是一種理想食品，微生物為了生長，將淀粉組分經發酵轉變為糖。腐敗了的淀粉作為增強劑或涂料成分，都不可能獲得最優性能。產生了微生物問題，可以從粘度下降或pH降低得到證實。事實上，蒸煮過的淀粉并不能永久消除微生物危害，在貯存、運輸和使用過程中都會重新發生微生物危害。淀粉從紙機返回至施膠壓榨流量槽，可能使蒸煮過的淀粉被帶有活性的細菌污染。淀粉及其衍生物一旦被污染，重新蒸煮或添加殺菌防腐劑不能使淀粉及其衍生物的施膠性能復原。淀粉衍生物如氧化淀粉、接枝淀粉、酸性淀粉及淀粉磷酸酯等仍具有強大的生物降解性，同樣可能存在不同程度的微生物危害。
蛋白質 蛋白質粘合劑(如干酪素、豆酪素等)在涂料組分在中常常和其他粘合劑(如丁苯膠乳、丙烯酸膠乳等)一起使用。微生物很容易降解大的蛋白質分子，粘度大幅度降低時，通常只出現pH輕微地降低。pH開始降低不久，蛋白質發生沉淀，同時產生惡臭氣味和出現產品脫色現象。
合成膠乳 SBS、EVA和丙烯酸膠乳是最常用的合成粘合劑。生物體可能使膠乳組成中的樹脂、分散劑和穩定劑遭到破壞。由于這種破壞不伴隨pH降低或粘度降低，故這種降解破壞比較難于發現。涂料對原紙的粘著力差，顏料固著能力低和強度不合格，可能就是腐敗的證明。
施膠劑[26] 松香系施膠劑是最常用的施膠劑。早期的松香系施膠劑是酸性施膠劑，其主要組成是松香或改性松香以及分散劑，適合真菌和霉菌的生長和繁殖;自二十世紀八十年代以來發展起來的松香系中性施膠劑和AKD中性施膠劑是由松香及衍生物或AKD原粉和分散劑組成的，都適合細菌的繁殖生長。
填料 和淀粉及蛋白質不同，填料--高嶺土、沉淀碳酸鈣、研磨碳酸鈣、滑石和二氧化鈦--不是微生物的營養源，但是它們含有分散劑，對其性能的影響很關鍵。如果分散劑遭到降解，則可能引起粘度的改變。涂布表面細料偶然的微絮聚現象，可能部分是由于填料中的分散劑分解作用引起的。硫酸鹽還原細菌，甚至可以引起填料變黑及產生硫化氫。這種現象常常在高嶺土保存不適當的情況下出現，這種高嶺土必須返回高嶺土廠進行再漂白及處理才能回用[2]。
涂布紙[26]由于存在微生物的營養源，在適宜的條件下容易霉變。新型紙品例如果袋紙，由于在農田或冷庫等潮濕條件下使用，也容易滋生霉菌。夏季銅板紙和衛生紙常常發生霉變。因此，食品用紙及與人體接觸的紙品如衛生紙在出廠后仍然需要在一定時期內保持適當的抗菌防霉活性。所以，成紙的抗菌防霉問題也是一個值得關注的新問題。