工业杀菌防腐剂在造纸工业中的应用
2014-12-09 19:36:59
天纬化学
摘要:介绍了造纸工业中发生的微生物危害;消除微生物危害的方法;常用的杀菌防腐剂的
特性和发展动向;造纸工业新型工业化对杀菌防腐剂提出的要求;杀菌防腐剂在制浆抄纸系
统中的应用技术进展。
微生物是自然界生态平衡中一个必要的组成环节。由细菌、霉菌、酵母菌和藻类等导致的微生物危害，如材料的腐烂等迫使人们长期以来采用各种方法与微生物的危害进行斗争。杀菌防腐问题一直是产业界和科技界关注的课题。
在制浆、抄纸和加工纸生产过程中，存在微生物生长的适宜条件，如果不加以控制或控制不当，就会发生微生物危害。因此，常用杀菌防腐剂控制微生物危害。虽然制浆造纸工业使用杀菌防腐剂的历史悠久，但是随着时代的发展和科技进步，制浆造纸工业使用的杀菌防腐剂正在向着新型工业化方向发展。
1 造纸工业中微生物的存在
制浆、抄纸涂布纸(加工纸)生产和纸张贮存、使用过程中，往往存在适宜微生物生长繁殖的条件，一旦温度、pH、水分、营养源、微量元素合适，微生物就会滋生繁殖(表1)。
表1 微生物的生长条件[1]
|
条件 |
细菌 |
霉菌 |
真菌 |
藻类 |
光照
理想的pH
理想的温度/℃
营养源
微量元素
氧气 |
-
微碱性
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 |
+
自然条件
15~30
CO2
+
O2 |
注:“+”表示起作用;“-”表示不起作用。
制浆原料是木材等天然纤维，往往含有多糖、蛋白质、纤维素、树脂成分，成为微生物的营养源。在温度、pH、水分合适的条件下，微生物就会大量繁殖。氧气存在条件下，好氧菌得以滋生繁殖;在缺氧条件下，厌氧菌往往在设备、贮槽、管道的死角滋生繁殖。因此，不论有氧还是缺氧，纸浆都容易发生微生物危害，这就是贮存的纸浆会变成腐浆的原因。在正常生产过程中，设备、贮槽、管道的死角处也可以腐败或形成生物膜，从而发生微生物危害。
在抄纸过程中，往往要加入各种辅助物料(如填料等)和添加剂--功能性添加剂(增强剂、施胶剂等)和过程性添加剂(如树脂障碍控制剂和消泡剂等)。添加剂和涂料的微生物污染可能有许多来源，这些来源包括:物料含有微生物或微生物的孢子;新鲜水未经处理或处理不当。
淀粉及淀粉衍生物 淀粉是一种理想食品，微生物为了生长，将淀粉组分经发酵转变为糖。腐败了的淀粉作为增强剂或涂料成分，都不可能获得最优性能。产生了微生物问题，可以从粘度下降或pH降低得到证实。事实上，蒸煮过的淀粉并不能永久消除微生物危害，在贮存、运输和使用过程中都会重新发生微生物危害。淀粉从纸机返回至施胶压榨流量槽，可能使蒸煮过的淀粉被带有活性的细菌污染。淀粉及其衍生物一旦被污染，重新蒸煮或添加杀菌防腐剂不能使淀粉及其衍生物的施胶性能复原。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强大的生物降解性，同样可能存在不同程度的微生物危害。
蛋白质 蛋白质粘合剂(如干酪素、豆酪素等)在涂料组分在中常常和其他粘合剂(如丁苯胶乳、丙烯酸胶乳等)一起使用。微生物很容易降解大的蛋白质分子，粘度大幅度降低时，通常只出现pH轻微地降低。pH开始降低不久，蛋白质发生沉淀，同时产生恶臭气味和出现产品脱色现象。
合成胶乳 SBS、EVA和丙烯酸胶乳是最常用的合成粘合剂。生物体可能使胶乳组成中的树脂、分散剂和稳定剂遭到破坏。由于这种破坏不伴随pH降低或粘度降低，故这种降解破坏比较难于发现。涂料对原纸的粘着力差，颜料固着能力低和强度不合格，可能就是腐败的证明。
施胶剂[26] 松香系施胶剂是最常用的施胶剂。早期的松香系施胶剂是酸性施胶剂，其主要组成是松香或改性松香以及分散剂，适合真菌和霉菌的生长和繁殖;自二十世纪八十年代以来发展起来的松香系中性施胶剂和AKD中性施胶剂是由松香及衍生物或AKD原粉和分散剂组成的，都适合细菌的繁殖生长。
填料 和淀粉及蛋白质不同，填料--高岭土、沉淀碳酸钙、研磨碳酸钙、滑石和二氧化钛--不是微生物的营养源，但是它们含有分散剂，对其性能的影响很关键。如果分散剂遭到降解，则可能引起粘度的改变。涂布表面细料偶然的微絮聚现象，可能部分是由于填料中的分散剂分解作用引起的。硫酸盐还原细菌，甚至可以引起填料变黑及产生硫化氢。这种现象常常在高岭土保存不适当的情况下出现，这种高岭土必须返回高岭土厂进行再漂白及处理才能回用[2]。
涂布纸[26]由于存在微生物的营养源，在适宜的条件下容易霉变。新型纸品例如果袋纸，由于在农田或冷库等潮湿条件下使用，也容易滋生霉菌。夏季铜板纸和卫生纸常常发生霉变。因此，食品用纸及与人体接触的纸品如卫生纸在出厂后仍然需要在一定时期内保持适当的抗菌防霉活性。所以，成纸的抗菌防霉问题也是一个值得关注的新问题。