来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物在造纸法的湿部中的用途的制作方法

专利名称：来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物在造纸法的湿部中的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物在造纸法的湿部中的用途，制造纸制品的方法，以及包含该蛋白质水解物添加剂的纸浆及纸制品。
背景技术：
在造纸工业中，使用各种不同的添加剂以提高经修饰的纸制品的性能。这些性能例如包括可印刷性、湿/干强度、柔软度及润湿特性。一般而言，添加剂的使用量需要小心地加以控制，这是因为这些添加剂大多数是昂贵的化学物质。

发明内容
本发明的目的是提供新类型的廉价添加剂，其可被有利地用于制造纸制品。
现在惊人地发现，来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物可被有利地用作具有高保留性的纸制品添加剂。
因此，本发明涉及来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物作为造纸法的湿部中的添加剂的用途。
本发明能够以非常高的成本效益制造品质非常高的纸制品。根据本发明制得的纸制品在强度和单位质量的体积方面具有优异的品质特征。
术语“湿部”应理解为造纸法中在干部阶段(对待制造的纸制品实施干燥的阶段)之前的阶段。
根据本发明使用的蛋白质水解物可来自各种不同的含有角蛋白的材料。该含有角蛋白的材料可合适地来自哺乳动物和/或禽类。衍生出蛋白质水解物的合适的含有角蛋白的材料包括哺乳动物毛发、动物蹄、爪、角及羽毛。蛋白质水解物优选来自哺乳动物毛发和/或羽毛。蛋白质水解物更优选来自哺乳动物毛发，特别是家畜，更特别是猪及鸡毛。
根据本发明使用的蛋白质水解物可合适地通过对含有角蛋白的材料实施氧化处理而制得，其中含有角蛋白的材料与含有漂白剂的溶液接触。所制用于实施氧化处理的溶液具有碱性(pH大于7)或酸性(pH小于7)。所述溶液优选通过添加NaOH、KOH和/或NH4OH而具有碱性或通过添加一种或更多种(有机)酸而具有酸性。可使用的各种不同的(有机)酸包括乙酸和甲酸。
用于步骤(a)中的碱性溶液的pH值优选在9至13的范围内，更优选在10至12的范围内。酸性溶液的pH值优选在3至7的范围内，更优选在4至6的范围内。
合适的漂白剂包括有机及无机过氧化物。优选使用选自以下组中的漂白剂次卤酸盐(hypohalide)、过硼酸盐、过碳酸盐、有机过氧化物或过氧化氢。漂白剂更优选包括过氧化氢。单独一种漂白剂或多种漂白剂的混合物可合适地用于碱性或酸性溶液。在碱性溶液中，优选使用无机过氧化物，而在酸性溶液中，优选使用有机过氧化物。基于所有的碱性或酸性溶液，漂白剂的合适的使用量在0.1％(w/w)至40％(w/w)的范围内，优选在0.3％(w/w)至30％(w/w)的范围内。
在氧化处理中，含有角蛋白的材料可合适地与碱性或酸性溶液接触5分钟至16小时，优选15分钟至10小时。氧化处理中采用的温度合适地可在室温至100℃的范围内，优选在30℃至80℃的范围内。
含有角蛋白的材料可为一种类型的含有角蛋白的材料，或为不同种类的含有角蛋白的材料的混合物。
对含有角蛋白的材料实施的氧化处理优选首先实施洗涤步骤，其中从该含有角蛋白的材料中除去可溶性组分，如血、尿残余物及其他动物组分，然后对该含有角蛋白的材料实施氧化步骤。在氧化处理中获得的且包含于溶液中的蛋白质水解物随后可通过将其从剩余的含有角蛋白的材料加以分离而回收。这可利用已知的技术现实。为此目的，例如可使用传统的过滤系统。以此方式，可获得蛋白质水解物的溶液。为了回收来自如此获得的蛋白质水解物溶液的蛋白质水解物，可合适地调节该溶液的pH值，从而使蛋白质水解物沉淀，然后蛋白质水解物沉淀物可通过原本已知的方法加以回收。优选调节该溶液的pH值在1至5的范围内，更优选在2至4的范围内。可通过在受控制的情况下例如以滴定的方式添加有机和/或无机酸至该溶液中而实施pH的调节。合适的酸包括盐酸、硫酸、乙酸、甲酸以及类似物。
可合适地实施pH调节5分钟至10小时，优选20分钟至8小时。在pH调节期间采用的温度可合适地在15℃至100℃的范围内，优选在25℃至70℃的范围内。
所得的蛋白质水解物沉淀物可合适地溶解于液体介质中以获得可用作纸制品添加剂的溶液。该液体介质合适地包括未经使用的和/或经回收的纤维素纤维和/或用于造纸法的湿部中的已知添加剂。优选使用水或循环水作为该液体介质。可添加一种或更多种其他的纸制品添加剂至如此获得的蛋白质水解物溶液，然后将该溶液用于制造纸制品。这些其他的添加剂可使待制得的纸制品具有不同的特性。基于总的纤维重量，蛋白质水解物的浓度合适地在0.1％(w/w)至50％(w/w)的范围内。基于总的纤维重量，蛋白质水解物的浓度优选在0.3％(w/w)至40％(w/w)的范围内。
选择性地，蛋白质水解物沉淀物同样可被添加至含有一种或更多种用于制造纸制品的其他添加剂的溶液中。在另一个合适的具体实施方案中，将蛋白质水解物沉淀物直接添加至纸浆，然后其与其他纸浆组分彻底地混合。
蛋白质水解物添加剂优选以溶液的形式加以使用。
本发明还涉及用于制造纸浆的方法，该方法包括在湿部中将来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物与未经使用的和/或经回收的纤维素纤维加以混合，及回收如此获得的纸浆。
本发明还涉及可通过上述方法获得的纸浆。基于所有的纸浆，该纸浆合适地包括含量在0.1至50重量％范围内的来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。基于所有的纸浆，该纸浆优选包括含量在0.3至40重量％范围内的来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。
本发明还涉及用于制造纸制品的方法，该方法包括在造纸法的湿部中将来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物与未经使用的和/或经回收的纤维素纤维加以混合，对如此获得的混合物实施脱水，压制经脱水的材料，干燥经压制的材料，及回收如此获得的纸制品。
此外，本发明还涉及可通过上述方法制得的纸制品。基于所有的纸制品，该纸制品合适地包括含量在0.1至50重量％范围内的来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。基于所有的纸制品，该纸制品优选包括含量在0.3至40重量％范围内的来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。
在本发明的范畴内，术语“纸制品”意味着包括所有种类的纸，如印刷纸、纸巾/卫生纸、新闻纸、办公用纸、特种纸，以及诸如纸板、折叠板、盒纸板、波纹板、皱纹板、3D板等的材料。


图1所示为添加蛋白质水解物的效果。
图2所示为作为纤维素纸浆中的添加剂的蛋白质水解物对短压缩测试指数的影响。
图3所示为蛋白质水解物对Z方向抗拉强度的影响。
图4所示为当部分纤维素纤维被蛋白质水解物代替时的结果。
图5所示为纸张在其断裂之前的伸长率。
具体实施例方式
实施例制造蛋白质水解物在250克毛发的混合物中添加9升水，随后将该混合物的pH调节至适合于漂白的水平。然后将该混合物的温度提高至65-70℃，并添加200毫升30％(w/w)的过氧化氢溶液(pH为11)或60毫升32％(w/w)的过乙酸(pH为5)。然后搅拌该混合物16小时，然后通过降低反应混合物的pH至3而分离水解产物。产生沉淀时立即通过过滤加以收集，并在70℃下加以干燥。干燥之后，可任选将所得产物研磨成粉末。
蛋白质水解物的评定以如下方式将水解产物(0、1、5、10、15％(w/w))与来自Eucalyptus的未经使用的纤维素纤维混合，各混合物均获得恒定重量的纤维素纤维。为了进行比较，仅利用未经使用的Eucalyptus纤维素纤维制成片材，其评定结果被描述为0％(w/w)。利用FRET(成型与保留性测试机Formation and Retention Tester)并施加0.5巴的真空而获得片材。在100℃下利用Rapid Kthen干燥元件干燥这些片材。各混合物均制成三个片材。测定由各混合物获得的纸张的性能蛋白质水解物的保留性如上所述地在Rapid Kthen(RK)片材成型机上制造手抄片材，并将360毫克角蛋白水解产物添加至含有纤维混合物(约5克)的RK容器。然后根据Bradfort方法分析滤出液(7升)的蛋白质含量。测得0.722毫克/升留在滤出液中。由此数据可以得出，不少于98.6％的角蛋白水解产物被保留在纤维上。
单位质量的体积(cm3/g)通过将片材厚度除以重量每平方米而计算出单位质量的体积。表1给出了不同片材的结果。
单位质量的体积随着蛋白质水解物百分率的上升而下降。可以看出，蛋白质水解物能够填充由纤维素纤维网形成的孔。
表1片材的单位质量的体积

孔隙率添加蛋白质水解物的效果如图1所示。随着添加的蛋白质水解物百分率的上升，片材的孔隙率下降。从5％(w/w)添加的蛋白质水解物开始可以清楚地看出该效果。
短压缩测试(Short Compression Test)作为纤维素纸浆中的添加剂的蛋白质水解物对SCT指数的影响如图2所示。添加的蛋白质水解物对短压缩测试指数具有积极影响。
Z方向的抗拉强度蛋白质水解物对Z方向抗拉强度的影响如图3所示。如图3所示，在纤维素纤维中的蛋白质水解物的添加量的提高对纤维的相互作用具有积极影响。
抗拉指数测量该参数以评定断裂时的拉力，并给出断裂之前所需纸张长度的情况。图4所示为当部分纤维素纤维被蛋白质水解物代替时的结果。随着蛋白质水解物重量百分率的上升，这意味着强度更大的纸张，断裂长度迅速上升。该效果符合在前观察到的提高的纤维-纤维相互作用。
断裂伸长率该参数给出了纸张在其断裂之前的伸长率的情况。结果如图5所示。这些结果很好地位于在前的图3和4中所示的结果之内。蛋白质水解物重量的提高还使断裂伸长率提高。
权利要求
1.来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物作为造纸法的湿部中的添加剂的用途。
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述蛋白质水解物来自哺乳动物毛发和/或羽毛。
3.根据权利要求2所述的用途，其中所述蛋白质水解物来自哺乳动物毛发。
4.根据权利要求2所述的用途，其中所述蛋白质水解物来自羽毛。
5.根据权利要求3所述的用途，其中所述哺乳动物毛发来自家畜。
6.根据权利要求4所述的用途，其中所述羽毛来自鸡。
7.根据权利要求5所述的用途，其中所述哺乳动物毛发来自猪。
8.用于制造纸浆的方法，该方法包括在造纸法的湿部中将来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物与未经使用的和/或经回收的纤维素纤维加以混合，及回收如此获得的纸浆。
9.用于制造纸制品的方法，该方法包括在造纸法的湿部中将来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物与未经使用的和/或经回收的纤维素纤维加以混合，对如此获得的混合物实施脱水，压制经脱水的材料，干燥经压制的材料，及回收如此获得的纸制品。
10.通过如权利要求8所述的方法制得的纸浆，其包括来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。
11.根据权利要求10所述的纸浆，基于所有的纸制品，该纸浆包括含量为0.1至50重量％的来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。
12.根据权利要求11所述的纸浆，基于所有的纸制品，该纸浆包括含量为0.3至40重量％的来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。
13.通过如权利要求9所述的方法制得的纸制品，基于所有的纸制品，该纸制品包括含量为0.1至50重量％的来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物。
14.根据权利要求13所述的纸制品，其中基于所有的纸制品，来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物的含量为0.3至40重量％。
全文摘要
本发明涉及来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物作为造纸法的湿部中的添加剂的用途。本发明还涉及用于制造纸浆或纸制品的方法，以及包括来自含有角蛋白的材料的蛋白质水解物的纸浆或纸制品。
文档编号D21H21/18GK1942631SQ200580011835
公开日2007年4月4日 申请日期2005年2月18日 优先权日2004年2月19日
发明者特奥多尔·马克西米利安·斯拉格海克, 马里奥·塔西斯休斯·雷蒙德斯·范万德伦, 威廉·科内利斯·德罗斯特, 达里奥·马里亚·罗萨里奥·洛卡西欧, 雷姆科·威廉·戈德弗里德斯·范维利格 申请人:荷兰应用科学研究会(Tno)