专利名称：使用酶和聚合物组合物的造纸方法
技术领域：
本发明涉及造纸方法以及由这些方法制备的产品。更具体地，本发明涉及用纤维分解酶(cellulylic enzyme)和一种或多种聚合物处理造纸纸浆。
背景技术：
使用酶处理造纸纸浆的具体造纸方法描述在例如下列美国专利中US4,923,565，Fuentes等人，US 5,110,412，Fuentes等人，5,169,497，Sarkar等人，以及US 5,308,449，Fuentes等人，将这些专利中每一篇的全文引入本发明作为参考。根据这些方法，在常规的造纸机上处理纸浆之前，将造纸纸浆与酶组合物接触相当长的时间段。根据这些方法，纸浆必须保持与酶组合物接触至少20分钟，然后纸浆才能够用常规的合成聚合物组合物进行处理。该接触时间使得在加入合成聚合物之前，酶有充分的反应时间。因此，该方法需要在酶首先接触纸浆处的下游位置单独加入合成聚合物，这是耗时间的并且是复杂的。
需要简化的和/或避免过长的接触时间的造纸方法。
发明内容
本发明提供了一种制备纸张或纸板的方法，该方法包括几乎同时向造纸纸浆中引入至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物以形成经处理的纸浆。酶组合物和聚合物组合物能够单独加入纸浆中，或者它们可以预混合然后再加入。纸浆也可以用至少一种阳离子淀粉进行进一步的处理。然后，所得的纸浆形成浆张，与常规的处理相比，所述浆张具有改进的滤水性能和/或留着性能。在滤水和干燥后，所得的纸张或纸板优选呈现出优异的不透明性和其它物理性能。
本发明还涉及制备纸张或纸板的方法，该方法包括在共混浆池(blendchest)中用阳离子聚合物组合物处理纸浆，然后将经处理的纸浆通过纸机前的浆池(machine chest)，在纸机前的浆池中将酶组合物加入经处理的纸浆中。然后将酶处理的纸浆精磨并通过调浆箱。然后纸浆从调浆箱通过白水井，在此处向纸浆中加入第二阳离子聚合物组合物，然后将纸浆形成纸张或纸板。
本发明还提供了用于实施上述方法的造纸体系，以及根据所述方法制备的纸张和纸板。
应当理解的是，上文的一般描述和下文的详细描述仅是举例性的和解释性的，其目的仅是提供所要求保护的本发明的进一步的解释。引入本申请中并构成本申请的一部分的附示说明本发明的几个实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图描述
图1是示出根据本发明的实施方案的造纸方法的流程图。
图2是示出根据本发明的另一实施方案的造纸方法的流程图。
图3是示出根据本发明的另一实施方案的造纸方法的流程图。
具体实施例方式
本发明提供了制备纸张或纸板的方法。在一种方法中，几乎同时向造纸纸浆中引入至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物。酶组合物和聚合物组合物能够单独加入纸浆中，或者它们可以预混合然后再加入。然后，所得的纸浆形成纸张或纸板。根据本发明，也可以向纸浆或经处理的纸浆中加入阳离子淀粉，该阳离子淀粉与阳离子聚合物组合物和酶组合物几乎同时加入，或随后加入。阳离子淀粉可以与先前加入的阳离子聚合物相同或不同。根据该方法制备的纸张和纸板优选呈现出优异的不透明性和/或其它物理性能。制备纸张和纸板产品的浆张优选呈现出优异的滤水性能和/或优异的留着纸浆细小纤维的性能。
本发明的方法可以在常规的造纸机上实施，根据本发明可以容易进行所述的改进。所述方法能够采用许多不同类型的造纸纸浆或其组合。例如，纸浆可以包含原浆(virgin)和/或回用浆，如亚硫酸盐原浆、损纸浆、阔叶木硫酸盐浆、针叶木硫酸盐浆、这些纸浆的混合物等。
如上文所讨论，几乎同时加入酶组合物和阳离子聚合物组合物。优选的是，几乎同时加入这两种组分意指彼此在10分钟之内、更优选彼此在5分钟之内、进一步优选彼此在2分钟或1分钟之内、最优选基本上同时向纸浆中加入这两种组分。
而且，一般可以在造纸过程的任何位置处加入酶组合物和阳离子聚合物组合物，但是优选在造纸过程中的白水井之前、更优选在纸机前的浆池之前、进一步优选在共混浆池之前加入所述酶组合物和阳离子聚合物组合物。最优选的是，在通常位于共混浆池前面的造纸过程中的第一精磨机之前加入酶组合物和阳离子聚合物组合物。
用于处理纸浆的酶组合物可以包含任何常规的具有纤维分解活性的处理造纸纸浆的酶。可以存在其它组分，只要这些组分不会不利地影响酶组合物的纤维分解活性。优选的是，酶组合物还具有分解半纤维素的活性。合适的酶和含酶的组合物包括在下列文献中描述的那些US 5,356,800，Jaquess，1998年2月27日提交的美国专利申请09/031,830，和公开号为WO99/43780的国际申请中，将这些文献的全文引入本发明作为参考。其它举例性的处理造纸纸浆的酶是BUZYMETM2523和BUZYMETM2524，这两种酶均可得自Buckman Laboratories International，Inc.，Memphis，Tennessee。纤维分解酶组合物优选包含约5％至约20％重量的酶。优选的酶组合物可进一步包含聚乙二醇、己二醇、聚乙烯吡咯烷酮、四氢糠醇(tetra hydrofurylalcohol)甘油、水和其它常规的酶组合物添加剂，正如US 5,356,800中所述。向纸浆中加入的酶的量为基于纸浆干重的约0.001-0.100％重量的酶，例如约0.005-0.05％重量。
在本发明的优选实施方案中，酶组合物包含至少一种聚酰胺低聚物和至少一种酶。聚酰胺以有效量存在以稳定酶。包含聚酰胺低聚物和酶的举例性的酶组合物描述在公开号为WO 99/43780国际申请中，将该文件全文引入本发明作为参考。
根据本发明，酶组合物可以包括两种或多种不同酶的组合。酶组合物可以包括如脂肪酶和纤维素酶的组合，并可任选包括稳定剂。稳定剂可以是上述的聚酰胺低聚物。
与酶组合物几乎同时加入到纸浆中的阳离子聚合物组合物以有效量加入，相比于不存在阳离子聚合物，优选改进纸浆的滤水性或留着性。通常，阳离子聚合物的加入量为至少约0.5磅阳离子聚合物/每吨纸浆，基于纸浆的干燥固体，且优选的加入量为至少约1磅阳离子聚合物/每吨纸浆。优选的是，阳离子聚合物的加入量为约2-6磅/每吨纸浆，基于干燥固体。阳离子聚合物可以优选以基于纸浆的干燥固体重量的约0.0001％至约0.0100％重量的量加入。
可以使用任何阳离子聚合物或其混合物，且优选可以将通常与造纸相关的常规的阳离子聚合物用作阳离子聚合物组合物中。阳离子聚合物的实例包括但不限于阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺聚合物，例如，丙烯酰胺与阳离子单体的共聚物，其中阳离子单体可以呈中和或季化的形式。优选含氮的阳离子聚合物。可以与丙烯酰胺共聚形成优选的本发明优选的阳离子聚合物的举例性的阳离子单体包括丙烯酸或异丁烯酸的氨基烷基酯、呈中和或季化的形式的二烯丙基胺。举例性的阳离子单体和阳离子聚丙烯酰胺聚合物描述在Baron，Jr.等人的US 4,894,119中，将该文献全文引入本发明作为参考。
阳离子聚合物也可以是由包括如1-三甲基铵-2-羟丙基异丁烯酸酯甲酯硫酸盐的单体形成的聚丙烯酰胺。阳离子聚合物的其它实例包括但不限于二烯丙基胺单体的均聚物、丙烯酸的氨基烷基酯的均聚物和聚胺，如US4,894,119中所述。也可以使用共聚物、三元聚合物或更高形式的聚合物。而且，对本发明来说，可以使用两种或多种阳离子聚合物的混合物。
当阳离子聚合物是阳离子聚丙烯酰胺时，共聚物中优选存在非离子丙烯酰胺单元，其存在量优选为至少约30mol％且通常不大于95mol％。至少约5mol％且通常不大于约70mol％的聚合物优选由阳离子共聚单体形成。
阳离子聚合物的重均分子量优选大于1,000，例如，约10,000至约15,000,000，或约100,000至约10,000,000。
在本发明的优选实施方案中，所存在的阳离子聚合物的重均分子量为至少约10,000，且在将阳离子聚合物组合物和酶组合物一起加入到纸浆中纸浆，所述阳离子聚合物与酶组合物预先混合。
在几乎同时用酶组合物和阳离子聚合物组合物处理造纸纸浆后，所得的经处理的纸浆可以用常规的造纸机和技术进行处理。经处理的纸浆另外可以用一种或多种组分进行处理，所述组分包括其它聚合物如阴离子和非离子聚合物、粘土、其它填料、染料、颜料、消泡剂、杀虫剂(biocide)、pH调节剂如明矾和其它常规的造纸或纸张加工添加剂。根据本发明的方法使用的一种特别优选的添加剂是阳离子淀粉。
可以向本发明的纸浆或经处理的纸浆中加入阳离子淀粉以形成淀粉处理的纸浆。可以在通过本发明的造纸装置或体系的沿着造纸纸浆流动的一个或多个位置处加入淀粉。例如，可以在向纸浆中加入酶和阳离子聚合物的几乎同时加入阳离子淀粉。也可以在纸浆用酶和阳离子聚合物处理后，向经处理的纸浆中可供选择地加入或另外加入阳离子淀粉。优选的阳离子淀粉包括但不限于土豆淀粉、玉米淀粉和其它湿部淀粉，或其组合。
可以向纸浆中加入常规量的淀粉。根据本发明可以使用的举例性的淀粉量是基于纸浆的干燥固体重量的约5至约25磅/吨。
除了淀粉外或用于代替淀粉，可以向造纸过程中的任何时间加入微粒添加剂。微粒添加剂能够改变纸浆的电荷或纸浆的组分的电荷。微粒添加剂可以是，例如，充电剂(charging agent)或改性剂、填料、凝结剂和/或留着助剂。微粒添加剂可以是天然或合成锂蒙脱石、膨润土、沸石、氧化铝溶胶、或本领域普通技术人员公知的任何常规的粒状添加剂。
根据在造纸方法中常规使用杀虫剂，可以向纸浆或经处理的纸浆中加入杀虫剂。例如，在纸浆已经用酶和阳离子聚合物处理之后，可以将杀虫剂加入共混浆池中的经处理的纸浆中。根据本发明用于造纸纸浆中的杀虫剂包括本领域普通技术人员公知的那些杀虫剂，例如，BUSAN 1130，得自Buckman Laboratories International，Inc.，Memphis，Tennessee。
图1中说明了用于实施本发明的方法的造纸体系的流程图。应当理解的是，所示的体系是本发明的举例，决不意味着以任何方式来限制本发明的范围。在图1的体系中，酶组合物供料和阳离子聚合物组合物供料以各自所需的浓度同时与造纸纸浆的流动物流混合以形成经处理的纸浆。所示的浆料供料代表浆料流，如从浆料容纳池或井中供应的浆料流。图1所示的浆料供料可以是导管，容纳或混合槽，或其它容器，通道，或浆料流的混合区。酶组合物供料可以是如具有与经处理的纸浆池的入口相通的出口的容纳池。阳离子聚合物组合物供料可以是如具有与经处理的纸浆池的入口相通的出口的容纳池。
用酶组合物和阳离子聚合物组合物处理的纸浆从经处理的纸浆池通过精磨机、然后通过共混浆池，在此处任选的添加剂(包括杀虫剂)与经处理的纸浆混合。精磨机具有与经处理的纸浆池的出口相通的入口，和与共混浆池入口相通的出口。
根据图1的实施方案，在共混浆池中处理的纸浆从共混浆池的出口(communication)进入纸机前的浆池的相通的入口。共混浆池和纸机前的浆池可以是本领域普通技术人员公知的任何常规类型。纸机前的浆池确保水平压头(level head)，即，确保体系的整个下游部位，特别是网前箱处的经处理的纸浆或浆料上的恒定压力。
在图1的体系中，将得自网前箱中的造纸中的滤水的纸浆再循环到白水井中。
在图2所示的实施方案中，在共混浆池处将阳离子淀粉加入到经处理的纸浆中，且所述体系包括常规的调浆箱。在调浆箱处可以加入附加的阳离子淀粉，尽管未在图2中示出。图2的体系在纸机前的浆池和调浆箱之间具有第二精磨机。可以在调浆箱处加入其它添加剂，包括pH调节剂如明矾。pH调节剂可以在沿着通过装置的纸浆或经处理的纸浆流的其它位置处加入。
本发明的装置也可以包括用于向纸浆流中提供合适的酶浓度的计量设备，例如，基于纸浆的干燥固体重量的约0.001至约0.100％重量的酶。所述装置可以包括用于向纸浆流中提供合适的阳离子聚合物用量的计量设备，例如，基于纸浆的干燥固体重量的0.0001至约1.000％重量的阳离子聚合物。优选提供其它计量设备用于在该方法期间可能使用的其它添加剂和成分。
图3示出了本发明的另一实施方案。在共混浆池中用阳离子聚合物组合物，如含氮的阳离子聚合物或阳离子淀粉处理纸浆。经处理的纸浆从共混浆池进入纸机前的浆池中，其中将酶组合物加入经处理的纸浆中以形成经酶处理的纸浆。然后，将酶处理的纸浆精磨并通过调浆箱，在此处将任选的阳离子聚合物组合物任选加入纸浆中。任选的阳离子聚合物组合物，如果使用的话，可以与在共混浆池处加入纸浆中的第一阳离子聚合物组合物相同或不同。可供选择的是，在调浆箱处不向纸浆中加入任何附加的阳离子聚合物。然后，纸浆从调浆箱通过白水井，在此处将含氮的阳离子聚合物组合物加入纸浆中。然后，纸浆通过混合浆泵进入丝网中，随后进入网前箱中。将得自网前箱中的造纸中的滤水的浆料再循环到白水井中。
根据图3示出的本发明的实施方案，含氮的阳离子聚合物组合物可以是例如，含有丙烯酰胺单元和阳离子单体单元的阳离子聚合物。另一方面，所加入的第一阳离子聚合物组合物可以是含氮的聚合物、阳离子淀粉或另一阳离子聚合物。任选的阳离子聚合物组合物也可以是含氮的聚合物、阳离子淀粉或另一阳离子聚合物。第一阳离子聚合物组合物、含氮的阳离子聚合物组合物和任选的阳离子聚合物组合物可以相同或不同。根据图3所示的本发明的优选实施方案，至少一种阳离子聚合物组合物和任选的阳离子聚合物组合物包含淀粉。而且，优选含氮的阳离子聚合物组合物包含丙烯酰胺单元和阳离子单体单元。
根据上述图1-3所示的任一实施方案，可以在如混合浆泵和丝网之间设置清洁器如离心力清洁装置。
本发明的方法和设备提供纸浆、酶和阳离子聚合物之间延长的反应时间。在本发明的体系中到达网前箱的经处理的纸浆可以形成纸张或纸板前体纸页。优选的是，所述纸页呈现出优异的滤水性和/或留着细小纤维的性能。根据本发明的方法制备的所得纸张和纸板呈现出优异的不透明性和其它物理性能。
对本领域普通技术人员来说，在不偏离本发明的精神或范围下，对本发明的实施方案进行各种改进和改变是显而易见的。因此，本发明覆盖了本发明的其它改进和改变，条件是它们在所附的权利要求书及其相当物的范围内。
权利要求
1.一种制备纸张或纸板的方法，包括a)几乎同时向造纸纸浆中引入至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物以形成经处理的纸浆；和b)将经处理的纸浆制成纸张或纸板。
2.权利要求1的方法，还包含向经处理的纸浆中引入至少一种第一阳离子淀粉。
3.权利要求1的方法，其中所述纤维分解酶组合物包含约5％至约20％重量的酶。
4.权利要求1的方法，其中向所述纸浆中加入的所述纤维分解酶组合物的量为基于纸浆的干重的约0.100％至约0.001％重量的酶。
5.权利要求1的方法，其中所述纤维分解酶组合物包含至少一种聚酰胺低聚物和至少一种纤维分解酶。
6.权利要求1的方法，其中所述纸浆包含亚硫酸盐浆。
7.权利要求2的方法，其中在步骤b)之前向经处理的纸浆中加入第二阳离子淀粉，该第二阳离子淀粉与第一阳离子淀粉相同或不同。
8.权利要求1的方法，其中所述至少一种阳离子聚合物组合物包含合成的阳离子聚合物。
9.权利要求1的方法，其中所述至少一种阳离子聚合物组合物包含聚丙烯酰胺聚合物。
10.权利要求1的方法，其中所述至少一种阳离子聚合物组合物是包含丙烯酰胺单元和阳离子单体单元的合成的、水溶性阳离子聚合物。
11.权利要求1的方法，其中向所述纸浆中加入的所述阳离子聚合物中的阳离子聚合物的量为基于所述纸浆的干燥固体重量的约0.0001％重量至约1.000％重量。
12.权利要求2的方法，其中向所述经处理的纸浆中加入的所述至少一种阳离子淀粉的量为基于所述纸浆的干燥固体重量的约5-25磅/吨。
13.权利要求1的方法，其中所述所述阳离子聚合物组合物中的阳离子聚合物的重均分子量为至少约10,000，并且在将聚合物和酶一起加入纸浆中之前，将所述阳离子聚合物组合物与酶组合物预混合。
14.根据权利要求1的方法制备的纸张或纸板。
15.权利要求1的方法，其中彼此在10分钟之内加入所述至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物。
16.权利要求1的方法，其中彼此在5分钟之内加入所述至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物。
17.权利要求1的方法，其中彼此在1分钟之内加入所述至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物。
18.权利要求1的方法，其中同时加入所述至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物。
19.权利要求1的方法，其中在造纸过程中的共混浆池之前加入所述至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物。
20.权利要求19的方法，其中在位于共混浆池前面的第一精磨机之前加入所述至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物。
21.权利要求19的方法，还包含在共混浆池之前向经处理的纸浆中引入至少一种第一阳离子淀粉。
22.权利要求19的方法，其中所述至少一种阳离子聚合物组合物包含具有至少一种含氮聚合物的合成聚合物。
23.权利要求21的方法，还包含向经处理的纸浆中引入至少一种第二阳离子淀粉，且其中所述第一和第二阳离子淀粉相同或不同。
24.权利要求1的方法，其中所述纸浆是亚硫酸盐原浆。
25.根据权利要求23的方法制备的纸张或纸板。
26.一种造纸装置，包含酶组合物供料，阳离子聚合物组合物供料，造纸纸浆供料，用于几乎同时将酶组合物供料中的酶组合物和阳离子聚合物组合物供料中的阳离子聚合物组合物供应到造纸纸浆供料中以形成经处理的纸浆供料的设备，以及用于将经处理的纸浆形成纸张或纸板的设备。
27.权利要求26的装置，其中所述用于形成经处理的纸浆的设备包含与所述经处理的纸浆供料相通的共混浆池，与共混浆池相通的混合浆泵，与所述混合浆泵相通的丝网，以及与所述丝网相通的网前箱。
28.权利要求27的装置，其中提供用于容纳经处理的纸浆供料的供料槽，以及在所述供料槽和所述共混浆池之间的连接包括在进入共混浆池之前精磨经处理的纸浆精磨装置。
29.权利要求27的装置，还包含阳离子淀粉供料，与所述经处理的纸浆入口相通的阳离子淀粉供料的出口，以及还包含白水井，其中所述白水井具有与所述共混浆池相通的入口，与所述网前箱相通的入口，以及与所述混合浆泵相通的出口。
30.权利要求28的装置，还包含在所述网前箱中形成纸浆之前，用于精磨纸浆或经处理的纸浆的一个或多个精磨机。
31.一种制备纸张或纸板的方法，包含a)向纸浆中引入阳离子聚合物组合物以形成经处理的纸浆；b)向所述经处理的纸浆中引入至少一种纤维分解酶组合物以形成酶处理的纸浆；c)向酶处理的纸浆中加入含氮的阳离子聚合物组合物，以及d)将所述纸浆形成纸张或纸板。
32.权利要求31的方法，还包含在向酶处理的纸浆中引入含氮的阳离子聚合物组合物之前，向酶处理的纸浆中引入第二阳离子聚合物组合物。
33.权利要求31的方法，其中所述阳离子聚合物组合物包含含氮的阳离子聚合物或淀粉。
34.权利要求32的方法，其中所述第二阳离子聚合物组合物包含含氮的阳离子聚合物或淀粉。
35.权利要求31的方法，其中所述纤维分解酶组合物包含约5％至约20％的酶。
36.权利要求31的方法，其中向所述纸浆中加入的所述酶组合物中的所述酶的量为基于纸浆的干燥固体重量的约0.001％至约0.100％重量的酶。
37.权利要求31的方法，其中所述酶组合物包含至少一种聚酰胺低聚物和至少一种纤维分解酶。
38.权利要求31的方法，其中所述纸浆包含亚硫酸盐浆。
39.权利要求31的方法，其中向所述纸浆中加入的所述阳离子聚合物组合物中的所述阳离子聚合物的量为基于纸浆的干燥固体重量的约0.001％至约1.000％重量的酶。
40.根据权利要求31的方法制备的纸张或纸板。
41.权利要求31的方法，其中在造纸过程中的共混浆池处引入所述阳离子聚合物组合物，在相同造纸过程中的纸机前的浆池处引入至少一种纤维分解酶组合物，以及在相同造纸过程中的白水井处加入所述含氮的阳离子聚合物组合物。
42.权利要求41的方法，其中在位于所述纸机前的浆池和所述白水井之间的调浆箱处引入所述任选的阳离子聚合物。
全文摘要
描述了制备纸张或纸板的方法。在一种方法中,几乎同时向造纸纸浆中引入至少一种纤维分解酶组合物和至少一种阳离子聚合物组合物以形成经处理的纸浆。也可以用至少一种阳离子淀粉处理纸浆。将所得的纸浆形成浆张。还描述了其它造纸方法。同时描述了用于实施该方法的造纸设备。还公开了根据所述方法制备的纸张或纸板。
文档编号D21H11/06GK1423717SQ00815720
公开日2003年6月11日 申请日期2000年11月14日 优先权日1999年11月19日
发明者小沃尔特·B·希尔, 理查德·L·巴克利, 詹姆斯·A·奥马利, 兰德尔·W·康罗德, 约翰·德斯贾丁斯, 罗杰·M·普劳德 申请人:巴科曼实验室国际公司