专利名称：一种制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物及造纸方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物及使用该组合物来控制有机污染物沉积的造纸方法。
背景技术：
众所周知，在造纸过程中，有机污染物的沉积对纸产品质量和造纸生产效率都十分不利，这一问题最主要的两个具体表现在树脂沉积和胶粘物沉积。其中，树脂沉积的主要成分是天然存在于木材中并在制浆和造纸过程中释放出来，从物理学角度出发，“树脂沉积”通常由浆料中粘合剂材料(天然或人造的)的微观粒子形成而累积在造纸纸张或制浆设备上。而“胶粘物”通常是来源于再生纤维的浆料中的微粒，其主要化学结构特征是合成的胶水(adhesives)和热熔胶(hot melts)等粘合剂，还有涂料和油墨。
在过去，树脂和胶粘物的沉积现象在不同系统中具有各自典型的体现，这是由于当时造纸几乎只使用原生纤维或只使用再生纤维。为了控制这些彼此独立的问题，通常会有截然不同的处理化学品和应对策略。但是，近年来的趋势是在所有系统中都逐渐强制使用再生纤维，因此在发生“树脂沉积”的同时也会发生“胶粘物沉积”，造成胶粘物与树脂共同沉积的有机污染物沉积问题。
这些沉积物很容易在储浆池壁、造纸机箱、U-形箱、造纸机导线、湿压机毛毡、烘缸毛毡、干燥罐和压光机组件中找到。有机污染物沉积不但会存留在系统的金属表面上，还会存留于塑料和合成表面上，对造纸生产造成不好的影响。例如在机器、毛毯、U-形箱箱和流浆箱部件上，不利于制浆或造纸，甚至影响运转效率，降低生产能力等。如果有机污染物沉积在造纸系统中的加工设备上，沉积在稠度调节器和其它探测器械上的有机污染物会造成这些部件无法正常使用，导致系统操作困难。此外，有机物沉积会造成纸面孔洞、污物和其它纸病，这些缺陷会使纸的质量下降，并无法用于后续工序，例如涂布、印染力日工或印刷。
虽然可以对造纸机进行停机清洁，但是我们并不希望发生这种停机清沽，因为这会造成生产率的相应损失，而且当沉积物折断并混入纸张中时，这些污染物的存在又会更一步造成纸张质量的劣化。因此，防止在制浆造纸设备和容器表面上的有机物沉积极其重要。
美国专利U. S. 3，992，249公布了使用含25_85%疏水性基团的阴离子型乙烯聚合物控制有机物沉积，其中疏水性基团包括苯乙烯、甲基苯乙烯、长链脂肪烷基等，阴离子基团包括丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸等。非离子聚合物防粘剂作为控制树脂和胶粘物沉积的物质是本领域公知的，其被用于控制在制浆和造纸系统中的树脂和胶粘物的沉积。例如，美国专利US4，871，424和US4，886，575分别提出用乙烯醇-醋酸乙烯共聚物可以有效地控制制浆和造纸系统中的树脂和胶粘物沉积。欧洲专利EP 0568229 Al中介绍用疏水改性的非离子缔合型聚合物，例如疏水改性的羧乙基纤维素隧醚(HMHEC)，能有效地防止制浆和造纸系统中有机污染物从纸浆中沉积。美国专利US 5，723，021和US7，166，192公开了非离子型聚合物的乙烯醇-醋酸乙烯共聚物和HMHEC与阳离子型聚合物的组合。最近，美国专利公开书US20011/0094695说明了用疏水改性氨基增稠剂(hydrophobically modified ethoxylated aminoplast thickener-HEAT)控制有机物沉积问题。
此外，已知酶可以有效地作为制浆和造纸系统中的污染物控制剂。脂肪酶和酯酶是蛋白质催化剂，它们可以促进树脂组分的甘油酯的水解，也可以与胶粘物反应，以使其粘性降低、消除和/或抑制沉积。美国专利US 5，176，796阐述了在用含机械纸浆制造纸张的过程中，利用脂肪酶将树脂的主要成分，即非极性甘油三酯，水解为水溶性甘油和极性脂肪酸。美国专利 US 5, 507, 952,US 5, 356, 800,US 6，471，^6B2、US 专利出版物 200610048908 号和国际专利出版物WO 02/095127 A2中报道了利用脂肪分解酶来水解含醋酸乙烯的聚合物，以减小污染物的粘性，所述污染物聚乙烯醇是典型的再生纸中的胶粘物污染物成分。
但是，单独使用酶并不是控制制浆和造纸应用中有机污染物的最佳方法。例如，众所周知的一个问题就是，使用脂肪酶分解树脂而生成的脂肪酸会和水中的金属离子反应生成的难溶性脂肪皂，导致沉积，而且在树脂含量较高时，比未经脂肪酶处理的树脂沉积更严重。脂肪皂的熔点比为转化树脂的熔点高，粘性更大，不溶于一般的有机溶剂，因此更难控制。为此，美国专利US5，256，252和US 5，667，634中阐述了一种在制浆和造纸过程中控制树脂沉积的方法，其包括组合使用脂肪酶和阳离子型聚合物，以降低纤维素浆料水相中的脂肪酸浓度。美国专利US 6,471,826 B2中公开了类似的方法，该方法组合使用至少一酯酶和阳离子型聚合物来控制再生纸中的有机污染物。美国专利申请出版物2004/0194903 Al中公开了一种用于减少或防止污染物沉积的方法，该方法包括利用一种或多种酶和非酶的液体毛布调理剂，所述调理剂由一种或多种表面活性剂和/或一种或多种阴离子型或阳离子型分散剂或聚合物构成。美国专利申请出版物2006/0048908 Al中公开了一种提高对造纸过程中的粘合剂和粘性污染物的去除或控制的方法，其包括组合使用一种或多种酶与一种或多种吸收剂或吸附剂。所述吸收剂或吸附剂选自天然或合成的无机和有机颗粒，其包括交联的阳离子、阴离子或非离子有机微粒。
但到目前为止，还没有一种真正完全有效解决有机物沉积问题的方法。造纸工业非常渴望得到一种经济有效的技术来解决有机物沉积这个困扰造纸生产多年的问题。发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物。该组合物对有机污染物表面有特别强的亲和力，能选择性地与有机污染物表面反应并使其表面物理和化学性质改变，从而控制甚至消除有机污染物的沉积。
实现上述目的的技术方案如下
一种用于制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物，所述的化学组合物的有效成分为脂肪酸结合蛋白，该脂肪酸结合蛋白的分子质量为5_25kDa，其分子中心有对脂肪酸或脂肪类物质有高亲和力结合位点，在该结合位点脂肪酸蛋白与长链脂肪酸或脂肪类物质以非共价键结合。
优选地，所述的脂肪酸结合蛋白为肝脏型脂肪酸结合蛋白(L-FABP或FABP1)、肠型脂肪酸结合蛋白(I-FABP或FABP2)、心肌型脂肪酸结合蛋白(H-FABP或FABP3)、脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(A-FABP或FABP4)、表皮型脂肪酸结合蛋白(E-FABP或FABP5)、回肠型脂肪酸结合蛋白(IL-FABP或FABP6)、脑型脂肪酸结合蛋白(B-FABP或FABP7)、髓磷脂型脂肪酸结合蛋白(M-FABP或FABP8)、睾丸型脂肪酸结合蛋白(T-FABP或FABP9)的一种或一种以上的混合物。所述的FABI^s的分子质量为10-25kDa，在三级结构上具有共同的特点 在核苷酸链的N端附近有两条短的α-螺旋，紧接着是10条反平行的链，然后它们组装成两个几乎正交的β-折叠。其中FABPl对长链脂肪酸具有较高的亲和力，FABP2-FABP9 对较小的亲油性物质具有较强的亲和力。
优选地，所述的化学组合物还包括酯酶和表面活性剂的任意一种或两种的的混合物，并且该化学组合物可以与其它制浆和造纸添加剂或其混合物相容，其中所述的制浆和造纸添加剂为淀粉、填料、消泡剂、湿强树脂、阳离子型聚合物、阴离子型聚合物和施胶助剂的一种或一种以上的混合物。所述的化学组合物可以是粉末、水溶液分散体、与活性剂/乳化剂混在一起的溶液的任何一种形式。
本发明的另一目的是提供一种造纸方法，该造纸方法利用所述的化学组合物来改变有机污染物的表面物理和化学性质，从而控制甚至进一步消除有机物污染物在制浆造纸过程中的沉积，提高造纸生产的效率和产品质量。
实现上述目的的技术方案如下
一种用上述的化学组合物控制有机污染物沉积的造纸方法，包括以下步骤
(1)将水和纤维素造纸干浆混合，配制含水的纤维素造纸浆料，置于浆料供给装置的混合器中搅拌混合；
(2)在搅拌条件下，往步骤⑴得到的纤维素造纸浆料中添加上述化学组合物，进行反应得到混合造纸浆料；
(3)将步骤( 得到的混合造纸浆料送上过滤网，滤除其中的水，由混合造纸浆料的固体组分形成纸页；
(4)将步骤(3)得到的纸页经过压榨和干燥，得到纸产品。
优选地，所述步骤(2)的化学组合物以每吨干浆料0. 01-10千克的量添加，更优选地，以每吨干浆料0. 1-5千克的量添加。
优选地，所述步骤O)的反应时间为5-1200分钟，反应pH为3-10，反应温度为 20-800C，更优选地，反应时间为20-400分钟，反应pH为4_7，反应温度为50_60°C，其中，用质量浓度为的盐酸或氢氧化钠调节PH值。
本发明的还有一目的是提供脂肪酸结合蛋白在制浆造纸生产中控制有机污染物沉积中的应用，所述的脂肪酸结合蛋白为肝脏型脂肪酸结合蛋白、肠型脂肪酸结合蛋白、心肌型脂肪酸结合蛋白、脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白、表皮型脂肪酸结合蛋白、回肠型脂肪酸结合蛋白、脑型脂肪酸结合蛋白、髓磷脂型脂肪酸结合蛋白、睾丸型脂肪酸结合蛋白中的一种或一种以上的混合物。
本发明的优点和有益效果
本发明提供的用于制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物，并将其应用在造纸生产中，有效的克服了现有造纸技术中的以下不足①现有造纸技术中较多使用 DeTac (美国Hercules Inc.)来控制有机物沉积，存在的问题是效果差并且适用范围窄，特别是对于脂肪酸皂类树脂沉积基本无效果；②另外现有造纸技术中的有机污染物处理技术一般都是无选择性的、无控制性的和无目标性的，因此他们往往跟其它有益的造纸添加剂作用，造成干扰，导致其效果的显着下降。本发明提供的化学组合物是选择性的吸附在含脂肪酸或其它脂类表面，将此部分表面覆盖，减少甚至避免纤维改性酶对其反应作用，从而能选择性地改变有机污染物的表面，达到高效的结果。本发明的造纸方法对造纸生产产业具有重要意义。
图1是本发明实施实例1的混合器反应试验中的搅拌叶瓣的照片；
图2是本发明实施实例1中在混合器缸表面和搅拌叶瓣表面的相对沉积量对比；
图3是本发明实施实例2中FABPl对脂肪酶Resinase A2X降解树脂(甘油三酯) 的效果；
图4是本发明实施实例3中FABPl和硫酸铝对降解树脂和对总树脂沉积的作用效^ ο具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1 FABP对胶粘物沉积的控制结果
试验材料试验纸浆用从某一纸厂得到的混合办公废纸脱墨浆(DIP)和漂白亚硫酸浆(BSP)，按1 3干浆重量比混合而成。所用的各种有机物沉积的控制材料及其产源都详细列在表1中。
实验方法使用食品混合器(KitchenAid )测定在不同条件下有机污染物在混合缸和搅拌叶瓣表面的沉积量，然后比较各种组分对有机物沉积的影响。沉积试验的条件为浆料100克(干浆重)，加水将浆调节到10 %的浆浓，混合温度55°C，浆的PH为自然 pH(4-7)，反应时间120分钟，搅拌强度中等，DeTac用量=2千克/吨；FABP与每吨干浆料的用量如下:FABP1 = 0. 1千克/吨，FABP2 = 0. 4千克/吨，FABP4 = 0. 5千克/吨，FABP6 =0.5千克/吨。
对比空白实验、添加DeTac和FABP条件下胶粘物沉积的相对量，结果见图1和图 2，图1是空白试验(None) ,DeTac对比试验和不同脂肪酸结合蛋白(FABP)处理条件下胶粘物沉积在搅拌叶瓣的照片，叶瓣的排列顺序(1-8)分别为1、空白(未处理)，2、DeTac用量=1千克/吨，3、DeTac用量=2千克/吨，4、DeTac用量=3千克/吨，5、FABP5用量 =0. 5千克/吨，6、FABP3用量=0. 5千克/吨，7、FABP2用量=0. 5千克/吨，8、FABP1用量=0. 5千克/吨。图2比较在添加DeTac和FABP条件下，与空白试验对比的胶粘物沉积的相对量。DeTac用量=2千克/吨；FABP与每吨干浆料的用量如下FABP1 = 0. 1千克/ 吨，FABP2 = 0. 4 千克 / 吨，FABP4 = 0. 5 千克 / 吨，FABP6 = 0. 5 千克 / 吨。
对FABP3 (用量0. 1千克/吨)、FABP5 (用量0. 1千克/吨)也做了同样的对比实验(实验参数相同)，效果都比FABPl的效果稍差，但是都比添加DeTac的效果好，具体数据在此省略。
可见，本发明的FABP组分对胶粘物沉积的控制效果比目前通用的沉积控制产品 DeTac要显著得多。
表1试验化学原料表
权利要求
1.一种用于制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物，其特征在于，所述化学组合物的有效成分为脂肪酸结合蛋白，该脂肪酸结合蛋白的分子质量为5_25kDa，其分子中心有对脂肪酸或脂肪类物质有高亲和力结合位点，在该结合位点脂肪酸蛋白与长链脂肪酸或脂肪类物质以非共价键结合。
2.根据权利要求1所述的用于制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物，其特征在于，所述的脂肪酸结合蛋白为肝脏型脂肪酸结合蛋白、肠型脂肪酸结合蛋白、心肌型脂肪酸结合蛋白、脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白、表皮型脂肪酸结合蛋白、回肠型脂肪酸结合蛋白、脑型脂肪酸结合蛋白、髓磷脂型脂肪酸结合蛋白、睾丸型脂肪酸结合蛋白中的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的用于制浆造纸生产中控制有机污染物沉积的化学组合物，其特征在于，所述的化学组合物还包括酯酶和表面活性剂的任意一种或两种的混合物。
4.一种用权利要求1-3任一项所述的化学组合物控制有机污染物沉积的造纸方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将水和纤维素造纸干浆混合，配制含水的纤维素造纸浆料，置于浆料供给装置的混合器中搅拌混合；(2)在搅拌的条件下，往步骤(1)得到的纤维素造纸浆料中添加权利要求1-3任一项所述的化学组合物，进行反应得到混合造纸浆料；(3)将步骤( 得到的混合造纸浆料送上过滤网，滤除其中的水，由混合造纸浆料的固体组分形成纸页；(4)将步骤C3)得到的纸页经过压榨和干燥，得到纸产品。
5.根据权利要求4所述的造纸方法，其特征在于，所述步骤( 的化学组合物在每吨干浆料中以0.01-10千克的量添加。
6.根据权利要求5所述的造纸方法，其特征在于，所述步骤( 的化学组合物在每吨干浆料中以0. 1-5千克的量添加。
7.根据权利要求4-6任一项所述的造纸方法，其特征在于，所述步骤( 的反应温度为 20-80°C，反应 pH 值为 3-10。
8.根据权利要求7所述的造纸方法，其特征在于，所述步骤⑵的反应温度为 50-60°C，反应 pH 值为 4-7。
9.脂肪酸结合蛋白在制浆造纸生产中控制有机污染物沉积中的应用，所述的脂肪酸结合蛋白为肝脏型脂肪酸结合蛋白、肠型脂肪酸结合蛋白、心肌型脂肪酸结合蛋白、脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白、表皮型脂肪酸结合蛋白、回肠型脂肪酸结合蛋白、脑型脂肪酸结合蛋白、髓磷脂型脂肪酸结合蛋白、睾丸型脂肪酸结合蛋白中的一种或一种以上的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种制浆造纸生产中控制树脂和胶粘物等有机污染物沉积的化学组合物，该组合物的有效成份为脂肪酸结合蛋白，该脂肪酸结合蛋白的分子质量为5-25kDa，其分子中心有对脂肪酸或脂肪类物质有高亲和力结合位点，在该结合位点脂肪酸蛋白与长链脂肪酸或脂肪类物质以非共价键结合。在制浆造纸生产中，将该组合物加入到含有有机污染物的浆料中，它能与有机污染物表面反应并改变有机污染物物理和化学性质，消除其粘性，从而消除有机污染物在制浆和造纸过程中的沉积，达到改善纸张质量和提高造纸生产效率的目的。
文档编号D21H17/22GK102505557SQ201110448909
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者王祥槐, 王谢焱, 邵绪新 申请人:王祥槐