專利名稱：一種制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物及造紙方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物及使用該組合物來控制有機污染物沉積的造紙方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，在造紙過程中，有機污染物的沉積對紙產(chǎn)品質(zhì)量和造紙生產(chǎn)效率都十分不利，這一問題最主要的兩個具體表現(xiàn)在樹脂沉積和膠粘物沉積。其中，樹脂沉積的主要成分是天然存在于木材中并在制漿和造紙過程中釋放出來，從物理學(xué)角度出發(fā)，“樹脂沉積”通常由漿料中粘合劑材料(天然或人造的)的微觀粒子形成而累積在造紙紙張或制漿設(shè)備上。而“膠粘物”通常是來源于再生纖維的漿料中的微粒，其主要化學(xué)結(jié)構(gòu)特征是合成的膠水(adhesives)和熱熔膠(hot melts)等粘合劑，還有涂料和油墨。
在過去，樹脂和膠粘物的沉積現(xiàn)象在不同系統(tǒng)中具有各自典型的體現(xiàn)，這是由于當時造紙幾乎只使用原生纖維或只使用再生纖維。為了控制這些彼此獨立的問題，通常會有截然不同的處理化學(xué)品和應(yīng)對策略。但是，近年來的趨勢是在所有系統(tǒng)中都逐漸強制使用再生纖維，因此在發(fā)生“樹脂沉積”的同時也會發(fā)生“膠粘物沉積”，造成膠粘物與樹脂共同沉積的有機污染物沉積問題。
這些沉積物很容易在儲漿池壁、造紙機箱、U-形箱、造紙機導(dǎo)線、濕壓機毛氈、烘缸毛氈、干燥罐和壓光機組件中找到。有機污染物沉積不但會存留在系統(tǒng)的金屬表面上，還會存留于塑料和合成表面上，對造紙生產(chǎn)造成不好的影響。例如在機器、毛毯、U-形箱箱和流漿箱部件上，不利于制漿或造紙，甚至影響運轉(zhuǎn)效率，降低生產(chǎn)能力等。如果有機污染物沉積在造紙系統(tǒng)中的加工設(shè)備上，沉積在稠度調(diào)節(jié)器和其它探測器械上的有機污染物會造成這些部件無法正常使用，導(dǎo)致系統(tǒng)操作困難。此外，有機物沉積會造成紙面孔洞、污物和其它紙病，這些缺陷會使紙的質(zhì)量下降，并無法用于后續(xù)工序，例如涂布、印染力日工或印刷。
雖然可以對造紙機進行停機清潔，但是我們并不希望發(fā)生這種停機清沽，因為這會造成生產(chǎn)率的相應(yīng)損失，而且當沉積物折斷并混入紙張中時，這些污染物的存在又會更一步造成紙張質(zhì)量的劣化。因此，防止在制漿造紙設(shè)備和容器表面上的有機物沉積極其重要。
美國專利U. S. 3，992，249公布了使用含25_85%疏水性基團的陰離子型乙烯聚合物控制有機物沉積，其中疏水性基團包括苯乙烯、甲基苯乙烯、長鏈脂肪烷基等，陰離子基團包括丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸等。非離子聚合物防粘劑作為控制樹脂和膠粘物沉積的物質(zhì)是本領(lǐng)域公知的，其被用于控制在制漿和造紙系統(tǒng)中的樹脂和膠粘物的沉積。例如，美國專利US4，871，424和US4，886，575分別提出用乙烯醇-醋酸乙烯共聚物可以有效地控制制漿和造紙系統(tǒng)中的樹脂和膠粘物沉積。歐洲專利EP 0568229 Al中介紹用疏水改性的非離子締合型聚合物，例如疏水改性的羧乙基纖維素隧醚(HMHEC)，能有效地防止制漿和造紙系統(tǒng)中有機污染物從紙漿中沉積。美國專利US 5，723，021和US7，166，192公開了非離子型聚合物的乙烯醇-醋酸乙烯共聚物和HMHEC與陽離子型聚合物的組合。最近，美國專利公開書US20011/0094695說明了用疏水改性氨基增稠劑(hydrophobically modified ethoxylated aminoplast thickener-HEAT)控制有機物沉積問題。
此外，已知酶可以有效地作為制漿和造紙系統(tǒng)中的污染物控制劑。脂肪酶和酯酶是蛋白質(zhì)催化劑，它們可以促進樹脂組分的甘油酯的水解，也可以與膠粘物反應(yīng)，以使其粘性降低、消除和/或抑制沉積。美國專利US 5，176，796闡述了在用含機械紙漿制造紙張的過程中，利用脂肪酶將樹脂的主要成分，即非極性甘油三酯，水解為水溶性甘油和極性脂肪酸。美國專利 US 5, 507, 952,US 5, 356, 800,US 6，471，^6B2、US 專利出版物 200610048908 號和國際專利出版物WO 02/095127 A2中報道了利用脂肪分解酶來水解含醋酸乙烯的聚合物，以減小污染物的粘性，所述污染物聚乙烯醇是典型的再生紙中的膠粘物污染物成分。
但是，單獨使用酶并不是控制制漿和造紙應(yīng)用中有機污染物的最佳方法。例如，眾所周知的一個問題就是，使用脂肪酶分解樹脂而生成的脂肪酸會和水中的金屬離子反應(yīng)生成的難溶性脂肪皂，導(dǎo)致沉積，而且在樹脂含量較高時，比未經(jīng)脂肪酶處理的樹脂沉積更嚴重。脂肪皂的熔點比為轉(zhuǎn)化樹脂的熔點高，粘性更大，不溶于一般的有機溶劑，因此更難控制。為此，美國專利US5，256，252和US 5，667，634中闡述了一種在制漿和造紙過程中控制樹脂沉積的方法，其包括組合使用脂肪酶和陽離子型聚合物，以降低纖維素漿料水相中的脂肪酸濃度。美國專利US 6,471,826 B2中公開了類似的方法，該方法組合使用至少一酯酶和陽離子型聚合物來控制再生紙中的有機污染物。美國專利申請出版物2004/0194903 Al中公開了一種用于減少或防止污染物沉積的方法，該方法包括利用一種或多種酶和非酶的液體毛布調(diào)理劑，所述調(diào)理劑由一種或多種表面活性劑和/或一種或多種陰離子型或陽離子型分散劑或聚合物構(gòu)成。美國專利申請出版物2006/0048908 Al中公開了一種提高對造紙過程中的粘合劑和粘性污染物的去除或控制的方法，其包括組合使用一種或多種酶與一種或多種吸收劑或吸附劑。所述吸收劑或吸附劑選自天然或合成的無機和有機顆粒，其包括交聯(lián)的陽離子、陰離子或非離子有機微粒。
但到目前為止，還沒有一種真正完全有效解決有機物沉積問題的方法。造紙工業(yè)非?？释玫揭环N經(jīng)濟有效的技術(shù)來解決有機物沉積這個困擾造紙生產(chǎn)多年的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種用于制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物。該組合物對有機污染物表面有特別強的親和力，能選擇性地與有機污染物表面反應(yīng)并使其表面物理和化學(xué)性質(zhì)改變，從而控制甚至消除有機污染物的沉積。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下
一種用于制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物，所述的化學(xué)組合物的有效成分為脂肪酸結(jié)合蛋白，該脂肪酸結(jié)合蛋白的分子質(zhì)量為5_25kDa，其分子中心有對脂肪酸或脂肪類物質(zhì)有高親和力結(jié)合位點，在該結(jié)合位點脂肪酸蛋白與長鏈脂肪酸或脂肪類物質(zhì)以非共價鍵結(jié)合。
優(yōu)選地，所述的脂肪酸結(jié)合蛋白為肝臟型脂肪酸結(jié)合蛋白(L-FABP或FABP1)、腸型脂肪酸結(jié)合蛋白(I-FABP或FABP2)、心肌型脂肪酸結(jié)合蛋白(H-FABP或FABP3)、脂肪細胞型脂肪酸結(jié)合蛋白(A-FABP或FABP4)、表皮型脂肪酸結(jié)合蛋白(E-FABP或FABP5)、回腸型脂肪酸結(jié)合蛋白(IL-FABP或FABP6)、腦型脂肪酸結(jié)合蛋白(B-FABP或FABP7)、髓磷脂型脂肪酸結(jié)合蛋白(M-FABP或FABP8)、睪丸型脂肪酸結(jié)合蛋白(T-FABP或FABP9)的一種或一種以上的混合物。所述的FABI^s的分子質(zhì)量為10-25kDa，在三級結(jié)構(gòu)上具有共同的特點 在核苷酸鏈的N端附近有兩條短的α-螺旋，緊接著是10條反平行的鏈，然后它們組裝成兩個幾乎正交的β-折疊。其中FABPl對長鏈脂肪酸具有較高的親和力，F(xiàn)ABP2-FABP9 對較小的親油性物質(zhì)具有較強的親和力。
優(yōu)選地，所述的化學(xué)組合物還包括酯酶和表面活性劑的任意一種或兩種的的混合物，并且該化學(xué)組合物可以與其它制漿和造紙?zhí)砑觿┗蚱浠旌衔锵嗳?，其中所述的制漿和造紙?zhí)砑觿榈矸?、填料、消泡劑、濕強樹脂、陽離子型聚合物、陰離子型聚合物和施膠助劑的一種或一種以上的混合物。所述的化學(xué)組合物可以是粉末、水溶液分散體、與活性劑/乳化劑混在一起的溶液的任何一種形式。
本發(fā)明的另一目的是提供一種造紙方法，該造紙方法利用所述的化學(xué)組合物來改變有機污染物的表面物理和化學(xué)性質(zhì)，從而控制甚至進一步消除有機物污染物在制漿造紙過程中的沉積，提高造紙生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下
一種用上述的化學(xué)組合物控制有機污染物沉積的造紙方法，包括以下步驟
(1)將水和纖維素造紙干漿混合，配制含水的纖維素造紙漿料，置于漿料供給裝置的混合器中攪拌混合；
(2)在攪拌條件下，往步驟⑴得到的纖維素造紙漿料中添加上述化學(xué)組合物，進行反應(yīng)得到混合造紙漿料；
(3)將步驟( 得到的混合造紙漿料送上過濾網(wǎng)，濾除其中的水，由混合造紙漿料的固體組分形成紙頁；
(4)將步驟(3)得到的紙頁經(jīng)過壓榨和干燥，得到紙產(chǎn)品。
優(yōu)選地，所述步驟(2)的化學(xué)組合物以每噸干漿料0. 01-10千克的量添加，更優(yōu)選地，以每噸干漿料0. 1-5千克的量添加。
優(yōu)選地，所述步驟O)的反應(yīng)時間為5-1200分鐘，反應(yīng)pH為3-10，反應(yīng)溫度為 20-800C，更優(yōu)選地，反應(yīng)時間為20-400分鐘，反應(yīng)pH為4_7，反應(yīng)溫度為50_60°C，其中，用質(zhì)量濃度為的鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH值。
本發(fā)明的還有一目的是提供脂肪酸結(jié)合蛋白在制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積中的應(yīng)用，所述的脂肪酸結(jié)合蛋白為肝臟型脂肪酸結(jié)合蛋白、腸型脂肪酸結(jié)合蛋白、心肌型脂肪酸結(jié)合蛋白、脂肪細胞型脂肪酸結(jié)合蛋白、表皮型脂肪酸結(jié)合蛋白、回腸型脂肪酸結(jié)合蛋白、腦型脂肪酸結(jié)合蛋白、髓磷脂型脂肪酸結(jié)合蛋白、睪丸型脂肪酸結(jié)合蛋白中的一種或一種以上的混合物。
本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果
本發(fā)明提供的用于制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物，并將其應(yīng)用在造紙生產(chǎn)中，有效的克服了現(xiàn)有造紙技術(shù)中的以下不足①現(xiàn)有造紙技術(shù)中較多使用 DeTac (美國Hercules Inc.)來控制有機物沉積，存在的問題是效果差并且適用范圍窄，特別是對于脂肪酸皂類樹脂沉積基本無效果；②另外現(xiàn)有造紙技術(shù)中的有機污染物處理技術(shù)一般都是無選擇性的、無控制性的和無目標性的，因此他們往往跟其它有益的造紙?zhí)砑觿┳饔?，造成干擾，導(dǎo)致其效果的顯著下降。本發(fā)明提供的化學(xué)組合物是選擇性的吸附在含脂肪酸或其它脂類表面，將此部分表面覆蓋，減少甚至避免纖維改性酶對其反應(yīng)作用，從而能選擇性地改變有機污染物的表面，達到高效的結(jié)果。本發(fā)明的造紙方法對造紙生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)具有重要意義。


圖1是本發(fā)明實施實例1的混合器反應(yīng)試驗中的攪拌葉瓣的照片；
圖2是本發(fā)明實施實例1中在混合器缸表面和攪拌葉瓣表面的相對沉積量對比；
圖3是本發(fā)明實施實例2中FABPl對脂肪酶Resinase A2X降解樹脂(甘油三酯) 的效果；
圖4是本發(fā)明實施實例3中FABPl和硫酸鋁對降解樹脂和對總樹脂沉積的作用效^ ο具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
實施例1 FABP對膠粘物沉積的控制結(jié)果
試驗材料試驗紙漿用從某一紙廠得到的混合辦公廢紙脫墨漿(DIP)和漂白亞硫酸漿(BSP)，按1 3干漿重量比混合而成。所用的各種有機物沉積的控制材料及其產(chǎn)源都詳細列在表1中。
實驗方法使用食品混合器(KitchenAid )測定在不同條件下有機污染物在混合缸和攪拌葉瓣表面的沉積量，然后比較各種組分對有機物沉積的影響。沉積試驗的條件為漿料100克(干漿重)，加水將漿調(diào)節(jié)到10 %的漿濃，混合溫度55°C，漿的PH為自然 pH(4-7)，反應(yīng)時間120分鐘，攪拌強度中等，DeTac用量=2千克/噸；FABP與每噸干漿料的用量如下:FABP1 = 0. 1千克/噸，F(xiàn)ABP2 = 0. 4千克/噸，F(xiàn)ABP4 = 0. 5千克/噸，F(xiàn)ABP6 =0.5千克/噸。
對比空白實驗、添加DeTac和FABP條件下膠粘物沉積的相對量，結(jié)果見圖1和圖 2，圖1是空白試驗(None) ,DeTac對比試驗和不同脂肪酸結(jié)合蛋白(FABP)處理條件下膠粘物沉積在攪拌葉瓣的照片，葉瓣的排列順序(1-8)分別為1、空白(未處理)，2、DeTac用量=1千克/噸，3、DeTac用量=2千克/噸，4、DeTac用量=3千克/噸，5、FABP5用量 =0. 5千克/噸，6、FABP3用量=0. 5千克/噸，7、FABP2用量=0. 5千克/噸，8、FABP1用量=0. 5千克/噸。圖2比較在添加DeTac和FABP條件下，與空白試驗對比的膠粘物沉積的相對量。DeTac用量=2千克/噸；FABP與每噸干漿料的用量如下FABP1 = 0. 1千克/ 噸，F(xiàn)ABP2 = 0. 4 千克 / 噸，F(xiàn)ABP4 = 0. 5 千克 / 噸，F(xiàn)ABP6 = 0. 5 千克 / 噸。
對FABP3 (用量0. 1千克/噸)、FABP5 (用量0. 1千克/噸)也做了同樣的對比實驗(實驗參數(shù)相同)，效果都比FABPl的效果稍差，但是都比添加DeTac的效果好，具體數(shù)據(jù)在此省略。
可見，本發(fā)明的FABP組分對膠粘物沉積的控制效果比目前通用的沉積控制產(chǎn)品 DeTac要顯著得多。
表1試驗化學(xué)原料表
權(quán)利要求
1.一種用于制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物，其特征在于，所述化學(xué)組合物的有效成分為脂肪酸結(jié)合蛋白，該脂肪酸結(jié)合蛋白的分子質(zhì)量為5_25kDa，其分子中心有對脂肪酸或脂肪類物質(zhì)有高親和力結(jié)合位點，在該結(jié)合位點脂肪酸蛋白與長鏈脂肪酸或脂肪類物質(zhì)以非共價鍵結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物，其特征在于，所述的脂肪酸結(jié)合蛋白為肝臟型脂肪酸結(jié)合蛋白、腸型脂肪酸結(jié)合蛋白、心肌型脂肪酸結(jié)合蛋白、脂肪細胞型脂肪酸結(jié)合蛋白、表皮型脂肪酸結(jié)合蛋白、回腸型脂肪酸結(jié)合蛋白、腦型脂肪酸結(jié)合蛋白、髓磷脂型脂肪酸結(jié)合蛋白、睪丸型脂肪酸結(jié)合蛋白中的一種或一種以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積的化學(xué)組合物，其特征在于，所述的化學(xué)組合物還包括酯酶和表面活性劑的任意一種或兩種的混合物。
4.一種用權(quán)利要求1-3任一項所述的化學(xué)組合物控制有機污染物沉積的造紙方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將水和纖維素造紙干漿混合，配制含水的纖維素造紙漿料，置于漿料供給裝置的混合器中攪拌混合；(2)在攪拌的條件下，往步驟(1)得到的纖維素造紙漿料中添加權(quán)利要求1-3任一項所述的化學(xué)組合物，進行反應(yīng)得到混合造紙漿料；(3)將步驟( 得到的混合造紙漿料送上過濾網(wǎng)，濾除其中的水，由混合造紙漿料的固體組分形成紙頁；(4)將步驟C3)得到的紙頁經(jīng)過壓榨和干燥，得到紙產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的造紙方法，其特征在于，所述步驟( 的化學(xué)組合物在每噸干漿料中以0.01-10千克的量添加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的造紙方法，其特征在于，所述步驟( 的化學(xué)組合物在每噸干漿料中以0. 1-5千克的量添加。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項所述的造紙方法，其特征在于，所述步驟( 的反應(yīng)溫度為 20-80°C，反應(yīng) pH 值為 3-10。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的造紙方法，其特征在于，所述步驟⑵的反應(yīng)溫度為 50-60°C，反應(yīng) pH 值為 4-7。
9.脂肪酸結(jié)合蛋白在制漿造紙生產(chǎn)中控制有機污染物沉積中的應(yīng)用，所述的脂肪酸結(jié)合蛋白為肝臟型脂肪酸結(jié)合蛋白、腸型脂肪酸結(jié)合蛋白、心肌型脂肪酸結(jié)合蛋白、脂肪細胞型脂肪酸結(jié)合蛋白、表皮型脂肪酸結(jié)合蛋白、回腸型脂肪酸結(jié)合蛋白、腦型脂肪酸結(jié)合蛋白、髓磷脂型脂肪酸結(jié)合蛋白、睪丸型脂肪酸結(jié)合蛋白中的一種或一種以上的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制漿造紙生產(chǎn)中控制樹脂和膠粘物等有機污染物沉積的化學(xué)組合物，該組合物的有效成份為脂肪酸結(jié)合蛋白，該脂肪酸結(jié)合蛋白的分子質(zhì)量為5-25kDa，其分子中心有對脂肪酸或脂肪類物質(zhì)有高親和力結(jié)合位點，在該結(jié)合位點脂肪酸蛋白與長鏈脂肪酸或脂肪類物質(zhì)以非共價鍵結(jié)合。在制漿造紙生產(chǎn)中，將該組合物加入到含有有機污染物的漿料中，它能與有機污染物表面反應(yīng)并改變有機污染物物理和化學(xué)性質(zhì)，消除其粘性，從而消除有機污染物在制漿和造紙過程中的沉積，達到改善紙張質(zhì)量和提高造紙生產(chǎn)效率的目的。
文檔編號D21H17/22GK102505557SQ201110448909
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者王祥槐, 王謝焱, 邵緒新 申請人:王祥槐