在造紙過程中使用脂肪酶和氧化劑的組合控制瀝青的方法及其制品的制作方法
【技術領域】
[0001] 按照35U.S.C. § 119(e)，本申請要求于2012年6月22日提交的在先的美國臨時 專利申請61/662, 955號的權益，這里通過引用將其全部內容并入本文。
[0002] 本發(fā)明涉及用于控制在造紙系統(tǒng)中干擾纖維加工和/或降低紙質量的沉積物形 成的有機污染物、例如瀝青的方法。更具體地，本發(fā)明涉及通過使纖維與脂肪酶和至少一種 不含過氧化物源的氧化劑接觸以從纖維中釋放有機污染物來控制所述有機污染物的方法。 本發(fā)明還涉及由用這些組分處理過的纖維材料制成的紙制品。
【背景技術】
[0003] 纖維形式的木質纖維素材料在商業(yè)上被廣泛用作制造紙和其它紙制品的原材料。 在造紙中，從制漿纖維源材料獲得的木纖維通常通過將其與其它添加劑組合的方式加以處 理，并且之后將這些纖維加工成木纖維網狀物，其可以構成紙或其它纖維材料的薄紙張。
[0004] 木材除其主要成分纖維素、半纖維素和木質素外還包含瀝青（Pitch)和/或其它 提取物。瀝青是指多種在木纖維中具有中低分子量的天然存在的疏水性有機樹脂，包括脂 肪酸和甘油的酯類（例如甘油三酯）以及其它脂肪、脂肪酸、留醇（Sterol)、留基酯、樹脂酸 和蠟，也指在制漿和造紙過程中這些樹脂能夠產生的沉積物。瀝青通常位于薄壁細胞中和 纖維表面上。瀝青組分可以隨季節(jié)和木材類型而變化，并且一些木材種類在制漿和造紙期 間會產生比其它種類更大的瀝青問題。通常，對于用于造紙過程中的原木纖維而言，會遇到 約1~約10重量％的瀝青含量。舉例來說，基于在乙醚中溶解度的數值，瀝青可包含例如 約0. 7~約2. 4重量％的闊葉木（例如山毛櫸和白樺）和約0. 7~約4. 3重量％的針葉木 (例如鐵杉和短葉松），基于未萃取的（烘干的）木材的總重量。
[0005] 來自木纖維的瀝青和其它沉積物形成的有機污染物，甚至即使其僅以相對少的量 存在，也能在造紙系統(tǒng)中造成明顯且不成比例地大于其相對濃度的問題。瀝青沉積物會 在整個紙漿或造紙廠中出現，并且這些沉積物既能降低產品質量又能損害制造速度。瀝 青能夠例如通過粘附于滾筒（roller)或其它加工裝置導致造紙機故障，并在紙材料中 形成污點（spot)或紙孔（hole)。瀝青還能夠通過降低紙漿洗滌、篩選、離心清洗和精煉 (refining)的效率來損害制造速率，并干擾很多造紙機的運行。瀝青能夠通過在最終的紙 制品或紙張中形成污點、紙孔、殘物（picking)和斑點（scab)來影響紙制品。在使用原漿補 充的造紙系統(tǒng)中，瀝青在工藝裝置上的沉積還能夠導致運行故障和制造效率不足。瀝青例 如能夠沉積在生產線中使用的篩網上從而減少其通量，和/或沉積在工藝控制設備例如儀 器探針從而使它們無法運行。瀝青的沉積不僅會出現在系統(tǒng)中的金屬表面上而且還會出現 在塑料和合成表面（例如機械加工線（machiningwire)、毛布、箔、吸水箱和流衆(zhòng)箱組件） 上。瀝青沉積物還可能脫落，從而在最終的紙制品中導致降低紙質量的污點和缺陷。例如 已通過周期性蒸煮（boil-out)、溶劑或機械驅逐（mechanicaldislodgement)的方式從造 紙廠的工藝裝置中除去瀝青的沉積物，來保持裝置和軋機系統(tǒng)（millsystem)的清潔。例 如在高溫下使用苛性鈉、表面活性劑和水能夠實現蒸煮。為清除裝置上的瀝青沉積物，這樣 的清洗需求通常需要停工，并降低了生產率和增加了制造成本。此外，產量趨勢可能增加瀝 青問題，例如高速機械的應用形成高剪切率，或者更高的產率增加了洗滌裝置的負荷并由 此增加了原液中的瀝青濃度，或者白水的再利用和更加完全的封閉可能使瀝青富集并加重 例如在漂白池中瀝青沉積等。
[0006]以往為控制瀝青問題而做的努力大相徑庭。瀝青控制措施包括老化或風化木材、 使用低樹脂含量的木材種類和改變制漿參數。制漿參數的改變可包括工藝參數例如 度、首程留著率（first-passretention)、清洗效率、漂白劑和工藝添加劑例如陽離子聚合 物、明礬和滑石的應用，這些工藝添加劑已被用來控制瀝青問題。例如為控制瀝青沉積而向 纖維素漿料中加入脂肪酶和陽離子聚合物已被提及。參見例如美國專利5, 256, 252號。
[0007]本發(fā)明的研宄人員已經認識到，改進瀝青控制的策略有益于造紙工藝以減少瀝青 在工藝裝置上的沉積，并且有益于紙制品以減少軋機設備的清洗和維護需求、增加制品質 量或兩者。本發(fā)明的發(fā)明人進一步認識到，通過使用多種試劑的組合處理纖維來控制木纖 維中瀝青和其它樹脂沉積物形成的成分的需求，能夠不以由單獨組分的效果來進行預測的 方式減少瀝青和纖維的其它形成沉積物的成分的含量。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的一個特征是提供用于控制包含瀝青或其它纖維組分的沉積物形成 (deposit-forming)的污染物的方法，所述瀝青或其它纖維組分在造紙系統(tǒng)中會干擾纖維 加工、降低紙質量或導致這兩者。
[0009]本發(fā)明的附加特征是提供控制沉積物形成的有機污染物的方法，包括使脂肪酶和 至少一種不含過氧化物源的氧化劑（peroxidesource-freeoxidant)的組合與纖維接觸 以從纖維中釋放有機污染物。
[0010] 本發(fā)明的另一個特征是提供在所述方法中使用所述組分的組合制造的紙制品。
[0011] 本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢將在下文的發(fā)明詳述部分給出，一部分將從說明書中清 楚地得到，或者可以通過實踐本發(fā)明而得到。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)勢將通過本說明書和 權利要求書中具體指明的要素及其組合實現并完成。
[0012] 為了實現這些及其他優(yōu)勢，根據本發(fā)明的目的，如在本文中所詳述和概述的那樣， 本發(fā)明部分涉及用于在造紙系統(tǒng)中控制有機污染物從纖維中沉積的方法，該方法包括使用 脂肪酶和至少一種不含過氧化物源的氧化劑處理含纖維的水性懸浮液，其中有機污染物包 括一種或多種瀝青成分。
[0013]本發(fā)明進一步涉及使用所述造紙方法制造的紙制品。
[0014]正如本文所使用的，"瀝青"是指一種或多種在木纖維中天然存在的具有中低分子 量的疏水性有機樹脂，包括脂肪酸和甘油的酯類（例如甘油三酯），以及其它脂肪、脂肪酸、 甾醇、留基酯、樹脂酸和蠟，和/或指這些樹脂在制漿和造紙過程期間產生的沉積物。
[0015]正如本文所使用的，"不含過氧化物源的氧化劑"是指當被引入或溶解于或以其它 方式存在于水性介質中時，不是過氧化氫來源（例如，過氧化氫本身或過氧化氫發(fā)生器）的 氧化物。
[0016]正如本文所使用的，"非離子表面活性劑"是兩親性的并在其任何末端不具有帶電 基團的有機化合物，其中有機化合物能夠降低液體的表面張力、兩種液體之間的界面張力 或液體和固體之間的界面張力。
[0017] 正如本文所使用的，"泊洛沙姆（poloxamer) "是指的非離子三嵌段共聚物，其包括 兩側接有親水性聚環(huán)氧烷烴嵌段的疏水性聚環(huán)氧烷烴（polyalkyleneoxide)嵌段的中間 嵌段。
[0018] 正如本文所使用的，"造紙過程"是指這樣的過程，其中將纖維懸浮于含水體系中、 和多種添加劑混合并然后經過用于進一步加工的裝置，例如在這里形成、壓榨和干燥紙、卡 紙板、薄頁紙、面巾紙（towel)等。造紙過程可包括在制漿階段、在造紙階段或在它們的任 何組合中處理纖維的加工。
[0019] 正如本文所使用的，"木材紙漿（woodpulp) "是指木質纖維素纖維材料，其可以通 過從木材、纖維團（fibercorp)、廢紙或其任意組合中以化學或機械的方式分離纖維素纖 維來制備。
[0020] 正如本文所使用的，"含水體系（aqueoussystem) "是指包含至少25重量％的液 相水的流體體系或流體。含水體系和流體還可以包含至少40重量％、或至少50%、或超過 50%、或至少75重量％、或至少90重量％ (例如，40~100重量％或50~99重量％ )的 液相水，基于含水體系的總重量。
[0021] 正如本文所使用的，"水性纖維懸浮液"或"含纖維的水性懸浮液"等是指在水性介 質中包含纖維組分的組分混合物，其中包括纖維的混合組分不會快速沉降。
[0022] 可以理解的是，上文中的發(fā)明概述和下文中的發(fā)明詳述都僅是示例性和解釋性 的，并且僅意在進一步解釋如權利要求所要求保護的本發(fā)明。
[0023] 所并入的并作為本申請一部分的附圖詮釋了本發(fā)明的一些實施方式，并與說明書 一起用于解釋本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0024] 該圖是根據本發(fā)明的實施例在造紙過程中處理纖維的工藝流程圖。
[0025] 發(fā)明詳述
[0026] 本發(fā)明涉及通過在水性懸浮液中使用脂肪酶和不含過氧化物源的氧化劑的組合 處理纖維來控制瀝青和/或木纖維的其它樹脂沉積物形成的成分。纖維的處理能夠不以由 單獨處理組分的效果來進行預測的方式減少纖維的瀝青含量。通過水性纖維懸浮液或其它 水性含瀝青系統(tǒng)中淀粉酶和不含過氧化物源的氧化劑組合可提供在瀝青控制方面的強協 同效應。已經實施了本文所描述的實驗性測試，其表明了通過上述組合可提供在瀝青控制 方面的這些改進和協同效應。而不希望受限于任何理論，相信脂肪酶和不含過氧化物源的 氧化劑與水性纖維懸浮液結合的相互作用可對其中的不飽和脂肪酸、樹脂酸和纖維的其它 瀝青成分提供增強的氧化作用，其產生了更容易從纖維中除去或分離的釋放后的瀝青成分 或其反應產物。通過在水性纖維懸浮液中組合使用所述脂肪酶和不含過氧化物源的氧化劑 組分所提供的增強效果可超過它們獨立的個體效果的算術和。所得到的氧化產物疏水性更 弱（或親水性更強），并且可例如通過洗滌紙漿、從紙漿中濾去水成分或其任何組合的方式 從紙漿中更加容易地分離或除去。這種使用所述脂肪酶和不含過氧化物源的氧化劑的組合 的纖維處理可以使在纖維中構成瀝青的化合物或類似的樹脂沉積物形成的成分減少，并由 此可以在涉及經處理的纖維的造紙過程中，減少或阻止瀝青問題的發(fā)生。相比單獨的過氧 化氫或過氧化物源（例如過氧化物前體或發(fā)生器），脂肪酶和不含過氧化物源的氧化劑的 組合可以提供針對瀝青組分的更強的氧化效果。脂肪酶和不含過氧化物源的氧化劑的組合 是合適的，并對于在包括不使用過氧化物或過氧化物源作為漂白劑的造紙廠、或者在期望 減少過氧化物漂白劑的使用或減少使用是有利的情形中控制瀝青，該組合是有用的。在被 處理的水性纖維懸浮液或其它水性含瀝青的系統(tǒng)中，脂肪酶和不含過氧化物源的氧化劑結 合的可包括非離子表面活性劑，以進一步增強酶活性。正如本文作描述的，已經有實驗測試 表明通過使用所述的伴隨脂肪酶和不含過氧化物源的氧化劑被進一步添加的非離子表面 活性劑來處理水性纖維懸浮液或其它水性含瀝青的系統(tǒng)，可提供在瀝青控制方面的改進和 協同效應。而不希望受限于理論，相信非離子表面活性劑能夠幫助酶更好地滲透進入纖維 底物，從而提供更好的酶傳遞系統(tǒng)并增大纖維的酶促影響部分（enzymaticallyaffected portion)?？稍诒景l(fā)明的方法中使用的包含酶的產品制劑可以包括例如脂肪酶、使用時的 非離子表面活性劑、水和用于制劑穩(wěn)定化的其它任選成分。氧化劑通常不包括在內且不被 引入含脂肪酶和任何非離子表面活性劑的處理制劑（treatmentformulation)。氧