在制浆和造纸过程中用作树脂和粘胶控制剂的蛋白质和聚合物制造技术

本发明专利技术揭示了抑制制浆和造纸系统中有机污染物沉积的方法。向纸浆中加入乳清蛋白或该蛋白和阳离子聚合物的混合物，或将其应用于易发生沉积的造纸系统表面。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求2000年3月23日提请的美国临时申请No.60/191,556的优先权。术语“树脂(pitch)”可以用于指由有机成分组成的沉积物，其可以来源于这些天然树脂，其盐以及可在纸浆中发现的涂料粘合剂，胶粘剂，和消泡化学制品。另外，树脂通常含有无机成分，如碳酸钙，滑石，黏土，钛，和相关原料。粘胶是一个愈加用于描述使用再生纤维的系统中发生的沉积物的术语，这些沉积物通常含有在“树脂”沉积物中发现的除了粘合剂，热熔物，蜡和油墨之外的相同物质。所有上述物质具有许多共同的特性，包括疏水性，消泡性，粘性，低表面能，和在所述过程中导致沉积，质量和效力等问题的可能性。表1示出了本文论述的树脂和粘胶之间的复杂关系。表1 有机污染物如树脂和粘胶的沉积，对制浆和造纸厂的生产效率是不利的，导致质量降低和工作效率降低。有机污染物可以沉积在造纸的生产设备上，导致所述体系难以运转。有机污染物沉积在密度调节器和其它探测器上，可以使这些组件失效。网板上的沉积物可以使产量减少及扰乱系统的运转。这种沉积不仅可以发生在系统的金属表面，还可以发生在塑料表面和合成表面上，如机器的导线，毡垫圈，箔片，伍德盒和顶盖盒组件上。历史上，“树脂”和“粘胶”类有机沉积物问题各自表现不同，，并被不同地处理。从物理学观点上，“树脂”沉积物通常是从原料中粘性物质(天然的或人造的)的微颗粒中形成的，积聚在造纸或制浆设备上。这些沉积物易于在原料多层壁，造纸机箔片，伍德盒，造纸机导线，湿法印刷毡垫圈，干燥机毡垫圈，干燥机罐，和砑光机中发现。与这些沉积物相关的难点包括直接处理污染表面，将因此降低产量，以及造成纸面有孔，污垢和其它纸张缺损等问题，使纸张质量降低和纸张不能进行蒙皮，转换或加压。从物理学观点上，“粘胶”通常是原料中可见的或接近可见大小的颗粒，其来源于再生纤维。这些沉积物趋向于积聚在可以发现“树脂”的许多相同表面上，并导致“树脂”可以引起的许多相同问题。然而与“粘胶”相关的最严重的沉积物易于发现在造纸机的导线上，湿毡垫圈，干毡垫圈和干燥罐中。防止沉积物沉积在制浆和造纸厂设备和表面上的方法，对造纸业是非常重要的。造纸机器可以停止运转以进行清洗，但停止运转进行清洗是不适宜的，因为这样会浪费生产力，质量差，同时当污染物脱落并掺入纸张中时，会发生部分污染和“污垢”。因此有效进行防止沉积物是非常优选的。在过去，粘胶沉积物和树脂沉积物已经在不同的系统中典型地被发现。这是真实的，因为造纸厂通常只使用未玷污的纤维或只使用再生纤维。通常使用完全不同化学制品和策略，以控制这些不同的问题。目前的趋势是在所有系统中强制增加再生纤维的利用。这导致粘胶和树脂问题在工厂中同时出现。需要发现进行处理的化学制品和策略，其高效消除这些问题而不是分别施用两或多种化学制品。推测明胶可以用来控制树脂。以其全文并入参考的美国专利5,885,419揭示了血液相关蛋白，如白蛋白和球蛋白在制浆和造纸业中防止树脂/粘胶沉积。然而，在所述专利中使用乳蛋白证明无效。所述专利未揭示这种乳蛋白的物理/化学性质；然而，其较差的性能表明不包括高分子量的乳清蛋白，这种蛋白在本专利技术中令人惊奇地发现是非常有效的。有机污染物包括纸浆(未玷污的，再生的或其组合的)中出现的成分，其具有沉积和降低造纸机性能或纸张质量的潜力。这些污染物包括但非限于天然树脂如脂肪酸，树脂酸，其不溶的盐，脂肪酸酯，固醇；和沉积在造纸系统中的其它有机成分如乙烯二硬脂酰胺，蜡，胶粘剂，粘合剂，热熔物，墨水，消泡剂和乳胶。在乳中存在两组根本不同的蛋白，酪蛋白和乳清蛋白。酪蛋白是对热不敏感的。乳清蛋白是热敏感的。表1示出酪蛋白和乳清蛋白之间性质的主要不同之处，包括每组中的主要蛋白及其占乳总蛋白的百分率。表1乳蛋白及其主要成分的性质 从表中可以看出，β-乳球蛋白是乳清蛋白的主要成分。乳清蛋白的平均分子量是大约3000-25,000。如表2所示，蛋白质如明胶，血清白蛋白，酪蛋白和乳清蛋白的成分有明显不同，如在其氨基酸含量中可见。表2选择的蛋白质的氨基酸成分 天然形式中大量磷酸化的酪蛋白比乳清蛋白具有更强的亲水性，不受理论的束缚，理论上，亲水性可以防止其与疏水性粘胶/树脂颗粒相互作用，并从而成为无效的树脂/粘胶控制剂。相反，与牛血清白蛋白，β-乳球蛋白和α-乳白蛋白类似，乳清蛋白的主要成分表现为与酪蛋白相比，结构上更像球状，因为其具有更高含量的半胱氨酸，这样蛋白质通过二硫键自身交联。乳清蛋白的所述球状结构以及疏水性，提高了其与疏水性粘胶和树脂颗粒的相互作用。不受理论的束缚，这可以解释当与酪蛋白相比时，乳清蛋白的性能更好。酪蛋白在化学结构上更线性，因为该蛋白质中没有二硫键。本专利技术中有效的乳清蛋白的分子量范围是至少大约3000，优选至少大约5000，更优选至少大约10000至接近大约30000，更优选大约25000，更优选大约20000。通过蛋白酶处理衍生的分子量小于2000的乳清蛋白水解物，未示出所需的性质(表3)，不期望受理论束缚，这表明该蛋白的完整球状结构是其物理性质所必需的。所述乳清蛋白是以抑制有机污染物如树脂和粘胶沉积的有效量使用的。根据本专利技术，术语“抑制沉积有效量”是指足以抑制在制浆和造纸系统中沉积的数量。通常地，使用的所述乳清蛋白数量基于所述系统中干纸浆部分，是至少大约0.1ppm，优选至少大约0.5ppm，更优选至少大约1ppm。关于所述乳清蛋白抑制有机污染物如树脂和粘胶在制浆和造纸系统中沉积的效力，乳清蛋白可以在存在电解质的情况下使用，具有很少或没有负影响。所述乳清蛋白可以用于碱性和酸性环境中。所用pH可以高如大约14或低如1。所述乳清蛋白可以使用的温度范围是至少大约15℃，优选大约20℃，更优选大约25℃至大约70℃，更优选大约60℃，最优选大约55℃。用于本专利技术中的乳清蛋白的分子量是大约5000-30000，优选大约10000-25000，更优选大约17000-21000。用于本专利技术中的乳清蛋白是可以商购的并可以得自Calpro Ingredients公司。本专利技术的乳清蛋白有效抑制有机污染物在造纸系统中沉积。这可以包括但非限于牛皮纸，酸式亚硫酸盐，机械纸浆和再生纤维系统。例如，可以抑制在牛皮纸生产过程中在褐色洗浆机，筛板室和装饰系统中的沉积。术语“造纸系统”意在包括所有制浆过程。通常地，认为可以利用乳清蛋白在各种系统条件下抑制在造纸系统的所有表面上的沉积，从pH至少大约是1至可以高如14的纸浆厂至纸轴或制浆机器。更特异地，所述乳清蛋白不仅在金属表面上而且在塑料和合成表面如机器导线，毡垫圈，箔片，伍德盒，碾子和顶盖盒上均有效降低沉积。本专利技术的乳清蛋白可以与其它制浆和造纸添加剂相容。这些可以包括淀粉，二氧化钛，消泡剂，湿强度树脂和定型助剂。本专利技术的乳清蛋白可以在任何阶段加入造纸系统中。可将它们直接加入制浆设备中，或通过顶盖盒间接加入。所述乳清蛋白还可以用于遭受沉积的表面，如导线，加压毡垫圈，加压滚筒和其它倾向于沉积的表面。可以通过喷雾或通过任何其它覆盖表面的方式应用于所述表面。本专利技术的乳清蛋白可以以净相，粉末，浆液或溶液形式加入造纸系统中，优选的主要溶剂是水，但非限于此。其它载体溶剂包括但非限于水溶性溶剂如乙二醇和丙二醇。当通过喷雾方法加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制有机污染物在制浆和造纸系统中沉积的方法，包括在制浆和造纸系统中加入抑制沉积有效量的乳清蛋白。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迪伊T源，古渠鸣，
申请(专利权)人：赫尔克里士公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]