生物漂白法制造技术

本发明专利技术提供了一种漂白的木质纤维素材料的制备方法，该方法包括用木聚糖酶对化学纸浆进行生物处理，然后用氯气和二氧化氯进行氧化作用阶段。该氯化作用阶段的特征在于选择在加入二氧化氯之前加入氯气的时间。本发明专利技术还公开了生产低化学消耗及花费的漂白纸浆的方法。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用酶促处理，然后进行氯化作用漂白木质纤维素材料的方法。纤维状的木质纤维素材料已经被广泛销售，用作制造纸、卡片纸和建筑板等的原料。该原料一般是木材，其主要成分是纤维素和三维大分子-木素，有人认为木素包埋在纤维素和半纤维素多糖的基质中。通常可以接受的是在两种不同成分之间存在的这种结合是通过不同化学性质的键合建立的。例如，木素嵌段被认为是通过半纤维素链连结的，而半纤维素是木质纤维素原料的另一种成分。其他合适的木质纤维素材料包括木材、蔗渣和草等。为了制成牢固的和可漂白的造纸纤维，必需对木质纤维素材料进行处理以除去木素，并且该处理过程的开始部分一般是在化学药品例如氢氧化钠和硫化钠(以生产牛皮纸浆)或亚硫酸盐(一般为亚硫酸钠或亚硫酸镁，以生产亚硫酸盐纸浆)存在下在蒸煮器中进行，于是产生了化学纸浆。除去木素被称作去木素作用。根据(美国)制浆造纸技术协会(TAPPI)的标准方法通过高锰酸盐氧化作用实验测量纸浆中的木素含量，该含量通常以卡伯值表示。在此阶段，蒸煮器中的化学纸浆仍含有相当量的残余木素，在某些情况下，该纸浆适于制造建筑或包装用纸，而不需进一步纯化。尽管如此，对于多数应用例如制造印刷、书写和卫生用纸，该纸浆颜色太深，因此必需经漂白使其发亮。在漂白的开始阶段，纸浆进一步发生了去木素作用。目前已经使用了各种多步骤漂白程序的常规方法以进一步使纸浆发生去木素作用和漂白，此方法包括在3-6步的任一步骤中，在两步骤之间不是必需地用水洗涤。漂白的目的是提供具有足够高的亮度和强度的纸浆(例如化学纸浆)以用于造纸和制造薄纸产品。特点是制成亮度85%-90%ISO的市售纸浆。可以从某些未漂白的纸浆生产较高亮度的纸浆，但是这通常需要付出较高的代价，并且具有失去纸浆强度性质的危险或者是以失去纸浆强度性质为代价的。在制造纸浆工业中，在常规漂白方法中对于给定纸浆类型所能遇到的亮度渐进极限被称之为亮度最高限度。亮度最高限度是指这样的亮度水平，当超过此亮度时，应该认为进一步漂白的方法对于纸浆的质量极为有害，价格过高使人难于购买或者不能做成某些材料。传统的漂白方法是使用氯和含氯的化合物。所使用的一些含氯化合物是氯气、二氧化氯和次氯酸盐，通常使用次氯酸钠，它们被用于氯化阶段，表示为C，用于二氧化氯阶段表示为D，用于次氯酸盐阶段表示为H。氯(或者是与二氧化氯的混合物)通常用于化学纸浆漂白的开始阶段，然后在含水碱性介质中抽提氯处理过的纸浆，当不含二氧化氯时这两步一起被表示为C-E。在C阶段氯气进料(或者以氯气氧化当量表示的氯气加二氧化氯进料)是与木素含量成比例的，于是纸浆的卡伯值得到处理。碱抽提阶段用于使残余的木素增溶并除去大部分氯化的和氧化的残余木素。在用氯气漂白过程中，发现了纤维素纤维有些降解，而这种降解将会对漂白纸浆的物理性质产生不利影响。按照进一步的TAPPI标准方法通过在铜乙二胺中测量纸浆溶液的粘度可以证明纸浆纤维素纤维的降解作用。很少有纤维素纤维降解的纸浆通常具有高粘度，而纤维降解的纸浆通常具有较低的粘度。通常根据氧化当量在氯化作用阶段加入二氧化氯，部分取代所用的氯气，以抑制纤维素纤维的这种降解作用，从而保持其高粘度。二氧化氯取代氯气的程度是从取代总当量进料约10%的“低”取代水平至取代总当量进料的多达约80%或更高的“高”取代水平。纤维降解的量一般取决于取代的水平。但是我们发现加入氯气和二氧化氯的顺序能够影响漂白纸浆的粘度。在合适的条件下，通过选择加入氯气和二氧化氯的顺序，可以使纸浆粘度保持在高水平。提供较低价值的氯气和较高价值的二氧化氯，纸浆工业已经试图通过将取代水平减到最低，并且已经使用于选择加入顺序作为保持纸浆粘度的一种方法。在纸浆工业中以及在科学文献中通常已经认识到，在加入氯气之前，加入较高二氧化氯取代水平(例如高于30%)的二氧化氯与在氯化作用阶段中在加入氯气之后加入二氧化氯或将二氧化氯与氯混合相比，前者对纸浆能够提供粘性保护，并且具有附加的优点，即能够降低在需要漂白纸浆以得到最终亮度水平的氯化作用阶段中所使用的总当量氯气进料。根据所用的处理条件，一般在加入氯气前用5-60秒的时间加入二氧化氯。该方法通常是指连续加入二氧化氯和氯。许多年以来，随着对纸浆漂白方法的研究以及工业实践，公众对环境关心的日益增加产生了取代或减少纸浆漂白方法中使用化学药品(特别是氯化化合物，更特别是氯气)的驱动力。将漂白所用化学药品减到最少的一种可能的途径是在漂白方法中使用生物技术。目前已经对酶在木质纤维素材料处理中的应用进行了研究。例如，木素溶解酶，特别是来源于white-rot真菌的木素溶解酶已经显示出不同程度地降解木素。众所周知，纤维素酶也能降解纤维素，并且它在食品工业与酒精制造业中是有重要商业价值的。在制造用于造纸的纸浆过程中，可以检测到纤维素酶的作用，这是因为它降低了纤维素的聚合程度，并因此降低了纸浆的粘度。考虑到木质纤维素材料中存在半纤维素成分，已经研究报导了木聚糖酶对木质纸浆的作用。已经发现木聚糖酶选择地与半纤维素中存在的，作为其中一部分的木聚糖反应。木聚糖酶生物漂白的概念是从尝试选择性地从化学纸浆中除去半纤维素以及制备适于生产乙酸纤维素和人造纤维等的溶解级纸浆过程中形成的。后来发现在漂白纸浆之前用木聚糖酶预处理纸浆可以降低木素含量，并且因此减少了漂白过程中所需的化学药品的用量。尤其是使用不含纤维素酶的木聚糖酶会导致较低的漂白化学品需求量，并改善了纸浆粘度。部分由于木聚糖酶处理纸浆而导致的氯气用量的减少也表明了在纸浆碾磨流出物中观测到的氯化有机物的含量减少。我们意外地发现，采用下述程序可以得到漂白至恒定亮度，较低化学品需求量和/或较高粘度的漂白纸浆，该程序包括用木聚糖酶预处理纸浆，而在氯化作用阶段将加入二氧化氯和氯气的顺序颠倒过来，即在加入二氧化氯之前向纸浆中加入氯气。因此，本专利技术提供了漂白木质纤维素材料的方法，该方法包括ⅰ)用木聚糖酶处理化学纸浆，以产生木聚糖酶预处理的纸浆，以及ⅱ)用氯气和二氧化氯将所述预处理的纸浆氯化，其中所述木聚糖酶预处理纸浆的所述氯化作用的特征在于在加入二氧化氯之前将氯化作用中使用的全部或部分氯气加至预处理的纸浆中。在本专利技术的方法中，优选在加入氯气的1-120秒，更优选在5-60秒内向预处理的纸浆中加入二氧化氯。加入二氧化氯和氯气的最佳时间取决于纸浆类型、反应温度和纸浆的稠度(纸浆水溶液中纸浆含量的重量百分数)等，并且该最佳时间可以通过试验测定。可以采用本领域已知的任何合适的木聚糖酶处理方法，用木聚糖酶对化学纸浆(优选从木材得到的牛皮纸浆)进行处理。但是本专利技术优选使用的木聚糖酶处理方法包括将含木聚糖的物质以添加速度为0.1-500IU/g绝干纸浆，在20-80℃将稠度为1-20%(重量)(优选2-12%)的木质纤维素材料的含水悬浮液处理0.5-48小时，更优选处理2-3小时。优选的温度是约50℃。进一步优选的是在pH约4-8、更优选约5.5-6.5的含水介质中进行处理。该介质可以被不是必需的缓冲以控制其pH。合适的缓冲液包括(但不限于)乙酸盐缓冲液和乙酸盐/柠檬酸盐缓冲液。术语IU(国际单位)是指从含木聚糖的溶液中每分钟催化形成1μmol木糖的酶的量。用于实施本专利技术的木聚糖酶优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木质纤维素材料的漂白方法，该方法包括：ｉ）用木聚糖酶处理化学纸浆以产生木聚糖酶预处理的纸浆；和ｉｉ）用氯气和二氧化氯使所述预处理纸浆氯化，其中所述木聚糖酶预处理纸浆的所述氯化作用的特征在于：在加入二氧化氯之前将氯化作用中使用的全部或部分氯气加至预处理的纸浆中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J汉密尔顿，JR杜马努瓦，DJ西尼尔，
申请(专利权)人：帝国化学工业加拿大有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]