來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物在造紙法的溼部中的用途的製作方法

2023-06-08 00:14:46 1

專利名稱：來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物在造紙法的溼部中的用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物在造紙法的溼部中的用途，製造紙製品的方法，以及包含該蛋白質水解物添加劑的紙漿及紙製品。
背景技術：
在造紙工業中，使用各種不同的添加劑以提高經修飾的紙製品的性能。這些性能例如包括可印刷性、溼/幹強度、柔軟度及潤溼特性。一般而言，添加劑的使用量需要小心地加以控制，這是因為這些添加劑大多數是昂貴的化學物質。

發明內容
本發明的目的是提供新類型的廉價添加劑，其可被有利地用於製造紙製品。
現在驚人地發現，來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物可被有利地用作具有高保留性的紙製品添加劑。
因此，本發明涉及來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物作為造紙法的溼部中的添加劑的用途。
本發明能夠以非常高的成本效益製造品質非常高的紙製品。根據本發明製得的紙製品在強度和單位質量的體積方面具有優異的品質特徵。
術語「溼部」應理解為造紙法中在幹部階段(對待製造的紙製品實施乾燥的階段)之前的階段。
根據本發明使用的蛋白質水解物可來自各種不同的含有角蛋白的材料。該含有角蛋白的材料可合適地來自哺乳動物和/或禽類。衍生出蛋白質水解物的合適的含有角蛋白的材料包括哺乳動物毛髮、動物蹄、爪、角及羽毛。蛋白質水解物優選來自哺乳動物毛髮和/或羽毛。蛋白質水解物更優選來自哺乳動物毛髮，特別是家畜，更特別是豬及雞毛。
根據本發明使用的蛋白質水解物可合適地通過對含有角蛋白的材料實施氧化處理而製得，其中含有角蛋白的材料與含有漂白劑的溶液接觸。所制用於實施氧化處理的溶液具有鹼性(pH大於7)或酸性(pH小於7)。所述溶液優選通過添加NaOH、KOH和/或NH4OH而具有鹼性或通過添加一種或更多種(有機)酸而具有酸性。可使用的各種不同的(有機)酸包括乙酸和甲酸。
用於步驟(a)中的鹼性溶液的pH值優選在9至13的範圍內，更優選在10至12的範圍內。酸性溶液的pH值優選在3至7的範圍內，更優選在4至6的範圍內。
合適的漂白劑包括有機及無機過氧化物。優選使用選自以下組中的漂白劑次滷酸鹽(hypohalide)、過硼酸鹽、過碳酸鹽、有機過氧化物或過氧化氫。漂白劑更優選包括過氧化氫。單獨一種漂白劑或多種漂白劑的混合物可合適地用於鹼性或酸性溶液。在鹼性溶液中，優選使用無機過氧化物，而在酸性溶液中，優選使用有機過氧化物。基於所有的鹼性或酸性溶液，漂白劑的合適的使用量在0.1％(w/w)至40％(w/w)的範圍內，優選在0.3％(w/w)至30％(w/w)的範圍內。
在氧化處理中，含有角蛋白的材料可合適地與鹼性或酸性溶液接觸5分鐘至16小時，優選15分鐘至10小時。氧化處理中採用的溫度合適地可在室溫至100℃的範圍內，優選在30℃至80℃的範圍內。
含有角蛋白的材料可為一種類型的含有角蛋白的材料，或為不同種類的含有角蛋白的材料的混合物。
對含有角蛋白的材料實施的氧化處理優選首先實施洗滌步驟，其中從該含有角蛋白的材料中除去可溶性組分，如血、尿殘餘物及其他動物組分，然後對該含有角蛋白的材料實施氧化步驟。在氧化處理中獲得的且包含於溶液中的蛋白質水解物隨後可通過將其從剩餘的含有角蛋白的材料加以分離而回收。這可利用已知的技術現實。為此目的，例如可使用傳統的過濾系統。以此方式，可獲得蛋白質水解物的溶液。為了回收來自如此獲得的蛋白質水解物溶液的蛋白質水解物，可合適地調節該溶液的pH值，從而使蛋白質水解物沉澱，然後蛋白質水解物沉澱物可通過原本已知的方法加以回收。優選調節該溶液的pH值在1至5的範圍內，更優選在2至4的範圍內。可通過在受控制的情況下例如以滴定的方式添加有機和/或無機酸至該溶液中而實施pH的調節。合適的酸包括鹽酸、硫酸、乙酸、甲酸以及類似物。
可合適地實施pH調節5分鐘至10小時，優選20分鐘至8小時。在pH調節期間採用的溫度可合適地在15℃至100℃的範圍內，優選在25℃至70℃的範圍內。
所得的蛋白質水解物沉澱物可合適地溶解於液體介質中以獲得可用作紙製品添加劑的溶液。該液體介質合適地包括未經使用的和/或經回收的纖維素纖維和/或用於造紙法的溼部中的已知添加劑。優選使用水或循環水作為該液體介質。可添加一種或更多種其他的紙製品添加劑至如此獲得的蛋白質水解物溶液，然後將該溶液用於製造紙製品。這些其他的添加劑可使待製得的紙製品具有不同的特性。基於總的纖維重量，蛋白質水解物的濃度合適地在0.1％(w/w)至50％(w/w)的範圍內。基於總的纖維重量，蛋白質水解物的濃度優選在0.3％(w/w)至40％(w/w)的範圍內。
選擇性地，蛋白質水解物沉澱物同樣可被添加至含有一種或更多種用於製造紙製品的其他添加劑的溶液中。在另一個合適的具體實施方案中，將蛋白質水解物沉澱物直接添加至紙漿，然後其與其他紙漿組分徹底地混合。
蛋白質水解物添加劑優選以溶液的形式加以使用。
本發明還涉及用於製造紙漿的方法，該方法包括在溼部中將來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物與未經使用的和/或經回收的纖維素纖維加以混合，及回收如此獲得的紙漿。
本發明還涉及可通過上述方法獲得的紙漿。基於所有的紙漿，該紙漿合適地包括含量在0.1至50重量％範圍內的來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。基於所有的紙漿，該紙漿優選包括含量在0.3至40重量％範圍內的來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。
本發明還涉及用於製造紙製品的方法，該方法包括在造紙法的溼部中將來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物與未經使用的和/或經回收的纖維素纖維加以混合，對如此獲得的混合物實施脫水，壓制經脫水的材料，乾燥經壓制的材料，及回收如此獲得的紙製品。
此外，本發明還涉及可通過上述方法製得的紙製品。基於所有的紙製品，該紙製品合適地包括含量在0.1至50重量％範圍內的來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。基於所有的紙製品，該紙製品優選包括含量在0.3至40重量％範圍內的來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。
在本發明的範疇內，術語「紙製品」意味著包括所有種類的紙，如印刷紙、紙巾/衛生紙、新聞紙、辦公用紙、特種紙，以及諸如紙板、摺疊板、盒紙板、波紋板、皺紋板、3D板等的材料。


圖1所示為添加蛋白質水解物的效果。
圖2所示為作為纖維素紙漿中的添加劑的蛋白質水解物對短壓縮測試指數的影響。
圖3所示為蛋白質水解物對Z方向抗拉強度的影響。
圖4所示為當部分纖維素纖維被蛋白質水解物代替時的結果。
圖5所示為紙張在其斷裂之前的伸長率。
具體實施例方式
實施例製造蛋白質水解物在250克毛髮的混合物中添加9升水，隨後將該混合物的pH調節至適合於漂白的水平。然後將該混合物的溫度提高至65-70℃，並添加200毫升30％(w/w)的過氧化氫溶液(pH為11)或60毫升32％(w/w)的過乙酸(pH為5)。然後攪拌該混合物16小時，然後通過降低反應混合物的pH至3而分離水解產物。產生沉澱時立即通過過濾加以收集，並在70℃下加以乾燥。乾燥之後，可任選將所得產物研磨成粉末。
蛋白質水解物的評定以如下方式將水解產物(0、1、5、10、15％(w/w))與來自Eucalyptus的未經使用的纖維素纖維混合，各混合物均獲得恆定重量的纖維素纖維。為了進行比較，僅利用未經使用的Eucalyptus纖維素纖維製成片材，其評定結果被描述為0％(w/w)。利用FRET(成型與保留性測試機Formation and Retention Tester)並施加0.5巴的真空而獲得片材。在100℃下利用Rapid Kthen乾燥元件乾燥這些片材。各混合物均製成三個片材。測定由各混合物獲得的紙張的性能蛋白質水解物的保留性如上所述地在Rapid Kthen(RK)片材成型機上製造手抄片材，並將360毫克角蛋白水解產物添加至含有纖維混合物(約5克)的RK容器。然後根據Bradfort方法分析濾出液(7升)的蛋白質含量。測得0.722毫克/升留在濾出液中。由此數據可以得出，不少於98.6％的角蛋白水解產物被保留在纖維上。
單位質量的體積(cm3/g)通過將片材厚度除以重量每平方米而計算出單位質量的體積。表1給出了不同片材的結果。
單位質量的體積隨著蛋白質水解物百分率的上升而下降。可以看出，蛋白質水解物能夠填充由纖維素纖維網形成的孔。
表1片材的單位質量的體積

孔隙率添加蛋白質水解物的效果如圖1所示。隨著添加的蛋白質水解物百分率的上升，片材的孔隙率下降。從5％(w/w)添加的蛋白質水解物開始可以清楚地看出該效果。
短壓縮測試(Short Compression Test)作為纖維素紙漿中的添加劑的蛋白質水解物對SCT指數的影響如圖2所示。添加的蛋白質水解物對短壓縮測試指數具有積極影響。
Z方向的抗拉強度蛋白質水解物對Z方向抗拉強度的影響如圖3所示。如圖3所示，在纖維素纖維中的蛋白質水解物的添加量的提高對纖維的相互作用具有積極影響。
抗拉指數測量該參數以評定斷裂時的拉力，並給出斷裂之前所需紙張長度的情況。圖4所示為當部分纖維素纖維被蛋白質水解物代替時的結果。隨著蛋白質水解物重量百分率的上升，這意味著強度更大的紙張，斷裂長度迅速上升。該效果符合在前觀察到的提高的纖維-纖維相互作用。
斷裂伸長率該參數給出了紙張在其斷裂之前的伸長率的情況。結果如圖5所示。這些結果很好地位於在前的圖3和4中所示的結果之內。蛋白質水解物重量的提高還使斷裂伸長率提高。
權利要求
1.來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物作為造紙法的溼部中的添加劑的用途。
2.根據權利要求1所述的用途，其中所述蛋白質水解物來自哺乳動物毛髮和/或羽毛。
3.根據權利要求2所述的用途，其中所述蛋白質水解物來自哺乳動物毛髮。
4.根據權利要求2所述的用途，其中所述蛋白質水解物來自羽毛。
5.根據權利要求3所述的用途，其中所述哺乳動物毛髮來自家畜。
6.根據權利要求4所述的用途，其中所述羽毛來自雞。
7.根據權利要求5所述的用途，其中所述哺乳動物毛髮來自豬。
8.用於製造紙漿的方法，該方法包括在造紙法的溼部中將來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物與未經使用的和/或經回收的纖維素纖維加以混合，及回收如此獲得的紙漿。
9.用於製造紙製品的方法，該方法包括在造紙法的溼部中將來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物與未經使用的和/或經回收的纖維素纖維加以混合，對如此獲得的混合物實施脫水，壓制經脫水的材料，乾燥經壓制的材料，及回收如此獲得的紙製品。
10.通過如權利要求8所述的方法製得的紙漿，其包括來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。
11.根據權利要求10所述的紙漿，基於所有的紙製品，該紙漿包括含量為0.1至50重量％的來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。
12.根據權利要求11所述的紙漿，基於所有的紙製品，該紙漿包括含量為0.3至40重量％的來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。
13.通過如權利要求9所述的方法製得的紙製品，基於所有的紙製品，該紙製品包括含量為0.1至50重量％的來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物。
14.根據權利要求13所述的紙製品，其中基於所有的紙製品，來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物的含量為0.3至40重量％。
全文摘要
本發明涉及來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物作為造紙法的溼部中的添加劑的用途。本發明還涉及用於製造紙漿或紙製品的方法，以及包括來自含有角蛋白的材料的蛋白質水解物的紙漿或紙製品。
文檔編號D21H21/18GK1942631SQ200580011835
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月18日 優先權日2004年2月19日
發明者特奧多爾·馬克西米利安·斯拉格海克, 馬裡奧·塔西斯休斯·雷蒙德斯·范萬德倫, 威廉·科內利斯·德羅斯特, 達裡奧·馬裡亞·羅薩裡奧·洛卡西歐, 雷姆科·威廉·戈德弗裡德斯·范維利格 申請人:荷蘭應用科學研究會(Tno)