CN103866604A

CN103866604A - 用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法

Info

Publication number: CN103866604A
Application number: CN201210540545.2A
Authority: CN
Inventors: 王祥槐; 谢焱
Original assignee: GUANGZHOU RISINGSTAR BIOTECH Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU RISINGSTAR BIOTECH Co Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: CN103866604B

Abstract

本发明公开了一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法，包括如下步骤：形成含水的纤维造纸浆料；将纤维膨胀蛋白或纤维膨胀蛋白和柔软剂加入纤维造纸浆料中，进行反应；反应后的纤维造纸浆料送上网，滤出水，剩余的纤维固体组分形成纸页；将纸页经脱水段和干燥段，最终生产出纸产品。本发明采用纤维膨胀蛋白质处理浆料，通过纤维膨胀蛋白质使纤维膨胀，将晶型纤维转化为非晶型纤维，增大纤维内部的空隙，达到蓬松的目的，同时增加对化学柔软剂的吸附，增加柔软性和手感。本发明所涉及的纤维膨胀蛋白为发酵制得，绿色安全，与常规化学柔软剂相比，对人体和环境无任何负面影响；同时对生活用纸向产品高档化、生产绿色化的发展具有重要意义。

Description

用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法

技术领域

本发明涉及一种造纸方法，特别是涉及一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法。

背景技术

生活用纸，包括常用的毛巾纸、面巾纸和卫生纸，需要具有各种消费者所希望的性能，包括适当的抗张强度、吸水性（或润湿性）、不掉毛性、理想的松厚度和柔软度。特别是柔软性，其对生活用纸来说，是一项及其重要的性能。

柔软性是由拿着特定纸产品，在手中摩擦皮肤所感觉到的触觉。这种触觉柔软度的特点在于，但不限于，摩擦。这种触觉是几种物理性能的结合，包括纸页的厚度、纤维的柔软性（或挺度）、纸页的摩擦性能以及纸页的表面外观。

为了获得客户所期望的柔软性和手感，现代生活用纸的造纸生产通常会将化学柔软剂加到造纸纤维中，以干扰纤维与纤维的结合和降低纸页的表面强度，从而产生较柔软的纸页。常用的柔软剂除了使用植物油、动物油或合成的油外，一般是阳离子表面活性剂，包括季胺化合物，如众所周知的二牛脂二甲基氯化胺和二牛脂二甲基甲基硫酸胺等。表面活性剂能在纤维表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纤维物质的动、静摩擦因数，从而获得平滑柔软的手感。通常是将表面活性剂和油剂一起混合使用，表面活性剂可有效降低纤维物质的静摩擦因数，油剂则可以降低纤维物质的动摩擦因数。

除了阳离子胺类表面剂外，硅氧烷和其它有机硅高分子软化纸的表面活性剂也被用来单独或者与胺类化合物一起处理纸张。例如，美国专利4,959,125和美国专利5,059,282描述了使用硅油的聚合硅氧烷材料来处理纸浆的方法，这些硅油赋予纸面的丝绸般柔软的手感。有机硅高分子的柔软机理是以极性的硅氧链与纤维形成氢键，而疏水基朝外排列形成低能薄膜，大大减少纤维问的分子间力，故有机硅高分子是效果最好的一类纸张柔软剂。

生活用纸的另一发展趋势是增加纸张的松厚度。迄今为止，为了实现由于防止低定量化而降低厚度的目的，己经尝试了各种提高松厚度的方法。例如通过使用膨松剂，降低纤维之间的结合力，使纸张变得膨松。

但是，现有柔软剂具有缺点，例如阳离子柔软剂会在接触时对人的皮肤产生过多的剌激，倾向于产生不希望的憎水效果，导致降低纸张的吸水性特别是润湿性。而且，现有柔软剂通过破坏纤维间粘合而作用，导致纸张的抗张强度显著下降。另外，大部分阳离子柔软剂的生物降解性能不好，对环境质量产生不利的影响。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中使用柔软剂生产的纸张，对皮肤产生刺激、吸水性和抗张强度差的问题，提供一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法。本发明采用纤维膨胀蛋白处理浆料，通过纤维膨胀蛋白使纤维膨胀，达到蓬松的目的，同时将晶型纤维转化为非晶型纤维，增加柔软性和手感；另外，通过纤维膨胀蛋白膨胀/蓬松的效应，增大了纤维内部的空隙，同时增加纤维对化学柔软剂的吸附，显著提高纸张的柔软性。

解决上述技术问题的具体技术方案如下：

一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法，包括如下步骤：

（1）形成含水的纤维造纸浆料；

（2）将纤维膨胀蛋白加入步骤（1）所述的纤维造纸浆料中，进行反应；所述的反应温度为20-80℃，pH值为3-10，反应时间为0.2-200分钟；

（3）将步骤（2）所述的反应后的纤维造纸浆料送上网，滤出水，剩余的纤维固体组分形成纸页；

（4）将步骤（3）所述的纸页经脱水段和干燥段，最终生产出纸产品。

在其中一些实施例中，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.15-20千克。

在其中一些实施例中，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.3-10千克。

在其中一些实施例中，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.3-5千克。

一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法，在其中一些实施例中，包括如下步骤：

（1）形成含水的纤维造纸浆料；

（2）将纤维膨胀蛋白和柔软剂加入步骤（1）所述的纤维造纸浆料中，进行反应；所述的反应温度为20-80℃，pH值为3-10，反应时间为0.2-200分钟；

在其中一些实施例中，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.02-20千克；所述的柔软剂的用量为每吨干浆料0.5-30千克。

在其中一些实施例中，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.15-5千克；所述的柔软剂的用量为每吨干浆料1-20千克。

在其中一些实施例中，步骤（2）所述的柔软剂为油脂型柔软剂、表面活性剂型柔软剂、反应型柔软剂与聚合物型柔软剂的一种或一种以上的混合物。

在其中一些实施例中，步骤（2）所述油脂型柔软剂为硅油柔软剂；所述表面活性剂型柔软剂为阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂或者两性表面活性剂。

在其中一些实施例中，步骤（2）所述的反应温度为30-65℃，pH值为5-8，反应时间为0.5-120分钟。

本发明一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法具有以下优点和有益效果：

（1）本发明采用纤维膨胀蛋白处理浆料，通过纤维膨胀蛋白使纤维膨胀，达到蓬松的目的，同时将晶型纤维转化为非晶型纤维，增加柔软性和手感。

（2）本发明通过纤维膨胀蛋白膨胀/蓬松的效应，增大了纤维内部的空隙，同时增加纤维对化学柔软剂的吸附，显著提高纸张的柔软性。

（3）本发明所涉及的纤维膨胀蛋白为生物制品，通过发酵制取，是绿色又安全的产品，与常规化学柔软剂相比，对人体和环境无任何负面影响；同时对生活用纸从生产向产品高档化、生产绿色化的可持续性发展具有重要意义。

（4）本发明所制得的纸张，其松厚度、抗张强度、纸张白度、湿强度和吸水性均得到提高。

附图说明

图1为实施例1的维膨胀蛋白的浓度为1g/L,牛血清蛋白浓度为2g/L两种处理方法对纤维晶型指数的影响的结果示意图；

图2为实施例1的在纤维膨胀蛋白的浓度为1g/L的条件下，滤纸纤维对失活纤维素酶的吸附量的影响示意图;

图3是实施例2的在有/无添加纤维膨胀蛋白处理纸浆的条件下，纸张厚度的对比结果示意图；

图4是实施例2的在有/无添加纤维膨胀蛋白处理纸浆的条件下，纸张白度的对比结果示意图；

图5是实施例2的在有/无添加纤维膨胀蛋白处理纸浆的条件下，纸张抗张强度的对比结果示意图。

具体实施方式

本发明中使用的术语“纤维膨胀蛋白”、“纤维扩张蛋白”、“纤维膨胀蛋白质”、“纤维膨胀因子”，“Swollenin”和“Expansin”，他们是指同一类化学物质，可互换。

本发明中的“纤维膨胀蛋白”系指一种能使结晶纤维素和半纤维素等天然底物的纤维结构膨胀疏松的蛋白/多肽化合物，这类蛋白对纤维素没有降解的催化功能，但能提高纤维素酶对微晶纤维素的水解能力。

“纤维膨胀蛋白”也称为纤维膨胀因子，英文称Swollenin和Expansin,是一类植物细胞壁扩展蛋白,其具有纤维素酶典型结构域组成（含纤维素结合结构域（CBD)）的非水解活性蛋白。源于植物的纤维扩张蛋白主要有两类，分别命名为α-expansin和β-expansin。两类纤维扩张蛋白在结构和功能上有较高的同源性：α-expansin分子量约25kDa，氨基酸序列高度保守,同源性达70%～90%；β-expansin分子量约29kDa，但氨基酸序列变化较大。Expansin主要有两个结构域：N端的是催化域，其序列与糖基水解酶第45家族有较高的同源性；C端为底物结合域，与花粉过敏原group-Ⅱ有50%的同源性。酶学分析表明，植物纤维扩张蛋白没有纤维素酶活力；但能够通过打断细胞壁多聚物之间的氢键，诱导酸依赖的细胞壁延展和压力松弛，促进植物细胞壁伸展和膨胀；在微晶纤维素酶解时，对纤维素酶具有协同作用，微晶纤维素的水解效率显著提高。

纤维膨胀蛋白的氨基酸排列顺序在文献中有详细描述（McQueen-Mason etal.(1992)Plant Cell4:1425-33）。与Expansin一样，源于细菌的纤维扩张蛋白Swollenin虽不水解纤维素，但能从纤维素表面疏解多糖链。打开纤维间的交连耦合，使纤维素结构中的结晶区域更无序,对纤维具有膨松作用。其结果是真菌纤维素酶更容易进入纤维内部和接触更多的底物，同时使微纤维表面的葡聚糖对纤维素酶的攻击更为敏感，从而提高纤维素酶对天然底物的水解活性。与Expansin相比，Swollenin有许多独特性能，例如，Swollenin是比Expansin更大的蛋白质和含有纤维素结合域（cellulose binding domain，CBD）。此外，Swollenin有可以在微生物宿主中异源表达和分子改造的优势。

本发明的纤维膨胀蛋白可以来自细菌、真菌或者酵母。本发明的纤维膨胀蛋白可从真菌获得,例如Absidia spp.;Acremonium spp.;Agaricus spp.;Anaeromyces spp.;Aspergillus spp.,包括A.auculeatus,A.awamori,A.flavus,A.foetidus,A.fumaricus,A.fumigatus,A.nidulans,A.niger,A.oryzae,A.terreus和A.versicolor;Aeurobasidium spp.;Cepha/osporum spp.;Chaetomium spp.;Chrysosporiumspp.;Coprinus spp.;Dactylium spp.;Fusarium spp.,包括F.conglomerans,F.decemcellulare,F.javanicum,E lini,Foxysporum和F.solani;Gliocladium spp.;Humicola spp.,包括H.insolens和H.lanuginosa;Mucor spp.;Neurospora spp.,包括N.crassa和N.sitophila;Neocajfimastix spp.;Orpinomycesspp.;Penicillium spp;Phanerochaete spp.;Phlebia spp.;Piromyces spp.;Pseudomonas spp.;Rhizopus spp.;Schizophyllum spp.;Trametes spp.;Trichodermaspp.,包括T.reesei,T.reesei(longibrachiatum)和T.viride;以及Zygorhynchusspp.。

本发明的纤维膨胀蛋白也可从纤维降解的细菌中获得，例如Bacillus spp.;Cellulomonas spp.;Clostridium spp.;Myceliophthora spp.;Thermomonospora spp.;Streptomyces spp.,包括S.olivochromogenes;以及Fibrobacter succinogenes。

本发明的纤维膨胀蛋白也可从酵母中获得，包括Candida torresii;C.parapsllosis;C.sake;C.zeylanoides;Pichia minuta;Rhodotorula glutinis;R.mucilaginosa;以及Sporobolomyces holsaticus。

本发明的纤维膨胀蛋白可以是原生性的或者是转基因的重组纤维膨胀蛋白，重组蛋白表达的宿体包括真菌和酵母，例如从Trichoderma spp.的DNA构建部分或所有的纤维膨胀蛋白(Swollenin)组成，然后将转换的宿体在合适的条件下生长和表达所需的蛋白质，如美国专利5,246,853和美国专利6,458,928所描述。

本发明的纤维膨胀蛋白可以是未净化的发酵液也可以是提纯的，但是未经净化的产品最好不含纤维素酶组分。纤维膨胀蛋白产品可含稳定或活化剂。

本发明涉及应用纤维膨胀蛋白处理浆料，通过纤维膨胀蛋白的作用使纤维膨胀，将晶型纤维转化为非晶型纤维和分丝帚化，达到纸张高度蓬松、高度柔软的目的。并且，通过纤维的膨胀/蓬松，增加纤维内部的空隙，提高化学柔软剂的吸附，进一步提高柔软性，让纸张达到超级柔软的感觉。

本发明所涉及的纤维膨胀蛋白可以是以其单个成分的产品分别加入造纸过程中的相同或不同的位置，也可以将纤维膨胀蛋白和柔软剂两组分混合配方成一个产品加入造纸过程中，达到改善纸张各种质量和提高生产效率的目的。

实施例1分析纤维膨胀蛋白处理纤维后对纤维的晶体指数和蛋白质吸附的影响

本实施例目的在于说明纤维膨胀蛋白对纤维材料的改性效果，即纤维膨胀蛋白可将晶型纤维转化为非晶型纤维，同时增加纤维的膨胀和空隙，这是纤维膨胀蛋白能增加厚度和柔软性的原理之一。为了突显效果，本实施例选用了高用量的纤维膨胀蛋白。

试验材料

纤维膨胀蛋白从美国Lucigen公司(Middleton,WI)购得，产品编号为No.30502-1；其原蛋白来源于Bacillus subtilis，经克隆重组后在E.coli表达生产。对比SDS-PAGE，该产品的蛋白纯度大约为90%，分子量约24kDa。

纤维材料过滤纸Whatman No.1购自美国Sigma-Aldrich公司(MO,USA)。

纤维素酶

1.5L购自Novozymes（Bagsvaerd,DK)，该产品含有外切纤维素酶CBH(Cel7A和Cel6A)，内切纤维素酶EGs(Cel7B和Cel5A)。

试验方法

1、利用XDR分析纤维膨胀蛋白对纤维晶体指数的影响

试验在0.05M的醋酸钠缓冲液(pH4.8)中进行，将浓度为20g/L的未处理的Whatman No.1过滤纸的溶液、不同浓度(0.5-1.25g/L)的纤维膨胀蛋白溶液和浓度为2.0g/L的牛血清蛋白溶液，在45°C的恒温水槽中预热10分钟，然后将纤维膨胀蛋白溶液和牛血清蛋白溶液分别和未处理的Whatman No.1过滤纸的溶液混合，反应2小时。

纤维的晶型系数使用X-光散射（XDR）测量并按照如下公式计算：

CRL=（R₀₀₂-R_非)/R002

式中R₀₀₂是晶面002反射的最大强度(2Θ=22.5°)，R_非是非晶型组分的散射强度，典型的测试结果见图1。

2、分析纤维膨胀蛋白对纤维吸附蛋白质的影响

试验组：在测试纤维膨胀蛋白的处理对纤维吸附蛋白质的影响时，先将纤维素酶

1.5L在100℃的沸水中煮30min，去活，然后与浓度为20g/LWhatman No.1过滤纸的溶液（该过滤纸的溶液已按上述方法经不同浓度(0.05-1.25g/L)的纤维膨胀蛋白溶液处理）混合，在45°C的恒温水槽中反应2小时。后将混合液经过高速离心分离机将纤维和溶液分离，取上清液，使用美国Fisher Scientific公司（MA,USA)的BCA蛋白分析试剂盒（BCA Protein Assay Kit）在562nm测定上清液中的残留蛋白浓度的吸收值，结果参见图2。

对照组：将0.05M的醋酸钠缓冲液和浓度为20g/L Whatman No.1过滤纸的溶液混合，在45°C的恒温水槽中反应2小时。后将混合液经过高速离心分离机将纤维和溶液分离，取上清液，进行测试分析（步骤参见试验组）。

结果分析

图1为比较过滤纸在经过缓冲液、牛血清蛋白和纤维膨胀蛋白处理2小时后的晶型指数。结果显示，在经过纤维膨胀蛋白处理后，滤纸的晶型指数明显下降，而缓冲液和牛血清白蛋白对晶型指数基本没有影响。

图2为0.05M的醋酸钠缓冲液缓冲液和1g/L的纤维膨胀蛋白溶液两种处理方法处理纤维对纤维素酶蛋白的吸附影响，结果显示，纤维膨胀蛋白的处理大大增加了滤纸纤维对纤维素酶蛋白的吸附，这表明纤维膨胀蛋白扩张了纤维的空隙，增加了滤纸的孔隙度，使大分子酶蛋白能更容易中去。所以，利用纤维膨胀蛋白处理纤维有助于纤维素酶和其它化学物质（包括柔软剂和蓬松剂等）渗透到滤纸纤维内部，增加他们的作用效果。

实施例2纤维膨胀蛋白处理纤维后对纸张的物理指标的影响

试验材料

木浆：用来自加拿大的Howe Sound公司（BC,Canada）的ECF漂白针叶浆（NBSK）和来自巴西的ECF漂白阔叶浆（Eucalyptus）。

纤维膨胀蛋白自美国Lucigen公司(Middleton,WI)购得，产品编号为No.30502-1；其原蛋白来源于Bacillus subtilis，经克隆重组后在E.coli表达生产。对比SDS-PAGE，该产品的蛋白纯度大约为90%，分子量约24kDa。

试验方法

（1）先将针叶浆和阔叶浆分别打浆到30°SR的叩解度，然后按照20:80（针叶浆：阔叶浆）的比例配浆，形成含水的纤维造纸浆料；

（2）按照每吨纤维造纸浆料中添加0.3-0.5kg的纤维膨胀蛋白，进行反应，反应温度为55-65℃，pH值为7-8，反应时间为5-200分钟；

（4）将步骤（3）所述的纸页经脱水段和干燥段，按照薄页纸（20g/m²)制作方法进行抄片，测量抄片的厚度和其它各种物理指标，结果参见图3～图5。

结果分析

图3～图5为纤维膨胀蛋白对纸张的各种物理指标的影响。结果表明：经纤维膨胀蛋白处理制得的纸张，其厚度（松厚度），抗张强度和纸张白度都得到显著地提高。

实施例3不同处理对纸张性质的影响

某生活用纸纸厂用20～30%的木浆和70～80%的甘蔗渣浆生产卫生卷纸和面巾纸等多种生活用纸产品，由于甘蔗渣纤维的性质较硬，因此使用该类原料生产的生活用纸的柔软性和手感普遍很差。该厂曾多次尝试用常规的化学柔软剂来增加纸页的柔软性，但其效果不过满意，虽然纸的柔软性有所改善，但是其它的重要指标（如抗张强度、湿强度和吸水性等）都显著降低。

基于此，本实施例分析纤维膨胀蛋白处理纤维后制得的纸张性质的变化，即纤维膨胀蛋白对纸张性质的影响。

具体步骤如下：

（1）将上述某生活用纸纸厂20～30%的木浆和70～80%的甘蔗渣浆形成含水的纤维造纸浆料；

（2）将纤维膨胀蛋白、纤维膨胀蛋白和硅油（具体添加量见表1）加入步骤（1）所述的纤维造纸浆料中，进行反应；所述的反应温度为30-50℃，pH值为6-7，反应时间为50-120分钟；

结果参见表1（表中，kg/T表示每吨干浆料中添加纤维膨胀蛋白或纤维膨胀蛋白和硅油的量）。

表1不同处理对纸张性质的影响

从表1可知，B组与A组和空白组相比，厚度、抗张强度、湿强度、吸水性明显提高，即单独使用纤维膨胀蛋白处理纸浆，所得的纸张厚度、抗张强度、湿强度和吸水性都显著的增加；C、D、E与B组、A组和空白组相比，柔软度显著降低，即柔软性显著提高，其中纸张厚度较A组增加了将近20％，而抗张强度、湿强度和吸水性基本不受影响，即当纤维膨胀蛋白和柔软剂（硅油）联合使用时，纸张的厚度增加了将近20％，柔软性和手感显著改善，而且抗张强度、湿强度和吸水性不受影响；C、D、E组中，经纤维蛋白处理的纤维，柔软剂吸附的越多，柔软性越高。综上所述，用纤维膨胀蛋白、纤维膨胀蛋白和柔软剂的联合处理纸浆可改善生活用纸的品质，其中，纤维膨胀蛋白和柔软剂的组合的效果更佳。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）形成含水的纤维造纸浆料；

2.根据权利要求1所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.15-20千克。

3.根据权利要求2所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.3-10千克。

4.根据权利要求3所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.3-5千克。

5.一种用于提高生活用纸的松厚度和柔软性的造纸方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）形成含水的纤维造纸浆料；

6.根据权利要求5所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.02-20千克；所述的柔软剂的用量为每吨干浆料0.5-30千克。

7.根据权利要求6所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述的纤维膨胀蛋白的用量为每吨干浆料0.15-5千克；所述的柔软剂的用量为每吨干浆料1-20千克。

8.根据权利要求5所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述的柔软剂为油脂型柔软剂、表面活性剂型柔软剂、反应型柔软剂与聚合物型柔软剂的一种或一种以上的混合物。

9.根据权利要求8所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述油脂型柔软剂为硅油柔软剂；所述表面活性剂型柔软剂为阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂或者两性表面活性剂。

10.根据权利要求1或5所述的造纸方法，其特征在于，步骤（2）所述的反应温度为30-65℃，pH值为5-8，反应时间为0.5-120分钟。