TWI391095B - 抑制紙漿和紙中之微生物生長 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於水系統如紙漿及使用水性淤漿之紙加工線中之抗微生物作用之組成物。
氧化劑，如次氯酸鈉，按慣例被用於控制在造紙系統中的微生物生長。紙漿，身為大量的濕纖維素及其他物質，為細菌、真菌及其它微生物生長提供充足的機會，所以希望將產生自由氯之殺生物劑加到處理系統中。
雖然氧化劑，如氯，可提供適當的微生物控制，但是其對加入紙漿中的光亮劑、染料及類似物有負面影響。而且，在紙漿中釋放的氯可造成加工機器附近金屬組份的腐蝕。氯的負面影響可藉由使用鹵素穩定劑減低。雖然Sweeny之美國專利第5,565,109號揭示各種有機鹵素穩定劑，但是該方法的效力一直過低，而且穩定氯物種的產率一直過低。
藉由本發明，提供在關於尿素及其衍生物作為自由氯源如次氯酸鈉或鈣之穩定劑方面的改進。頃發現在大於10之pH下，反應產率顯著地改進，在處理系統中提供穩定的鹵素(特別為氯)。因為尿素於產生自由氯之殺生物劑如次氯酸鈉上發揮的穩定作用，所以頃發現可提供改進之微生物控制，同時使氯對其他加入紙加工及紙漿濕端的添加劑如染料及光亮劑的不合意衝擊減至最低或消除。而且，需要加入少量氯產生劑，因為其穩定形式及後續氯的更逐漸釋放，提供更大的抗微生物作用於改進之微生物減少，如浮游性及無柄性細菌。再者，根據本發明，對加工裝置的金屬部件的腐蝕作用係藉由對產生自由氯之物質提供穩定作用而減低。
藉由本發明，提供一種用於工業水系統如紙漿及紙加工的抗微生物作用之組成物。該組成物包含：含有氯源之產生自由氯之殺生物劑；尿素及濃度足以提供pH大於10之鹼。典型地，鹼包含氫氧化鈉或鉀，但可使用其他的鹼性物質。
尿素通常具有式CH4
N2
O。
典型地，在組成物中存在的尿素量足以產生在基本上2：1至1：2之範圍內的氯(為Cl2
)對尿素之莫耳比，在一些具體實例中，為1.5：1至1：1.5之範圍，典型地使用實質上等莫耳量的此二種物質。
以上提及之成份可包含在水中的溶液或分散液，並可以例如從100至1 ppm之含有氯源之產生自由氯之殺生物劑濃度、從60至0.2 ppm之尿素濃度及從100至1 ppm之鹼(特別為鹼氫氧化物，如氫氧化鈉或氫氧化鉀)濃度施予處理系統，如紙漿。
在一些具體實例中，含有上述三種組份之抗微生物組成物可具有至少約11或12之pH。
尿素可具有任何市售可取得的濃度或形式。就與效力結合的成本理由而言，所使用的鹼典型地為氫氧化鈉。
根據本發明，進一步提供一種在紙加工水系統中如紙漿加工系統中穩定用作殺生物劑之氯的方法。該方法包含下列步驟：將自由氯源(如次氯酸鈉或鈣)以混合加入加工水系統流的一處中；將尿素或其衍生物以混合加入加工水系統流的一處中；並將鹼以混合加入加工水系統流的一處中，使鹼與氯源及尿素混合，其中所加入的鹼量在至少一個與尿素及自由氯源的混合區中足以達成大於10之pH。
因此，自由氯源被穩定，但是以其中氯以控制方式釋放的方式，達成上述的利益，如：需要較少量的自由氯源、紙加工添加劑的較佳運作，如光亮劑及染料、對加工線金屬組份較低的蒸氣相腐蝕作用及類似利益。
氯源、尿素及鹼可全部加入紙加工水系統流的相同或被間隔的位置，但是典型地互相鄰接，或全部預混合。若有要求時，可將氯源與鹼預混合且一起加入紙加工系統流中，而可將尿素在同一位置或附近位置單獨地加至紙加工系統流中。
另一選擇地，可將氯源、尿素及鹼全部單獨加入紙加工系統流中，典型地在流的相同或緊密間隔之處。
也可使用的其他選擇包括以一種溶液添加氯源而以另一溶液添加尿素和鹼。
另一選擇係加入一對溶液：一溶液包含氯源加上一些鹼，而另一溶液包含尿素及其餘的鹼。
氯源、尿素及鹼可在加入處理系統之前混合。所得穩定產物可貯存相當長的時間，接著在需要時加入處理系統中。
產生自由氯之殺生物劑可包含任何適當的物質，如次氯酸鈣、次氯酸鈉、二氯異氰尿酸鹽、三氯異氰尿酸鹽、二氯尿囊素及/或分子氯(Cl2
)。
氯源可包含市售可取得具有約5－15重量%之氯(以Cl2
為基準)的次氯酸鈉水溶液，其中加上足夠的氫氧化鈉以提供在與尿素反應之後較佳為至少11之pH，而在一些具體實例中，該pH為至少12。
尿素可包含在溶液所使用之溫度下濃度在約20%之尿素於溶液中的溶解度限制範圍內的尿素水溶液。
如所述，氯源及尿素典型地以2：1－1：2之莫耳比存在，氯係以Cl2
計算，而典型地該兩種成份係以實質上等莫耳關係存在。
在一個具體實例中，可將30重量%之尿素溶液與含有2重量%氫氧化鈉的12.5重量%次氯酸鈉溶液摻合，以該比例達成1比2之Cl2
對尿素之氮的莫耳比(該比例有利於氮)。這等於是等莫耳之氯對尿素溶液。接著可將所得穩定氯溶液以單一的混合溶液加入加工線中。
如上所述，可將組份的混合物加入處理系統中且在其中混合，以提供顯著的抗細菌作用，具有如上所述之減低或消除之添加劑降解作用，以及其他優點。
在本發明的另一觀點中，紙係從包括將本發明組成物加入紙加工系統中之紙加工系統所製造。
在本發明的另一觀點中，本發明的組成物係結合一或多種光亮劑使用。在另一具體實例中，光亮劑係在加入本發明組成物之前或之後加入。
下列實施例只就說明目的提供，並非意圖界定如下列申請專利範圍所述之本發明。
吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.5M尿素在5% NaOH中)摻合。這得到1：1之氯對尿素的莫耳比，如表1中所示。為了達成2：1之氯對尿素的莫耳比，吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.25M尿素在5% NaOH中)摻合。鹵素殘留物係使用DPD試劑測量，並在與試劑混合之後記錄3分鐘。將結果概述在表1中。
在尿素的存在下，副反應減低全部的〝總鹵素〞，但是產率隨上升的pH而上升。此外，餘留的活性氯脲為更有效的抗微生物劑，並且鹵素在高有機污染的存在下，如在紙加工中，被穩定而有更長期的抗微生物活性。這改進了總鹵素(自由與結合的)和自由鹵素之產率。
實施例1顯示在氯與尿素之間的穩定反應中加入鹼的利益，其中產率為相較於NaOCl對照組的總鹵素量。因為較高的產率，所以在這些試驗條件下需要較少的鹵素來達成所欲之抗微生物作用。進一步的實例將顯示使用少量鹵素的利益包括較低的成本、較少的染料侵害及較低的加工設備腐蝕。增加產率及改進抗微生物活性的優點顯示在實施例2中。
為了增加在氯與尿素之間的穩定混合物之pH而加入的氫氧化鈉顯示戲劇性地增加所得溶液之抗微生物功效。設計兩種不同的鹵素溶液。吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素水溶液(0.25M)摻合。這在pH 5.6下得到2：1之氯對尿素的莫耳比，如表2中所示。接著吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.25M尿素在5% NaOH中)摻合。這在pH 13.3下得到2：1之氯對尿素的莫耳比，如表2中所示。紙加工水係從美國中西部製造光面紙等級的研磨機所收集(pH 5.9)。將鹵素溶液以2.5 ppm總氯的施予劑量加入紙加工水中。在0.5、4及24小時之後測定在加工水樣品中的細菌濃度，以測定每一鹵素溶液對抗加工水樣品的原生細菌之功效。將結果概述在表2中。
當NaOCl與尿素混合時，為了增加pH而加入氫氧化鈉因穩定氯而顯著地提高產率(如以所得溶液之總氯濃度所測量)。此在高pH下的增加產率意指與在未加入鹼的溶液中需要更多的Cl2
相比，需要較少量鹵素溶液將2.5 ppm總氯施予紙加工水中，因為氯係在較高的pH下被穩定。例如，在低pH下就2.5 ppm氯的施予劑量而言需要431 ppm之氯溶液，而在較高的pH下就2.5 ppm氯的施予劑量而言只需要245 ppm之氯溶液(表2)。
除了具有較高的總氯之外，在高pH下含有NaOCl及尿素之溶液比在低pH下的NaOCl及尿素溶液更有效殺死細菌。在該研究的4小時時間點上，在相同的氯施予劑量下使用高pH之NaOCl及尿素溶液所減少的細菌濃度比低pH溶液多10,000倍以上。在該研究的24小時時間點上，在相同的氯施予劑量下使用高pH之NaOCl及尿素溶液所減少的細菌濃度比低pH溶液多1,000倍以上。
所展現之較高反應產率與大為改進之抗微生物功效的組合使得將鹼源如氫氧化鈉加至尿素與NaOCl之反應中對氯穩定加工為高度滿意的改進。
將尿素加入次氯酸鈉中意外地提高絲狀細菌的控制，已知其促成有問題的造紙機沉積物。評估兩種殺生物劑溶液，其包括NaOCl及與尿素以1：1之莫耳比混合的NaOCl。不穩定的NaOCl溶液係3%為Cl2
在水中。為了製備穩定氯溶液，吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.5M尿素在5%NaOH中)摻合。這得到1：1之氯對尿素的莫耳比，如表3中所示。在穩定氯的例子中，NaOCl與尿素係在引至以約1x105
細菌絲/毫升絲狀試驗分離物接種之緩衝水(pH 7.2)中之前混合。在該評估中所使用的絲狀試驗分離物為游泳分枝絲菌(ATCC 1529)。平均殺生物劑濃度被鑑別為殺死100%絲狀試驗分離物所需要以ppm總氯(Cl2
)計的試驗氯濃度。將結果概述在表3中。
尿素顯著地提高NaOCl對抗絲狀細菌的殺細菌活性。在尿素存在下加上適當的接觸時間，1 ppm鹵素得到可與單獨使用NaOCl時5 ppm鹵素相比的絲狀細菌控制。
此實施例顯示在加入紙加工水樣品之前與尿素摻合時會提高NaOCl之抗細菌功效。不穩定的漂白溶液係3%為Cl2
在水中。為了製備穩定氯溶液，吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.5M尿素在5% NaOH中)摻合。這得到1：1之氯對尿素的莫耳比，如表3中所示。接著吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.25M尿素在5% NaOH中)摻合。這得到2：1之氯對尿素的莫耳比。
紙加工水係從美國東北部製造塗木漿之印刷及書寫等級的研磨機所收集(pH 7.9)。將樣品以鹵素計量，並在1及4小時之後鍍敷。在4小時取樣之後，將加工水以1%(體積/體積)之未處理之加工水挑戰，並將樣品在24小時之後再次鍍敷。將結果概述在表4中。
在此實驗中，與NaOCl 1：1之莫耳比的尿素顯著地提高NaOCl對抗加工水樣品原生之細菌的殺細菌活性，甚至在該高氯需求之供應樣品中。當與單獨NaOCl或與以2：1之莫耳比與尿素混合的NaOCl相比，以1：1莫耳比混合NaOCl與尿素改進了在以未處理之加工水挑戰之後的抗微生物功效之持久性。
在有效的抗微生物濃度下，與單獨的NaOCl相比，尿素改進NaOCl與光亮劑之相容性。吾等將8.4毫升NaOCl(6.3%為Cl2
在水中)與1.5毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(2.5M尿素在20% NaOH中)摻合。這得到2：1之氯對尿素的莫耳比，如表5中所示。接著吾等將7.3毫升NaOCl(6.3%為Cl2
在水中)與2.7毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(2.5M尿素在20% NaOH中)摻合。這得到1：1之氯對尿素的莫耳比，如表5中所示。
在50 ppm下的Leucophor AP之吸收度(350奈米)係在60分鐘之後曝露或未曝露於鹵素的緩衝水中所測量。將結果概述在表5中。
與光亮劑的改進相容性非常有利，因為若必要時，這允許以較高的Cl2
劑量濃度用於改進微生物的控制，同時減低對其他性能添加劑原有的衝擊。以1：1之莫耳比摻合NoOCl與尿素顯著地改進所得穩定氯相對於以2：1之莫耳比摻合的相容性。
在有效的抗微生物濃度下，與單獨的NaOCl相比，在上升pH下與氯摻合之NaOCl減低碳鋼的蒸氣相腐蝕。不穩定的漂白溶液係3%為Cl2
在水中。為了製備穩定氯溶液，吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.5M尿素在5% NaOH中)摻合。這得到1：1之氯對尿素的莫耳比，如表6中所示。接著吾等將5.0毫升NaOCl(3%為Cl2
在水中)與5.0毫升尿素與氫氧化鈉之水溶液(0.25M尿素在5% NaOH中)摻合。這得到2：1之氯對尿素的莫耳比，如表6中所示。將結果概述在表6中。
減低之腐蝕率非常有利。若必要時，這可允許使用較高的Cl2
劑量濃度用於改進微生物的控制，同時減低在處理系統中或附近的金屬組份之腐蝕。以1：1之莫耳比摻合的NoOCl與尿素顯著地減低所得鹵素溶液相對於以2：1之莫耳比摻合的蒸氣相腐蝕率。這進一步保護所使用的設備。
Claims (17)
- 一種用於水系統中抗微生物作用之組成物，該組成物包含：含有氯源之產生自由氯之殺生物劑；尿素；及濃度足以為該組成物提供pH從12至13.5之鹼，其中該組成物不包含經穩定的溴。
- 根據申請專利範圍第1項之組成物，其中該鹼包含氫氧化鈉。
- 根據申請專利範圍第1項之組成物，其中該尿素為液體。
- 根據申請專利範圍第1項之組成物，其中在該組成物中存在的尿素量足以產生在以Cl2 為基準計2：1至1：2之範圍內的氯對尿素之莫耳比。
- 根據申請專利範圍第1項之組成物，其中有等莫耳量之氯(以Cl2 計算)及尿素存在於該組成物中。
- 根據申請專利範圍第1項之組成物，其中該產生自由氯之殺生物劑為次氯酸鈉。
- 根據申請專利範圍第1項之組成物，其中該鹼之濃度足以提供選自由以下所組成群組之pH之至少一者：12、12.4、13.4及13.5。
- 一種從紙加工系統所製造之紙，該紙加工系統包含將申請專利範圍第1項之組成物加至紙加工系統中而製造該紙。
- 一種改進從紙加工系統所製造之紙中的光亮度之方 法：將一或多種光亮劑加至該紙加工系統中，並將申請專利範圍第1項之組成物加至該紙加工系統中。
- 一種改進從紙加工系統所製造之紙中的光亮度之方法：將一或多種光亮劑加至該紙加工系統中，並將申請專利範圍第1項之組成物加至該紙加工系統中，其中該光亮劑係在加入申請專利範圍第1項之組成物之前或之後加入。
- 一種處理紙加工水系統之方法，其包括將申請專利範圍第1項之組成物加至該紙加工水系統流。
- 一種用於水系統中抗微生物作用之組成物，該組成物主要由以下所組成：含有氯源之產生自由氯之殺生物劑；尿素；及濃度足以為該組成物提供pH從12至13.5之鹼，其中該組成物不包含經穩定的溴。
- 根據申請專利範圍第12項之組成物，其中該鹼之濃度足以提供選自由以下所組成群組之pH之至少一者：12、12.4、13.4及13.5。
- 一種處理紙加工水系統之方法，其包括將申請專利範圍第12項之組成物加至該紙加工水系統流。
- 一種用於水系統中抗微生物作用之組成物，該組成物由以下所組成：含有氯源之產生自由氯之殺生物劑；尿素；及濃度足以為該組成物提供pH從12至13.5之鹼。
- 根據申請專利範圍第15項之組成物，其中該鹼之濃度足以提供選自由以下所組成群組之pH之至少一者：12、 12.4、13.4及13.5。
- 一種處理紙加工水系統之方法，其包括將申請專利範圍第15項之組成物加至該紙加工水系統流。
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