用于生产商品纸浆的方法和系统及其产品
阅读说明：本技术 用于生产商品纸浆的方法和系统及其产品 (Method and system for producing commodity pulp and product thereof ) 是由 P.M.胡克斯特拉 S.哈努曼塞蒂 于 2019-03-06 设计创作，主要内容包括：提供了用于生产商品纸浆的方法和系统,其包括在纸浆干燥之前纸浆的处理。在商品纸浆的生产中,在纸浆干燥之前使用阴离子型带电化合物和酶来处理纸浆以改善纸浆脱水性能和效率。还描述了含有所述处理化合物的商品纸浆产品。(Methods and systems for producing commodity pulp are provided that include treatment of pulp prior to drying of the pulp. In the production of commercial pulp, the pulp is treated with an anionic charged compound and an enzyme prior to drying of the pulp to improve pulp dewatering performance and efficiency. Also described are commodity pulp products containing the treating compounds.)
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2018年3月15日提交的在先美国临时专利申请No.62/643,224、和2018年7月24日提交的在先美国临时专利申请No.62/702,395的权益，将其完全引入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及商品纸浆的生产。更具体地，提供用于生产商品纸浆的方法和系统，其包括在纸浆干燥之前将纸浆用一种或多种阴离子型表面活性剂或化合物和一种或多种酶处理。
背景技术
在纸浆制造工业中，含有纤维素的进料材料一直以化学方式、以机械方式、或者以这两种方式解纤维，然后典型地在这样的操作之后洗涤和至少部分地脱水。在其中将纸浆化学处理(例如通过化学蒸解(蒸煮，digestion)、漂白、或其它化学处理)的制浆过程中，可使用脱水来排出水和将游离化学品与纤维分离。一些纸浆厂可与造纸厂整合(集成)，其中产品纸浆的脱水可被限制，使得浆料纸浆或湿法敷涂纸浆可被直接推进至在相同生产现场的造纸机。其它纸浆厂以非整合的生产操作来生产商品纸浆。商品纸浆可为已经在纸浆加工的最后阶段中被显著脱水的纸浆产品。商品纸浆进一步地可被形成为成捆(bale)或成卷(roll)的脱水纸浆。所述商品纸浆可被输运至其它位置用于后续使用。
在纸浆干燥之前使用多样化离子型化合物的用于生产商品纸浆的一种具体工艺描述于美国专利No.8,916,024中。根据USP 8,916,024的该工艺，将纸浆在干燥之前用阳离子型和阴离子型带电化合物的组合处理，并且更具体地，所述处理涉及将纸浆用对于在经处理纸浆中形成聚电解质复合物而言有效的至少一种阳离子型聚合物和至少一种阴离子型聚合物的组合处理。美国专利No.6,706,144显示了将含水纤维素纸浆浆料(其可为商品纸浆浆料)脱水的脱水方法，其中将一种或多种非离子型表面活性剂和一种或多种阴离子型表面活性剂的混合物添加至所述浆料。
本研究者们已经认识到，在纸浆厂中在生产商品纸浆时可实现的纸浆脱水的速率可显著地影响纸浆厂或类似生产设备的总体生产线速度和生产能力。本研究者们已经认识到，需要具有提升的纸浆脱水性能和效率的用于生产商品纸浆的新生产方法和系统。
发明内容
本发明的一个特征是提供通过如下生产商品纸浆的方法：将纸浆用一种或多种阴离子型带电化合物以及用一种或多种酶处理以改善所述商品纸浆的一种或多种性质或者制造所述商品纸浆的过程，例如，改善脱水性能和效率。
本发明的另一特征是提供通过如下生产商品纸浆的方法：在脱水之前向纸浆顺序地添加阴离子型表面活性剂(一种或多种)和一种或多种酶以改善纸浆排水。
本发明的另外一个特征是提供用于生产商品纸浆的系统，其能够在纸浆干燥之前使用一种或多种阴离子型带电化合物和一种或多种酶以改善纸浆排水。
本发明的一个进一步特征是提供商品纸浆，其包括含有来自所述纸浆处理方法的一种或多种阴离子型带电化合物和一种或多种酶的脱水纸浆。
本发明的另外的特征和优点将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点将通过在说明书和所附权利要求中所具体指出的要素和组合而实现和获得。
为了实现这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如本文中体现和宽泛描述的，本发明在一个实施方式中涉及用于生产商品纸浆的方法，其包含将纤维素颗粒形成为纸浆；向所述纸浆添加至少一种阴离子型带电化合物和添加至少一种酶以提供经处理纸浆；将所述经处理纸浆机械脱水以提供机械脱水纸浆；和将所述机械脱水纸浆热干燥以形成商品纸浆。
本发明进一步涉及用于生产商品纸浆的方法，其包含将纤维素颗粒形成为纸浆；在脱水之前向所述纸浆添加至少一种阴离子型表面活性剂和添加至少一种酶；将所述纸浆机械脱水；和将该脱水纸浆热干燥以形成商品纸浆。
本发明进一步涉及用于生产商品纸浆的系统，其包含纤维素纤维供应器(supply)；用于由所述纤维素纤维形成纸浆的至少一个纸浆形成单元；用于将至少一种阴离子型带电化合物例如阴离子型表面活性剂进料至所述纸浆的至少一个进料装置；用于将至少一种酶进料至所述纸浆的进料装置；用于从所述纸浆机械除水的至少一个脱水装置；和用于从所述纸浆热除水以提供商品纸浆的干燥器。
本发明进一步涉及商品纸浆，其包含含有来自所示处理方法的至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶的脱水纸浆。
应理解，前面的一般描述和以下详细描述两者均仅是示例性和说明性的并且意图提供如要求保护的本发明的进一步说明。
并入本申请中并且构成本申请的一部分的附图对本发明的一些实施方式进行说明并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
附图说明
图1为根据本申请的一个实例的用于生产商品纸浆的工艺流程图。
图2为显示图1中的系统的一部分的示意图，其包括根据本申请的一个实例的用于经漂白纸浆的纸浆干燥器。
图3为根据本申请的一个实例的可用于示于图1中的系统中的纸浆干燥器的示意图。
图4为显示对于包括本发明的实施例在内的多个实施例，随着时间推移而从湿纸浆除去的水的量(以克计)的图。
图5为显示对于包括本发明的实施例在内的多个实施例，对于三种排出时间，从湿纸浆排出的水的体积(以ml计)的条形图。
具体实施方式
本发明涉及商品纸浆的生产，所述商品纸浆已经用一种或多种阴离子型带电化合物以及用一种或多种酶处理以改善纸浆脱水性能和其效率和/或其它性质。如本文中使用的，“商品纸浆”指的是经热干燥的机械脱水纸浆。所述商品纸浆提供如下的干燥形式的产品材料：其具有有用的存储稳定性并且与更大体积的含水形式的纸浆产品相比可被更容易地运输和处置。所述商品纸浆可被存储、输运、或者两者而用于后续用作其它生产工艺中的工艺材料。可任选地将所述商品纸浆牢固地包裹为集装(成组化、单元化，unitized)产品来运输或输运以用于进一步加工例如造纸。作为一个选项，如本文中涉及的商品纸浆可为根据本发明的选项而改造成用于将纸浆在任何漂白之后和在最终脱水之前用阴离子型带电化合物(一种或多种)和一种或多种酶处理的改进型纸浆厂的产品。
这些处理添加剂以如下的显著且有益的方式影响脱水性能：其是由将阴离子型带电化合物和酶任一个单独地使用所预料不到的，和在一些选项中可超过累加的由单独组分预期的效果。将纸浆用阴离子型带电化合物和酶组合处理可提供比任一单独处理好得多并且比预期的累加效果好得多的关于除水的协同效果。已经观察到，例如纸浆干燥器上的一些纸浆片的高定量可为对良好排水的阻碍。已经发现，在商品纸浆的生产中，通过如下可提供纸浆干燥器处的脱水性能的显著改善：将纸浆在蒸解或其它模式的解纤维、和任何漂白之后并且在纸浆干燥之前用阴离子型带电化合物和酶处理，所述阴离子型带电化合物和酶用于组合处理纸浆。将纸浆在纸浆干燥器之前用阴离子型带电化合物和酶(一种或多种)的组合处理例如可提高纸浆的自由排水速率。提高纸浆的自由排水速率使得可提高用于商品纸浆生产工艺的生产速度和能力。作为一个选项，本发明的纸浆处理方法和系统不是造纸机的一部分，也未与造纸机整合。
尽管不期望受制于任何理论，但是在本发明的方法和系统中酶可提供其它机理来改善从纸浆的除水。纤维的表面是亲水性的，并且因此浆料中有一部分水与纤维表面牢固地结合，并且不容易通过重力排水而除去，也不容易通过所施加的真空而除去，也不容易通过压榨而除去。纤维素酶类酶例如可通过如下而除去该量的牢固结合的水：从纤维表面除去一部分原纤维，从而使可结合水的有效表面积减小。纤维表面除了纤维素之外还由半纤维素构成。这些半纤维素化合物尤其有可能使水结合至纤维表面。半纤维素酶类酶的使用可从纤维表面除去一部分半纤维素(例如木聚糖或甘露聚糖)，并且因此也减少了水对纤维的亲和性。
所述阴离子型带电化合物(一种或多种)可为一种或多种阴离子型化合物和/或可为一种或多种阴离子型表面活性剂。实例包括，但不限于，醇硫酸盐或酯、醇烷氧基硫酸盐或酯、磺酸盐或酯、磺基琥珀酸盐或酯、与(具有)乙氧基化醇的磺基琥珀酸酯、及其任意可溶性或可分散性盐、或其任意组合。磺酸盐或酯指的是磺酸的盐或酯。磺基琥珀酸盐或酯指的是琥珀酸盐或酯的磺酸盐或酯衍生物(例如磺基琥珀酸的盐或酯)。对于其盐，抗衡离子可为金属离子，例如碱金属(例如，钠、钾)。更具体实例包括，但不限于，脂肪醇硫酸盐或酯(例如，C12-18脂肪醇硫酸盐或酯)、烷基醇硫酸盐或酯(例如，C10-C16烷基醇硫酸盐或酯)、乙氧基化醇硫酸盐或酯(例如，乙氧基化C4-C12醇硫酸盐或酯)、磺化脂肪酸烷基酯、烯烃磺酸盐或酯、石蜡磺酸盐或酯、烷基苄基磺酸盐或酯、和磺基琥珀酸二烷基酯。另外的实例包括十二烷基醇硫酸盐或酯、十六烷基醇硫酸盐或酯、十二烷基乙氧基硫酸盐或酯、十四烷基乙氧基硫酸盐或酯、癸基苯磺酸盐或酯、十四烷基苯磺酸盐或酯、十四烷基磺酸盐或酯、十八烷基磺酸盐或酯、3-羟基-1-十六烷磺酸盐或酯、2-十六碳烯-1-磺酸盐或酯、磺基琥珀酸二辛酯钠盐、或其它。所述阴离子型带电化合物可为阴离子型表面活性剂，其为硫酸盐或酯表面活性剂、磺酸盐或酯表面活性剂、磺基琥珀酸盐或酯表面活性剂、或其任意组合。
根据本发明与所述阴离子型带电化合物(一种或多种)一起使用以处理纸浆的酶的酶组分可包括，例如，具有纤维素分解活性、半纤维素分解活性、果胶分解活性、或糖苷分解活性的酶。所述酶可为具有如下活性的水解酶：其影响纤维的水解(例如，水解活性)，例如以加速化学键的水解。所述酶可为例如纤维素酶、半纤维素酶、脂酶、果胶酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、蛋白酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、羧甲基纤维素酶(CMC酶)、淀粉酶、葡萄糖苷酶、半乳糖苷酶、虫漆酶、或其任意组合。可将单一类型的酶或者两种或更多种不同类型的酶的组合与所述阴离子型带电化合物(一种或多种)一道使用。
纤维素酶类通常是使纤维素(其为植物的细胞壁中出现的线型葡萄糖聚合物)降解的酶。纤维素酶类酶可为例如纤维素酶例如内切纤维素酶、外切纤维素酶、纤维二糖酶、氧化纤维素酶、纤维素磷酸化酶、或其任意组合。半纤维素酶类(例如，木聚糖酶、***糖酶、甘露聚糖酶)通常参与半纤维素(像纤维素一样，其为在植物中找到的多糖)的水解。果胶酶类通常为参与果胶(主要组分为糖酸的碳水化合物)的降解的酶。β-葡聚糖酶类为参与β-葡聚糖(其也与纤维素类似，因为它们是葡萄糖的线型聚合物)的水解的酶。
以下段落提供可在本发明中单独地或者以任意组合使用的酶的实例。
可使用的内切纤维素酶类例如为具有结合域的内切葡聚糖酶(例如，
含有纤维素酶类的液体酶组合物可以名称
可得自Novo Nordisk的
作为一个类别，半纤维素酶类可包括半纤维素酶混合物和半乳甘露聚糖酶。含有半纤维素酶类的商业液体酶组合物可作为来自Novo的
果胶酶类包含内切多聚半乳糖醛酸酶、外切多聚半乳糖醛酸酶、内切果胶酸裂解酶(反式消去酶)、外切果胶酸裂解酶(反式消去酶)、和内切果胶裂解酶(反式消去酶)。含有果胶酶类的商业液体酶组合物可以名称PectinexTMUltra SP和PectinexTM*(两者均由NovoNordisk)获得。
β-葡聚糖酶类由如下组成：苔聚糖酶、昆布糖酶、和外切葡聚糖酶。含有β-葡聚糖酶类的商业液体酶组合物可以如下名称获得：234、
所述酶可以即用型制剂形式从例如本文中所示的供应商或者其它供应商商购获得。所述酶可为干燥粉末或颗粒、无粉尘颗粒、液体、经稳定液体、或者经稳定的经保护的酶、或者适合于添加至纤维浆料或者类似的含有纤维的材料的其它形式。液体酶制剂可例如根据既定工艺通过添加稳定剂例如糖、糖醇或另外的多元醇、和/或乳酸或另外的有机酸而被稳定化。干燥粉末形式可被冷冻干燥并且包括基质。
可将所述酶和阴离子型带电化合物(一种或多种)组分预混成用于处理纸浆的共同(通用，common)组合物，或者它们可独立地添加。如果预混，可使用被预先配制成液体组合物的酶作为与所述阴离子型带电化合物(一种或多种)组分组合的酶的来源。纤维素分解酶组合物可含有例如约5％重量-约20％重量酶。这些酶组合物可进一步含有例如聚乙二醇、己二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、四氢糠醇、甘油、和/或水、和/或其它常规酶组合物添加剂，如例如在美国专利No.5,356,800(将其完全引入本文作为参考)中描述的。如果酶基质与干燥粉末形式的酶一起存在，则所述基质应当未不利地与纸浆处理或其它造纸过程相互作用或者妨碍纸浆处理或其它造纸过程。
其它合适的酶和含有酶的组合物包括例如描述于如下中的那些：美国专利No.5,356,800、美国专利No.4,923,565、和国际专利申请公布No.WO 99/43780，全部被完全引入本文中作为参考。其它示例性的造纸纸浆处理酶为
所述酶可以例如基于所述纸浆的干重的约0.0001％重量-约5％重量酶，或者基于所述纸浆的干重的约0.0005％重量-约4.5％重量、或者约0.001％-约4％重量、或者约0.005％-约3.5％重量、或者约0.01％-约3％重量、或者约0.05％重量-约2.75％重量、或者约0.1％重量-约2.5％重量、或者约0.2％重量-约1.5％重量、或者约0.001％-约0.1％重量、或者约0.005％-约0.5％重量酶的量添加，尽管可使用其它量。相对于纸浆的酶的这些添加量可适用于以共同组合物形式的所述酶和阴离子型带电化合物(一种或多种)的预混物的使用，以及本文中对于将所述酶和阴离子型带电化合物(一种或多种)独立地引入至纸浆(同时地或顺序地)所示的其它添加选项。本文中描述的酶的任何量、百分比、或比例可以活性酶计。例如，被称作1％重量酶的酶量可指1％重量活性酶。
将纸浆在脱水之前用至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶组合处理有益地影响经处理纸浆的排水和脱水行为。所述至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶例如可通过其在不同工艺位置处、或者在不同时间在相同工艺位置处的独立添加而顺序地添加至纸浆，或者可将它们同时地至少部分地在相同工艺位置处(例如，作为独立的进料或者作为预混物)添加。作为一个选项，商品纸浆可通过如下生产：在将纸浆脱水之前，顺序地在添加所述至少一种酶之后添加所述阴离子型带电化合物的总添加量的至少约80％最高至100％重量。在这样的选项中，赋予所述酶以首先与纸浆纤维相互作用的机会，之后与所述阴离子型带电化合物进行相互作用。将所述至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶以该顺序添加可放大可实现的脱水性能的增强。作为另一选项，可在将所述酶添加至纸浆之前将所述阴离子型带电化合物的至少一部分或全部添加至纸浆。通过本发明，与在不添加任何阴离子型带电化合物或酶的情况下、或者在将仅所述阴离子型带电化合物单独地用于或者将所述酶单独地用于纸浆的情况下所看到的纸浆排水相比，在商品纸浆的生产中的纸浆排水性能可显著提高，例如通过本发明的工艺，提高一倍、两倍、或者三倍以上。进一步地，如与将仅阴离子型带电化合物单独地用于或者将酶单独地用于处理纸浆相比，通过将至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶组合添加至纸浆，排水效率可显著地提高，例如提高约60％-约200％、或者其它提高量。此外，可实现超过由将所述阴离子型带电化合物单独地或者所述酶单独地用于处理纸浆而获得的单独的排水率之和的排水率。在纸浆干燥器的网段中的更好排水可导致压榨段中纸浆降低的水分，并且结果，干燥段中的蒸汽消耗可显著减少，这提供可提供能量节约。进一步地，通过将蒸解纸浆在纸浆干燥之前使用本发明处理而提供的纸浆脱水的改善可容许纸浆厂中更快的纸浆通过速率或速度，由此纸浆厂的生产率可提高。与如果将阴离子型带电化合物单独地使用所预期需要的相比，可以减少的总聚合物添加率提供适量的纸浆脱水。在纸浆干燥之前用本发明处理的纸浆的自由排水性质可展现出良好的与经处理纸浆的保水性质(例如就保水值或WRV而言)的相关性，这表明所述处理可产生可靠的非随机化结果。
作为一个选项，在商品纸浆的生产中在脱水之前将纸浆用至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶组合处理对于提供以下的至少一种是有效的：
(i)提高至如下值的纸浆自由排水(g/90秒)：其比在纸浆中没有任何处理的情况下所获得的自由排水值大至少7.5％、或者大至少10％、或者大至少15％、或者大至少25％、或者大至少50％、或者大至少75％、或者大至少100％(一倍)、或者大至少200％(两倍)、或者大至少300％(三倍)、或者大至少400％(四倍)、或者大至少500％(五倍)；
(ii)提高至如下值的纸浆自由排水：其比在将所述阴离子型带电化合物(例如，阴离子型表面活性剂)单独地用于纸浆中(而不使用所述酶)的情况下获得的自由排水值大至少约3％、或者至少约10％、或者至少约30％、或者至少约40％、或者至少约50％、或者至少约60％、或者至少约75％、或者至少约100％；
(iii)提高至如下值的纸浆自由排水：其比作为由将所述阴离子型带电化合物(例如，阴离子型表面活性剂)和酶分别地和单独地用于纸浆中而获得的自由排水提高量之和的自由排水值大至少约10％、或者大至少约15％、或者大至少约20％、或者大至少约25％、或者大至少约30％、或者大至少约40％、或者大至少约50％、或者大至少约60％；和
(iv)降低至如下值的纸浆保水值(WRV)：其比在将所述阴离子型带电化合物(例如，阴离子型表面活性剂)单独地用于纸浆中(而不使用所述酶)的情况下获得的WRV小至少约10％、或者小至少15％、或者小至少约20％、或者小至少约25％。在计算(i)、(ii)、(iii)、和(iv)的百分比值时，分数的分母值基于用所述阴离子型带电化合物或酶的仅一种或者未用所述阴离子型带电化合物或酶的任一种处理的纸浆的值，并且分子值为在双重处理的阴离子型带电化合物/酶处理的纸浆和用所述阴离子型带电化合物/酶的仅一种或者未用所述阴离子型带电化合物/酶的任一种处理的纸浆的性质值之间的差值的绝对值。(i)、(ii)、(iii)、和(iv)的除水测量结果可使用Mütek DFR-05排水/保水测试仪获得。所述MütekDFR-05排水自由度保水模拟在抄浆机或者造纸机中流行的保水和排水条件。
本发明的这些和/或其它效果可通过将纸浆用一种或多种阴离子型带电化合物和一种或多种酶处理而提供，而无需在处理下的纸浆中共添加或者共存任何非离子型或阳离子型带电化合物，例如非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、阳离子型聚合物、或者阳离子型絮凝剂。作为一个选项，用所述阴离子型带电化合物和酶进行处理的纸浆浆料可不含或基本上不含非离子型表面活性剂和/或阳离子型带电化合物，因为通过本发明获得的有益效果不依赖于这样的非离子型表面活性剂或阳离子型带电化合物的共存。关于所添加的非离子型表面活性剂，作为一个选项，可将纸浆用小于0.1kg/公吨干纤维、或者小于0.05kg/公吨干纤维、或者小于0.01kg/公吨干纤维、或者小于0.001kg/公吨干纤维、或者小于0.0001kg/公吨干纤维的非离子型表面活性剂处理或者在不存在非离子型表面活性剂的情况下处理，以总的非离子型表面活性剂计。关于所添加的阳离子型带电化合物，作为一个选项，可将纸浆用小于0.1kg/公吨干纤维、或者小于0.05kg/公吨干纤维、或者小于0.01kg/公吨干纤维、或者小于0.001kg/公吨干纤维、或者小于0.0001kg/公吨干纤维的阳离子型带电化合物(例如，阳离子型表面活性剂(一种或多种)、阳离子型聚合物(一种或多种))、阳离子型絮凝剂(一种或多种)等)处理或者在不存在阳离子型带电化合物的情况下处理，以总的阳离子型带电化合物计。
本发明的方法可用于改善可制浆材料的脱水，所述可制浆材料包括纤维素可制浆材料、非纤维素可制浆材料、回收纸废弃物可制浆材料、或其任意组合。作为一个选项，所述纤维素可制浆材料可为木质纤维素的。由于根据本发明的方法和系统的纸浆处理而引起的排水和脱水改善不限于处理任何具体类型的纸浆并且可在所有等级的纸浆中获得应用。所述可处理纸浆可为化学纸浆、机械纸浆、或者这些类型的纸浆的组合。作为一个选项，所述可处理纸浆至少部分地为化学纸浆。所述可处理纸浆在处理时可为经漂白的或者未经漂白的。所述可处理纸浆可包括，例如，硫酸盐纸浆、溶解纸浆、绒毛(纸)浆、半化学(例如，漂白化学热机械纸浆或BCTMP)、亚硫酸盐纸浆、碱法纸浆、有机溶剂纸浆、多硫化物纸浆、或其它纸浆、及其任意组合。非化学机械纸浆，例如，仅以机械方式解纤维(例如通过仅使用磨盘或锥形精磨机将原料解纤维)的纸浆，也可用所示纸浆处理进行加工。
如本文中使用的，“经干燥纸浆”指的是被充分脱水以暴露于空气并且未悬浮和未浸没在含水介质中的经敷涂、堆叠、码放或者以其它方式物理积聚的纸浆。
“阴离子型带电化合物”指的是在水溶液中在分子上具有净的负电荷的化合物。所述阴离子型带电化合物可为有机物或无机物。“有机物”意指含有至少一个C-H键的化合物。
“酶”指的是能够催化化学反应的蛋白质。
“表面活性剂”指的是可降低液体的表面张力、两种液体之间的界面张力、或者液体和固体之间的界面张力的有机化合物。
“阴离子型表面活性剂”指的是在水溶液中在分子上具有净的负电荷的表面活性剂。因此，所述阴离子型表面活性剂可仅具有阴离子型部分作为其上的带电基团，或者可为两性的并且对于整个分子而言具有净的阴离子型电荷。
“非离子型化合物”指的是两亲性的并且在其任一末端基团处不具有带电基团的化合物。
“非离子型表面活性剂”指的是两亲性的并且在其任一末端基团处不具有带电基团的表面活性剂。
“阳离子型带电化合物”指的是在水溶液中在分子上具有净的正电荷的化合物。所述阳离子型带电化合物可为有机物或无机物。
“阳离子型表面活性剂”指的是在水溶液中在分子上具有净的正电荷的表面活性剂。因此，所述阳离子型表面活性剂可仅具有阳离子型部分作为其上的带电基团，或者可为两性的并且对于整个分子而言具有净的阳离子型电荷。
“阳离子型聚合物”指的是在水溶液中在分子上具有净的正电荷的聚合物。因此，所述阳离子型聚合物可仅具有阳离子型部分作为其上的带电基团，或者可为两性的并且对于整个分子而言具有净的阳离子型电荷。
“硫酸盐纸浆”指的是通过将木头通过硫酸盐工艺蒸解而产生的化学木(纸)浆。
“绒毛纸浆”指的是通常经漂白，在一次性尿布、床垫、和其它个人卫生产品中用作吸收性介质的化学、机械、或者化学/机械纸浆的组合。绒毛纸浆也称作“绒毛状”或者“粉碎”纸浆。
“溶解纸浆”指的是为了加工成纤维素衍生物(包括人造丝和乙酸酯)而制造的更高纯度的特级纸浆。
“漂白化学热机械纸浆”或“BCTMP”指的是经漂白的CTMP。“CTMP”指的是通过在机械解纤维之前将木片用化学品(例如，亚硫酸钠)和蒸汽处理生产的化学机械纸浆。
“集装”指的是可将多根市场纤维成束或者包装在一起作为单个单位产品来处置的过程。
“解纤维”指的是通过机械手段、化学手段、或者两者的组合将木纤维分离。
首先参照图1，将木片、或其它粉碎的纤维素或非纤维素纤维质材料通过管线10进料至连续蒸解器12或者一个或多个间歇蒸解器，在其中使纸浆经历通过管线14进料至其的制浆液的制浆作用。该选项可例如通过具体参照应用于原生木质纤维素纤维质材料的硫酸盐工艺而描述，其中将经蒸解和任选地漂白的纸浆用阴离子型带电化合物或表面活性剂和酶处理，之后将该硫酸盐纸浆干燥和集装。将理解，在考虑到在将纸浆干燥之前将纸浆用阴离子型带电化合物或表面活性剂和酶处理而进行适当改动的情况下，本发明还可应用于其它制浆程序。作为一个选项，在硫酸盐工艺中，活性的制浆用化学品可为氢氧化钠和硫化钠，其也称作白液，并且可将这些化学品包含在通过管线14进料的制浆液中。所述蒸解器可以间歇或连续方式操作。通常已知对于可应用的间歇和连续蒸解器两者而言蒸煮(cooking)过程均存在变型。在连续蒸解器中，例如，可将木片或其它颗粒状原料材料以容许到材料离开反应器时制浆反应完成的速率进料。作为一个选项，脱木质素作用可例如需要，例如在约100℃-约200℃(266°F-356°F)下蒸煮数小时、或者适合于用于蒸解的原料和蒸解化学品的其它温度和蒸煮时间条件。典型地，将完成蒸煮的木片通过将压力降低至大气压而喷放(blow)。这释放蒸汽和挥发物。作为一个选项，在蒸解之后，可将所得含有残余的废制浆液的经蒸煮的木纸浆通过管线16输送至棕色浆(本色浆、粗浆，brown stock)洗涤区18。洗涤区18可用于洗涤经蒸解的片以使其不含夹带的废制浆液并且筛分出不想要的材料。制浆之后纸浆的筛分可为其中将纸浆与大的浆块、疙瘩、灰尘和其它碎屑分离的过程。“合格物”是可根据本发明进一步加工的纸浆，并且从纸浆分离的材料为“丢弃物”。来自所述喷放的棕色浆可去往洗涤阶段，在其中将所用的蒸煮液与纤维素纤维分离。典型地，纸浆厂可具有串联的多个洗涤阶段。可将废制浆液、或黑液15进料至可根据常规方法操作的回收和再生区(未示出)。
作为一个选项，可将管线16中的纸浆在棕色浆洗涤区17中进行洗涤(例如通过相继通过洗涤器和筛而洗涤)，之后通过管线18将未漂白纸浆19从棕色浆洗涤区17排出。作为一个选项，可将所述未漂白纸浆在漂白设备22处漂白，之后将所得经漂白纸浆在纸浆干燥器24处干燥以提供商品纸浆26。在该漂白选项中，将未漂白纸浆19通过管线20进料至漂白设备22。作为一个选项，离开蒸解器洗涤单元的纸浆可由于残余木质素内容物(期望将其漂白掉，这可取决于预期的最终用途)而保持深棕色颜色。如果漂白的话，则可对所述纸浆使用常规的漂白工艺。作为一个选项，在漂白设备22中，可对所述纸浆进行一次或多次漂白、碱抽提、和洗涤操作，这可导致具有提高白度的被进一步脱木质素和漂白的纸浆。漂白处理化学品可为例如氧气、臭氧、二氧化氯、氯、过氧化物、纯酸或对于抽提步骤而言合适的碱、或者这些的混合物，并且可能为其它漂白化学品或添加剂。例如,对于漂白，可使用二氧化氯和碱抽提塔的对以及之后的纸浆洗涤阶段，或者可将其它常规的纸浆漂白布置应用于所述纸浆。
可将经漂白纸浆通过管线23从漂白设备22排出以输送至纸浆干燥器24。作为另一选项，如在图1中由管线21所示的，可将未漂白纸浆在所述纸浆没有任何中间漂白的情况下直接从洗涤区17进料至纸浆干燥器24。例如，在设备设计成生产纸浆以制造棕色(本色)口袋纸或者用于盒子的衬板、和包装等的情况下，所述纸浆可不需要被漂白至高的白度。纸浆干燥器24可将该经漂白或未漂白纸浆脱水和热干燥以在管线25中提供经干燥纸浆，其为商品纸浆。纸浆干燥器24可包括，例如，机械脱水段和热干燥段(在本文中关于其它附图以进一步的细节和说明对其进行描述)。商品纸浆26可为例如连续的经干燥纸浆片的形式，或者从纸浆干燥器24排出的其它经干燥形式的纸浆。
作为一个选项，在将纸浆在纸浆干燥器24中脱水和干燥之前，添加至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶来处理纸浆。作为一个选项，可将酶以进料管线27添加至纸浆并且可将阴离子型带电化合物以进料管线28在纸浆干燥器24的入口侧处添加。在干燥器24之前将至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶添加至纸浆可改善干燥器24处的脱水性能。作为一个选项，对于经漂白纸浆,可在漂白设备22之后并且在干燥器24之前的任意位置处将至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶添加至纸浆。作为另一选项，对于未漂白纸浆，可在蒸解器12之后并且在干燥器24之前的任意位置处将至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶添加至纸浆。作为一个选项，将阴离子型带电化合物不早于酶向纸浆的添加而添加至纸浆。作为一个选项，将阴离子型带电化合物在可与酶的添加时间部分地重叠的时间添加至纸浆。作为一个选项，在将全部量的阴离子型带电化合物添加至纸浆之前，将全部量的酶添加至纸浆。作为一个选项，在阴离子型带电化合物向纸浆的最早添加之前，将酶的总重量量的约80％-100％、或者约85％-100％、或者约90％-100％、或者约95％-100％重量添加至纸浆。关于在干燥器之前将所示处理化合物添加至纸浆的另外的细节和说明提供于本文中的其它附图的讨论中。
可将从纸浆干燥器24排出的商品纸浆26任选地在一个站点或多个站点29处集装。作为一个选项，为了将商品纸浆集装，将来自纸浆干燥器的经干燥纸浆形成为捆或卷、或者其它安全的大规模单位的纸浆纤维。商品纸浆的集装模式不必受限，只要经干燥纸浆纤维的捆、卷或其它束被固定在一起作为单个单位产品来输运和处置。作为一个选项，可通过纸浆干燥器生产连续的经干燥纸浆片，可将其形成为捆或卷。作为一个选项，可将在纸浆干燥器处形成的连续的经干燥纸浆片切割成小张(块，piece)并且堆叠成捆。可将纸浆捆压缩，包裹，并且捆扎为牢固的束用于存储和输运。***有衬纸的捆和闪速干燥捆两者均可被集装用于处置和运输。作为一个选项，所述集装可包含经干燥纸浆的裁切片的线或带捆扎的捆，或者经干燥纸浆的线或带捆扎的闪速干燥捆。例如,作为一个选项，可将一个单位的约7-9捆用6-9股粗钢丝牢固地线捆扎。经干燥纸浆的集装的***有衬纸的捆或闪速干燥捆提供集装的商品纸浆。***有衬纸的捆可具有约250kg的重量或其它重量，其可尺寸为大约27-32英寸宽、35-37英寸长和17-18英寸高，或者其它尺度。也可提供不太致密压榨的闪速干燥捆，其可重约195-约200kg、或者其它重量。可集装其它尺寸和重量的经干燥纸浆捆。作为另一选项，如所示的，可将商品纸浆集装成卷或卷状物(reel)。例如,可形成可尺寸为宽度约7-约55英寸和直径约58-60英寸、或者其它尺度的商品纸浆卷。可将纸浆卷任选地用可除去的覆盖用薄纸板(cover sheeting)包裹，线或带捆扎，或者两者。作为一个选项，可将商品纸浆以非集装或集装形式存储和/或输运至相对于在其中生产商品纸浆的纸浆厂而言在场区内或者在场区外的造纸厂。所述商品纸浆可用于造纸(例如通过将所述经干燥纸浆再浆料化而用于造纸加工)或其它用途。
图2显示关于根据本发明的一个选项的经漂白纸浆干燥器224和相关纸浆进料和预处理系统的一部分的进一步细节。将经漂白纸浆从漂白设备(例如，图1中的漂白设备22)处的一个或多个漂白塔222A、222B抽出并且通过管线223传输至缓冲池(浪涌池，surgechest)227并且从那里传输至成浆池229。可将经漂白纸浆在缓冲池227中混合，直至实现基本上均匀的分散体。可将缓冲池227中的经漂白纸浆传输至成浆池229。成浆池229可为稠度调平池，其为纸浆提供可足以允许将进入该池中的稠度的变化以公知方式调平的停留时间。可将成浆池229的纸浆内容物经由成浆池泵231进料到纸浆干燥器段224中。
纸浆干燥器段224可包括机械脱水段224A和热干燥段(该图中未示出)。在这些段之中，仅将机械脱水段224A的一部分在图2中示出并且关于该段和其它后续加工段的另外的信息提供于本文中的其它附图的讨论中。作为一个选项，可将从成浆池泵231泵送的纸浆与来自白水筒仓201的白水233混合并且用其稀释以形成经稀释纸浆226的物流。通过泵203将纸浆226泵送通过离心筛235而至流浆箱205，从流浆箱205将纸浆喷射或者以其它方式沉积到网207上。作为一个选项，泵203可为被称作冲浆泵(风扇泵，fan pump)的离心泵。使收集在网207上的纸浆208前进到湿压机(未示出)用于工艺水的进一步脱水，然后热干燥和集装(在本文中关于其它附图对其更详细地描述)。作为一个选项，白水筒仓201可形成与纸浆干燥器224的机械脱水段224A整合的包括管线206和233以及筒仓201(例如在图2中显示的)的白水再循环回路的一部分。例如,可将从网207排出的滤液206(在本文中也称作白水)再循环至白水筒仓201以再用作与新鲜纸浆组合以形成纸浆226的组合物流的白水233。
纸浆226的处理可包括在所得经处理的236纸浆到达流浆箱205和网207之前，用于所述至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶各自的一个或多个引入点。作为一个选项，将阴离子型带电化合物在酶之前添加至纸浆，例如在图2中所示的。例如，可将酶使用进料装置202在冲浆泵203的入口侧处添加，并且可将阴离子型带电化合物使用进料装置204在冲浆泵203的排出侧处添加。作为一个选项，可在漂白塔222A、222B和机械脱水段224A的流浆箱205之间的其它位置处提供至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶的该添加顺序。如所示的，作为机械脱水段的一部分，可将由如收集在网207上的经处理纸浆形成的湿纤维片进一步排水并且机械地压榨，然后可将经筛分和压榨的纸浆热干燥，之后将所得经干燥纸浆传送至一个或多个集装站点。
参照图3，作为一个选项，将经蒸解并且任选地漂白的纸浆浆料323与来自白水筒仓306的白水组合并且可将所得经稀释的纸浆326经由冲浆泵303泵送至流浆箱305。作为一个选项，可将来自供应和进料装置302的酶在泵303的入口侧处添加至纸浆326并且可将来自供应和进料装置304的阴离子型带电化合物在冲浆泵303的出口侧处添加。在将纸浆通过冲浆泵的泵送作用朝着流浆箱进料的同时并且在从流浆箱排出到网或筛上用于脱水之前，所述至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶可与纸浆纤维和内容物相互作用。所述至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶可与纸浆纤维充分相互作用以使网上的纸浆的排水和脱水效率与不使用至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶情况下的相同纸浆或者仅用至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶中的一种处理的纸浆相比显著改善。
从流浆箱305可将纸浆喷射到网307上，在此纸浆浆料被脱水并且形式湿的纸浆纤维片。作为一个选项，可将纸浆以在0.1％和5％固体之间、或者约0.5％-约3％固体、或者约1％-约2.5％重量固体的稠度供应至流浆箱。供应至流浆箱305的经处理纸浆的pH可为例如约4-约9、或者约4.5-约8.0，并且如果期望或者必要，可通过pH改性剂的添加而控制在这些范围内。作为一个选项，纸浆可通过可调节高度的矩形开口(称作闸(slice))离开流浆箱305，该物流着陆和铺展在网307上。所述网可为按照回路行进的有小孔的连续金属筛或者塑料网格。所述网可为，例如，扁丝长网(flat wire Fourdrinier)、双网成型器、或者这些的任意组合。低真空箱和吸水箱可以常规方式与所述网一起使用。作为一个选项，在网上脱水之后的纸浆的片稠度可为例如以％固体含量计的约2％-约35％、或者约10％-约30％重量，或者其它值。用于使纸浆脱水的常规的网或筛装置可适合用于本发明的方法和系统中。被抽出并且通过网307排出的滤液部分306(在本文中也称作白水)可被再循环至白水筒仓301(如所示的)，然后可与新鲜纸浆323组合，之后将所得经稀释的纸浆326泵送至流浆箱305。
可使收集在网307上的纸浆308前进至湿压榨段309。在湿压榨段309处可从纸浆308压榨和真空吸出另外的水。作为一个选项，压榨段309可通过由压榨毛毯辅助的夹区的系统从纸浆除去水，所述夹区由彼此压接的辊形成，所述压榨毛毯支持纸浆片并且可吸收压榨出的水。可任选地使用真空箱例如真空吸水箱，例如，以向压榨毛毯施加真空以除去水分，使得当所述毛毯在下一循环时返回至夹区时，其不向所述片增加水分。作为一个选项，可使纸浆片通过挤出水和空气的一系列旋转辊(“压机”)，直至纸浆片的纤维稠度为约40％-约50％重量。作为一个选项，经压榨的纸浆在压榨之后可包含最高达约50％固体、或者约20％-约45％固体、或者其它值。
可使经筛分和压榨的纸浆310移动至热干燥器段311用于蒸发式干燥。在热干燥器段311处可使用热以(例如通过蒸发)除去另外的水。作为一个选项，可将纸浆310在热干燥器段311中在60℃-127℃(140°F-260°F)范围内的温度下干燥以除去更多的水。作为一个选项，所述热干燥器可具有，例如，一系列在内部被蒸汽加热的圆筒，其在纸浆行进到所述被加热的圆筒上面时使纸浆的水分蒸发。作为一个选项，可使经压榨的纸浆片漂浮通过多层次(multi-story)序列的热空气干燥器，直至稠度为约80％-约97％重量稠度、或者约85％-约95％重量、或者其它值。作为一个选项，离开纸浆干燥器的经干燥纸浆具有小于约20％重量、或者小于约15％重量、或者小于约10％重量、或者约5％-约20％重量、或者约5％-约10％重量的的绝对水分含量(即，基于纸浆总重量的总H2O含量)。例如。含有12总重量份水(所有形式)和100重量份干纸浆纤维的经干燥纸浆具有10％重量(即，12/(12+100)*100)的绝对水分含量。
离开热干燥器311的经干燥纸浆325为商品纸浆326。作为一个选项，通过热干燥而提供的商品纸浆326可为连续的经干燥纸浆片的形式。可任选地将商品纸浆326如图1中那样在一个站点或多个站点327处集装以获得集装的商品纸浆329(例如，捆、卷、或其它形式)。
作为一个选项，用于处理纸浆以改善脱水性能的所示至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶可为水溶性或水分散性化合物。
作为一个选项，可使用无机阴离子型凝结剂例如多磷酸盐、阴离子型二氧化硅溶胶、或其任意组合。
作为一个选项，在本发明的工艺中，可将至少一种阴离子型带电化合物例如在如所示的去往纸浆干燥器的途径处或者在任何漂白之后并且在纸浆干燥器之前的其它地方，以约0.1lb.-约10磅(lb.)阴离子型带电化合物/吨干纤维、或者约0.2-约8lb.带电化合物/吨干纤维、或者约0.3-约4lb.阴离子型带电化合物/吨干纤维、或者约0.5-约3lb.阴离子型带电化合物/吨干纤维(以固体/固体计)的量添加至纸浆。
可将酶以约0.001-约2磅(lb.)活性酶/吨干纤维、或者约0.01-约1.5lb./吨干纤维、或者约0.1-约1lb./吨干纤维的量、或者其它量添加至纸浆。
作为一个选项，可将至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶以约0.2lb./吨干纤维-约12lb./吨干纤维、或者约0.4-约10lb./吨干纤维、或者约0.6-约8lb./吨干纤维、或者约1-约6lb./吨干纤维(以固体/固体计)、或者其它值的总量添加至纸浆。作为一个选项，可将至少一种阴离子型化合物和至少一种酶以约10,000:1-1:10、或者约1000:1-约1:5、或者约100:1-约1:1、或者约10:1-约2:1的重量比(w:w)、或者其它比率添加至纸浆。
在本发明中适合用于生产商品纸浆的木片可得自阔叶木树种、针叶木树种、或其组合。针叶木树种包括，但不限于：冷杉(例如道格拉斯冷杉和香脂冷杉)、松树(例如东方白松(北美白松)和火炬松)、云杉(例如白云杉)、落叶松(例如美洲落叶松)、雪松、和铁杉(例如加拿大铁杉和加州铁杉)。阔叶木树种的实例包括，但不限于：金合欢、桤木(例如红桤木和欧洲黑桤木)、欧洲山杨(例如颤杨)、山毛榉、桦树、橡树(例如白橡树)、胶树(例如桉树和美国枫香)、白杨(例如香脂白杨、东方棉白杨(三角叶杨，cottonwood)、黑棉白杨(美国黑杨，black cottonwood)、和美国鹅掌楸)、槭(例如糖槭、红花槭、银槭、和大叶槭)。这些类型的木头可单独地或者以其任意组合使用。作为一个选项，可使用铁杉和棉白杨颗粒的组合。作为一个选项，待制浆的木片包括原生木头材料，例如至少50％重量至100％重量原生木头材料。作为一个选项，在原料中可使用或包括其它可制浆材料，例如回收纤维材料、例如来自消费后废弃物的回收纤维，或者非木质材料例如草、农业残渣、竹子、韧皮材料(例如，苎麻、亚麻、***)、或其任意组合。
除了至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶轴，还可将纸浆在商品纸浆制造系统内用一种或多种任选的添加剂处理，只要它们不妨碍至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶用于改善经处理纸浆的脱水性能的所示功能。可与本发明一道使用的任选的化学添加剂的列表包括,例如，pH改性剂、干强剂、湿强剂、软化剂、脱粘剂、吸附剂、施胶剂、染料、荧光增白剂、化学示踪剂、遮光剂、干燥器粘附化学品等。另外的任选的化学添加剂可包括，例如，颜料、润滑剂(emollient)、湿润剂(humectant)、杀病毒剂、杀细菌剂、缓冲剂、蜡、含氟聚合物、气味控制材料和除臭剂、沸石、香料、植物油和矿物油、聚硅氧烷化合物、其它表面活性剂、保湿剂(moisturizer)、UV阻挡剂、抗生素试剂、洗剂(lotion)、杀真菌剂、防腐剂、芦荟提取物、维生素E等。合适的任选的化学添加剂可被纸浆纤维所保持并且可为或者可不为水溶性的或水分散性的。如所示的，在使用至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶来获得脱水性能的改善的本发明的纸浆处理中不需要另外添加或者存在阳离子型带电化合物。
如所示的，将纸浆用至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶组合处理与当使用任一单一化学处理时相比可提供显著更高的脱水性能。在一些选项中，虽然保水性(水分保持)与自由排水的相关性可随着离子型带电化合物类型和施加工艺而变化，但是自由排水通常可展现出良好的与保水性的相关性。在一些选项中，提高纸浆中所述离子型带电化合物的剂量可略微降低WRV和提高脱水，其中所述改善最终可随着剂量逐渐提高而达到峰值或者趋平。
可提供商品纸浆产品，所述商品纸浆产品包括如下的商品纸浆或集装纸浆：其具有来自所示处理方法的至少部分地保留至纸浆纤维的至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶的。以根据本发明的工艺制造的商品纸浆可包含例如约0.001-约5磅(lb.)阴离子型带电化合物/吨干纤维、或者约0.01-约3lb.阴离子型带电化合物/吨干纤维、或者约0.1-约2lb.阴离子型带电化合物/吨干纤维、或者约0.2-约1lb.阴离子型带电化合物/吨干纤维(以固体/固体计)，并且所述酶可以约0.000001lb.-约1lb./吨干纤维或者约0.00001lb.-约0.1lb./吨干纤维的量包含在所述商品纸浆中。
在其中生产商业纸浆的工业情况下，通常需要大的资本支出来建造巨大的蒸汽操作的干燥器。一旦其到位，就需要大量的能量来从纸浆除去水。如可通过本发明提供的在从纤维垫除水方面的改善可被用来以若干方式使生产商受益。如果具有更少水分的片进入干燥器，则需要更少的蒸汽来将所述片干燥至它们可被运输的点。同时，一种替代方案是限制蒸汽使用量的减少并且代替地，使机器加快速度。于是好处是产量提高，这可通过本发明提供。
将通过以下实施例进一步阐明本发明，所述实施例意图仅对本发明进行示例。除非另有说明，否则此处使用的所有的量、百分比、比率等以重量计。
实施例
实施例1：
进行实验以将使用如下处理的纸浆的水排出与未处理纸浆的水排出进行比较：添加至纸浆的单独的阴离子型表面活性剂、单独的酶、和它们的组合以及阴离子型表面活性剂与不同酶的分别组合。
进行实验室试验以进行该评价。如所示的，对纸浆运行多个分别的实验以比较将阴离子型表面活性剂和酶单独地使用和以阴离子型表面活性剂和酶的组合使用的效果。还进行对纸浆不使用化学添加剂的对照试验。
用于这些实验的酶为含有木聚糖酶类酶作为活性组分的来自BuckmanLaboratories的BLX-14303(“酶X”)、和含有完全不同的木聚糖酶类酶作为活性组分的来自Buckman Laboratories的BLX-14350(“酶Y”)。阴离子型表面活性剂为月桂基醚硫酸钠(3摩尔EO)，其以该阴离子型表面活性剂的30％(重量)浓度的水溶液使用。所使用的阴离子型表面活性剂的剂量率为2g阴离子型表面活性剂/kg干纤维纸浆。对于酶X和酶Y的每一个，酶的剂量率为1g酶/kg干纤维纸浆。
应用以下试验程序。在自来水中以约1％重量的稠度制备待试验的经漂白纸浆的浆料。使用Mütek DFR-05排水/保水测试仪评价从所述浆料的除水。将所选体积的该浆料(500mL)添加到在底部处具有筛的腔室中。将试验样品中包括的任何阴离子型表面活性剂和/或酶与所述浆料预混，之后添加至所述腔室。所述筛为金属网格筛(网格尺寸＝600目)。当试验开始时，通过所述筛而容许水从浆料排出。监测从样品自由排出的水的量、以及排水速率。对于在从所述腔室开始排水之后的最初30秒，未施加真空，也未施加压力。在开始排水之后的30秒时，使用该试验设备(即，具有强迫脱水(受控机械水平)的DFR)来向垫(即，收集在所述筛上的纤维毡)施加压力。再一次地测量水从所述垫除去的速率。在50秒时，施加另外的压力，并且在70秒时再次施加另外的压力。该程序，包括在各阶段处施加的压力量，模拟了在造纸机上或者在纸浆干燥器上发生的脱水和压榨。基于测量结果确定以g/30秒和g/90秒计的自由排水速率。
这些实验的结果示于表1和2中。下表1显示来自一组试验的原始数据，并且表2显示了含有阴离子型表面活性剂、酶、或者两者的样品与对照样的结果的偏差。表1和2中的数为从样品排出的水的克数。30秒之后的结果为在开始排水之后30秒的自由排水。90秒后的结果针对的是在自由排水和3个另外的压榨之后除去的总水。
表1–原始数据
时间
样品
30秒
90秒
对照样
345
385.5
阴离子型表面活性剂A(30％)
349
404.5
阴离子型表面活性剂A(30％)+酶X
358
419
阴离子型表面活性剂A(30％)+酶Y
359
420.5
酶Y
348.5
387
表2–除水：相对于对照样的变化
30秒
90秒
阴离子型表面活性剂A(30％)
4
19
阴离子型表面活性剂A(30％)+酶X
13
33.5
阴离子型表面活性剂A(30％)+酶Y
14
35
酶Y
3.5
1.5
这些实验结果显示，将纸浆浆料用阴离子型表面活性剂和酶例如纤维素分解酶或半纤维素分解酶的组合一起处理提供了改善除水的比累加好的预料不到的结果。由所述数据明晰，该组合提供了远好于任一单独处理并且远好于预期的累加效果的关于除水的协同效果。
实施例2：
进行另外一个实验以将使用如下处理的纸浆的水排出与未处理纸浆的水排出进行比较：添加至纸浆的单独的阴离子型表面活性剂、单独的酶、和它们的组合以及阴离子型表面活性剂与不同酶的分别组合。
所进行的实验室试验与实施例1中所示的类似。再一次地，对纸浆运行多个分别的实验以比较将阴离子型表面活性剂和酶单独地使用和以阴离子型表面活性剂和酶的组合使用的效果。还进行对纸浆不使用化学添加剂的对照试验。
用于这些实验的酶为由如下制备的配方：可得自Novozymes的酶NS-51121(“酶”)，其含有木聚糖酶类酶；和阴离子型表面活性剂(月桂基醚硫酸钠(3摩尔EO)(表示为“表面活性剂”)，其以水溶液以30％活性含水配方使用。所用阴离子型表面活性剂的剂量率为2g的30％活性配方/kg干纤维纸浆。酶的剂量率为1g酶配方/kg干纤维纸浆。
所应用的试验程序如实施例1中所述。在自来水中以约1％重量的稠度制备待试验的经漂白纸浆的浆料。将所选体积的该浆料(500mL)添加到在底部处具有筛的腔室中。将试验样品中包括的任何阴离子型表面活性剂和/或酶与所述浆料预混，之后添加至所述腔室。当试验开始时，通过所述筛而容许水从浆料排出。监测从样品自由排出的水的量、以及排水速率。对于在从所述腔室开始排水之后的最初30秒，未施加真空，也未施加压力。在开始排水之后的30秒时，向垫施加压力，之后在50秒时再次施加压力，并且在70秒时再一次施加压力。测量水从所述垫除去的速率。测量从所述垫除去的总水。
这些实验的结果示于图4和5中。图4记录了通过90秒试验从样品除去的总水。由所述结果，表面活性剂的添加改善了除水，并且酶的应用也改善了除水。数据还显示，与表面活性剂的效果相比，在来自酶的效果方面存在差异。数据还展现了，使用酶和表面活性剂的组合，除去的总水大于将任一组分单独使用可实现的好处。进一步地，在各组分的效果方面存在一些差异。酶提供了更快的初始(“自由”)排水的效果。该效果的优点是，在压机之前，更多的水被除去。表面活性剂提供了在压榨中更好地除水的效果。这两种机理的组合提供了最佳结果。
这些相同的数据示于图5中。在8秒点处除去的总水显示出关于初始自由排水的效果。在30秒点处的总量为最终的自由排水。示出了尤其是酶的积极效果。在90秒点处的最终测量结果给出了除去的总水。供参考，水的初始总体积为495mL。
在表3中以另一方式展现了本发明的好处。“最终垫稠度”为在压榨之后的最终垫中的纤维百分比。目的是使垫稠度最大化。如果在压榨之后更少的水留下，则需要更少的热和蒸汽来将所述垫干燥至其最终规格。关于纸浆干燥器的一般规则是，进入干燥过程的垫稠度增加1％导致将所述垫干燥所需要的能量减少4％。表面活性剂单独的或者酶单独的添加给出类似好处，但是组合给出了好得多的结果。
再一次地，这些实验结果显示，将纸浆浆料用阴离子型表面活性剂和酶例如纤维素分解酶或半纤维素分解酶的组合一起处理提供了改善除水的比累加好的预料不到的结果。由所述数据明晰，该组合提供了远好于任一单独处理并且远好于预期的累加效果的关于除水的协同效果。
本发明包括以任意次序和/或任意组合的以下方面/实施方式/特征：
1.本发明涉及用于生产商品纸浆的方法，其包含：
将纤维素颗粒形成为纸浆；
将至少一种阴离子型带电化合物和至少一种酶添加至所述纸浆以提供经处理纸浆；
将所述经处理纸浆机械脱水以提供机械脱水纸浆；和
将所述机械脱水纸浆热干燥以形成商品纸浆。
2.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述酶向所述纸浆的所述添加的至少一部分发生在所述阴离子型带电化合物向所述纸浆的所述添加之前。
3.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述酶向所述纸浆的所述添加的约80％-100％重量发生在所述阴离子型带电化合物向所述纸浆的所述添加之前。
4.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述阴离子型带电化合物为有机阴离子型带电化合物。
5.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述酶为水解酶。
6.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其进一步包含在所述纸浆形成之后和在将所述阴离子型带电化合物和酶添加至所述纸浆之前将所述纸浆漂白。
7.用于生产商品纸浆的方法，其包含：
将纤维素颗粒形成为纸浆；
将至少一种阴离子型表面活性剂和至少一种酶添加至所述纸浆以提供经处理纸浆；
将所述经处理纸浆机械脱水以提供机械脱水纸浆；和
将所述机械脱水纸浆热干燥以形成商品纸浆。
8.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述酶向所述纸浆的所述添加的至少一部分发生在所述阴离子型表面活性剂向所述纸浆的所述添加之前。
9.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述酶向所述纸浆的所述添加的约80％-100％重量发生在所述阴离子型表面活性剂向所述纸浆的所述添加之前。
10.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其进一步包含在所述纸浆形成之后和在将所述阴离子型表面活性剂和酶添加至所述纸浆之前将所述纸浆漂白。
11.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述阴离子型表面活性剂为硫酸盐或酯表面活性剂、磺酸盐或酯表面活性剂、磺基琥珀酸盐或酯表面活性剂或其任意组合。
12.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述阴离子型表面活性剂为醇硫酸盐或酯、醇烷氧基硫酸盐或酯、磺酸盐或酯、磺基琥珀酸二烷基酯、与乙氧基化醇的磺基琥珀酸酯、或者其可溶性或可分散性盐、或其任意组合。
13.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中所述酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、羧甲基纤维素酶、淀粉酶、葡萄糖苷酶、半乳糖苷酶、虫漆酶、或其任意组合。
14.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其中所述形成提供硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、绒毛浆、溶解浆、漂白化学热机械浆、或其任意组合。
15.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其进一步包含在所述纸浆形成之后和在将所述阴离子型表面活性剂和酶添加至所述纸浆之前将所述纸浆漂白。
16.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其中所述机械脱水包含所述纸浆的筛分和压榨，其中将来自所述筛分的排出白水与新鲜纸浆组合并且用冲浆泵泵送至流浆箱用于筛分，其中将所述酶进料到在进入所述冲浆泵之前的组合的新鲜纸浆和白水中，并且将所述阴离子型表面活性剂进料到在离开所述冲浆泵之后和在到达所述流浆箱之前的所述组合的新鲜纸浆和白水中。
17.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中将所述阴离子型表面活性剂和酶以约10,000:1-约1:10的比率添加至所述纸浆。
18.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法,其中将所述阴离子型表面活性剂以约0.1lb./吨干纤维-约10lb./吨干纤维的量添加至所述纸浆，和将所述酶以约0.001lb./吨干纤维-约2lb./吨干纤维的量添加至所述纸浆。
19.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其进一步包含将所述商品纸浆集装以形成集装的商品纸浆。
20.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其中所述纤维素颗粒为阔叶木片、针叶木片、回收纸纤维、或其任意组合。
21.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其中在商品纸浆的生产中在将所述纸浆在脱水之前用所述至少一种阴离子型表面活性剂和至少一种酶组合处理对于提供以下的至少一种是有效的：
(i)提高至如下值的纸浆自由排水(g/90秒)：其比在所述纸浆中没有任何处理的情况下获得的自由排水值大至少7.5％倍；
(ii)提高至如下值的纸浆自由排水：其比在将所述阴离子型表面活性剂单独地用于所述纸浆中(而不使用所述酶)的情况下获得的自由排水值大至少约3％；
(iii)提高至如下值的纸浆自由排水：其比作为由将所述阴离子型表面活性剂和酶分别地和单独地用于纸浆中而获得的自由排水提高量之和计算的自由排水值大至少约10％；和
(iv)降低至如下值的纸浆保水值(WRV)：其比在将所述阴离子型带电化合物分别地和单独地用于纸浆中(而不使用所述酶)的情况下获得的WRV小至少约10％。
22.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其中所述处理对于将所获得的自由排水提高至如下值是有效的：其比在所述纸浆没有任何处理的情况下获得的自由排水值大至少5倍。
23.任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法，其中所述处理对于将所获得的自由排水提高至如下值是有效的：其比在将所述阴离子型表面活性剂单独地用于所述纸浆中的情况下获得的自由排水值大约60％-约200％。
24.通过任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法制造的商品纸浆，其含有所述阴离子型带电化合物和所述酶。
25.通过任一前述或以下实施方式/特征/方面的方法制造的商品纸浆，其含有所述阴离子型表面活性剂和所述酶。
26.用于生产商品纸浆的系统，其包含：
纤维素颗粒供应器；
用于由所述纤维素颗粒形成纸浆的至少一个纸浆形成单元；
用于将至少一种阴离子型带电化合物进料至所述纸浆的至少一个进料装置；
用于将至少一种酶进料至所述纸浆以在所述阴离子型带电化合物和所述酶两者的添加之后提供经处理纸浆的至少一个进料装置；
用于从所述经处理纸浆机械除水以提供机械脱水纸浆的机械脱水装置；和
用于从所述机械脱水纸浆热除水以提供商品纸浆的热干燥装置。
27.任一前述或以下实施方式/特征/方面的系统，其中用于进料阴离子型带电化合物的所述至少一个进料装置进料阴离子型表面活性剂并且所述至少一个用于进料酶的进料装置进料水解酶。
28.任一前述或以下实施方式/特征/方面的系统，其中所述纸浆形成单元为能够接收至少一种用于蒸解所述纤维素颗粒的化学品的蒸解器。
29.任一前述或以下实施方式/特征/方面的系统，其中所述机械脱水装置包含筛分段和压榨段，其中来自所述筛分段排出白水能与新鲜纸浆组合并且能用冲浆泵泵送至所述机械脱水装置的流浆箱，其中用于所述酶的所述至少一个进料装置能够将所述酶进料到在进入所述冲浆泵之前的组合的新鲜纸浆和白水中，并且用于所述阴离子型带电化合物的所述至少一个进料装置能够将所述阴离子型带电化合物进料到在离开所述冲浆泵之后并且在到达所述流浆箱之前的所述组合的新鲜纸浆和白水中。
30.任一前述或以下实施方式/特征/方面的系统，其进一步包含在所述纸浆形成单元之后并且在将所述阴离子型带电化合物和酶用所述各进料装置添加至所述纸浆之前用于将所述纸浆漂白的单元。
31.任一前述或以下实施方式/特征/方面的系统，其中第一和第二进料装置能够将相应的第一和第二量的所述阴离子型带电化合物和酶引入至从所述纸浆形成单元抽出的纸浆以提供以下的至少一种：
(i)提高至如下值的纸浆自由排水(g/90秒)：其比在所述纸浆中没有任何处理的情况下获得的自由排水值大至少7.5％倍；
(ii)提高至如下值的纸浆自由排水：其比在将所述阴离子型带电化合物单独地用于所述纸浆中(而不使用所述酶)的情况下所获得的自由排水值大至少约3％；
(iii)提高至如下值的纸浆自由排水：其比作为由将所述阴离子型带电化合物和酶分别地和单独地用于所述纸浆中而获得的自由排水提高量之和计算的自由排水值大至少约10％；和
(iv)降低至如下值的纸浆保水值(WRV)：其比在将所述阴离子型带电化合物单独地用于所述纸浆中(而不使用所述酶)的情况下所获得的WRV小至少约10％。
本发明可包括以上和/或以下如在句子和/或段落中阐述的这些各种特征或实施方式的任意组合。本文中公开的特征的任意组合被认为是本发明的一部分并且对于可组合的特征不意图有限制。
申请人将所有引用的参考文献的全部内容具体地引入到本公开内容中。进一步地，当量、浓度、或者其它值或参数作为范围、优选范围、或者一系列优选上限值和优选下限值给出时，这应被理解为具体公开了由任意范围上限或上部优选值和任何范围下限或下部优选值的任意对形成的所有范围，而不管范围是否被分别地公开。在本文中陈述数值范围的情况下，除非另有说明，否则该范围意图包括其端点、以及在该范围内的所有整数和分数。不意图，当限定范围时，本发明的范围限于所陈述的具体值。
对于本领域技术人员而言，由对本说明书的考虑和本文中公开的本发明的实践，本发明的其它实施方式将是明晰的。意图是，本说明书和实施例被认为仅是示例性的，并且本发明的真实范围和精神由所附权利要求和其等同物指示。
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