[发明专利]改性、降解或漂白木质素、含木质素的材料或类似物质的多组分体系及其应用方法

说明书

本发明涉及改性、降解或漂白木质素，含木质素的材料或类似物质的多组分体系及其应用方法。

硫酸盐和亚硫酸盐方法被提及为目前主要用于纸浆制造的方法。对于这两种方法，纸浆是通过蒸煮和加压来生产的。硫酸盐方法是通过添加氢氧化钠和硫化钠来操作的，而Ca(HSO₃)₂＋SO₂用于亚硫酸盐方法中。

所有这些方法的主要目的是从所使用的植物原料、木材或一年生植物中除去木质素。

与纤维素和半纤维素一起构成植物原料(茎或干)的主要成分的木质素必须加以除去，因为要不然就不可能生产出不发黄并能够经受高机械应力的纸张。

木材纸浆的生产方法是用石磨机(机械木纸浆)或用精研机(TMP)进行操作，它在合适的预处理(化学、热或化学-热)之后通过研磨来从木材中分离出纤维。

这些木纸浆仍然包括大部分木质素。它们主要用于生产报纸、期刊等。

使用酶来使木质素降解的可能性已经被研究了多年。这类木质素分解体系的作用机理仅仅在几年前被弄清楚，当时，有可能在合适的生长条件下通过添加诱发剂用白腐菌Phanerochaete chrysosporium来获得足够量的酶。先前未知的木质素过氧化酶和锰过氧化酶是由这一研究工作发现的。由于Phanerochaete chrysosporium是木质素的非常高效的降解剂，人们试图分离出它的酶并以合适的形式将它们用于木质素降解。然而，这并不成功，因为酶主要导致木质素再聚合物而不是木质素的降解。

类似的情况同样适用于其它木质素分解酶类，如虫漆酶，它借助于氧而不是过氧化氢来使木质素发生氧化降解。现已发现在所有的情况下都发生类似过程。事实是形成了自由基，它们相互之间再反应而导致了聚合。

因此目前仅存在用在活的有机体内的体系(真菌体系)来操作的方法。优化实验的主要关键点是所谓的生物制浆和生物漂白。

生物制浆被理解为指借助于活的真菌体系对切碎木片的处理。

有两种类型的应用形式：

1.在精浆或研磨之前切碎木片的预处理，以便在木纸浆的生产过程(例如TMP或机械木纸浆)中节约能量。

又一个优点是通常在纸浆的机械性能上的改进，但缺点是较差的最终白度。

2.在纸浆蒸煮之前(硫酸盐浆方法，亚硫酸盐方法)切碎木片(软木/硬木)的预处理。

努力的目标是减少蒸煮化学品，改进蒸煮容量和“延伸蒸煮(extended cooking)”。

与没有预处理的蒸煮相比，在蒸煮后的改进卡帕值(kappa)下降也是一个优点。

这些方法的缺点显然是长的处理时间(儿星期)，而且如果省去该切碎木片的消毒过程(这是不经济的)，则在处理过程中仍然存在无法克服的污染的危险。

生物漂白同样是用活的有机体内的体系进行操作。蒸煮过的纸浆(软木/硬木)是在漂白之前用真菌接种，并处理几天到几星期。仅仅在这一长时间处理之后，其卡帕值就显著地降低了，并发现白度有所提高，这使得该方法对于常规漂白多个流程的实施来说是不经济的。

通常用固定真菌体系的另一种应用是处理来自纸浆制造工艺的废水，尤其漂白废水，以使之脱色和减少AOX(减少由氯或二氧化氯漂白阶段引起的废水中氯化化合物)。

还已知使用半纤维素酶以及木聚糖酶和甘露聚糖酶作为“漂白增进剂”。

这些酶据说主要对蒸煮工艺之后再沉淀的木聚糖起作用并部分地屏蔽残余木质素，且其降解增强了木质素对随后的漂白各流程中使用的漂白化学品(主要为二氧化氯)的可及性。在实验室中验证的漂白化学品的节约已在很大规模上证实达到仅仅有限的程度，因此这一类型的酶能够最佳地分类成漂白添加剂。

螯合物质(亲铁物质(siderophors)，如草酸铵)和生物表面活性剂与木质素分解酶一起被假设为辅助因子。

专利申请PCT/EP87/00635描述了从含有木质素纤维素的材料中除去木质素的体系且同时进行漂白，这是通过添加还原和氧化剂及酚类化合物作为媒介剂、使用来自白腐菌的木质素分解酶来操作的。

在DE4008893C2中，除氧化还原体系外还添加模拟木质素分解酶的活性中心(辅基)的“模拟物质”。因此有可能在性能上获得显著的改进。

在专利申请PCT/EP92/01086中，借助于氧化势“络合”的酚类或非酚类芳族的氧化-还原级联用作附加的改进手段。