CZ144894A3

CZ144894A3 - Non-fibrous material intended particularly as additive to cellulose, especially paper stuff or as paper impregnating or coating material

Info

Publication number: CZ144894A3
Application number: CZ941448A
Authority: CZ
Inventors: Vaclav Svehlik; Pavel Drlik
Original assignee: Alvers
Priority date: 1994-06-13
Filing date: 1994-06-13
Publication date: 1996-04-17

Abstract

Nevláknitý materiál, zejména k přidání do buničiny, zvláště papíroviny, nebo jako materiál impregnující nebo potahující papír, tvořený biopolymerem, zvláště proteinem, je podle řešení tvořen kalogenem bez bílkovin štěpitelných trypsinem, upraveným do formy koloidu, zvláště hydrogelu.Non-fibrous material, in particular to be added to pulp, in particular pulp, or as a material impregnating or coating the paper made up of a biopolymer, especially a protein, is according to the solution is made up of protein-free fission by trypsin, colloid, especially hydrogel.

Description

Vynález se týká nevláknitého materiálu, tvořeného biopolymerem, zvláště proteinem, zejména k přidání do buničiny, zvláště do papiroviny nebo jako materiálu impregnujícího nebo potahujícího papír a podobně.The invention relates to a non-fibrous material consisting of a biopolymer, in particular a protein, in particular for addition to pulp, in particular to paper pulp or paper-impregnating or coating material and the like.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Jsou známé velké počty nevláknitých materiálů přidávané k buničině, respektive k papirov ině, aby .bylo dosaženo různých specifických užitných vlastností papíru.A large number of non-fibrous materials are added to the pulp and the paper respectively, in order to achieve various specific utility properties of the paper.

Mezi takové nevláknit-é materiály mohou patřit makromolekulární součeniny organické, například proteiny, ligniny, polysacharidy, kalafuna, dále nemakromolekulární organické sloučeniny, jako uhlovodíky, alkoholy fenoly, ethery, aldehydy a podobně, jakož i syntetické makromo leku 1 árri i sloučeniny, jako polyalkeny, kondenzační polymery aldehydů nebo ketonů s fenoly a podobně.Such non-fibrous materials may include organic macromolecular compounds such as proteins, lignins, polysaccharides, rosin, non-macromolecular organic compounds such as hydrocarbons, phenol alcohols, ethers, aldehydes and the like, as well as synthetic macromolecules and compounds such as polyalkenes , condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols and the like.

Jednou z rozvinutých metod pro získání papíru s velmi dobrým i vlastnostmi, zvláště s vysokou pevností ve všech fyzikálních parametrech a to i za mokra, je známá úprava buničiny či papi rov iny latexováním. Papír, dosažený přidáním takového nevláknitého materiálu je však ' prakt. i oky nerecyklovatelný, biologicky nedegradovate1ný, protože polymerace nevláknitého materiálu ria zmíněné bázi latexu je nevratná. Z tohoto důvodu se výroba takového papíru omezuje pouze jen pro některé speciální účely.One of the developed methods for obtaining paper with very good properties, especially high strength in all physical parameters, even when wet, is the known treatment of pulp or paper by latex. However, the paper obtained by adding such a non-fibrous material is practical. non-recyclable, non-biodegradable, since the polymerization of the non-fibrous material of said latex base is irreversible. For this reason, the production of such paper is limited only for some special purposes.

Obdobně se chovali i jiné zmíněné sloučeny užívané jako nevláknité materiály při výrobě papíru. Jejich přítomnost v papirovině ve značné míře ztěžuje recyklovatelnost papíru.Similarly, other mentioned compounds used as non-fibrous materials in paper production behaved similarly. Their presence in the paper pulp makes paper recyclable considerably more difficult.

přinejmenším způsobují zhoršování kvality odpadních vod při recyklaci papíru, isou nebezpečné při spalování odpadního papíru a ve většině případech nejsou biologicky degradovate1 né.at least they cause a deterioration in the quality of the waste water in the recycling of the paper, are hazardous in the incineration of the waste paper and in most cases are not biodegradable.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

>>

Cílem vynálezu je a papíru ve hmotě a na lovou techniku a jiné vytvoření speciální úpravy papiroviny povrchu, zvláště pro polygrafii, obapapírenské technologie vyžadující zvýšenou pevnost při zpracování papiroviny a při užití zhotoveného papíru za mokra a umožňuj ící dále dokonalou recyklaci papíru obvyklými postupy, při využití maximálního podílu sběrového papíru ve hmotě papíroviny a využívající již některých známých účinků biopolymerů na bázi proteinů, přičemž tohoto cíle je dosaženo řešením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že protein je tvořen kalogenem bez bílkovin štěpitelných trypsinem, upraveným do formy koloidu, zvláště hydÚčelnou aplikací biopolymerů se podle vynálezu dosáhne u papíru srovnatelných kladných vlastností, jaké má nerecyklovatelný papír latexovaný, ovšem s odstraněním všech jeho negativních vlastností, pro které je z ekologického hlediska nepřijatelný. Řešení podle vynálezu zabezpečuje téměř stoprocentní recyklovatelnost papíru a navíc využívat minimálně 70% odpadového papíru jako surovinu k přípravě nové papírovi-It is an object of the present invention to provide paper in the mass and paper industry and to provide a special treatment of papermaking surface, especially for printing, papermaking technology requiring increased strength in papermaking and wet use of paper and allowing further perfect paper recycling by conventional techniques the maximum proportion of recovered paper in the stock of pulp and utilizing the already known effects of protein-based biopolymers, this object being achieved by the present invention, characterized in that the protein is composed of trypsin-free calogen free of colloid-modified trypsin, particularly hydrophilic application of biopolymers according to the invention achieves paper of comparable positive properties to non-recyclable paper latex, but eliminating all of its negative properties for which it is not environmentally friendly jatelný. The solution according to the invention ensures almost 100% recyclability of the paper and, moreover, utilizes at least 70% of the waste paper as a raw material for the preparation of new paper.

Ρ ny- Užitné vlastnosti papíru, zejména jeho zvýšená tuhost, pružnost a pevnost i za mokra, zlepšuje manipulaci a tiskařské výsledky v polygrafii, přičemž při výrobě obalových materiálů z takto ošetřené papíroviny, například balícího papíru, kartonů, ale; i obalů tvarovaných přímo v upravených papírenských sítech do hotových tvarů, jako jsou přeložky, misky, krabice na vejce a podobně, lze; využít zvýšené pevnosti tohoto materiálu a zhotovovat je o menší t.louštce při meriš í spotřebě materiálu a dále jím nahrazovat například plastové vložky, například z polystyrenu na přesné uložení různých výrobků a všude tam, kde se; vyžaduje? vyšší ochrana proti nárazům, tepelná izolace a kde; isou kladeny požadavky ekologického charakteru.The utility of the paper, in particular its increased rigidity, elasticity and wet strength, improves the handling and printing results in the printing industry, but in the manufacture of packaging materials from such treated paper pulp, such as wrapping paper, cartons, but; packaging formed directly in prepared paper nets into finished shapes such as lintels, bowls, egg boxes and the like can be; take advantage of the increased strength of this material and produce it of a smaller thickness when measuring material consumption, and further replace it with, for example, plastic inserts, such as polystyrene, to precisely accommodate various products and wherever they are; requires? higher impact protection, thermal insulation and where; requirements of ecological character.

Vlastnosti hotoveného papíru za použití uvedeného biopolymeru lze široce ovlivňovat již při přípravě papíroviny různým stupněm sycení papíroviny biopolyinerein, jakož i operacemi tepelnými, kterými hotovený papír prochází. Papír má sníženou nasákavost, je lépe upravitelný povrchovým hlazením a vykazuje zvýšenou přilnavost adheziv, laků a barev při jejich nižší spotřebě a dále vykazuje bakteriostatické účinky a přirozeně hygienickou nezávadnost, pro které je zvlášt vhodný v potravinářském oboru. Další účinky biopolymeru se velmi výhodně projevují v samotné papírenské výrobě, zvláště pak při rozvlákňování odpadového papíru a to vzhledem k jeho elektrostatickému účinku ve vodném roztoku, vzhledem k němuž navazuje na sebe uvolněná vlákna buničiny a minimalizuje tak jejich únik do odpadu. Tento efekt přirozeně rovněž podporuje soudržnost papírové hmoty při jejím dalším zpracování, čímž lze papírovinu více plnit bez zvyšování obsahu kližidel a podobně a projevuje se dále působením na vlákna buničiny při vytváření papírového filmu jejich zlepšeným přilehnutím a paralelizováním, čímž se povrch papíru neobyčejně zlepší.The properties of the finished paper using said biopolymer can be broadly influenced already in the preparation of the pulp by varying the degree of saturation of the pulp by biopolyinerein, as well as by the thermal operations through which the finished paper passes. The paper has reduced water absorption, is more surface finishable, and has improved adhesion of adhesives, lacquers and paints at a lower consumption, and further exhibits bacteriostatic effects and natural hygienic safety for which it is particularly useful in the food industry. Other effects of the biopolymer are very advantageous in the papermaking itself, especially in the pulping of waste paper due to its electrostatic effect in an aqueous solution, due to which the loose pulp fibers adhere to each other and minimize their leakage to waste. This effect naturally also promotes the consistency of the paper web during its further processing, thereby allowing the paper web to be filled without increasing the content of sizing and the like, and is further exerted by affecting the pulp fibers in forming the paper film by improved adherence and parallelization, thereby greatly improving the paper surface.

Příklad provedeni vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Do připravované papíroviny se vemuluje biopolymer na bázi proteinu, který je tvořen kalogenem bez bílkovin štěp itelných trypsinem a který je za tím účelem zbaven telopeptidů - bílkovin a je upraven do formy hydrogelu nebo jiné koloidní hmoty, načež se podrobí polymeraci v kyselém prostředí papíroviny - buničiny, přičemž se řetězce makromolekul polymerujícího se biopolymeru řetězí přímo na vláknech, čímž se zvýší soudržnost vláken papíroviny v průběhu všech výrobních, zejména závěrečných operací s papírovinou. Řečený biopolymer se získá z výluhů koželužských a z výluhů ze zpracování organických vláken při výrobě plstí a jelikož neobsahuje žádné bílpňsob í m í r ně ba k l.e r i os ta t i cky , Přidávání biopolymeru do hmoty kov i ny , š tep i Le 1 né t ry ps i netn Protože i nhi buje proteu i ázy papíroviny ve formě jeho vodného roztoku jeví se nejvýhodněj4 ší ve fázi t.zv. nálevu papírovíný,resp.buničiny před jejím rozprostíráním a zplstováním na sítech nebo sítových pásech papírenského strojeK polymerací a tedy k řetězení makromolekul řečeného biopulyraeru na vláknech papiroviny, vedle zmíněného^kyselého prostředí buničiny, které současně brání nežádoucí koagulaci hydrogelu nebo koloidní formy biopolymeru, spolupůsobí síran hlinitý, který se v současné době při výrobě papíru obvykle používá. Pro základní polymerací je působení síranu hlinitého zcela postačující, protože jako všechny sírany podporuje schopnost sítování makromolekul při polymerací biopolymerů. Ulpívání makromolekul biopolymeru na vláknech papíroviny umožňuje příznivý poměr zeta-potenciá1u při běžném složení a kyselosti papíroviny.Protein-based biopolymer, which is composed of trypsin-cleavable protein-free calogen, is emulated into the pulp and is free of telopeptides - proteins and processed to form a hydrogel or other colloidal mass and then polymerized in the acidic environment of pulp - pulp wherein the chains of the macromolecules of the polymerizing biopolymer are chained directly on the fibers, thereby increasing the coherence of the pulp fibers during all manufacturing, especially final pulp operations. Said biopolymer is obtained from tannic extracts and organic fiber processing extracts in the manufacture of felt and, since it does not contain any white-collar or oscillatory properties, Addition of the biopolymer to the mass of the metal, heat and lime Since the protease of the pulp in the form of its aqueous solution appears to be most advantageous, it appears to be most advantageous in the so-called " by the polymerization and hence the chaining of macromolecules of said biopulyraer on papermaking fibers, in addition to said acid pulp medium, which at the same time prevents unwanted coagulation of the hydrogel or colloidal form of the biopolymer, by the action of sulphate aluminum, which is currently commonly used in paper production. For basic polymerization, the action of aluminum sulfate is quite sufficient because, like all sulfates, it promotes the ability to cross-link macromolecules in the polymerization of biopolymers. The adherence of the biopolymer macromolecules to the fibers of the pulp allows a favorable ratio of zeta-potential to the conventional composition and acidity of the pulp.

Dalších potenciálních vlastností zpracovávané buničiny se dosáhne senzibilací koloidní hmoty biopolymeru prostřednictvím organických barviv, například na bázi diazo, u nichž je aktivní azolová složka a které jsou hygienicky nezávadné. Volbou barviva je možné barevně tónovat papír do lehkých barevných tónů, čímž recyklovatelný papír získává příjemnějšího vzhledu, který se zvlášt uplatňuje například na rubové straně etiket nebo na rubových stranách reklamních tiskovin. Tyto látky vytvářejí z koloidní hmoty fotopolymerní látku. Tím, že se koloidní hmota biopolymeru nechrání po přidání těchto barviv před světlem, dochází již za mokra k fotopo1ymerizaci. U této paralelní reakce dochází k tvorbě delších řetězců molekul polymeru a k pevné vnitřní vazbě mezi nimi, vytvářejícími ve svém důsledku tvrdší a pružnější hmotu.Further potential properties of the pulp to be processed are achieved by sensitizing the colloidal mass of the biopolymer with organic dyes, for example diazo-based dyes, in which the azole component is active and which are hygienically safe. By choosing a colorant, it is possible to tint the paper to light tones, giving the recyclable paper a more pleasant appearance, which is particularly useful on, for example, the reverse side of labels or the reverse side of promotional printed matter. These substances form a photopolymeric substance from the colloidal mass. Since the colloidal mass of the biopolymer is not protected from light after the addition of these dyes, photopolymerization takes place already in the wet. This parallel reaction leads to the formation of longer chains of polymer molecules and a strong internal bond between them, resulting in a harder and more flexible mass.

Posledním faktorem, který má rovněž positivní vliv na vytváření řetezců molekul v koloidu polymeru, je vliv tepla při sušení papíru. Dosahované teploty kolem 90° C sice mírně degradují řetezce molekul zesíKovaného koloidu polymeru, ovšem na konečný efekt, úpravy buničiny v papír má toto vliv naopak velmi požit. ivní. Mírné porušení makromolekul zesí Kovaného biopolymeru eventuálním působením vyšších teplot, na povrchu, zvláště při sušení papírového pásu, umožňuje dokonalejší hlazení papírovlny v kalandrovacím zařízení, povrch papíroviny je přístupnější k přijímání adheziv, laků či barev nebo pro úpravu laminováním, přičemž toto porušení řetězců makromolekul sítě biopolymeru vyvozuje částečné predestinování papíroviny k recyklaci a je v podstatě i ovladatelné změnou teplot v sušárně papíroviny.The last factor which also has a positive effect on chain formation in the polymer colloid is the effect of heat in the drying of the paper. Although the temperatures reached about 90 ° C slightly degrade the chains of the cross-linked colloid polymer molecules, this effect is very ingested for the final effect, however, the treatment of pulp in paper. ivní. Slight breakage of crosslinked biopolymer macromolecules by eventual exposure to surface temperatures, especially during paper web drying, allows for improved smoothing of the pulp mill in the calendering plant, the pulp surface being more accessible for receiving adhesives, varnishes or paints or laminating, The biopolymer induces a partial predestination of the stock for recycling and is basically controllable by changing the temperatures in the stock dryer.

Aplikací biopolymeru do papíroviny, nebo aplikací biopolymeru jako dodatečného impregnujícího materiálu na hotový papír, například pomocí rastrovacího válce nebo hladkého brodícího válce, se získá technicky kvalitní papír, zvlášt vhodný pro polygrafii, přičemž základním materiálem pro něj je převážně sběrový papír. Je možné takto připravený papír povrchově upravovat k získání žádoucího estetického vzhledu například podkladovým a krycím' lakem pomocí flexo nebo hlubotisku, povlakováním kovovou folií nebo kovovým práškem, nebo biologicky plněnými plasty o síle kolem 12p, hlavně pro etikety, propagační a ostatní tisky, přičemž se zachovává plná recyklovatel nost papíru. Bakteriostatický účinek biopolymeru v papirovině nebo jako dodatečný povlak na papíru má své opodstatnění zvláště u balícího papíru pro styk s potravinami, přičemž biopolyraer byl by cíleně upraven jako vysoce čistý kaiogen zbavený obsahu bílkovin štěpitelných trypsinem. Tím se dosáhne pasivních bakteriostatických vlastností tohoto media. Povlak k tomuto účelu obsahuje množství 1 až 2 g/m²kalogenu v sušině.By applying the biopolymer to the pulp, or by applying the biopolymer as an additional impregnating material to the finished paper, for example by means of a screening roller or a smooth wading roller, a high-quality paper, particularly suitable for printing, is obtained. The paper thus prepared can be surface treated to obtain the desired aesthetic appearance by, for example, a base and topcoat by flexo or gravure printing, metal foil or metal powder coating, or bio-filled plastics of about 12p thickness, mainly for labels, promotional and other prints. maintains the full recyclability of paper. The bacteriostatic effect of the biopolymer in paper pulp or as an additional coating on paper is particularly relevant for food contact wrapping paper, whereby the biopolyraer would be specifically treated as a highly pure kaiogen free of trypsin-cleavable protein. This achieves the passive bacteriostatic properties of the medium. The coating for this purpose contains an amount of 1 to 2 g / m ^{2 of} calogen in the dry matter.

Sít makromolekul vytvořená řetězením biopolymeru, obklopující adhezivně jednotlivá vlákna buničiny a spolehlivě zaplňující mezery mezi nimi, umožňuje díky pevnosti za mokra v případě potřeby papírovinu více plnit bez zvyšování obsahu kližidel a bez nebezpečí trhání pásu papíru ve výrobě, zejména u nízkých gramáží papíru.The network of macromolecules formed by the chaining of biopolymers surrounding the adhesive pulp fibers reliably filling the gaps between them, thanks to the wet strength, allows the paper stock to be filled more if necessary without increasing the sizing content and without the risk of tearing the paper web in production, especially low paper weights.

Vzhledem k tomu, že makromolekulami sít biopolymeru Ie vratná, lze papír upravený výše uvedeným postupem snadno podrobit recyklaci: Rozrušení makromolekulární sítě biopolymeruSince the macromolecules of the biopolymer network Ie are reversible, the paper treated by the above procedure can be easily recycled: Disruption of the biopolymer macromolecular network

se provede oxydací a ^reoxydací . řečené makromolekulami sítě biopolymeru. do plné rozpustnosti v kyselém vodném roztoku za působení tepla. Připadají v úvahu běžné papírenské technologie, užívané při zpracování sběrového a recyklovatelného papíru, případně za použití peroxidu vodíku, manganistanů draselného, výjimečně za použití chloridů či jiných halogenů. Těmto technologiím mohou přirozeně předcházet již předchozí operace, spojené například s omýváním etiket u výrobců nápojů, při nichž již dochází k ataku makromolekulární sítě biopolymeru. Reoxydaci zabezpečí kyselé prostředí, které má své opodstatnění v papírenské výrobě obecně.by oxidation and reoxydation. said macromolecules of the biopolymer network. to full solubility in acidic aqueous solution under the influence of heat. Conventional papermaking technologies used in the processing of recovered and recyclable paper are possible, possibly using hydrogen peroxide, potassium permanganates, exceptionally using chlorides or other halogens. Naturally, these technologies can be preceded by previous operations, such as the washing of labels at beverage manufacturers, in which the macromolecular network of the biopolymer is already attacked. The reoxydation is ensured by an acidic environment which has its merit in paper-making in general.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Nevláknitý materiál podle vynálezu lze do oboru dřevozpracujícího průmyslu, zejména vovláknitých desek, v textilním průmyslu pro lií k potlačení některých alergenních účinků ken a podobně.The non-fibrous material of the invention can be used in the woodworking industry, particularly in fiber boards, in the textile industry for suppressing some of the allergenic effects of ken and the like.

li aplikovat snadno při výrobě dřeapretury text i textilních vlá-If you can easily apply text and textile fibers

Claims

Non-fibrous material, in particular for adding to pulp, in particular paper pulp and the like, or as a paper-impregnating or coating paper, constituted by a biopolymer, in particular a protein, characterized in that the protein is calogen free of trypsin-digestible proteins. in the form of a colloid, in particular hydrogels.