CZ77398A3

CZ77398A3 - Papír nebo lehká lepenka, způsob výroby papíru a použití materiálu obsahujícího škrob a protein

Info

Publication number: CZ77398A3
Application number: CZ98773A
Authority: CZ
Inventors: Kessel Louis Peter Marie Van; Gerardus Henricus Andreas Kuypers; Matheus Petrus Marie Maessen
Original assignee: Roermond Papier B. V.
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1996-09-16
Publication date: 1998-07-15
Also published as: EP0850336B1; WO1997010386A1; PL325534A1; CA2230169A1; PL325533A1; AU7099596A; NL1001218C2; DE69627870T2; EP0850337A1; PL186860B1; AU7099496A; WO1997010385A1; US6022450A; DE69627870D1; EP0850336A1; ATE239135T1; CZ77498A3; CA2230167A1

Description

Oblast techni ky

Vynález se dotýká oblasti papírenského a lepenkového průmyslu a zahrnuje zejména

ROUŠ í t í materiálu obsahující ho škrob-proteinovou směs při výrobě papíru a lepenky. Pojem papír pro tuto specifikaci také lepenku.

nároky označuje ve skutečnosti

Dosavadní stav techniky

Škrob je v papírenském a lepenkovém průmyslu tradičně použit ve velké škále a velkém objemu. Tento škrob je využíván jako vnitřní složka a činidlo ohybu během zpracování vrchní vrstvy při výrobě papíru, který je určen pro výrobu křídového papíru, a který je látkově použit jako grafický papír v jemno-papirenském průmyslu. Všeobecně, tento škrob je škrobem modifikovaným.

Škrob je použit jako příměs vylepšující pevnostní vlastnosti papíru a zvláště pak pevnostní vlastnosti papíru ve vysušeném stavu. Pro tento účel jsou využity škroby běžně používané v papírenském průmyslu a aniontové a kationtové deriváty těchto škrobů, o kterých je zmínka například v EP-A-O 545 228 a WO-A-94/05855.

V těchto souvislostech může

Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical (1981), John Wiley & Sons, oddíl 16, str. 803 ff, zejména str. 814-819.

Při nejběšnějším využití škrobu vlákno je tento škrob dodáván - obvykle v podobě kationtového derivátu - do papírové hmoty během mokrého zpracování procesu výroby papíru, nebo impregnovaný - látkově ve formě rozpust ite1něho přírodního škrobu - do vlákninové hmoty papíru pomocí tzv, úpravy škrobovým 1 i sem.

Tyto známé přísady vylepšující pevnostní vlastnosti jsou výhodné jak ekonomicky tak i z technického nebó technologického hlediska; přísady dávají papíru nebo lepence dodatečnou hodnotu. Mimo této dodatečné hodnoty získané při běžném procesu výroby papíru nebo lepenky, se potřeba příměsí vylepšujících pevnostní být také poukázáno na Technology, třetí vydání j ako s1ošky vyztušuj í čí vlastnosti zvyšuje zejména s rostoucím použitím slabších vláken, starého papíru používaného znovu a znovu a rostoucím použitím výplní nahrazujících vlákno v tomto starém papíru, což vede ke klesajícímu sílovému potenciálu a klesající dosažitelnosti silných, dlouho-vláknitých složek v základní papírenské founičině.

Podstata vynálezu 'ř·

Ve skutečnosti musí být zdůrazněno, že vynález není omezen pouze na odpadový papír. Rozsah vynálezu proniká do celé oblasti papírenského a lepenkového průmyslu zahrnující výrobu papíru, která je založena na ‘přírodním vláknu .

Známé škrobové přísady mohou vyvolat širokou řadu vzájemného působení s huničitými skupinami papírových vláken. Tato skutečnost vede ke vzniku vyššího počtu ohybů mezi vzájemnými papírovými vlákny, čímž dochází k vyztužování ohybu v1ákno-v1ákno a dochází tedy i k vylepšení pevnostních vlastností konečného produktu.

V běžném postupu, kde škrob je použit jako zpevňovač, jsou vymezeny přesné požadavky na obsah proteinu, který může být přítomen ve výrobcích využívajících škrob. Přírodní škrob použitý pro výrobu papíru, látkově přírodní pšeničný, kukuřičný nebo bramborový škrob, je uveden s dodatečnou specifikací maximálního obsahu proteinu v rozmezí 0,3 - O, 5 % hmotnosti, propočteno pro suchou substanci - Vyšší obsah proteinu může mí t znečišťující účinek a může být příčinou hroudovatých útvarů a usazenin v systému. Například rozptýlení glutenu (proteinové frakce v pšeničné mouce) vede k hroudovatým a pěnovým útvarům. Tyto nedostatky jsou příčinou zvětšeného objemu v případě, kdy proteiny jsou vystaveny vyšším teplotám během procesu výroby papi ru.

Škrob, který je použit k vytvoření základního materiálu současně používaných škrobových přísad v papíru, je získáván z velkého počtu rostlinných zdrojů, například ze zrn např. pšenice, kukuřice a rýže; z hlíz např. brambory a tapioka; nebo z jiných částí rostlin např. sága.

Z předešle jmenovaných rostlinných zdrojů je škrob získán využitím spojení mechanických kroků, kr-oků čištění a kroků vysoušení. Oddělené frakce obsahující protein, stejně jako další frakce vedlejších produktů, jsou vypuštěny. Čistění škrobu zahrnuje uvolnění mnoha odpadových výtoků, například výtoků vody obsahující biologický materiál. Tyto větším problémem životního prostředí, dé1e možné.

výtoky še stávájí stále méně vysoušení není tedy

Příkladem je popsána příprava škrobu, který je použit v papírenském průmyslu ve větších množstvích jako vlákno vyztužujícl a papír zesilující činidlo,_____ viz... pšeničriý škrob.. .Jsou popsány podobné procesy získání škrobu z jiných rostlinných zdrojů, který je také použitelný v papírenském průmyslu.

Pšeničná zrna látkově obsahují dvě složky. Jádro, tzv. endosperm, s velkým obsahem škrobu a proteinu a vrchní vrstvu, otruby nebo plevy, obsahující zejména celulosu. Poměr jádro vrchní vrstva je přibližně 80 = 20.

Tyto pšeničná zrna jsou rozmělněna, plevy jsou odděleny od jádra. Oddělený endosperm obsahující přibližně 70 - 80 % škrobu a přibližně 1O - 15 % proteinu je běžně označován pojmem mouka. Zdá je dosažena více či méně čistá mouka závisí na stupni extrakce pšenice. Například při stupni extrakce přibližně 80 % je získána zelená mouka, zatímco při poněkud nižším stupni extrakce přibližně 70 % je získána značně čistější mouka, protože pří tomto stupni extrakce výsledná mouka neobsahuje jiné části než endosperm.

Protein při výrobě škrobu pro zejména gluten, je z mouky následně promyt léna na dvě hlavní složky. Jak již bylo pap í re nský pr ůmy s1, Mouka je takto rozděukázáno, během tohoto procesu jsou prováděny ekonomicky neziskové kroky, část počáteční látky pšenice nemůže být použita, vytvářejí se odpadové toky, které musí být dále zpracovány.

Podstatou předloženého vynálezu je stanovení postupu, pří kterém dochází k ideálnímu využití nezpracovaného materiálu v tom smyslu, že i největší možná frakce nezpracovaného materiálu může být při výrobě papíru plně využita.

Tento předmět je reálizován přímým dodáním složek mouky do výrobního procesu papíru nebo lepenky, bez dřívější přeměny mouky nebo složek mouky ohybovou kationtovou nebo aniontovou skupinou, a nebo bez využití protein/škrobové směsi modifikované za sucha.

Jinak řečeno, předmět je realizován počátečním vaných přírodních protein/škrobových směsí a využ i tím nezpracopoužitím těchto ve formě neoddělených celků. V této specifikaci a nárocích termín “mouka označuje frakci obsahující protein a škrob z jednoho a stejného rostlinného zdroje, nebo přírodní směs protei nu a škrobu.

Podrobněji řečeno, vynález zahrnuje papír nebo lepenku obsahující složky přírodní mouky ve vlákninové matricí tohoto papíru. Dodatečně, vynález zahrnuje postup výroby papíru nebo lepenky, při kterém je mouka látkově^ podrobena zpracování - škrob a. protein jsou rozpuštěny - a zpracované složky mouky jsou následně společně dodány do vlákninové matrice papíru jedním krokem. Více, vynález zahrnuje postup, ve kterém rostlinné zdroje škrobu mohou být v papírenském průmyslu využity zcela, nedochází tedy k vytváření odpadních produktů.

Souhlasně, vynález zahrnuje lepenkový papír obsahující ve vlákninové matrici papíru přotein a škrob, který alespoň částečně pochází ze stejného zdroje. Dále se vynález vztahuje na papír nebo lepenku, ve kterém byly zpracovány všechny složky rostlinného zdroje škrobu/proteinu.

Bylo shledáno, že použitím určitého množství mouky podle vynálezu, může být získán papír, který má hodnotově stejné vlastnosti jako papír, pro výrobu kterého je použito přibližně stejného množství škrobu. Jinými slovy, působení části obvykle požadovaného škrobu může nahradit proteinová frakce mouky, ačkoliv současný stav techniky zřídka kdy poukazuje na nevýhodné vlastnosti. V dodatku k ekonomickým výhodám - mouka je levnější než škrob připravený z ní, - je zároveň dosaženo jak technologických, tak i ekologických výhod - není potřeba provádět žádné kroky vysoušení nebo čištění, a/nebo není vypouštěn žádný odpadový tok.

Papír vyrobený podle vynálezu obsahuje ve vlákninové matrici pa% hmotnosti, lépe pak nejméně od 0,3 0,03 %

O, 3 % škrob 0, 05 píru přinejmenším 0,1 hmotnost i a obvyk l e a př ine j menš í m a1espoň

- 2,4 % hmotnosti a obvykle 0,05 čítáno na hmotnost suché látky, škrobu a prote i nu do 8 % hmotnosti hmotnost i, výhodněj i pák - i % hmotnosti protein, propoJestliže je použit nižší obsah minimální požadovaný obsah, výhody než je získané podle předloženého vynálezu jsou velmi malé, nebo jsou pro získání požadovaných vlastností papíru požadovány jiné obvyklé přídavné látky. Je pravdou, že jestliže je použito více škrobu než 8 % hmotnosti a více proteinu než 1 % hmotnosti je získán papír velmi vysokých doplňujících hodnot, ale z ekonomicko-obchodního hlediska je celý postup často méně • · · · • · • · ·

ziskový. Přednostně je do vlákninové matrice papíru dodáván obsah škrobu

- 5 % hmotnosti v dodatku k obsahu proteinu 0,2 - 1 % hmotnosti, protože takto se spojují jak výhody vynálezu tak i výhodné výrobní ceny.

Podle předloženého vynálezu proteinová a škrobová frakce pochází alespoň částečně z jednoho stejného rostlinného zdroje. Jako rostlinné zdroje, které mohou být použity za tímto účelem a které mají vysoký obsah škrobu vedle proteinu, mohou být uvedeny například osiva např. fazole, hrách a zrno, např. pšenice, kukuřice a rýže: a další rostlinné části mající vysoký obsah škrobu a obsah proteinu. V poukázaných specifikacích a nárocích jsou tyto produkty označovány termínem mouka'' .

Mouka pocházející ze zrna nebo luštěnin, nejlépe pšeničná mouka, je zavedena do vlákninové hmoty papíru něho lepenky. Velkou výhodou použití mouky pocházející ze zrn nebo luštěnin je z ekonomického hlediska, při využití podle předloženého vynálezu, skutečnost, že nezpracovaný materiál je výhodnější než běžně používaný škrob. Například, v současnosti jsou náklady na pšeničnou mouku přibližně poloviční než náklady na přírodní pšeničný škrob.

Dále, spotřeba energie je značně snížena tím, že nedochází k rozložení mouky na škrobovou a proteinovou složku a částečně také tím, že není potřeba provádět žádné kroky vysušení.

Mouka pocházející ze zrn nebo luštěnin, zejména pšeničná mouka, je použita v množství nejlépe 2 - 5 % propočteno na suchou hmotu. Pšeničná mouka nemůže být použita při výrobě papíru jako taková. Pokud k tomu dojde, potom vznikají nedostatky známé ze současného stavu techniky - vysoký stupeň usazování, hroudovatění, vznik těstovitých útvarů, pěnovitých útvarů. Tyto problémy nemohou nastat v případě, kdy mouka je podrobena alespoň úpravě, která je běžně v papírenském průmyslu používaná pro zpracování přírodního škrobu.

Pracovník zkušený v oboru ví, že pro použití na škrobové lisu je zapotřebí produktu, který je rozpuštěn ve vodě a má hodnotu Brookfieldovy viskozity nižší než 100 cP. Takový roztok (je výhodné začít z hodnoty 1O % hmotnostní moučně suspenze) může být získán zpracováním pšeničné mouky chemickým a/nebo enzymatickým škrobovým činidlem odbourávajícím řetězce, čímž je možné dosáhnout hodnotu viskozity v uvedeném rozmezí.

« »··· ···· • · · 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

- 6 Mouka může být například podrobena nem amonným (APS), která je známá za př í tomnost i kyše1 i ny, např í k1ad

9999 9999 ·· · 99 ·· úpravě (odbourání) s persírapro př í rodní škrob, vo1 i te1ně kyseliny octové nebo kyseliny citrónové. Jestliže proces výroby začíná přímým využitím pšeničné mouky, potom je přítomnost kyseliny v tomto obsahu naprosto nezbytná, což je ilustrováno v Příkladu 2. Dalšími metodami zpracování jsou například zpracování s amylasami nebo jejích směsmi s APS, tyto metody mohou být volitelně doplněny krokem mod i f i kace prote i nu.

Viskozita přírodních škrobových roztoků známých z dosavadního stavu techniky při zpracování na škrobovém lisu s volnou inferferencí je přednostně me2i 30 a 80 cP, pakliže je použita mouka hodnota viskozity je dostatečná pouze 15 cP. Z následujícího příkladu 1 se zdá, že papír získaný tímto postupem má stejnou kvalitu jako papír vyrobený v případě, kdy je použit pouze škrob. Rušivé vlastnosti zapříčiněné proteinovou složkou v mouce je ve skutečnosti možné omezit látkovým odbouráním této proteinové složky a v souhlasu s tím efektivním využitím pouze škrobové složky. Tento celek však postrádá řadů výhod předloženého vynálezu.

V holandské patentové žádosti 1001218 je popsána skutečnost, že proteiny mohou vylepšit pevnostní vlastnosti papíru a lepenky, a jestliže jsou tyto přítomny ve vlákninové matrici papíru mají širokou řadu dalších dodatečných výhod. Proteinové vnitřní složky zejména zabezpečuji kromě vylepšených tuhostních vlastností, SGT(“Shortspan Compression Test), RCT- (Ring Crush Test“) a CMT(Concora Medium Test”) hodnoty - hodnoty pevnostních vlastností - vnitřní tlak v roztrženi, mez pevnosti v tahu které jsou měřítkem specifických pevnostních vlastností papíru zejména při výrobě vlnité lepenky, optimalizaci možností a vylepšení jiných konstrukčních vlastností papíru např. tuhosti , vlastností vyrobítelnosti např. přeloží telnosti a vlastností rýhování, dále funkčních vlastností např. propustnosti plynů a tekutin. Dále, použití proteinu při výrobě papíru umožňuje optimalizaci možností a vylepšení všeobecného kontrolního postupu, použitelnosti nezpracovaného a přídavného materiálu a požadavků na energii. Jíž zmíněné vlastnosti mohou být regulovány v závislosti na výrobních podmínkách a podmínkách aplikace, například na klimátologických podmínkách, aniž by tato regulace záporně ovlivňovala náklady na regenerovatelnost papírenských výrobků a produkce výrobního • · · procesu.

V souladu s předloženým vynálezem bylo shledáno, že výhody zmíněné v holandské patentové žádosti 1001218 mohou být také dosaženy použitím složek mouky v papíru. Pro tento účel by nemělo být prováděno pouze jedno-krokové zpracování známé pro zpracování př i rodní ho škrobu., ^a 1θ mělo. by být také provedeno druhé, zpracování . Při použití pšeničné mouky škrobovým lisem je tímto druhým zpracováním desaminace a/nebo částečná proteolysa. Tímto druhým zpracovánim se pšeničný gluten stává rozpustnějším ve vodě a může být tedy podroben tepelně chemickému způsobu zpracování (zahřátí kyselinou) stejně jako enzymatickému způsobu zpracování (proteolytický enzym).

Pšeničná mouka v preferovanějším obsahu je upravená kyselým APS při teplotě kolem 85 - 95 °C. Toto zpracování současně vedle odbourání škrobu zabezpečuje také úpravu proteinu.

Jak vyplývá z následujícího příkladu, jestliže je použita škrob/proteinová směs připravená neodděleným způsobem přesně podle vynálezu, nastanou synergistické účinky. Vliv mouky na pevnostní a tuhostní vlastností papíru je stejně tak velký nebo i větší než vliv přibližně stejně velké frakce běžně zpracovaného a použitého přírodního škrobu.

Bylo ukázáno, že zavedením molekul proteinu a škrobu do vlákninové matrice papíru mohou být kladně pozměněny a kontrolovatelně ovlivněny zejména tuhostní a pevnostní vlastnosti. Vlastnosti papíru nejsou důležité pouze se zřetelem na balicí papíry založené na recyklovaném materiálu, ale také se zřetelem na pevnou lepenku a různé typy papíru, které jsou založeny na přírodních čistých vláknech.

Pro dosažení dobrého papírového výrobku je důležité, aby molekuly proteinu a/nebo škrobu byly přítomny v archu papíru. Nakonec, optimalizace ohybu papíru vlákno-vlákno, čímž mohou být - pravděpodobně - vysvětleny výsledné výhody, může být provedena pouze v případě, jestliže na, v a mezi vlákny je přítomen dostatečný proteinový a/nebo škrobový materiál . Tímto způsobem vlákninová papírová hmota a proteinová a škrobová frakce upravuje obsah; je odlišena ne zcela přesně vymezená proteinová a škrobová masa a vlákninová papírová hmota.

Příznivé vlivy použiti proteinu v kombinaci se škrobem v papírové hmotě jsou závislé, někdy až do vysokého stupně, na místě nebo způsobu aplikace a/nebo vlastnostech dodaného proteinu. Pakliže • · · · ··· ·· · · • · · · · · · * · · · • · ···« · · · · • · · · ······ · · · · · • · · · · ··» _ g _ ···· ···· ·* · ·· ·· se zkušený pracovník seznámí se specifikací předloženého vynálezu, bude záležít pouze na něm, aby byl schopen přizpůsobit proces výroby papíru, včetně použitých nezpracovaných a přídavných materiálů podle přání zákazníka/uživatele a podmínek výroby.

Tyto již zmíněné metody zpracování mouky všeobecně a hlavně zavádějí proteinové frakce do roztoku, zatímco škrob.je rozpuštěn a odbourán. Toto zpracování mouky může být provedeno diskontinuálně stejně jako návazně přímo v procesu.

Vynález dále zahrnuje postup výroby papíru a lepenky obsahující nejméně jeden krok, ve kterém jsou do vlákninové hmoty papíru dodány proteiny a škrob, t.j. produkt, tak jak je získán z přírodních zdrojů ve formě neodděleně směsi rostlinného proteinu/škrobu volitelně po zpracování jíž zmíněným pečlivě popsaným způsobem, analogíčky se úpravou provedenou pro přírodní škrob.

První zpracování při běžném postupu výroby papíru zahrnuje tzv. rozmělňování - přípravu papírenské hmoty suspendací vláknitého materiálu v papíru, který může nebo nemusí cirkulovat. Vlákninový materiál je přidán do vody ve velké kádí pomocí mechanické energie, obvykle mícháním a zahříváním párou nebo vřelou vodou. Vlákninový materiál je mechanickým a fyzikálním zpracováním rozpuštěn a rozptýlen, vzniká tekutá hmota, kaše. Tato kaše je následně podrobena řadě zpracování. Hmota je např. čištěna, nevyužitelný nevlékninový materiál je z této odstraněn. Dále může být v případě nutností provedeno zpracování vlákniny, například rozmělňování. A nakonec, kaše se specifickou koncentrací je dodána do stroje určeného na výrobu papíru, který z této vyrobí papír.

V souladu s vynálezem je během výroby papíru proveden nejméně jeden krok, ve kterém proteiny a škroby jsou společně dodány do v1ákn i nové ma t r i ce papi ru.

Přídavné směsí, včetně protein/škrobové směsi použité podle postupu předloženého vynálezu, přednostně pak pšeničná mouka, mohou být volitelně dodávány během celého průběhu zpracování, které prochází od kádě s kaší až po stroj na výrobu papíru. Dále, materiál obsahující škrob/protein může být dodán na papírový arch v okamžiku jeho vytvoření, a následně - provedením specifických úprav - tento materiál může být dodán až do vlákninové matrice tohoto upravovaného archu.

Roztoky s obsahem proteinu a škrobu mohou být dodány do papírové •» · vrstvy nebo mezi různé papírové vrstvy, pokud existují, v průběhu vytváření papírových archů např. rozprašováním nebo zpěňováním. Materiál obsahující protein/škrob může být do vlákninové masy dodán během úpravy povrchu nebo impregnace již vytvořeného papíru, například a přednostně během úpravy škrobovým lisem. Nakonec je ukázána i možnost apl ikace proteinového, materiálu .na suchý, pás papíru rozprášením nebo jinými známými aplikačními technikami.

V preferovanějším celku je protein-škrobová směs podle postupu vynálezu zavedena do papíru pomoci úpravy škrobovým lisem. Během zpracování škrobovým lisem - toto zpracování je všeobecně používáno v papírenském průmyslu a je proto zkušenému pracovníkovi známo - je použitý roztok nebo suspenze obsahující protein-škrobovou směs vtlačena do papíru válcováním. Úprava Škrobovým 1isem může být provedena samostatné na vrchní nebo spodní straně papírového pásu, stejně tak po obou stranách společně.

Pro použití ve škrobovém lisu jsou s ohledem na maximálnímu dosažitelnost možné vlastnosti a požadavek snížení energie na vysoušení zvýhodněny zejména vyšší koncentrace proteinu a škrobu.

Ve zmíněných technikách je důležité, aby alespoň část proteinů a škrobu byly přivedeny do těsného kontaktu s vlákny vlákninové papírové hmoty.

Přídavné množství škrobu nebo proteinu je možné doplnit v dodatku k celkovému množství zavedené protein/škrobové směsi. Doplňující množství je možné dodat společně využitím stejně techniky, nebo také odděleně, během jiného kroku přípravného procesu výroby

Vynález popisuje papíru za účelem využití složek mouky ve vlákninově matrici vylepšení a regulace vlastností papíru, například pevnosti, tuhosti, propustnosti, vlastnosti povrchu a pružnosti. Dále, Frakce mouky upravená podle vynálezu může být použita jako lepidlo pro zpevnění vlnitosti vlnitě lepenky. Vynález dále zahrnuje použití materiálů obsahujících škrob a protein, při kterém, pro dosažení požadovaných vlastností papíru, je chemicky nebo enzymatický modifikována pouze škrobová Jestliže počáteční materiál obsahuje např.

frakce pustné proteiny v dodatku ke škrobu, proteiny s cílem vytvořit škrob, a zesilující vlastnosti, není nezbytné ve vodě řozpotom modifikovat tyto mající dobré výrobní Příkladem tohoto je hrachová hrubá mouka, její proteiny jsou rozpustné v alkalickém ·

- ΙΟ prostředku.

Dále, z materiálů obsahujících škrob a protein je možné pro vyztužení papíru použít pouze škrobovou frakcí. Tento krok je proveditelný jednak vzhledem ke skutečnosti, že protein, který není modifikován, je ve vodě rozpustný a je tedy sice protlačován skrz papír během úpravy papíru nebo přítomen v papírové matrici, ale jako takový se na vlastnostech papíru nepodílí. Za druhé, modifikace proteinu může být velmi rozsáhlá, následkem Čehož se tyto také na vlastnostech papíru nebudou nepodílet. V extrémním případě může být protein odbourán na amino kyseliny. Výhodou tohoto zpracování je skutečnost, že nebylo vymezeno žádné pravidlo přesně určující stupně zpracování proteinu, přeměna materiálu obsahujícího škrob a protein na vhodný škrob není tedy velmi kritickým procesem.

Konečně, vynález zahrnuje postup výroby papíru, ve kterém rostlinný materiál mající jako hlavní složku protein a škrob, nejlépe zrno, je zpracován zcela, při čemž dochází k rozdělení rostlinného materiálu do (a) frakce látkově obsahující materiál celulosy a (b) frakce látkově obsahující materiál sestávající se ze škrobu á proteinu, plnící frakce (a) do obvyklé počáteční vlákninové hmoty papíru např. během přípravy kaše a plnicí frakce (b), která je zavedena společně s dodáním vlákno vyztužujících přísad. Frakce, dávkovaná v průběhu aplikace vlákno vyztužujících přísad, je upravena podle již zmíněné metody.

Rostlinné proteinové a škrobové zdroje, např. pšenice, je z tohoto pohledu předloženého vynálezu možné zcela rozmělnit a použít tento rozmělněný produkt přímo - následně po modifikaci analogické s přírodním škrobem a volitelně po modifikaci optimalizující proteinové vlastnosti - jako' vlákno vyztužující složku zvyšující kvalitu produktu, zbytkové produkty, například plevy, použít přímo jako vlákninový materiál. Modifikace mouky může zahrnovat tepelné chemickou přeměnu, například s pomocí APS a/nebo kyseliny, např. kyseliny citrónové, volitelně v kombinaci s enzymatickou přeměnou, například pomocí amylasy a/nebo proteolytického enzymu.

Dále v textu bude vynález specifikován poznámkami k následujícím příkladům.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

V tomto příkladu byl studován účinek mouky (IJsvogel-mouka,

Meneba Nederland; obsah vlhkost i 13, 5.%;.....obsah .glu.tenu přibl ižně

1O % hmotnosti a obsah škrobu přibližně 89,5 % propočteno pro suchý výrobek). Pro tento účel byly do papíru zavedeny suspenze mouky a -pro srovnání - přírodního škrobu pomocí metody škrobového 1 ísú.

Roztoky již zmíněných makromolekul byly připraveny s požadovanou hodnotou viskozity úpravou jak škrobové frakce tak frakce mouky odbouráním persÍránem amonným (95 °C). Viskozita škrobové suspenze při aplikací na škrobovém lisu s volnou interferenci by měla nabývat hodnotu mezi 30 a 80 cP: dobrý výsledek při aplikaci s moučnou suspenzí je již dosažen při viskozitě pouze 15 CP. Roztoky obsahující markomolekuly byly dodány do papíru (recyklovaný papír: D-Liner; Roermond Papier) použitím laboratorního škrobového lisu (Einlehner, rychlost 30 m/min, teplota 70 °C, tlak 2 bary)SCT hodnota a faktor roztržení byly stanoveny podle požadavků normál i zace.

SCT hodnota je maximální síla stláčeni na jednotku šířky, kterou testovací proužek může podstoupit při definovaných podmínkách až do okamžiku jeho poškození. Určení hodnoty SCT v tomto příkladu bylo provedeno svisle ke strojovému směru papíru. SCT hodnota je vyjádřena v kN/m.

Faktor roztržení je určen z měření tlaku roztržení. Tlak roztržení je tlak vyvolaný na kus papíru v okamžiku jeho narušeni. Faktor roztržení (vyjádřený v kPa) je roven tlaku roztržení, který je znásoben 1OO a vydělen základní hmotností (g/m²). Výsledky jsou udány v následující tabulce.

• · 99 99 9 9 9 9 9

- 12 - ...............

Tabulka 1 Nárůst, hodnoty SCT a faktoru roztržení během použití mouky nebo škrobu.

	SCT-hodnota (kN/m)	faktor roztržení (kPá)
škrob	0, 75	48

mouka	0,65	42

Bylo shledáno, že použitím mouky jsou získány téměř stejné hodnoty zvýšení SCT a faktoru roztržení jako použitím škrobu. Pevnostní vlastnosti mohou být dále ovlivněny použitím moučné suspenze mající rozdílnou hodnotu viskozi ty.

Příklad 2 Předzpracování moučné řídké kaše

A) zpracování s neutrálním APS

V kádi byla promíchávána suspenze z 694 g IJsvogel mouky v 1306 g vody (50 °C) . Bylo dodáno 2,16 g APS, následovalo promíchávání po dobu dalších 30 minut při teplotě 50 °C. Výsledný roztok byl zředěn na 1O % roztok. Roztok byl dále zahříván při teplotě 75 °C po dobu 30 minut, následně byla hmota zpracována varem ve vodní lázni po dobu dalších 60 minut.

B) zpracování s kyselým APS

V kádi byla promíchávána suspenze z 232 g IJsvogel mouky v 1309 g vody. Byla dodána kyše1 ina citrónová tak, aby pH dosáhlo hodnoty 4, následně bylo dodáno 0,72 g APS. Směs byla dále zpracována varem ve vodní lázní po dobu 60 minut.

C) zpracování s APS a proteolytickým enzymem

V kádi byla promíchávána suspenze z 694 g IJsvogel mouky a 1306 g vody (50 °C) . Bylo dodáno 1000 ul neutrázy (NovoNordisk) , následovalo promíchávání po dobu dalších 30 minut při teplotě 50 °C. Výsledný roztok byl Zředěn na iO % roztok. Bylo dodáno 2,16 g APS. Směs byla ponechána vřít ve vodní lázni po dobu 60 minut.

D) zpracování s amylasou a proteolytickým enzymem

V kádi byla promíchávána suspenze z 694 g IJsvogel mouky a 1306 g vody (50 °C) . Bylo dodáno 933 ul Ban h-amylasy a 1000 ul neutrázy, následovalo promíchávání po dobu dalších 30 minut při teplotě 50 °C. Výsledný roztok byl zředěn na 10 % roztok. Po dobu dalších 30 minut byla teplota zvýšena na hodnotu 75 ^QC. Následně byla směs zpracována varem ve vodní lázni po dobu dalších 30 mi·· ·

- 13 nut.

Hodnota Brookfieldovy viskozity pro zpracování moučné řídké kaše A-D byla stanovena v cP. Výsledky měření jsou ukázány v následující tabulce.

Tabul ka 2— “

	Brookfield. viskozita ( cP)
A APS	-	700
B APS	kys.citronová	40
C APS	proteol.enzym	40
D H-amylasa	proteol.enzym	25

Zvláštnímu zpracování na škrobovém lisu mohly být snadno podrobeny moučné roztoky mající hodnotu viskozity nižší než 1OO cP.

Příklad 3

Testované archy (Testiiner 3 Roemond Papier, 160 x 100 mm) byly podrobeny úpravě na laboratorním škrobovém lisu (Einlevner, rychlost 30 m/min, teplota 70 °C, tlak 2 bar) za přítomnosti moučné řídké kaše získané podle postupu D Příkladu 2 a 1O % standardní škrobové řídké kaše. Impregnované archy byly vysušeny na sušicím válci při teplotě 130 °C.

Vlastnosti papíru těchto testovaných archů byly stanoveny podle aktuálních podmínek (23 °C. 50 % RV) v souladu s normalizovanými postupy. Naměřené údaje jsou ukázány v následující tabulce.

·· ··

Tabulka 3- Pevnostní a tuhostní vlastnosti

Vlastnosti papíru	Škrob (normál.)	Mouka (enzymat. )	Účinky por. se 100% škr.
také - up (.%)	3,2	3,2
faktor roztr. (kPa)	241	273	+ 13%
tržná délka (m)	6454	6915	+7%
protažení (%)	1,93	2,13	+ 1O%
SCT (140 g) (kN/m)	2,46	2, 76	+ 12%
tuhost (kNm)	1022	1036	+ 1%
CMT 30 (140 g) N	278	284	+2%

Take-up termín v této tabulce označuje hmotnostní obsah mouky/škrobu v procentech vztaženo k suchému papíru.

Příklad 4 - Použití hrachové hrubé mouky

Proteiny obsažené v hrachové hrubé mouce jsou rozpustné ve vodě. Moučný škrob z hrachové hrubé mouky je získán přeměnou pouze škrobu. V řadě testů je škrob obsažený v hrachové hrubé mouce odbourán pomocí APS nebo enzymy.

Tabulka 4

Zpracován í	Viskozita škrobu ( čP)	SCT - hodnota (kN/m)
APS	150	neurčeno
APS + kys.c i tronová	30	4,2
BAN	80	4,2
Termamyl	60	4,4

Jestliže je suspenze hrachové hrubé mouky zpracována pouze s APS, potom tato suspenze budě dosahovat vysoké hodnoty viskozity, následkem čehož bude velmi obtížné aplikovat upravený škrob pří výrobě papíru. Jestliže dojde k redukci pH faktoru suspenze kyselinou citrónovou, APS se stane efektivnější a takto získaný škrob • fl ·♦

- 15 bude vyhovovat reologickým požadavkům. Jestliže je při výrobě papíru aplikován tento získaný škrob , hodnota SCT je zvýšena. Také enzym BAN a Termamyl mohou dostatečně odbourat škrob v suspenzi hrachové hrubé mouky. Čímž získaná hodnota viskozity bude nižší než 100 cP. Hodnota SCT se během aplikace při výrobě papíru zvyšuje.,.................................. .. .... .......................... , ________________ _______________

Příklad 5 - Test ve výrobním měřítku

Do zkouškového reaktoru byla dodána moučná řídká kaše s enzymy ( Neutráza) . Dále byla tato kaše tepelně chemicky upravena gelovatěním s persÍránem amonným využitím proudového vařiče (NEMO-konvertor). Na papírenském stroj i 1 (PM1) Roermond Papieř byla moučná řídká kaše podrobena zvláštnímu zpracování na škrobovém lisu.

Jasněji řečeno, byl proveden skutečný průběh výroby kvalitního krycího kartonu pro vlnitou lepenku 3 (RP-Maasl iner) v 140 g.

Strojové podmínky: standardní, tj.

- složení nezpracovaného materiálu podle formulace (recyklovaný materiál);

- 2-vrstvý celek:

- přímé zpracování na škrobovém lisu:

- hmotnostní přírůstek vlivem zpracování na škrobovém lisu: př i bii žně 3 %:

- rychlost PM (stroje na výrobu papíru): 625 m/min:

- konečný obsah vlhkosti papíru: 7 %.

Během průběhu výroby papíru byl roztok z přírodního pšeničného škrobu použitý na škrobovém lisu (tepelně chemická přeměna s persíraném amonným (APS)) zaměněn za mouku (IJsvogel : přeměna : tepelně chemická přeměna škrobu s APS a enzymatická přeměna proteinové části pomocí neutrázy).

Zpracování: dobré. Výsledek je porovnatelný se 1OG % škrobem. Vlastnosti papíru: vlastnosti papíru jsou shodné/ porovnatelné sě škrobem.

Usazeniny a pěnové útvary vznikající z glutenu nebyly v systému shledány.

4· ·· ·· ·· • · · • · · • · · · »

Tabulka 5^: Praktický test Maasliner (T.L.3), RP-PM1^:

Vlastnosti papíru	Škrob (noru.)	Mouka
Měrná hmotnost	g/m²	140, 1	139,9
Konečný obsah .vlhkosti.......	%	.............7,.i	........... 7,0 ......
Takě-up (škrobový 1is)	%	3, 2	3,1
Tlak v roztržení	kPa	340	335
Faktor roztržení	•kPa	243	239
Tržná délka m.d.	m	6,610	6,640
Protažen í m.d.	Sž	1,90	1,90
R.C.T. t.d.	kN/m	1,23	1,18
S. C. T. m.d.	kN/m	4 , 53	4, 65
S.C.T. t.d.	kN/m	2, 30	2,49
Tuhost m.d.	kN/m	960	940

·· ·· • · · ·

- 17 Tabulka 6= Vlastnosti - jejich vymezení

	Vlastnost papíru	Jednotka	Norma
1 .	Měrná hmotnosit	g/m³	ISO 536
_ . _2......	. „Obsah, v l hkost i . _____	...........%..............;	ISO 287
3.	Tlak v roztržení	kPa	ISO 2758
4.	Faktor roztržení tlak v roztr. x ÍOO < = „ , „ >	kPa	ISO 2758
1O.	S . C . T .	kN/m	DIN 54518
11,	R.C.T.	kN/ m	DIN 53134
12.	C.M.T. - 30	N	ISO 7263
13.	Póroví tost (podle Bendtsena)	ml/min	ISO 5636/3
8.	Tuhost	kN/m	ISO 1924/2
5.	Mez pevnosti v tahu	kN/m	ISO 1924/2
9.	Mez pevnosti v roztržení	mN	ISO 1974
14.	Spojení vrstev (Skottovo spojeni)	J/m²	Tappi UM 403
7.	Protažení	<*/	ISO 1924/2
6.	Tržná délka	km	ISO 1924/2

Poznámka^: vymezení podle 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, a 12 může být provedeno ve směru vláken papíru = směru stroje (m. d. - s. s.), * » podé 1 ném směru ( I „ d. - P. s. ) nebo v př í čném směru (t. d. - p. s. ) .

Příklad 6 - Realizace skutečného průběhu výroby

Byl znovu proveden příklad 5, dodána byla moučná řídká kaše s kyselinou citrónovou. Výsledky jsou porovnatelné s výsledky testu

5.

• · · · ··· · • « « · « ·

N A R O K Y

Claims

PATENTOVÉ

1. Papír nebo lehká lepenka obsahující složky mouky ve vlákninové matrici papíru.
2. Papír nebo lehká lepenka podle nároku 1 obsahující ve v 1 ákn i.no.vé....ma.tr i c i. papíru. .0.,..1 8 .hmotnost i škrob . a 0,3 - 2,4 % hmotnosti protein, propočteno pro hmotnost suché substance.
3. Papír nebo lehká lepenka podle nároku 1 nebo 2 obsahující ve Vlákninové matrici papíru 2 - 5 % hmotnosti škrob a O, 2 - 1 % hmotnost i prote i n.
4. Papír nebo lehká lepenka podle některého z předešle uvedených nároků, kterých složky pocházejí ze zemědělských výrobků, např. z luštěnin a zrn jako hrachová hrubá mouka a pšeničná mouka.
5. Způsob výroby papíru a lehké lepenky vyznačující se tím, že mouka je podrobena alespoň úpravě známé v papírenském průmyslu pro zpracování přírodního škrobu, tyto zpracované složky mouky jsou následně společně dodány do vlákninové matrice papíru v průběhu jedné operace.
6, Způsob podle nároku 5 vyznačující se tím, že mouka je podrobena zpracování chemickým nebo enzymatickým činidlem odbourávajícím škrobové řetězce a následně je dodána do vlákninové matrice papíru použitím škrobového lisu.
7. Způsob podle nároku 6 vyznačující se tím, že proteinová frakce mouky se stává rozpustná ve vodě.
8. Způsob výroby papíru vyznačující se tím, že rostlinný materiál s vysokým obsahem proteinu a škrobu, nejlépe pak zrno, je zcela zpracován, dochází k rozložení rostlinného materiálu do (a) frakce látkově obsahující celulosu a (b) frakce látkově obsahující protein a škrob, plnicí frakce (a) pro běžnou vlákninovou hmotu a plnicí frakce (b) podle některého z nároků 5-7 přidávané společně s přísadami vyztužujícími vlákno během j edné Operace.
9. Použití neoddělených složek mouky ve vlákninové matrici papíru nebo lehké lepenky zabezpečující vylepšení pevnostních vlastností, tuhostních nebo regulaci propustnost i, vlastnost í , vlastností povrchu a pružnosti papíru.

1O. Použití neoddělených složek mouky jako lepidla pro zpevnění vlnitosti Vlnité lepenky.