DE19620952C2 - Verfahren zur Weißgradsteigerung im Deinkingprozeß - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues biologisches Verfahren zur Weiß­ gradsteigerung im Deinkingprozeß.

Verfahren zur Wiederaufbereitung von Altpapier unter besonderer Berücksichtigung von Druckschrifterzeugnissen (Deinkingprozeß) sind in großer Anzahl beschrieben, jedoch insbesondere für schwierig zu recyclisierende Druckerzeugnisse weiterhin nicht vollständig befriedigend.

Von der Wegwerfgesellschaft der 60iger Jahre an hat sich in unserem Umweltbewußtsein ein Trend hin zum weitestgehenden Wiederverwerten vollzogen. Für den Papierverbrauch, der in den letzten Jahren sehr stark angestiegen ist, bedeutet dies, daß der Rohstoff Altpapier nicht mehr nur zur Herstellung von Verpackungsmaterialien oder Hygieneprodukten eingesetzt wird, sondern auch bei hochwertigen Papiersorten immer mehr auch die Recyclisierung zu hochwertigen Papiersorten an Bedeutung gewinnt. Durch die verstärkte Rückführung der Sekundärfasern in den Papierkreislauf kann ein Teil des Zellstoffs eingespart werden, wodurch nicht nur der Verbrauch von Holz eingeschränkt, sondern auch die mit der Herstellung von Zellstoff verbundene Umweltbelastung reduziert wird.

Der Einsatz von Sekundärfasern bei hochwertigen Papieren setzt eine möglichst vollständige Entfernung von Verunreinigungen, die unter anderem als Hilfsstoffe bei der Papierherstellung sowie als Druckfarbenbeschichtungsmittel mit dem Altpapier in das System eingetragen werden, voraus. Um einen Faserbrei mit hohem Weißgrad zu erhalten, müssen die Druckpartikel von der Faser gelöst und abgetrennt werden. Bleich- und Entfärbungsverfahren unterstützen dabei die Verbesserung des Weißgrades. Bei herkömmlichen Druckschriften, d. h. bei Zeitungen und Magazinen, die im Hoch-, Tief- oder Flachdruck bedruckt werden, hat sich eine Defibrilierung im Alkalischen bewährt. Bei dem Auflöseprozeß wird die Trennung von Faser- und Farbfilm durch mechanische Kräfte unterstützt. Die Alkalizugabe bewirkt dabei neben einer teilweisen Verseifung der Bindemittel die Quellung der Faser und damit das Absprengen der Druckfarben.

Die Entfernung der Druckfarben aus dem Faserbrei erfolgt bei den Recyclingverfahren in einem zweiten Schritt, wobei grundsätzlich zwischen zwei Verfahren unterschieden wird:
Waschverfahren bzw. Flotationsverfahren.

In Europa findet man fast ausschließlich das Flotationsverfahren, während in den USA und Canada das Waschverfahren überwiegt, jedoch auch dort ein Trend in Richtung der Flotation geht.

Die Zugabe der Chemikalien erfolgt bei beiden Verfahren in der Ablösestufe, ober­ flächenaktive Substanzen erleichtern aufgrund ihrer guten Benetzung die Abtrennung der Farb- und Pigmentartikel von der Faser.

Beim Waschdeinken wird zusätzlich noch ein Dispergiermittel zudosiert, um die erneute Agglomeration der abgelösten Teilchen zu verhindern. Die Schmelzteilchen bleiben so feinstverteilt und behalten ihren hydrophilen Charakter, so daß sie aus dem Faserbrei ausgewaschen werden können. Für ein optimales Waschergebnis sollte die Teilchengröße unter 15 µm liegen, da größere Partikel von der Fasermatte zurückgehalten werden. Mit den Schmutzteilchen werden auch Füll- und Feinststoffe ausgewaschen, so daß im Vergleich zum Flotationsdeinken die Gesamtausbeute an Fasermaterial niedriger ist und solche Stoffe für den erneuten Einsatz im Papier wieder zugefügt werden müssen. Das Flotationsverfahren arbeitet mit einem wesentlich geringeren Wasserverbrauch. Als Sammler für die Druckfarbenpartikel wirken Fettsäuren, die zusammen mit den im Wasser vorhandenen Calciumionen hydrophobierende Seifen bilden. Dies bewirkt, daß bei Durchblasen von Luft sich die Schmutzagglomerate an die Luftblasen anlagern und an die Oberfläche schwimmen, wo sie als schwarzer Schaum aus dem System abgetrennt werden. Schon beim Aufschluß der Fasern wird ein Bleichmittel, in der Regel eine Per­ oxidverbindung zugesetzt, um die Vergilbung der Fasern zu verhindern. Damit die Peroxidverbindungen ihre volle Wirksamkeit entfalten können, müssen Schwermetalle, die den Zerfall der Peroxide in bleichunwirksame Spaltprodukte katalysieren, komplexiert werden. Wasserglas, das aufgrund seiner komplexierenden und dispergierenden Wirkung für den Auflöseprozeß selbst gut geeignet ist, ist eines der bevorzugten Komplexierungsmittel. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch organische Komplexbildner, insbesondere Polyaminhydroxycarbonsäuren wie EDTA und DTPA, Polyacrylsäuren, multifunktionale Carbonsäuren wie Maleinsäure, Fumarsäure, Citronensäure, Gluconsäure oder ähnliches zugesetzt werden.

Als Fettsäuren werden bei der Flotation vorzugsweise höhere Fettsäuren wie z. B. Stearin- oder Ölsäure verwendet, wobei zusätzlich Polyglykolether von Fettalkoholen als flotationsfördernde Mittel zugesetzt werden können (vgl. DE-AS 15 17 172).

Aus der WO 91/14819 A1 ist es bekannt, zur Weißgradsteigerung und Stabilisierung aus dem Bakterium Humicola insolens stammende und unter dem Handelsnamen Novozym 342 erhältliche alkalische Enzym Cellulase, welches auch aus Bacillus, - oder Pseudeomonas Arten stammen kann, der Pulpe hinzuzufügen.

Die mit den Aufschlußchemikalien und mit dem Enzym versetzte Pulpe wird dann vor der Flotation 30 bis 120 Minuten bei Temperaturen von 40°C inkubiert. Durch die gleichzeitige enzymatische Einwirkung wird eine Weißgradsteigerung gegenüber einer chemischen Behandlung von 2 bis 3 ISO Punkten erreicht.

In Tappi Journal, Mai, 1989, Seiten 217 bis 221 ist die Wirkung von 9 verschiedenen Pilzstämmen Holzstoff oder Pulpe zu bleichen, beschrieben. Eine kombinierte biologische und chemische Behandlung ergibt hierbei eine 86%ige Verbesserung der ISO Werte, was ein Maß für die Weißgradsteigerung darstellt.

Durch diese Kombination ist es möglich auf den Einsatz von Chlorbleiche weitgehend zu verzichten.

Die Effektivität des Flotationsstufe soll weiter erhöht werden.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß sich diese bekannten Flota­ tionsverfahren verbessern lassen, wenn in der Auflösestufe dem Papierbrei noch eine Bakteriensuspension zugefügt wird. Als Bakterien kommen solche der Familien Bacillaceae und Pseudomonaceae in Frage.

Die Zellzahl sollte dabei bei 10⁷ bis 10¹⁰ Zellen/g Pulpenstoff liegen und die Bakterien eine Zeit von 30 bis 120 Minuten haben, um zu wirken.

Es ist erstaunlich, daß der Zusatz von Mikroorganismen beim Deinkingprozeß Vorteile hat und insbesondere den Weißgrad des gereinigten Papiers erhöht, nachdem bisher lediglich bekannt ist, daß man Schimmel oder Fäulnis verursachende, unerwünschte Mikroorganismen beim Deinken bekämpfen bzw. von vornherein fernhalten soll (W. Salzburger et al.: "Ein neues Konzept zur Optimierung des Chemikalieneinsatzes im Deinkingprozeß.", Wochenblatt für die Papierproduktion (1996)).

Die Entfernung der Druckfarben erfolgt erfindungsgemäß in einem üblichen Flota­ tionsverfahren mit alkalischem Aufschluß und üblichen sonstigen Hilfsstoffen und üblichen Bedingungen.

Alternativ unterscheidet man das Neutraldeinking, das nicht unter alkalischen Bedingungen durchgeführt wird. Im Vergleich zur konventionellen Altpapierauflösung unter alkalischen Bedingungen wird üblicherweise als einzige Chemikalie ethoxylierter Fettalkohol als Schäumer eingesetzt. Gegenüber dem alkalischen Deinking ergeben sich allerdings einige Nachteile. So bleibt der Druckfarbenaustrag deutlich hinter dem des alkalischen Auflösens zurück, bei gleichzeitig höherem Faser- und Füllstoffverlust.

In den folgenden Beispielen wird die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber einer Kontrolle, die verfahrensmäßig bis auf den Zusatz der Bakteriensuspension identisch verläuft, belegt.

Beispiel

In einem Laborversuch wurden 50% Zeitungspapier und 50% Illustriertenpapier in einem Aktenvernichter zerkleinert und das Papier danach in einem Laborpulper zusammen mit einer Deinkinglösung aus:

Peroxid (100%)	0,6%
Wasserglas	2,2%
Natronlauge (100%)	1,1%
Fettsäuregemisch	0,4%
Stadtwasser 27 dH	95,7%

bei pH-Wert 9,8 2800 Umdrehungen 10 Minuten aufgeschlagen.

Die Papierkonzentration betrug 10 Gew.-% der Gesamtmischung.

Danach wird eine in einer Standardnährlösung gezüchtete Bakterienkultur von Bacillaceae und Pseudomonadaceae zugefügt, wobei die Nährstoffe vorher durch Zentrifugation abgetrennt und die Bakterien in Leitungswasser aufgeschlämmt werden. Die Zugabe erfolgt in einer Menge von 10⁸ Zellen/g Papier.

Anschließend wird die Mischung 90 Minuten bei 50°C belassen und danach in einer Laborflotationsanlage 10 Minuten flotiert. Nach Abtrennen des Flotationsschaums wurden in bekannter Weise Blätter gebildet, getrocknet und der Weißgrad bestimmt. Die Weißgradbestimmung erfolgte aufgrund der Standardmethode R457 bzw. durch Messung des Y/C-Verhältnisses.

Wie die beiden folgenden Tabellen zeigen, findet eine Weißgradsteigerung von 1 bis 3 Punkten nach der Flotation statt, wenn der Suspension Bakterien zugefügt werden, obwohl im Falle von Bacillus suptilis durch Bakterienzugabe sogar eine Farbvertiefung der Ausgangssuspension erfolgt.

Claims (1)

1. Biologisches Verfahren zur Weißgradsteigerung im Deinkingprozeß nach dem Flotationsverfahren, bei dem die Altpapiere alkalisch aufgeschlossen und mit Peroxid in Gegenwart eines Komplexbildners gebleicht werden und die Schmutzteilchen mit Fettsäuren als Sammler/Schäumer ausgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Deinkingmedium eine Bakteriensuspension in einer Menge von 10⁷ bis 10¹⁰ Zellen/g Altpapier zugefügt wird und die Pulpe vor der Flotation 30 bis 120 Minuten bei Temperaturen von 30 bis 60° inkubiert wird, wobei Bakterien aus den Familien Bacillaceae und Pseudomonaceae verwendet werden.