DE69710046T2 - Verfahren zur erhöhung der negativen ladung eines lignocellulosematerials und ein modifiziertes lignocellulosematerial mit erhöhter ladungsdichte - Google Patents

Verfahren zur erhöhung der negativen ladung eines lignocellulosematerials und ein modifiziertes lignocellulosematerial mit erhöhter ladungsdichte

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DE69710046T2
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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Modifizierung eines ligninhaltigen Zellstoffs, insbesondere in Faserform (z. B. Pflanzenfasern, die von Holz, Flachs, Hanf, Jute, Bagasse und dergleichen stammen), unter Erhöhung des Bindungsvermögens hiervon bezüglich der Bindung ionisch geladener Verstärkungsmittel und dadurch Möglichkeit der Herstellung von Produkten auf Lignocellulose-Basis (wie Papier, Karton, Vollpappe, Liner, Wellpappe, ungebleichte Pappe und gleichartige Produkte, die in der vorliegenden Beschreibung manchmal einfach als "Papierprodukte" bezeichnet werden) von verbesserter Festigkeit.
  • HINTERGRUND UND KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Produkte auf Lignocellulose-Basis, die aus ligninhaltigen Ausgangs-Zellstoffen hergestellt werden, einschließlich von Produkten, die ausgehend von Pflanzenfasern (z. B. Holzfaser) hergestellt werden, die durch mechanische (z. B. thermomechanische) Aufschlußverfahren, mechanische/chemische Aufschlußverfahren (wobei letztere oft als "halbchemische" Verfahren bezeichnet werden) oder chemische Aufschlußverfahren (wie Kraft-, Sulfit- oder Soda-Verfahren) hergestellt werden, sind unverzichtbare Alltagsmaterialien. Einige der gebräuchlichsten Typen solcher Produkte umfassen Papier zum Schreiben oder Drucken, Pappe und Wellpappe sowie Tissue- und Vliesprodukte.
  • Praktisch alle Qualitäten von Papier, Pappe und dergleichen werden aus einer wäßrigen Pulpeaufschlämmung hergestellt. Typischerweise wird die Pulpe in Wasser suspendiert, mit verschiedenen Hilfsstoffen vermischt und anschließend einer Apparatur zugeführt, in der das Papier, die Pappe etc. geformt, gepreßt und getrocknet werden. Ohne Rücksicht darauf, ob mechanisch hergestellte Pulpe (hier als "mechanische Pulpe" bezeichnet), halbchemisch hergestellte Pulpe (hier als "halbchemische Pulpe" bezeichnet), ungebleichte chemische Pulpe oder Pulpe, die aus recycelten Fasern (d. h. aus recyceltem Papier, Lumpen und dergleichen hergestellte Pulpe) hergestellt wird, eingesetzt wird, ist oft der Zusatz verschiedener Verstärkungsmittel zu der Pulpe notwendig, um ein Endprodukt mit angemessenen Festigkeitseigenschaft zu erhalten. Im Falle von Papier und Pappe zur Verwendung beim Verpacken und dergleichen sind die Zug- und Reißfestigkeit unter trockenen und nassen Bedingungen von primärer Bedeutung, ferner ist insbesondere im Falle von bestimmten Qualitäten von Pappe (z. B. sog. ungebleichte Pappe zur Herstellung von Wellpappeschachteln als Verpackung, zum Transport und dergleichen) die Kompressionsfestigkeit des Materials ebenfalls oft ein bedeutender Faktor.
  • Auf dem Gebiet der auf Lignocellulose basierenden Produkte wurde in den letzten Jahren beträchtliche Anstrengungen hinsichtlich Entwicklung und Anwendung von verstärkenden/bindenden Mitteln oder Systemen, die bezüglich Umwelt und Toxizität eher akzeptabel sind als diejenigen, die "traditionell" verwendet werden, unternommen. Die relevante Patentliteratur umfaßt in dieser Hinsicht folgendes:
  • Die EP 0 433 258 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von mechanischer Pulpe aus einem faserigen Produkt unter Anwendung einer chemischen und/oder enzymatischen Behandlung, wobei ein "Bindemittel" mit dem Lignin in dem faserigen Produkt unter Bildung von Radikalen auf dem Ligninteil des Faserprodukts verknüpft wird. Dieses Dokument erwähnt "Hydrocarbonate", wie kationische Stärke, und/oder Proteine als Beispiele für geeignete Bindemittel. Als Beispiele für geeignete Enzyme werden Laccase, Ligninperoxidase und Manganperoxidase erwähnt, und als Beispiele für geeignete chemische Mittel werden Wasserstoffperoxid mit Ferroionen, Chlordioxid, Ozon und Gemische hiervon erwähnt.
  • Die EP 0 565 109 A1 offenbart ein Verfahren zum Erreichen einer Bindung von mechanisch hergestellten Holzfragmenten über eine Aktivierung des Lignins in der Mittellamelle der Holzzellen durch Inkubation mit Phenol-oxidierenden Enzymen. Die Verwendung eines separaten Bindemittels wird somit durch dieses Verfahren vermieden.
  • Die WO 92/20857 beschreibt u. a. ein Verfahren zur Entfernung von Lignin aus Lignocellulose-haltigem Material. Das Verfahren verwendet Laccaseenzyme sowie nicht aromatische Redoxmittel sowie phenolische und/oder nicht phenolische aromatische Redoxverbindungen.
  • Die WO 88/03190 offenbart ein Verfahren zur Umwandlung und/oder Extraktion von Lignin oder seinen Zersetzungsprodukten aus ligninhaltigen Zellstoffen. Zu diesem Zweck wird das Redoxpotential durch Zugabe von Oxidations- und/oder Reduktionsmitteln und/oder Salzen und/oder phenolischen Verbindungen zu einer sauren wäßrigen Lösung der ligninhaltigen Rohmaterialien kontrolliert. Anschließend wird die Reaktion durch Zugabe von Enzymen, Mikroorganismen, tierischen oder pflanzlichen Zellen gestartet.
  • Die WO 95/07604 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Faserplatte, umfassend die Behandlung des ligninhaltigen Holzmaterials mit einem Phenoloxidierenden Enzymsystem, Formen der Faseraufschlämmung zu einer Matte und Pressen der geformten Matte zu einer Faserplatte unter Anwendung von Wärme und Druck.
  • Die US 4 432 921 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels für Holzprodukte aus einer phenolischen Verbindung mit phenolischen Gruppen, und das betreffende Verfahren umfaßt die Behandlung der Phenol-Verbindung mit Enzymen unter Aktivierung und oxidativer Polymerisation der Phneol- Verbindung und dadurch ihre Umwandlung in das Bindemittel. Die einzigen phenolischen Verbindungen, die in diesem Dokument speziell erwähnt werden oder in den hier angegebenen Arbeitsbeispielen eingesetzt werden, sind Ligninsulfonate, und ein Hauptziel der in der US 4 432 921 beschriebenen Erfindung ist die wirtschaftliche Nutzung der sogenannten "Sulfitablauge", die ein flüssiges Abfallprodukt ist, das durch den Betrieb des Sulfitverfahrens zur Herstellung von chemischer Pulpe in großen Mengen produziert wird und Ligninsulfonate enthält.
  • Was die Verwendung von Ligninsulfonaten - insbesondere in Form von Sulfitablauge - als phenolische Polymere in Systemen oder bei Verfahren zur Verstärkung/Bindung von Holzprodukten betrifft, sind die folgenden Anmerkungen angemessen:
  • (i) Ligninsulfonate, die in handelsüblichen Mengen erhältlich sind, sind in der Regel sehr unrein und von sehr schwankender Qualität [s. J.L. Philippou, Journal of Wood Chemistry and Technology 1 (2) (1981), 199-227)];
  • (ii) die sehr dunkle Farbe der Sulfitablauge macht sie als Quelle für Ligninsulfonate zur Herstellung z. B. von Papierprodukten (wie Packpapier, Liner oder ungebleichte Pappe für Pappschachteln und dergleichen) mit annehmbaren Farbeigenschaften ungeeignet.
  • In den letzten Jahren wurde in der Papierindustrie zunehmend Gebrauch gemacht von modifizierten, auf Polysaccharid basierenden Substanzen, wie kationische Stärken (durch Einbau von kationischen Funktionalitäten, normalerweise quaternären Ammoniumgruppen, modifizierte Stärken). Kationische Stärken des quaternären Ammoniumtyps werden in der Industrie als sogenannte "Naß-Endadditive" zur Verbesserung u. a. der Festigkeit und Entwässerung und als Bindemittel in Beschichtungen breit eingesetzt. Weitere Typen von im Handel erhältlichen kationischen Mitteln zur Verwendung als Verstärkungsmittel umfassen kationische Derivate von Guar-Gummi [ein Poly(galactomannan)-Gummi].
  • Zur weiteren Information bezüglich dieser sowie anderer kationischer und anionischer polymerer Verstärkungsmittel ("Festigkeitsadditive") kann auf eine Übersicht von D.C. Smith in TAPPI PROCEEDINGS (1992 Papermakers Conference) S. 393-404 verwiesen werden.
  • Aufgrund ihrer ionischen Ladung vermögen solche Substanzen relativ fest, vermutlich praktisch über elektrostatische Wechselwirkung mit entgegengesetzt geladenen Funktionalitäten [wie deprotonierte Carboxylgruppen von Uronsäure(z. B. Glucuronsäure)-Gruppierungen oder Sulfonatgruppen, die der chemischen Modifizierung von Lignin entstammen], die in ligninhaltiger Zellstoff-Faserpulpe in/an den Fasern vorhanden sind, zu binden. Allerdings wird diese so erzielbare Zunahme der Festigkeit u. a. durch die "Dichte" der geeignet geladenen Gruppen auf der Oberfläche der Fasern bestimmt.
  • Die Erfinder haben nun überraschenderweise gefunden, daß die Möglichkeit besteht, mittels eines einfachen Verfahrens unter Einsatz eines Enzyms, das die Oxidation von phenolischen Gruppen katalysiert (wie eine unter EC 1.10.3 klassifizierte Oxidase), in Gegenwart eines geeigneten Oxidationsmittels eine Phenolcarbonsäure oder ein Salz oder einen Ester hiervon an einen ligninhaltigen Zellstoff (wie Holzfaser oder andere Pflanzenfasern) zu binden, das in der gebundenen Form der Phenolcarbonsäure oder eines Salzes oder Esters hiervon negativ geladen ist oder unter geeigneten Bedingungen negativ geladen wird.
  • Die betreffenden Phenolcarbonsäuren oder Salze oder Ester hiervon sind vorzugsweise Substanzen von relativ niedrigem Molekulargewicht; somit sind in der Regel nicht polymere Phenolcarbonsäuren bevorzugt (s. unten). Phenolische Polysaccharide (d. h. Polysaccharide, die mit Substituenten substituiert sind, die eine phenolische Hydroxygruppe enthalten) liegen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht im Umfang der phenolischen Substanzen. Somit liegen beispielsweise die im Zusammenhang mit der Erfindung eingesetzten phenolischen Polysaccharide, die in der internationalen Anmeldung Nr. PCT/DK95/ 00318 des Anmelders offenbart sind, nicht im Umfang der erfindungsgemäß eingesetzten Phenolcarbonsäuren oder Salze oder Ester hiervon.
  • Auf Grund der resultierenden erhöhten oberflächlichen Ladungsdichte kann ein besseres Binden (wie vorstehend erwähnt) eines geeigneten ionisch geladenen Verstärkungsmittels an den ligninhaltigen Zellstoff erreicht werden. Unter Verwendung des resultierenden Produkts als Ausgangsmaterial kann die Herstellung von Produkten, z. B. von Papierprodukten von größerer Festigkeit als entsprechende Produkte, die aus ligninhaltigem Zellstoff mit einem geringeren Gehalt an Verstärkungsmitteln hergestellt werden, erreicht werden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Herstellung eines ligninhaltigen Zellstoffs bereit, das unter Bindung daran einer Phenolcarbonsäure oder eines Salzes oder Esters hiervon modifiziert wird, das in der Form der gebundenen Phenolcarbonsäure oder des Salzes oder Esters hiervon negativ geladen ist oder unter geeigneten Bedingungen (z. B. Bedingungen, die sich bei der Protonierung oder Deprotonierung des betreffenden Substituenten ergeben) negativ geladen wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein ligninhaltiger Zellstoff und die betreffende Phenolcarbonsäure oder das betreffende Salz oder der betreffende Ester hiervon jeweils einer Oxidationsreaktion unterzogen, die in Gegenwart eines geeigneten Oxidationsmittels und eines Enzyms durchgeführt wird, das die Oxidation phenolischer Gruppen durch das Oxidationsmittel zu katalysieren vermag. Die Oxidationsprodukte des ligninhaltigen Zellstoffs und der Phenolcarbonsäure oder des Salzes oder des Esters hiervon (die wie nachstehend beschrieben als radikalische Spezies angenommen werden) werden anschließend miteinander unter Bildung des betreffenden modifizierten ligninhaltigen Zellstoffs reagieren gelassen.
  • Von den Enzymen des Typs (der Typen), die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, d. h. Enzyme, die zur Katalyse der Oxidation phenolischer Gruppen in der Lage sind, wird angenommen, daß sie in Gegenwart eines geeigneten Oxidationsmittels die Bildung von Radikalen in den aromatischen Gruppierungen der phenolischen Substituenten (wie beispielsweise einerseits die phenolischen Funktionalitäten in den Phenolcarbonsäuren, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, und andererseits die phenolischen Funktionalitäten im Ligninteil eines ligninhaltigen Zellstoffsubstrats) bewirken. Ungeachtet ihrer genauen Natur kann die betreffende Reaktion richtigerweise als "Aktivierung" bezeichnet werden.
  • Unter Bezugnahme auf das Obige, ist die Reihenfolge des Mischens/Zusammenbringens der vier Komponenten, d. h. des ligninhaltigen Zellstoffs, der Phenolcarbonsäure, des Enzyms und des Oxidationsmittels, nicht kritisch, solange der Aufbau des Verfahrens gewährleistet, daß der "aktivierte" ligninhaltige Zellstoff und die "aktivierte" Phenolcarbonsäure so zusammengebracht werden, daß mit ihnen die Reaktion in der gewünschten Weise möglich ist. Es ist somit möglich, das erfindungsgemäße Verfahren in einem oder mehreren Schritten oder Stufen, beispielsweise wie folgt, durchzuführen:
  • (i) Der ligninhaltige Zellstoff bzw. die Phenolcarbonsäure (d. h. getrennt) können mit dem Enzym und dem Oxidationsmittel gemischt (oder anderweitig damit in Kontakt gebracht werden) und reagieren gelassen (d. h. "aktiviert" werden) werden, wonach die entsprechenden "aktivierten" Produkte zusammengebracht und miteinander reagieren gelassen werden;
  • (ii) der ligninhaltige Zellstoff kann mit dem Enzym und dem Oxidationsmittel gemischt (oder anderweitig damit zusammengebracht) werden, bevor es mit der Phenolcarbonsäure gemischt wird, d. h. die "Aktivierung" des ligninhaltigen Zellstoffs wird begonnen (oder möglicherweise abgeschlossen), bevor die "Aktivierung" der Phenolcarbonsäure begonnen wird;
  • (iii) die Phenolcarbonsäure kann mit dem Enzym und dem Oxidationsmittel vor dem Mischen mit dem ligninhaltigen Zellstoff gemischt (oder anderweitig damit kontaktiert) werden, d. h. die "Aktivierung" der Phenolcarbonsäure wird begonnen (oder möglicherweise abgeschlossen), bevor die "Aktivierung" des ligninhaltigen Zellstoffs begonnen wird;
  • (iv) der ligninhaltige Zellstoff, die Phenolcarbonsäure, das Enzym und das Oxidationsmittel können praktisch gleichzeitig miteinander gemischt (oder anderweitig miteinander in Kontakt gebracht) werden, d. h. die "Aktivierung" des ligninhaltigen Zellstoffs und der Phenolcarbonsäure wird praktisch gleichzeitig begonnen.
  • Zur Erläuterung verwendet ein Arbeitsbeispiel hier (s. unten) ein Verfahren wie in (ii) vorstehend.
  • Das Reaktionsmedium
  • In der Regel ist ein Reaktionsmedium, in dem ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein Schritt oder eine Stufe hiervon), wie vorstehend offenbart, durchgeführt wird, überwiegend ein wäßriges Medium. Wo angemessen, kann das Medium - zusätzlich zu den oben erwähnten Komponenten - beispielsweise ein pH- Einstellmittel (Säure, Base und/oder Puffermittel) oder ein oder mehrere wassermischbare organische Lösungsmittel (z. B. zur Unterstützung der Solubilisierung der betreffenden Phenolcarbonsäure) und/oder andere geeignete Hilfsstoffe enthalten.
  • Ligninhaltiger Zellstoff
  • Der Begriff "ligninhaltiger Zellstoff", wie hier verwendet, soll natürlich vorkommende, synthetische und halbsynthetische Materialien umfassen, mit (i) einem cellulosischen oder hemicellulosischen Teil und (ii) einem Lignin- oder ligninartigen Teil. Somit wird im Zusammenhang der Erfindung ein cellulosisches Material, wie Baumwolle (die selbst wenig oder kein Lignin enthält), das unter Einbau einer ligninartigen (z. B. phenolischen) Komponente chemisch modifiziert worden ist, als ligninhaltiger Zellstoff verstanden.
  • Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte ligninhaltige Ausgang- Zellstoff kann in Abhängigkeit von dem Typ von herzustellendem Produkt in jeder geeigneten Form vorkommen, z. B. in Form von Pflanzenfaserpulpe (die Fasern aus Holz, Flachs, Hanf, Bagasse, Jute oder dergleichen enthält). Faserpulpe, die zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, kann durch eine Vielzahl von herkömmlichen Aufschlußverfahren hergestellt werden, wie mechanische (z. B. thermomechanische) Aufschlußverfahren, mechanische/chemische Aufschlußverfahren (wobei letztere oft als "halbchemische" Verfahren bezeichnet werden) oder chemische Aufschlußverfahren (wie Kraft-, Sulfit- oder Soda-Verfahren). Pulpe, die durch ein chemisches Aufschlußverfahren hergestellt wird, kann gebleicht oder ungebleicht sein.
  • Es ist normalerweise angemessen, den betreffenden ligninhaltigen Zellstoff in einer Menge, entsprechend einem Gewichtsprozentsatz des trockenen ligninhaltigen Zellstoffs [Trockensubstanz (DS)], im Bereich von 0,01-90%, wie 0,1-40% Gew./Gew., in dem Medium einzusetzen.
  • Phenolcarbonsäuren
  • In dem vorliegenden Zusammenhang umfassen Phenolcarbonsäuren Phenolcarbonsäuren und Derivate hiervon, wobei die Carboxylgruppe verestert ist (z. B. mit einer Niedrigalkylgruppe) oder in der Salzform (-COO&supmin;) vorliegt. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es oft angemessen, eine relativ wasserlösliche Salzform [wie das Natriumsalz oder ein weiteres Alkalimetallsalz (beispielsweise in situ durch Auflösen der Säure in einer wäßrigen Lösung der entsprechenden Base, z. B. NaOH, hergestellt)] einzusetzen.
  • Abgesehen davon, daß eine oder mehrere Hydroxysubstituenten in einem aromatischen Ring vorhanden sind, kann eine phenolische Substanz, die im Zusammenhang der Erfindung eingesetzt wird, gegebenenfalls weiterhin an dem gleichen aromatischen Ring mit einem oder mehreren anderen Substituenten, z. B. mit einem oder mehreren Niedrigalkoxygruppen (wie Methoxy, Ethoxy, 1-Propoxy oder 2-Propoxy) und/oder einer oder mehreren Niedrigalkylgruppen (wie Methyl, Ethyl, 1-Propyl oder 2-Propyl) substituiert sein.
  • Beispiele für relevante Phenolcarbonsäuren umfassen Phenolderivate von Benzoesäure, z. B. 2-, 3-, oder 4-Hydroxybenzoesäure (insbesondere 4-Hydroxybenzoesäure), Vanillinsäure (d. h. 4-Hydroxy-3-methoxybenzoesäure) und Syringinsäure (d. h. 4-Hydroxy-3,5-dimethoxybenzoesäure).
  • Weitere Beispiele für geeignete Phenolcarbonsäuren umfassen Phenolderivate von Zimtsäure, wie die Coumarinsäuren (insbesondere p-Coumarinsäure, d. h. 4-Hydroxyzimtsäure), Kaffeesäure (3,4-Dihydroxyzimtsäure), Sinapinsäure (3,5-Dimethoxy-4-hydroxyzimtsäure; auch als Sinapinsäure bekannt) und Ferulasäure (4-Hydroxy-3-methoxyzimtsäure).
  • Im Falle von Zimtsäurederivaten wie derjenigen, die vorstehend besonders erwähnt wurden (die alle im Handel erhältlich sind), ist es offenbar nicht eindeutig klar, ob sie eine oder beide der zwei möglichen geometrischen isomeren Formen (cis bzw. trans) umfassen; es ist anscheinend allerdings wahrscheinlich, daß die trans-Form in der Regel überwiegt.
  • Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Menge an Phenolcarbonsäure liegt in der Regel im Bereich von 0,01-20 Gew.-% (% Gew./Gew.), typischerweise im Bereich von 0,01-10% Gew./Gew., bezogen auf das Gewicht des ligninhaltigen Zellstoffs (berechnet als ligninhaltiger Trocken-Zellstoff), und Mengen im Bereich von etwa 0,02-6% Gew./Gew. (berechnet auf diese Weise) sind oft sehr geeignet.
  • Enzyme
  • Enzymklassifizierungsnummern (EC-Nummern), auf die in der vorliegenden Beschreibung mit den Ansprüchen Bezug genommen wird, stehen im Einklang mit den Recommendations (1992) of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology, Academic Press Inc., 1992.
  • Im Prinzip kann jeder beliebige Typ von Enzym, der zur Katalyse der Oxidation phenolischer Gruppen in der Lage ist, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Bevorzugte Enzyme sind allerdings Oxidasen, insbesondere Oxidasen, die unter EC 1.10.3 klassifiziert sind [z. B. Laccasen (EC 1.10.3.2.)] und Peroxidasen (EC 1.11.1.7), insbesondere Peroxidasen, die unter EC 1.11.1.7 klassifiziert sind. In einigen Fällen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Einsatz von zwei oder mehreren verschiedenen Enzymen zweckmäßig sein.
  • Oxidasen: Wie vorstehend erwähnt, sind im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugte Oxidasen Oxidasen, die unter EC 1.10.3 klassifiziert sind, das Oxidasen sind, die zur Katalyse der Oxidation phenolischer Gruppen in der Lage sind. Oxidasen sind Enzyme, die molekularen Sauerstoff als Acceptor einsetzen (d. h. Enzyme, die Oxidationsreaktionen katalysieren, wobei molekularer Sauerstoff als Oxidationsmittel wirkt).
  • Wie ebenfalls vorstehend angegeben, sind Laccasen (EC 1.10.3.2) im Zusammenhang mit der Erfindung sehr geeignete Oxidasen. Beispiele für andere im Zusammenhang mit der Erfindung potentiell geeignete Phenol-oxidierende Oxidasen umfassen die Catecholoxidasen (EC 1.10.3.1).
  • Laccasen sind aus einer Vielzahl mikrobieller Quellen erhältlich, nämlich Bakterien und Pilze (einschließlich von Schlauchpilzen und Hefen), und geeignete Beispiele für Laccasen werden unter denjenigen gefunden, die aus Pilzen erhältlich sind, einschließlich von Laccasen, die aus den Stämmen von Aspergillus, Neurospora (z. B. N. Crassa), Pdospora, Botrytis, Collybia, Fomes, Lentinus, Pleurotus, Trametes [wovon einige Spezies/Stämme unter verschiedenen Namen bekannt und/oder bisher innerhalb anderer Gattungen klassifiziert worden sind, z. B. Trametes villosa = T. pinsitus = Polyporus pinsitis (auch als P. pinsitis oder P. villosus bekannt) = Coriolus pinsitus], Polyporus, Rhizoctonia (z. B. Solani), Coprinus (z. B. C. plicatilis), Psatyrella, Myceliophthora (z. B. M. thermophila), Schytalidium, Phlebia (z. B. P. radita; s. WO 92/01046), oder Coriolus (z. B. C. hirsutus; s. JP 2-238885) erhältlich sind.
  • Im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugte Laccasen umfassen Laccasen, die aus Trametes villosa erhältlich sind, und Laccasen, die aus Myceliophthora thermophila erhältlich sind.
  • Für die Trametes villosa-Laccase sollte die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Laccase-Menge in der Regel im Bereich von 0,02-2000 LACU pro g (Trockengewicht) von ligninhaltigem Zellstoff, vorzugsweise im Bereich von 0,05-100 LACU/g von ligninhaltigem Zellstoff liegen, und liegt typischerweise im Bereich von 0,1-100 LACU/g, wie etwa 1 LACU/g ligninhaltiger Zellstoff (LACU ist die Einheit für die Laccase-Aktivität, wie nachstehend definiert).
  • Bestimmung der Laccaseaktivität (LACU): Die Laccase-Aktivität, wie hier definiert, wird auf der Grundlage spektralphotometischer Messungen der Oxidation von Syringaldazin unter aeroben Bedingungen gemessen. Die Intensität der bei der Oxidationsreaktion erzeugten violetten Farbe wird bei 530 nm gemessen.
  • Die analytischen Bedingungen sind: 19 uM Syringaldazin, 23,2 mM Acetatpuffer, pH 5,5, 30ºC, Reaktionszeit 1 Minute, Schütteln. 1 Laccase-Einheit (LACU) ist die Menge an Enzym, die unter diesen Bedingungen die Umwandlung von 1 uM Syringaldazin pro Minute katalysiert.
  • Im allgemeinen liegt für Laccase die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Menge an Laccase in der Regel im Bereich von 0,0001-20 mg Laccase (berechnet als reines Enzymprotein) pro g (Trockengewicht) ligninhaltiger Zellstoff, wie 0,0001-10 mg/g, häufiger im Bereich von 0,001-1 mg/g, und liegt typischerweise im Bereich von 0,01-1 mg Laccase pro g ligninhaltiger Zellstoff.
  • Peroxidasen: Peroxidaseenzyme (EC 1.11.1), die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, sind vorzugsweise aus Pflanzen (z. B. Meerrettich- Peroxidase oder Soja-Peroxidase) oder aus Mikroorganismen, wie Pilze oder Bakterien, erhältliche Peroxidasen. In dieser Hinsicht umfassen einige bevorzugte Pilze Stämme, die der Unterabteilung Deuteromycotina, Klasse Hyphomycetes angehören, z. B. Fusarium, Humicola, Tricoderma, Myrothecium, Verticillum, Arthromyces, Caldariomyces, Ulocladium, Embellisia, Cladosporium oder Dreschlera, insbesondere Fusarium oxysporum (DSM 2672), Humicola insolens, Trichoderma resii Myrothecium verrucana (IFO 6113), Verticillum alboatrum, Verticillum dahlie, Arthromyces ramosus (FERM P-7754), Caldariomyces fumago, Ulocladium chartarum, Embellisia alli oder Dreschlera halodes angehören.
  • Weitere bevorzugte Pilze umfassen Stämme, die der Unterabteilung Basidiomycotina, Klasse Basidiomycetes, angehören, z. B. Coprinus, Phanerochaete, Coriolus oder Trametes, insbesondere Coprinus cinereus f. microsporus (IFO 8371), Coprinus macrorhizus, Phanerochaete chrysosporium (z. B. NA-12) oder Trametes versicolor (z. B. PR4 28-A) angehören.
  • Weitere bevorzugte Pilze umfassen Stämme, die der Unterabteilung Zygomycotina, Klasse Mycoraceae, angehören, z. B. Rhizopus oder Mucor, insbesondere Mucor hiemalis.
  • Einige bevorzugte Bakterien umfassen Stämme der Ordnung Actinomycetales, z. B. Streptomyces spheroides (ATTC 23965), Streptomyces thermoviolaceus (IFO 12382) oder Streptoverticillum verticillium ssp. Verticillium.
  • Weitere bevorzugte Bakterien umfassen Bach/us pumilus (ATCC 12905), Bacillus stearothermophilus, Rhodobacter sphaeroides, Rhodomonas palustri, Streptococcus lactis, Pseudomonas purrocinia (ATCC 15958) oder Pseudomonas fluorescens (NRRL B-11).
  • Weitere bevorzugte Bakterien umfassen Stämme, die zu Myxococcus, z. B. M. virescens gehören.
  • Weitere potentielle Quellen für geeignete bestimmte Peroxidasen sind bei B. C. Saunders et al., Peroxidase, London 1964, S. 41-43 aufgeführt.
  • Wie bereits angedeutet, umfassen im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugte Peroxidasen Peroxidasen, die unter EC 1.11.1.7 klassifiziert sind.
  • Beim Einsatz einer Peroxidase bei einem erfindungsgemäßen Verfahren liegt eine Menge hiervon im Bereich von 0,00001-1 mg Peroxidase (berechnet als reines Enzymprotein) pro g (Trockengewicht) ligninhaltiger Zellstoff, beispielsweise sind 0,00001-0,1 mg/g allgemein geeignet. Die eingesetzte Menge liegt oft im Bereich von 0,0001-0,1 mg/g, z. B. im Bereich von 0,0001-0,01 mg/g Peroxidase pro g ligninhaltiger Zellstoff.
  • Oxidationsmittel
  • Die (das) Enzym(e) und die (das) Oxidationsmittel, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, sollten klar zueinander passen, und es ist eindeutig bevorzugt, daß das (die) betreffende(n) Oxidationsmittel nur an der Oxidationsreaktion teilnehmen, die bei dem Bindungsverfahren betroffen ist, und keine anderweitigen Auswirkung auf die Substanzen/Materialien, die an dem Verfahren beteiligt sind, aufweisen.
  • Oxidasen des betreffenden Typs, z. B. Laccasen, sind neben anderen Gründen gut im Zusammenhang mit der Erfindung geeignet, da sie - wie vorstehend angegeben - die Oxidation durch molekularen Sauerstoff katalysieren. Somit können Reaktionen, die in Gefäßen stattfinden, die zur Atmosphäre offen sind, und an denen eine Oxidase als Enzym beteiligt ist, atmosphärischen Sauerstoff als Oxidationsmittel verwenden. Es kann allerdings auch erwünscht sein, das Reaktionsmedium mit Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas (z. B. Sauerstoffangereicherte Luft, oder, falls geeignet, praktisch reiner Sauerstoff) während der Reaktion zwangszubelüften, um eine adäquate Versorgung mit Sauerstoff zu gewährleisten.
  • Im Fall von Peroxidasen ist Wasserstoffperoxid ein im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugtes Peroxid (Oxidationsmittel) und wird normalerweise in einer Konzentration (im Reaktionsmedium) im Bereich von 0,01-500 mM, typischerweise im Bereich von 0,01-100 mM eingesetzt. Für viele Peroxidasen beträgt ein geeigneter Konzentrationsbereich 0,05 bis 10 mM, z. B. 0,05 bis 5 mM.
  • Temperatur im Reaktionsmedium
  • Die Temperatur des Reaktionsgemisches bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hängt u. a. von den Merkmalen des (der) eingesetzten Enzym(e) und von der Art und Weise, wie das Verfahren durchgeführt wird, ab.
  • Wenn somit das Verfahren als "einstufiges" Verfahren durchgeführt wird, wobei ligninhaltiger Zellstoff, Phenolcarbonsäure, Enzym und Oxidationsmittel praktisch alle zusammen während des ganzen Verfahrens vorhanden sind, ist es normalerweise erwünscht, die obere angewandte Temperatur auf eine Temperatur zu begrenzen, die die schnelle Desaktivierung insbesondere des eingesetzten Enzyms nicht in nachteiliger Weise herbeiführt. In solchen Fällen übersteigt die Temperatur normalerweise etwa 80ºC nicht, und liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 20-70ºC.
  • Wie allerdings bereits erwähnt, ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in mehr als einem Schritt möglich, z. B. zunächst durch "Aktivierung" des ligninhaltigen Zellstoffs bzw. der Phenolcarbonsäure unter Verwendung von Enzym und Oxidationsmittel bei einer Temperatur, wie vorstehend erwähnt (d. h. eine Temperatur, die typischerweise im Bereich von 20-80ºC liegt, wie 20-70 ºC), und anschließende Kombinierung des aktivierten ligninhaltigen Zellstoffs und der aktivierten Phenolcarbonsäure und - wenn angemessen - Erhöhung der Temperatur, z. B. auf eine Temperatur im Bereich von 70-170ºC. Dies kann das Unterdrucksetzen des Reaktionsgefäßes/Systems zur Verhinderung des Siedens des Reaktionsmediums erfordern.
  • Wie durch ein Arbeitsbeispiel hier erläutert (s. unten), können die bei einem typischen erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Reaktionen zufriedenstellend bei einer Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur (die oft etwa 25ºC beträgt), wie bei einer Temperatur von etwa 30ºC, stattfinden.
  • pH in dem Reaktionsmedium
  • In Abhängigkeit u. a. von den Merkmalen des (der) Enzym(e), die eingesetzt werden, dem pH-Wert in dem Reaktionsmedium, in dem das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, liegt der pH in der Regel im Bereich von 3-10, vorzugsweise im Bereich von 4-9, und oft im Bereich von 4-8.
  • Reaktionszeit
  • Die bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Reaktionszeiten hängen u. a. von der eingesetzten Temperatur(en) und der Natur des ligninhaltigen Zellstoffs und der eingesetzten Phenolcarbonsäure ab; es ist somit schwer, in dieser Hinsicht allgemeine Richtlinien anzugeben. Wie durch ein Arbeitsbeispiel hier erläutert, führt die Verwendung einer Temperatur von etwa 30 ºC dazu, daß die Reaktion zufriedenstellend in einem Zeitraum von weniger als 1 h abgeschlossen wird.
  • Die Erfindung betrifft auch einen modifizierten ligninhaltigen Zellstoff, wobei die Ladungsdichte des ligninhaltigen Zellstoffs durch Binden hieran einer Carbonsäure oder eines Salzes oder eines Esters hiervon erhöht wird.
  • Ein modifizierter erfindungsgemäßer ligninhaltiger Zellstoff kann (a) isoliert (als Zwischenprodukt) und anschließend als Ausgangsintermediat zur Herstellung eines verstärkten Produkts von Interesse auf Lignocellulose-Basis angewandt werden; oder (b) direkt (d. h. ohne Isolierung) den weiteren Verfahrensschritten unterzogen werden, die zur Herstellung des verstärkten Endprodukts geeignet sind.
  • Wie bereits zu einem gewissen Ausmaß vorstehend angegeben, ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie vorstehend beschrieben, zur Herstellung einer Vielzahl von Typen von Produkten auf Lignocellulose-Basis gut geeignet, wie verschiedene Papierprodukte [beispielsweise Schreib- und Druckerpapier, Papierbeutel, Packpapier (z. B. "braunes Packpapier" und dergleichen)], Pappeprodukte (wie Vollpappe, Liner und dergleichen.) und Tissue- und Vliesprodukte und eine Vielzahl von anderen Spezialprodukten (z. B. Eierkartons, Eierplatten und andere Typen von Verpackungsmaterialien).
  • Die Zwischenprodukte und die (verstärkten) auf Lignocellulose basierenden Endprodukte der betreffenden oben erwähnten Typen liegen beide innerhalb des Umfangs der Erfindung.
  • Es sollte hier angemerkt werden, daß zusätzlich zu der Möglichkeit der Oxidation ("Aktivierung", anscheinend über Radikalbildung) phenolischer Gruppen die im Zusammenhang mit der Erfindung eingesetzten Kombinationen von Enzymen (Oxidoreduktasen) und Oxidationsmittel, z. B. Laccasen und Sauerstoff, in der Lage sind, ähnliche Reaktionen mit verschiedenen, nicht phenolischen Spezies zu bewirken; diese umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Substanzen, wie aromatische Amine (Substanzen mit einer Aminogruppe, die an einen aromatischen Ring gebunden ist, z. B. o-, m- oder p-Phenylendiamin).
  • Statt der Verwendung einer Phenolcarbonsäure bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, wie hier offenbart, ist es somit auch möglich, einen anderen Typ von Substanz einzusetzen (z. B. vom aromatischen Amintyp), der entsprechend in der Lage ist, eine oxidative "Aktivierung" durch eine Enzym/Oxidationsmittel- Kombination, wie hier eingesetzt, zu erfahren.
  • Gleichermaßen ist anstelle der Verwendung eines ligninhaltigen Zellstoffs (wie vorstehend definiert) bei einem erfindungsgemäßen Verfahren auch der Einsatz eines weiteren Typs von Material (insbesondere Fasermaterial) mit einer nicht ligninartigen (nicht phenolischen) "aktivierbaren" Funktionalität (z. B. vom aromatischen Amintyp) möglich. Außerdem braucht das Material keine cellulosische oder hemicellulosische Komponente zu enthalten, kann allerdings statt dessen eine beliebige andere Komponente enthalten, die sich von einem anderen Typ von natürlich vorkommendem oder synthetisch vorkommendem Polymeren oder Copolymeren ableitet.
  • MATERIALIEN UND METHODEN
  • Unter den bei den nachstehend beschriebenen Arbeitsbeispielen eingesetzten Materialien wurden die folgenden von den angegebenen Quellen bezogen:
  • Trametes villosa-Laccase; flüssige Präparation einer Aktivität von 200 LACU/g, hergestellt von Novo Nordisk A/S. Bagsvaerd, Dänemark;
  • Mechanische Buchenholzpulpe, erhalten von einem dänischen Hersteller; und
  • Ferulasäure, erhalten von Sigma (Katalog-Nr. F3500).
  • Eine Lösung, die das Natriumsalz der Ferulasäure enthält, zur Verwendung bei dem nachstehend angegebenen Beispiel, wurde wie folgt hergestellt: 2,0 g Ferulasäure wurden in 100 ml deionisiertem Wasser suspendiert. 4 M wäßrige NaOH wurde langsam zugegeben, bis sich die gesamte Ferulasäure aufgelöst hatte, wonach der pH der Lösung etwa 7,5 betrug.
  • Beispiel 1. Pfropfen von Ferulasäure auf Buchenholzpulpe
  • Eine 20-g-Portion von Buchenholzpulpe wurde in 1000 ml deionisiertem Wasser suspendiert. Der pH-Wert der Suspension wurde durch Zugabe von 4 M Schwefelsäure auf 4,5 eingestellt und wurde anschließend während des gesamten Verfahrens, das nachstehend beschrieben ist, durch Zugabe von 4 M wäßrigem Natriumhydroxid oder 4 M wäßriger Schwefelsäure zwischen 4,5 und 6 gehalten.
  • Während des folgenden wurde die Suspension gerührt, durch Hindurchblasen von Luft belüftet und durch Eintauchen des Gefäßes, das die Suspension enthielt, in ein thermostatisiertes Wasserbad bei einer Temperatur von 30ºC gehalten:
  • Zur Zeit t = 0 wurde der Suspension Laccase (3 LACU/g von Pulpe-Trockensubstanz) zugesetzt. Nach 15 min wurde die Zugabe von "Ferulasäure"-Lösung (s. oben) begonnen, und die Lösung wurde während der nächsten 15 min mit konstanter Geschwindigkeit zugesetzt. Die während des 15 minütigen Zeitraums zugesetzte Lösungs-Gesamtmenge entsprach einer Menge an Ferulasäure, entsprechend 2% Gew./Gew. der Pulpe-Trockensubstanz.
  • Nach weiteren 15 min wurde das Reaktionsgemisch durch Absaugen auf einem Büchner-Trichter abfiltriert. Das feste Material auf dem Filter (modifizierte Buchenpulpe) wurde unter Erhalt einer Konzentration von suspendiertem Feststoff von ca. 1% Gew./Gew. in Wasser resuspendiert, und die Suspension wurde wie zuvor durch Saugen abfiltriert.
  • Zu Vergleichszwecken wurden (zwei Kontrollen und eine Referenz) unter Befolgung der gleichen Verfahrensweise wie vorstehend drei weitere Experimente durchgeführt, allerdings unter a) Weglassen von Laccase, b) Weglassen von "Ferulasäure" und c) (Referenz) Weglassen von Laccase bzw. "Ferulasäure". Das fehlende flüssige Volumen wurde, wo angemessen, durch Zugabe von deionisiertem Wasser kompensiert.
  • Die Oberflächenladung der vier Pulpeproben wurde durch Polyelektrolyt- Adsorptionsexperimente mit PolyDADMAAC (ein kationisches Polymeres) durch das von L. Wagberg et al., Nordic Pulp Pap. Res. J. 4 (2) (1989) 71 beschriebene Verfahren bestimmt.
  • Die Ergebnisse der Oberflächenladungsmessungen sind in der folgenden Tabelle gezeigt:
  • Pulpe-Behandlung Oberflächenladung (uÄquiv./g)
  • Referenz 3,7
  • nur Ferulasäure 3,4
  • nur Laccase 3,8
  • Erfindung (Laccase + Ferulasäure) 5,6
  • Die obigen Ergebnisse zeigen, daß die Erhöhung der Oberflächenladung von ligninhaltigem Zellstoff (in diesem Falle Holzfaserpulpe) durch Pfropfung einer Phenolsäure (in diesem Fall Ferulasäure) auf den Zellstoff durch ein erfindungsgemäßes Verfahren in nennenswerter Weise möglich ist.
  • Wie bereits erwähnt, ermöglicht eine solche erhöhte Oberflächenladung die Einarbeitung einer erhöhten Menge eines entsprechend geladenen Verstärkungsmittels [z. B. einer kationischen Stärke im Falle eines ladungstragenden Substituenten, der eine negative Ladung entstehen lässt, wie Carboxyl (-COOH → -COO&supmin;)] in ein auf Lignocellulose basierendes Produkt (z. B. ein Papierprodukt) während der Herstellung eines solchen Produkts, ausgehend von einem erfindungsgemäßen modifizierten ligninhaltigen Zellstoff, unter Erhalt der erhöhten Festigkeit des Produkts auf Lignocellulose-Basis (z. B. erhöhte Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und/oder Kompressionsfestigkeit im Falle eines Papierproduktes).

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines ligninhaltigen Zellstoffs, modifiziert durch Binden daran einer Phenolcarbonsäure oder eines Salzes oder eines Esters hiervon, der in Form der daran gebundenen Phenolcarbonsäure oder des Salzes oder des Esters hiervon negativ geladen ist oder unter geeigneten Bedingungen negativ geladen wird; wobei ein ligninhaltiges Zellstoff-Fasermaterial und die Phenolcarbonsäure oder ein Salz oder ein Ester hiervon beide einer Oxidationsreaktion mit einem Oxidationsmittel in Gegenwart eines Enzyms unterzogen werden, das die Oxidation phenolischer Gruppen durch das Oxidationsmittel zu katalysieren vermag; und die Produkte der Reaktionen miteinander umgesetzt werden, mit der Maßgabe, daß die Phenolcarbonsäure oder das Salz oder der Ester hiervon kein phenolisches Polysaccharid ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der ligninhaltige Zellstoff Fasern enthält, die aus einer pflanzlichen Quelle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Holz, Flachs, Baumwolle, Hanf, Jute und Bagasse, stammen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Enzym aus der Gruppe, bestehend aus Oxidasen (EC 1.10.3) und Peroxidasen (EC 1.11.1), ausgewählt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Oxidase eine Laccase (EC 1.10.3.2) und das Oxidationsmittel Sauerstoff ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Laccase aus einem Pilz erhältlich ist, der aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus: Myceliophthora-Species, einschließlich Myceliophthora thermophila und Trametes-Spezies, einschließlich Trametes villosa.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Enzym eine Peroxidase und das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist.
7. Modifizierter ligninhaltiger Zellstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsdichte des ligninhaltigen Zellstoffs durch Bindung daran einer Phenolcarbonsäure oder eines Salzes oder eines Esters hiervon erhöht ist.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19700907A1 (de) * 1997-01-14 1998-07-16 Neste Oy Zwischenprodukt für die Herstellung von Ligninpolymerisaten und dessen Verwendung zur Herstellung von Holzwerkstoffen
CA2538744C (en) 2003-09-13 2010-05-11 Fritz Egger Gmbh & Co. Method for the production of lignocellulose-based products
FI117439B (fi) * 2003-12-23 2006-10-13 Valtion Teknillinen Menetelmä kuitukoostumuksen valmistamiseksi
FI121892B (fi) 2003-12-23 2011-05-31 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Menetelmä kuituyhdistelmätuotteiden valmistamiseksi
FI122175B (fi) * 2003-12-23 2011-09-30 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Menetelmä kuitutuotteen valmistamiseksi
CN102392380A (zh) * 2005-05-04 2012-03-28 诺维信北美公司 二氧化氯处理组合物和方法
WO2009064838A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-22 Amgen, Inc. Aqueous formulation of erythropoiesis stimulating protein stablised by antioxidants for parenteral administration
CN101255663B (zh) * 2008-01-29 2010-12-15 陕西科技大学 高环压强度瓦楞原纸的制备方法
AU2009277393A1 (en) * 2008-07-29 2010-02-04 Dsm Ip Assets B.V. Method for modifying non-starch carbohydrate material using peroxidase enzyme
DE102008038398A1 (de) * 2008-08-19 2010-02-25 Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts Verwendung von Mediatoren bei der Herstellung von Faserplatten
PL2488694T3 (pl) * 2009-10-16 2017-01-31 Fibria Celulose Sa Sposób wytwarzania zmienionych włókien celulozowych obejmujący obróbkę enzymatyczną w połączeniu z etapem kwasowym
US8784610B1 (en) 2010-12-27 2014-07-22 George A. Whiting Paper Company Method for making paper from post-industrial packaging material
WO2020035138A1 (en) * 2018-08-14 2020-02-20 Cmblu Projekt Ag Redox-active compounds and uses thereof

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3037992C2 (de) * 1980-10-08 1983-04-21 Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH (GBF), 3300 Braunschweig Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels für Holzwerkstoffe
US5203964A (en) * 1986-10-24 1993-04-20 Call Hans Peter Process for producing cellulose from lignin containing raw materials using an enzyme or microorganism while monitoring and maintaining the redox potential
DE3636208A1 (de) * 1986-10-24 1988-05-05 Call Hans Peter Verfahren zur delignifizierung und bleichung von lignicellulosehaltigem bzw. ligninhaltigem material bzw. lignin durch enzymatische behandlung
FI895501A7 (fi) * 1989-11-17 1991-07-08 Enso Gutzeit Oy Menetelmä massan valmistamiseksi
FI85389C (fi) 1989-12-12 1992-04-10 Enso Gutzeit Oy Foerfarande foer tillverkning av massa.
DE4137761A1 (de) * 1991-05-17 1992-11-19 Call Hans Peter Verfahren zur delignifizierung von lignocellulosehaltigem material, bleiche und behandlung von abwaessern mittels laccasen mit erweiteter wirksamkeit
CA2093581C (en) 1992-04-09 2004-06-22 Alireza Kharazipour Process for conglutinating wood particles into formed bodies
AU3074695A (en) 1994-07-26 1996-02-22 Novo Nordisk A/S Process for preparing a lignocellulose-based product, and product obtainable by the process
EP0745159A1 (de) * 1994-10-12 1996-12-04 Novo Nordisk A/S Verfahren zur herstellung von faserplatten

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AU1540797A (en) 1997-08-28
US6187136B1 (en) 2001-02-13
BR9707272A (pt) 1999-04-13
JP2000504073A (ja) 2000-04-04
CA2243204A1 (en) 1997-08-14

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