ES2372581T3 - Proceso de fabricación de papel mediante lodo tratado con enzimas y productos asociados. - Google Patents
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Abstract
Un lodo papelero tratado con enzimas que comprende un lodo papelero combinado con una composición enzimática, en el que dicha composición enzimática tiene actividad celulolítica, tanto actividad celulolítica como hemicelulolítica, o actividad lipolítica.
Description
Proceso de fabricación de papel mediante lodo
tratado con enzimas y productos asociados.
La invención hace referencia a procesos de
fabricación de papel y a los productos resultantes de esos procesos.
Más en concreto, la invención hace referencia a procesos de
fabricación de papel en los que el lodo que se produce en el proceso
de fabricación de papel se recicla en el propio proceso.
La fabricación de papel implica mezclar, en
agua, un material pastoso (generalmente fibra de madera) con
rellenos, como arcilla, y otros aditivos, para formar una mezcla de
lodo pastoso a la que en adelante se denomina pasta. Después la
pasta se procesa en una máquina de fabricación de papel y se
transforma en una hoja. Luego se extrae el agua de la hoja, que se
prensa y seca, transformándose así en el producto final, papel. El
agua extraída contiene cierta cantidad de materiales fibrosos y de
relleno. Este material se recoge para procesarlo posteriormente; sin
embargo, normalmente la recuperación no es completa. Generalmente el
material desechado y el no recogido para su reutilización se
transportan a una planta de tratamiento de residuos, donde se
separan los sólidos que todavía quedan, p. ej., los materiales
fibrosos y de relleno. El agua así limpiada se devuelve a la
naturaleza o se reintroduce en el proceso de fabricación de papel
para su reutilización. Una vez separados del agua, los sólidos
quedan reunidos en un concentrado de lodo papelero, que contiene
aproximadamente un 40%-60% de materia sólida. Los principales
elementos que componen este lodo son fibras y material arcilloso de
relleno. Lo normal es que este lodo se deseche, enterrándolo en
vertederos, vertiéndolo sobre el terreno o incinerándolo. Algunos
procesos de fabricación de papel reciclan el lodo resultante del
proceso, sin embargo, se ha comprobado que esto afecta negativamente
al encolado del papel y provoca una reversión de encolado.
En la fabricación de papel, "encolado"
significa la capacidad que tienen el papel o el cartón para resistir
la adsorción de agua, la penetración de agua, o ambas cosas.
"Encolado" también hace referencia a los materiales de
encolado, las mezclas de encolado y los aditivos de encolado, como
una emulsión de encolado de anhídrido
alquenil-succinico (AAS). Cuando se pierde encolado
en un proceso de fabricación de papel, o en el momento de
almacenamiento, impresión, procesamiento o conversión, la pérdida se
denomina "reversión de encolado".
Puede darse reversión de encolado sin que haya
pérdida de agente encolante. En algunos procesos, los materiales
extraibles del producto favorecen la pérdida de encolado. En los
procesos en que se añade de nuevo lodo papelero al proceso de
fabricación de papel, pueden perderse importantes proporciones de
encolante y se produce entonces un aumento de la reversión de
encolado.
La adición de distintos aditivos y determinadas
condiciones de procesamiento pueden afectar negativamente al
encolado y aumentar la reversión de encolado. La adición de lodo
reciclado en el proceso de fabricación de papel suele introducir
estos aditivos o condiciones.
Se necesita un proceso de fabricación de papel,
en particular un proceso en el que el lodo papelero se recicle en el
proceso, que minimice la pérdida de encolante en el papel resultante
o producto de cartón, y minimice la reversión de encolado.
La patente US 4, 410, 573 revela información
sobre la fabricación de tablas mediante material fibroso y lodo
activado, pero no revela información sobre los procesos de
fabricación de papel.
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La invención propone un método para fabricar
papel o cartón que implica combinar por lo menos una composición
enzimática con por lo menos un lodo papelero, para formar un lodo
tratado con enzimas, y posteriormente, combinar un lodo tratado con
enzimas con una pasta de papel. Esta composición enzimática tiene al
menos actividad lipolítica y actividad celulolítica, y lo preferible
es que tenga actividad celulolítica y actividad hemicelulolítica. El
lodo tratado con enzimas puede añadirse en cualquiera de los
diversos puntos de adición del sistema de fabricación de papel,
también en la caja de entrada o antes de la caja de entrada del
sistema. La pasta o pulpa resultante, que incluye el lodo tratado
con enzimas, adquiere a continuación la forma de hoja de pulpa, a
partir de la cual se produce el producto de papel o cartón.
Preferiblemente, el producto de papel o cartón resultante tiene un
mejor encolado, una mejor retención de encolado y una resistencia
mejorada a la reversión de encolado.
La invención propone también un sistema de
fabricación de papel para realizar los métodos descritos arriba,
productos de papel y cartón realizados de acuerdo con los métodos
y/o con el sistema, y aditivos de lodo tratado con enzimas para
procesos de fabricación de papel.
Debe entenderse que tanto la anterior
descripción general como la siguiente descripción detallada son
ejemplos exclusivamente explicativos y su única finalidad es
explicar mejor la invención, según lo reivindicado. Los dibujos
incluidos, que quedan incorporados como parte de esta solicitud,
ilustran diversas configuraciones de la invención y, junto con la
descripción, sirven para explicar los principios de la
invención.
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La Figura 1 es un gráfico que muestra el efecto
que un lodo tratado con enzimas tiene en el encolado de un producto
de papel fabricado siguiendo un proceso que este de acuerdo con una
configuración de la invención;
La Figura 2 es un gráfico que muestra el efecto
que tiene un lodo tratado con enzimas en el encolado de un producto
de papel fabricado siguiendo un proceso acorde con una configuración
de la invención;
La Fig. 3 es un gráfico que muestra el
porcentaje en que aumenta el encolado de un producto de papel
fabricado siguiendo un proceso acorde con una configuración de la
invención, en el que el lodo papelero tratado con lipasas se
incorpora a una pasta de papel utilizada en la elaboración del
producto; y
La Fig. 4 es un gráfico que muestra el
porcentaje en que aumenta el encolado de un producto de papel
fabricado siguiendo un proceso acorde con una configuración de la
invención, en el que el lodo papelero tratado con lipasas se
incorpora a una pasta de papel utilizada en la elaboración del
producto.
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La invención propone métodos de fabricación de
papel o cartón. De acuerdo con la invención, por lo menos una
composición enzimática se combina con por lo menos un lodo papelero
para formar un lodo papelero tratado con enzimas. En este documento,
el lodo tratado se denomina un "lodo tratado con enzimas".
Posteriormente el lodo tratado con enzimas se añade a la pasta de
papel en un sistema de fabricación de papel. En este documento, la
expresión "pasta de papel" hace referencia a pastas de
fabricación de papel, pulpas de fabricación de papel y componentes
fibrosos de fabricación de papel. Preferiblemente el lodo tratado
con enzimas se vuelve a añadir a un sistema o se recicla en un
sistema de fabricación de papel a partir del cual se produjo el
lodo. La pasta resultante con lodo tratado con enzimas,
independientemente de que el lodo papelero que se va a tratar haya
sido generado en el mismo proceso en que se añade el lodo tratado
con enzimas, o en un proceso diferente, se transforma en un producto
de papel o cartón conforme con la invención. Los productos de papel
y cartón conformes con la invención se caracterizan preferiblemente
por un encolado, una retención de encolado y una resistencia a la
reversión de encolado excelentes. El método de la presente invención
puede ponerse en práctica en máquinas convencionales de fabricación
de papel, con modificaciones que pueden realizarse teniendo presente
esta descripción.
La invención también hace referencia a un lodo
tratado con enzimas que se utiliza como aditivo en un proceso de
fabricación de papel y que, preferiblemente, mejora el encolado, la
retención de encolado y la resistencia a la reversión de encolado en
un producto de papel o cartón fabricado de acuerdo con un proceso de
la invención que utiliza lodo tratado con enzimas. La invención hace
también referencia a métodos para elaborar dicho lodo tratado con
enzimas.
Los métodos de la presente invención pueden
utilizar, y los productos de la presente invención pueden contener,
muchos tipos diferentes de pasta de papel o combinaciones de esta.
Por ejemplo, la pasta puede contener pasta virgen y/o reciclada,
como pasta virgen al sulfito, desechos de pasta, pasta kraft de
maderas duras, pasta kraft de coníferas, mezclas de estas pastas, y
elementos parecidos. La adición de un lodo tratado con enzimas de
acuerdo con la invención es particularmente adecuada para su uso con
pastas para papel liner, en las que el encolado suele tener mayor
importancia que en muchos otros productos de papel o cartón.
De acuerdo con la invención, se añade a la pasta
de papel por lo menos un agente encolante para mejorar el encolado
en un producto de papel o cartón hecho de pasta. A fin de mejorar el
encolado, reteniendo encolante en el producto de papel o cartón
acabado, y/o mejorar la resistencia a la reversión de encolado, se
añade a la pasta lodo tratado con enzimas de acuerdo con la
invención.
A titulo enunciativo pero no limitativo, entre
los encolantes que pueden añadirse a la pasta de papel se incluyen
los aditivos de encolado convencionales. Se prefieren especialmente
las emulsiones de encolado ASA, y pueden incluirse las emulsiones
descritas, por ejemplo, en la Patente US nº 5.962.555. Otro ejemplo
de agente encolante que puede utilizarse es el dímero de alquil
ceteno (encolante AKD) y otros parecidos. El aditivo encolante puede
contener otros ingredientes aparte del encolante, como, por ejemplo,
surfactantes.
Para encolar papel mediante una emulsión
encolante ASA, la emulsión ha de añadirse preferiblemente antes de
la fase de formación de la hoja de papel en el proceso de
fabricación de papel. La emulsión de encolado puede añadirse incluso
en una fase tan tardía del proceso de fabricación de papel como es
la de la pasta espesa, pero preferiblemente se añade justo antes de
la caja de entrada de la máquina de papel. Como sabe un conocedor de
la técnica, debe añadirse una emulsión de encolado de tal manera que
asegure la adecuada distribución sobre las fibras. Para asegurar
esta adecuada distribución, la emulsión de encolado puede diluirse
preferiblemente en una proporción de aproximadamente un 1% a
aproximadamente un 3% de elementos sólidos, según el peso seco del
material sólido de la emulsión, y luego añadirse antes de las
pantallas o la bomba de cabeza de máquina, justo antes de que el
lodo de pasta entre en la caja de entrada. Pueden utilizarse otras
proporciones. Esta dilución, seguida de una dispersión efectuada por
las pantallas y/o bomba de cabeza de máquina, facilita la
distribución de la emulsión de encolado a fin de lograr una
distribución uniforme de las fibras.
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En la patente US nº 5.962.555 se describen otros
aditivos, ejemplos de productos químicos de encolado, proporciones
de aditivos de encolado, ingredientes de aditivos de encolado,
reacciones del encolado con la celulosa y métodos para añadir
aditivos de encolado, adecuados para fabricar una pasta encolada
para fabricación de papel de acuerdo con la invención.
De acuerdo con la invención, se añade un lodo
tratado con enzimas a una pasta encolada de fabricación de papel
para mejorar o el encolado, o la retención de encolante, y la
resistencia a la reversión de encolado. El lodo tratado con enzimas
consta en esencia, preferiblemente, de lodo papelero y de una
composición enzimática. Según una disposición de la invención, el
lodo tratado con enzimas puede contener de aproximadamente un 50% a
aproximadamente un 99% en peso de lodo papelero, y aproximadamente
de un 1% en peso a un 50% en peso de composición enzimática, según
el peso seco del material sólido del lodo papelero y la composición
enzimática. El lodo papelero que se trata para formar el lodo
tratado con enzimas de la invención puede ser uno de los diversos
lodos que se producen en el proceso de fabricación de papel. El lodo
puede incluir, exclusivamente a titulo de ejemplo, composiciones que
contengan uno o más tipos de fibras de uno o más tipos de madera. El
lodo puede contener fibras de una o más longitudes, incluidos finos.
Otras sustancias que pueden estar incluidas en los lodos de
fabricación de papel según se definen en este documento son, a
titulo enunciativo pero no limitativo, encolantes ASA, agentes de
encolado hidrolizados, polímeros utilizados como aglutinantes y/o
coagulantes de la pasta o lodo, polímeros utilizados para favorecer
la retención, stickies, colas, tintas, rellenos, otras
impurezas procedentes del papel reciclado, antiespumantes,
surfactantes.
Diversos lodos de fabricación de papel, métodos
para recuperar lodos de fabricación de papel y métodos de reciclaje
de lodos de fabricación de papel se describen, por ejemplo, en las
patentes US números 6.120.648, 5.762.756, 5.527.432, 5.240.565 y
4.356.060. De acuerdo con una disposición de la invención, se toma
el lodo del silo de aguas blancas de un sistema de fabricación de
papel en un clarificador con ayuda de un solo polímero o de dos
copolímeros. El agua se reutiliza en toda la fábrica papelera,
mientras que el lodo se añade al púlper en proporciones que varían
aproximadamente entre 5 libras y unas 200 libras por tonelada (0,25%
a 10%) de la pasta de papel, según el peso seco de los materiales
sólidos del lodo y la pasta, y más preferiblemente, entre 20 libras
por tonelada y unas 100 libras por tonelada (1% a 5%). La
composición enzimática utilizada para tratar el lodo puede contener
cualquier enzima activa de tratamiento de pasta de papel
convencional, pero preferiblemente contiene una que tenga actividad
celulolítica, como la celulasa. Puede haber otros elementos, siempre
que no afecten negativamente a la actividad de la composición
enzimática. Preferiblemente, la composición enzimática muestra tanto
actividad enzimática como actividad hemicelulolítica. La composición
enzimática puede contener preferiblemente lipasa.
Entre las enzimas y composiciones que contienen
enzimas se encuentran las descritas en la Patente US Nº 5.356.800 a
Jaquess, Solicitud de Patente US Nº 09/31.830, presentada el 27 de
febrero de 1998 y publicada el 29 de enero del 2002 como US
6.342.381, y la Publicación Internacional Nº WO 99/43870. Otros
ejemplos de enzimas para el tratamiento de la pasta de papel que
pueden utilizarse de acuerdo con la invención para tratar el lodo
son las composiciones enzimáticas BUZYME^{TM} 2523 y
BUZIYME^{TM} 2524, que se pueden adquirir en Buckman Laboratories
International, Inc., Memphis, Tennessee.
La composición enzimática contiene
preferiblemente de aproximadamente 1% a aproximadamente 30% en peso
de enzima, según el peso seco del material sólido de la composición,
y de modo más preferible, entre alrededor del 5% y alrededor del 20%
en peso de enzima. Estas cantidades pueden variar y ser inferiores o
superiores a los intervalos dados, dependiendo de las enzimas
efectivamente utilizadas. Generalmente, las enzimas se formulan
según su actividad. La composición enzimática preferida puede además
contener polietilenglicol, hexilenglicol, polivinilpirrolidona,
tetrahidrofurilalcohol, glicerina, agua y otros aditivos
convencionales de composición enzimática, como se describe, por
ejemplo, en la Patente US Nº 5.356.800.
Una composición enzimática preferida contiene
alrededor del 65% de glicerina (CAS nº
56-81-5 FDA OK-D),
alrededor del 20% de Savinasa 16,0L (enzima proteásica de NOVO
Nordisk), alrededor del 14% de agua (CAS
7732-18-5) y aproximadamente un 1%
de PVP-K15 (100% polivinilpirrolidona con peso
molecular de alrededor de 9.700), todo según el porcentaje total en
peso de la composición enzimática.
Otra composición enzimática preferida útil de
acuerdo con la invención contiene alrededor del 30% de agua (CAS
7732-18-5), alrededor del 30% de
propilenglicol (100% 1,2-propilenglicol CAS),
alrededor de un 10% de Celulasa 50000 (celulasa para su uso con
papel/pasta), alrededor de un 16% de agua adicional e ingredientes
inertes, y alrededor de un 14% de un terpolímero de
DMA-EPI-EDA (un polímero catiónico
con un peso molecular bajo-medio que contiene
unidades de epiclorohidrina y dimetilamina en forma de polímero
soluble en agua reticulado con etilendiamina), basado todo en el
porcentaje de peso total de la composición enzimática.
La composición enzimática puede contener por lo
menos una esterasa o lipasa, o los dos elementos, y preferiblemente
contiene un alto porcentaje de esterasa y/o lipasa. La lipasa puede
obtenerse o aislarse a partir de fuentes pancreáticas (p. ej.,
lipasa pancreática) o a partir de diversos hongos y/o bacterias, y/o
otros microorganismos. Por ejemplo, a titulo enunciativo pero no
limitativo, la adilhidrolasa triacilglicerol y la triacilglicerol
lipasa. Asimismo, también puede utilizarse cualquier lipasa o
esterasa capaz de hidrolizar triglicéridos para dar glicerol y
ácidos grasos. También pueden utilizarse productos comercializados
que contengan esterasa o lipasa. Por ejemplo, pueden utilizarse
BUZYME^{TM} 2515 y BUZIYME^{TM} 2517, que se pueden comprar a
Buckman Laboratories International, Inc.,
Memphis, Tennessee. En los métodos de la invención pueden utilizarse productos que contengan las enzimas adecuadas, como Resinase A2X, Novocor AD, Pancreatic Lipase 250, Lipase G-1000, Greasex 50L y Greasex 100L. Estos productos se pueden comprar a Genencor o Novo Nordisk, por ejemplo. La esterasa o lipasa descritas en las Patente US N^{os} 5.507.952 y 5.356.800 pueden utilizarse en la invención. Generalmente la enzima o lipasa pueden utilizarse en cualquier forma, p. ej., liquida o sólida. Preferiblemente, la cantidad de esterasa o lipasa utilizada en los métodos de la invención es una cantidad suficiente para mejorar el encolado, mejorar la retención de agentes de encolado y/o mejorar la resistencia a la reversión de encolado. Las cantidades preferidas de esterasa y/o lipasa son de aproximadamente 0,005 libras a unas 4,0 libras por tonelada (2,5 ppm al 0,2%) de lodo según el peso seco del material sólido del lodo, preferentemente de alrededor de 0,01 libras a alrededor de 2,0 libras por tonelada (5 ppm al 0,1%), y lo más preferible es que sean entre 0,05 libras aproximadamente y alrededor de 0,5 libras por tonelada (25 ppm a 250 ppm) de lodo, según el peso seco del material sólido del lodo. Las composiciones de esterasa y lipasa son preferiblemente composiciones estabilizadas que utilicen las formulaciones descritas en las patentes US Nos 5.356.800 y 5.780.283.
Memphis, Tennessee. En los métodos de la invención pueden utilizarse productos que contengan las enzimas adecuadas, como Resinase A2X, Novocor AD, Pancreatic Lipase 250, Lipase G-1000, Greasex 50L y Greasex 100L. Estos productos se pueden comprar a Genencor o Novo Nordisk, por ejemplo. La esterasa o lipasa descritas en las Patente US N^{os} 5.507.952 y 5.356.800 pueden utilizarse en la invención. Generalmente la enzima o lipasa pueden utilizarse en cualquier forma, p. ej., liquida o sólida. Preferiblemente, la cantidad de esterasa o lipasa utilizada en los métodos de la invención es una cantidad suficiente para mejorar el encolado, mejorar la retención de agentes de encolado y/o mejorar la resistencia a la reversión de encolado. Las cantidades preferidas de esterasa y/o lipasa son de aproximadamente 0,005 libras a unas 4,0 libras por tonelada (2,5 ppm al 0,2%) de lodo según el peso seco del material sólido del lodo, preferentemente de alrededor de 0,01 libras a alrededor de 2,0 libras por tonelada (5 ppm al 0,1%), y lo más preferible es que sean entre 0,05 libras aproximadamente y alrededor de 0,5 libras por tonelada (25 ppm a 250 ppm) de lodo, según el peso seco del material sólido del lodo. Las composiciones de esterasa y lipasa son preferiblemente composiciones estabilizadas que utilicen las formulaciones descritas en las patentes US Nos 5.356.800 y 5.780.283.
En otra configuración preferida de la invención,
la composición enzimática contiene al menos un oligómero de
poliamida y al menos una enzima. La poliamida está presente en una
cantidad efectiva para estabilizar la enzima. En la Solicitud
Internacional Publicada Nº WO 99/43780 se describen ejemplos de
composiciones enzimáticas que contienen oligómeros de poliamida y
enzimas.
De acuerdo con la invención, la composición
enzimática puede incluir una combinación de dos o más enzimas
diferentes. La composición enzimática puede incluir, por ejemplo,
una combinación de lipasa y celulasa, y, opcionalmente, un
estabilizador. El estabilizador puede ser un oligómero de
poliamida.
La enzima puede servir preferiblemente para:
degradar el lodo papelero; reducir los materiales sólidos presentes
en el agua de desecho; reducir la demanda biológica de oxígeno
(DBO). Preferiblemente, la enzima sirve para reducir los
stickies (depósitos adherentes), surfactantes, contaminantes,
finos, y residuos aniónicos presentes en el lodo y en las aguas
blancas y los papeles reciclados utilizados para fabricar productos
de cartón y pasta de papel encolada. La cantidad de composición
enzimática que debe añadirse al lodo papelero de acuerdo con la
invención es una cantidad efectiva para mejorar el encolado, mejorar
la retención de encolante y/o mejorar la resistencia a la reversión
de encolado. Por ejemplo, la enzima puede añadirse al lodo en
cualquier proporción, como hasta 100% en peso de enzima o menos del
1% al 10% o más en peso de enzima, siendo los intervalos preferidos
una proporción de entre alrededor del 0,0001% y alrededor del 1,000%
en peso de enzima, según el peso seco del material sólido del lodo,
más preferiblemente entre alrededor de 0,001% y alrededor de 0,100%
en peso, y más preferiblemente entre alrededor de 0,005% y alrededor
de 0,05% en peso.
El lodo tratado con enzimas puede añadirse
generalmente en cualquier momento del proceso de fabricación de
papel, pero preferiblemente se añade antes de la caja de entrada del
sistema de fabricación de papel. Preferiblemente, el lodo tratado
con enzimas se añade antes del silo de aguas blancas, más
preferiblemente, antes de pasar por la tina de pasta, y todavía más
preferiblemente, antes de la tina de mezclas. Preferiblemente, el
lodo tratado con enzimas se añade antes del primer refinado en un
proceso de fabricación de papel, que se suele realizar generalmente
antes de la tina de mezclas.
Después de combinar la pasta de papel con el
lodo tratado con enzimas, la pasta o pulpa tratada resultante puede
procesarse en una máquina convencional de fabricación de papel
mediante técnicas de fabricación de papel tradicionales.
Puede añadirse almidón catiónico a la pasta o
pasta tratada de la invención para formar pasta tratada con almidón.
Puede añadirse almidón en uno o más puntos del flujo de pasta de
papel mediante el aparato o sistema de fabricación de papel de la
invención. Por ejemplo, puede añadirse almidón catiónico a una pasta
o pulpa más o menos en el mismo momento en el que se añade lodo
tratado con enzimas a la pasta o pulpa. Alternativa o adicionalmente
el almidón catiónico puede añadirse a la pasta tratada después de
que esta sea tratada por primera vez con la enzima y el polímero
catiónico. Entre los almidones catiónicos preferidos se encuentran
el almidón de patata, el de maíz y otros almidones de la parte
húmeda, o combinaciones de los mismos.
Pueden añadirse a la pasta o pulpa proporciones
convencionales de almidón. Un ejemplo de proporción de almidón que
puede utilizarse de acuerdo con la presente invención es de
alrededor de 5 a alrededor de 25 libras por tonelada (0,25% a
1,25%), según el peso seco del material sólido de la pasta o
pulpa.
Además de almidón, o en lugar de este, puede
añadirse a la pasta un aditivo en forma de micropartícula en
cualquier momento del proceso. La micropartícula añadida puede
modificar la carga de la pasta, o modificar la carga de uno de los
elementos que componen la pasta. La micropartícula puede ser, por
ejemplo, un agente de carga o modificador, un relleno, un agente
coagulante y/o un aditivo de retención. La micropartícula añadida
puede ser hectorita, bentonita, zeolita o sol de alúmina, naturales
o sintéticos, o cualquiera de las partículas aditivas convencionales
que conocen los entendidos en la materia.
Puede añadirse a la pasta o pulpa un biocida
antes o después de añadir el lodo tratado con enzimas. Por ejemplo,
puede añadirse un biocida a la pasta o pulpa tratada en una tina de
mezclas después de que se haya tratado la pasta con el lodo tratado
con enzimas. Entre los biocidas útiles para las pastas de papel de
acuerdo con la invención se cuentan aquellos bien conocidos por los
expertos en la técnica, como, por ejemplo, BUSAN^{TM} 1130, que se
puede adquirir en Buckman Laboratories International, Inc., Memphis,
Tennessee.
En los métodos de la invención, puede añadirse
por lo menos un polímero al pretratamiento del lodo antes de
agregarlo a la pasta de papel. Puede añadirse al menos un polímero
junto con la composición enzimática más o menos al mismo tiempo.
Alternativa o adicionalmente, pueden añadirse uno o más polímeros
antes o después de la introducción de la composición enzimática. Por
ejemplo, pueden añadirse el o los polímeros una hora o menos antes o
después de la introducción de la composición enzimática en el lodo.
Preferiblemente, si se añade un polímero al lodo, aquel es un
polímero soluble en agua y, más preferiblemente, un polímero
catiónico soluble en agua. Entre los ejemplos de tales polímeros se
encuentran los polímeros de epiclorohidrina/dimetilamina
(EPI-DMA) y las soluciones reticuladas de los
mismos, poli-diali dimetil cloruro de amonio
(DADMAC), DADMAC/copolímeros de acrilamida, polímeros "ionene",
y similares. El polímero, si se utiliza en los métodos de la
invención, puede utilizarse en cualquier proporción, y
preferiblemente en intervalos de dosis de entre 0,1 libras
aproximadamente y 15 libras por tonelada aproximadamente (50 ppm al
0,75%) de lodo según el peso seco del material sólido del lodo, más
preferiblemente de aproximadamente 0,25 libras a aproximadamente 10
libras por tonelada (125 ppm al 0,5%) de lodo según el peso seco del
material sólido del lodo, y más preferiblemente desde
aproximadamente 1 libra hasta aproximadamente 5 libras por tonelada
(500 ppm al 0,5%) de lodo según el peso seco del material sólido del
lodo.
Opcionalmente, las composiciones enzimáticas
también pueden contener otras sustancias químicas o ingredientes
tradicionales de tratamiento del papel, como, a titulo enunciativo
pero no limitativo, surfactantes, disolventes, aditivos de
suspensión, arcillas u otros rellenos, agentes demineralizantes,
agentes de preservación, tampones, agua, estabilizadores, polímeros
como polímeros catiónicos, aniónicos y no iónicos, tintes,
pigmentos, antiespumantes, agentes reguladores del pH como el
alumbre, y otros aditivos tradicionales de la fabricación o
procesamiento del papel. Estos ingredientes adicionales pueden estar
presentes en cualquier combinación y pueden utilizarse proporciones
convencionales.
Generalmente, la composición enzimática se
introduce o pone en contacto con el lodo en cualquier forma. Las
composiciones enzimáticas pueden introducirse en el lodo durante el
desgote, para formar lodo procedente de un sistema de fabricación de
papel, o después de la formación y/o recogida del lodo.
Preferiblemente, el tiempo de contacto de la composición enzimática
con el lodo debe maximizarse. Preferiblemente, el tiempo de contacto
debe ser suficiente para mejorar el encolado de un producto de papel
o cartón resultante. Preferiblemente, el tiempo de contacto es de
alrededor de 1 min. a alrededor de 8 horas, más preferiblemente
desde alrededor de 15 min. a alrededor de 4 horas, y más
preferiblemente desde alrededor de 30 min. a alrededor de 2
horas.
La composición enzimática puede introducirse o
ponerse en contacto con el lodo en un único punto de inyección o en
varios puntos de inyección, o vertiendo la composición enzimática en
el lodo, o utilizando bolsas desintegrables de enzimas secas o
liquidas. La introducción de la composición enzimática puede ser
inmediata, de liberación retardada, de liberación temporizada,
intermitente y/o continua. Además, puede utilizarse más de un tipo
de composición enzimática, aparte de mezclas o cualquier otra
variante, siempre que se introduzca de alguna forma al menos una
enzima de celulasa o de lipasa, a fin de mejorar el encolado.
En los métodos de la invención, las mejoras del
encolado pueden incorporarse a una operación de fabricación de
papel. Lo habitual es que los restantes aspectos de la operación de
fabricación de papel sean los que ya conocen los expertos en la
técnica, y puedan utilizarse a fin de fabricar productos de papel y
cartón. Así, los materiales aditivos tradicionales utilizados con
las pastas de papel en la preparación de la puntas pueden utilizarse
también en la invención. Las máquinas continuas o discontinuas de
fabricación de papel pueden así convertir suspensiones acuosas de
fibras y otros ingredientes en hojas secas de papel o cartón
mediante tales operaciones, tradicionalmente conocidas, en las que
se utilizan máquinas Fourdrinier o máquinas de cilindros u otros
dispositivos de fabricación de papel. También pueden usarse en la
invención sucesivos tratamientos de hojas de papel para lograr las
características deseadas, como calandrado y/o revestimiento de las
hojas y tratamientos similares.
Las actividades enzimáticas, formulaciones y
modos de operar se describen con más detalle en la Solicitud de
Patente Provisional Estadounidense Nº 60&/211.942, registrada el
16 de junio del 2000, publicada el 23 de mayo del 2002 en el archivo
de EEUU 2002-0059998 y titulada "Methods to
Control Organic Contaminants in Fibers" ("Métodos para
controlar contaminantes orgánicos presentes en las fibras". A
pesar de que no se desea quedar vinculado por ninguna teoría, se
cree que el efecto de encolado logrado con el tratamiento de lodo
con enzimas antes de añadir lodo tratado en un proceso de
fabricación de papel procede de uno o más de los siguientes sucesos
favorecidos por las enzimas: (1) modificación de las estructuras de
fibra y paredes de fibra, (2) modificación de los stickies y
otras impurezas del lodo, (3) modificación del encolado hidrolizado
y el enlace encolado-fibra y la adsorción, (4)
degradación y refino de finos, y (5) modificación de
surfactantes.
Una vez descrita en general la invención, puede
entenderse mejor haciendo referencia a los siguientes ejemplos
concretos, que se dan solo a efectos ilustrativos y no pretenden
limitar la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Se probó el efecto que el lodo activado para
fabricación de papel tiene en una hoja de papel producida. En la
investigación se utilizó una papelera que recicla lodo papelero
volviéndolo a introducir en el proceso de fabricación de papel. De
la fábrica de papel se recogieron muestras de pulpa de papel, lodo
papelero y aguas blancas, con objeto de fabricar hojas de prueba que
pudieran elaborarse de forma similar a como se hace el cartón
continuo en la papelera. Se elaboraron hojas de prueba con la pulpa
de papel añadiendo y sin añadir a la pulpa lodo papelero. Las hojas
de prueba se elaboraron de acuerdo con las normas TAPPI. Una libra =
0,454 kg y una tonelada (estadounidense) = 2000 libras = 907 kg.
\vskip1.000000\baselineskip
Se fabricaron cuatro grupos de hojas de prueba.
Uno se hizo de pulpa de fabricación de papel y no contenía lodo
papelero reciclado o añadido. Otro de los grupos de hojas de prueba
se fabricó a partir de pasta que contenía pulpa de papel y bien 50,
bien 100 libras, respectivamente, de lodo papelero (sin tratar),
según el peso seco del material sólido del papel y el lodo. Se
fabricó otro grupo de hojas de prueba a partir de pasta de papel que
contenía pulpa de papel y bien 50, bien 100 libras respectivamente
de lodo tratado con alumbre por tonelada de pulpa de papel, según el
peso seco del material sólido de la solución de lodo y alumbre. El
cuarto grupo de hojas de prueba se fabricó a partir de pasta de
papel que contenía pulpa de papel y bien 50, bien 100 libras
respectivamente de lodo tratado con enzimas, según el peso seco del
material sólido de la pulpa y el lodo tratado con enzimas. El lodo
tratado con enzimas era el lodo papelero tratado con una libra de
solución de enzimas por tonelada de lodo, según el peso seco del
material sólido de la solución de enzima y el lodo. La solución
enzimática era BUZYME^{TM} 254, que se puede adquirir en Buckman
Laboratories International, Inc., Memphis, Tennessee, y contenía
aproximadamente un 10% en peso de la enzima de celulasa (Celulasa
500) . El lodo tratado con enzimas también contenía 20 libras de
solución de alumbre por tonelada de pasta de papel, según el peso
seco del material sólido de la solución de alumbre y pasta de
papel.
El efecto que la adición de lodo tuvo en las
hojas se probó mediante el "método de la barca" (boat method),
de acuerdo con un método similar al utilizado en la papelera. Las
hojas de prueba se probaron en un baño de agua caliente que tenia
una temperatura de unos 40ºC. Las pruebas demostraron que las hojas
que no tenían lodo duraron dos veces más (con una vida media de 1
hora y 15 minutos) que las hojas en las que se utilizó lodo no
tratado, que solo duraron unos 30 minutos.
Las hojas que contenían lodo tratado con alumbre
tuvieron un aumento de vida del 10% en relación con hojas similares
que contenían lodo sin tratar. No obstante, las hojas que contenían
lodo tratado con enzimas tuvieron un aumento de vida del 30% en
comparación con las hojas que contenían lodo tratado con alumbre. La
Tabla 1 de abajo muestra los resultados de las pruebas realizadas a
partir de adiciones de 50 libras por tonelada de lodo tratado y sin
tratar. Todos los pesos son "peso seco del material sólido"
según el peso seco del material sólido de la pulpa.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Estas muestras se duplicaron varias veces y los
resultados fueron sustancialmente idénticos en todos los casos. Las
hojas tratadas con 100 libras de lodo, ya se tratara de lodo tratado
o de lodo sin tratar, tuvieron una disminución de la vida útil en
todas las categorías comparables con las de los ejemplos
7-14 que se recogen en la Tabla 1.
Estos resultados indican que la adición de lodo
a la pulpa de papel afecta negativamente a la vida útil de las hojas
de papel fabricadas a partir de la pasta resultante. Tratar el lodo
con una solución enzimática antes de incorporar el lodo tratado a la
pulpa de papel mejoró la vida útil de las hojas resultantes en los
ensayos de vida útil con baño de agua caliente.
\vskip1.000000\baselineskip
En este ejemplo, una muestra de compuesto
recientemente adquirida fue tratada con dosis de una libra a cuatro
libras respectivamente de lipasa por tonelada de lodo, según el peso
seco del material sólido de la lipasa y del lodo. El tratamiento del
lodo duró 30 minutos, y después de ese tiempo el lodo tratado se
mezcló con pasta de papel en una proporción de 10 libras de lodo
tratado por tonelada de fibra reciclada, según el peso seco del
material sólido del lodo y la fibra. Se encoló cada mezcla de lodo y
pasta con entre 1 y 5 libras de encolante ASA por tonelada de pulpa
de papel. El encolante ASA fue emulsionado con polímeros. Las pastas
resultantes fueron transformadas en hojas de prueba y se tomaron
medidas de goteo de agua en cada hoja. Los tests de goteo de agua
son un método estándar TAPPI según el cual se deja caer una gota de
agua en la hoja y se mide el tiempo que tarda en ser adsorbida por
la hoja. El tiempo que tarde en ser adsorbida por la hoja se
registra como resultado. Como se muestra en las Tablas 2 y 3 de
abajo, y gráficamente en las Figs. 1-4, el encolado
de cada hoja de prueba resultante aumentó a medida que se
intensificaba el tratamiento con lipasa en cada nivel superior de
material encolante.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Será evidente para quien conozca la técnica que
pueden llevarse a cabo diversas modificaciones y variaciones de la
invención sin separarse del espíritu o alcance de la misma. Así, se
pretende que la invención abarque otras modificaciones y variaciones
de la misma, siempre que queden comprendidas dentro del ámbito de
las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.
Claims (14)
1. Un lodo papelero tratado con enzimas que
comprende un lodo papelero combinado con una composición enzimática,
en el que dicha composición enzimática tiene actividad celulolítica,
tanto actividad celulolítica como hemicelulolítica, o actividad
lipolítica.
2. El lodo papelero tratado con enzimas de la
reivindicación 1, en el que dicha composición enzimática se añade a
dicho lodo papelero en una proporción de 1,00% en peso a 0,001% en
peso de enzima activa según el peso seco del material sólido tanto
de la enzima activa como del lodo.
3. El lodo papelero tratado con enzimas de la
reivindicación 1, que contiene de un 50% a un 99% en peso de lodo
papelero, y de aproximadamente un 1% en peso a aproximadamente un
50% en peso de composición enzimática, según el peso seco del
material sólido del lodo papelero y la composición enzimática.
4. El lodo papelero tratado con enzimas de la
reivindicación 2 o 3, en el que dicha composición enzimática consta
de un 5% en peso a un 20% en peso de enzima activa según el peso
seco del material sólido tanto de la enzima activa como de la
composición enzimática.
5. Un método de fabricación de papel o cartón
que implica:
a) combinar al menos una composición enzimática
y al menos un lodo papelero para formar un lodo tratado con enzimas,
en el que dicha composición enzimática tiene actividad celulolítica,
tanto actividad celulolítica como hemicelulolítica, o actividad
lipolítica;
b) combinar el lodo tratado con enzimas con lodo
papelero para formar pasta tratada, en la que al menos se introduce
un encolante en la pasta de papel; y
c) transformar la pasta tratada en un producto
de papel o cartón.
\vskip1.000000\baselineskip
6. El método de la reivindicación 5, en el que
dicho producto tiene un encolado mejorado en comparación con el
encolado de un producto de papel o cartón idéntico pero que no tiene
lodo tratado con composición enzimática.
7. El método de la reivindicación 6, en el que
dicho encolado mejorado incluye una mejora de la retención de
encolante.
8. El método de la reivindicación 6, en el que
dicho encolado mejorado incluye una resistencia mejorada a la
reversión de encolado.
9. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 5-8, en el que dicho encolante
incluye una emulsión de encolado ASA.
10. El método de las reivindicaciones
5-9, en el que dicha composición enzimática contiene
de 5% a 2% en peso de enzima activa según el peso seco del material
sólido de tanto la enzima activa como la composición enzimática.
11. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 5-10, en el dicha composición
enzimática se añade a dicho lodo papelero en una proporción de 1,00%
en peso a 0,001% en peso de enzima activa, según el peso seco del
material sólido tanto de la enzima activa como del lodo.
12. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 5-11, en el que dicho lodo tratado
con enzimas se añade en una proporción dentro del intervalo de 1
libra por tonelada (0,05%) de pasta de papel a 50 libras por
tonelada (2,5%) de pasta de papel según el peso seco del material
sólido tanto del lodo tratado con enzimas como de la pasta de
papel.
13. Un producto de papel o cartón hecho a partir
de pasta de papel tratada, en el que dicha pasta de papel tratada
contiene pasta de papel, el lodo papelero tratado con enzimas de la
reivindicación 1 y al menos un agente encolante.
14. El producto de papel o cartón de la
reivindicación 13, en el que dicho lodo papelero tratado con enzimas
está presente en dicho producto de papel o cartón en una proporción
que va de 5 libras por tonelada (0,25%) de pasta de papel a 200
libras por tonelada (10%) de pasta de papel, según el peso seco del
material sólido tanto del lodo tratado con enzimas como de la pasta
de papel.
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