ES2937662T3

ES2937662T3 - Pretratamiento enzimático de la pulpa de mercado para mejorar el drenaje de la fibra y las propiedades físicas

Info

Publication number: ES2937662T3
Application number: ES12810478T
Authority: ES
Inventors: James Tausche; Jianhua Ma; Paul Tausche
Original assignee: Enzymatic Deinking Technologies LLC
Current assignee: Enzymatic Deinking Technologies LLC
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CL2014001554A1; PT2791412T; US20170328007A1; FI2791412T3; US9856606B2; CA2862248A1; BR112014014332B1; BR112014014332A2; CA2862248C; AU2012352522A1; US20170328006A1; EP2791412B1; EP2791412A1; US20130146239A1; WO2013090272A1; US10718088B2

Abstract

Se proporcionan métodos para reducir los efectos del mojado, secado y hornificación de las fibras de pulpa y, en consecuencia, aumentar las propiedades de drenaje y resistencia de la pulpa en el producto final (es decir, papel). El método que ha sido desarrollado crea un producto de "valor agregado" por parte del proveedor de papel usado o en la fábrica de pulpa y/o destintado (papel reciclado) - una carga/paca de papel usado, pulpa húmeda o recubrimiento húmedo, o pulpa seca tratada con o impregnados con enzimas que mejoran la calidad del producto de pulpa o papel cuando se vuelve a pulpar y se procesa en la fábrica de papel. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Pretratamiento enzimático de la pulpa de mercado para mejorar el drenaje de la fibra y las propiedades físicas

Campo de la divulgación

La presente divulgación se encuentra, en general, en el campo del tratamiento de la pulpa virgen en fábricas de pulpa virgen, incluida la pulpa plegada en hojas húmedas (denominada "wet lap") o totalmente seca, y/o del tratamiento o la impregnación de fardos o cargas de pasta de papel seca con enzimas antes de humectarlas en una planta de procesamiento de papelote, con el fin de combatir la cornificación/deterioro de la calidad de la pulpa debido a los procesos de plegado de hojas en húmedo, secado y reciclaje, y producir pulpa virgen con un valor incrementado para el usuario final del producto de pulpa.

Antecedentes

Los métodos actuales para producir pulpa virgen utilizan grandes instalaciones de fabricación (fábricas de pulpa) que producen pulpa para múltiples usuarios finales. Las fábricas de celulosa procesan la pulpa de madera blanda, tocones o virutas de madera dura, o recursos no madereros, y lo convierten en fibras que se utilizan en la fabricación de papel. Los métodos de procesamiento de pulpa virgen para eliminar la lignina a distintos niveles van desde métodos puramente mecánicos, como moler tocones y virutas de madera hasta conseguir fibras individuales, al tratamiento químico de virutas de árboles o materiales fibrosos no madereros. Estos métodos generan fibras de pulpa con diferentes propiedades ópticas, físicas y de archivo.

La pulpa virgen producida en la fábrica de pulpa se utiliza normalmente en una de estas tres formas: 1) en un corto período de tiempo después de la producción, en forma de masa líquida; 2) en forma plegada en hoja húmeda, en la que la pulpa líquida se deshidrata hasta conseguir aproximadamente un 45-50 % de sólidos para su uso posterior; o 3) en forma plegada en hoja seca, que es pulpa seca que tiene aproximadamente un 90-95 % de sólidos. La pulpa utilizada en poco tiempo (es decir, (1) o deshidratada (es decir, (2)) "nunca seca" colectivamente. La forma plegada en hoja seca y también la forma plegada en hoja húmeda pueden comercializarse y transportarse para su uso en la fabricación de papel en algún momento posterior, que puede ser de uno a tres días después de la pulpación o el transporte, venta o almacenamiento durante un período de tres meses o más. La mayor parte de la pulpa blanqueada del mercado se convierte en pulpa plegada en hoja seca o en pulpa secada una vez, mientras que las fábricas de pulpa reciclada destintada para el mercado (MDIP, por sus siglas en inglés), por lo habitual, producen pulpa reciclada en forma plegada en hoja húmeda o completamente seca. Después de enviar la pulpa completamente seca o plegada en hoja húmeda a una fábrica de papel, pañuelos de papel o cartón, esta se vuelve a repulpar con agua y se convierte en productos de papel. La calidad de la pulpa o las fibras se deteriora durante los procesos de plegado de hojas en húmedo, secado o repulpado. Una forma en que la pulpa se deteriora se conoce como cornificación, que incluye un drenaje reducido, la disminución de la absorbancia de agua, la disminución de la resistencia, fibras más rígidas y mayor contenido de finos.

El tiempo entre la fabricación de la pulpa y el repulpado de la pulpa virgen comercial una vez seca varía mucho (por ejemplo, de unos pocos días a potencialmente varios años), mientras que el tiempo habitual para las pulpas de mercado plegadas en hojas húmedas es de unos pocos días a seis meses. El período de tiempo en el que la pulpa plegada en hoja húmeda se vuelve a repulpar tiende a ser menor que el de la pulpa secada una vez debido a las mayores posibilidades que existen de crecimiento de moho y deterioro por el mayor contenido de humedad.

Se puede producir cualquier gramaje de papel a partir de pulpas de mercado vírgenes o recicladas. Entre los ejemplos se incluyen papeles finos para impresión y escritura, cartulina, cartón de revestimiento, cartón corrugado, envases corrugados, cajas, pañuelos y toallitas. Cada uno de estos gramajes requiere que la pulpa tenga ciertas propiedades físicas y químicas, así como que la masa tenga ciertas propiedades operativas, como un buen drenaje. Una propiedad física importante es la resistencia del papel. Las propiedades físicas de las pulpas nunca secadas o nunca engrosadas (es decir, las que nunca se han plegado en hojas húmedas), las que están plegadas en hojas húmedas y las completamente secas difieren mucho según el tipo de fibras. Normalmente, el proceso de engrosamiento o plegado de hojas en húmedo y el proceso de secado cornifican y trituran las fibras y empeoran materialmente las propiedades de resistencia. La pulpa nunca secada o nunca engrosada es la que tiene la mayor resistencia y las mejores propiedades de drenaje, seguida de la pulpa plegada en hojas húmedas y de la pulpa completamente seca, que tiene los valores más bajos de resistencia a la tracción y al estallido de todos los tipos de fibra de pulpa y las peores propiedades de drenaje de la pulpa. El proceso de secado afecta aún más al volumen de la hoja.

Las fábricas de papel emplean métodos físicos y químicos para proporcionar las propiedades físicas y operativas necesarias para optimizar la producción y los parámetros económicos de la fabricación de papel. El punto/tiempo de aplicación de estos tratamientos de drenaje y resistencia (es decir, poco antes del empleo de la pulpa en la máquina de papel) es importante porque conserva las propiedades físicas de la fibra y puede emplear estrategias como el despliegue de cargas, para el cual el tiempo es fundamental.

Un ejemplo de un enfoque de mejora de la resistencia física es el refinado mecánico. El refinado mecánico se lleva a cabo mediante la aplicación de energía para accionar unas placas de metal u otras formas metálicas con tolerancias entre placas extremadamente pequeñas, de modo que las fibras se fibrilen a medida que son empujadas a través de las placas. La fibrilación de las fibras es especialmente importante en la preparación de fibras vírgenes que, de lo contrario, quedan demasiado "pegajosas" y carecen de las microfibrillas necesarias para formar los enredos físicos clave, una mayor área superficial entre fibras y los sitios de enlaces de hidrógeno que proporcionan los aspectos importantes de la resistencia de las hojas. Las microfibrillas creadas a partir del refinado pueden dañarse con el tiempo, especialmente en el proceso de prensado y secado. En consecuencia, la mayoría de los fabricantes de papel de impresión y escritura y de pañuelos/toallitas que necesitan un mayor desarrollo de la resistencia, realizan el refinado mecánico de pulpas vírgenes y recicladas y realizan el refinado mecánico de las pulpas inmediatamente antes de su introducción en la máquina de papel. El objetivo principal es aumentar la cantidad de fibrilación en las fibras para una mejor resistencia y al mismo tiempo mantener un cierto nivel de drenaje, ya que el refinado afecta al drenaje. Por ejemplo, las fibrillas "atrapan" el agua y la hacen moverse más lentamente a través de la hoja. Adicionalmente, las fibras se cortan y acortan después del refinado mecánico.

Los productos químicos utilizados para tratar la pulpa con el fin de crear las propiedades físicas y operativas necesarias incluyen compuestos sintéticos, compuestos naturales y tratamiento enzimático. Debido a los mecanismos de estos químicos, estos se aplican en la pulpa, a lo sumo, poco antes de que la pulpa se introduzca en la caja de entrada o depósito de la máquina. Muchas ayudas sintéticas para la resistencia suponen el uso de materiales cargados, por ejemplo, tratamientos con poliacrilamida aniónica y catiónica, que funcionan para unir las fibras con el fin de sujetarlas entre sí y aumentar la resistencia, el drenaje o la retención. La sensibilidad al tiempo de la aplicación respecto a la posición de la caja de entrada de la máquina de papel es fundamental para la eficacia de los tratamientos poliméricos porque la carga eléctrica (presente debido a los materiales cargados) puede ser un efecto temporal y efímero. Los productos químicos de carga también son débiles y requieren un equilibrio específico para su aplicación, de modo que si pasa demasiado tiempo entre el tratamiento químico y la formación real de la hoja puede ser perjudicial para el desarrollo de la resistencia, el drenaje o la retención. En la mayoría de los casos, la aplicación de productos químicos de resistencia en seco, poliméricos y basados en carga se realiza en o entre un pequeño número de etapas del proceso antes de la caja de entrada de la máquina de papel. Estos puntos de aplicación pueden incluir la entrada hasta la bomba del ventilador (la bomba que envía la masa a la caja de entrada), el depósito de la máquina (depósito que alimenta la máquina), el tanque de mezcla (antes del depósito de la máquina), los depósitos de masa final que alimentan el tanque de mezcla (por ejemplo, los depósitos de fibras cortas y largas que se mezclan en el tanque de mezcla), el repulpador (la primera etapa para hacer que la pulpa completamente seca o plegada en hojas húmedas obtenga una consistencia baja), pulverizando productos químicos sobre el alambre de conformación o entre las capas de la hoja o sobre la hoja formada o en una prensa de encolado, o incluso en la máquina, por ejemplo, pulverizándolos entre las capas de la hoja.

Un ejemplo de un material natural que sirve como ayuda para la resistencia es el almidón. El almidón y las gomas de árbol tienen un efecto parecido al pegamento sobre las fibras. Al igual que con los tratamientos poliméricos sintéticos, el tratamiento efectivo con almidón depende del sitio de aplicación. Normalmente, el almidón se aplica en la pulpa poco antes de que la pulpa se introduzca en la máquina de papel, ya sea en el depósito de la máquina o en el tanque de mezcla. Sin embargo, también se puede aplicar en la máquina después de que la pulpa haya pasado por algunas etapas del proceso. Por ejemplo, el tratamiento con almidón puede emplearse pulverizando almidón sobre la hoja o entre capas de hojas multicapa para una mejor resistencia de unión. En otras aplicaciones, el tratamiento de resistencia con almidón se realiza después de que la hoja se haya conformado por completo y se seca a medida que la hoja pasa a través de una tina para volver a humedecer la hoja con una solución con almidón en alta concentración (por ejemplo, en una prensa de encolado).

Se ha investigado el uso de tratamientos enzimáticos en las fábricas de papel con el fin de mejorar la resistencia y el drenaje. Se han aplicado enzimas en o dentro de la línea de producción poco antes de introducir la pulpa en la máquina de papel en puntos similares del proceso donde se pueden aplicar tratamientos mecánicos y químicos previos a la máquina. Entre los ejemplos están el depósito de la máquina, el tanque de mezcla, los depósitos de fraccionamiento posterior, e incluso en el repulpador para mayor consistencia. La patente de EE. UU. n.° 6.066.233 de Olsen, et al. describe el tratamiento de fibras recicladas sin tinta con una mezcla de enzimas (celulosa y pectinasa) para lograr un mejor drenaje y producir un producto de papel sin pérdida de brillo. La pulpa reciclada tratada se convirtió en producto de papel directamente, es decir, no hubo etapa de deshidratación, plegado de hojas en húmedo o secado entre el tratamiento enzimático y la fabricación del papel.

La patente de EE. UU. n.° 5.110.412 de Fuentes, et al. describe el tratamiento de la pulpa con una enzima como la celulosa, hemicelulosa o mezclas de las mismas. La pulpa se trata con enzimas en la fábrica de papel y luego se utiliza rápidamente sobre la máquina de papel.

La patente de EE. UU. n.° 6.808.595 de Burns, et al. describe el tratamiento de las fibras, inmediatamente antes de introducirlas en la máquina de papel, con una enzima hidrolítica para formar grupos aldehído y el tratamiento posterior de las fibras de madera dura con una sustancia reticulante y/o almidón que forman enlaces con los grupos aldehído para una mayor resistencia y menor producción de pelusa durante la producción de pañuelos. Véase también, la patente de EE. UU. n. °6.635.146 de Lonsky, et al. que describe el tratamiento de fibras para la fabricación de papel con una enzima celulolítica de 5.000 a aproximadamente 200.000 ECU por kg de fibras antes de conformar una hoja de papel a partir de la pulpa tratada directamente.

La patente de EE. UU. n.° 5.507.914 de Sarkar, et al. describe el tratamiento de la pulpa con una enzima celulolítica, el refinamiento de la pulpa tratada y luego su tratamiento con un coagulante polimérico catiónico y un polímero aniónico en el tanque vertical del proceso de fabricación de papel. La patente de EE. UU. n.° 6.939.437 de Hill, et al. describe el tratamiento de pulpa en una fábrica de papel con al menos una enzima celulolítica y al menos un polímero catiónico previo a la máquina de papel.

Los métodos descritos anteriormente aplican los tratamientos enzimáticos en un punto anterior a la introducción de la pulpa en la máquina de papel o en algunas etapas del proceso en la fábrica de papel poco antes de la fabricación del papel. De este modo, el usuario final de la pulpa tiene que aplicar estos tratamientos justo antes o durante el proceso de fabricación del papel.

El documento WO 2006/048908 se refiere a una mejor eliminación y/o control de los materiales adhesivos o pegajosos ("adherentes") de la masa de papel recuperado o las fibras de pulpa virgen utilizando una combinación de tratamiento enzimático con adsorbentes y/o absorbentes.

Con respecto a la pulpa plegada en hojas húmedas o completamente secas, es posible que los tratamientos de resistencia en la máquina de papel o inmediatamente antes de esta no compensen adecuadamente la cornificación que se produzca durante el proceso de plegado de hojas en húmedo o secado y el tiempo de almacenamiento y transporte. Por tanto, todavía existe la necesidad de disponer de un método para tratar la pulpa, o un método para tratar papelote durante el proceso de acopio o embalado de pasta de papel que finalmente se enviará a la fábrica de reciclaje, para disminuir el efecto de la cornificación y el tiempo de almacenamiento en las propiedades físicas de la pulpa durante el plegado de hojas en húmedo, secado, almacenamiento y transporte de la pulpa.

Por lo tanto, un objeto de esta divulgación es proporcionar un método para reducir los efectos del plegado de hojas en húmedo, secado y cornificación o deterioro de la pulpa después del proceso de plegado de hojas en húmedo o secado.

En el presente documento también se divulga la pulpa plegada en hojas húmedas y totalmente seca con un mejor drenaje y resistencia de las fibras.

Sumario de la divulgación

La invención se define en las reivindicaciones adjuntas y se refiere a métodos para modificar las propiedades de la pulpa en pulpa virgen. Las realizaciones de la invención se describen en los siguientes párrafos numerados:

(1) . Un método para mejorar la resistencia del papel y el drenaje de la pulpa que comprende administrar, en una fábrica de pulpa virgen, una cantidad efectiva de una formulación enzimática para pulpa virgen para tratar la pulpa y fabricar productos de papel:

(a) después del blanqueo de la pulpa y antes del secado o deshidratación de la pulpa, o

(b) después de pasar por una máquina de plegado de hojas en húmedo o una secadora de pulpa, pero antes del posterior repulpado que tratará la pulpa para fabricar productos de papel; en donde la formulación enzimática se administra una semana o más antes del procesamiento de la pulpa en una planta de fabricación de papel, y en donde la formulación enzimática administrada resulta eficaz para aumentar las características de drenaje de la pulpa y mejorar la resistencia de las hojas fabricadas a partir de pulpa.

(2) . El método del párrafo 1, en donde la formulación enzimática se impregna en un fardo de pulpa u hojas de pulpa seca.

(3) . El método del párrafo 1, en donde la formulación enzimática se administra en fardos de pulpa en forma líquida o sólida en la fábrica de pulpa.

(4) . El método del párrafo 1, en donde la formulación enzimática se administra a una carga o fardo terminado. (5) . El método del párrafo 1, en donde la formulación enzimática se administra a la superficie de la pulpa.

(6) . El método de una cualquiera de los párrafos 1-3, en donde la formulación enzimática administrada modifica la pulpa después del repulpado.

(7) . El método de una cualquiera de los párrafos 1-3, en donde la enzima se administra después del secado de la pulpa pero antes de la rehumectación de la pulpa seca como parte del proceso de fabricación del papel.

(8) . El método de una cualquiera de los párrafos 1-7, en donde la formulación enzimática comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en celulasas, endoglucanasas, celobiohidrolasas, hemicelulasas, mananasas, xilanasas, pectinasas, gamanasas, pectín liasas, pectato liasas, lipasas y lacasas.

(9) . El método del párrafo 8, en donde la formulación enzimática se administra como un líquido o sólido.

(10) . El método del párrafo 1, en donde la formulación enzimática se administra en forma seca, granulada, encapsulada, en pellas o en polvo.

(11) . El método de una cualquiera de los párrafos 1-10, en donde la formulación enzimática se dosifica con una actividad enzimática que oscila entre 5 y 600 unidades de actividad enzimática por 100 gramos de fibra secada al horno, preferentemente de 20 a 200 unidades por 100 gramos de fibra secada al horno.

(12) . El método de una cualquiera de los párrafos 1-11, en donde la enzima se administra a la pulpa a una temperatura en el intervalo de 10 °C a 90 °C, preferentemente de 15 °C a 60 °C.

(13) . El método de una cualquiera de los párrafos 1-12, en donde la enzima se administra a la pulpa en un intervalo de pH de 3,5 a 9,5, preferentemente de 4,5 a 8,0.

Se proporcionan métodos para reducir los efectos del plegado de hojas en húmedo, secado y cornificación de las fibras de pulpa y, en consecuencia, aumentar el drenaje de la pulpa y las propiedades de resistencia en el producto final (es decir, el papel). Los métodos que se han desarrollado crean un producto de "valor añadido" en el distribuidor o procesador de papelote o en la fábrica de pulpa y/o de destintado. Los productos incluyen una carga o fardo de papelote u hojas plegadas en húmedo o una carga de pulpa seca o un fardo tratado o impregnado con enzimas que mejorarán la calidad del producto de pulpa cuando se vuelva a humedecer y procesar en la fábrica de papel.

El método para mejorar la resistencia del papel o el drenaje de la pulpa en una fábrica de pulpa virgen o en una planta de preparación de masa reciclada incluye las etapas de administrar una cantidad efectiva de formulación enzimática (1) en la pasta de papelote en la instalación de procesamiento/embalado de papelote; (2) en la masa de pulpa húmeda antes de deshidratarla y/o secarla; o (3) directamente en la pulpa seca o deshidratada antes o después de la máquina de plegado de hojas en húmedo o la secadora de pulpa de la planta de pulpa, para así tratar la pulpa antes del repulpado posterior para la fabricación de productos de papel. La enzima se puede administrar en: (1) la pasta de papelote en el sitio de procesamiento o embalado de la pasta,

(2) la masa de pulpa húmeda antes de la máquina de plegado de hojas en húmedo o de la secadora de pulpa, o (3) la pulpa plegada en hojas húmedas o pulpa plegada en hojas secas después del plegado de hojas en húmedo o secado de la pulpa mientras aún se encuentra en la planta de destintado o en la planta de pulpa.

En una opción, el método incluye las etapas de (1) tratar pulpa virgen o destintada en la planta de destintado o pulpado con una cantidad efectiva de una o más enzimas y, (2) deshidratar la pulpa virgen o destintada para obtener pulpa plegada en hojas húmedas o completamente seca que presente una cornificación y daño reducidos.

En una segunda opción, el método incluye (1) el tratamiento de la pulpa virgen o reciclada inmediatamente o poco después del proceso de plegado de hojas en húmedo o de secado completo con una cantidad efectiva de una o más enzimas para producir una pulpa plegada en hojas húmedas o completamente seca que presente una cornificación y daño reducidos para el fabricante final que utilice dicha pulpa. En esta opción, la pulpa se impregna en la planta de destintado o fábrica de pulpa con las enzimas que modificarán la pulpa más adelante.

En una tercera opción, el método incluye las etapas de tratar el papel o los fardos de pasta de papelote seco en la instalación de acopio o enfardado de papelote con una cantidad efectiva de una o más enzimas para su uso posterior en una planta de procesamiento de papelote.

Las enzimas que se pueden aplicar incluyen, aunque sin limitación, celulasas, hemicelulasas, xilanasas, pectinasas, pectina esterasas y pectina y pectato liasas o combinaciones de las mismas. La pulpa tratada con enzimas puede tratarse adicionalmente en la fábrica de papel con distintos métodos para mejorar el drenaje y la resistencia. Los tratamientos adicionales para mejorar el drenaje y la resistencia incluyen, aunque sin limitación, refinación mecánica y aplicación de almidón, polímeros de resistencia en seco o de resistencia en húmedo. El tratamiento enzimático se puede realizar a una temperatura de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 90 °C a presión atmosférica ambiental. Más preferentemente, el tratamiento enzimático se realiza en un intervalo de temperatura entre 15 °C y 60 °C. Son posibles temperaturas más altas dependiendo de qué formulaciones enzimáticas se utilicen y si la enzima está estabilizada. Las aplicaciones se pueden realizar en masas de pulpa con un intervalo de pH de 3,5 a 9,5. Para la mayoría de las enzimas es preferible un intervalo de pH de 4,5 a 8,0. El tratamiento con enzimas resulta eficaz para aumentar la resistencia y/o el drenaje de la pulpa en comparación con las pulpas no tratadas y, en consecuencia, para mejorar la resistencia de las hojas fabricadas con la pulpa tratada con enzimas en comparación con las hojas fabricadas con pulpa no tratada. Los aumentos del drenaje de la pulpa se pueden demostrar utilizando las pruebas de Schopper-Riegler o la de refinado estándar canadiense "Canadian Standard Freeness" y varias pruebas de drenaje de laboratorio.

La pulpa plegada en hojas húmedas o completamente seca tratada o impregnada con enzimas y con un drenaje y resistencia de la fibra mejorados se vende como un producto con valor añadido, pues presenta una mejor resistencia y/o drenaje de la pulpa y una mayor resistencia de las hojas fabricadas a partir de pulpa tratada con enzimas en comparación con pulpas no tratadas y hojas fabricadas a partir de pulpa no tratada.

También se proporcionan cargas o fardos de papelote tratados o impregnados con una formulación enzimática efectiva para mejorar el drenaje, la resistencia y otras propiedades de la pulpa y el papel en el proceso de fabricación del papel. Estos se producen mediante el método de mejora de la resistencia del papel o el drenaje de la pulpa durante el proceso de carga o embalado de papelote mediante la administración de una cantidad efectiva de formulación enzimática en las cargas o fardos de papelote que luego se emplearán para producir papeles reciclados.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de flujo del procesamiento de la preparación de la pulpa en una fábrica de pulpa virgen o fábrica de reciclaje de papelote y en una fábrica de papel que utiliza masa de pulpa, que muestra los puntos de tratamiento enzimático de la pasta de papelote acopiada o en la planta de destintado o en la fábrica de pulpa antes del repulpado final de la hoja plegada en húmedo o de la pulpa seca en una fábrica de papel.

Descripción detallada de la divulgación

I. Definiciones

A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen los mismos significados que entiende comúnmente una persona experta a la materia a la que pertenece la divulgación.

El término "planta de destintado" se refiere a una planta o fábrica que transforma papelote en una pulpa reciclada que se puede utilizar para fabricar papel en ese mismo sitio o en otra parte. Las plantas de destintado eliminan diversos contaminantes como tintas, materiales de relleno, recubrimientos y pegamentos/adhesivos del papelote y producen pulpa reciclada limpia que se utilizará en las máquinas de papel de ese mismo sitio o de otra parte.

El término "cantidad efectiva" se refiere a cualquier cantidad que genere un resultado predeterminado o deseado. Por ejemplo, una cantidad efectiva de una formulación enzimática pensada para mejorar la resistencia significa la cantidad de formulación enzimática que resulta eficaz para aumentar las propiedades de resistencia de la fibra en la hoja final en comparación con pulpas no tratadas con la misma formulación enzimática en las mismas condiciones. La expresión "modificación enzimática de la fibra" se refiere a cualquier alteración o modificación de las fibras de pulpa como resultado de la interacción con una enzima. La modificación puede ser un resultado directo o indirecto del tratamiento enzimático.

El término "pulpa reciclada" o "fibras recicladas" se refiere a los componentes de masa de pulpa o fibra de una pasta de papel o cartón que se obtiene a partir de papel y cartón recuperado o de papelote. El "secado" de la pulpa no incluye el procesamiento de la pulpa en la máquina de papel. Tal y como se utiliza en el presente documento, el secado de la pulpa se refiere al secado de la pulpa que finalmente se repulpa antes de ser procesada en una máquina de papel. "Una vez seca" y "completamente seca" se utilizan indistintamente.

La pulpa "plegada en hojas húmedas" se refiere a pulpa reciclada virgen o destintada que no se convierte directamente en papel, sino que se deshidrata y se prensa hasta obtener un producto con un contenido sólido de aproximadamente el 45-50 % que luego se almacena o envía en forma de fardos o bloques de fragmentos para su uso posterior.

El verbo "tratar", tal y como se utiliza en el presente documento, generalmente significa que la enzima o enzimas se han aplicado en la pulpa en una forma activa o inactiva. Por ejemplo, la enzima se puede agregar a la pulpa antes de la deshidratación, en forma de solución, en la que la enzima ha ejercido algún efecto sobre la fibra antes de la deshidratación. Tras la deshidratación y la conformación del producto final, la enzima puede estar activa o inactiva. En otras opciones, la enzima se puede aplicar en una forma inactiva, tal como una forma seca (por ejemplo, polvo, pellas, gránulos, etc.) o encapsulada, de manera que la enzima esté inactiva hasta que la pulpa se someta a repulpado para la fabricación de papel. En estas opciones, la enzima se puede aplicar en un fardo o carga, tal como mediante pulverización, o se puede impregnar en la pulpa. El verbo "tratar" también se usa en el presente documento para incluir la aplicación de las enzimas en la pasta de papelote acopiada en el centro de procesamiento o embalado de la pasta de papel antes de su envío a la planta de reciclaje de papel.

II. Formulaciones enzimáticas

Las formulaciones enzimáticas para el tratamiento de pulpa en la fábrica de pulpa o en la planta de destintado incluyen una o más enzimas eficaces en aumentar la resistencia de la fibra y/o modificar el drenaje de la pulpa. Los ejemplos de enzimas que se pueden utilizar para tratar la pulpa como se describe en el presente documento incluyen, aunque sin limitación, celulasas, endoglucanasas, celobiohidrolasas, hemicelulasas, mananasas, xilanasas, pectinasas, gamanasas, pectina y pectato liasas, lipasas y lacasas.

Las enzimas se suelen utilizar en combinación, aunque no es esencial y la pulpa solo puede tratarse con un tipo de enzima o una clase de enzima, como las celulasas. En aquellas opciones donde la pulpa se trata con dos o más enzimas, las enzimas se pueden aplicar simultánea o consecutivamente.

En una opción, las enzimas se añaden en una concentración que oscila entre 5 y 600 unidades de actividad enzimática por 100 g de fibra SH. Preferentemente, la concentración de las enzimas está entre 20 y 200 unidades de enzima/100 g de fibra SH. Las unidades enzimáticas se pueden determinar como se describe a continuación.

Medición de la actividad de la celulasa (endo-p-1, 4-glucanasa) (CMCU)

Las endo-p-1, 4-glucanasas (EC 3.2.1.4) atacan los enlaces p-(1,4) de la celulosa amorfa, la carboximetilcelulosa (CMC) y la celulosa hinchada con ácido fosfórico, para producir celooligosacáridos de cadena más corta que, a su vez, pueden hidrolizarse a celobiosa y glucosa por exoglucanasa y betaglucosidasa. Este método se basa en la degradación de las cadenas de CMC, lo que provoca una reducción medible de la viscosidad de la solución de goma de CMC. Los productos químicos utilizados para determinar la actividad de la celulasa incluyen 0,30 % de goma de carboximetilcelulosa sódica (CMC), AQUAlOn® CMC 7 (Hercules Incorporated, Wilmington, Delaware, EE. UU.) en 500 mM de tampón de acetato a un pH de 5,2 como sustrato y utilizando 1,5 l de celulasa CELLULAST® (Novozymes A/B, Dinamarca) como celulasa estándar con una actividad de 20.000 Unidades CMC/ml. Se mezcla una muestra de enzima diluida o una muestra de filtrado con 10,0 ml de solución de goma durante 10 minutos en un baño de agua a 40 °C y se mide la viscosidad utilizando tubos de viscosímetro Ubbelohde Fisher Brand Glass. La reducción de la viscosidad se convierte a unidades CMC en función de los 1,5 l de celulasa estándar CELLULAST®. Medición de la actividad de la amilasa (AU)

La amilasa (EC 3.2.1.1) cataliza la degradación del almidón (amilosa). Se puede usar una solución indicadora de yodo-yoduro para indicar la concentración de almidón que se detecta espectrofotométricamente a 500 nm. La actividad de la amilasa se determina utilizando almidón de patata como sustrato. Este método se basa en la descomposición del almidón y la reacción va seguida de una titulación de yodo. El color azul negruzco inicial se forma cuando la solución de almidón se mezcla con una solución de yodo, y el color azul se reduce gradualmente a marrón rojizo, que se mide con un espectrofotómetro a 500 nm. Una unidad de amilasa (AU) se define como la cantidad de amilasa que, en las condiciones de prueba estándar (37 °, 10 minutos y solución de almidón de 100 ppm a un pH de 5,6), genera 1 micromol de glucosa por minuto.

Medición de la actividad de la lipasa (PCU)

El ensayo APC™ se basa en una reacción acoplada a enzimas. Los triglicéridos se hidrolizan primero por las lipasas a gliceroles y ácidos grasos libres. Los gliceroles producidos a partir de las reacciones reaccionan con el trifosfato de adenosina, el glicerol quinasa y el glicerol peroxidasa. Se forma un tinte que se puede medir espectrofotométricamente a 540 nm. El aumento de absorbancia a 540 nm es directamente proporcional a la concentración de glicerol libre en la muestra. Se realiza una determinación cuantitativa de la actividad enzimática analizando un estándar conocido de lipasa a múltiples índices de dilución para obtener una curva estándar. La actividad de la lipasa se calcula comparando la absorbancia alcanzada con una lipasa estándar de actividad conocida. La actividad de la lipasa se determina utilizando el método APC™ según la patente estadounidense 7.067.244.

Medición de la actividad de la pectinasa (PU)

Las pectinasas descomponen una solución de pectina al 1,0 % (Sigma P-9135) con tampón de acetato de pH 5,0 a 50 mM y producen ácido galacturónico (BioChemika 48280). La concentración de pectina en la solución se determina midiendo el contenido de ácido galacturónico. El tratamiento de la solución de pectina con ácido sulfúrico desarrollará un color en presencia de carbazol (Sigma C-5132), que medido a 520 nm, es proporcional a la concentración total de pectina. Una unidad de actividad de pectinasa es la cantidad de pectinasa necesaria para producir por minuto un pmol de ácido galacturónico a un pH de 5,0 y una temperatura de 40 °C en 50 mM de tampón de acetato.

Medición de la actividad de la xilanasa (XU)

El sustrato empleado es arabinoxilano de trigo reticulado con azurina. Las endo-1,4-p-D-xilanasas hidrolizan la cadena principal de xilano, liberando fragmentos teñidos solubles en agua. La cantidad de fragmentos teñidos liberados puede estar directamente relacionada con la actividad enzimática. Los comprimidos de Xylazyme AX se piden a Megazyme International Ireland Ltd., Bray Business Park, Bray, Condado de Wicklow, Irlanda. La absorbancia de estos fragmentos teñidos se puede detectar espectrofotométricamente a 590 nm. Se realiza una determinación cuantitativa de la actividad enzimática analizando un estándar conocido de xilanasa a múltiples índices de dilución para obtener una curva estándar. La curva estándar correlaciona la actividad enzimática de una xilanasa estándar conocida con la absorbancia. Novozymes Pulpzyme® HC tiene una unidad de actividad estándar de 40.000 XU/ml.

Medición de la actividad de la gamanasa (GU)

La gamanasa descompone los galactomananos, como la goma de algarrobo, a los azúcares reductores que se miden con el método DNS. Como sustrato de gamanasa se utiliza goma de algarrobo al 0,1 % (p/p). La enzima se diluye con 50 mM de tampón de fosfato a un pH de 6,8, se añade a la solución de goma de algarrobo y se incuba en un baño de agua a 40 °C durante 20 minutos. Se agitan bien las muestras cada 5-10 minutos y se detiene la reacción utilizando 0,10 ml de Na²CO³a 1 M y luego se transfieren 0,5 ml de cada uno de los tubos de ensayo de muestra a tubos de ensayo de vidrio para que reaccionen con la solución de DNS y se mide la absorbancia a 575 nm. Una unidad de actividad de la gamanasa (GU/ml) se define como la cantidad de enzima que genera 1 pmol de azúcar reductor liberada a partir de goma de algarrobo al 0,1 % a un pH de 6,8 y 40 °C por minuto.

Medición de la actividad de la lacasa (LAMU)

Las unidades de lacasa (LAMU) se basan en el índice de oxidación de la siringaldazina. 1 LAMU se define como la cantidad de enzima que, en condiciones estándar, como un pH de 7,5 y 30 °C, oxida 1 pmol de siringaldazina por minuto. La actividad de lacasa en LCU también se puede determinar utilizando 2,2'-azino-bis (ácido 3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico) (ABTS) como sustrato a 25 °C y un pH de 4,5. Una unidad de actividad enzimática se define como la cantidad de enzima que oxida 1 pmol de ABT^spor minuto a una temperatura de 25 °C y un pH de 4,5.

Las formulaciones se pueden proporcionar en forma de una solución o suspensión o enzimas granuladas o en polvo que incluyen composiciones que se ajustan al pH y las concentraciones de sal. En general, las formulaciones enzimáticas también pueden incluir el tampón apropiado para una actividad enzimática óptima. Una persona experta en la materia puede optimizar las condiciones para maximizar la actividad enzimática utilizando técnicas convencionales conocidas en la técnica.

Las formulaciones enzimáticas disponibles comercialmente también se pueden aplicar en el método descrito en el presente. Por ejemplo, Enzymatic Deinking Technologies (EDT) comercializa una línea de productos para la modificación de fibras con el nombre comercial de REFINASE®. Los productos REFINASE® contienen mezclas de enzimas con al menos una de las enzimas seleccionadas de celulasa, endoglucanasa, celobiohidrolasa, hemicelulasa, mananasa, xilanasa, pectinasa, pectín esterasa, pectina y pectato liasa, gamanasa, esterasa, lacasa o lipasa. La dosificación de REFINASE® a base de fibra o pulpa secada al horno oscila de 0,001 % a 0,4 %, siendo lo preferente de 0,025 % a 0,15 % a base de fibra SH.

En algunas opciones, las enzimas se pueden introducir en forma seca, granulada, encapsulada o en pellas. Se pueden añadir opcionalmente a las formulaciones estabilizadores, tales como iones metálicos y polímeros catiónicos. Las formulaciones enzimáticas pueden tratarse para mejorar la estabilidad durante el almacenamiento. Un método para producir granulados sólidos con estabilidad de almacenamiento mejorada se describe, por ejemplo, en la publicación de EE. UU. n.° 2007/0111920 de Bauer, et al.

Las formulaciones pueden incluir adicionalmente uno o más dispersantes, que pueden ser tensioactivos y/o polímeros que pueden utilizarse, por ejemplo, para mejorar la estabilidad o la actividad de las enzimas.

III. Métodos y materiales para el tratamiento enzimático de pulpa

Se describen métodos para reducir los efectos de la cornificación y el deterioro de la pulpa. Los métodos incluyen el tratamiento de pulpa virgen o reciclada en una planta de fabricación de pulpa, antes transportarla a una planta de fabricación de papel, con una formulación enzimática que contiene enzima en una cantidad efectiva para aumentar las características de drenaje de la pulpa virgen o pulpa reciclada y mejorar la resistencia de las hojas fabricadas a partir de la pulpa. En la figura 1 se muestran las diversas etapas del proceso de acopio de pasta de papel y preparación de la masa de pulpa antes de fabricar papel, tanto papel reciclado como virgen.

En una opción, la pulpa se trata con la formulación enzimática antes del secado en pulpa seca (aproximadamente 90-95 % seca) o el procesamiento en pulpa plegada en hojas húmedas (aproximadamente 45-50 % seca). La etapa antes del secado o el procesamiento para conseguir pulpa plegada en hojas húmedas se refiere a cualquier momento antes de la etapa de deshidratación de las hojas húmedas utilizadas para las pulpas plegadas en hojas húmedas o las etapas de deshidratación y secado que supone la producción de pulpas secas.

En una segunda opción, la formulación enzimática se aplica en pulpa seca o húmeda o se impregna en un fardo de pulpa seca u hojas de pulpa seca. La pulpa seca se puede dejar enfriar hasta una temperatura a la que la enzima no se inactive antes de la administración o impregnación de la pulpa. La enzima se impregna en los fardos de pulpa en forma líquida o sólida en la fábrica de pulpa, antes de transportarla a la fábrica de procesamiento de papel, ya sea inmediatamente después del embalado o después del transporte a una instalación de almacenamiento temporal. En esta opción, puede pasar un período de un día, unos pocos días, una semana, un mes, unos pocos meses o más antes del procesamiento de la pulpa en una planta de productos de papel.

En una tercera opción, la formulación enzimática se aplica en la pasta de papelote acopiada en el centro de procesamiento o de embalado de pasta de papel antes de su envío a la planta de reciclaje de papel.

La pulpa se puede tratar opcionalmente con aditivos tales como estabilizadores y dispersantes. Estos aditivos pueden añadirse solos o junto con las enzimas en las mismas ubicaciones de adición o por separado en diferentes ubicaciones.

La formulación enzimática normalmente se aplica como una solución en la masa de pulpa, pero también podría añadirse en forma de enzima seca o granulada. El tiempo, la concentración, la temperatura, el pH y la consistencia de la pulpa juegan un papel importante en la preparación de la masa de pulpa. La fase del proceso en la que se aplica el tratamiento enzimático puede variar.

En algunas opciones, la enzima se aplica en la pulpa como una solución, suspensión, o en forma seca, antes o después de la deshidratación. En estas opciones, se permite que la(s) enzima(s) reaccione(n), al menos en parte, con las fibras. En aquellas opciones donde la enzima se aplica antes de la deshidratación, la enzima puede dispersarse dentro de la pulpa. En aquellas opciones donde la enzima se aplica después de la deshidratación, la enzima se puede aplicar a la superficie de la pulpa pero luego se dispersa dentro de las fibras de la pulpa cuando la pulpa se repulpa.

En una opción, la pulpa se mezcla con las enzimas, como polvo o encapsuladas en algún tipo de vehículo, que luego se solubiliza y activa cuando la pulpa se vuelve a humedecer antes del procesamiento en la planta de procesamiento de papel. La pulpa reciclada o virgen tratada con enzimas se puede secar hasta conseguir una forma de hoja plegada en húmedo (aproximadamente 45-50 % de consistencia o seca) o completamente seca (aproximadamente 90-95 % seca).

En otras opciones, la carga o fardo terminado se trata con las enzimas. Tal y como se ha expuesto anteriormente, la enzima se puede aplicar en la superficie del fardo o carga, por ejemplo, mediante pulverización, y la enzima se activa al repulpar el fardo o la carga. En otras realizaciones, la carga o fardo se puede impregnar en el fardo, por ejemplo, insertando una boquilla u otro dispositivo en el fardo e inyectando enzima en el fardo.

En todas las opciones, las enzimas pueden estar encapsuladas y, por lo tanto, están inactivas hasta el momento en que las enzimas se liberan y pueden actuar sobre las fibras.

Tratamiento de pulpa con formulaciones enzimáticas

Se pueden cambiar varios parámetros operativos en la fábrica de pulpa, como la temperatura o el pH, para alterar la actividad enzimática y modificar las características de la fibra de pulpa, como el drenaje y las propiedades físicas. Momento/ubicación de la aplicación de la enzima

El punto del proceso en la fábrica de pulpa o planta de destintado en el que se aplica la enzima depende de una variedad de factores tales como (1) el tiempo de incubación de la enzima con la pulpa; (2) la cantidad de tiempo entre el tratamiento con enzimas y la etapa de secado o plegado de hojas en húmedo; (3) la cantidad de tiempo entre el secado o el plegado de hojas en húmedo de la pulpa tratada con enzimas y el tiempo durante el que la pulpa se usa en una máquina de papel; y (4) los circuitos de agua en la fábrica de pulpa o en la planta de destintado. El tiempo de incubación de la enzima con la masa de pulpa puede variar. La masa de pulpa se trata con formulación enzimática durante al menos 1 minuto, preferentemente más de cinco minutos, pero el tiempo real puede ser de muchos meses, durante los que la pulpa está almacenada o se está transportando, y el nivel de actividad enzimática varía según las condiciones de almacenamiento. Las personas expertas en la adición de enzimas en masa de pulpa húmeda y caliente entenderán que la cantidad de actividad enzimática será sustancialmente mayor que cuando las enzimas se proporcionan en forma de polvo seco en la pulpa seca embalada y enfriada en almacenamiento. La pulpa se trata enzimáticamente durante un período de tiempo y en una cantidad y condiciones que provocan la modificación de la fibra y, a continuación, la pulpa se seca parcial (es decir, se transforma en pulpa plegada en hojas húmedas) o completamente, para después transformarse en fardos. Como alternativa, la pulpa plegada en hojas húmedas o seca se puede tratar con enzimas después del proceso de plegado de hojas en húmedo o secado, pero mientras aún se encuentra en la fábrica de pulpa o en la planta de destintado. La pulpa seca se puede almacenar hasta al menos tres años antes de volver a repulparla y convertirla en papel.

El tratamiento enzimático se puede realizar en tanques en la fábrica de pulpa antes de la etapa final de deshidratación o secado. Otras fases del equipo en las que se pueden realizar los métodos incluyen, aunque sin limitación, depósitos de desperdicios, torres de blanqueado, tanques de alimentación, torres de alta densidad, silos de agua, tanques de agua blanca y otras partes de la fábrica donde se produzca un mínimo de 1 minuto de tiempo de contacto o donde las aguas de procesamiento de la etapa de deshidratación de secado previa o plegado de hojas húmedas previa regresan a una parte adecuada del proceso para el efecto enzimático. Como alternativa, el tratamiento enzimático en la planta de destintado o en la fábrica de pulpa se puede aplicar después de la etapa de plegado de hojas en húmedo o secado.

En las opciones preferidas, la enzima se administra en la masa de pulpa húmeda durante al menos 1 minuto, preferentemente de 5 minutos a 6 horas, y más preferentemente de 10 minutos a 2 horas.

Temperatura

Ya se sabe en la técnica que la actividad enzimática depende de la temperatura y el pH. Los tratamientos enzimáticos descritos en el presente documento suelen ser eficaces a temperaturas de 10 °C a 90 °C. El intervalo de temperatura más preferido es de aproximadamente 15 °C a 60 °C.

Sin embargo, el intervalo de temperatura puede variar según la naturaleza de la enzima utilizada y el intervalo de actividad óptimo para cada enzima.

pH

El pH de la masa de pulpa puede ser, por lo general, de aproximadamente 3,5 a aproximadamente 9,5 en la mayoría de las enzimas, más preferentemente de aproximadamente 4,5 a 8,0. El pH de la masa se puede ajustar con modificadores del pH como alumbre o aluminatos, determinados ácidos, dióxido de carbono y varios álcalis como el hidróxido de sodio.

Concentración de enzimas

La dosificación enzimática depende de la enzima específica y de las otras condiciones de tratamiento, en concreto, la consistencia y la temperatura de la pulpa.

Las enzimas se pueden usar solas o en combinación. La concentración de enzimas oscila preferentemente entre 5 y 600 unidades de enzima/100 g de fibra secada al horno ("SH"). Preferentemente, la concentración de las enzimas está entre 20 y 200 unidades de enzima/100 g de fibra SH. Las unidades enzimáticas se pueden determinar tal y como se describe en el presente documento. La cantidad efectiva de enzima es la que da como resultado un mayor drenaje de las fibras de la pulpa con respecto a la pulpa no tratada con enzimas y/o que mejora la resistencia de la hoja de papel del papel fabricado utilizando la pulpa tratada con enzimas. El método puede provocar el aumento tanto del drenaje de las fibras como de la resistencia de las hojas de papel (del papel fabricado a partir de la pulpa). En las opciones preferidas, la enzima se administra a la masa de pulpa húmeda con una consistencia de 0,1 % a 35 %, preferentemente del 0,5 % al 15 %, y más preferentemente del 1,0 % al 10 %.

Determinación de la resistencia de la pulpa

Las fibras modificadas enzimáticamente pueden derivar en una mayor resistencia del producto de papel final. La resistencia de las fibras se puede determinar utilizando muchas medidas diferentes que se adaptan a las necesidades de resistencia del gramaje del papel. Ciertos gramajes, como los de los pañuelos, se centran en objetivos de resistencia a la tracción en la dirección de la máquina y en dirección transversal. Los gramajes finos de impresión y escritura también requieren estándares de resistencia a la tracción, pero además se centran en la capacidad de impresión sobre su superficie. Los gramajes de enfardado requieren una amplia variedad de parámetros de resistencia que incluyen las pruebas de resistencia a la tracción, desgarro, estallido Mullen, aplastamiento del anillo (ring crush), STFI/SCT, Concora, adherencia de las capas (ply bond) de dimensionamiento o de aplastamiento de cajas (box crush). Cada una de estas pruebas se lleva a cabo de acuerdo con los equipos y métodos de prueba estándar de la industria. El aumento de la resistencia del papel es cualquier aumento de la resistencia del papel por encima de las resistencias estándar o habituales del papel que se consigue respecto al papel sin tratar o al papel tratado con un método como el almidón, el procesamiento químico o el refinado. La resistencia del papel se puede medir utilizando los métodos de prueba TAPPI T494 (resistencia a la tracción), T403 (resistencia al estallido), T414 (resistencia al desgarro) y otros procedimientos industriales estandarizados.

Determinación del drenaje de la pulpa

El drenaje de la pulpa está determinado por el índice y el grado con los que el agua se drena de la masa de pulpa. Dos de las pruebas más utilizadas son la prueba Canadian Standard Freeness y la prueba europea Schopper-Riegler. Un litro de masa de pulpa con consistencia de 0,3 % o 0,2 %, respectivamente, se drena sobre un objeto cónico y se monitoriza la cantidad de agua que atraviesa un tubo de rebose. Una masa de drenaje rápido crea un gran desbordamiento y produce una gran cantidad de ml de filtrado que pasa sobre el cono según lo calculado en una prueba Canadian Standard Freeness. Los métodos alternativos de seguimiento del drenaje utilizan sistemas de vacío mediante los cuales se realiza un seguimiento del índice de tiempo y el grado máximo de eliminación de agua de una suspensión de pulpa. El drenaje mejorado en una máquina de papel se observa por los cambios en el vacío de la caja plana o el vacío del cilindro de compresión o por la posición de las líneas secas en una mesa de formación Fourdrinier. De manera adicional, las mejoras en el drenaje se pueden observar por la reducción de la humedad de la hoja final mientras todos los demás factores permanecen constantes (por ejemplo, velocidad de la máquina, vacíos, gramaje de la hoja, presión de la sección de secado).

Un mayor drenaje de la pulpa es cualquier incremento en el drenaje de la pulpa sobre el drenaje de pulpa estándar conseguido sin tratamiento enzimático, como se describe en el presente documento y teniendo en cuenta otras medidas que afectan al drenaje.

La pulpa seca o plegada en hojas húmedas tratada enzimáticamente se repulpa en una fábrica de papel antes de fabricar el papel. El repulpado se puede realizar usando cualquier método de repulpado conocido en la técnica. IV. Pulpa y fibras de pulpa

La pulpa seca y plegada en hojas húmedas con mejores características de drenaje y mayor resistencia de las fibras se obtiene tratándola con una cantidad efectiva de una(s) enzima(s) para aumentar la resistencia y/o el drenaje de la pulpa y mejorar la resistencia de las hojas hechas de pulpa tratada con enzimas, en comparación con pulpas no tratadas y las hojas hechas de pulpa no tratada.

La pulpa y las fibras de pulpa se pueden obtener de cualquiera de varias fuentes. La pulpa se puede crear a partir de madera, cultivos de fibra u otras fuentes no madereras, como paja de trigo, paja de arroz o hierba. La pulpa de madera proviene de árboles de madera blanda y dura. Los árboles de madera blanda incluyen píceas, pinos, abetos, alerces y Hemlock. Las maderas duras incluyen eucaliptos, álamos temblones y abedules. Una fuente de fibra que se usa ampliamente debido a su menor coste y fácil disponibilidad es la pulpa de mercado de eucalipto (por ejemplo, las variedades sudamericana, australiana o ibérica). La aplicación de tratamientos enzimáticos en las pulpas de eucalipto es especialmente beneficiosa debido a los aspectos de menor resistencia de esta fibra corta, su menor coste y la mejora significativa relativa del tratamiento enzimático en términos de drenaje y resistencia.

La pulpa puede ser pulpa virgen o pulpa reciclada. La pulpa virgen es pulpa que nunca se ha convertido en un producto final de papel. La pulpa reciclada se refiere a la pulpa que se recicló a partir de papelote, por ejemplo, a través de un proceso de destintado.

La consistencia de la masa de pulpa que se tratará enzimáticamente puede ser de entre aproximadamente 0,1 % y 35 %, más preferentemente entre 0,5 % y 10 %. Como alternativa, el tratamiento enzimático se puede aplicar en la fábrica de pulpa a las pulpas plegadas en hojas húmedas o completamente secas. La consistencia se define como el peso tras el secado al horno de la fibra dividido por el peso total de la fibra y el agua en la suspensión de la masa. En la actualidad, la pulpa se elabora y se seca (parcial o completamente) en una fábrica de pulpa o en una planta de destintado. Después, la pulpa seca se utiliza en una fábrica de papel para convertirla en papel. En la mayoría de los casos, la fábrica de pulpa no linda con la fábrica de papel donde se encuentra la máquina de papel, por lo tanto, la pulpa de la fábrica de pulpa debe transportarse a la fábrica de papel para su posterior procesamiento. Sin embargo, como resultado de la distancia entre la fábrica de pulpa y la fábrica de papel, no es factible transportar un cargamento de masa de pulpa húmeda ("pulpa nunca secada"), por ejemplo, a través de una tubería o en un gran camión cisterna o vagón de ferrocarril de masa húmeda. El transporte requiere un producto de pulpa más estable que pueda almacenarse económicamente durante un largo período de tiempo y que no sea prohibitivamente caro de transportar. La masa de pulpa húmeda es significativamente más pesada que la pulpa plegada en hojas húmedas o completamente seca y, por lo tanto, es significativamente más cara de transportar. Por lo tanto, la pulpa se seca total o parcialmente antes de transportarla a la fábrica de papel. En una opción preferida, la pulpa es pulpa que finalmente se seca y luego se repulpa antes del proceso de fabricación de papel.

La modificación enzimática de las fibras puede generar un aumento de la fibrilación de las fibras, lo que produce más enlaces de hidrógeno en la fibra su entrelazado físico. La modificación enzimática de las fibras también puede hinchar la capa exterior de las fibras, reduciendo su densidad y, por lo tanto, haciendo que las fibras sean más "susceptibles de refinado", lo que genera más fibrillas y delaminación de las paredes exteriores de las fibras cuando se procesan a través de un refinador mecánico. Pueden producirse aumentos en el drenaje debido a la forma en que se producen las microfibrillas más pequeñas con el tratamiento enzimático o por ciertos cambios en la fase coloidal de la masa de pulpa, que mejoran el flujo de agua a través de las fibras.

En una opción, la modificación de las fibras enzimáticas que da como resultado un mayor drenaje de la fibra no afecta a la resistencia de la hoja de papel. En otra opción, la pulpa tratada enzimáticamente presenta un mayor drenaje de pulpa y una mayor resistencia de la hoja de papel (del papel fabricado a partir de la pulpa). Es posible que la modificación enzimática no afecte al drenaje de las fibras pero mejore la resistencia de la hoja de papel. De este modo, el tratamiento afecta al drenaje y a la resistencia de forma individual y en combinación.

La pulpa seca o plegada en hojas húmedas tratada enzimáticamente se repulpa en una fábrica de papel antes de fabricar el papel. El repulpado se puede realizar usando cualquier método de repulpado conocido en la técnica. V. Cargas o fardos de papelote tratados o impregnados con formulación enzimática

Las cargas o fardos de papelote tratados o impregnados con una formulación enzimática efectiva para mejorar el drenaje, la resistencia y otras propiedades de la pulpa y el papel en el proceso de fabricación del papel también se pueden obtener mediante la administración de una cantidad efectiva de formulación enzimática en las cargas o fardos de papelote durante el acopio de papelote, que luego se usa para producir papeles reciclados. Una formulación enzimática se puede aplicar como sólido o líquido en la superficie, o más preferentemente, puede impregnarse a través de boquillas de alta presión para introducir las enzimas en las cargas o fardos.

La presente divulgación se entenderá mejor haciendo referencia a los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos

Ejemplo 1: impacto del tratamiento enzimático, el plegado de hojas en húmedo y el secado en pulpa de madera dura Kraft completamente blanqueada

Materiales y métodos

Se realizaron experimentos para determinar el efecto de la enzima, el efecto del almidón, y el plegado de hojas en húmedo, secado y repulpado sobre la pulpa tratada.

Las hojas se produjeron a partir de las pulpas tratadas y de control con las siguientes condiciones similares: temperatura de tratamiento a 45 °C, masa a aproximadamente un pH de 6,4 con mezclado continuo con una consistencia del 3,5 % durante 45 minutos. La masa húmeda de la fábrica de pulpa se trató solo con enzimas y solo con almidón y las masas tratadas individualmente se compararon con las masas no tratadas. A continuación, la masa no tratada, la masa tratada con enzimas y la masa tratada con almidón se dividieron en dos porciones. La primera porción se usó para su análisis como masa seca y sin deshidratar. En este caso, se midió el drenaje de la masa tratada y luego se fabricaron hojas para medir las propiedades físicas de las hojas. La segunda porción se usó para el análisis del impacto del tratamiento después de la deshidratación y el secado. La masa se deshidrató con papel de filtro hasta aproximadamente un 25 %, se prensó a 50 psi durante 2 minutos y luego se secó en una secadora Speed Dryer con una temperatura superficial de 90-95 °C durante 45 minutos. A continuación, la pulpa seca repulpó con un desintegrador a 20.000 revoluciones con agua del grifo para el drenaje y luego se convirtió en una hoja para determinar el efecto del plegado de hojas en húmedo, el secado y el repulpado después de un tratamiento enzimático o con almidón o un control sin tratamiento. Las hojas de mano se fabricaron, acondicionaron y midieron según las normas TAPPI T402, T205, T220, T403, T220 y T411.

Resultados

La tabla 1 muestra el efecto en el drenaje y la resistencia de la hoja de una mezcla de enzimas, solo Refinase® A, solo almidón y sin tratamiento, y después se realizó un proceso de plegado de hojas en húmedo y secado.

Tabla 1: efecto de las enzimas y el almidón en las propiedades de drenaje y resistencia de la pulpa de madera dura Kraft com letamente blan ueada.

La expresión "nunca secada" anterior se refiere a que no se ha realizado ninguna etapa intermedia de deshidratación o plegado de hojas en húmedo/secado de la masa de pulpa de eucalipto Kraft, virgen y húmeda directamente en la fábrica de pulpa antes de la fabricación de las hojas. La expresión "deshidratada, secada y repulpada" anterior se refiere al procesamiento de la pulpa que se plegó en hojas húmedas mediante filtración, y se secó y repulpó después de un tratamiento enzimático o con almidón de la masa de pulpa húmeda "nunca secada". El tratamiento de la pulpa nunca secada con almidón mejoró las propiedades de resistencia de la pulpa en comparación con la pulpa no tratada. El efecto positivo del almidón en la resistencia no se mantuvo durante el proceso de plegado de hojas en húmedo y secado. Por el contrario, el tratamiento enzimático mejoró las propiedades de resistencia de la pulpa tratada, incluso en la pulpa después del proceso de plegado de hojas en húmedo y secado. Como se muestra en la tabla 1, el tratamiento enzimático es beneficioso para mejorar el drenaje y las propiedades de la fibra en muchos tipos de producción de papel.

Ejemplo 2: impacto del tratamiento enzimático y del almidón en la masa de pulpa destintada

Materiales y métodos

Se llevó a cabo un conjunto de experimentos similar al descrito en el ejemplo 1 con masa de pulpa destintada tomada del final de la planta de destintado donde el papelote de oficina mezclado era uno de los componentes principales de la pasta de papel. La pulpa destintada estaba muy limpia con muy poca suciedad residual. Su brillo era de aproximadamente 75 % ISO. La pulpa destintada se trató de manera similar a la pulpa de madera dura virgen utilizada en el ejemplo 1.

Resultados

Los resultados se muestran en la tabla 2.

T l 2: f l nzim l lmi n n l r n l r i n i l m l in

La deshidratación, secado y repulpado mostraron una vez más un deterioro significativo en las propiedades de la pulpa en términos de drenaje y resistencia física. El tratamiento enzimático mostró mejoras en el drenaje de la masa y resistencia de la hoja en comparación con los resultados de control para la nunca secada y los tratamientos de deshidratación/secado posteriores. Por el contrario, el tratamiento solo con almidón no consiguió mejorar el drenaje de la pulpa o las propiedades de resistencia de las hojas resultantes producidas después de la deshidratación y el secado.

Ejemplo 3: impacto del tratamiento enzimático de pulpa Kraft de pino Loblolly totalmente blanqueada Materiales y métodos

Se acopió una masa de pulpa húmeda con una consistencia de aproximadamente el 3,6 % de una fábrica de pulpa Kraft del sur que fabrica productos comerciales de plegado de hojas en seco y blanqueadas. La masa de pulpa húmeda se trató de manera similar a la descrita en el ejemplo 1 con la pulpa de madera dura utilizando Refinase® B al 0,05 % basado en fibra SH.

Resultados

Los resultados se muestran en la tabla 3.

T l : f l nzim n l l Kr f in L l ll l n

Como en los ejemplos 1 y 2, el tratamiento enzimático de las pulpas nunca secadas proporcionó ganancias materiales en drenaje y resistencia que se mantuvieron durante el proceso de deshidratación y secado en comparación con el control no tratado. Como en los otros ejemplos, el tratamiento con almidón antes de la deshidratación y el secado no proporcionó mejoras en el drenaje de la pulpa deshidratada y secada posteriormente y las pruebas de resistencia fueron inferiores a las del tratamiento enzimático.

Los métodos descritos en el presente documento pueden emplearse en una fábrica de pulpa para producir pulpa plegada en hojas húmedas o seca para su uso posterior. Esto resultaría beneficioso en vista de que los usuarios de las pulpas vírgenes y destintadas del mercado están repartidos geográficamente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para mejorar la resistencia del papel y el drenaje de la pulpa que comprende administrar, en una fábrica de pulpa virgen, una cantidad efectiva de una formulación enzimática para pulpa virgen para tratar la pulpa y fabricar productos de papel:

(b) después de pasar por una máquina de plegado de hojas en húmedo o una secadora de pulpa,

pero antes del posterior repulpado que tratará la pulpa para fabricar productos de papel;

en donde la formulación enzimática se administra una semana o más antes del procesamiento de la pulpa en una planta de fabricación de papel, y

en donde la formulación enzimática administrada resulta eficaz para aumentar las características de drenaje de la pulpa y mejorar la resistencia de las hojas fabricadas a partir de la pulpa.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la formulación enzimática se impregna en un fardo de pulpa u hojas de pulpa seca.

3. El método de la reivindicación 1, en donde la formulación enzimática se administra en fardos de pulpa en forma líquida o sólida en la fábrica de pulpa.

4. El método de la reivindicación 1, en donde la formulación enzimática se administra a una carga o fardo terminado.

5. El método de la reivindicación 1, en donde la formulación enzimática se administra a la superficie de la pulpa.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la formulación enzimática administrada modifica la pulpa después del repulpado.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la enzima se administra después del secado de la pulpa pero antes de la rehumectación de la pulpa seca como parte del proceso de fabricación del papel.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la formulación enzimática comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en celulasas, endoglucanasas, celobiohidrolasas, hemicelulasas, mananasas, xilanasas, pectinasas, gamanasas, pectín liasas, pectato liasas, lipasas y lacasas.

9. El método de la reivindicación 8, en donde la formulación enzimática se administra como un líquido o un sólido.

10. El método de la reivindicación 1, en donde la formulación enzimática se administra en forma seca, granulada, encapsulada, en pellas o en polvo.

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde la formulación enzimática se dosifica con una actividad enzimática que oscila entre 5 y 600 unidades de actividad enzimática por 100 gramos de fibra secada al horno, preferentemente de 20 a 200 unidades por 100 gramos de fibra secada al horno.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde la enzima se administra a la pulpa a una temperatura en el intervalo de 10 °C a 90 °C, preferentemente de 15 °C a 60 °C.

13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde la enzima se administra a la pulpa en un intervalo de pH de 3,5 a 9,5, preferentemente de 4,5 a 8,0.