NO180019B - Fremgangsmåte hvor det anvendes cellulase for forbedring av avvanningsegenskaper for masse - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av masse hvor cellulase anvendes for å forbedre massens av-vanningsegenskaper.

Ved fremstilling av masse for papirfremstilling, kan awanningsegenskapene for massen i noen tilfeller være util-fredsstillende, slik at papirlinjens kapasitet kan bli redu-sert . Awanningsegenskapene for massen bestemmes vanligvis ved hjelp av Schopper-Riegler-testen (en høy SR-verdi indikerer dårlig awanning) eller ved kanadisk standard freeness-grad (en lav CSF-verdi indikerer dårlig awannin<g>) . Util-fredsstillende awanning kan spesielt forekomme i tilfeller hvor det igjen dannes masse av materiale som allerede har vært gjennom en masse- og tørke-prosess, for eksempel tørket ny masse, resirkulerte fibrer eller avfallspapir.

EP 262,040 (Cellulose du Pin) og EP 351,655 (Cultor) beskriver forbedret awanning ved anvendelse av cellulase og hemicellulase under awanning. Konsistensen (dvs. tørrstoff-konsentrasjonen i %) var 2-5%.

J-C Pommier et al.; TAPPI Journal, juni 1989, s. 187-191 angir at 3% konsistens er optimal for awanningsforbedring ved cellulase-behandling (som indikert ved CSF), og at virkningen avtar tydelig fra 3 til 5%.

JP-A 59-9299 og JP-A 63-59494 beskriver anvendelse av cellulase under massedannelse med 3-6% konsistens ved høy pH-verdi (over 9) for å forbedre farvefjerning fra avfallspapir.

Dannelse av masse med høy konsistens på over 8%, typisk 10-20% er ofte anvendt, men anvendelse av cellulase i denne type prosess er ikke blitt beskrevet.

Det er oppfinnelsens formål å tilveiebringe en forbedret prosess.

Vi har overraskende funnet at awanningsevnen kan forbedres ytterligere dersom cellulasen anvendes under masse-dannelse ved høy konsistens (over 8%).

I henhold til dette tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av masse hvor cellulase anvendes for å forbedre awanningsegenskapene for massen. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at cellulase-behandlingen foretas ved en massekonsistens på over 8%.

Råmateriale

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes for enhver masse hvor det er ønsket å oppnå forbedret awanning. Dette er spesielt av interesse for masser med SR-verdi over 25 eller CSF-verdi under 50, og spesielt for gjenmassedannelse av tidligere massedannet og tørket materiale, så som tørket ny masse, resirkulerte fibrer og avfallspapir.

Cellulase

Mange typer cellulase er kjente og kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Mikrobiell cellulase er foretrukket av økonomiske grunner. Cellulasen bør være aktiv og stabil ved prosess-betingelsene, spesielt ved prosessens pH-verdi.

Noen eksempler på egnede cellulaser er slike som stammer fra Aspergillus (spesielt A. niger), Trichoderma (spesielt T. viride, T. reesei og T. koningii), Humicola (spesielt H. insolens, se US 4 435 307) og alkalofil Bacillus (US 3 844 890). Eksempler på kommersielt fremstilte cellulase-typer er Novozym' 342 ( H. insolens) og Celluclast 1.5L ( T. reesei), begge tilgjengelige fra Novo-Nordisk A/S.

En egnet cellulase-tilsetning vil vanligvis tilsvare en cellulase-aktivitet ved pH 6 på 100 - 10 000 EGU/kg tørr masse. Dersom masseprosessen finner sted ved alkalisk pH-verdi (over 7), bør cellulase-doseringen tilsvare en cellulase-aktivitet ved pH-verdi 9. på 100 - 10 000 CEVU/kg tørr masse.

Fremgangsmåte for fremstilling av masse

Fremgangsmåten gjennomføres ved en konsistens over 8%, typisk 10-20%. Cellulasen kan tilsettes i en eksisterende massefremstillingsprosess med høy konsistens under anvendelse av enhver type høy-konsistens-masseløser.

Avhengig av for eksempel anvendelsen av resirkulert vann, kan prosessen være sur (for eksempel pH-verdi 4-6) hvor Aspergillus- eller Trichoderma-cellulase foretrekkes. Eller pH-verdien i prosessen kan være nær nøytral (for eksempel pH 6-8) hvor Humicola- eller Bacillus-cellulase foretrekkes.

Dersom fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal anvendes for massefremstilling av avfallspapir, kan farvefjerning oppnås ved å gjennomføre massefremstillingen ved høy pH-verdi (over 9) i nærvær av farvefjernende kjemikalier (så som natriumhydroksyd, natriumsilikat, hydrogenperoksyd og over-flateaktivt middel), fulgt av farveseparasjon (for eksempel ved fIotasjon og/eller skylling). Denne utførelse av oppfinnelsen er spesielt fordelaktig ettersom cellulasen også vil virke til forbedring av farvefjerningen, og på samme tid forbedre awanning. Ved den høye pH-verdi som anvendes for farvefjerning er det foretrukket å anvende cellulase fra Humicola eller alkalisk Bacillus.

Varigheten av massefremstillingen vil generelt være 5-30 minutter og dette kan eventuelt følges av macerasjon (dvs. inkubering med eller uten omrøring) for at enzym-virkningen skal fortsette. Temperaturen under denne behandling vil generelt være 15-60°C, typisk 30-50°C. Den totale varighet av cellulase-virkningen (dvs. massedannelse + macerasjon dersom en slik gjennomføres) vil generelt være 30-180 minutter.

Masse fremstilt ifølge oppfinnelsen kan anvendes for konvensjonell papirfremstilling.

EKSEMPLER

Bestemmelse av cellulase- aktivitet ved pH 6 ( EGU)

Det fremstilles en substrat-løsning som inneholder

34,0 g/l CMC (Hercules 7 LFD) i 0,IM fosfat-buffer ved pH 6,0. Enzym-prøven som skal analyseres løses opp i den samme buffer.

10 ml substrat-løsning og 0,5 ml enzym-løsning blandes og overføres til et vibrasjons-viskosimeter (for eksempel MIVI 3 00 0 fra Sofraser, Frankrike), hvor termostaten er satt på 40°C. Én endo-glukanase-enhet (EGU) defineres som mengden av enzym som reduserer viskositeten til halvdelen under disse betingelser.

Bestemmelse av cellulase- aktivitet ved pH 9 ( CEVU)

Det fremstilles en substrat-løsning som inneholder

33,3 g/l CMC (Hercules 7 LFD) i 0,IM tris-buffer ved pH 9,0. Enzym-prøven som skal analyseres løses opp i den samme buffer.

10 ml substrat-løsning og 0,5 ml enzym-løsning blandes og overføres til et vibrasjons-viskosimeter (for eksempel Haake VT 181, NV sensor, 181 omdr. pr. min.), hvor termosta.ten er satt på 40°C. Én cellulase-viskositet-enhet (CEVU) defineres som mengden av enzym som reduserer viskositeten til halvdelen under disse betingelser. Bestemmelse av masse- awanning ( Schopper- Riegler) Schopper-Riegler-tallet (SR) bestemmes ifølge ISO standard 5267 (del 1) på en homogen masse ved en konsistens på 2 g/l. Et kjent volum masse avvannes gjennom en metallsikt og inn i en trakt. Denne trakt har et aksialt hull og et side-hull. Volumet av filtrat som har passert gjennom sidehullet måles i en spesiell beholder gradert i Schopper-Rieg.ler-enhe-ter.

EKSEMPEL 1

I dette eksempel fremstilles to typer masse med høy konsistens samtidig med en enzym-behandling med cellulase-preparatet Celluclast' 1.5L. Den første type masse er en rå mekanisk masse av løvtre og den andre type er en bleket kraftmasse.

De tørre masser desintegreres med varmt vann i en 2 0 liter høykonsistens-laboratorie-massefremstiller. Den mekaniske masse og den blekede kraftmasse desintegreres ved hen-holdsvis 8 og 10% konsistens. pH-verdien i massene justeres så til 5,0 med fortynnet svovelsyre. Enzympreparatet Celluclast' 1.5L (aktivitet 840 EGU/g) tilsettes til massene i en mengde på 5 kg/t tørr masse. For hver masse gjennomføres et kontrollforsøk uten enzym. I alle forsøk holdes temperaturen på 45°C ± 1°C og pH-verdien på 5,0 + 0,1. SR måles etter 90 minutters masse-dannelse. De følgende tabeller viser de resulterende SR-tall for begge masser:

Virkningen av enzymet resulterte i en SR-minskning på 7 punkter for den mekaniske masse og 8 punkter for den blekede kraftmasse.

EKSEMPEL 2

I dette eksempel fremstilles en masse av gamle papp-beholdere ved høy konsistens samtidig med en enzym-behandling med cellulase-preparatet Novozym' 342, ved forskjellige pH-verdier.

Pappen desintegreres ved 8% konsistens i en 20 liters laboratorie-massefremstiller. pH-Verdier justeres så med fortynnet natriumhydroksyd til verdier som strekker seg fra 7,6 til 10,1. Enzym-preparatet Novozym' 342 (1030 CEVU/g) tilsettes til massene i en mengde på 5 kg/t tørr masse. For hver masse gjennomføres også et kontrollforsøk uten enzym. I alle forsøk holdes temperaturen på 45°C ± 1°C. Schopper-Riegler- tallet (SR) måles etter 90 minutters massedannelse. De følgende tabeller viser de resulterende SR-tall for de forskjellige pH-verdier.

Virkningen av Novozym' 342 ved forskjellige alkaliske pH-verdier resulterer i en forbedring av avvanningsevnen på 1 til 9 SR-punkter. Dette kan sammenlignes med forsøk med samme pappmateriale hvor massen inkuberes med eller uten enzymet ved 3% konsistens i stedet for 8%. I dette tilfelle er £>R-forbe-dringen som tilveiebringes av enzymet bare 6 punkter ved pH 7,6 og 2 punkter ved pH 9,1. Denne er null ved høyere pH-verdier. Dette illustrerer den positive effekt av høy konsistens på den SR-reduserende virkning av Novozym' 342 ved høy pH-verdi.

EKSEMPEL 3

I dette eksempel fremstilles tre typer masse ved masse-dannelse i 20 minutter ved høy konsistens i en 20 liters laboratorie-massefremstiller og macereres uten omrøring. Enzymet Novozym' 342 tilsettes ved begynnelsen av massefrem-stUlingen. Massene er rå mekanisk masse, bleket mekanisk masse og bleket kraftmasse.

To sett forsøk gjennomføres: ett ved massens naturlige pH-verdi (7,5) og ett ved pH 9,5. Massens pH-verdi justeres med fortynnet natriumhydroksyd ved begynnelsen av ma.sse-dannelsen, før eventuell enzym-tilsetning. Enzym-preparatet Novozym' 342 (1030 CEVU/g) tilsettes til massen i en mengde på 2,5 kg/t tørr masse. For hver masse gjennomføres også kontrollforsøk uten enzym. I alle forsøk holdes temperaturen på 45°C ± 1°C. Schopper-Riegler-tallet (SR) måles etter 90 minutter (20 minutters massedannelse + 70 minutter macerasjon). SR-resultatene er vist i de følgende tabeller:

Enzym-macerasjonen resulterer i en awanningsforbedring som varierer med pH-verdien og type masse.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av masse hvor cellulase anvendes for å forbedre awanningsegenskapene for massen, karakterisert ved at cellulase-behandlingen foretas ved en massekonsistens på over 8%.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at råmaterialet har en SR-verdi over 25 og at det fortrinnsvis er resirkulerte fibre, avfallspapir eller tørket ny masse.

3. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at cellulasen utvinnes av en stamme av Aspergillus, Trichoderma, Humicola eller Bacillus.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at pH-verdien er 4-6 og at cellulasen fortrinnsvis utvinnes av en stamme av Aspergillus eller Trichoderma.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at pH-verdien er 6-8,5 og at cellulasen fortrinnsvis utvinnes av en stamme av Humicola eller Bacillus.

6. Fremgangsmåte for å danne masse av og å fjerne farve fra avfallspapir i henhold til hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at massedannelsen gjennom-føres ved en pH-verdi på 6-9,5 i nærvær av farvefjernende kjemikalier, fulgt av fraskilling av farve, idet cellulasen fortrinnsvis utvinnes av Humicola eller Bacillus.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes en mengde av cellulase som tilsvarer 250-5000 CEVU/kg masse-tørrstoff.