NO180725B - Fremgangsmåte for bearbeiding av returpapir med enzymatisk fjerning av trykkfarge - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for bearbeiding av returpapir med enzymatisk trykkfargefjerning.

I vanlig praksis skjer bearbeiding av returpapir med trykkfargefjerning (avfarging) i en kjede med forskjellige delprosesser. Således skjer alltid utvelging av de anvendte aggregatene og tolkningen av det samlede systemet med hensyn på sluttproduktet, under hensyntagen til de økonomiske aspektene med kostnadsminimalisering og de teknologiske aspektene ved optimering av kvalitetsegenskapene til stoffene. Målet med en bearbeiding av avfallspapir (returpapir) i avfargingsprosessen er mest mulig kvantitativ fjerning av trykkfargepartiklene ved minimalt tap av stoff, som er verdifull for den etterfølgende papirfremstillingen. Umiddelbart sammen med dette mål er det forbundet det ønske å befri de heterogene returpapir-inngangsstoffene fra alle de faste, oppløste eller kolloidaloppløste substansene, slik at papirfremstillingen ikke blir påvirket og kvaliteten på papiret ikke blir lavere. Hvilke returpapirinnholdsstoffer som er verdifulle for returpapirfremstilling, retter seg etter kvalitetskravene i sluttproduktene. Således er f.eks. fyllstoffer ved avispapirtrykk innenfor visse grenser en verdifull bestanddel, men er derimot uønsket ved fremstilling av Tissue-papir. Ifølge den kjente teknikken er det blitt undersøkt og foreslått en lang rekke fremgangsmåter (Lausch. H. ; Ortner, H. : "Tiber den Einfluss der Druckfarbenzusammen-setzung auf den Deinkingprozess" Wochenbl. f. Papierf. 94

(1966), nr. 5, s. 129-136; Berndt, W.: "Druckfarben und Deinken" Wochenbl. f. Papierf. 104 (1976), nr. 3, 95-98; Forester, W.K.: "Deinking of UV-cured links" Tappi J. (1987), nr. 5, 127-130; N.N.: "Deinkbarkeit von Flexodruck-Tages-zeitungen" IFRA Special Report 1.3, Darmstadt, Oktober 1987; Putz, H.J.: "Upcyling von Altpapier fiir den Einsatz in hoherwertigen graphischen Papieren durch chemisch-mechanische Aufbereitung (Deinken und Bleichen)" Dissertation. Technische Hochschule Darmstadt, 1987; Weidhass, A.G.: "Erfahrungen mit einer Deinking Anlage zur Erzeugung von Zeitungsdruckpapier" Wochenbl. f. Papierf. 104 (1976), nr. 22, 857-865; Lippert. G.V. : "Erfahrungen mit der Deinkinganlage ftlr Zeitungsdruckpapier der Leykam-Murztaler AG im Werk Bruck" Wochenbl. f. Papierf. 111 (1983), nr. 15, 540-542). Alle disse fremgangsmåtene arbeider med fysikalsk-kjemiske metoder. En biologisk eller enzymatisk arbeidende fremgangsmåte er ikke kjent fra den kjente teknikken.

En meget utbredt fremgangsmåte er i dag fIotasjonsteknikken. På begynnelsen av 60-tallet ble det av Voit utviklet en rettvinklet flotasjonscelle med mekanisk av flotasjonsluft. Suspensjonen kom inn i denne cellen til et løpehjul, som var omgitt av en konsentrisk anordnet hullkappe, som befant seg på bunnen av cellen og ble drevet ovenfra. Cellen arbeidet selvsugende. Løpehjulet sørger for findispergering av luft i suspensjonen, for trykkfargepartikkel-farge-støt og for fordeling av stoffene over bunnen av cellen. Det aktuelle stoffet blir overført over et overløp, der skummet blir ført bort ved hjelp av en skovel.

For å forbedre hydrodynamikken i cellen ble det i 1978 utviklet flotasjons-rør-cellen. Beluftningsmåte så vel som mekanisk findispergering av luft ble med dette konseptet overtatt fra den nevnte fIotasjonscellen.

Når målet var energiredusering, forbedring av avfargings-virkningsgrad og forhøyet sikkerhet, ble fIotasjons-rør-cellen nykonstruert i 1982. Det som utelukkende ble beholdt var formen på rørcellen. Ved lufting gikk man over fra mekanisk til injektorlufting. Injektoren arbeider etter venturi-prinsippet selvsugende og tillater en lufting inntil 30$. Skumfjerningen foregår uten skovler.

I 1984 ble kompakt-fIotasjonscellen foreslått. For flotasjon i denne cellen var to faktorer av utslagsgjørende betydning: 1) et egnet luftningselement før cellen: trinndifusor og 2) en skilleforløpsbegunstigende hydrodynamikk i cellen. Det luftede stoffet blir tilført på fire steder tangensialt til den runde, stående cellen. I motsetning til de andre fIotasjonscellene foregikk stofftilførselen bare under suspensjonsoverflaten. Under forutsetning av optimal gjennomblanding av luft og suspensjon, blir det unngått en sammenløpende strøm i cellen (luft med trykkfargepartikler ovenfra og aktuelt stoff nedenfra) som gjenoppløser trykkfargepartiklene fra luftboblene.

Videre er det kjent en såkalt verticel-fIotasjonscelle, som består av to overhverandre stående sylindriske beholdere med forskjellige diametere. Stoffet blir her ledet over injektoren tangensialt i den lavere beholderen. Stoff-luft-suspensjonsstrømmen stiger opp og kommer over en skillevegg til den øvre sylindriske beholderen, som har en større diameter. Ved overstigning av skilleveggen blir luftboblene omfattet av skumavsugingen. I den ytre beholderen blir stoffet overført tangensialt nedenfra og tilført et nivåkar. Nivåkaret sørger for en konstant avstand mellom suspen-sjonsspeilet fra skumavsugingsrøret, slik at det ikke er nødvendig med noen nivåregulering.

Ved siden av den beskrevne fIotasjonsfremgangsmåten finnes det ytterligere fremgangsmåter, som ikke her skal forklares nærmere. Felles for alle disse fremgangsmåtene, er at de arbeider under anvendelse av miljøbelastende kjemikalier.

Fra US-PS 4.687.745, 4.692.413 og 4.690.895 er det kjent at oppnådde enzymer fra spesielle mutanter av soppen phanerochaete chrysosporium egner seg for avfarging av cellulosehol-dige materialer, men dette har ikke noe å gjøre med en avfargings-fremgangsmåte. I tillegg er en slik fremgangsmåte tidsintensiv (ca. 12 timer). I tillegg kan enzymene bare bli utvunnet fra den spesielle stammen av phanerochaete chrysosporium .

Foreliggende oppfinnelse har således oppstilt oppgaven og stiller til rådighet en fremgangsmåte for papirbearbeiding ved hjelp av enzymatisk trykkpapirfjerning, som ikke oppviser de ovenforangitte ulempene ved kjemisk og enzymatisk fremgangsmåte.

Denne oppgaven blir løst ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte for bearbeiding av returpapir med enzymatisk trykkf argef j erning,

kjennetegnet ved at

a) det blir innstilt et redokspotensiale i området fra 200 til 500 mV under samtidig tildosering av oksidasjons- og

reduksjonsmidler til en returpapirinneholdende oppløsning, b) en 1igninnedbrytende reaksjon blir startet ved tilsetning av lignolyttiske enzymer, c) reaksjonen blir videreført under tilsetning av 60 til 80 l/time luft pr. 1,5 1 reaksjonsvolum, ved 40°C og 0,8 til

2,5$ stofftetthet i et kommersielt flotasjonsanlegg i 10 min;

der reaksjonsblandingen eventuelt blir tilsatt fenoliske forbindelser, natriumhypoklorid, kompleksdannere, polysakkarider, detergenter, tensider, fettsyrer, hemforbindelser og/eller perborat.

Den nye kombinasjonen ifølge oppfinnelsen er et enzymsystem med den i og for seg kjente flotasjonsfremgangsmåten. Dette blir oppnådd ved at man i stedet for vanlige, ovenfornevnte flotasjonskjemikalier som NaOH, H20 eller oljesyre, gjennom-fører trykkfargefjerningen vidtgående ved lignolyttiske råenzymer. Den egentlige prosessen i avfargingen beror ved fremgangsmåten i oppfinnelsen sannsynligvis på en oppmykning av fibrene - som allerede nevnt - ved angrep av enzymene på lignin. Virkningen ligner svellingsvirkningen av natronlut på de konvensjonelle, tidligere nevnte avfargingsfremgangs-måtene. Det fører også ved oppmykning ved hjelp av enzymene til en løsgjøring av trykkfargepartiklene fra fiberen. På grunn av den oppmykede strukturen lar deretter trykkfarven seg lett fjerne i flotasjonsfremgangsmåten, slik at for det meste bare en dosering av skum er nødvendig i lav konsentra-sjon.

Videre kan det som redoksmediatorer bli anvendt kobber(II)-sulfat, mangan(II)sulfat, mangan(II)acetat, jern(II)sulfat, titan(III)klorid, serium(IV)ammoniumnitrat og serium(III)-nitrat. Likeledes egner det seg med sink-, antimon- og blysalter.

Fenoliske forbindelser blir tilsatt reaksjonen som enzym-beskyttelsesstoffer. Av slike egner seg særlig feratryl-alkoholer.

Ved siden av de nevnte kjemikaliene kan ytterligere stoffer bli tilsatt reaksjonsoppløsningen. Blant disse hører natriumhypoklorid, polysakkarider som glukan og/eller xantan, detergenter, tensider, fettsyrer som oljesyrer, hemforbindelser som hemoglobin, og blekereagenser, f.eks. natrium-perborat. Til etterbleking av det avfargede papiret kan vanlige blekemidler som natriumhypoklorid, oksygen, klordiok-sid, ozon, H2O2og natriumditionitt bli anvendt.

Når det gjelder enzymer, blir lignolyttiske enzymer som fenoloksidase, lakkaser og ligninperoksidaser anvendt. I tillegg hører også lignolyttiske enzymer som utvunnet fra soppen phanerochaete chrysosporium. Det dreier seg ikke bare om de spesielt utvunnede enzymene i de nevnte US-patent-dokumentene. Det er ifølge oppfinnelsen hverken nødvendig å anvende enzymer i høyere form eller ved hjelp av spesielle optimerte mutanter av mikroorganismer. Det er tilstrekkelig å anvende de kommersielle råenzymene for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. I tillegg til de lignolyttiske enzymene kan det også bli anvendt pektinaser og/eller hemicellulaser.

Den store fordelen med fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse beror på at det ikke lenger er nødvendig med forbehandling før den egentlige fIotasjonsprosessen ved hjelp av de tidligere nevnte flotasjonskjemikaliene, som ifølge den kjente teknikken varte inntil 90 minutter. Ved at lut og lignende stoffer bare blir tilsatt i mindre omfang i prosessen, egner fremgangsmåten i oppfinnelsen seg spesielt med sine miljøvennlige avfallsprodukter. Videre er det mulig ved forbestemmelse eller etterbestemmelse etter den egentlige flotasjonsprosessen å oppnå en fjerning av lignin fra returpapiret og med dette forbedre de mekaniske egenskapene. For eksempel kan slitlengden i de behandlede stoffene bli forbedret mer enn 30% ved en 1 igninfjerningshastighet på ca. 5- 8%.

Ved siden av kan det nevnes at anvendelse av tensider ved fremgangsmåten i oppfinnelsen ikke lenger ubetinget er nødvendig. Antagelig overtar de forekommende polysakkaridene i råenzymet delvis oppgaven med skumvirkningen av tensidene. Disse foreligger ved konvensjonelle flotasjonsprosesser som amfotære stoffer med deres hydrofobe molekyler til opp-rinnelig hydrofobe trykkfargepartikler. Ved reaksjon med harpiksdannere i vann er det mulig med en opplagring av de foreliggende luftboblene. Såpebestanddelene som ikke er utfelt fra de vannharpiksdannende ionene blir aktive som skum- og dispergeringsmidler. 1 det følgende blir oppfinnelsen nærmere forklart med referanse til et eksempel: 12 g atrostoff (returpapir/dagsaviser) blir skåret opp i ca. 2 cm x 2 cm store stykker. Til dette blir 300 ml vann med en omtrentlig kalsiumharpiks på 2,5 mmol tilsatt og homogenisert med hånd ved ca. 40°C og deretter desintegrert ved 3000 rpm i 5 minutter i desintegrator. Deretter blir det ved en stoff tetthet på 3, 5% på nytt desintegrert i 2 minutter ved 3000 rpm. Deretter blir det fylt i 1,5 1 vann ved 40° C og stoffet blir tilsatt i en 1,5 1 flotasjonscelle.

Det blir tilsatt 0,1-1,5$ ~ B- 202 med hensyn på atropapir. Likeledes blir det tilsatt ca. 2 x 10_<5># - 2 x 10~<3># VA med hensyn på atropapir. Etter tilsetning av 500 til 5000 IU lignolyttiske enzymer (1 IU = omsetning av 1 nmol VA/min. i feratrylaldehyd) blir avfargings-flotasjonsprosessen satt i gang med samtidig tilsetning av 60 1 luft/time og 1200 rpm røreomdreiningstall. Samtidig blir over en innsatt redoks-elektrode med en pumpestyring, doseringen av H2O2og natrium-bisulfitt-oppløsning dosert, slik at det blir innstilt et midlere redokspotensiale på ca. 400 mV. Prosessen blir fortsatt i 10-15 minutter ved 40° C og smussstoffer blir skrapet av ved hjelp av en svaber.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for bearbeiding av returpapir med enzymatisk trykkf argef j erning,

   karakterisert ved at

   a) det blir innstilt et redokspotensiale i området fra 200 til 500 mV under samtidig tildosering av oksidasjons- og reduksjonsmidler til en returpapirinneholdende oppløsning,

   b) en ligninnedbrytende reaksjon blir startet ved tilsetning av lignolyttiske enzymer,

   c) reaksjonen blir videreført under tilsetning av 60 til 80 l/time luft pr. 1,5 1 reaksjonsvolum, ved 40°C og 0,8 til 2, 5% stofftetthet i et kommersielt flotasjonsanlegg i 10 min;

   der reaksjonsblandingen eventuelt blir tilsatt fenoliske forbindelser, natriumhypoklorid, kompleksdannere, polysakkarider, detergenter, tensider, fettsyrer, hemforbindelser og/eller perborat.
2. 2.

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at etter trinn c) forløper reaksjonen videre under redusert lufttilførsel i 60 til 90 minutter.
3. 3.

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at før trinn c) forløper reaksjonen under redusert lufttilførsel i 60 til 90 minutter.
4. 4.

   Fremgangsmåte ifølge kravene 1 til 3, karakter i- sert ved at redokspotensialet ligger i området 250 til 450 mV.
5. 5 .

   Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4,

   karakterisert ved at det som oksidasjons-middel blir anvendt H2O2 , <O>2 eller ozon.
6. 6.

   Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5,

   karakterisert ved at det som reduksjonsmid-del blir anvendt ascorbinsyre, ditionitt eller natrium-bisulf itt.
7. 7.

   Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at reaksjonsoppløsningen også blir tilsatt kobber-(Il)sulfat, mangan(II)sulfat, mangan(III)acetat, jern(II)-sulfat, titan(III )klorid, serium(III)nitrat og/eller serium(IV)ammoniumnitrat.
8. 8.

   Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at sink, antimon- og blysalter blir tilsatt reak-sjonsoppløsningen .
9. 9.

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som fenoliske forbindelser blir anvendt feratrylalkohol.
10. 10.

    Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 9, karakterisert ved at det som lingolyt-tiske enzymer blir anvendt fenoloksidase, lakkaser og peroksidaser.
11. 11.

    Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 10, karakterisert ved at i tillegg til de lignolyttiske enzymene blir det anvendt pektinaser og/eller hemicellulaser.
12. 12.

    Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1 til 11,

    karakterisert ved at hare den prostetiske gruppen i det lignolyttiske enzymet blir anvendt.
13. 13.

    Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 12, karakterisert ved at pH-verdien ligger mellom 2 og 5.
14. 14 .

    Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 13, karakterisert ved at pH-verdien er 3.
15. 15 .

    Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som kompieksdanner blir tilsatt etylendiamin-tetraeddiksyre (EDTA) eller dietylentriamin-pentaeddiksyre (DTPA).
16. 16.

    Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som polysakkarider blir tilsatt glukan eller xantan.
17. 17.

    Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som fettsyrer blir anvendt oljesyrer.
18. 18.

    Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som hemforbindelser blir anvendt hemoglobin.