PL184458B1 - Sposób modyfikacji włókien celulozowych do wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych - Google Patents

Abstract

1. Sposób modyfikacji wlókien celulozowych do wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych, ze starych gazet zawierajacych grube wlókna celulozowe i zadrukowanych farba zawierajaca olej, znamienny tym, ze obejmuje etapy: (a) przygotowanie zawiesiny pulpy starych gazet w wodzie o konsystencji okolo 6%; (b) ogrzewanie zawiesiny pulpy w temperaturze 82°C przez 30 minut: (c) obnizenie temperatury zawiesiny pulpy do okolo 60°C, zageszczenie zawiesiny pulpy do konsystencji 5% i obnizenie pH zawiesiny pulpy do 4-7; (d) dodanie do zawiesiny pulpy, srodka powierzchniowo czynnego w ilosci 28 ml/45,3 kg, enzymu celulazy w ilosci 66,5 ml/45,3 kg, enzymu ksylanazy w ilosci 16,5 ml/45,3 kg i enzy- mu lipazy w ilosci 16,5 ml/45,3 kg, w przeliczeniu na sucha mase pulpy; (e) utrzymanie zawiesiny pulpy w temperaturze okolo 60°C przez 30 minut; (f) nastepnie oziebienie zawiesiny pulpy i ustawienie pH zawiesiny pulpy na 7, i (g) dodanie kationowej skrobiowej zywicy nadajacej wytrzymalosc na sucho. PL PL PL PL PL

Description

Dla każdego procesu wytwarzania papieru istnieje korelacja pomiędzy grubością włókna i jakościąproduktu w kategoriach miękkości lub wrażenia przy dotykaniu produktu. Wysokiej jakości, a więc kosztowne włókna takie jak wybielane włókna do papieru siarczanowanego z północnego miękkiego drewna są drobne i elastyczne i dają wysokiej jakości produkty bibułowe. W przeciwieństwie do tego, mechaniczne wytwarzanie pulpy z miękkiego drewna daje plastyczne włókna grube typowo stosowane do wytwarzania papieru gazetowego. Gazety zawierają w większości grube, plastyczne włókna, typowo włókna ścierane (SGW), termomechaniczne (TMP) i/lub chemitermomechaniczne (CTMP). Takie grube gazetowe włókna poddaje się rafinacji dla wytworzenia spękań i fibrylacji pomagającej w nadaniu wytrzymałości powstającemu papierowi gazetowemu. Taka rafinacja zmienia chudość grubych włókien z wysokiej na niską. Jeśli takie rafinowane, grube mechaniczne włókna stosuje się w procesie wytwarzania bibułki, powstałe arkusze nie sąnaj lepszymi bibułkami, ponieważ nie są miękkie. Najnowsze dotychczasowe dokładne wyjaśnienie związku pomiędzy miękkość iąbibułki i grubością włókna zawiera kanadyjski opis patentowy nr 2076615.

Próby wytworzenia miękkich bibułek lub sanitarnych produktów papierowych typu ręczników z większości wysoko plastycznych włókien takich jak pulpy CTMP, TMP lub SGW nie udawały się. Podobnie wytwarzanie miękkich bibułek i ręczników papierowych przez wtórne przetwarzanie starych gazet nie udawało się dobrze, częściowo z powodu tego, że główne włókna w starych gazetach mająniską chudość, sągrube i wysoce plastyczne. Innąkomplikacjąprzy wytwarzaniu miękkich bibułek i ręczników papierowych przez wtórne przetwarzanie starych gazet jest utrudnione działanie papiernicy na skutek słabego drenażu związanego z niską chudością włókien i problemy powodowane przez duże ilości pyłów i innych substancji oddzielających się od włókien i zbierających w układzie wodnym papiernicy (woda sitowa). Substancje te utrudniają marszczenie arkuszy bibułki z suszącego cylindra Yankee, a więc wymagajapracy papiernicy w warunkach nie sprzyjających osiąganiu maksymalnej miękkości. Niniejszy wynalazek rozwiązuje te problemy dzięki temu, że zgodnie ze sposobem według wynalazku poddaje się enzymatycznemu modyfikowaniu włókna celulozowe pochodzące ze starych gazet i zadrukowanych farbą zawierającą olej lub nowe włókna symulujące papier gazetowy, które były przed dalszą obróbką specjalnie zadrukowane olejem a sposób obróbki włókien według wynalazku jest

184 458 tak prowadzony, że pozostawi a się część olejó w drukarskich na włóknach, c o powoduje zmiękczenie włókna i nadaje im antyadhezyjne właściwości ułatwiające etap marszczenia w papiernicy. Dzięki takiemu sposobowi modyfikacji włókien celulozowych można osiągnąć przedtem nieosiągalną miękkość bibułek i ręczników otrzymanych z wtórnie przetwarzanych gazetowych włókien, sposobem według wynalazku.

Konwencjonalne wtórne przetwarzanie starych gazet z wytworzeniem włókien porównywalnych z typem włókien stosowanych do oryginalnego wytwarzania papieru gazetowego znane jest specjalistom jako “usuwania farby” i typowo obejmuje wytwarzanie pulpy, przemywanie, zwykle środkami powierzchniowo czynnymi, przesiewanie, zwiększanie rozpuszczalności nierozpuszczalnych zanieczyszczeń, zwykle dzięki obróbce silną zasadą, przemywanie i wybielanie włókien dla zapobiegnięcia żółknieniu po zasadowej obróbce.

Pierwszym etapem w konwencjonalnym wtórnym przetwarzaniu starych gazet jest rozdzielanie papieru na indywidualne włókna w wodzie z wytworzeniem pulpowej zawiesiny, następnie usuwanie farb drukarskich i zanieczyszczeń z włókien przez kombinację różnych znanych etapów procesu takich jak przesiewanie, oczyszczanie wirówkowe, przemywanie, flotacja i tym podobne. Przesiewanie i oczyszczanie wirówkowe pozwalająna usunięcie dużych zanieczyszczeń, takich jak spinacze, zszywki, tworzywa, i tym podobne. Głównym celem przemywania i flotacji jest roztworzenie i/lub umieszczenie w zawiesinie w wodzie zanieczyszczeń i usunięcie zanieczyszczeń z włókien. Dodaje się środki powierzchniowo czynne i zasady dla ułatwienia roztwarzania i oddzielania zanieczyszczeń od włókien. Gdy stosuje się zasadę dla ułatwienia usuwania zanieczyszczeń, zachodzi niestety pewne żółknienie włókien związane z zasadową obróbką. Po lub w czasie zasadowej obróbki i przemywania, włókna zwykle wybiela się (np. - nadtlenkiem wodoru), aby zapobiec żółknieniu pod wpływem zasady lub wytworzyć lepsze włókna o wyższej jasności niż włókna oryginalnego papieru odpadowego. Oczyszczone, pozbawione zanieczyszczeń i wybielone włókna miesza się zwykle z nowymi włóknami i następnie stosuje w procesie wytwarzania papieru, dla którego właściwe są takie włókna. Ponieważ substratem są włókna typu gazetowego, to znaczy włókna grube, o niskiej chudości i jasności, takie wtórnie przetwarzane włókna są najczęściej ponownie stosowane do wytwarzania czystego papieru gazetowego. Nie nadają się one jednak zwykłe, ze względu na znaczną grubość i niską chudość, do wytwarzania miękkich bibułowych produktów bez zmieszania z większa ilością wyższej jakości włókien, takichjak wybielane włókna do papieru siarczanowanego z miękkiego drewna.

Konwencjonalne wytwarzanie pulpy z papieru gazetowego z wytworzeniem włókna gazetowego wtórnie przetwarzanego polega zwykle na tym, że w maszynie silnie ściera się na miazgę makulaturę, o konsystencji 4-8%, w temperaturze 32,2°C-71,1 °C, przez 20 minut do 60 minut w zależności dokładnego typu przetwarzanej makulatury. Zasada sodowa lub inne zasadowe substancje takiejak krzemian sodu stosuje się zwykle do podnoszenia pH pulpowej zawiesiny do 9-10 pH dla ułatwienia rozdzielania włókien (odwłókniania) i także dla uwolnienia farb drukarskich i oddzielenia zanieczyszczeń od włókna. W warunkach wysokiego pH oleje roślinne z farb drukarskich zmydlająsię przechodząc w odpowiednie mydła, podczas gdy oleje mineralne emulgują w połączeniu warunków zasadowych, mydła i środków powierzchniowo czynnych, które ułatwiają usuwaniu olejów w czasie przemywanie. Zwykłe dodaje się środek powierzchniowo czynny usuwający farbę (w wyższych zakresach pH) aby dopomóc w oddzielaniu farb drukarskich od włókna.

Etap zasadowy w procesach wtórnego przetwarzania starego papieru gazetowego z wytworzeniem dobrej jakości oczyszczonych włókien powoduje pęcznienie włókien i zwykle roztwarzanie wielu składników. Poza zmydlaniem roślinnych olejów drukarskich, zasada zmydla także naturalne organiczne kwasy typowo obecne w starych gazetach z wytworzeniem odpowiednich mydeł zmydlających się materiałów. Takie przetwarzanie nie tylko powoduje, że oleje roślinne i organiczne kwasy stają się rozpuszczalne w wodzie jako mydła, ale powstające mydła ułatwiają usuwanie innych zanieczyszczeń z włókien, takichjak niezmydlające się oleje drukar184 458 skie (oleje mineralne). Takie substancje usuwa się następnie z włókien przez przemywanie i/lub flotację po obróbce zasadowej .

Jeden z głównych przetwórców starych gazet. Garden State Paper, w ostatnich artykułach prasowych, zatytułowanych “The Big “D”: Getting Rid ofthe Ink in Recycled Fiber appearing in the journal Paper Age, 1991 Recycling Annual, na stronach 23 i 50 i oraz “Recycling From the Newsprint Perspective”, na stronach 9,12 i 13 tego samego 1991 Recycling Annual, (Paper Age,

1991 Recycling Annual) opisuje własny proces wtórnego przetwarzania papieru gazetowego i usuwania farbyjako oczyszczanie i przesiewanie, następnie serię 3 przemywań ułatwianych przez dodanie związków chemicznych dla zemulgowania olejów drukarskich i żywic. I tutaj celem procesu jest usunięcie składników farby drukarskiej, w tym olejów, tak dokładnie, jak to możliwe. Jest to szczególnie ważne, ponieważ włókna z wtórnie przetwarzanego papieru gazetowego przetwarza się w czysty papier gazetowy, papier, który nie miałby właściwej jasności lub wytrzymałości bez usunięcia składników farby.

Typowym etapem znanych systemów usuwania farby z makulatury gazetowej jest oddzielenie farby od włókien i usuwanie farby, zwykle przez przemywanie i flotację. Chociaż konwencjonalne chemikalia do alkalicznego usuwania farby są bardzo skuteczne, mają znaną wadę obniżania jasności (powodują żółknienie). Ostatnio prowadzono badania dotyczące unikania chemikaliów przy alkalicznym usuwaniu farby w znanych systemach usuwania farby.

Ostatnie prace w dziedzinie usuwania farby z makulatury (zgłoszenie patentowe Wielkiej Brytanii nr 2231595 z 21 listopada 1990 pod tytułem “Deinking Water Printed Paper Using Enzy-mes” i publikacja North Carolina State University “Enzymafic Deinking of Flexographic Printed Newsprint: Black and Colored Inks”) dotyczą zastosowania enzymów do odrywania i usuwania farb drukarskich od włókien. Procesy te dotyczą zastosowania enzymów, takich jak celulaza, pektynaza, ksylanaza i hemicelulazy dla ułatwienia usuwania farby, bez negatywnego wpływu zasadowej obróbki na jasność, oraz zastosowania flotacji do usuwania zaglomerowanych cząstek farby. Ponieważ oleje drukarskie są lżejsze niż woda, łatwo usuwa się je przez flotację, szczególnie wo becności związków chemicznych dodanych dla ułatwienia oddzielania. Chociaż stosuje się tu enzymy, jednak służą one do bardzo dokładnego usuwania składników farby, a więc i olejów, przeciwnie niż to ma miejsce w sposobie według niniejszego wynalazku gdzie zachowuje się oleje w celu uzyskania miękkości bibułki.

Na Piątej Międzynarodowej Konferencji Biotechnologii (trwającej od 27 maja do 30 maja

1992 w Kyoto w Japonii, w artykule “Enzyme Deinking ofNewsprint Waste” Johna A. Heitmanna, Thomasa W. Joyce i D.Y. Prasada) podano wyniki badań prowadzonych na wydziale Nauki o Drewnie i Papierze na North Carolina State University, Raleigh, North Carolina. Artykuł opisywał zastosowanie układów kwasowego flotacyjnego usuwania farby, w których jedynymi użytymi związkami chemicznymi były enzymy, chlorek wapnia i środek powierzchniowo czynny. Enzymy były preparatem zawierającym zarówno celulazę, jak i hemicelulazę. Stwierdzono wzrost chudości i jasności. Jednak w tym opisanym układzie kwasowego flotacyjnego usuwania farby, usuwa farbę wraz ze związanymi olejami, przeciwnie niż to ma miejsce w sposobie według niniejszego wynalazku.

Znane jest ostatnio wykorzystanie wytwarzania pulpy o wysokiej konsystencji (13-18%) do wtórnego przetwarzania starych gazet. Ten typ technologii wytwarzania pulpy wykorzystuje dodatkowy efekt ucierania/ugniatania pomiędzy włóknami i papierem przy wyższej konsystencji do odwłóknienia i ułatwienia oddzielania farb drukarskich od włókien. Ogólnie temperatura, czas i chemiczne dodatki przy wytwarzaniu pulpy są takie same, jak w procesach wytwarzania pulpy o niższej konsystencji, znanych i opisanych powyżej.

W sposobie modyfikacji włókien celulozowych według niniejszym wynalazku unika się konwencjonalnego usuwania farby, przez to zachowuje się znaczący składnik farby, to jest oleje z farby drukarskiej. Niniejszy wynalazek opiera się na nieoczekiwanych wynikach badań, z których wynika, że jeśli oleistych składników farby nie usuwa się z grubych włókien ze starego papieru gazetowego, w czasie obróbki włókien, można z pulpy, po skierowaniu do typowej maszyny papierniczej, wytwarzać zaskakująco wysokiej jakości miękkie produkty bibułkowe.

184 458

Aby to osiągnąć, w sposobie według wynalazku, stosuje się kompozycję 3 enzymów uwalniającą tylko ograniczoną ilość składników farby (a zwłaszcza olejów) do usuwania i/lub redystrybucji na włóknach. Ponadto aby uniknąć warunków zmydlania, np. alkalicznego zmydlania olejów tłuszczowych takich jak oleje roślinne, nie ługuje się składników włókna takichjak hemiceluloza z włókna do układu wodnego papiernicy i nie powoduje to trudności w operacji marszczenia.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób modyfikacji włókien celulozowych do wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych o polepszonych właściwościach, zwłaszcza, jeśli chodzi o miękkość i dotyk. Włókna pochodzą ze starych gazet zawierających grube włókna celulozowe, zadrukowane farbą zawierającą olej lub z mieszaniny nowych włókien symulujących skład gazet zawierających grube włókna celulozowe, które specjalnie zadrukowuje się olejem, przed dalsza obróbką. W pierwszym etapie wytwarza się pulpy typu grubego i wysoce plastycznego korzystne do wytwarzania miękkich produktów typu bibułkowego. Pulpa typu grubego i wysoce plastycznego powstaje zwykle z papieru gazetowego i według niniejszego wynalazku jest modyfikowana w celu wytworzenia miękkich produktów bibułowych dzięki zachowaniu pewnych typów zanieczyszczeń (olejów) znajdujących się typowo w starym papierze gazetowym na włóknach lub w nich i poddaniu zanieczyszczonych włókien specyficznej obróbce enzymatycznej, korzystnie w czasie spęczania włókien w wodzie i środku powierzchniowo czynnym. Okazało się, że te same włókna po usunięciu farby i oleistych zanieczyszczeń nie nadają się do wytwarzania miękkich produktów bibułowych. Nowe, grube, o dużej plastyczności włókna (np. pulpy ścierane, termomechaniczne i chemitermomechaniczne) można przetwarzać, sposobem według wynalazku, w dogodne do wytwarzania miękkich produktów bibułowych przez dodanie olejów, typowo znajdujących się jako zanieczyszczenia w starym papierze gazetowym i poddając te celowo zanieczyszczone nowe włókna obróbce enzymatycznej, sposobem według wynalazku. Według niniej szego wynalazku, do obróbki enzymatycznej wykorzystuje się mieszaninę trzech enzymów, obejmujących celulazę, ksylanazę i lipazę.

Sposób modyfikacji włókien celulozowych do wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych ze starych gazet zawierających grube celulozowe włókna i zadrukowanych farbą zawierającą olej, zgodnie z wynalazkiem obejmuje:

(a) przygotowanie zawiesiny pulpy starych gazet w wodzie o konsystencji około 6%;

(b) ogrzewanie zawiesiny pulpy w temperaturze 82°C przez 30 minut;

(c) obniżenie temperatury zawiesiny pulpy do około 60°C, zagęszczenie zawiesiny pulpy do konsystencji 5% i obniżenie pH zawiesiny pulpy od 4 do 7;

(d) dodanie do zawiesiny pulpy środka powierzchniowo czynnego w ilości 28 ml/45,3 kg, enzymu celulazy w ilości 66,5 ml/45,3 kg, enzymu ksylanazy w ilości 16,5ml/45,3 kg i enzymu lipazy w ilości l6,5ml/45,3 kg, w przeliczeniu na suchąmasę pulpy;

(e) utrzymanie zawiesiny pulpy w temperaturze około 60 °C przez 30 minut;

(f) następnie oziębienie zawiesiny pulpy i ustawienie pH zawiesiny pulpy na 7; i (g) dodanie kationowej skrobiowej żywicy nadającej wytrzymałość na sucho.

Obniżenia pH, w etapie (c) przeprowadzane jest przez dodanie kwasu siarkowego do zawiesiny pulpy.

Środkiem powierzchniowo czynnym, w etapie (d) jest korzystnie niejonowy środek powierzchniowo czynny taki jak alkoksylowany kwas tłuszczowy.

Trzema enzymami stosowanymi w etapie (d) są korzystnie: celulaza, ksylanaza i jako lipaza-rezynaza.

Gdy modyfikuje się włókna celulozowe do wytwarzania wyrobów papierowych według wynalazku, sposób modyfikacji obejmuje etapy:

(a) zanieczyszczenia papieru olejem;

(b) przygotowanie zawiesiny pulpy z zanieczyszczonego papieru i wody o konsystencji 6%;

(c) dodania kationowej skrobiowej żywicy nadającej wytrzymałość na sucho;

(d) następnie ogrzanie zawiesiny pulpy do temperatury 82°C przez 15 minut;

(e) następnie oziębienia temperatury zawiesiny pulpy do temperatury około 60°C, zagęszczenia zawiesiny pulpy do konsystencji 5%, i zredukowania pH zawiesiny pulpy do 5;

184 458 (f) następnie dodania do zawiesiny pulpy, środka powierzchniowo czynnego, w ilości 28 ml/45,3 kg, enzymu celulazy, w ilości 66,5 ml/45,3 kg, enzymu ksylanazy, w ilości

16.5 ml/45,3 kg i enzymu lipazy, w ilości 16,5 ml/45,3 kg, w przeliczeniu na suchąmasę pulpy;

(g) następnie utrzymania zawiesiny pulpy w temperaturze około 60° C przez 30 minut, z łagodnym mieszaniem; i (h) następnie oziębienia zawiesiny pulpy i ustawienia pH zawiesiny pulpy na 7.

Zawartość oleju zanieczyszczającego jest 1,5%, w przeliczeniu na suchą pulpę. Olej wybrany jest z grupy obejmującej olej sojowy i olej mineralny.

Papier najkorzystniej zadrukowuje się olejem walcem do druku wklęsłego.

Gdy mieszaninę nowych włókien symulujących skład gazet zawierających grube włókna celulozowe poddaje się obróbce wówczas sposób ten obejmuje etapy:

(a) zanieczyszczenia papieru olejem wybranym z grupy obejmującej olej sojowy łub olejem mineralnym, w ilości około 1,5%, w przeliczeniu na suchą masę papieru, przez zadrukowanie papieru walcem do druku wklęsłego;

(b) przygotowanie zawiesiny pulpy o konsystencji około 6% z zadrukowanego papieru;

(c) dodanie kationowej skrobiowej żywicy nadającej wytrzymałość na sucho;

(d) następnie ogrzewanie zawiesiny pulpy przez 15 minut w temperaturze 82°C;

(e) następnie oziębienie zawiesiny pulpy do temperatury około 60°C, zagęszczenie zawiesiny pulpy do konsystencji 5% i zredukowanie pH zawiesiny pulpy do 5 przez dodanie kwasu siarkowego;

(f) następnie dodanie do zawiesiny pulpy, środka powierzchniowo czynnego, w ilości 28 ml/45,3 kg, enzymu celulazy, w ilości 66,5 ml/45,3 kg, enzymu ksylanazy, w ilości

16.5 ml/45,3 kg i enzymu rezynazy, w ilości 16,5 ml/45,3 kg, w przeliczeniu na sucha masę pulpy;

(g) utrzymanie zawiesiny pulpy w temperaturze około 60°C przez 30 minut z łagodnym mieszaniem; i (h) oziębienie zawiesiny pulpy i ustawienie pH na 7.

Tak zmodyfikowane enzymatycznie włókna celulozowe majagrubość Kajaani większąniż 18 mg na 100 m i zawierają od 0,2% do 2,0%, korzystnie około 1,5% oleju wybranego z grupy obejmującej olej roślinny, korzystnie olej sojowy, lub olej mineralny.

Zastosowanie potraktowanej enzymami i także środkiem powierzchniowo czynnym pulpowej zawiesiny jako głównego źródła włókien w procesie wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych, po skierowaniu do typowych maszyn papierniczych, daje papierowe wyroby sanitarne takie jak serwetki, ręczniki o znacznie polepszonych właściwościach takich jak np. miękkość, znacznie lepsze niż otrzymane przy zastosowaniu dotychczas stosowanych sposobów modyfikacji włókien celulozowych.

Sanitarny produkt papierowy wytwarzany z celulozowych włókien, z których co najmniej 80% to grube włókna mające grubość Kajaani większą niż 18 mg na 100 m, ma masę pomiędzy 3,15 kg na ryzę i 17,1 kg na ryzę, znormalizowaną wytrzymałość na rozciąganie (metryczną) pomiędzy 5,0 i 20,0, i zawiera od 0,2% do 2,0% oleju wybranego z grupy obejmującej oleje roślinne i oleje mineralne.

Figura 1 pokazuje graficznie zależność pomiędzy grubością włókna i miękkością bibułki otrzymywaną w suchych procesach wytwarzania lekkiej marszczonej bibułki i doskonałe wyniki uzyskane sposobem według niniejszego wynalazku. Tabele I, II i III prezentują wyniki doświadczalne z przykładów 1, 2 i 3.

Niniejszy wynalazek opiera się na nieoczekiwanym, potwierdzonym badaniami stwierdzeniu, że grube, o dużej plastyczności włókna (to jest włókna wytwarzane głównie przez mechaniczne oddzielanie włókien drzewnych, i typowo zawierające co najmniej 80% wagowych źródłowego materiału) mogą służyć do wytwarzania bardzo miękkich produktów bibułowych o jakości porównywalnej z produktami bibułowymi wytwarzanymi z kosztownych wybielanych włókien do papieru siarczanowanego z miękkiego drewna. Szczególnie, miękkie produkty bibułowe można wytwarzać ze starych gazet (ONP-old cewszaper process ) zachowując część olejowych zanieczyszczeń, typowo znajdujących się w zużytych gazetach, poddając włókna ze

184 458 starych gazet, zawierające takie zanieczyszczenia, obróbce enzymatycznej i wytwarzając papier z takich zanieczyszczonych olejem i enzymatycznie zmodyfikowanych włókien. Najważniejsze jest, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, aby dostateczna ilość olejów zwykle znajdujących się w starych gazetach, znajdowała się na włóknach lub we włóknach, przed utworzeniem z takich włókien bibułki lub innych typów sanitarnych wyrobów papierowych (np. ręczników, serwetek i chusteczek). Ponadto, jeśli olej usuwa się w czasie usuwania farby lub nie występuje on, jak w przypadku nowych włókien, do włókien trzeba dodawać olej (przez zadrukowanie) i włókna zawierające takie oleje można następnie poddać obróbce enzymatycznej, przed wytworzeniem sanitarnych wyrobów papierowych z zaolejonych i enzymatycznie zmodyfikowanych włókien, dzięki czemu, papierowe wyroby sanitarne otrzymane z włókien celulozowych modyfikowanych sposobem według niniejszego wynalazku są bardziej miękkie i przyjemniejsze w dotyku niż otrzymane z włókien celulozowych modyfikowanych znanymi sposobami.

W gazetowych farbach drukarskich stosuje się typowo oleje roślinne i oleje mineralne, i znajdują się one w starych gazetach zwykle jako składniki farb drukarskich. W celu zachowania olejowych składników ze starych gazet, konwencjonalny proces wytwarzanie pulpy i usuwania farby musi ulec modyfikacji. Korzystną modyfikacją konwencjonalnego usuwania farby jest eliminacja warunków zmydlania, w których oleje typu roślinnego (lub dowolny olej zawierający grupę estrową) przekształca się w mydła. Jednak, jeśli oleje usuwa się w czasie usuwania farby, można je dodać przed obróbką enzymatyczną

Sposób modyfikacji według niniejszego wynalazku, gdy stosuje się stare gazety, ogólnie obejmuje: (1) wytwarzanie pulpy gazetowej umieszczając w zawiesinie w wodzie z mieszaniem gazety; (2) potraktowanie pulpowej zawiesiny ze starych gazet mieszaniną enzymów takich jak celulaza, ksylanaza i lipaza, w połączeniu ze środkiem powierzchniowo czynnym; (3) utrzymanie pH pulpy poniżej około 8,0; i (4) wykorzystanie zawiesiny potraktowanej enzymem pulpy jako części wsadu w procesie wytwarzania sanitarnego papieru, korzystnie procesie wytwarzania bibułowego papieru. Chociaż można stosować przesiewanie, oczyszczanie, flotację i pewne przemywanie pulpowej zawiesiny przed użyciem jej jako wsadu do wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych (np. bibułki, ręczników, chusteczek lub serwetek), jest ważne, aby zachować znaczną ilość oleistych zanieczyszczeń w pulpie po takich etapach przesiewania, oczyszczania, flotacji i przemywania lub dodać je przed obróbką enzymatyczną i wytwarzaniem papieru.

Korzystnie etapy tworzenia zawiesiny i obróbki enzymatycznej prowadzi się w kilkustopniowo rozpoczynając od tworzenia zawiesiny papieru gazetowego o konsystencji pomiędzy około 3% i 12% wo becności środka powierzchniowo czynnego, i korzystnie w temperaturze pulpowej zawiesiny powyżej około 37,8°C i korzystnie około 82,2°C i trzymając jąw podwyższonej temperaturze przez co najmniej około 15 minut. Następnie ustawia się pH i redukuje temperaturę pulpowej zawiesiny do temperatury i pH dogodnego do zachowania warunków aktywności enzymu. Korzystne warunki obróbki enzymatycznej to pH od 4 do 7 i temperatura poniżej około 60°C i korzystnie powyżej około 37,8°C. Jeśli wytwarzanie pulpy gazetowej prowadzi się w warunkach dogodnych także dla obróbki enzymatycznej, etapy wytwarzania pulpy i obróbki enzymatycznej można połączyć. Gdy wytwarzanie pulpy i obróbkę enzymatyczną łączy się w pojedynczy etap, enzym wo becności środka powierzchniowo czynnego można dodawać do wody przed lub po dodaniu gazety do procesu wytwarzania pulpy. Do pulpowej zawiesiny dodaje się środek powierzchniowo czynny typu zwykle stosowanego przy usuwaniu zanieczyszczeń w procesach wtórnego przetwarzania papieru gazetowego.

Stosuje mieszaninę enzymów, wybranych z grupy obejmującej celulazę, ksylanazę i lipazę. Pulpę utrzymuje się w kontakcie z enzymem przez co najmniej około 15 minut i korzystnie około 3θ minut. Chociaż można stosować dłuższe czasy kontaktu pulpy z enzymem, nie jest to konieczne. Czasy kontaktu przez pulpy i enzymu dłuższy niż 30 minut może być właściwy, gdy stosuje się mniejsze ilości enzymów.

Decydującym składnikiem w powyższym wieloetapowym procesie jest to by znajdowały się oleje typu zwykle znajdującego się w drukarskich farbach gazetowych w kontakcie z włóknami jednocześnie z obróbką enzymatyczną i ich zachowanie (na lub we) włóknach w czasie wy184 458 twarzania papieru. Według naszych badań, grube włókna są bardzo korzystne do wytwarzania miękkich bibułkowych sanitarnych wyrobów papierowych ponieważ zachodzi pewne oddziaływanie pomiędzy włóknami, olejem i enzymami wspomagane przez obecność środka powierzchniowo czynnego. Takie oddziaływanie synergistycznie polepsza zdolność do wytwarzania bibułki z grubych włókien niezależnie od faktu, że włókna pozostają grube.

Proces wytwarzania pulpy według niniejszego wynalazku korzystnie obejmuje wytwarzanie pulpy ze starych gazet (ONP) przy konsystencji 6-9% i w podwyższonej temperaturze w korzystnym zakresie 48,9°C-82,2°C. Czas wytwarzania pulpy może się wahać od 15-60 minut. Zawiesinę chłodzi się następnie do 48,9°C-60°C i przenosi się do skrzyni magazynowej/mieszalnikowej, gdzie pH ustawia się do wartości pomiędzy 4 i 7. Usuwający farbę środek powierzchniowo czynny, nadający się dla niskich odczynów pH, dodaje się następnie, korzystnie przed dodaniem enzymów. Enzymy dodaje się do pulpowej zawiesiny i pozostawia do przereagowania z włóknami i olejem przez czas co najmniej 15 minut i korzystnie przez około 30 minut. Odczyn pH zawiesiny ustawia się następnie na 7 i pulpaj est gotowa do procesu wytwarzania papieru. Dodatkowe przesiewanie nie jest konieczne, chociaż można stosować przesiewanie i/lub wirówkowe oczyszczanie w celu usunięcia dużych zanieczyszczeń, np. spinaczy do papieru, aby ochronić papiernicę. Ewentualne ograniczone przemywanie potraktowanej enzymem i zanieczyszczonej olejem pulpy można prowadzić w papiernicy stosując nieprzemywanąpulpę we wsadzie papierniczym na papiernicy. Jeśli pulpowej zawiesiny nie przemywa się przed papiernicą, swobodnie pływaj ący i rozpuszczony materiał można przemyć na papiernicy i usunąć z wody sitowej papiernicy wykorzystując etap flotacji do usuwania zanieczyszczeń z wody sitowej papiernicy. Można tego dokonać stosując boczne sito i proces flotacji z rozpuszczonym powietrzem, taki jak klarownica Krofta, do klarowania wody sitowej stosowanej ponownie w papiernicy.

Barwniki

Zmodyfikowane włókna z wtórnie przetwarzanego papieru gazetowego sposobem według niniejszego wynalazku zachowują zanieczyszczenia z farby, są więc jasnoszare. Produkty bibułowe wykonane z przewagą takich włókien korzystnie barwi się na przyjemniejszy kolor. Barwniki stosowane do tego celu muszą być rozpuszczalne w wodzie, a ponieważ trudno jestjednolicie zabarwić zanieczyszczone olejem włókna, barwniki powinny być substantywne dla celulozowych włókien. Powinny być także kationowe, to jest tworzyć dodatnio naładowane zabarwione kationy przy dysocjacji w wodzie. Te barwniki są szczególnie dobrze przystosowane do barwienia mechanicznych i niewybielanych chemicznych pulp. Takie pulpowe włókna zawierają znaczącą liczbę grup kwasowych, z którymi dodatnio naładowane kationy mogą reagować tworząc sole. Te barwniki można wybierać spośród barwników zasadowych, grupy dobrze znanej, w których zasadowa grupajest integralną częścią chromoforu, lub z nowszej klasy kationowych bezpośrednich barwników, w których zasadowa grupa leży pozą układem rezonansowym cząsteczek. Barwnik korzystnie dodaje się w ilościach od 0,01% do 3%, najlepiej 0,05 do 0,5% wagowych względem włókna suszonego na powietrzu.

Barwniki te można aplikować przy normalnym pH wytwarzania papieru, kwasowym lub obojętnym. Doskonałe powinowactwo do niewybielanych włókien pozwala je dodawać do układu wytwarzania papieru dopiero na wlocie do pompy wentylacyjnej, ale dłuższy czas przebywania, np., wprowadzanie po stronie ssącej pompy przenoszącej skrzyni maszyny mogłoby być korzystne. W każdym przypadku pożądanejest miejsce z zagęszczonym materiałem przy dobrym mieszaniu.

Enzymy

Dogodne enzymy do stosowania w niniejszym wynalazku powinny być wybrane z grupy obejmującej celulazę, hemicelulazę (tj. ksylanazę) i lipazę i stosuje się kombinację przedstawicieli każdego typu. Każdy typ enzymu funkcjonalnie działa na różne składniki użytych gazetowych włókien i/lub zanieczyszczeń zwykle związanych z takimi włóknami. Enzymy celulazowe przyczyniają się do usuwania farby atakując celulozowy składnik włókien w bliskości farby. Ksylanazy i inne hemicelulazy atakująhemicelulozowe składniki włókien polepszając jasność, podczas gdy lipaza atakuje żywice we włóknie i w kompozycji farby.

184 458

Gdy stosuje się wszystkie trzy typy enzymów, takjak w sposobie według wynalazku, pojawia się synergizm, co ułatwia usuwanie farby, jak też eliminuje tak zwane “materiały samoprzylepne”. Materiały samoprzylepne to dobrze znane zanieczyszczenia w makulaturze wynikające zo becności przylepców, przyklejanych etykiet, itp. Powodujących trudności w płynnej pracy papiernicy. Mieszanina korzystnie składa się z enzymów atakujących zadrukowaną makulaturę w sposób polepszający miękkość bibułki i modyfikujący zanieczyszczenia tak, że nie wpływają szkodliwie na działanie papiernicy. Potraktowana enzymem pulpa według niniejszego wynalazku polepszy parametry pracy papiernicy i pozwoli wytworzyć doskonały produkt przy niskich kosztach.

Hemicelulaza to ogólny termin opisujący różne typy enzymów, każdy degradujący specyficzne typy związków ogólnie znanych jako hemicelulozy i znajdowanych w drewnie i innych substancjach roślinnych. Ksylanaza jest korzystnąhemicelulazą, ponieważ działa na ksylan, pospolity typ hemicelulozy. Składniki hemicelulozy różnią się w różnych roślinach. Najczęstsze drzewne hemicelulozy to ksylany, będące polimerami związanych 1,4 β-D-ksylopiranozowych jednostek, z których pewne zawierają krótkie boczne łańcuchy, takie jak związane 1,3 jednostki a-l-arabinofuranozy lub estryfikowane związane 1,2 jednostki kwasu α-d-glukuronowego. Ważne, szczególnie w miękkim drewnie, są 1,4-JP-D-glucomannany z przypadkowo rozłożonymi jednostkami glukozy i mannozy, niosące boczne łańcuchy, takie jak związane 1,6 jednostki a-D-galaktopiranozy. Hemiceluloza różni się od celulozy w trzech ważnych punktach. Przede wszystkim zawierająkilka różnychjednostek cukrów, podczas gdy celuloza zawiera tylkojednostki 1,4-P-D-glukopiranozy. Po drugie, wykazują znaczny stopień rozgałęzienia łańcucha, podczas gdy celuloza jest ściśle liniowym polimerem. Po trzecie stopień polimeryzacji rodzimej celulozy jest 10 do 100 razy większy niż większości hemiceluloz. Termin “hemicelulaza” odnosi się do dowolnej klasy specyficznych enzymów reagujących ze specyficznąhemicelułoząi, jako taka, hemicelulaza nie jest klasą specyficznych enzymów, lecz rodzaj ową nazwą grupy klas enzymów. Ksylanazajest klasą specyficznych enzymów atakujących ksylan, a więc ksylanazy opisuje ogólny termin “hemicelulaza”.

Wiele typów enzymów można stosować wewnątrz klas enzymów znanych jako celulaza, ksylanaza (lub inna hemicelulaza) i lipaza. Celulaza daje najwięcej możliwości wyboru w handlu, ponieważ pochodzi z wielu różnych źródeł, takich jak Aspergillis niger, Trichoderma reesei, T. viride, T. koningi, F. solani, Penicilliumpinophilum, P. funiculosum. Korzystnie jest stosować celulazę zawierającą funkcje endo-egzo glukanazy, aby atakowała amorficzne i krystaliczne regiony celulozy, a więc dowolne miejsce na powierzchni celulozy połączonej z farbą.

Korzystna celulaza (jest produktem sprzedawanym pod znakiem handlowym Celluclas®

1.5 L, z Enzyme. Pi^oic^5^is Division, Bioindustrial Group, Novo 'Nordisk AS, Novo Alle, 2880 Bagsvaerd. Dania) Celluclast 1,5 Ljest ciekłym preparatem celulazy wytwarzanym przez fermentację w zanurzeniu wybranego szczepu grzyba “Trichoderma reesei”. Enzym katalizuje rozcinanie celulozy na glukozę, celobiozę i wyższe polimery glukozy. Względne ilości powstających produktów reakcji zależą od warunków reakcji. Celluclast 1.5 L ma enzymatyczną aktywność 1500 NCU/g i jest brunatną cieczą o gęstości około 1,2 g/ml. Aktywność określa się względem Novo Cellulase Units (NCU). JedenNCU to ilość enzymu, która w standardowych warunkach degraduje karboksymetylocelulozę do redukujących węglowodanów z intensywnością redukcji odpowiadającą 1 mikromolowi (jM) glukozy na minutę. Standardowe warunki to: substrat: karboksymetyloceluloza (CMC Hercules-7LFD); temperatura 40°C; pH - 4,8; czas reakcji - 20 minut.

Ksylanazę można otrzymać ze źródeł takich jak A. pullulans, lub Streptomyces lividans, lub Streptomyces roseiscleroticus. Ma ona atakować ksylanowe części włókna lignocelulozy wiążące biało zabarwioną celulozę z brunatno zabarwioną ligniną. Tak więc atak na ksylanową hemicelulozę ułatwia usuwanie ligniny, rozjaśniając włókna. Nie jest konieczne, aby ksylanaza nie zawierała wolnej celulazy lub pochodziła z określonego źródła biologicznego. W tym celu można stosować enzym z pieczarek (liczne enzymy znajdowane po hodowli pieczarek) bez oczyszczania.

184 458

Korzystną ksylanazą (jest Pulpzyme® HA) jest preparat ksylanazy pochodzący z wybranych szczepów Trichoderma reesei (dostępnych z Enzyme Process Division Bioindustrial Group, Novo Nordisk A/S, Novo Alle, 2880 Bagsvaerd, Dania. Pulpzyme® HA) zawiera endo-1,4-3-D-ksylanazę (EC 3.2.1.8), jak też egzo-1,4-P-D-ksylanazę (EC 3.2.1.37), (Pulpzyme® HA) wykazuje pewną aktywność celulazy, poza aktywnością ksylanazy.

(Pulpzyme® HA)Preparat ten jest brunatną cieczą, preparatem ksylanazy o aktywności 500 XYU/g zawierającym około 300jednostek aktywności endo-glukanazy (EGU/g). Jednostka aktywności ksylanazy (XYU) jest zdefiniowana jako ilość enzymu, która w standardowych warunkach (pH 3,8, 30°C, 20 minut inkubacji) degraduje ksylan modrzewia do redukujących węglowodorów z intensywnościąredukcji odpowiadającą 1 pM ksylozy. Jednostka endo-glukanazy (EGU) to ilość enzymu, która w standardowych warunkach (pH 6,0,40°C, 30 minut inkubacji) obniża lepkość roztworu karboksymetylocelulozy w tym samym stopniu, jak wzorzec enzymu definiujący 1 EGU. (Pulpzyme* HA) Preparat ten ma bardzo niską aktywność wobec krystalicznej celulozy.

Inną korzystną ksylanaząjest (Pulpzyme® HB)inny preparat będący preparatem ksylanazy pochodzącym z wybranego szczepu bakterii (jest dostępny z Enzyme Proces Division, Bioindustrial Group, Novo Nordisk A/S, Novo Alle, 2880 Bagsvaerd, Dania), który zawiera endo- 1,4-P-D-ksylanazę (EC 3.2.1.8), i jest wolny od aktywności celulazy.( Pulpzyme® HB ) Jest on dostępny w handlu jako brunatny ciekły preparat, wykazujący aktywność endo-ksylanazy 600 EXU/g, gdzie jednostkę aktywności endo-ksylanazy (EXU) definiuje się jako ilość enzym, który w standardowych warunkach (pH 9,0, 50°C, 30 minut inkubacji), degraduje ksylan RBB (czyli ksylan potraktowany barwnikiem).

Lipaza może pochodzić z Pseudomonas fragi, Candida cylindricea, Mucor javanicus, Pseudomonas fiuorescens, Rhizopus javanicus, Rhizopus delemar, Rhizopus niveus, i różnych gatunków Miehei, Myriococuum, Humicola, Aspergillus, Hyphozyma, i Bacillus. 'Wykazują one aktywność lipazy i esterazy, i degradują triglicerydy z żywicy drzewnej do gliceryny i kwasów tłuszczowych. Jako takie lipazowe enzymy mogą atakować bezpośrednio składniki olejów roślinnych farby. Glicerynowy produkt uboczny aktywności lipazy może pomóc zmiękczyć celulozę.

Korzystną lipazą jest (Resinase® A 2X), będąca ciekłym preparatem lipazy do hydrolizy składników estrowych żywicy z drewna (Resinase® A 2X jest dostępna w handlu z Enzyme Process Division, Bioindustrial Group, Novo Nordisk A/S, Novo Alle, 2880 Bagsvaerd, Dania) jako brunatny ciekły preparat o aktywności 100 KLU/g. Aktywność lipazy mierzy się w Kilo Lipase Units (KLU). Jeden.KLU to aktywność enzymu uwalniającajeden milimol kwasu masłowego na minutę z emulsji tributyryny w temperaturze 30°C i pH 1,0. Analizy dokonuje się w układzie pH-statu, w którym uwolniony kwas miareczkuje się ciągle przez dodanie wodorotlenku sodu. Ilość enzymu nie jest ograniczona w czasie analizy.

Stosowanajest kombinacja z tymi trzema typami korzystnych enzymów. Jest to ligninaza, lakkaza, pektynaza, proteaza i mannanaza. Enzymy można także otrzymać z mikroorganizmów ze zmienionym i przetworzonym DNA wydzielających więcej konkretnego enzymu lub większe ilości dla uzyskania lepszej wydajnoścc.

Ilości i kombinacja enzymów to 1,33 kg celulazy na tonę (2000 funtów) pulpy, 0,33 kg ksylanazy na tonę, i 0,33 kg lipazy na tonę.

Korzystny zakres każdego enzymu to: celulaza, 66,5 ml/45,3 kg; ksylanaza, 16,5 ml/45,3 kg; i lipaza 16,5 ml/45,3 kg, w przeliczeniu na suchą masę pulpy.

Pęcznienie struktury włókna polepsza działanie enzymu ułatwiając penetrację wielkich cząsteczek enzymu we włókna. Przy wytwarzaniu pulpy można stosować podniesioną temperaturę, (np. powyżej otoczenia i poniżej 60°C), środek powierzchniowo czynny, i kwasowe lub łagodnie alkaliczne związki chemiczne w działaniu na papier gazetowy, aby fizycznie otworzyć włókna lignocelulozowe i enzymy mogły lepiej penetrować struktury i wykonywać swoje właściwe funkcje. Jeśli stosuje się wysokie temperatury wytwarzania pulpy, np. powyżej około 60°C, temperaturę musi się obniżyć do temperatury dogodnej do obróbki enzymatycznej dodaniem enzymów. Dla większości enzymów, dogodna temperatura jest niższa niż około 60°C.

184 458

Zastosowanie środka powierzchniowo czynnego w obróbce enzymatycznej efekt uzyskuje się, stosując zgodnie ze sposobem według wynalazku, kombinację środka powierzchniowo czynnego i enzymów. Minimalna skuteczna ilość środka powierzchniowo czynnego jest ilością konieczną do otwarcia włókna. Korzystna ilość środka powierzchniowo czynnego wynosi od 0,025% do 0,1% względem masy włókien, korzystnie 28 ml/45,3 kg w przeliczeniu na suchą masę pulpy. Niejonowe środki powierzchniowo czynne korzystnie nadająsię do stosowania w etapie obróbki enzymatycznej w celu polepszenia enzymatycznego działania dla uzyskania lepszego wrażenia przy dotykaniu. Korzystnym niejonowym środkiem powierzchniowo czynnym (jest dostępny w handlu jako DI600® z High Point Chemical Corp. DI6000) jest alkoksylowany kwasem tłuszczowym, niejonowy środek powierzchniowo czynny, specyficznie opracowany dla celów flotacyjnego usuwania farby z papieru gazetowego. Można stosować inne niejonowe środki powierzchniowo czynne dobrze znane w procesach usuwania farby, takiejak: eter alkilowofenylowy glikolu polietylenowego, np. seria środków powierzchniowo czynnych (Tergitol® Union Carbide); produktów kondensacji tlenku alkilofenoloetylenu, np. seria środków powierzchniowo czynnych (Igepal® Rhone Poulenc Incorporated); aryloalkilowy polieteroalkohol (np. seria środków powierzchniowo czynnych Triton® X 400 Rohm i Haas takie jak. Triton Χ-100). W pewnych przypadkach można stosować anionowy środek powierzchniowo czynny w zależności od zanieczyszczeń zawartych w makulaturze. Przykłady dogodnych anionowych środków powierzchniowo czynnych to: sól amonowa lub sodowa siarczanowanego etanolanu z mającego 12 do 14 atomów węgla liniowego pierwszorzędowego alkoholu (taka jak Alfonic® 1412 A lub 14125 Vista); i kondensaty siarczanowanego naftalenoformaldehydu (np.. Tamol® SN Rohma i Haasa). W pewnych przypadkach można stosować kationowy środek powierzchniowo czynny, szczególnie gdy konieczne jest też zrywanie wiązań. Dogodne kationowe środki powierzchniowo czynne obejmują związki imidazolu np., czwartorzędowe związki amoniowe (Amasoft® 16-7 i Sapamine® P; Quaker® 2001 Quaker Chemicals; i Cyanatex® American Cyanamid).

Typy olejów

Oleje typu zwykle stosowanego w drukowaniu, szczególnie drukowaniu gazet i w komponowaniu farby do takiego druku, są stosowane w wykonaniu sposobu według niniejszego wynalazku. Oleje mineralne i oleje roślinne są najpospolitszymi typami olejów stosowanymi w komponowaniu farb drukarskich dla gazet. Olej mineralny, także znany jako biały olej mineralny, albolina, parafina, Nujol (olej parafinowy), Saxoł, i olej lignitowy, (ogólnie klasyfikuje się jako CAS #64742-46-7). Takie oleje mogą pochodzić z różnych źródeł, handlowo są typowo frakcją destylatu z ropy naftowej z łańcuchem węglowym mającym przeciętnie około 10 do około 14 atomów węgla i zwykle mieszaniną parafinowych węglowodorów, naftenowych węglowodorów i alkilowanych aromatycznych węglowodorów. Takie oleje mają ciężar właściwy około 0,8 do około 0,85, lepkość w temperaturze 37,8°C 38-41 SSU (Uniwersalne Jednostki Saybolta) i temperaturę początku wrzenia około (500°F) 260°C. Oleje roślinne tego typu typowo używane w komponowaniu farb drukarskich mogą pochodzić z różnych źródeł. Typowo jest to olej pochodzący z nasion soi znany jako olej sojowy, olej z chińskiej fasoli (z oznakowaniem CAS # 8001-22-7). Takie oleje mają właściwości zmydlające z wartością zmydlaj ącą około 185 do 195, punktem krzepnięcia około -15°C do około -7,8°C, punktem topnienia około 21,1 do około 32,2°C i liczbąjodowąokoło 135 do 145. Inne roślinne źródła oleju i inne typy oleju dogodne do stosowania w farbach drukarskich można także stosować w sposobie według niniejszego wynalazku.

Zawartość oleju

Ilość oleju znajdującego się na włóknach (na powierzchni lub w strukturze włókien celulozowych) powinna wynosić od około 0,2% do około 2%, korzystnie około 1,5%. Zawartość oleju pozostaje na włóknach dzięki temu, że nie jest on zmydlany ani nie roztwarza się olejów w stałych gazetach w czasie wytwarzania pulpy i traktowania starych gazet, sposobem według wynalazku oraz przygotowania ich do użycia jako wsadu papierniczego. Korzystnie środek powierzchniowo czynny, gdy się go stosuje, występuje w takiej ilości, aby nie wymył olejów przy modyfikacji włókien z papieru gazetowego następnie użytego jako wsadu w maszynie papierniczej, przy wytwarzaniu sanitarnych wyrobów papierowych.

184 458

Jak widać z przykładów, olej można dodawać do nowych włókien dodając olej do pulpy przed wytworzeniem zawiesiny (przez zadrukowanie), aby olej zetknął się z włóknami przed poddaniem włókien obróbce enzymatycznej sposobem według wynalazku.

W sposobie według wynalazku można stosować zarówno nowe włóknajak też stare gazety jako źródła włókien. W najszerszym sensie wynalazek wymaga obecności olejów na lub we włóknach od około 0,2% do około 2,0% w czasie poddawania włókien obróbce enzymatycznej. Włókna z olejem poddaje się obróbce enzymatycznej, jak powiedziano powyżej i następnie tak otrzymaną zawiesinę pulpy, zawierającą zmodyfikowane włókna celulozowe, używa się jako wsad do maszyny papierniczej do wytwarzania papierowych wyrobów sanitarnych..

Chociaż korzystny efekt otrzymany przy stosowaniu oleju i obróbce enzymatycznej celulozowych włókien, jest najkorzystniejszy w przypadku włókien o dużej plastyczności, inne celulozowe włókna będą miały polepszoną sanitarną jakość jeśli będą modyfikowane sposobem według nimej szego wynalazku, a więc można będzie z takich włókien wytworzyć bardziej miękkie i elastyczne sanitarne wyroby papierowe. Takie włókna obejmują wybielane włókna do papieru siarczanowanego z północnego i południowego miękkiego i twardego drewna, wybielane i niewybielaee, wybielane i eiewybielane włókna siarczynowe w uzupełnieniu do wybielanymi niewybielanych włókien o dużej plastyczności, takich jak ścierane włókna drzewne, włókna termomechaniczne i włókna chemitermnmechaniczne. Specyficzne przykłady takich włókien to: wybielana pulpa z miękkiego drewna chemitermomechaniczea (SWCTMP); wybielane włókna do papieru siarczanowanego z północnego miękkiego drewna (NSWK); wybielane wtórnie przetwarzane włókna (RP); wybielane włókna do papieru siarczanowanego z eukaliptusa (BEK); wybielane włókna do papieru siarczanowanego z południowego miękkiego drewna (SSWK); i wybielana pulpa z twardego drewna chemitermomechaniczna (HWCTMP).

Zawierające olej, potraktowane enzymem włókna według niniejszego wynalazku można stosować w konwencjonalnym procesie wytwarzania papieru do produkcji sanitarnych wyrobów papierowych, w tym papieru na toaletową bibułkę, bibułkę do twarzy, ręczniki papierowe i serwetki papierowe zgodnie z dowolnym konwencjonalnym procesem wytwarzania takich produktów. Miękkość i objętość takich produktów ulepszy się dzięki zastosowaniu zawierających olej i potraktowanych enzymami włókien według niniejszego wynalazku. Na skutek zwiększenia objętości, ręczniki papierowe wytwarzane z włókien według niniejszego wynalazku będą miały lepsze właściwości.

Niniejszy wynalazek jest oparty na nieoczekiwanych i potwierdzonych wynikach badań, że konwencjonalne, w znany sposób, usuwanie farby z gazet ma szkodliwy wpływ na wytwarzanie miękkich produktów bibułowych ze starych gazet, ponieważ, w znanych sposobach, usuwa się cały olej, który ma korzystny wpływ na miękkość bibułki i ręczników papierowych. Miękkość jest trudna do zmierzenia lub wyrażenia ilościowego dla produktów bibułowych, ponieważ miękkość dotyczy wrażenia użytkownika przy dotykaniu, i wpływa na nią gładkość i inne cechy powierzchni, poza puszystością arkusza. Opracowano testy badające wrażenie przy dotykaniu, i dane dla wrażenia przy dotykaniu podane tutaj otrzymano stosując następujący test:

Test wrażenia przy dotykaniu

Wytworzono kilka różnych lekkich, suchych marszczonych bibułek do stosowania jako wzorce z dostępnych w handlu pulp o różnej jakości dla nadawania miękkości produktom bibułowych, i zastosowano do definiowania numerycznej skali miękkości. Przypisano numeryczną wartość miękkości każdej bibułki standardowej. Najbardziej miękkiemu produktowi przypisano wartość wrażenia przy dotykaniu 86, i była to lekka, sucha marszczona bibułka wytwarzana z 50% wybielana włókniste do papieru siarczanowanego z miękkiego północnego drewna Irvmg i 50% pulpy do papieru siarczanowanego z eukaliptusa Sante Fe.

Najbardziej szorstki produkt do stosowania jako standard wytworzono ze 100% wybielanej chemitermomechanicznej pulpy z miękkiego drewna (SWCTMP) i przypisano jej wartość wrażenia przy dotykaniu 20 na skali. Innym lekkim, suchym marszczonym bibułkom do stosowania jako standardy w definiowaniu skali “Miękkości przy dotykaniu” i mającym miękkość pomiędzy najmiększą i najbardziej S5orstkąblbułkąwytwor5oco z różnych pulp lub mieszanin pulp

184 458 i przypisano wartości wrażenia miękkości przy dotykaniu pomiędzy 20 i 86. Użyte pulpy opisano w kolejnych akapitach. Mieszaniny pulp i grubości włókien w mieszaninach pulp użytych do wytwarzania dodatkowych wzorców bibułek podano w tablicy III wraz z wytrzymałością na rozciąganie każdego wzorca bibułki. Procesy wytwarzania bibułki inne niż proces wytwarzania lekkich, suchych marszczonych produktów i inne pulpowe włókna niż użyte do wytwarzania wzorców, mogą służyć do wytwarzania produktów bibułowych spoza zakresu 20 do 86 skali wrażenia miękkości przy dotykaniu zdefiniowane przez opisane tu wzorce bibułki. Jednak, dla celów ustalenia polepszenia miękkości osiągalnej w niniej szym wynalazku, powyżej zdefiniowany zakres wrażenia miękkości przy dotykaniu od 20 do 86 dla lekkich, suchych marszczonych produktów jest dokładny i dostateczny do celów porównawczych. Włókna z wtórnie przetwarzanego papieru gazetowego, sposobem według niniejszego wynalazku, może służyć do wytwarzania produktów bibułowych o wartościach miękkości powyżej 86, gdy zastosuje się go w innym procesie wytwarzania bibułki takim jak proces z suszeniem przelotowym lub po zmieszaniu z innymi włóknami.

Pulpy użyte do wytwarzania wzorców wrażenia przy dotykaniu (a) Wybielaną pulpę chemitermomechaniczną z miękkiego drewna (SWCTMP) (jakość Temcell 500/80) o standardowej kanadyjskiej chudości (CSF- eanadian. standard fat) 500 i jasności ISO 80 wytworzono z czarnego świerka i jodły balsamowej. Wytwarzanie pulpy zachodziło ze wstępną obróbką i ciśnieniowym oczyszczaniem, następnie alkalicznym nadtlenkowym wybielaniem do jasności 80° ISO. Grubość Kajaani włókien była równa 27,8 mg/100 m i średnia wagowa długość włókna Kajaani wynosiła 1,7 mm.

(b) Wybielanąpulpę siarczanowąz północnego miękkiego drewna (NSWK) (jakość Pictou 100/0 - 100% miękkiego drewna) wytworzono z czarnego świerka i jodły balsamowej. Wytwarzanie pulpy zachodziło w procesie siarczanowym do liczby kappa = 28, następnie wybielano w procesie CE0DED (jest to cała sekwencja procesu wybielania pulpy: C-oznacza Chlorowanie; E_o -oznacza alkaliczną utleniającą ekstrakcję Oxidative Alkaline Extraction; D-oznacza Ditlenek chloru; E-oznacza Ekstrakcję alkaliczną) do jasności 88° ISO. Grubość Kajaani równa była 14,3 mg/100 m i średnia wagowa długość włókna Kajaani wynosiła 2,2 mm.

(c) Wybielane wtórnie przetwarzane włókna (RF) wykonano z przebranych mieszanych biurowych odpadów przetworzonych na pulpę, przesianych, oczyszczonych, i przemyto do 550° CSF, następnie wybielono podchlorynem sodu do jasności 80° ISO. Grubość Kajaani równa była 12,2 mg/100 m i średnia wagowa długość włókna Kajaani wynosiła 1,2 mm.

(d) Wybielaną pulpę siarczanową / eukaliptusa (BEK) (Santa Fe jakości wolnej od chloru elementarnego) wytworzono z Eucalyptus Globulus przetworzonego na pulpę do liczby kappa = 12 w procesie siarczanowym, następnie wybielano w procesie CE_oDED do jasności 89° ISO. Grubość Kajaani równa była 6,8 mg/100 m i średnia wagowa długość włókna Kajaani wynosiła 0,85 mm.

(e) Wybielanąpulpę siarczanową z południowego miękkiego drewna (SSWK) (sosna Scott Mobile) wytworzoną z sosny Loblolly i Slash i przetworzono na pulpę do liczby kappa =26, wybielano w procesie CEHED (cały proces dotyczący etapów bielenia pulpy: oznaczenia C, E, D jak podano powyżej; oznaczenie H - podchloryn-Hypochlorite) do jasności 86° ISO. Grubość Kajaani włókien równa była 27,8 mg/100 m i średnia wagowa długość włókna Kajaani wynosiła

2,6 mm.

(f) Wybielaną chemitermomechaniczną pulpę z twardego drewna (HWCTMP) (jakość Millar Western 450/83/100) o standardowej kanadyjskiej chudości (CSF) 450 i jasności ISO 83 wytworzono z osiki. Wytwarzanie pulpy zachodziło z alkalicznym nadtlenkowym przetwarzaniem i ciśnieniowym oczyszczaniem, następnie alkalicznym nadtlenkowym wybielaniem. Grubość Kajaani włókien równa była 13,8 mg/100 m i średnia wagowa długość włókna Kajaani wynosiła 0,85 mm.

Sposób testowania nie wymaga aparatu. Test wykorzystuje procedury i materiały opisane poniżej w celu oceny próbek bibułki z zastosowaniem grupy 10 lub więcej ludzi i ustawienia

184 458 miękkości próbek na skali miękkości z użyciem wzorców produktów o znanych wartościach miękkości.

Wytwarzanie próbek

1. Należy wybrać pięć próbek do testowania przez grupę oceniających (sędziów).

2. Obliczyć liczbę próbek i wzorcowych próbek koniecznych dla grupy oceniających sędziów dla każdego produktu ocenianego na miękkość według następującego równania:

Koniecznych próbek (każdy produkt) - (x-l) x (y) x = liczba produktów badanych y = liczba osób w grupie

3. Przypadkowo wybrać rolkę bibułek dla każdego produktu ocenianego i odrzucić pierwsze kilka arkuszy (aby pozbyć się kleju utrzymującego rolkę).

4. Przygotować arkusze testowe z każdej rolki produktu testowanego. Każdy arkusz powinien mieć 4 warstwy grubości z ciągłej próbki bibułki o długości czterech arkuszy. Każdy arkusz wykonuje się jak następuje: Próbkę o długości czterech arkuszy składa się na pół. Daje to próbkę podwójnej grubości o długości 2 arkuszy. Próbkę podwójnej grubości składa się następnie w połowie z wytworzeniem pojedynczej próbki o grubości 4 arkuszy i pojedynczej długości. Składania należy dokonywać tak, aby zewnętrzna powierzchnia arkuszy, gdy znajdują się na rolce bibułki, była zewnętrzną powierzchnią próbki. Jeśli produkt testowany jest “dwustronny”, to znaczy ma różne charakterystyki powierzchni po stronie zewnętrznej i wewnętrznej arkusza na rolce, taki produkt powinien być testowany dwukrotnie, raz z powierzchnią zewnętrzną rolki jako zewnętrzną powierzchnią próbki, a także testując oddzielną wytworzoną próbkę, w której składanie arkusza dało powierzchnię zewnętrznąpróbki będącąpowierzchniąwewnętrznąrolki.

5. Wytworzyć żądaną liczbę próbek z każdego produktu stosują wzór z akapitu nr 2 powyżej. Jeśli trzeba więcej niż jednej rolki produktu do wytworzenia żądanej liczby próbek, ważne jest, aby stos próbek był przemieszany względem produktu z każdej rolki. Zaznaczyć każdąpróbkę kodem partii w lewym górnym rogu (na składce).

6. Wybrać trzy wzorce mające służyć jako odnośniki dla grupy spośród wzorcowych bibułek jak następuje:

Wybrać najbardziej szorstką ocenianą próbkę i porównać z próbkami bibułki i dobrać najgorszy wzorzec, nieco bardziej szorstki od najbardziej szorstkiej próbki.

Wybrać najbardziej miękkąpróbkę produktu ocenianego i dobrać wzorzec bibułki nieco lepszej (miększej) niż najmiększa oceniana próbka.

Wybrać trzeci wzorzec około środka skali pomiędzy niższym i wyższym wybranym wzorcem.

Trzy wzorcowe próbki bibułki stająsię odnośnikami dla wrażenia przy dotykaniu dla grupy i definiują najmiększą, najbardziej szorstką i pośrednią wartość.

7. Odnośniki dla wrażenia przy dotykaniu ograniczają zakres miękkości produktów ocenianych przez grupę. Dla większej dokładności, najwyższy i najniższy wybrany odnośnik powinien być o około 30 punktów odległy na skali wrażenia miękkości przy dotykaniu. Pośredni odnośnik powinien być o 8 lub więcej punktów odległy od najwyższego i najniższego wybranego odnośnika.

Sposób prowadzenia oceny przez dotyk

1. Wybrać grupę około 10 osób złożoną z około tej samej liczby mężczyzn i kobiet w zmiennym wieku.

2. Upewnić się, że członkowie grupy zrozumieli instrukcje i w miarę potrzeby, wykonać “próbny test”.

3. Testy powinny być prowadzone w spokojnym miejscu.

Procedury testowe

1. testmiękkości od odczytania następujących Standardowych Instrukcji.

Standardowe instrukcje

Te instrukcje należy odczytać każdej grupie uczestników przed rozpoczęciem procedury testu na miękkość.

184 458

a. Cel “Celem tej procedury jest porównanie miękkości próbek papieru toaletowego”.

b. Sposób “Otrzymacie na raz dwie próbki toaletowej bibułki. Porównajcie obie ze sobą stosując swojądominującąrękę i dokonajcie porównania dotykając każdąpróbkę swojądominującąręką. Możecie uderzać, zginąć, lub zgniatać próbki w sposób dogodny dla dokonania oceny.”

c. Pierwsza decyzja “Po sprawdzeniu każdej z pary próbek będziecie proszeni o ocenę, która z próbek jest miększa”.

d. Druga decyzja “Oceńcie różnicę w miękkości pomiędzy dwoma próbkami stosując następującą skalę:

Skala stosuje nieparzyste liczby 1,3,5,7,9. Możecie użyć liczb parzystych, jeśli odczuwacie, że podane liczby nie w pełni reprezentują różnicę pomiędzy dwoma produktami”.

Skala oceny testu;

Liczby na skali zdefiniowano jako:

1. Brak różnicy

3. Bardzo mała różnica, brak pewności, możliwa omyłka

5. Mała różnica, pewność osądu

7. Umiarkowana różnica, łatwa do wykrycia, pewność

9. Bardzo duża różnica, bardzo łatwa do wykrycia, bez wątpliwości

e. Kalibracja “Przed rozpoczęciem podam przykład najbardziej miękkiego wzorca stosowanego do porównań i próbkę mniej miękkiego (bardziej grubego) produkty. Proszę potrzymać obie. Różnica w miękkości odczuwana pomiędzy obydwoma wzorcami ocenicie na skali definicyjnej jako 9” (9 na skali do oceniania jest równoważne liczbie punktów na skali miękkości pomiędzy najwyższym i najniższym odnośnikiem wybranym dla grupy w etapie 6.)

f. Reakcje uczestników “Czy macie jakikolwiek pytania na temat procedury testu?”

g. Upewnianie się “Na koniec, nie zwlekajcie zbyt długo z każdą decyzją. Wasza opiniajest tak dobra, jak każda inna. Nie ma złych lub dobrych odpowiedzi!”

2. Przekazać każdąkombinację próbek i odnośników każdemu członkowi grupy i poprosić o wybór korzystnej próbki i następnie ocenę różnicy na skali miękkości od 1do 9. Każdy członek grupy powinien otrzymywać pary w przypadkowej kolejności dla uniknięcia błędów kolejności.

3. Zanotować wyniki z każdej pary jako Xyn, gdzie X jest kodem korzystnej próbki, Y jest kodem niekorzystnej próbki i n jest wartością ze skali (1 do 9).

Analiza danych

Wyniki porównania par traktuje się tak, jak gdyby należały do skali stosunkowej. Definicja skali stosunkowej jest następująca: Skalą jest skalą stosunkową, jeśli jest inwariantna w dodatnim liniowym przekształceniu w postaci y = ax, a> 0.

Pary danych i wagi dla “n” próbek umieszcza się w macierzy kwadratowej A o poniższej postaci.

Oi	O2	O3
W,	W,	W,
W,	W 2	Wn
W2	w 2	w 2
W,	w 2	wn
wn	Wn	Wn
W,	W 2	Wn

gdzie Oj oznacza indywidualne próbki i Wj jest wartościami ze skali (wagi) dla każdej pary.

184 458

Dla kwadratowych macierzy tego typu występuje następująca właściwość

AW = MW gdzie W = (W_b W₂, W_n). Wektor wag Weest wektoeem watlosi i własnych mciierzy A odpowiadających jego n wartościom własnym. Saaty wykazał (patrz Saaty, T.L. “A Scaling Method for Peioritiee in Hierarchical Structures”, Journal of Mathematical Psychology, 15,234-281 (1977) i Saaty, T.L., “Measuring the Fuzziness of Sets”, Journal of Cybernetics, 4(4), 53-61 (1974)) że wygenerowanie wektora własnego W o oszacowanych wag wymaga znalezienia największej wartości własnej Αλ max). Program komputerowy obliczający λ max i W przedstawia Mc Connell, Wes, “Product Development Using Fuzzy Sets”, INDA Tenth Technical Symposium, str. 55-72, 17-19 listopada 1982. Powstały wektor własny W jest najlepszą estymowaną skalą stosunkową sparowanych wej ść. Zlogarytmowanie każdego elementu w tym wektorze wytwarza bardziej znajomą równoodstępową skalę, w który dystans pomiędzy obiektami jest liniowy. Wartości miękkości wzorca wykreślono w zależności od eetymowannch wartości równoodetępowej skali i nieznanym próbkom przypisuje się numeryczne wartości przez interpolację.

Średnią i standardowe odchylenie wartości wzorca miękkości dla każdej nieznanej próbki oblicza się z obliczonych wartości wzorca miękkości dla wszystkich członków grupy. Jeśli dowolna indywidualna wartość dla członka grupy mieści się w 2 standardowych odchyleniach od średniej, wartość odrzuca się i średniki standardowe odchylenie przelicza. Średniąwartości wzorca miękkości bez wartości poza 2 standardowymi odchyleniami od średniej jest wartością wzorca wrażenia miękkości przy dotykaniu dla tej nieznanej próbki.

Skala wrażenia miękkości przy dotykaniu

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

86 (3j) (3b)

Wytrzymałość na rozciąganie

Wartości wytrzymałości na rozciąganie podane tutaj dla produkt papierowego typu bibułki mierzy się w teście długości zerwania (TAPPI Test nr T494om-88) stosując 5,08 cm odstęp próbki i szybkość poprzecznej głowicy 5,08 cm/minutę. Typowo, wytrzymałość bibułki jest różna w kierunku maszyny i w kierunku poprzecznym do arkusza. Ponadto podstawowa masa próbek bibułki zmienia się, co wpływa na wytrzymałość na rozciąganie. W celu lepszego porównania wytrzymałości na rozciąganie różnych próbek bibułki ważnejest skompensowanie różnic w podstawowej masie próbek i w kierunkach względem maszyny w wytrzymałości na rozciąganie. Kompensację osiąga się obliczając “masę podstawową i kierunkowo znormalizowaną wytrzymałość na rozciąganie” (dalej “znormalizowana wytrzymałość na rozciąganie” lub “NTS”). NTS oblicza się jako iloraz otrzymany przez dzielenie podstawowej masy przez pierwiastek kwadratowy iloczynu wytrzymałości na rozciąganie w kierunku maszyny i w poprzek. Obliczenia wytrzymałości na rozciąganie znormalizowanej na różnice w masie podstawowej i kierunku wobec maszyny opracowano w celu lepszego porównania próbek bibułki, wytrzymałości na rozciąganie mierzy się w kierunku maszyny i w poprzek, a masę podstawową dla próbki bibułki mierzy się zgodnie z TAPPI Testem nr T410om-88. Pozz stosowaniu angielskich jednostek pomiaru, wytrzymałość na rozciąganie mierzy się w uncjach na cal, a masę podstawową w kilogramach (funtach) na ryzę (2880 stóp kwadratowych). Przy obliczeniach w metrycznych jednostkach wytrzymałość na rozciąganie mierzy się w gramach na 2,54 cm i masę podstawową mierzy się w gramach na metr kwadratowy. Należy zauważyć, że metryczne jednostki nie są czyste, ponieważ testowy aparat do obliczania wytrzymałości odcina próbkę w calach i odpowiednio metrycznymi jednostkami sągramy na 2,54 centymetra. Stosując skróty MDT dla wytrzymałości w kierunku maszyny, CDT dla wytrzymałości w kierunku poprzecznym i BW dla

184 458 masy podstawowej, matematyczne obliczenie masy podstawowej i kierunkowo znormalizowanej wytrzymałości na rozciąganie (NTS) to:

NTS = (MDT x CDT)/BW

NTS w angielskich jednostkach = 0,060 x NTS w powyżej zdefiniowanych metrycznych jednostkach.

Proces wytwarzania bibułki

Zawierające olej enzymatycznie zmodyfikowane włókna sposobem według niniejszego wynalazku można stosować w dowolnym pospolitym znanym procesie wytwarzania papieru, do wytwarzania arkuszy miękkiego, objętościowego, sanitarnego papieru takichjak bibułki, ręczniki, serwetki i chusteczki. Dogodnych jest wiele różnych procesów wytwarzania papieru, w tym procesy, w których rolkę osusza się metodą suszenia w pojemniku, suszenia przelotowego, suszenia termicznego, i ich kombinacji. Przykłady typów procesów wytwarzania papieru, który można stosować w niniejszym wynalazku, to procesy omówione w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr. 3301746 Sanio^a i in., 3821068 Shawa, 3812000 Salvucci i in., 3994771 Morgana, Jr. i in., 4102737 Mortona, 4158594 Beckera i in., 4440597 Wellsa i in., i 5048589 Cooka i in.

Proces wytwarzania papieru jest powszechnie znany jako proces suchego marszczenia. Można wykorzystać wsad papierowy otrzymany sposobem według niniejszego wynalazku, do którego dodaje się korzystnie związki chemiczne zwiększające wytrzymałość na sucho, w celu podwyższenia wytrzymałości na rozciąganie i można dodawać inne związki chemiczne do wytwarzania papieru. Wsad papierniczy pompuje się następnie ze skrzyni maszyny i płynie do skrzyni wlewowej, a potem przez wlew przy 0,1 do 0,4% konsystencji na poziomą powierzchnię sita, przez które jest odciągana woda i powstaje arkusz. Siatka jest ciągniętą na wałek czołowy i kilka wałków rejestrowych, następnie na wałek nawracający, z którego przechodzi wokół walca wyżymaka i kilku wałków prowadzących z powrotem na wałek czołowy. Jeden z wałków napędza siatkę. Dla ułatwienia usuwania wody można stosować jedną lub więcej skrzyń próżniowych, deflektorów lub skrzydeł pomiędzy wałkami rejestrowymi.

Mokry arkusz powstaje na górnej powierzchni sita i przenosi się na filc przez dociśnięcie do niego arkusza przez walec wyżymaka lub przeniesienie arkusza na filc przez klocek zbierający. Filc transportuje arkusz na prasę. Następnie filc przesuwa się po jednym lub dwu wałkach prasy, z który chjeden może być ssący, ijest przeciągany po wałkach wiodących i wraca na wałek wyżymaka. Spryskiwacze i płyty ograniczające można stosować w różnych pozycjach na powierzchni filcu w celu ułatwiania podnoszenia arkusza, oczyszczania i kondycj onowania powierzchni filcu. Prasa obejmuje pojedynczy wałek prasujący lub górny i dolny wałek prasujący. Wilgoć usuwa się w zacisku prasy i przenosi na filc.

Uformowany i prasowany arkusz przenosi się na powierzchnię obrotowego suszącego cylindra, określanego jako suszarka Yackee. Urządzenie suszące może także obejmować kołpak z gorącym powietrzem otaczający górne cylindra Yankee. Kołpak zawiera dysze gorącego powietrza kierujące się na arkusz i pomagające w usuwaniu wilgoci. Kołpak obejmuje wylot w celu usuwania powietrza z komory kołpaka dla kontrolowania temperatury. Arkusz usuwa się z suszącej powierzchni stosując listwę zgarniającą nadającą zmarszczenie arkuszowi. Aby pomóc w usuwaniu arkusza z suszącej powierzchni w stanie kontrolowanym, jednorodnym, nakłada się natryskowo dodatek marszczący na powierzchnię bębna. Układ spryskującyjest serią dysz spryskujących połączonych z czołową rurą rozciągającą się w poprzek szerokości powierzchni suszarki. Dodatek marszczący może być typów pospolicie stosowanych w technologii wytwarzania bibułki papierowej.

Arkusz papieru zmarszczony na suszącym cylindrze przechodzi przez zaciski utworzone przez parę wałków i nawija się na duży wałek, nazywany wałkiem macierzystym.

Proces wytwarzania bibułki użyty w przykładach można ogólnie scharakteryzować jako proces wytwarzania papieru lekkiego, sucho marszczonego. Pilotową maszynę o szerokości 14 cali obsługiwano jak następuje: Przed utworzeniem arkusza wsad jest zawarty w skrzyni maszyny, gdzie dodaje się dodatki zwiększające wytrzymałość na sucho, barwniki lub inne chemiczne

184 458 dodatki. W sad papieru dostarcza się pompą skrzydełkową i wypływa ze skrzyni wlewowej przez wlew przy konsystencji 0,1% do 0,4% na poziomą powierzchnię siatki, przez które jest odciągana woda i powstaje arkusz. Siatkaj est ciągnięta na ssący wałek czołowy pomagaj ący w usuwaniu wody i tworzeniu arkusza. Siatkaj est prowadzona przez kilka wałków rej estrowych, następnie na wałek nawracający, z którego przechodzi z powrotem na wałek czołowy. Jeden z wałków napędza siatkę.

Mokry arkusz powstaje na górnej powierzchni sita i przenosi się na filc przez próżniowy zbieracz. Filc transportuje arkusz na wałki prasy. Następnie filc przesuwa się po jednym wałku prasy, twardym gumowym wałku, i jest przeciągany po wałkach wiodących i wraca na zbieracz próżniowy. Wilgoć usuwa się w zacisku prasy i przenosi na filc.

Uformowany arkusz prasuje się i przenosi na powierzchnię obrotowego suszącego cylindra, określanego jako suszarka Yankee. Arkusz usuwa się z suszącej powierzchni przy wilgotności 95 do 96% stosując listwę zgarniającą. Aby pomóc w usuwaniu arkusza z suszącej powierzchni w stanie kontrolowanym, jednorodnym, nakłada się natryskowo dodatek marszczący na powierzchnię bębna stosując dyszę natryskową. Mieszaninę przyczepną stosowanąw tych przykładach była mieszanina 70/30 polialkoholu winylowego) i lateksu opartego na skrobi.

Arkusz papieru zmarszczony na suszącym cylindrze przechodzi przez zaciski utworzone przez parę wałków i nawija się na wałek macierzysty żądanych rozmiarów do testu. Papiernica utworzyła arkusz o szerokości (14 cali) #35,56 cm przy szybkości (40 do 50 stóp) # 12,2 do 15,2 metra na minutę. Wszystkie na sucho marszczone bibułki z przykładów utworzono przy masie podstawowej (10 funtów) # 4,53 kg na ryzę i 18-20% zmarszczeniu. Próbki przekształcono w dwuwarstwowe bibułki (20 funtów) # 9,6 kg na ryzę, dla wszystkich testów.

Synergia wynikła z kombinacji olejów, grubych włókien środków powierzchniowo czynnych oraz kombinacji enzymów, jest pokazana w następujących przykładach. Wszystkie proporcje użyte tutaj są wagowe, jeśli nie podano inaczej i masą włókna opiera się na włóknie osuszonym na powietrzu, jeśli nie podano inaczej.

Przykład 1

Wytworzono mieszaninę włókna w 100% z nowych włókien typu użytego do wytwarzania papieru gazetowego w Stanach Zjednoczonych Ameryki. Próbka pulpy zawierała 60% niskiej chudości (około 250° CSF) chemitermomechanicznej pulpy z miękkiego drewna (SWCTMP), 30% ścieranej pulpy z miękkiego drewna i 10% pulpy siarczanowej z północnego miękkiego drewna. Ta mieszanina 60/30/10 nowych włókien została wybrana tak, aby symulować mieszaniny z papieru gazetowego. Nowe włókna wykorzystano, ponieważ nie zawierają żadnych zanieczyszczeń wprowadzanych w czasie wytwarzania gazety. Pulpę przetworzono w arkusz płaskiego papieru i osuszono bez żadnych chemicznych dodatków. Płaski papier podzielono na 6 reprezentatywnych próbek i wytworzono 6 oddzielnych kompozycji wsadów do papieru z każdej próbki płaskiego papieru, i sucho marszczoną bibułkę wytworzono z każdej próbki wsadu z płaskiego papieru na 14 szerokości papiernicy do sucho marszczonej bibułki, jak opisano powyżej.

Sześć próbek płaskiego papieru oznaczono jako próbki 1a do 1f. Próbkę 1a pozostawiono niezanieczyszczoną, a próbki 1b do 1f zanieczyszczono olejami i/lub potraktowano enzymami i środkami powierzchniowo czynnymi przed powtórnym przetworzeniem na pulpę i przerobiono na lekkie sucho marszczone bibułki. Takie lekkie, sucho marszczone produkty bibułowe 1a do 1 f wytworzono z każdej z próbek 1a do 1f jak następuje:

Przed wytworzeniem 6% zawiesiny pulpy, płaskie próbki papieru 1c i 1d zadrukowano olejem sojowym przy pomocy wałka rotograwiurowego z natężeniem 1,5% oleju względem masy po suszeniu na powietrzu pulpy. Dość dobrze przybliża to ilość zanieczyszczeń oleju znalezionych w starych gazetach. Płaskie próbki papieru 1e i 1 f zadrukowano w taki sam sposób i tą samą ilością oleju, lecz olejem mineralnym typu typowo znajdowanego w farbach drukarskich używanych w gazetach, a nie olejem sojowym używanym do wytwarzania pulpowej zawiesiny. Wytworzono oddzielną pulpową zawiesinę dla każdej próbki bibułki. Dodano kationową żywicę nadającą wytrzymałość na sucho Solvitose® - N (z Nal-co Chemical Co.) w ilości 1% masy

184 458 włókna. Pulpową zawiesinę o konsystencji około 6% ogrzano do temperatury 82,2°C przez 15 minut. Po przetworzeniu na pulpę i trzymaniu w podwyższonej temperaturze przez 15 minut, pulpową zawiesinę z próbki ld (zanieczyszczonych olejem sojowym), pulpową zawiesinę z próbki 1 f (zanieczyszczonych olejem mineralnym), pulpową zawiesinę z próbki 1 b (bez zanieczyszczenia olejem), ochłodzono do około 60°C, i rozcieńczono do konsystencji 5%, i pH obniżono od przeciętnej wartości dla pulpy z wodą wodociągową do pH 5 dodając niewielką ilość kwasu siarkowego. Dodano 28 ml High Point DI-600 (High Point Chemical Co.), środka powierzchniowo czynnego na (100 funtów) # 45,36 kg osuszonej na powietrzu pulpy do 5% konsystencji wsadów próbek Ib, Id i If wraz z mieszaniną enzymów, celulazą(Celluclast 1,5 L, Novo Nordisk Bioindustrials, Inc.), ksylanazą(Pulpzyme HA, Novo Nordisk Bioindustrials, Inc.) i rezynazy (Resinase A 2X, Novo Nordisk Bioindustrials, Inc.). Dodano enzymów w ilości 66,5 ml celulazy na 16,5 ml ksylanazy i 16,5 ml rezynazy na (100 funtów) # 45,36 kg osuszonej na powietrzu pulpy. Po dodaniu enzymów i środka powierzchniowo czynnego, pulpowe zawiesiny próbek 1b, 1d i 1f trzymano w temperaturze około 60°C przez 30 minut z łagodnym mieszaniem i następnie ochłodzono i ustawiono na pH 7 wod orotlenk iem sodu. Pul powe zawi es iny z przykładów la, 1 c i 1 e przetworzono na pulpę i trzymano w temperaturze 82,2°C przez 15 minut i następnie ochłodzono. Sześć pulpowych zawiesin użyto następnie do wytwarzania lekkich sucho marszczonych bibułek, jak opisano powyżej. Powstałe produkty bibułowe la do 1f pochodziły więc z wtórnego przetwarzania. Zaobserwowano znaczące różnice w miękkości w kategoriach wrażeń przy dotykaniu dla każdej próbki. Uzyskano znaczące, synergistyczne polepszenie miękkości przy kombinacji zanieczyszczenia olejem włókien i obróbki enzymami wraz ze środkami powierzchniowo czynnymi. Tabela I podaje wyniki znormalizowanej wytrzymałości na rozciąganie (znormalizowanej na masę podstawową i kierunek) i wrażenia przy dotykaniu dla próbek bibułki la do 1f. Z tablicy widać, że osiąga się znaczne polepszenie wrażenia przy dotykaniu (odczuwana miękkość) przy kombinacji zanieczyszczenia olejem produktu bibułowego i obróbki enzymatycznej. Wizualna obserwacja próbek 1a do 1f wykazuje znaczącą różnicę pomiędzy wzorem zmarszczenia na próbce kontrolnej 1 a i próbkach 1d i 1f zawierających zanieczyszczenie olejem i poddanych obróbce enzymem i środkiem powierzchniowo czynnym. Próbka kontrolna miała typowy dla suchego marszczenia wygląd rozdzielonych linii marszczenia, a przekrój arkuszy pokazuje falisty kształt z wyraźnymi górkami i dołkami. W przeciwieństwie do tego bibułki wytwarzane ze wsadu zanieczyszczonego olejem i potraktowanego enzymem środka powierzchniowo czynnego miały bardziej równomierną grubość, a nie falisty przekrój, i zdawały się mieć bardziej otwartą strukturę i znacznie więcej linii zmarszczek na (cal)=2,5 cm

Przykład 2

Wytworzono 8 wsadów pulpy, poddano obróbce i przetworzono na lekki sucho marszczony produkt bibułkowy stosując takie same procedury wytwarzania papieru, jak w przykładzie 1. Cztery próbki bibułek oznaczone 2a, 2b, 2c i 2d wytworzono z pulpy wsadowej zawierającej 100% nowej pulpy, z której 60% było niskiej chudości (250° CSF) chemitermomechaniczną pulpą z miękkiego drewna (CTMP), 30% ścieraną drzewną pulpą z miękkiego drewna i 10% pulpą siarczanową z północnego miękkiego drewna, jak w przykładzie 1. Cztery próbki bibułek oznaczone 2e, 2f, 2g i 2h wytworzono z pulpy otrzymanej ze starych gazet (ONP). Wszystkie próbki bibułek wytworzono z zawiesiny pulpy w wodzie przy 6% konsystencji. Zawiesinę ogrzano do temperatury 82,2°C i trzymano w podwyższonej temperaturze przez 30 minut. Pulpowe zawiesiny dla próbek oznaczonych 2a i 2e ochłodzono następnie i użyto bezpośrednio jako wsadu do wytwarzania lekkich sucho marszczonych bibułek stosując sprzęt do wytwarzania papieru i proces opisany w przykładzie 1. Każdą z pulpowych zawiesin próbek 2b, c, d, f, g i h poddano dodatkowej obróbce przed wytwarzaniem papieru. Obróbka ta składała się z obniżenia temperatury pulpowej zawiesiny do 82,2°C - 60°C, ustawienia pH kwasem siarkowym na 5,0 i ustawienia konsystencji na 5%. Środek powierzchniowo czynny typu zwykle stosowanego do usuwania farby z pulpy dodano w ilości 28 ml na (100 funtów) # 45,36 kg pulpy do zawiesin zawierających próbki 2c, 2d, 2g i 2h. Enzymy dodano w ilości 66,5 ml celulazy, 16,5 ml ksylanazy i 16,5 ml lipazy na (100 funtów) # 45,36 kg pulpy, do zawiesin w warunkach 60°C, 5% konsystencji, do stoso184 458 wania do wytwarzania próbek bibułek 2b, 2d, 2f i 2h. Zawiesinę o 5% konsystencji dla wszystkich próbek trzymano następnie w temperaturze 60°C przez 30 minut, ochłodzono, ustawiono pH na 7 wodorotlenkiem sodu i użyto jako wsadu do wytwarzania sucho marszczonej bibułki stosując sprzęt do wytwarzania papieru i proces opisany w przykładzie 1. Dodano kationową żywicę nadającą wytrzymałość na sucho Solvitose® - N w ilości 1% masy włókna. Próbki bibułek 2a do 2h zbadano następnie na wrażenie przy dotykaniu, wytrzymałość w kierunku maszyny i poprzecznym i masę podstawową. Wyniki pokazuje tabela II. Wyniki pozwalają ustalić, że obróbka enzymami i środkami powierzchniowo czynnymi bez oleju nie powoduje synergistycznego efektu ani nie polepsza miękkości.

Przykład 3

Wytworzono 11 próbek sucho marszczonej bibułki oznaczonych 3a do 3k z różnych wsadów zawierających włókna o różnych grubościach Kajaani w mg/l 00 m stosując instrument Kajaani FS-200. Sucho marszczone bibułki wytworzono stosując papiernicę i proces opisany w przykładzie 1 ze wsadów mający włókna zmiennej grubości i mieszanin włókien w sposób pokazany w tabeli III.

Dwie próbki sucho marszczonych bibułek wytworzono z każdego z wsadów i oznaczono 3apróbka 1 i 3a próbka 2 do 3 k próbka 1 i 3kpróbka2 stosując proces wytwarzania papieru opisany w przykładzie 1. Różnica pomiędzy próbką 1 i próbką 2 dla każdego wsadujest taka, że dodawano żywicę nadającą wytrzymałość na sucho w zmiennej ilości w celu wytworzenia 2 próbek bibułek każdego wsadu o różnych wytrzymałościach. Dodano kationową skrobiową żywicę nadającą wytrzymałość na sucho Solvitose®- N (zNalco Chemical Co.). ONP przetworzono na pulpę i potraktowano enzymem i środkiem powierzchniowo czynnym, jak opisano w przykładzie 2. Typy pulp i grubość Kajaani w mg/100 m dla każdego wsadu pokazuje tablica III wraz z wynikami testu bibułki. Ponieważ wartości wrażenia przy dotykaniu zmieniająsię ze zmianami wytrzymałości na rozciąganie, wartości wrażenia miękkości przy dotykaniu także określa się przy NTS 10,0 (metrycznie) przez liniową interpolację lub ekstrapolację wartości wrażenia miękkości przy dotykaniu dla próbki 1 i próbki 2 dla każdego wsadu. Pozwala to porównać miękkość bibułki wytwarzanej z każdego wsadu papierniczego przy tej samej wytrzymałości na rozciąganie. Dane wrażenia przy dotykaniu przy 10,0 NTS i wartości grubości z tabeli III wykreślono na fig. 1. Próbki bibułek 3a do 3j oznaczono jako wsady odniesienia dla zobrazowania konwencjonalnej zależności pomiędzy grubością włókna i wrażeniem przy dotykaniu bibułki dla wielu rozmaitych wsadów. ONP z obróbką enzymem i środkiem powierzchniowo czynnym (3k) daje znacznie wyższa wartość wrażenia przy dotykaniu dla danej grubości niż wsady odniesienia. Wyniki te pokazują nieoczywiste polepszenie związane z obróbką olejami, enzymem i środkiem powierzchniowo czynnym według niniejszego wynalazku, wrażenia przy dotykaniu przy użyciu grubych włókien.

Tabela I

Próbka nr	Opis próbki	NTS wrażenie przy
dotyk.	(metryczne)
1a	Kontrolna	53	7,4
1b	Kontrolna+enzym/środek pow. cz.	49	6,6
lc	Olej sojowy	65	8,9
1d	Olej sojowy+enzym/środek pow. cz.	71	6,7
1e	Olej mineralny	56	12,3
1f	Olej mineralny+enzym/ środek pow. cz.	71	6,9

184 458

Ta be 1 a II

Próbka nr	Opis próbki	NTS wrażenie przy
dotyk.	(metryczne)
2a	Kontrolny wsad - bez obróbki	38	15,8
2b	Kontrolny+enzym	40	16,8
2c	Kontrolny+środek pow. cz.	37	18,3
2d	Kontrolny+enzym/środek pow. cz.	38	17,5
2e	ONP+bez obróbki	41	17,5
2f	ONP+enzym	48	13,1
2g	ONP+środek pow. cz.	48	13,9
2h	ONP+enzym/środek pow. cz.	52	10,3

gdzie NTS oznacza znormalizowaną wytrzymałość na rozciąganie

Tabela III

Dane wytrzymałości, wrażenia przy dotykaniu i grubości

Próbka nr	Wsad	Próbka 1	Próbka 2	Wrażenie pizy dotykaniu przy NTS 10,0	Grubość mg/100 m
NTS	wrażenie przy dotykaniu	NTS	wrażenie pi-zy dotykaniu
3a	70% SSWK 30% HWCTMP	9,7	33	10,4	31	32	23,2
3b	50% NSWK/50% BEK	9,6	86	10,9	81	86	10,6
3c	25% NSWK/25% SSWK/50% BEK	8,9	75	10,2	71	72	13,9
3d	100% NSWK	9,9	48	13,7	44	48	14,3
3e	50% NSWK/50% RF	10,5	44	16,0	39	44	13,8
3f	100% RF	12,2	40	14, 8	37	43	12,2
3g	33% NSWK/33% RF/33% SWCTMP	11,8	33	14,7	31	34	16,7
3h	50% NSWK/50% SWCTMP	8,9	34	15,0	28	33	17,0
3i	50% RF/50% SWCTMP	10,0	26	15,0	24	26	16,8
3j	100% SWCTMP	9,4	26	12,0	20	25	25,0
3k	ONP+enzym+środek powierzchniowo czynny	8,6	66	IO10	52	54	25,9

184 458

184 458

Grubość włókien Kajaani, mg/,100 τχ^ηςτς ητιπ^λ^ορ Azad stuszpjm

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób modyfikacji włókien celulozowych do wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych, ze starych gazet zawierających grube włókna celulozowe i zadrukowanych farbą zawierającą olej, znamienny tym, że obejmuje etapy:

   (a) przygotowanie zawiesiny pulpy starych gazet w wodzie o konsystencji około 6%;

   (b) ogrzewanie zawiesiny pulpy w temperaturze 82°C przez 30 minut:

   (c) obniżenie temperatury zawiesiny pulpy do około 60°C, zagęszczenie zawiesiny pulpy do konsystencji 5% i obniżenie pH zawiesiny pulpy do 4-7;

   (d) dodanie do zawiesiny pulpy, środka powierzchniowo czynnego w ilości 28 ml/45,3 kg, enzymu celulazy w ilości 66,5 ml/45,3 kg, enzymu ksylanazy w ilości 16,5 ml/45,3 kg i enzymu lipazy w ilości 16,5 ml/45,3 kg, w przeliczeniu na suchą masę pulpy;

   (e) utrzymanie zawiesiny pulpy w temperaturze około 60°C przez 30 minut;

   (f) następnie oziębienie zawiesiny pulpy i ustawienie pH zawiesiny pulpy na 7, i (g) dodanie kationowej skrobiowej żywicy nadającej wytrzymałość na sucho.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obniżenie pH, w etapie (c) przeprowadzone jest przez dodanie kwasu siarkowego do zawiesiny pulpy.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środkiem powierzchniowo czynnym, w etapie (d) jest korzystnie niejonowy środek powierzchniowo czynny taki jak alkoksylowany kwas tłuszczowy.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że 3 enzymami dodawanymi w etapie (d) są korzystnie: celulaza, ksylanaza i jako lipaza-rezynaza.
5. 5. Sposób modyfikacji włókien celulozowych do wytwarzania sanitarnych wyrobów papierowych, znamienny tym, że obejmuje etapy:

   (a) zanieczyszczenia papieru olejem;

   (b) przygotowania zawiesiny pulpy z zanieczyszczonego papieru i wody o konsystencji 6%;

   (c) dodania kationowej skrobiowej żywicy nadającej wytrzymałość na sucho;

   (d) następnie ogrzewania zawiesiny pulpy do temperatury 82°C przez 15 minut;

   (e) następnie oziębienia temperatury zawiesiny pulpy do temperatury około 60°C, zagęszczenia zawiesiny pulpy do konsystencji 5%, i zredukowania pH zawiesiny pulpy do 5;

   (f) następnie dodania do zawiesiny pulpy, środka powierzchniowo czynnego, w ilości 28 ml/45,3 kg, enzymu celulazy, w ilości 66,5 ml/45,3 kg, enzymu ksylanazy, w ilości 16,5 ml/45,3 kg i enzymu lipazy, w ilości 16,5 ml/45,3 kg, w przeliczeniu na suchą masę pulpy;

   (g) następnie utrzymania zawiesiny pulpy w temperaturze około 60°C przez 30 minut, z łagodnym mieszaniem; i (h) następnie oziębienia zawiesiny pulpy i ustawienia pH zawiesiny pulpy na 7.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że zawartość oleju zanieczyszczającego jest 1,5%, w przeliczeniu na suchą pulpę.
7. 7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że olej wybrany jest z grupy obejmującej olej sojowy i olej mineralny.
8. 8. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że papier zadrukowuje się olejem walcem do druku wklęsłego.
9. 9. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że redukcja pH w etapie (e) jest przeprowadzona przez dodanie kwasu siarkowego do zawiesiny pulpy.
10. 10. Sposób według zasłrz. 5, zna mienny tym, że środki em d^owi^erzcwnowo cionnymjest korzystnie niejonowy środek powierzchniowo czynny taki jak alkeksylowacy kwas tłuszczowy.

    184 458
11. 11. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się korzystnie mieszaninę 3 enzymów: celulazy, ksylanazy i lipazy, a jako lipazę stosuje się korzystnie-rezynazę.
12. 12. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że mieszaninę nowych włókien symulujących skład gazet zawierających grube włókna celulozowe poddaje się obróbce obejmującej etapy:

    (a) zanieczyszczenia papieru olejem wybranym z grupy obejmującej olej sojowy i olej mineralny, w ilości około 1,5%, w, przeliczeniu na suchąmasę papieru, przez zadrukowanie papieru olejem walcem do druku wklęsłego;

    (b) przygotowanie zawiesiny pulpy o konsystencji około 6% z zadrukowanego papieru;

    (c) dodanie kationowej skrobiowej żywicy nadającej wytrzymałość na sucho;

    (d) następnie ogrzewanie zawiesiny pulpy w temperaturze 82°C przez 15 minut;

    (e) następnie oziębienie zawiesiny pulpy do temperatury około 60°C, zagęszczenie zawiesiny pulpy do konsystencji 5% i zredukowanie pH zawiesiny pulpy do 5 przez dodanie kwasu siarkowego;

    (f) następnie dodanie do zawiesiny pulpy, środka powierzchniowo czynnego, w ilości 28ml/45,3 kg, enzymu celulazy, w ilości 66,5ml/45,3 kg, enzymu ksylanazy, w ilości 16,5ml/45,3 kg i enzymu rezynazy, w ilości 16,5ml/45,3 kg, w przeliczeniu na suchąmasę pulpy;

    (g) utrzymanie zawiesiny pulpy w temperaturze około 60°C przez 30 minut z łagodnym mieszaniem, i (h) oziębienie zawiesiny pulpy i ustawienie pH zawiesiny pulpy na 7.