SE526681C2 - Fibersuspension av enzymbehandlad sulfatmassa som råvarumaterial för förpackning - Google Patents

Description

20 25 30 35 526 681 finmaterialet bidra till att stärka fiber-fiber bindningama som utvecklas under fibersuspensionens torkningsprocess.

Vanlig mikrofibrillär cellulosa (MFC) kan framställas genom mekanisk sönderdelning av fibrer. Denna teknik har prövats i Recell-projektet vid Institutet för Fiber- och Polymerteknologi (www.nutek.se). I detta fall framställs MFC med hjälp av en pärlkvam.

Resultatet fràn projektet anger att den mekaniskt framställda MFC-massan har en hög specifik yta som ger en stark bindningsförmága i pappersstrukturen, hög vattenretenticn, god stabilitet i vattendispersioner och är ett olösligt bindemedel i kolloidal form som inte ger miljöbelastning som lösliga altemativ, sàsom stârkelsebaserade preparat.

Cellulosafibrema kan också sönderdelas till mikrofibrillär cellulosa genom enzymbehandling, speciellt behandling med cellulaser. Denna typ av mikrofibrillär cellulosa betecknas här eMFC. Enzymer har en helt annan effekt på fibrema än en kvam, och därför finns det väsentliga skillnader mellan de resulterande tvâ typerna av mikrofibrillär cellulosa.

Sättet att framställa eMFC genom enzymbehandling är en väsentlig del av tillverkningsprocessen för den nya typen av fibersuspension enligt föreliggande uppfinnlng.

Föreliggande uppfinning omfattar en speciell fibersuspension som är lämplig för ett antal olika formade föremål av cellulosa. Suspensionen innefattar fibrer från sulfatmassa som har utsatts för en speciell enzymbehandling och eventuellt efterföljande dispergering och stabilisering med karboximetylcellulosa (CMC).

Fibersuspensionen i vatten enligt uppfinningen framställs genom behandling av sulfatmassa med enzymema endoglukanas and cellobiohydrolas, följt av tillsättning av karboximetylcellulosa (CMC). De enzymbehandlade löv- och barrvedsfibrema ger en kombination av egenskaper beträffande ytladdning, flexibilitet, partikelstorlek och partikelstorleksfördelning som väsentligt skiljer sig fràn konventionell sulfatmassa. De enzymbehandlade fibrema enligt uppfinningen resulterar i mikrofibrillär cellulosa (eMFC).

Mera preciserat betecknar eMFC cellulosafibrer som har sönderdelats genom enzymatisk behandling till små fragment med en stor andel av cellväggens mikrofibriller frilagda. Därtill bildas det en stor mängd av mycket fint material. Fragmenten och finmaterialet bidrar till att reducera ytporositeten och skapa en jämnare yta. De frilagda mikrofibrillema bidrar till att stärka fiber-fiber bindningar som utvecklas under torkningsprocessen. Mikrofibriller, och särskilt väldispergerade sönderdelade mikrofibriller, har en markant effekt på skapande av starka interfibrillära bindningar (Mitikka-Eklund et al. 1999).

Sàledes är föreliggande uppfinning inriktad pá ett fonnat föremái av cellulosa som kan erhållas genom torkning och eventuellt pressning av en fibersuspension i vatten som innefattar cellulasenzym-behandlad mikrofibrillär sulfatmassa (eMFC) i en gjutforrn för erhållande av föremålet. I 10 15 20 25 30 35 526 681 l en utföringsfonn av uppfinningen innefattar fibersuspensionen dessutom karboximetylcellulosa (CMC). l en annan utföringsfonn av uppfinningen är cellulasenzymet endoglukanas och/eller cellobiohydrolas, och CMC har en medelmolekylvikt av över 50 000, och suspensionen har en viskositet i intervallet 100 till 3000 mPas (Brookfield, 100 r.p.m. sp4). l en föredragen utföringsform av uppfinningen är sulfatmassan en blekt sulfatmassa.

I ytterligare en annan föredragen utföringsfonn är suspensionens torrvikt i intervallet 2 till 15 %.

I ännu en annan utföringsforrn av uppfinningen innefattar suspensionen dessutom oorganiska bestrykningspigment och/eller fyllmedel. l ytterligare en annan utföringsforrn av uppfinningen är föremålet av cellulosa enligt uppfinningen valt ur den grupp som består av förpackningsprodukter, såsom tràg och skålar för livsmedel och foder, eller är valt ur den grupp som består av leksaker, omament, prydnadssaker, golfpeggar och planteringskrukor.

Uppfinningen kommer nu att belysas med hjälp av exemplen och ritningama, men det bör förstàs att skyddsomfánget inte är begränsat till några specifikt nämnda detaljer.

Beskrivning av ritningarna Figur 1 är ett diagram som visar fiberförkortning (medelfiberlängd) under och efter enzymbehandling för olika enzymbehandlingstider (1-6 timmar). Enzymdoseringen var 10 g/kg för alla provpunkter utom för B06 där enzymdosenngen ökades till 15 g/kg.

Figur 2 illustrerar en provstàng för testning av spännings- och töjningsegenskaper och dess dimensioner.

Figur 3 är ett diagram som visar dragspänning plottad mot töjning för provstänger som framställts av olika eMFC fibersuspensioner. Prov 1 var gjort av noggrant dispergerad eMFC med tillsättning av 10% CMC ; Prov 3 var samma utan tillsättning av CMC.; Prov 2 var gjort av samma eMFC massa, men med en otillräcklig dispergering och blandning.

Exempel Först beskrivs beredning av fibersuspensionen i vatten och sedan ges exempel på dess tillämpningar.

Beredning av fibersusgension Nedan ges ett typexempel pà tillvägagångssätt vid beredningen av den enzymbehandlade fibersuspensionen. Även om halter och behandlingstider optimeras för respektive tillämpning som anges nedan är enzymbehandlingen av sulfatmassan densamma. 10 15 20 25 30 35 526 681 Enzymet som användes var Ecostone L900 från Röhm Enzyme Finland Oy och det bestär huvudsakligen av två cellulaser, nämligen cellobiohydrolas och endoglukanas.

ECF-blekt barrsulfatmassan med en torrhalt av 34% togs ut fràn pressfiltret på Korsnäs kartongmaskin PM5. CMC kvaliteten var FF10 fràn Noviant AB med medelmolkeylvikten 66 000. ' Ungefär 150 liter vatten vänndes till 55°C i en dubbelmantlad blandare för styrd temperaturreglering och pH justerades till 4,8 med citronsyra, eftersom pH förväntades att stiga vid tillsatts av massan. Därefter tillsattes 24 kg torr massa successivt. Enzymet tillsattes då ungefär hälften av massan blandats in, varefter resterande massa tillsattes under två timmar. Totalt krävdes det 66 g citronhydrat för att hålla ett pH mellan 5-5,5 under enzymbehandlingen. Efter det att enzymbehandlingen pågått i 7 timmar avbröts behandlingen genom att pH höjdes till 9,5 i 20 minuter genom tillsatts av natriumhydroxid, 0,5 mol. Figur 1 visar hur medelfiberlängden varierade under enzymbehandlingen.

En annan typ av suspension erhölls genom att ytterligare tillsätta 9,6 kg CMC under kraftig omröring som upprätthölls i 45 minuter. eMFC-blandningen hade en tonhalt av 15%.

Exempel 1 'fillverkning av föggackningsgrodukter genom awattning och torkning av fibersusgensionen i speciella g'|utfonnar. eMFC-blandningen visas i det följande ge unika möjligheter till att användas som fömyelsebart råmaterial för fonnade förpackningsprodukter såsom tex tråg och skålar för livsmedel och foder, och därtill leksaker, omament, prydnadssaker, golfpeggar och planteringskrukor.

Speciella provstänger (Figur 2) för testning av mekanisk styrka tillverkades av mikrofibrillär cellulosa som framställts genom enzymbehandling (eMFC). eMFC-massan bereddes såsom ovan beskrivits. eMFC-massan hälldes i en speciell gjutfonn och awattnades genom pressning (<100 kPa) och torkning (rumstemperatur >12 h).

Materialets egenskaper karakteriserades i dragbelastning (Figur 3) och matchades mot egenskapema hos några vanliga termoplaster i Tabell 1. Provstängema (Prover) 1 och 3 var relativt styva och i det hänseendet jämförbara med flera av terrnoplastema. Detta gäller särskilt Prov 1 som har dispergerats med CMC. Prov 2, där eMFC-massan inte hade dispergerats fullständigt, verkade inte vara intressant för tillämpningar där mekaniska egenskaper är viktiga. Provema 1 och 3 är tämligen spröda, och varken brottspänning, ca 4 MPa, eller brottöjning 0,1-0,3%, var särskilt höga jämfört med plastema som användes som referenser. Detta är troligen en konsekvens av att materialen 10 15 526 681 är icke-homogena (uppbyggda av fibrer) och därför känsliga för defekter. Troligen är slaghàllfastheten också ganska låg. Även om det forrnade materialet som är baserat på eMFC-massa och som eventuellt innehåller CMC inte kan matcha termoplastema ialla hänseenden när det gäller mekaniska egenskaper, är dess styvhet avsevärt högre än för andra träfiber-baserade formade material.

Tablell 1.

Resultat från dragprovning av plattor som har tillverkats enligt det beskrivna förfarandet.

Dessa jämförs med motsvarande egenskaper för några vanliga termoplaster. *1 Dispergerad i 5 minuter i en laboratorieblandare *2 HD-polyeten, vanlig "vardagsplast”, som används till rör, behållare mm *a LD-polyeten, vanlig ”vardagsplastfi som används till plastpåsar, filmer mm *4 Polykarbonat, konstruktionsplast, som används till skyddshjälmar, Kassetter mm *5 Polyamid, Nylon, konstruktionsplast, som används till kugghjul, lager, kåpor mm *° Polystyren, vanlig "vardagsplast", som används till förpackningar, engángsartiklar mm Material E-modul, Brottspänning, Brotlöjning, % GPa MPa Prov 1 eMFC +10 pph CMC, dispergerad*' 3,4 4,0 0,1 Prov 2 eMFC, utan CMC, ej dispergerad 0,14 0,1 2,3 P3 MFC utan CMC, dispergerad 1,8 4,3 0,3 HDPE*2 0,8 30 upp till 1000 LDPE*° 0,2 10 upp till 500 PC*“ 2,3 70 100 PA e* 1,4 ss 200 Ps* 3,3 so 3 10 526 681 Referenser Ohlsson, J., Gabrielli, l., Thilén, M. (2000) Fömyelsebara material. Struktur 1, 3-5 httpzllwww.nutek.se/inforrnationltit/398/cellulosa.html. Ny energisnål process, 2000-10-05 Mitikka-Eklund M, Mari Halttunen, Melander M, Ruuttunen K. och Vourinen T. (1999): ”Fibre engineering", 10th lntemational symposium on wood and pulping chemistry, Yokohama, Japan, vol. 1. PP 432.

Nissan A, (1977): “Lectures in fiber science in paper, in Pulp and Paper Technology series (\N.C. Walker ed.), TAPPl PRESS, Atlanta.

Robinson J.V., (1980): “Fiber bonding", in Pulp and paper chemistry and chemical technology, Vol. 2, (J.P: Casey, Ed.), John Wiley and Son, New York, p. 915.

Claims (8)

10 15 20 25 526 681. PATENTKRAV

1. Format föremål av cellulosa som kan erhållas genom torkning och eventuellt pressning av en fibersuspension i vatten och som innefattar cellulasenzym-behandlad mikrofibrillär sulfatmassa (eMFC) i en gjutform för erhållande av föremålet.

2. Format föremål av cellulosa enligt kravet 1, vari fibersuspensionen desutom innefattar karboximetylcellulosa (CMC).

3. Format föremål av cellulosa enligt kravet 1 eller 2, vari är cellulasenzymet 'år endoglukanas ochleller cellobiohydrolas, och CMC har en medelmolekylvikt av över 50 000, och suspensionen har en viskositet i intervallet 100 till 3000 mPas (Brookfield, 100 r.p.m. sm)-

4. Fonnat föremål av cellulosa enligt något av kraven 1 - 3, vari sulfatmassan är en blekt sulfatmassa.

5. Format föremål av cellulosa enligt något av kraven 1 - 4, vari suspensionens torrvikten äri intervallet 2 till 15 %.

6. Format föremål av cellulosa enligt något av kraven 1 - 5, van' suspensionen dessutom innefattar oorganiska bestrykningspigment och/eller fyllmedel.

7. 1. Format föremål av cellulosa enligt något av kraven 1 - 6, vari föremålet är valt ur den grupp som består av förpackningsprodukter, såsom tråg och skålar för livsmedel och foder eller är valt ur den grupp som består av

8. Format föremål av cellulosa enligt något av kraven 1 - 6, vari föremålet är valt ur den grupp som består av leksaker, omament, prydnadssaker, golfpeggar och planteringskrukor. *í-...w-à-ï-ï-x-...m