DE60023563T2

DE60023563T2 - Verfahren zur Herstellung von Papiermaterialien mit verbesserter Nassfestigkeit

Info

Publication number: DE60023563T2
Application number: DE60023563T
Authority: DE
Inventors: Martin Lund; Claus Felby
Original assignee: Novozymes AS
Current assignee: Novozymes AS
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: DE60023563D1; CN1349577A; AU3273600A; WO2000068500A1; AU766409B2; BR0010310A; EP1268927A1; ATE307924T1; JP2002544403A; CA2372499C; CA2372499A1; EP1268927B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Papier-Werkstoffen, wie Papier, Decklagen-Pappe oder Decklagen-Wellpappe aus ungebleichtem oder halbgebleichtem, chemischem oder halbchemischem Zellstoff oder Zellstoff aus wiederaufbereiteten Fasern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Decklagen-Pappe und die gewellte Mittelschicht, welche zur Herstellung von Wellpappe und Wellpappe-Behältern verwendet werden, werden im Allgemeinen aus Suspensionen von ungebleichtem chemischem oder halbchemischem Zellstoff oder Zellstoff aus wiederaufbereiteten Fasern hergestellt.
Typischerweise wird der Zellstoff in einem Durchsieb-Verfahren behandelt, gereinigt, dann mit Additiven zur Papierherstellung in der Stufe der Ausgangsmaterial-Herstellung gemischt, bevor die Zellstoffsuspension auf der Papier/Pappe-Maschine entwässert wird, und das Abwasser (das so genannte Kreidewasser) wird zur Verdünnung des Durchsieb-Ausgangsmaterials in den Prozess zurückgeführt.
Das Kreidewasser enthält normalerweise große Mengen von Holzfasern/Feinstoffen, Sterolestern, Harzsäuren, Lignanen und Ligninfragmenten, typischerweise in Konzentrationen von 100–500 ppm oder höher; alle diese Werkstoffe haben phenolische oder Phenol-ähnliche Gruppen.
Die Festigkeit, insbesondere die Druckfestigkeit, ist eine wichtige mechanische Eigenschaft der ungebleichten Pappen-Qualität, welche zur Herstellung von Wellpappe-Behältern verwendet werden: Decklagen-Pappe und Decklagen-Wellpappe. Aufgrund neuer staatlicher Regelungen in einigen Ländern, die eine andere Spezifizierung, basierend auf kombiniertem Pappen-Kanten-Stoß angeben, und aufgrund dessen, dass der kombinierte Pappen-Kanten-Stoß direkt mit der Druckfestigkeit der Pappe-Bestandteile in Verbindung gebracht werden kann, ist es jetzt möglich, Pappe auf der Basis des Leistungsverhaltens pro Quadratmeter statt nur nach Gewicht zu verkaufen.
Natürlich ist die Nassfestigkeit von ungebleichter Pappen-Qualität, welche zur Herstellung von Wellpappe-Behältern verwendet wird, ebenfalls von Wichtigkeit.
EP 429,422 offenbart die Reduktion des Energieverbrauchs in der Reinigungsstufe durch Verwendung von Laccase während der Zellstoffherstellung zwischen der ersten und zweiten Reinigungsstufe; das Dokument weist darauf hin, dass auch eine gewisse Erhöhung der Papierfestigkeit erreicht wird.
WO 93123606 ( EP 641 403 ) offenbart ein Verfahren zur Behandlung eines mechanischen Zellstoffs mit einem Phenol-oxidierenden Enzymsystem, um die Festigkeit des hergestellten Papiers zu erhöhen.
WO 95/09946 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Decklagen-Pappe oder gewellten Mittelschichten mit erhöhter Festigkeit durch die Behandlung von Zellstoff mit einem Phenol-oxidierenden Enzym.
WO 95/07604 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Faserstoff-Pappe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften durch Behandlung einer Aufschlämmung oder Suspension eines Lignin-enthaltenden Holzfaser-Werkstoffs mit einem Phenol-oxidierenden Enzym.
US 4,67,745 offenbart ein Verfahren zur Stärkung der Festigkeitseigenschaften und der Helligkeitsstabilität von mechanischem Zellstoff durch Behandlung des Zellstoffs mit ligninolytischen Enzymen.
Die Nassfestigkeit von Papier-Materialien kann durch Zugabe von Nassfestigkeitsharzen zu dem Zellstoff erhöht werden. Allerdings erhöhen diese Harze die Festigkeit des Papier-Werkstoffs auf derartige Weise, dass die Wiederverwendung des Papier-Werkstoffs schwierig wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung, ausgehend von ungebleichtem oder halbgebleichtem chemischem oder halbchemischem Zellstoff, von Papier-Werkstoffen wie Papier, Decklagen-Pappe oder Decklagen-Wellpappe, mit verstärkter Nassfestigkeit bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegenden Erfinder haben nun überraschenderweise gefunden, dass die Nassfestigkeit von Papier-Werkstoffen erhöht werden kann durch Behandlung einer Zellstoffsuspension mit einem Phenol-oxidierenden Enzymsystem in Kombination mit einem Vermittler vor der Papiermaschine und gefolgt von der zusätzlichen Anwendung einer Hitzebehandlung.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung in einer ersten Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung von Papier-Werkstoffen mit verbesserter Nassfestigkeit, umfassend:

(a) Herstellen einer Suspension von ungebleichtem oder halbgebleichtem, chemischem oder halbchemischem Zellstoff oder Zellstoff aus wiederaufbereiteten Fasern;
(b) Behandeln des Zellstoffs mit einem Phenol-oxidierenden Enzym und einem Vermittler;
(c) Entwässern des behandelten Zellstoffs in einer Maschine zur Papierherstellung zur Entfernung von Prozess-Wasser und zur Herstellung des Papier-Werkstoffs.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Prozess-Wasser aus Schritt (c) zurückgeführt, und Schritt (a) enthält das Verdünnen des Zellstoffs mit dem zurückgeführten Prozess-Wasser. Vorteilhafterweise polymerisiert die enzymatische Behandlung des Zellstoffs und der Kreidewassersuspension die aromatischen Materialien, welche in dem Kreidewasser vorhanden sind (Lignane, Harzsäuren, Sterolester, Ligninartige Verbindungen, Fasern und Feinanteile) zu einem großen Anteil, so dass diese in dem Papierbogen zurückbleiben, was zu einer erhöhten Ausbeute und einer erniedrigten COD- (chemical oxygen demand)-Belastung und Giftigkeit des Abwassers führt. Es wird vermutet, dass besagte Polymerisation auch zur Verstärkung der Decklagen-Pappe oder der gewellten Mittelschicht beiträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Papier-Werkstoff nach Vervollständigung des Schrittes (c) erhitzt.
In einer zweiten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Wellpappe oder Wellpappe-Behältern unter Verwendung von Decklagen-Pappe und/oder Decklagen-Wellpappe, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt worden sind.
In einer dritten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Phenol-oxidierenden Enzyms in Kombination mit einem Vermittler, um einen Papier-Werkstoff mit verbesserter Nassfestigkeit herzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt die Nassreißfestigkeit der in Beispiel 1 hergestellten Papierbögen. Die Daten sind aus Tabelle 1 entnommen. Die vertikalen Balken zeigen das 95%-Konfidenzintervall.
2 zeigt die Nassfestigkeit nach Eintauchen in destilliertes Wasser für 24 Stunden von Papier, welches verschiedenen Behandlungen unterworfen worden ist, wie in Beispiel 2 beschrieben. Die folgenden Abkürzungen sind benutzt worden:

C:: konventionelles Trocknen in einer Konditionierungskammer.
H:: Hitzetrocknen des nassen Bogens bei 150°C für 5 min.
L:: Behandlung des Zellstoffs mit 10 LACU/g für 1 Std.
M:: Zugabe von 50 mM PPT.

Die Festigkeit von #1 lag unterhalb der Nachweisgrenze von 2,2 Nm/g und war eine vorsichtige Schätzung, beruhend auf diesem Wert in 2. Die vertikalen Balken zeigen das 95%-Konfidenzintervall.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind mit der Bezeichnung „Papier-Werkstoff" rodukte gemeint, welche aus Zellstoff hergestellt werden können, beispielsweise Papier, Decklagen-Pappe, Wellpappe, Wellpappe-Behälter oder -Schachteln.
Die Bezeichnung „verbesserte Nassfestigkeit" bedeutet, dass die Nassfestigkeit des Papier-Werkstoffs verbessert/erhöht ist im Vergleich zu dem Papier-Werkstoff, welcher nicht erfindungsgemäß behandelt worden ist.
Zellstoff
Der Zellstoff, welcher in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden soll, ist eine Suspension von ungebleichtem oder halbgebleichtem chemischem oder halbchemischem Zellstoff oder Zellstoff aus wiederaufbereiteten Fasern. Ungebleichter oder halbgebleichter Zellstoff ist dadurch charakterisiert, dass er Lignin enthält, welches als Substrat für das Enzym-System verwendet wird. Der chemische Zellstoff kann ungebleichter Sulfat-Zellstoff sein, und der halbchemische Zellstoff kann NSSC- (neutraler halbchemischer Sulfit-) Zellstoff sein. Der Zellstoff aus wiederaufbereiteten Fasern kann aus einem chemischen Zellstoff hergestellt werden, wie beispielsweise ungebleichter Sulfat-Zellstoff. Ein spezifisches Beispiel für wiederaufbereitete Fasern, hergestellt aus einem chemischen Zellstoff schließt OCC (alte Wellpappe-Behälter) ein.
Die Herstellung der Zellstoffsuspension kann Schlagen oder Veredeln des Zellstoffes beinhalten, abhängig vom Typ des Zellstoffs.
Phenol-oxidierendes Enzym-System
Das Enzym-System, welches in der Erfindung verwendet wird, besteht aus einer geeigneten Oxidase zusammen mit O₂ oder einer geeigneten Peroxidase zusammen mit H₂O₂. Geeignete Enzyme sind solche, welche aromatische Verbindungen wie Phenole und Lignin oxidieren und polymerisieren.
Beispiele von geeigneten Enzymen sind Catecholoxidase (EC 1.10.3.1), Laccase (EC 1.10.3.2), Bilirubinoxidase (EC 1.3.3.5) und Peroxidase (EC 1.11.1.7) und Haloperoxidasen. Die Peroxidase kann erhalten werden aus einem Stamm von Coprinus, z.B. C. cinerius oder C. macrorhizus, oder von Bacillus, z.B. B. pumilus, aus Sojabohne oder Meerrettich. Es kann bevorzugt sein, zwei unterschiedliche Phenol-oxidierende Enzyme zusammen zu verwenden.
Geeignete Laccasen können, beispielsweise, erhalten werden von einem Stamm von Polyporus sp., insbesondere einem Stamm von Polyporus pinsitus (auch Trametes villosa genannt) oder Polyporus versicolor, oder einem Stamm von Myceliophthora sp., z.B. M. thermophila, oder einem Stamm von Rhizoctonia sp., insbesondere einem Stamm von Rhizoctonia praticola oder Rhizoctonia solani, oder einem Stamm von Scytalidium sp., insbesondere S. thermophilium, oder einem Stamm von Pyricularia sp., insbesondere Pyricularia oryzae, oder einem Stamm von Coprinus sp., beispielsweise einem C. cinereus.
Die Laccase kann auch erhalten werden von einem Pilz, wie Collybia, Forces, Lentinus, Pleurotus, Aspergillus, Neurospora, Podospora, Phlebia, z.B. P. radiata (WO 92/01046), Coriolus sp., z.B. C. hirsitus (JP 2-238885), oder Botrytis.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Laccase von einem Stamm von Polyporus sp., insbesondere von Laccase aus Polyporus pinsitus (kurz: PpL) erhalten.
Die Menge an Peroxidase sollte im Allgemeinen in dem Bereich von 10–10.000 PODU pro g Trockensubstanz (PODU-Einheit der Peroxidase-Aktivität wird unten definiert). Die Menge an Laccase sollte im Allgemeinen im Bereich von 0,001–1.000 Einheiten pro g Trockensubstanz liegen (Einheit der Laccase-Aktivität wird unten definiert).
Molekularer Sauerstoff aus der Atmosphäre wird für gewöhnlich in ausreichender Menge vorliegen. Daher wird, im Gegensatz zu Bleichverfahren aus dem Stand der Technik (umfassend Laccase und Vermittler), in denen ein hoher Sauerstoffdruck notwendig ist, ein solcher für die hierin beschriebenen Zwecke üblicherweise nicht notwendig sein. Daher kann die Reaktion bequem in einem offenen Reaktor durchgeführt werden, d.h. unter Atmosphärendruck.
Eine geeignete Menge von H₂O₂ ist üblicherweise in dem Bereich von 0,01–10 mM, insbesondere 1–10 mM.
Vermittler
Gemäß der Erfindung wird das Phenol-oxidierende Enzym in Kombination mit einem geeigneten Redox-Vermittler verwendet. Ein so genannter „Redox-Vermittler" wird in der Literatur oft als „Verstärkungs-Reagenz" bezeichnet. Im vorliegenden Zusammenhang wird die Bezeichnung „Vermittler" verwendet.
Ein „Vermittler" ist eine Verbindung, welche zur Erhöhung der Aktivität von Phenol-oxidierenden Enzymen geeignet ist.
Der Vermittler kann ein phenolischer Vermittler oder ein nicht-phenolischer Vermittler sein. Welcher Vermittler bevorzugt wird, ist abhängig von dem Verwendungszweck Beispiele für Vermittler, welche zur Verstärkung der Aktivität der Phenol-oxidierenden Enzyme geeignet sind, beinhalten die Verbindungen, welche in WO 95/01426, welche hiermit als Referenz aufgenommen wird, beschrieben sind und welche beschrieben sind durch die allgemeine Formel I:
Die Definition für die Gruppen R1 bis R10 und A können in WO 95/010426 gefunden werden (siehe Seiten 9 bis 11).
Besonders bevorzugte geeignete Verbindungen der oben gezeigten Formel I umfassen die folgenden:
2,2'-Azino-bis(3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonat (ABTS); 6-Hydroxy-2-naphtoinsäure; 7-Methoxy-2-naphtol; 7-Amino-2-naphthalenesulfonsäure; 5-Amino-2-naphthalin sulfonsäure; 1,5-Diaminonaphthalin; 7-Hydroxy-1,2-naphthimidazol; 10-Methylphenothiazin; 10-Phenothiazin-Propionsäure (PPT); N-Hydroxysuccinimid-l0-phenothiazin-Propionat; Benzidin; 3,3'-Dimethylbenzidin; 3,3'-Dimethoxybenzidin; 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidin; 3'-Hydroxy-4-biphenylcarbonsäure; 4-Amino-4'-methoxy stilben; 4,4'-Diamino-stilben-2,2'-disulfonsäure; 4,4'-Diaminodiphenylamin; 2,7-Diaminofluoren; 4,4'-Dihydroxy-biphenylen; Triphenylamin; 10-Ethyl-4-phenothiazincarbonsäure; 10-Ethylphenothiazin; 10-Propylphenothiazin; 10-Isopropylphenothiazin; Methyl-10-phenothiazinpropionat; 10-Phenylphenothiazin; 10-Allylphenothiazin; 10-Phenoxazinpropionsäure (POP); 10-(3-(4-Methyl-1-piperazinyl)propyl)phenothiazin; 10-(2-Pyrrolidinethyl)phenothiazin; 10-Methylphenoxazin; Iminostilben; 2-(p-Aminophenyl)-6-methylbenzothiazol-7-sulfonsäure; N-Benzyliden-4-biphenyl-amin; 5-Amino-naphthalinsulfonsäure; 7-Methoxy-2-naphthol; 4,4'-Dihydroxybenzophenon; N-(4-(Dimethylamino)benzyliden)-p-anisidin; 3-Methyl-2-benzothiazolinon(4-(dimethylamino)benzyliden)hydrazon; 2-Acetyl-10-methylphenothiazin; 10-(2-Hydroxyethyl)phenothiazin; 10-(2-Hydroxyethyl)phenoxazin; 10-(3-Hydroxypropyl)phenothiazin; 4,4'-Dimethoxy-N-methyl-diphenylamin, Vanillinazin.
Andere geeignete Vermittler umfassen 4-Hydroxybenzoesäure, L-Tyrosin, Syringasäuren, Ferulasäure, Sinapinsäure, Chlorogensäure, Kaffeinsäure und Ester davon.
Weitere Beispiele beinhalten organische Verbindungen, welche in WO 96/10079 beschrieben sind, welche hiermit als Referenz aufgenommen wird, und gemäß der folgenden Formel II:
in der A eine Gruppe ist wie -D, -CH=CH-D, -CH=CH-CH=CH-D, -CH=N-D, -N=N-D, oder -N=CH-D, in denen D ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus -CO-E-, S0₂-E, -N-XY, und -N⁺-XYZ, in denen E -H, -OH, -R, oder -OR sein kann, und X und Y und Z können identisch oder unterschiedlich ausgewählt sein können aus -H und -R; R ist ein C₁-C₁₆-Alkyl, bevorzugt ein C₁-C₈-Alkyl, wobei das Alkyl gesättigt oder ungesättigt sein kann, verzweigt oder unverzweigt und optional substituiert mit einer Carboxyl-, Sulfo- oder Aminogruppe; und B und C können gleich oder unterschiedlich sein und ausgewählt aus C_mH_2m+1; 1 ≤ m ≤ 5.
Spezielle Verbindungen, welche durch die oben gezeigte Formel I abgedeckt werden, sind Acetosyringon, Syringaaldehyd, Methylsyringat, Syringasäure, Ethylsyringat, Propylsyringat, Butylsyringat, Hexylsyringat, Octylsyringat und Ethyl 3-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl).
Andere geeignete Vermittler sind Vanillinsäure, NHA, HOBT, PPO und Violursäure.
Verfahrensbedingungen
Die Enzymbehandlung kann durchgeführt werden bei konventioneller Konsistenz, z.B. 0,5–25% (insbesondere 0,5–10%) Trockensubstanz, bei Temperaturen von 20–90°C und bei einem pH von 4–10. Des Weiteren kann die Behandlung des Enzyms (und des Vermittlers) bei Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Enzymaktivität ist 0,001–1000 LACU pro Gramm Trockensubstanz, wenn Laccase verwendet wird.
Bestimmung der Peroxidase-Aktivität (PODU)
Die Peroxidase-Aktivität wird bestimmt durch die Oxidation von 2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonat) (ABTS) mit Wasserstoffperoxid. Die entstehende grünlichblaue Farbe wird photometrisch bei 418 nm bestimmt. Die analytischen Bedingungen sind 0,88 mM Wasserstoffperoxid, 1,67 mM ABTS, 0,1 M Phosphat-Puffer, pH 7,0, 30°C, 3 Minuten Reaktion.
1 Peroxidase-Einheit (PODU) ist die Menge an Enzym, welche die Umwandlung von 1 mmol Wasserstoffperoxid pro Minute unter diesen Bedingungen katalysiert.
Bestimmung der Laccase-Aktivität (LACU)
Die Laccase-Aktivität wurde bestimmt durch ein ähnliches Verfahren ohne das Hinzufügen von Wasserstoffperoxid. 1 Laccase-Einheit (LACU) wird definiert als die Menge an Enzym, welche unter Standardbedingungen (pH 5,5, 30°C) 1 mmol Syringaldazin pro Minute oxidiert.
Die Erfindung wird weiter illustriert durch die folgenden, nicht limitierenden Beispiele.
BEISPIELE
Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß)
Ein geschlagener und ungebleichter Sulfat-Zellstoff kappa 85, erhältlich von der Obbola-Mühle in Schweden, wurde in einem Laborzerkleinerer zerkleinert und verdünnt zu einer Konsistenz von 1%. Als Wasserphase wurde entweder Leitungswasser oder Kreidewasser von der Obbola-Mühle verwendet. Der pH wurde eingestellt auf 5,5 ± 0,1 mit 1 M Schwefelsäure und dies wurde beibehalten durch weiteres Hinzufügen von Säure. Eine Enzymdosis von 15 LACU/g trockener Zellstoff (Laccase erhalten aus Polyporus pinsitus) wurde hinzugefügt und die Suspension wurde 1 Stunde gerührt.
Isotropische Bögen mit einem spezifischen Gewicht von 150 g/m² wurden auf einem semiautomatischen Papiermacher des Rapid-Konthen-Typs geformt. Beim Vergleich der Reißfestigkeit von Bögen, welche unterschiedlichen Behandlungen unterworfen worden sind, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Bögen dieselbe Dichte haben. Hitzetrocknen eines Bogens erhöht dessen Dichte, und um dieses zu kompensieren, wurden Bögen, welche luftgetrocknet werden sollten, zu einer höheren Dichte verdichtet als Bögen, welche hitzegetrocknet werden sollten.
Ein Versuch wurde durchgeführt, umfassend die folgenden Variablen: Kreidewasser, Laccase und Hitzetrocknung.
In Experimenten ohne Kreidewasser wurde der Zellstoff in destilliertem Wasser suspendiert. Hitzegetrocknete Bögen wurden im Ofen bei 170°C getrocknet und wurden geschichtet mit jedem einzelnen Bogen separiert durch Löschpapier, wobei ein Gewicht obenauf gelegt wurde, um das Schrumpfen zu vermeiden. Alle Löschpapiere wurden nach 20, 30 und 40 min ersetzt. Nach der Hitzetrocknung wurden alle Bögen in eine Konditionierungskammer bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit und 23°C über Nacht platziert. Bögen, die nicht hitzegetrocknet worden sind, wurden konventionell in einer Konditionierungskammer bei 65% relativer Luftfeuchte und 21°C getrocknet.
Ein Reißfestigkeits-Test wurde durchgeführt nach SCAN-P67 mit 10 Teststreifen. Permanente Nassreißfestigkeit wurde getestet nach Eintauchen des Teststückes in destilliertes Wasser für 24 Std.
Für jede der 8 Behandlungen wurden 5 Bögen eingesetzt. Dieselbe Charge an Zellstoff und Kreidewasser wurde für alle Behandlungen verwendet, und das gesamte Experiment wurde am selben Tag durchgeführt. Die Daten wurden mit dem statistischen Softwarepaket SAS analysiert.
Resultate:
Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 1 und 1 zusammengestellt. Aus Tabelle 1 geht hervor, dass sich die Dichte zwischen den Bögen etwas unterscheidet, was im Auge behalten werden sollte beim Interpretieren der Resultate.
Tabelle 1
Tabelle 1: Hitzetrocknung 170°C. Resultat aus Experimenten umfassend: Kreidewasser, PpL-Laccase und Hitzetrocknung bei 170°C
Die Haupteffekte sind in Tabelle 2 gezeigt, mit den korrespondierenden, am wenigsten signifikanten Ausprägungen (LSD, least significant difference).
Tabelle 2: Hauptwirkung der Variablen (Unterschied zwischen Mittelwerten der Variablen bei hohem und niedrigem Level). Signifikanz bei 0,05 Level ist angezeigt durch ***, auf der Basis eines T-Tests. Die am wenigstens signifikanten Ausprägungen (LSD) bei Level 0,05 sind in Klammern geschrieben. Alle Werte sind in Nm/g.
Die Nassreißfestigkeit wurde signifikant beeinflusst durch alle Variablen. Hitzetrocknen hatte den höchsten Einfluss auf die Nassreißfestigkeit mit fast 3 Nm/g, gefolgt von der Laccase-Behandlung mit 0,8 Nm/g. Die Erhöhung der Nassreißfestigkeit durch Hinzufügen des Enzyms zu dem Zellstoff suspendiert in Kreidewasser und auch Hitzetrocknen der Bögen ist im Rahmen von 20% (vergleiche Experimente Nr. 6 und 8).
Beispiel 2
Ein geschlagener und ungebleichter Sulfat-Zellstoff kappa 85, welcher von der Obbola-Mühle in Schweden erhalten worden ist, wurde in einem Laborzerkleinerer zerkleinert und zu einer Konsistenz von 1% verdünnt. Der pH wurde auf 5,5 eingestellt durch Verwendung eines 0,05 M Natriumacetat-Puffers. PpL-Laccase und ein Vermittler wurden hinzugegeben und die Aufschlämmung wurde für 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Die Enzymdosis betrug 10 LACU/g trockener Zellstoff in allen Experimenten.
Isotropische Laborblätter mit einem spezifischen Gewicht von 150 g/m² wurden aus dem modifizierten Zellstoff gemäß SCAN-P:26 hergestellt. In den Experimenten, in denen die Bögen einer Hitzebehandlung unterzogen wurden, wurde dieses direkt im Anschluss an den zweiten Press-Schritt in einem gedrosselten Trockner bei 150°C für 5 min durchgeführt, und dann wurde bei 65% relativer Luftfeuchte und 23°C konditioniert.
Alle anderen Bögen wurden in einer Konditionierungskammer getrocknet bei 65% relativer Luftfeuchte und 21°C. Die Trocken- und Nassreißfestigkeit wurde bestimmt gemäß SCAN-P:38. Vor Messen der Nassreißfestigkeit wurde der Teststreifen für 1 oder 24 Stunden in destilliertes Wasser getaucht.
Resultate:
Eine Standardmethode zur Testung der Festigkeit des chemischen Zellstoffs wurde benutzt, wobei die Bögen in einer Konditionierungskammer bei 65% relativer Luftfeuchte und 21°C getrocknet worden sind. Die erhaltenen Resultate sind zusammengestellt in 2.
Wie aus 2 ersichtlich ist, bewirkt die Laccase-Vermittler- (PPT) -Behandlung einen signifikanten Anstieg in der Nassreißfestigkeit der Wellpappe, sowohl wenn das Papier einer Hitzebehandlung (Experimente Nr. 3 und 6) unterworfen worden ist als auch, wenn es nicht einer Hitzebehandlung (Nr. 1 und 2) unterworfen worden ist. Die Hitzebehandlung von Papier ist bekannt, Nassfestigkeit zu verleihen, möglicherweise durch Generierung von kovalenten Bindungen zwischen Zelluloseketten, aber die Behandlung von dem Zellstoff mit Laccase und PPT erhöhte diesen Effekt um ungefähr 50%, vgl. 2.
Zugabe von PPT oder Laccase alleine (Experimente Nr. 4 und 5) haben die Nassreißfestigkeit des hitzebehandelten Papiers nicht verändert. Dies wurde auch beobachtet, wenn das Papier nicht hitzebehandelt worden ist (nicht gezeigt).
Tabelle 3 zeigt die Nassfestigkeit von Papierbögen, welche aus Sulfat-Zellstoff hergestellt worden sind, welcher mit Laccase und verschiedenen Vermittlern oxidiert worden ist, vor der Bogen-Formung. Obwohl der Fehler im Experiment gering war, war die Tag-zu-Tag-Veränderung ziemlich hoch, und daher sollte der Effekt eines bestimmten Vermittlers beurteilt werden durch Vergleich aller Werte des Kontrollbogens in demselben Experiment. Geht man so vor, wird es klar, dass PPT, gefolgt von ABTS, die höchste Nassfestigkeit liefert.
Tabelle 3: Nassfestigkeit von isotropischen Laborblättern hergestellt aus mit PpL (10 LACU/g) oxidiertem Sulfat-Zellstoff und einem Vermittler. Die Nassreißfestigkeit wurde nach Eintauchen in destilliertes Wasser für 1 Stunde gestestet. In einigen der Experimente hatte das Kontrollblatt keine messbare Nassfestigkeit, und daher wurde dies zu einem Maximum von < 2.2 gesetzt, welches das niedrigstes Detektionslimit darstellt.
Unter den richtigen Bedingungen ist die Hitzebehandlung von Papier dafür bekannt, die Nassfestigkeit bis zu einem Wert von 30% der Trockenfestigkeit zu erhöhen (Stenberg, E. L., Svensk Papperstidning 8: 49–54, 1978).
In dieser Studie wurde getestet, ob die Wirkungen der Laccase/Vermittler-Behandlung, welche in Tabelle 3 gezeigt ist, durch Kombination dessen mit einer Hitzebehandlung des Papiers noch weiter erhöht werden konnten. Es wurde ausgewählt, dass die Hitzebehandlung des Papiers sobald wie möglich nach der Oxidation mit Laccase und PPT durchgeführt wurde, und wurde daher nach dem Pressen des nassen Bogens durchgeführt. Aus den Daten abgebildet in 2 kann erkannt werden, dass die Hitzebehandlung an sich die Nassfestigkeit mehr als verdoppelt. Hinzufügen von Laccase allein oder PPT zu dem Zellstoff vor der Hitzebehandlung beeinflusst die Nassfestigkeit nicht, aber die Verwendung einer Kombination von Laccase und PPT ergibt eine Erhöhung von 50% der Nassfestigkeit des hitzebehandelten Papiers.
Es sollte angemerkt werden, dass alle Nassreißfestigkeiten in diesem Teil des Reports nach 24 Stunden Eintauchen getestet wurden. Wenn ein Bogen, welcher aus mit Laccase und PPT oxidiertem Zellstoff hergestellt und danach hitzegetrocknet worden war, für nur 1 Stunde gewässert wurde, konnte eine Nassreißfestigkeit von 10 Nm/g gemessen werden (nicht gezeigt).

Claims

Verfahren zur Herstellung von Papier-Werkstoffen mit einer verbesserten Nassfestigkeit, umfassend (a) Herstellen einer Suspension von ungebleichtem oder halbgebleichtem, chemischem oder halbchemischem Zellstoff oder Zellstoff von wiederaufbereiteten Fasern; (b) Behandeln der Zellstoffs mit einem Phenol oxidierenden Enzym und einem Vermittler; (c) Entwässern des behandelten Zellstoffs in einer Maschine zur Papierherstellung zur Entfernung von Prozess-Wasser und zur Herstellung des Papier-Werkstoffs; (d) Trocknung des Papier-Werkstoffs durch Erwärmen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vermittler 10-Phenothiazin-propansäure (PPT) oder 2,2'-Azino-bis(3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonat) (ABTS) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen bei einer Temperatur oberhalb 100°C durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen bei einer Temperatur oberhalb 150°C durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Prozess-Wassers aus Schritt (c) wiederaufbereitet wird, und dass Schritt (a) eine Verdünnung des Zellstoffs mit dem wiederaufbereiteten Prozess-Wasser beinhaltet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym eine Oxidoreduktase, bevorzugt eine Laccase, ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laccase von Polyporus pinsitus stammt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidoreduktase in einer Menge von 10 bis 10.000 PODU pro Gramm Trockenmasse oder 0.001 bis 1000 LACU pro Gramm Trockenmasse vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzym-Behandlung an einem Zellstoff durchgeführt wird, der eine Konsistenz von 0.5 bis 25%, einen pH-Wert von 4 bis 10 und eine Temperatur von 20 bis 90°C aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzym-Behandlung bei Atmosphärendruck durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstoff ungebleichter oder halbgebleichter Sulfat-Zellstoff, neutraler halbchemischer Sulfit-Zellstoff oder wiederaufbereiteter Zellstoff von alten Wellpappe-Behältern ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wiederaufbereitete Zellstoff von alten Wellpappe-Behältern ein ungebleichter Sulfat-Zellstoff ist.
Verfahren zur Herstellung von Wellpappe oder Wellpappe-Behältern, umfassend die Herstellung von Decklagen-Pappe und/oder Decklagen-Wellpappe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und Zusammenführen der Decklagen-Pappe und der Decklagen-Wellpappe zur Herstellung der Wellpappe oder der Wellpappe-Behälter.