Способ обезвоживания бумажной массы - SU1701117A3

Описание

Изобретение относится к целлюлозно- бумажной промышленности, в частности к производству бумаги.

Целью изобретения является интенсификация процесса при сохранении механической прочности бумаги

Согласно способу обезвоживания бумажной массы, включающему обработку ее химическим реагентом и отлив бумажного полотна, в качестве химического реагента используют ферментный препарат, содержащий целлюлазы и/или гемицеллюлазы из культур микроорганизмов Trichoderma viridae или Aspergillus niger, в количестве 0,01-2,0% от массы сухого волокна, при этом ферментный препарат вводят в бумажную массу со степенью помола, равной или выше 25° ШР.

В бумажной промышленности все больше используется рециркуляционная бумага. Например, для изготовления гофрированного картона все чаще прибегают к исполь- зованию сырьяна основе

рециркуляционных волокон и параллельно увеличивают число рециркуляции При каждой рециркуляции качество сырья все больше ухудшается. Для достижения удовлетворительного уровня механических свойств обычно осуществляют рафинирование масс в водной суспензии что приводит к трудностям механизации.

Массы в водной суспензии готовые к использованию в бумагоделательной машине , могут характеризоваться различными параметрами, один из которых особенно важен для определения способности массы к удалению воды. Например определяют граXJ

О

Ч

GO

дус Шопер-Риглера (ШР) массы в качестве элемента оценки качества массы для изготовления бумаги. Он выражает способность воды к отделению от суспензии в условиях, определенных стандартом NFQ 50 003, В масштабе от 0 до 100 повышенная зеличмиа ШР находит свое выражение в небольшой скорости удаления воды из суспензии в то время, как небольшая величина находит свое выражение в более высокой скорости удаления воды. Например, масса, подвергшаяся операции рафинирования, имеет более или менее повышенный ШР в зависимости от проведенной степени рафинирования , по сравнению с массой, которая не была рафинирована или слабо рафиниро- вана,

Этот параметр имеет важное значение для производительности бумагоделательной машины, поскольку нужно чтобы стадия удаления воды занимала как можнс меньше времени, Для суспензий с повышенным ШР вынуждены повышать концентрацию масс для сохранения одинаковой скорости изготовления . Это приводит к худшему формированию листов, так как труднее распределяются волокна. Следовательно, особенно важно располагать суспензиями с достаточно небольшим ШР.

Если-суспензии имеют ШР выше 25, попытаются его понизить для улучшения условий изготовления бумаги. Такое понижение желательно в двух аспектах: можно повысить производительность бумагоделательной машины бпагодаря ускорению удаления воды; можно сохранить скорость изготовления без необходимости компенсаиии медленности удаления воды путем меньшего разбавления суспензии, чно с опасностью, что это приводит к плохому формированию листов.

Предлагаемый способ примем ется не для нерафинированных бумажных масс, а для масс, которые имеют уже повышенный ШР. Повышенная величина ШР может быть результатом предварительного механического рафинирования, которое сделало массу пригодной к получению бумаги с хорошими механическими свойствами, вследствие того, что масса уже претерпела несколько рециркуляции, результатом соединения двух операций.

На бумажную массу, имеющую LJP, равный 25, измеренный в массе в однородной суспензии при 2 г/л в условиях стандарта NFQ 50 003, воздействуют энзиматическим составом, содержащим целлюлазь и/или темицеллюлазы, Эта обработка позволяет понижать ШР обработанной массы, не оказывая никакого нежелательного воздействия на механические свойства бумаги, изготовленной из этой массы.

Обработанные бумажные массы могут быть предназначены для самого различного

применения в бумажном деле, Это массы на основе рециркуляционных волокон или небеленые или отбеленые химические массы для получения крафт-бумагм. Можно также назвать механические массы такие, как мас0 сы, использующиеся для изготовления газетной бумаги.

Среди всех энзиматических составов, содержащих целлюлазы и/или гемлцеллю- лазы, предпочтительно выбирают такие, ко5 торые обладают активностью Ci, активностью Сх и ксиланазной активностью , Без точного знания роли каждой из этих активностей может показаться, что соединение трех активностей приводит к пол0 учению заданного эффекта. Эти три активности определены международной номенклатурой энзимов и они могут квалифицироваться и выражаться в единицах международной системы (US1) в миллиграм5 мах порошка рассматриваемого энзимати- ческого состава. Активность Ci является действием целлообиогидролазы, которая может дозироваться в чистой целлюлозе. Эта активность проявляется получением

0 целлобиазы и в международной системе значится субстрат AVICEL в качестве контрольного субстрата. Активность Сх дозируется на измененной целлюлазе, карбоксиметилцеллюлазе и она количест5 венно определяется падением вязкости карбоксмметйлцеллюлазы или повышением восстанавливающих активностей. Ксила- назная активность позволяет осуществлять гидролиз соединительных ксиланов.

0 Преимущественно, обработка энзиматическим составом продолжается не более 60, мин, так как после этой продолжительности ШР имеет тенденцию к небольшому повышению , оставаясь ясно ниже исходного ШР.

5 Энзиматический состав используется при концентрации энзимов, которая изменяется в зависимости от активностей Ci, Сх, или от ксиланазной активности энзимов, содержащихся в составе. Например, энзима0 тический состав предпочтительно имеет концентрацию от 0,01 до 2% массы сухой массы, причем эти процентные содержания соответствуют составу, обладающему активностью Ci порядка 0,168 USI/мг порошка,

5 активностью Сх порядка 3,9 USI/мг порошка и ксиланазной активностью порядка 31 USf/мг порошка/

Концентрация энзиматических составов должны регулироваться в зависимости от типа использованного состава. Тем не

менее при концентрации, равной около 0,01% массы сухой массы, не наблюдают явного эффекта, за исключением продления времени реакции. При концентрации более 2% массы сухой массы стоимость операции имеет тенденцию к чрезмерному повышению , а механические свойства изготовленной бумаги имеют тенденцию к ухудшению.

Реакционная среда может быть более или менее подходящей для действия энзи- мов, в частности подходящими температурными условиями и условиями рН являются такие условия, которые исключают опасность денатурации энзимов средой. Например , рН преимущестенно составляет 3-7, а температура 20-60°С. Выше 60°С среда имеет тенденцию к денатурации энзима, а ниже 20°С воздействие энзимов проявляется особенно медленно.

Предлагаемый способ может быть ис- пользован в случае использования масс в суспензии на основе рециркуляционных волокон. Обработка позволяет заметно повысить производительность бумагоделательной машины. Обычное механическое рафиниро- вание осуществляется перед энзиматической обработкой. В этих условиях повышаются также механические свойства изготовленной бумаги, в частности показатель разрыва или СМТ.

Для всех масс, которые приводят к формированию бумаги, механические свойства которой признаются недостаточными, осуществляют пропитку крахмалом после формирования листов и сушки на бумагоделательной машине. В этих условиях получают не только понижение ШР благодаря энзоматической обработке, но также повышение механических свойств таких, как показатель разрыва или СМТ путем про- питки крахмалом,

После энзиматической обработки масса в суспензии используется на обычной бумагоделательной машине, которая содержит столовую часть, снабженную ящиком под- ачи струи массы в водной суспензии для формирования однослойного бумажного листа , при этом столовая часть покрыта полотном для удаления воды из массы и имеет прижимную секцию, секцию сушки и уст- ройство для пропитки крахмалом.

Градус определяют ШР согласно стандарту NFQ 50 003 (измеренный в массе в однородной суспензии при 2 г/л), - показатель разрыва согласно стандарту NFQ 03 053 количественно определяется частным отделения максимального давления, равномерно распределенного на бумажном образце , перпендикулярно его поверхности, на массу бумаги в граммах.СМТ

(Corrugated medium test) - показывает прочность при сжатии рифленой бумаги и представляет собой степень сжатия на ребре . Тест проводится следующим образом: бумага сжимается после выдерживания в течение 60 мин.

п пят (кг) X 100 Почазэтель СМТоо - ,

(масса) ( г/м )

Пример 1. Получение водной суспензии бумажной массы на основе рециркуляционных волокон.

Взвешивают 5 кг сухой массы, образованной из 40% волокон, полученных из регенерированных картонных ящиков (CCR)(M из 60% волокон, полученных из нестандарта со склада, и помещают массу в реактор. Из делают водную суспензию при 3,5 мас.%, добавляя воду до общей массы 143 кг. Регулируют рИ суспензии до 4,8, добавляя 900см 1 H.H2S04, Реактор вращают со скоростью 50 об/мин для гомогенизации суспензии. Предварительно нагревают реактор в течение 90 мин до 60°С, затем вводят 0,1 мас.% по отношению к массе сухой массы энзимов, полученных следующим образом: берут 5 г порошка Максазим (Maxazyme) CL 2000, выпущенного в продажу фирмой РАПИДАЗ (RAPIDASE) Продукт отличается тем, что он происходит от культуры микроорганизма Trichoderma vitidae и обладает активностью Ci порядка 0,168 ед. международной системы, активностью Сх порядка 3,91 ед. международной системы, ксиланазной активностью порядка 31 ед. международной системы и FPU (Filter paper unit) порядка 0,28. Помещают этот порошок в 2800 г воды, доведенной до рН 4,8, и вводят в реактор полученный таким образом водный раствор энзимов. Осуществляют реакцию максазима в течение 30 мин.

Останавливают реакцию, разбавляя содержимое реактора до получения суспензии 7 г/л.

ШР измеряют в рамках примера сразу перед введением энзимов и через 30 мин после введения энзимов. Его величина изменяется от 54 до 44.

В идентичных условиях одновременно получают контрольную суспензию, которую не обрабатывают энзиматическим раствором , и подают суспензию в опытную бумагоделательную машину для образования однослойного листа с массой 120 г/м .

Отмечают следующие механические свойства:

Контрольный Пример 1

образец Показатель разрыва 1,831,84

СМТ129124

Отмечают, что обработка не разрушает механические свойства.

Пример 2. Повторяют условия по примеру 1, за исключением того, что перед введением энзимов массу в суспензии механически рафинируют с помощью рафинера типа SPROUT-WALDRON до получения ШР порядка 74. Через 30 мин после введения энзимов ШР понижается до 59.

Отмечают следующие механические свойства:

Контрольный Пример 2

образец Показатель разрыва 1,832,07

СМТ129141

Следовательно, отмечают явное улучшение механических свойств в то время, как компенсируются отрицательные воздействия механического рафинирования на величину ШР, Для конечного ШР (59), примерно идентичного исходному ШР (54), повышаются механические свойства изготовленной бумаги.

Пример 3. Воспроизводят условия по примеру 1, за исключением того, что после формирования бумажного листа его пропитывают крахмалом из расчета 5 г/м2 с помощью соответствующего устройства,

Контрольный образец пропитывают крахмалом, но не обрабатывают энзимами.

Отмечают следующие механические свойства:

Контрольный Пример 3

образец Показатель разрыва 2,82,65

СМТ161164

Отмечают сохранение механических свойств на высоком уровне. По сравнению с контрольным образцом по примеру 1 обработка , осуществленная в условиях по примеру 3, позволяет не только понизить ШР, но также повысить механические свойства.

Пример 4. Воспроизводят условия по примеру 2, подвергая бумагу обработке крахмалом,описанной в примере 3.

Контрольный образец пропитывают крахмэллом, но не обрабатывают энзимами и не рафинируют механическим путем.

Отмечают следующие механические своства:

Контрольный Пример 4

образец

Показатель разрыва 2,82,82

СМТ161174

Отмечают еще более явное улучшение механических свойств, чем улучшение, отмеченное в примере 3.

Пример 5. Воспроизводят условия по примеру 1, но заменяют максазим CL 2000 целлюлазой 250 Р, выпущенной в продажу фирмой ЖЕНЕНКОР (GENENCOR). Этот энзиматический состав в жидком виде отличается следующей активностью USI/кг 0 порошка:

Ci (AVI CEL)0,008

Сх(СМС)0,12

Ксиланазная0,11

FPU0,26

5 Изменяют также исходную бумажную массу, состоящую из 75% CCR (рециркуляционные картонные ящики) и 25% негабарита со склада, и из нее делают 3%-ную водную суспензию, 0 ШР понижают с 39,5 до 29,5,

Отмечают следующие механические свойства (измерения осуществлены с лабораторной форматкой 120 г/м , выдержанной при 23°С при 50%-ной относительной 5 влажности):

Контрольный Пример 5

образец

Показатель разрыва 1,761,65

СМТ98,792,3

0П р и м е р 6. Воспроизводят условия

по примеру 5, заменяя целлюлазу 250Р эн- зиматическим составом SR 249, производным микроорганизма Aspergilius niger и выпущенным в продажу фирмой НОВО 5 (NOVO).

Этот жидкий энзиматический состав отличается следующей активностью, USI/м раствора:

Ci(AVICEL)8

0 Сх(СМС)108

Ксиланазная560

FPU1

Этот состав вводят при концентрации 2,65% массы сухой массы. 5 ШР понижают от 34,5 до 27.

Отмечают следующие механические свойства:

Контрольный Пример 6

образец

0 Показатель разрыва 21,95

СМТ127125

Отмечают выдерживание механических свойств.

Пример 7. В тех же условиях, что и 5 по примеру 1, получают 5%-ную водную суспензию бумажной массы, состоящую на 100% из негабарита со склада. Вводят 0,25 мас,% сухой массы энзиматического состава по примеру 1.

ШР понижают с 48 до 35,5.

Отмечают надлежащие механические свойства.

Пример 8. Получают химическую крафт-массу с короткими отбеленными волокнами , из которой делают 5%-ную суспен- зию аналогично примеру 1. за исключением того, что энзиматический состав вводят при концентрации 0,25 мас,% сухой массы и осуществляют реакцию энзимов в течение 60 мин.

Перед энзиматической обработкой массу рафинируют механическим путем, доводя ШР с 18 до 25. После энзиматической обработки , отмечают, что ШР понизилось до 20.

Для химических масс показательными механическими свойствами являются другие свойства, чем свойства для масс, состоящих из рециркуляционных волокон, по причине разных качеств, предъявляемых к бумаге.

По-прежнему отмечают показатель разрыва , а также разрывную длину при натяжении .

Разрывную длину при натяжении определяют согласно условиям, определенным стандартом NFQ 03 004. Это рассчитанная предельная длина, сверх которой равномерная бумажная полоса какой-либо ширины, предположительно подвешенная за один из своих концов, разрывается под действием своей собственной массы.

Отмечают следующие механические свойства:

Контрольный Пример 8

образец

Показатель разрыва 1,291,28

Разрывная длина, м 25352546

По сравнению с контрольным образцом отмечают, что выдерживаются механические свойства.

Пример 9. Воспроизводят такие же условия, что и в примере 8, но предварительно рафинируют массу механическим путем до получения ШР порядка 31. После энзиматической обработки ШР понижается до 22.

Отмечают следующие механические свойства:

Контрольный Пример 9

образец

Показатель разрыва 1,401,45

Разрывная длина, м 28002820

По сравнению с примером 8 отмечают, что, когда исходят из боле высокого первоначального ШР, использование которого приводит к изготовлению бумаги с лучшими механическими свойствами, достигают более легкого понижения ШР без нарушения механических свойств. Например, имеют не только удовлетворительные механические

свойства, но также хорошую производительность бумагоделательной машины. В примере 8, ШР понизилось с 25 до 20 после энзиматической обработки, т.е. снижение на 20%. В примере 9 ШР понизилось с 31 до 22 после идентичной энзиматической обработки , т.е. снижение на 29%.

Пример 10. Получают химическую крафт-массу из отбеленных длинных волокон , из которой делают 5%-ную суспензию. Условия идентичны условиям по примеру 8, за исключением того, что рН среды регулируют до 6, а температуру доводят до 20 С.

Исходный ШР составляет 12, массу подвергают механическому рафинированию перед энзиматической обработкой, которая доводит ШР до 25. После энзиматической обработки он понижается до 21.

Следовательно, отмечают, что изменения условий температуры и рН не мешают действию энзимов.

Отмечают следующие механические свойства:

Контрольный Пример 10

образец

Показатель разрыва 4,744,58

Разрывная длина, м 51735052

По сравнению с необработанными энзимами , механически рафинированным контрольным образцом, отмечают сохранение уровня механических свойств. Более высокие значения разрывной длины контрольного образца и примера являются результатом того, что масса содержит длинные, а не короткие волокна.

Пример 11 (по известному способу). В реакторе готовят водную суспензию бумажной массы на основе рециркуляционных волокон, состоящей из 100% регенерированных картонных коробок. Готовят водную суспензию концентрации 30 г/л. Суспензию нагревают до 45°С и рН составляет 6. ШР составляет 43.

Вводят агент удержания (или агент фло- куляции) на основе полиакриламида в расчете 0,02 мас.% относительно массы волокон. Через 30 мин измеряют ШР, она равна 38.

Пример 12. В водную суспензию примера 11 вместо агента флокуляции до- бавляютО,1 мас.% энзиматического состава на основе целлюлазы и гемицеллюлазы, например коммерческий раствор с наименованием Мюльтифект L250TM. выпускаемый фирмой Финниш Шугар СО Лтд. Через 30 мин измеряют ШР она составляет 28.

Пример 13, В водную суспензию примера 11 добавляют 0,02 мас.% агента флокуляции и 0,1 мас.% энзиматического

состава, применяемого в примере 12. Через 30 мин ШР составляет 25.

Примеры 11-13 показывают, что добавка агента флокуляцим уменьшает ШР, добавка энзиматического состава еще боле уменьшает ШР, обе добавки имеют большее действие, чем одна.

Пример 14. Изготовляют бумагу для покрытия картонных коробок удельной массы 125 г/м2 с использованием промышленной бумагоделательной машины.

Исходный волокнистый материал состоит из 95 мас.% регенерированных картонных коробок и .% кускового материала со склада. С помощью пульпера непрерывно готовят водную суспензию концентрации 30 г/л. Затем эту суспензию пропускают через разные очистители и обычные чаны для хранения. В состав добавляют агент флокуляции на основе поли- акриламида, а именно продукта, продаваемого под названием Дезидрет 313 Р, из расчета 0,02 мае, % от сухой массы готовой бумаги. Когда суспензия достигает температуры 45°С и величины рН 6, в нее вводят энзиматический препарат на основе целлюлазы и гемицеллюлазы из расчета 1,2 л/т сухой готовой бумаги продукта, продаваемого под названием Мультифект L 250 ТМ фирмы ФИННИШ ШУГАР Ко Лтд. Реакцию проводят в течение времени прохождения суспензии в чане, что способствует приблизительно 30 мин.

Обработанную энзимами суспензию подают затем в головной короб, где ее концентрацию доводят до 7,4 г/л, Степень ШР суспензии составляет около 40.

Состав выливают на полотно бумагоделательной машины, которая работает со скоростью 250 м/мин.

Таким образом, получают 4.15 т/ч бумаги для покрытий.

Измеряют показатель разрыва согласно стандарту NFQ 03 053. Этот показатель представляет собой частное от деления равномерно распределенного максимального давления, выдерживаемого образцом бумаги , перпендикулярного поверхности, на массу бумаги. Показатель разрыва составляет 1,79.

Пример 15 (по известному способу). Действуют так же, как и в примере 1, за исключением того, что не производят обработку энзимами, а в бумажный состав добавляют агент флокуляции на основе полиакриламида, а именно продукт, продаваемый под названием Дезидрет 313 Р, из расчета 0,02 мас.% от сухой массы готовой бумаги.

Концентрация в головном коробе составляет 9,5 г/л, обеспечивая оптимальный компромисс между правильным обезвоживанием и максимальной производительностью . Степень ШР составляет около 50. Полученная производительность составляет 3.89 т/ч. Показатель разрыва бумаги составляет 1,64.

Использование энзиматических состаBOB обеспечивает большую растворимость в головном коробе и увеличение скорости машины , при этом увеличивая производительность . Наблюдается также улучшение характеристик бумаги.

Пример1б (по известному способу). Действуют так же, как в примере 15, за исключением того, что добавляют 0,5 мас.% агента флокуляции от сухой массы готовой бумаги.

Концентрация в головном коробе составляет 9,5 г/л. С таким составом было невозможно изготовить лист бумаги. Большое количество агента флокуляции действует отрицательно на листование.

В таблице даны примеры 17-33, осуществляемые как пример 1, только при различной концентрации энзимов, рН, температуре обработки и времени.

Как видно из данных таблицы, при концентрации энзима 0,01% (пример 17) наблюдается еще уменьшение показателя ШР. Напротив, при 0,005% снижение не обнаруживается .

Большое количество энзима (пример

20), хотя оно позволяет значительно снижать ШР. вызывает повреждение механических свойств изготовленной бумаги. Кроме того, стоимость способа становится очень высокой.

При рН 2 (пример 22) энзимы разрушаются и их действие равно нулю. При рН 9 (пример 24) энзимы также не имеют значительного действия.

Слишком низкая температура (пример

26) не обеспечивает значительного действия энзимов. Слишком высокая температура (пример 28) разрушает энзимы, и их действие опять ничтожное.

Слишком короткое время действия (пример 30) неэффективно, даже при повышенной концентрации (пример 32).

При слишком низкой концентрации, даже для очень продолжительного времени действия, эффект незначительный.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно улучшить обезвоживание бумажной массы с повышенной степенью ШР и увеличить производительность бумагоделательной машины.

Формула изобретения

1.Способ обезвоживания бумажной массы, включающий обработку ее химическим реагентом и отлив бумажного полотна, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса при сохранении механической прочности бумаги, в качестве химического реагента используют ферментный препарат, содержащий целлюлазы и/или гемицеллюлазы из культур микроорганизмов Trlchoderma virtdae или Aspergillus niger в количестве 0,01-2,0% от массы сухого волокна, при этом ферментный препарат вводят в бумажную массу со степенью помола, равной или выше 25° ШР.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ферментным препара0

5

том проводят при 20-60°С, преимущественно 50°С, а течение 30-60 мин.

3.Способ по пп. 1-2, отличающий- с я тем, что используют бумажную массу С рН 3-7.

4.Способ по пп. 1-3, отличающий- с я тем, что используют ферментный препарат с активностью Ci (AVICEL) равной 0,168 усл. ед/мг порошка, активностью Сх (CMC), равной 3,91 усл.ед/мг порошка, и ксилзназ- ной активностью 31 усл. ед/мг порошка.

5.Способ по пп. 1-4, отличэющий- с я тем, что используют бумажную массу из рециркуляционных волокон.

6.Способ по пп. 1-5, отличающий- с я тем, что бумажную массу перед обработкой ферментным препаратом рафинируют механическим путем.

Реферат

Изобретение относится к целлюлозно- бумажной промышленности и позволяет интенсифицировать процесс обезвоживания бумажной массы при сохранении механической прочности бумаги. В способе обезвоживания бумажной массы, включающем обработку ее химическим реагентом и отлив бумажного полотна, в качестве химического реагента используют ферментный препарат , содержащий целлюлазы и/или геми- целлюлазы из культур микроорганизмов Trichoderma viridae или Aspetgillus nlger в количестве 0,01-2,0% от массы сухого волокна , при этом ферментный препарат вводят в бумажную массу со степенью помола, равной или выше 25° ШР. Обработку ферментным препаратом проводят при 20-60°С в течение 30-60 мин. Используют бумажную массу с рН 3-7, преимущественно из рециркуляционных волокон. 5 з.п ф-лы 1 табл (Л

Формула