DE3934772C2 - Verfahren zum Deinken von Altpapier - Google Patents
Verfahren zum Deinken von AltpapierInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung
verwertbarer Zellstoffasern aus holzhaltigem oder holz
freiem Altpapier durch Entfernen von Druckfarbe (Deink
ing).
Das Entfernen von Druckfarben von Zellstoffasern ist im
wesentlichen ein Wasch- oder Reinigungsprozeß, bei dem
die Druckfarbe als die Verschmutzung betrachtet wird.
Zum Lösen der Farbpartikel von den Fasern und zum Dis
pergieren derselben in einem wäßrigen Medium werden zu
sammen mit Wärme und mechanischer Energie Chemikalien
eingesetzt. Die Farbpartikel werden dann entweder durch
Waschen oder Flotieren oder durch Anwenden moderner Hy
bridverfahren, in denen die beiden Einzelverfahren kom
biniert sind, von den Zellstoffasern getrennt.
Die beim herkömmlichen Deinking-Verfahren benutzten
Chemikalien sind oberflächenaktive Stoffe mit reinigen
der Wirkung, durch die Druckfarbe von den Fasern ent
fernt wird, mit dispergierender Wirkung, um die Farb
partikel zur Verhinderung ihrer erneuten Anlagerung an
den Fasern in Dispersion zu halten, und mit schaumbil
dender Wirkung bei der Schaumflotation von Farbparti
keln.
Übliche oberflächenaktive Stoffe besitzen lange Mole
külketten mit einem hydrophoben und einem hydrophilen
Ende. Der hydrophobe Teil kann aus einer Fettsäure,
einem Fettalkohol, Alkylphenolen oder anderen öllösli
chen oberflächenaktiven Stoffen bestehen. Der hydrophi
le Teil der gewöhnlich zum Deinking benutzten oberflä
chenaktiven Stoffe besteht aus anionischen Molekülen,
z.B. aus Salzen der Carboxyl- oder der Sulfosäure, und
nonionogenen Molekülen, wie z.B. polyoxyethylenierten
Ketten.
Die bei den Wasch- und Schaumflotations-Deinking-Ver
fahren gewöhnlich benutzten üblichen oberflächenaktiven
Stoffe sind Natrium- und Kaliumsalze der geradkettigen
Fettsäure (Seifen), lineares Alkylbenzolsulfonat
(LABS), Olefinsulfonat, langkettiger Fettalkohol, poly
oxyethylenierte Alkylphenole, Alkylphenolethoxylate und
polyoxyethylenierte geradkettige Alkohole.
Größere Nachteile bei der Benutzung dieser oberflächen
aktiven Stoffe im Deinking-Verfahren sind übermäßige
Schaumbildung in den nachgeschalteten Faserbrei-Förder
linien und Einrichtungen zur Papierherstellung. Einige
der vorstehend genannten oberflächenaktiven Stoffe sind
im Rahmen der Abwässerbehandlung nicht biologisch ab
baubar und stellen ein schwerwiegendes Umweltproblem
dar.
Beim Deinking-Verfahren mit Schaumflotation wird ein
Sammler oder Kollektor zugesetzt, um Druckfarbe zu
großen Teilchen zusammenzuballen und sie an den Luft
blasen festzumachen. Kollektoren sind erforderlich,
damit eine wirkungsvolle Flotation erreicht wird, und
sind gewöhnlich anionische langkettige Fettsäureseife.
Fettsäure-Kollektoren werden mit Calciumionen niederge
schlagen, um größere, unlösliche Farb- und Kollektor
partikel zu bilden. Beim Einblasen von Luft in die Flo
tationsbütten heften sich die zusammengeballten Farb
partikel an die Luftblasen an, steigen zur Oberfläche
auf und werden aus dem System abgezogen.
Größere Nachteile des Schwimmaufbereitungsverfahrens
bei Benutzung des Fettsäure-Kollektors sind Pech- und
Kesselsteinablagerungen in den nachgeschalteten Stoff
leitungen und Einrichtungen zur Papierherstellung. An
dere Chemikalien, neben den oberflächenaktiven Stoffen,
sind Ätznatron, Natriumsilikat, mit Metallionen Chelate
bildende Stoffe und Wasserstoffperoxid. Letzteres ist
als Bleichmittel hinzuzugeben, um Vergilben des Faser
stoffs infolge der Zugabe von Ätznatron zu verhindern
und die Weiße der Zellstoffasern zu verbessern.
Die Fortschritte in der heutigen Druck- und Fotokopier
technik haben dazu geführt, daß bei der herkömmlichen
Entfernung von Druckfarbe mittels oberflächenaktiver
Stoffe große Schwierigkeiten bei Altpapier entstehen,
das mit stark beschichteten, hochpolymerisierten
Druckfarben oder solchen für berührungsloses Drucken,
z.B. in UV-, Thermo-, Xerox-, Laser- oder Tintenstrahl-
Technik, bedruckt wurde. Diese Farben bzw. Tinten ent
halten gewöhnlich ausgehärtete Polymerharze, welche
Farbpartikel so fest an die Faseroberfläche binden, daß
ihre vollständige Ablösung bei der Zerfaserung (Auf
schließung) des Altpapiers mit den üblichen Deinking-
Chemikalien unmöglich ist. Zu der geringen Wirkung der
üblichen Chemikalien kommt hinzu, daß auch übermäßig
Wärme und mechanische Energie aufgebracht werden müs
sen.
Beim herkömmlichen Flotations-Deinkingverfahren für
Zeitungs-Altpapier besteht eine größere technische
Schwierigkeit darin, daß die in die Faserbündel und
zwischen die Fäserchen eingebetteten kleinen Farbpar
tikel durch eine Wasch- und/oder Flotationsbehandlung
nicht entfernt werden können.
Aus HORNFECK, Klaus, "Flotations Hilfsmittel
und deren Einfluß auf den Deinking-Prozeß",
in DE-Z: Wochenblatt für Papierfabrikation 1982,
Nr. 15, Seiten 542 bis 544, ist ein Verfahren
zum Deinken von Altpapier bekannt, bei
dem das Altpapier in einem Pulver zunächst
aufgeschlagen und danach einer Enzymbehandlung
unterzogen wird, um es von den
Farbpartikeln zu trennen. Anschließend
erfolgt eine Weiterbehandlung mit Deinking-Chemikalien,
der sich dann die Flotation
anschließt. Bei diesem bekannten Verfahren
erfolgt somit die Enzymbehandlung nach
der mechanischen Zerfaserung des Altpapiers
in einem gesonderten Verfahrensschritt und
es erfolgt ferner eine Behandlung mit Deinking
Chemikalien. Insgesamt
enthält dieses bekannte Verfahren eine ganze
Reihe von einzelnen Verfahrensschritten, welche
die Verfahrensdauer erhöhen.
Aus der DE-PS 2 87 884 ist es bekannt,
Altpapier zum Deinken einer Enzymbehandlung
zu unterziehen. Jedoch ist dieses
bekannte Verfahren nicht in der Lage, die
mit modernen, hochpolymerisierten Druckfarben
oder solchen für berührungsloses Drucken
aufgebracht mit dem vorstehend genannten neuen Techniken
bedruckten Papiere von der Druckfarbe zu
befreien.
Aus DE-Buch "Papiermacher-Taschenbuch", 3. Aufl.
Heidelberg, Dr. Curt Haefner Verlag GmbH 1983,
S. 98-101, ist es für die Technologie des
Deinking-Prozesses bekannt, das Altpapier
zum Ablösen der Druckfarben von den
Zellstoffasern bereits im Pulper mit
Deinking-Chemikalien zu behandeln, die
auch für den Verfahrensschritt der Flotation
benutzt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Verfahren zum Deinken
von Altpapier anzugeben, mit dem der
Wirkungsgrad des Deinkens, insbesondere
unter Berücksichtigung von modernen,
hochpolymerisierten Druckfarben oder solchen
für berührungsloses Drucken, wesentlich
gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in An
spruch 1 und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen in
den Unteransprüchen gekennzeichnete biologische Verfah
ren zum Entfernen von Druckfarbe aus Altpapier gelöst.
Das erfindungsgemäße Deinking-Verfahren besteht darin,
Farbpartikel unter Ausnutzung der biologischen Aktivi
tät bzw. Einwirkung eines Enzyms auf die Oberfläche der
Zellulosefaser und der dispergierenden Wirkung von En
zym-Protein auf Farbpartikel zu entfernen.
Unter dem Begriff "Deinking-Chemikalien"
sind vorliegend bspw. Alkalien, oberflächenaktive
Stoffe oder auch Fettsäure-Kollektoren
zu verstehen.
Anders als bei herkömmlichen Verfahren werden keine
Alkalien und oberflächenaktive Deinking-Stoffe benö
tigt, wenngleich einige oberflächenaktive Stoffe zusam
men mit dem Enzym benutzt werden können, um die Lei
stung der Farbpartikelentfernung zu verbessern. Bei der
Schwimmaufbereitung bzw. Schaumflotation sind keine
Fettsäure-Kollektoren erforderlich. Weil beim Entfernen
von Zeitungs-Druckfarbe kein Ätznatron eingesetzt wird,
ist auch kein Wasserstoffperoxid-Bleichmittel zur Ver
hinderung des Gilbens erforderlich.
Die Ausschaltung des Fettsäure-Kollektors bei diesem
biologischen Deinking-Verfahren löst das Problem der
ständigen Pech- und Kesselsteinablagerung beim her
kömmlichen, mit dem Fettsäure-Seifentyp sowie mit Cal
ciumsalzen und Silikaten arbeitenden Flotations-Verfah
ren.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Zeitungs-Alt
papier oder bedrucktes holzfreies Altpapier im
herkömm
lichen Pulper (Stoffdichte 4 bis 7%) oder im Stofflöser
für hohe Stoffichte von 12 bis 15% bei einer Wassertem
peratur zwischen Raumtemperatur und 60°C aufgeschlos
sen. Die Enzym-Zugabe beträgt zwischen 0,005% und 5,0%,
bezogen auf das Trockengewicht des Altpapiers, und der
pH-Wert des Stoffbreis wird im Bereich von 3,0 bis 8,0
gehalten. Verglichen mit dem herkömmlichen Aufschlie
ßungsverfahren unter Benutzung von ätzenden und ober
flächenaktiven Stoffen, kann die Aufschließung nach dem
Enzym-Verfahren nach relativ kurzer Zeit beendet wer
den, und Farbpartikel werden von der Faseroberfläche
vollständig entfernt und gut dispergiert. Die disper
gierten Farbpartikel werden aus den Zellstoffasern mit
den herkömmlichen Wascheinrichtungen, z.B. Rüttelsieb
und Waschtrommel, herausgelöst, ohne daß in einer oder
mehreren Stufen wasch- und oberflächenaktive Stoffe mit
benutzt werden. Die durch die Wirkung des Enzym-Prote
ins dispergierten Farbpartikel können auch aus dem ver
dünnten Faserbrei selektiv mittels herkömmlicher Flota
tionseinrichtungen entfernt werden, bei denen Luft in
den Brei eingeblasen oder angesaugt wird, um Blasen zu
erzeugen, welche die Farbpartikel aufnehmen. Bei Zei
tungs-Altpapier wird kein Fettsäure-Kollektor benötigt,
der jedoch bei mit Lasertechnik bedrucktem Altpapier in
kleinen Mengen zugegeben werden kann, um die Leistung
der Farbentfernung zu erhöhen.
Dieses biologische Deinking-Verfahren reduziert die Auf
schließungsenergie in großem Ausmaß, weil die Enzymzu
gabe zu einer gegenüber der Aufschließung ohne Enzym
beträchtlichen, nahezu 50% betragenden Verringerung der
Aufschließungszeit führt.
Im Gegensatz zu dem von HORNFECK beschriebenen
Verfahren werden bei der vorliegenden Erfindung die Enzyme
bereits in der ersten Verfahrensstufe benutzt,
um sowohl die Zerfaserung des Altpapiers,
das Aufschließen, als auch die Ablösung
der Farbpartikel, das eigentliche Deinken,
auszuführen. Somit erfolgt eine weitere
beträchtliche Verkürzung der Gesamtverfahrensdauer.
Die festgestellte zeitliche
Verkürzung und Vereinfachung der Aufschließung in Ge
genwart von Enzym kann zurückgeführt werden auf eine
einzigartige biologische Enzymaktivität, welche die
Bindung zwischen den Fasern aufhebt und die an der
Faseroberfläche ebenso wie in den Faserbündeln oder
zwischen den Fäserchen haftenden Farbpartikel ablöst.
In der Aufschließungsphase kann es zu einer teilweisen
enzymatischen Hydrolyse der Cellulose im Mikrogefüge
der Faseroberfläche kommen. Wegen dieser biologischen
Enzymaktivität können die in Faserbündeln, Fäserchen
und im Fasermehl eingebetteten Farbpartikel entfernt
werden, was im Falle von Zeitungs-Altpapier mit den
herkömmlichen Deinking-Chemikalien nicht erreicht
werden konnte.
Entsprechend diesem biologischen Deinking-Verfahren für
Zeitungs-Altpapier ist die Zugabe von Wasserstoffper
oxid zur Verhinderung der Fasergilbung nicht erforder
lich; daraus ergibt sich eine beträchtliche Senkung der
Kosten für Deinking-Chemikalien gegenüber dem herkömm
lichen Verfahren zur Druckfarbenentfernung, bei dem
Ätznatron, Wasserstoffperoxid, Chelatbildner und Natri
umsilikate benutzt wurden.
Es ist festzustellen, daß bei der nach dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellten Zellstoffaser die me
chanischen Festigkeitseigenschaften besser sind als bei
dem entsprechenden, nach dem herkömmlichen Verfahren
hergestellten Faserstoff, und daß eine sehr viel besse
re Weiße des Faserstoffs erzielt wird. Die Enzymzugabe
scheint die Faserfestigkeit nicht zu verschlechtern,
sondern, im Gegenteil, aus noch unbekannten Gründen zu
verbessern.
Entfernen von Druckfarbe aus Zeitungs-Altpapier mit
einem cellulolytischen Enzym.
Eine Probe Zeitungs-Altpapier wurde in den mit 40°C
warmem Wasser gefüllten Pulper bis zu einer Stoffdichte
von 4% zugegeben, dem Cellulase mit einer Dosierrate
von 0,1%, bezogen auf das ofentrockene Gewicht des Alt
papiers, beigegeben wurde. Das Altpapier wurde 10 Minu
ten lang quellen gelassen und dann während 5 Minuten
zerfasert. Nach vollständiger Auflösung des Altpapiers
wurde die Hälfte des Faserbreis auf eine Stoffdichte
von 1% verdünnt.
Der verdünnte Faserstoff wurde zu einer Luft-Flotati
onsbütte gefördert; unter Einblasen von Luft durch eine
Lochplatte wurden dann die dispergierten Farbpartikel
unter Abziehen des Farbpartikelschaums aus der Bütte
aus dem Faserstoff entfernt. Die Flotationszeit bis zur
vollständigen Entfernung des Farbschaums betrug eine
Minute.
Die andere Hälfte des Faserstoffs wurde auf einem La
bor-Schüttelsieb gewaschen, um die dispergierten Farb
partikel zu entfernen.
Die durch Flotation und Waschen rückgewonnenen Zell
stoffasern wurden nach Weiße und mechanischer Festig
keit bewertet. Um diesen enzymbehandelten entfärbten
Faserstoff mit dem nach herkömmlichem Deinking-Verfah
ren gewonnenen Faserstoff zu vergleichen, wurde die
gleiche Probe Altpapier im Pulper unter Zugabe von 1,0%
NaOH, 0,3% H2O2, 3% Natriumsilikatlösung (Wasserglas)
und 0,8% einer handelsüblichen Fettsäureseife sowie 0,2% eines
handelsüblichen Dispergiermittels bezogen auf das ofentrockene Gewicht des Alt
papiers, behandelt. Die Aufschließungszeit bis zur
vollständigen Auflösung betrug 10 Minuten. Nach Verdün
nung auf eine Stoffdichte von 1% wurden die dispergier
ten Farbpartikel nach der Flotations-Methode in einer
Laborbütte in der vorstehend beschriebenen Weise ent
fernt.
Gemäß Tabelle 1 war die Weiße des mit Enzym entfärbten
Faserstoffs sehr viel besser als die des mit herkömmli
chen Chemikalien entfärbten Faserstoffs, und die mecha
nische Festigkeit des enzym-entfärbten Faserstoffs war
ebenfalls größer als die des Faserstoffs, der mit dem
Fettsäure-Kollektor und dem Dispergiermittel
entfärbt wurde. Die mikroskopische Untersuchung
ergab, daß der gemäß der Erfindung hergestellte Faser
stoff einen größeren Langfaseranteil und eine glattere
Faseroberfläche aufwies und wie mechanisch geringer be
schädigt aussah.
Die Enzymbehandlung ergab mit dem Waschen einen Faser
stoff von größerer Sauberkeit und Weiße als beim Flota
tions-Deinking.
Es scheint, daß durch die Enzymzugabe die Auflösung des
Altpapiers in großem Maße beschleunigt wurde. Bei der
Aufschließung des Zeitungs-Altpapiers im herkömmlichen
Stofflöser bei einer Stoffdichte von 4%, wurde durch
Zugabe von 0,5% Enzym die Aufschließungszeit von 5 Mi
nuten (ohne Enzymzugabe) auf 30 Sekunden bei vollstän
diger Auflösung gemäß Tabelle 2 reduziert.
Entfernen von Druckfarbe aus Laser-Tabellierpapier
mittels eines cellulolytischen Enzyms.
Die vollständige Entfernung von mittels Laserstrahl
fixierten Farbpartikeln aus Laser-Alttabellierpapier
mittels der herkömmlichen Deinking-Chemikalien ist na
hezu unmöglich, weil die Farbpartikel so fest an der
Faseroberfläche anhaften, daß alkalische und für das
allgemeine Deinking geeignete oberflächenaktive Stoffe
in den herkömmlichen Deinking-Chemikalien nicht in der
Lage sind, sie abzulösen und im Faserstoff-Wasser-Brei
zu dispergieren.
Dem Wasser in einem für hohe Stoffdichte ausgelegten
Labor-Stofflöser wurde eine Probe von Laser-Alttabel
lierpapier bis zu einer Stoffdichte von 12,5% und eine
Cellulase mit der Dosierrate von 0,2%, bezogen auf das
Papiertrockengewicht, zugegeben. Bei einer Stoff-Was
ser-Temperatur von 20 bis 35°C wurde die Aufschließung
während 20 Minuten durchgeführt. Der vollständig aufge
schlossene Faserstoffbrei wurde auf 0,5% verdünnt; so
dann wurden die dispergierten Farbpartikel aus dem Fa
serstoffbrei unter Benutzung der Labor-Flotationsbütte
in derselben Weise wie in Beispiel 1 entfernt. Um in
diesem Falle die Entfärbungsleistung und Selektivität
zu erhöhen, wurde vor der Luftflotation eine kleine
Menge des herkömmlichen Fettsäure-Kollektors
mit 0,3%, bezogen auf das Trockengewicht des
Altpapiers, zugegeben. Die Flotationszeit betrug 3 Mi
nuten. Zum Vergleich mit dem enzym-entfärbten Faser
stoff wurde Faserstoff in herkömmlicher Weise, jedoch
mit anderer Chemikalienzugabe wie folgt entfärbt:
1% NaOH, bezogen auf das Trockengewicht des Alt
papiers,
0,1% Dispergiermittel,
0,8% Fettsäureseife
Aufschließungstemperatur: 50°C
Aufschließungszeit: 30 Minuten
Calciumsalzzugabe in die Flotationsbütte: 200 ppm
Flotationszeit: 3 Minuten.
0,1% Dispergiermittel,
0,8% Fettsäureseife
Aufschließungstemperatur: 50°C
Aufschließungszeit: 30 Minuten
Calciumsalzzugabe in die Flotationsbütte: 200 ppm
Flotationszeit: 3 Minuten.
Die Weiße und die Festigkeitseigenschaften der erhal
tenen Faserstoffproben werden in Tabelle 3 verglichen.
Gemäß Tabelle 3 zeigt die visuelle Untersuchung der Pa
pierproben, daß beim enzym-entfärbten Faserstoff die
Zahl der restlichen Farbpartikel sehr viel - etwa um
den Faktor 10 - kleiner und die Zugfestigkeit höher war
als bei dem mit den herkömmlichen Chemikalien behandel
ten Faserstoff.
Der rückgewonnene chemisch behandelte Faserstoff von
hoher Güte hinsichtlich Schmutzteilchenzahl und Faser-
Festigkeitseigenschaften läßt sich bei Benutzung eines
Enzyms in Kombination mit einer kleinen Menge eines
Fettsäure-Kollektors nach dem Flotationsverfahren er
zielen.
Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurde das
Zeitungs-Altpapier nach Zugabe von 0,1% Pektinase wäh
rend 10 Minuten bei 40°C quellen gelassen und dann
während 5 Minuten zerfasert. Nach Verdünnen des aufge
schlossenen Faserstoffs auf 1%, wurden die Farbpartikel
durch Flotation während 1 Minute entfernt.
Gemäß Tabelle 4 ist eine nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Papierbahn hinsichtlich Weiße
und Zugfestigkeit verbessert.
Claims (5)
1. Verfahren zum Deinken von Altpapier,
mit folgenden Verfahrensschritten:
- a) Das Altpapier wird in einem Pulper durch Zugabe von Enzymen unter Ausschluß von Deinking-Chmikalien aufgeschlossen,
- b) anschließend werden die abgelösten dispergierten Farbpartikel durch Flotieren und/oder Waschen aus den Zellstoffasern herausgelöst.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als Enzyme Cellulase und/oder Pektinase ver
wendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Enzyme in einer Menge von 0,005% bis 5%
zugibt, bezogen auf das Trockengewicht des Altpapiers.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Temperatur beim Aufschließen im Bereich
zwischen Raumtemperatur und 60°C hält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den pH-Wert beim Aufschließen im Bereich
zwischen 3 und 8 hält.
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