ES3046332T3 - Chemical efficiency increase in papermaking process - Google Patents

Chemical efficiency increase in papermaking process

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ES3046332T3 ES18864046T ES18864046T ES3046332T3 ES 3046332 T3 ES3046332 T3 ES 3046332T3 ES 18864046 T ES18864046 T ES 18864046T ES 18864046 T ES18864046 T ES 18864046T ES 3046332 T3 ES3046332 T3 ES 3046332T3
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Abstract

Un método para aumentar la eficiencia química de los aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel incluye proporcionar pulpa espesa compuesta por lignina soluble, agua de proceso y al menos un 2 % en peso de fibra celulósica, basado en el peso total de la pulpa espesa, y añadir al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico a la pulpa espesa para reducir la cantidad de lignina soluble. El polímero orgánico se selecciona entre polímeros catiónicos, polímeros no iónicos y combinaciones de los mismos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Aumento de la eficiencia química en proceso de fabricación de papel
[0005] CAMPO DE LA DIVULGACION
[0006] La presente divulgación se refiere a un método para aumentar la eficiencia de aditivos químicos en sistemas de fabricación de papel. Más específicamente, el método reduce la cantidad de lignina soluble en el agua de proceso de los sistemas de fabricación de papel mediante el uso de una enzima lacasa y un segundo componente.
[0007] ANTECEDENTES
[0008] La solución propuesta aborda las necesidades de los fabricantes de papel de maximizar la eficiencia de aditivos químicos en diversos sistemas, TALES como fábricas de cartón reciclado totalmente cerradas o altamente cerradas, minimizar el consumo de agua dulce y minimizar la descarga de efluentes. El problema de la disminución de la eficiencia química de aditivos es universal. La escasez de fuentes de agua dulce y los costes cada vez mayores del uso de agua dulce y la descarga de efluentes impulsan a los fabricantes de papel a reducir el consumo de agua dulce y reciclar el agua de proceso. En la actualidad, muchas fábricas de cartón de revestimiento reciclado (RLB,recycle linerboard)consumen 5 m3 o menos de agua dulce por 1 tonelada de papel producida.
[0009] Las cantidades de impurezas disueltas en el agua pueden crecer exponencialmente y causar muchos problemas en la producción de papel. Los problemas incluyen la formación de depósitos, aumento del olor y altos niveles de AGV, DQO y conductividad. Los niveles aumentados de componentes disueltos y coloidales perjudican la eficiencia de aditivos químicos, por ejemplo, polímeros de resistencia, retención y drenaje, agentes de encolado, etc. Como resultado, los fabricantes de papel tienen que aumentar el consumo de aditivos químicos. Sin embargo, en algún momento, un aumento en la carga de polímero no ayuda a alcanzar el rendimiento deseado, especialmente en fábricas de papel completamente cerradas.
[0010] Aunque las plantas de cartón de revestimiento virgen consumen más agua dulce que las de cartón de revestimiento reciclado, aún enfrentan los mismos problemas con una eficiencia química reducida. En muchas plantas de cartón de revestimiento virgen, los aditivos químicos no funcionan bien y en algunos casos no funcionan en absoluto.
[0011] La eficiencia de aditivos químicos, tales como polímeros de retención y drenaje, agentes de resistencia en seco, agentes de encolado y polímeros para tratamiento de aguas residuales, puede aumentar con la eliminación de residuos aniónicos y, más específicamente, con la eliminación de especies de lignina solubles.
[0012] La lignina, además de la celulosa y la hemicelulosa, es uno de los principales componentes de la madera. La lignina es un polímero natural, altamente aromático e hidrófobo. Para la producción de papel de calidad para impresión, la mayor parte de la lignina se desintegra y se elimina de la celulosa mediante el reducción a pasta Kraft. Las cantidades adicionales de lignina se reducen aún más mediante una serie de etapas de blanqueo y lavado. Sin embargo, para la producción de papeles de embalaje se utilizan otras fuentes de pasta. Estas incluyen pasta virgen, pastas mecánicas, pastas mecánicas semiquímicas y fibras recicladas como o Cc (viejos contenedores de cartón corrugado) y similares. Estas pastas de menor calidad pueden incluir cantidades significativas de lignina.
[0013] Los fabricantes de papel han utilizado polímeros o enzimas y sus combinaciones para mejorar la calidad del papel producido, por ejemplo, polímeros de resistencia en seco. Por ejemplo, el documento US 9.663.899 B2 describe composiciones que comprenden lacasa, lipasa y un polímero fijador catiónico y opcionalmente un activador de lacasa para aplicaciones de fabricación de papel. La patente enseña el aumento de la resistencia en seco mediante la aplicación de enzimas y polímeros a la fibra lignocelulósica.
[0014] El documento US 8.454.798 B2 describe un método para fabricar papel o cartón mediante la aplicación de una composición que contiene enzima y coagulante catiónico a la pasta para fabricar papel antes de la formación del papel para mejorar típicamente el drenaje, la retención o ambos. La enzima primaria es la celulasa. Otras enzimas utilizadas son hemicelulosa, pectinasa, b-glucanasa, CMC-asa, amilasa, glucosidasa, galactosidasa, lipasa, proteasa, lacasa o combinaciones de las mismas. El coagulante catiónico incluye tanto coagulantes poliméricos orgánicos catiónicos como coagulantes catiónicos inorgánicos.
[0015] El documento US 2014/0116635 A1 describe la aplicación de enzimas y polímeros que incluyen al menos un polímero catiónico soluble en agua y un polímero anfótero soluble en agua o ambos a una pasta para fabricar papel. La lista de enzimas incluye celulasa y lacasa o ambas. La lista de polímeros incluye poliacrilamida glioxilada (GPAM), polivinilamina (PVAm), poliacrilamida descarboxilada o una dimetilamina-epiclorhidrina (EPI-DMA) o combinaciones de las mismas. El resultado del tratamiento con enzima-polímero es un aumento de la resistencia en seco medida mediante la prueba de resistencia al aplastamiento anular (RCT) y la prueba de papel para ondular (CMT).
[0016] La técnica anterior describe composiciones o aplicaciones para mejorar la calidad del papel lignocelulósico. La técnica anterior se ocupa de la lignina residual y/u otros contaminantes presentes en la fibra o en la superficie de la fibra. No existe ninguna técnica anterior que aborde cuestiones relacionadas con el agua de proceso y los efectos del agua de proceso sobre los procesos de fabricación de papel. La eficiencia de aditivos químicos se verá afectada independientemente de la presencia de contaminantes en la fibra si se compromete la calidad del agua de proceso. Además, la presencia de fragmentos de lignina solubles en agua de proceso es bastante problemática debido a la acumulación de fracciones significativas de especies de lignina de bajo peso molecular. Los fragmentos de lignina soluble más pequeños presentes en el agua de proceso de la fábrica no tienen suficiente afinidad por las fibras de celulosa y, por lo tanto, continúan circulando en los sistemas de agua de la fábrica. Por consiguiente, todavía existe una oportunidad de mejora.
[0017] El documento US6939437 se refiere al tratamiento de pasta para fabricación de papel con una enzima celulítica y uno o más polímeros. El documento EP0696663 se refiere a una combinación de enzimas celulolíticas con polímeros catiónicos y aniónicos para su uso en la mejora del grado de refino del lodo clarificado en la fabricación de papel. El documento US 5256252 se refiere al control de depósitos de brea para el campo de fabricación de pasta y papel. El documento US6610172 se refiere a un proceso para producir materiales de papel tales como papel, cartón de revestimiento o cartón de revestimiento ondulado a partir de pasta química o semiquímica sin blanquear o semiblanqueada o pasta de fibras recicladas. El documento EP2559768 se refiere a la conversión de biomasa, tal como rastrojos de maíz, astillas de madera y otros materiales lignocelulósicos, en productos comercialmente útiles, tales como hidrocarburos y azúcares fermentables. El documento US2017218570 se refiere a un método para fabricar papel y productos de papel. El documento US2012202941 se refiere a dispersiones de polímeros de agua en agua que contienen polímeros catiónicos reticulados. El documento US5578168 se refiere a suspensiones fluidas estables de óxido de poli(etileno) en sistemas portadores acuosos. El documento US2011253333 se refiere a procesos de fabricación de papel y a sistemas para los procesos.
[0018] BREVE RESUMEN
[0019] Esta divulgación aborda el problema de la lignina coloidal disuelta soluble en las aguas de proceso de la fábrica mediante un enfoque enzimático y polimérico. Esta divulgación proporciona más específicamente un método como se define en la reivindicación 1.
[0020] BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
[0021] La figura 1 es un gráfico que representa la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de lacasa, producto polimérico Perform PK2320 y sus combinaciones.
[0022] La figura 2 es un gráfico que representa la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de lacasa, producto polimérico Perform PK2320 y sus combinaciones a dosis bajas.
[0023] La figura 3 es un gráfico que representa la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de enzima lacasa, producto polimérico Zalta MF300 y sus combinaciones.
[0024] La figura 4 es un gráfico que representa la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de xilanasa y Perform PK 2320 y sus combinaciones.
[0025] La figura 5 es un gráfico que representa los tiempos de drenaje con y sin el ayudante de drenaje Hercobond 5475 en filtrados tratados (lacasa/Perform PK2320, 0,25/1,0 lb/tonelada añadido a la pasta de papel espesa) y no tratados.
[0026] La figura 6 es un gráfico que representa los datos de pruebas de drenaje para muestras con y sin tratamiento de pasta de papel espesa con combinación de lacasa/polímero frente a pretratamiento con lacasa de pasta de papel espesa seguido de tratamiento con polímero de pasta papelera diluida.
[0027] DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0028] Se divulga un método para eliminar lignina soluble en un sistema de fabricación de papel. El método novedoso permite aumentar la eficiencia química de aditivos para la fabricación de papel, que incluyen aditivos de resistencia, polímeros de retención y drenaje, agentes de encolado y otros. La presente divulgación divulga un nuevo método para la eliminación de lignina soluble de pasta papelera espesa en el proceso de fabricación de papel. El método incluye añadir una enzima lacasa a la pasta papelera espesa junto con un polímero catiónico y/o no iónico. El método puede incluir añadir un polímero catiónico o no iónico a la pasta papelera espesa de un sistema de fabricación de papel en sistemas de fabricación de papel altamente cerrados. La reducción de lignina de la pasta papelera espesa y su fijación sobre la fibra da como resultado mejoras significativas en la eficiencia de aditivos químicos, que incluyen los de resistencia, encolado, retención y agentes de drenaje.
[0029] A medida que aumenta el grado de recortes de agua, ya sea por restricciones regulatorias o por escasez de agua, la eficiencia de los aditivos químicos disminuye. La disminución de la eficiencia química y, en algunos casos, la falta total de rendimiento de los aditivos poliméricos, se atribuye generalmente a contaminantes orgánicos, especies vagamente definidas presentes en las aguas de proceso de la fábrica, a las que se denomina colectivamente basura aniónica. La basura aniónica generalmente incluye fibras extremadamente cortas llamadas finos, almidón degradado, aditivos químicos degradados o modificados tales como polímeros así como lignina coloidal disuelta soluble. Estos componentes afectan de manera diferente al rendimiento de aditivos químicos, en particular polímeros catiónicos. Utilizando un sistema modelo de agua blanca, basado en el análisis de la composición de varias fábricas de papel comercial reciclado, Kraft virgen y NSSC, los solicitantes investigaron el efecto de varios componentes problemáticos sobre los polímeros catiónicos. La lignina, aunque no es la especie más frecuente en las aguas de proceso de las fábricas, mostró el impacto más adverso sobre la eficiencia química.
[0030] La lignina soluble es un componente muy problemático entre los componentes disueltos y coloidales del agua de proceso de fabricación de papel. Se descubrió que la lignina soluble tiene un intervalo de pesos moleculares. La tendencia a absorberse en la fibra y ser eliminada del sistema disminuye con la reducción del peso molecular (J. Sundin y N. Hartler en Nordic Pulp and Paper Research Journal, v. 15 No 4, 2000, p 306-312 concluyen que la lignina de bajo peso molecular (<1000 Da) no precipita en absoluto). Como resultado, las especies de lignina soluble de bajo peso molecular se acumulan en el agua de proceso con el paso del tiempo y tras un mayor número de ciclos, lo que da como resultado un menor rendimiento de aditivos poliméricos.
[0031] La divulgación aborda el problema de la lignina soluble en pasta papelera espesa por medio de un enfoque enzimático y polimérico. La lignina soluble se puede eliminar del agua de proceso de fabricación de papel mediante un tratamiento que comprende la adición de lacasa y polímeros no iónicos y/o catiónicos a la pasta papelera espesa. Los polímeros no iónicos útiles en la divulgación incluyen, pero no se limitan a, polioxazolina, óxido de polietileno (PEO), copolímeros de óxido de polietileno u óxido de polipropileno (PO), copolímeros de óxido de polietileno y óxido de polipropileno (EO/PO), polivinilpirrolidona, polietileniminas (PEI) y/o sus combinaciones. El PEO puede ser un homopolímero de óxido de etileno, o un copolímero de óxido de etileno con óxido de propileno y/u óxido de butileno. Un homopolímero de óxido de polietileno es el más típico. Se encuentran disponibles ejemplos de dichos productos como productos en polvo seco de Solenis LLC (Wilmington, DE) como Perform PB 8714 y de Dow Chemical (Midland, MI) como Ucarfloc 300, 302, 304 y 309. El homopolímero PEO también está disponible en forma de suspensión densa, donde el PEO se dispersa en un medio. El medio puede ser uno cualquiera o más de etilenglicol, propilenglicol, poli(etilenglicol), poli(propilenglicol), glicerol y similares y/o sus combinaciones. Algunos ejemplos de una suspensión densa de PEO incluyen Zalta MF 3000 de Solenis LLC (Wilmington, DE).
[0032] Los polímeros no iónicos o catiónicos útiles en la presente divulgación pueden ser de fórmulas I o II o III.
[0033] fB (Fórmula I)
[0034] fB -co C f (Fórmula II)
[0035] K *<(Fórmula III)>
[0036] B representa una o más unidades repetitivas no iónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos.
[0037] C representa una o más unidades repetitivas catiónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos.
[0038] El segmento de polímero no iónico B en las fórmulas I y II es una unidad repetitiva formada después de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos. Los monómeros de ejemplo abarcados por B que son útiles para la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, acrilamida; metacrilamida; N-alquilacrilamidas, tales como N-metilacrilamida; N,N-dialquilacrilamida, tal como N,N-dimetilacrilamida; metacrilato de metilo; acrilato de metilo; acrilonitrilo; N-vinilmetilacetamida; N-vinilformamida; N-vinilmetilformamida; acetato de vinilo; N-vinilpirrolidona y mezclas de cualquiera de los anteriores. La divulgación contempla que se pueden utilizar otros tipos de monómero no iónico, o se puede utilizar más de un tipo de monómero no iónico. Los monómeros no iónicos preferibles utilizados son acrilamida, metacrilamida y N-vinilformamida.
[0039] El segmento de polímero catiónico C en la fórmula II y III es la unidad repetitiva formada después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos. Los monómeros de ejemplo abarcados por C que son útiles para la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, monómeros catiónicos etilénicamente insaturados tales como los haluros de dialildialquilamonio, tales como cloruro de dialildimetilamonio; los (met)acrilatos de compuestos de dialquilaminoalquilo, tales como (met)acrilato de dimetilaminoetilo, (met)acrilato de dietilaminoetilo, (met)acrilato de dimetilaminopropilo, (met)acrilato de 2-hidroxidimetilaminopropilo, (met)acrilato de aminoetilo, y las sales y cuaternarios de los mismos; las N,N-dialquilaminoalquil(met)acrilamidas, tales como N,N-dimetilaminoetilacrilamida, y la sal y cuaternarios de las mismas y mezclas de los anteriores. Los más típicos son cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) y dimetilaminopropil (met)acrilamida (DIMAPA), (met)acrilato de dimetilaminoetilo (ADAME) y sus sales y cuaternarios y mezclas de los anteriores.
[0040] Otro método para producir el polímero catiónico de estructura II es mediante la polimerización del o de los monómeros seguida de hidrólisis. El nivel de hidrólisis se puede expresar como "% de hidrólisis" o "% hidrólisis" en base molar. Un polímero hidrolizado puede describirse como "% hidrolizado". Además, se puede aproximar el nivel de hidrólisis. Para los fines de la divulgación de los solicitantes, una poli(vinilamina) a la que se hace referencia como "50 % hidrolizada" significa entre aproximadamente un 40 y aproximadamente un 60 % hidrolizada. De igual manera, una poli(vinilamina) que está aproximadamente en 100% hidrolizada significa que está entre un 80 y aproximadamente un 100% hidrolizada. La reacción de hidrólisis da como resultado la conversión de algunos o todos los monómeros en aminas, ya que controlar la reacción de hidrólisis puede variar el porcentaje resultante de monómeros que tienen funcionalidad amina. Las poli(vinilaminas) son útiles en la presente divulgación. Los ejemplos de monómeros utilizados para fabricar una polivinilamina incluyen, pero no se limitan a, N-vinilformamida, N-vinilmetilformamida, N-vinilftalimida, N-vinilsuccinimida, N-vinil-t-butilcarbamato, N-vinilacetamida y mezclas de cualquiera de los anteriores. Los más típicos son polímeros preparados mediante la hidrólisis de N-vinilformamida. En el caso de los copolímeros, los monómeros no iónicos, tales como los descritos anteriormente, son los comonómeros típicos. Como alternativa, la poli(vinilamina) se puede preparar mediante la derivatización de un polímero. Los ejemplos de este proceso incluyen, pero no se limitan a, la reacción de Hofmann de poliacrilamida. Se contempla que se pueden utilizar otras rutas sintéticas para obtener una poli(vinilamina) o poliamina.
[0041] En la presente divulgación se pueden utilizar dispersiones de polímeros como las descritas en la patente US 7323510, que se incorpora expresamente en el presente documento como referencia en diversas realizaciones no limitantes. Por ejemplo, en la divulgación se puede utilizar una dispersión que contiene (i) una poliacrilamida catiónica de alto peso molecular con un peso molecular promedio en peso mayor que aproximadamente 1.000.000, y (ii) un polímero dispersante catiónico de bajo peso molecular altamente cargado (derivado de más de aproximadamente el 50 %, típicamente aproximadamente el 60 % de monómeros catiónicos) con un peso molecular de entre aproximadamente 100.000 y aproximadamente 500.000. Los monómeros catiónicos típicos para los componentes de la dispersión son los enumerados para el segmento C de polímero. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0042] El porcentaje molar de B:C de monómero no iónico con respecto a monómeros catiónicos de fórmula II puede estar dentro del intervalo de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 1:99, o aproximadamente 80:20 a aproximadamente 20:80, o aproximadamente 75:25 a aproximadamente 25:75 o aproximadamente 40:60 a aproximadamente 60:40 o aproximadamente 99:1 a aproximadamente 50:50, y los más típicos son aproximadamente 99:1 a aproximadamente 90:10 donde los porcentajes molares de B y C suman aproximadamente el 100 %. Se debe entender que puede haber más de un tipo de monómero no iónico o catiónico en las fórmulas II o III. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0043] Los polímeros catiónicos o no iónicos utilizados en la divulgación se pueden fabricar y suministrar al usuario final como un polvo seco o granular, una solución acuosa, una dispersión o una emulsión inversa.
[0044] El peso molecular de los polímeros catiónicos o no iónicos puede ser de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 10 millones de Da, típicamente mayor que aproximadamente 250.000. El peso molecular de los polímeros catiónicos o no iónicos puede ser de aproximadamente 400.000 a aproximadamente 10 millones de Da. Habitualmente, un mayor peso molecular del polímero no iónico proporciona una eliminación más eficiente de la lignina soluble. Por ejemplo, cuando se utilizan polímeros no iónicos o polímeros de dispersión, lo típico es un peso molecular de aproximadamente 1 millón o más. Para polímeros catiónicos altamente cargados (más del 60 % de monómero catiónico) (DADMAC o DIMAPA o EPI-DMA), el peso molecular puede ser de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 1.000.000, o típicamente de aproximadamente 200.000 a aproximadamente 500.000. Típicamente, para polímeros catiónicos de baja carga (10 por ciento molar o menos de monómero catiónico), el peso molecular puede ser de aproximadamente 1.000.000 a aproximadamente 10.000.000 de Daltons. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0045] La dosis de polímero no iónico o catiónico es de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5, o de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 3 libras, o de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 2 libras de sólidos poliméricos (por ejemplo, polímero orgánico activo) por tonelada de pasta secada al horno (por ejemplo, sólidos de composición de pasta de fabricación seca). En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0046] Se descubrió que la eliminación de lignina soluble de la pasta papelera espesa se puede mejorar de forma sinérgica mediante la adición de enzima lacasa y polímeros no iónicos o catiónicos a la pasta papelera espesa. Se teoriza que la lacasa cataliza la polimerización y el acoplamiento oxidativo de la lignina soluble de bajo peso molecular en especies de mayor peso molecular, lo que hace que la formación de complejos de lignina soluble y su eliminación por polímeros catiónicos o no iónicos sea más eficiente.
[0047] La eliminación de lignina soluble se puede mejorar aún más combinando lacasa con la adición de coagulantes catiónicos inorgánicos como cloruro de polialuminio, alumbre (sulfato de aluminio), clorosulfato de aluminio, clorhidrato de aluminio, cloruro férrico (III), sulfato férrico (III), cloruro de hierro (II), sulfato de hierro (II), sulfato poliferroso, cualquier otro coagulante catiónico a base de aluminio o hierro conocido por los expertos en la materia. La dosis de adición de coagulantes catiónicos inorgánicos puede ser de aproximadamente 0,01 lb a aproximadamente 12 lb de sólidos secos por sólidos de fibra seca, o más específicamente de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 6 lb de sólidos secos por sólidos de fibra seca. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0048] La lacasa es una enzima de la familia de las oxidorreductasas que se sabe que cataliza la oxidación y/o reticulación de la lignina soluble y otras estructuras aromáticas. Se puede plantear la hipótesis de que la polimerización de fragmentos de lignina soluble más pequeños con una oxidorreductasa tal como la lacasa promovería la unión de la lignina soluble de mayor peso molecular con las fibras de celulosa, lo que conduciría a una reducción general de la lignina soluble en la pasta papelera espesa. Adicionalmente, se puede postular que la lignina soluble de mayor peso molecular también tendrá mayor afinidad por los polímeros catiónicos y, por lo tanto, la cooptación de la lacasa y un polímero catiónico o no iónico puede proporcionar un aumento sinérgico en la eficiencia de la eliminación de lignina soluble de las aguas de la fábrica.
[0049] La lacasa utilizada en esta solicitud puede ser de origen microbiano, fúngico o vegetal y puede utilizarse con o sin mediadores. Los mediadores son compuestos que promueven o mantienen la eficiencia de las enzimas. Para una mejor eficiencia es necesario tener presencia y afluencia de oxígeno para catalizar la oxidación y reticulación de estructuras aromáticas, en particular aquellas relacionadas con la lignina soluble. La dosis de adición de lacasa es de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1,0 lb o de aproximadamente 0,1 lb a aproximadamente 1,0 lb por tonelada de pasta secada al horno (por ejemplo, sólidos de composición de pasta de fabricación seca), en donde una libra de producto de lacasa es equivalente a aproximadamente 500.000 unidades LAMU. 1 LAMU se define como la cantidad de enzima que en condiciones estándar (pH 7,5, 30 °C) oxida 1 mmol de siringaldazina por minuto. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0050] La lacasa funciona con mayor eficiencia en un intervalo de pH de aproximadamente 5 a aproximadamente 9, más típicamente de aproximadamente 6 a aproximadamente 8, y en un intervalo de temperatura de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 75 °C, más típicamente de aproximadamente 35 °C a aproximadamente 55 °C. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0051] La técnica anterior enseñaba que el tratamiento de agua blanca sintética y agua de fábrica con lacasa no conduce a una reducción significativa en los niveles de lignina soluble (tendencias similares notificadas en X. Zhang, Pulp and Paper Canada, 101:3, 2000, p. 59-62). Sin embargo, la combinación de polímeros no iónicos o catiónicos con la enzima lacasa elimina la lignina soluble y la fija sobre la fibra celulósica de la pasta papelera espesa. La combinación del tratamiento con lacasa con la adición de polímeros no iónicos o catiónicos conduce a una mejora inesperada en la eliminación de lignina soluble. Como se ha planteado como hipótesis, el aumento del peso molecular de la lignina soluble y de las especies de lignina soluble tras el tratamiento con lacasa crea condiciones favorables para la fijación de la lignina soluble con polímeros catiónicos y no iónicos de alto peso molecular.
[0052] Las reducciones de lignina soluble se acompañan de una caída en la carga Mutek negativa tanto de las aguas generadas en el laboratorio como de las aguas de proceso de las fábricas de papel. La carga Mutek se define como una carga superficial de especies coloides en el filtrado. Dado que la lignina soluble es uno de los contribuyentes significativos a la carga Mutek negativa, se espera que las reducciones de lignina soluble reduzcan la carga Mutek negativa del agua de proceso en al menos aproximadamente -50 |iequ/l, posiblemente en aproximadamente -100 |iequ/l, o en aproximadamente -200 |iequ/l o más.
[0053] Las reducciones de lignina soluble en pasta papelera espesa mediante un tratamiento combinado de lacasa y polímero dan como resultado mejoras en la eficiencia química. Estas incluyen, pero no se limitan a, la eficiencia de los polímeros de retención y drenaje, agentes de resistencia, agentes de encolado y otros.
[0054] Se espera que las reducciones de lignina soluble en pasta papelera espesa tengan beneficios no solo en el aumento de la eficiencia química sino también en las operaciones de clarificadores primarios, plantas de digestión anaeróbica y aeróbica y en el tratamiento de aguas residuales en general debido a la eliminación de especies que son difíciles de oxidar y eliminar mediante métodos tradicionales de saneamiento de aguas. También se espera que la eliminación de lignina soluble y, por lo tanto, el aumento de la eficiencia química, reduzcan el uso de agua dulce y aumenten los recortes de agua.
[0055] Se espera que la eliminación de lignina soluble reduzca la DQO (demanda química de oxígeno) del agua de proceso y la DQO de la corriente de aguas residuales, incluidas las fracciones de DQO que son más difíciles de oxidar (o reducir) y que a menudo requieren un tratamiento terciario con el uso de agentes oxidantes. Se espera que esto a su vez haga que el tratamiento de aguas residuales sea más eficaz y menos costoso.
[0057] La lignina soluble se puede eliminar específicamente de esta manera únicamente utilizando una enzima tal como la lacasa, que modifica específicamente la lignina soluble y las estructuras de tipo lignina soluble. Las enzimas tales como la celulosa, la xilanasa, la proteasa y la esterasa no proporcionan beneficios similares para la eliminación de lignina soluble de las aguas de proceso de la fábrica.
[0059] La enzima y el polímero se pueden aplicar simultáneamente o de manera consecutiva a la pasta papelera espesa o a partes de la fabricación de papel donde el agua de proceso se mezcla con fibra celulósica, es decir, en una pasta de papel diluida o espesa. Sin embargo, la mejor eficiencia se logra con la aplicación de lacasa seguida de la adición de polímero tanto a una pasta de papel espesa, por ejemplo, una tina de mezcla, como a una tina de máquina. La pasta papelera espesa puede definirse como una mezcla de agua de proceso y fibra celulósica con una consistencia de fibra de aproximadamente un 2 % o superior, por ejemplo, de aproximadamente un 2 a aproximadamente un 3, de aproximadamente un 3 a aproximadamente un 4, de aproximadamente un 2 a aproximadamente un 4 o aproximadamente un 4 %. La aplicación de enzima y polímero en una pasta papelera espesa permite la eliminación de lignina soluble en la fibra y, por tanto, en el papel terminado.
[0061] El tratamiento propuesto puede resultar beneficioso para aumentar la eficiencia de aditivos de polímeros no solo en fábricas de papel RLB que utilizan principalmente como fuente de fibra OCC, sino también en fábricas de papel que utilizan pasta virgen, pasta desentintada (DIP), pasta Kraft sin blanquear (UBSK), pastas mecánicas como la pasta termomecánica (TMP), pastas mecánicas semiquímicas como la semiquímica de sulfito neutro (NSSC), papel de periódico recuperado, papel tisú recuperado u otras fuentes de fibra.
[0063] También se proporciona un método para aumentar la eficiencia de aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel que comprende añadir al menos una enzima lacasa y al menos un coagulante inorgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la pasta papelera espesa.
[0065] Realizaciones adicionales:
[0067] En diversas realizaciones, esto proporciona un método para aumentar la eficiencia química de aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel. El método incluye las etapas de proporcionar pasta papelera espesa que comprende lignina soluble, agua de proceso y al menos aproximadamente un 2 % en peso de fibra celulósica basándose en el peso total de pasta papelera espesa, y añadir al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la misma. Además, el polímero orgánico se elige entre polímeros catiónicos, polímeros no iónicos y combinaciones de los mismos. Este método también proporciona un método adicional para aumentar la eficiencia química de aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel. Este método incluye las etapas de proporcionar pasta papelera espesa que comprende lignina soluble, agua de proceso y al menos aproximadamente un 2 % en peso de fibra celulósica basándose en el peso total de pasta papelera espesa, y añadir al menos una enzima lacasa y al menos un coagulante inorgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la misma.
[0069] En una realización, el polímero orgánico es catiónico. En otra realización, el polímero catiónico tiene la fórmula general II: [B co C-], en donde B representa una o más unidades repetitivas no iónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos y C representa una o más unidades repetitivas catiónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos. En otra realización, el porcentaje molar de B:C de monómero no iónico con respecto a monómero catiónico de fórmula II es de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 1:99, o de aproximadamente 80:20 a aproximadamente 20:80, o de aproximadamente 75:25 a aproximadamente 25:75 o de aproximadamente 40:60 a aproximadamente 60:40 o de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 50:50. En una realización adicional, el porcentaje molar de B:C de monómero no iónico con respecto a monómero catiónico de fórmula II es de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 90:10. En otra realización más, el polímero orgánico tiene la fórmula general II: [C-], donde C representa una o más unidades repetitivas catiónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos. En una realización adicional, el polímero catiónico o no iónico se elige entre poliacrilamidas catiónicas, polivinilaminas, polietileniminas, polímeros de cloruro de dialildimetilamonio, polímeros de trialquilaminoalquil (met)acrilamida, copolímeros de epiclorhidrina-dimetilamina, polímeros de óxido de polietileno, copolímeros de óxido de polietileno/óxido de polipropileno, polioxazolinas y combinaciones de los mismos. Como alternativa, las poliacrilamidas catiónicas se derivan de al menos un monómero elegido entre cloruro de dialildimetilamonio, (met)acrilato de N,N,N-trialquilaminoalquilo, N,N,N-trialquilaminoalquil (met)acrilamida, epiclorhidrina-dimetilamina y combinaciones de los mismos. Además, el polímero catiónico puede incluir una polivinilamina, en donde la polivinilamina se deriva de al menos un monómero elegido entre N-vinilformamida, N-vinilmetilformamida, N-vinilftalimida, N-vinilsuccinimida, N-vinil-t-butilcarbamato, N-vinilacetamida y mezclas de cualquiera de los anteriores, en donde típicamente al menos un monómero es N-vinilformamida. En otra realización, el polímero catiónico es una dispersión de polímero que comprende (i) una poliacrilamida catiónica de alto peso molecular y (ii) un polímero dispersante catiónico altamente modificado de bajo peso molecular. En otra realización, el peso molecular promedio en peso del polímero no iónico o catiónico es de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 10 millones de Da, y típicamente aproximadamente 400.000 a aproximadamente 10 millones de Da. Como alternativa, el polímero orgánico es no iónico. Además, el peso molecular promedio en peso del polímero no iónico puede ser de aproximadamente 400.000 a aproximadamente 10 millones de Da, y típicamente aproximadamente 1.000.000 a aproximadamente 10.000.000 de Da. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0071] En otras realizaciones, la divulgación proporciona un método para aumentar la eficiencia de aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel que comprende añadir al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la pasta papelera espesa; en donde el orgánico incluye polímero de óxido de polietileno con un peso molecular promedio en peso de más de aproximadamente 1.000.000 y menos de aproximadamente 10 millones de Daltons. Como alternativa, la divulgación proporciona un método para aumentar la eficiencia de aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel que comprende añadir al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la pasta papelera espesa; en donde el polímero orgánico incluye poliacrilamida catiónica con un peso molecular promedio de más de aproximadamente 200.000 y menos de aproximadamente 10 millones de Daltons. Además, la dosis de lacasa en la pasta papelera espesa es de aproximadamente 0,01 lb a aproximadamente 5,0 lb de producto, más típicamente de aproximadamente 0,1 lb a aproximadamente 1,0 lb por tonelada de pasta secada al horno (por ejemplo, sólidos de composición de pasta de fabricación seca). En otras realizaciones, el polímero orgánico se añade a la pasta papelera espesa en una cantidad de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5, o aproximadamente 0,1 a aproximadamente 3 libras de sólidos de polímero (por ejemplo, polímero orgánico activo) por tonelada de pasta secada al horno (por ejemplo, sólidos de composición de pasta de fabricación seca). En todavía otras realizaciones, la al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico se añaden de manera secuencial a la pasta papelera espesa, en donde la pasta papelera espesa puede ser una suspensión densa de agua de proceso y fibra celulósica con una consistencia de aproximadamente el 2 % o más. Como alternativa, la al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico se añaden de manera concurrente a la pasta papelera espesa, en donde la pasta papelera espesa puede definirse como una suspensión densa de agua de proceso y fibra celulósica con una consistencia de aproximadamente el 2 % o más. En realizaciones adicionales, el polímero orgánico incluye un homopolímero. Como alternativa, el polímero orgánico incluye un copolímero. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0073] En todavía otras realizaciones, la eliminación de lignina soluble se supervisa mediante la reducción de la absorbancia en los espectros UV-VIS a aproximadamente 280 nm y la reducción de la absorbancia es de aproximadamente el 5 % o más después de aproximadamente 24 horas en comparación con el sistema antes de que la lacasa y el polímero catiónico o no iónico se añadan a la pasta papelera espesa. Como alternativa, la pasta gruesa incluye una fuente de fibra celulósica, en donde la fuente de fibra celulósica se elige entre OCC, pasta desentintada, fibra virgen, pasta mecánica, pasta Kraft sin blanquear o mezclas de las mismas. Aún más, la pasta papelera espesa puede incluir una fuente de fibra celulósica, en donde la fuente de fibra celulósica incluye papel reciclado. En otras realizaciones, al menos un aditivo químico en el sistema de fabricación de papel se elige entre polímeros de retención y drenaje, agentes de resistencia y agentes de encolado y combinaciones de los mismos. En todavía realizaciones adicionales, la DQO se reduce en al menos aproximadamente un 5 % en las corrientes de agua de proceso o de aguas residuales en comparación con la DQO en comparación con el sistema antes de que se añadieran la lacasa y el polímero catiónico o no iónico a la pasta papelera espesa. Además, el método puede incluir además la adición de coagulantes inorgánicos a la pasta papelera espesa. En otras realizaciones, los coagulantes inorgánicos se eligen entre sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio, cloruro de polialuminio, sulfato de polialuminio, cloruro de hierro (III), sulfato de hierro (III), cloruro de hierro (II), sulfato de hierro (II), sulfato poliferroso y combinaciones de los mismos. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0075] Esta divulgación también proporciona un método, no de acuerdo con las reivindicaciones, que incluye las etapas de proporcionar pasta papelera espesa que comprende lignina soluble, agua de proceso y al menos aproximadamente el 2 % en peso de fibra celulósica basándose en el peso total de pasta papelera espesa, y añadir al menos una enzima lacasa y al menos un coagulante inorgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la misma. En diversas realizaciones, la dosis de lacasa en la pasta papelera espesa es de aproximadamente 0,01 lb a aproximadamente 5,0 lb de producto y, más típicamente, de aproximadamente 0,1 lb a aproximadamente 1,0 lb por tonelada de pasta secada al horno (por ejemplo, sólidos de composición de pasta de fabricación seca). En otras realizaciones, el coagulante catiónico inorgánico se añade al sistema de fabricación de papel en una cantidad de aproximadamente 0,01 lb a aproximadamente 12 lb de sólidos secos por tonelada de sólidos de fibra seca, o más específicamente de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 6 lb de sólidos secos por tonelada de sólidos de fibra seca. En otras realizaciones, al menos una enzima lacasa y al menos un coagulante catiónico inorgánico se añaden de manera secuencial a la pasta papelera espesa en la pasta de papel espesa, en donde la pasta papelera espesa puede definirse como una suspensión densa de agua de proceso y fibra celulósica con una consistencia de aproximadamente el 2 % o más. En todavía otras realizaciones, la al menos una enzima lacasa y al menos un coagulante catiónico inorgánico se añaden de manera concurrente a la pasta papelera espesa, en donde la pasta papelera espesa puede definirse como una suspensión densa de agua de proceso y fibra celulósica con una consistencia de aproximadamente el 2 % o más. Además, la eliminación de lignina soluble se puede supervisar mediante la reducción de la absorbancia en los espectros UV-VIS a 280 nm y la reducción de la absorbancia es de aproximadamente el 5 % o más después de aproximadamente 24 horas en comparación con el sistema antes de que la lacasa y el coagulante catiónico inorgánico se añadieran a la pasta papelera espesa. En realizaciones adicionales, la pasta papelera espesa incluye una fuente de fibra celulósica, en donde la fuente de fibra celulósica se elige entre OCC, pasta desentintada, fibra virgen, pasta mecánica, pasta Kraft sin blanquear o mezclas de las mismas. Adicionalmente, la pasta papelera espesa puede incluir una fuente de fibra celulósica, en donde la fuente de fibra celulósica incluye papel reciclado. En realizaciones alternativas, al menos un aditivo químico en el sistema de fabricación de papel se elige entre polímeros de retención y drenaje, agentes de resistencia y agentes de encolado y combinaciones de los mismos. En otras realizaciones, la DQO se reduce en al menos aproximadamente un 5 % en las corrientes de agua de proceso o aguas residuales en comparación con la DQO en comparación con el sistema antes de que se añadieran la lacasa y el coagulante catiónico inorgánico a la pasta de papel espesa. Además, los coagulantes inorgánicos pueden elegirse entre sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio, cloruro de polialuminio, sulfato de polialuminio, cloruro de hierro (III), sulfato de hierro (III), cloruro de hierro (II), sulfato de hierro (II), sulfato poliferroso y combinaciones de los mismos. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0077] En diversas realizaciones, esta divulgación proporciona un método para aumentar la eficiencia de aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel, en donde el método incluye la etapa de proporcionar pasta papelera espesa que comprende lignina soluble, agua de proceso y al menos aproximadamente un 2 % en peso de fibra celulósica basándose en el peso total de pasta papelera espesa, y añadir al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la misma. Además, el polímero orgánico se elige entre polímeros catiónicos, polímeros no iónicos y combinaciones de los mismos. En otra realización, la pasta papelera espesa incluye al menos aproximadamente un 3 o un 4 % en peso de las fibras celulósicas basándose en un peso total del agua de proceso. En dichas realizaciones, las fibras celulósicas se derivan de pasta NSSC, pasta OCC, pasta desentintada, fibra virgen, pasta mecánica, pasta Kraft sin blanquear o combinaciones de las mismas. En una realización adicional, el polímero orgánico es catiónico y tiene la fórmula general II: [B-co-C] (II) en donde B es una o más unidades repetitivas no iónicas formadas después de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos, C es una o más unidades repetitivas catiónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos, y -co- es indicativo de que el polímero es un copolímero de B y C. En otra realización, un porcentaje molar de B:C del monómero no iónico con respecto al monómero catiónico de fórmula II es de aproximadamente 75:25 a aproximadamente 25:75. En todavía otra realización, el polímero orgánico tiene la fórmula general III: [-C-] en donde C es una o más unidades repetitivas catiónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos. En una realización adicional, el polímero orgánico se elige entre poliacrilamidas catiónicas, polivinilaminas, polietileniminas, polímeros de cloruro de dialildimetilamonio, polímeros de trialquilaminoalquil (met)acrilamida, copolímeros de epiclorhidrina-dimetilamina, polímeros de óxido de polietileno, copolímeros de óxido de polietileno-óxido de polipropileno, polioxazolinas y combinaciones de los mismos. En todavía una realización adicional, las poliacrilamidas catiónicas se derivan de al menos un monómero elegido entre cloruro de dialildimetilamonio, (met)acrilato de N,N,N-trialquilaminoalquilo, N,N,N-trialquilaminoalquil (met)acrilamida, epiclorhidrina-dimetilamina y combinaciones de los mismos. En otra realización, el polímero catiónico incluye una polivinilamina derivada de al menos un monómero elegido entre N-vinilformamida, N-vinilmetilformamida, N-vinilftalimida, N-vinilsuccinimida, N-vinil-t-butilcarbamato, N-vinilacetamida y combinaciones de los mismos. En otra realización más, el polímero orgánico es una dispersión de polímero que comprende (i) una poliacrilamida catiónica de alto peso molecular que tiene un peso molecular promedio en peso de más de aproximadamente 1.000.000 g/mol y (ii) un polímero dispersante catiónico de bajo peso molecular derivado de más de aproximadamente el 50 % en peso de monómeros catiónicos y que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 500.000 g/mol. En una realización adicional, el peso molecular promedio en peso del polímero no iónico o catiónico es de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 10 millones de Da. En otra realización, el polímero orgánico es no iónico y tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1.000.000 a aproximadamente 10.000.000 de Da. En otra realización, el polímero orgánico es un polímero de óxido de polietileno que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1.000.000 e inferior a aproximadamente 10 millones de Da. En una realización adicional, el polímero orgánico es poliacrilamida catiónica que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 200.000 e inferior a aproximadamente 10 millones de Da. En otra realización, la enzima lacasa se añade a la pasta papelera espesa en una cantidad de aproximadamente 0,1 libras a aproximadamente 1,0 libra por tonelada de sólidos de composición de pasta de fabricación secada al horno. En otra realización, el polímero orgánico se añade a la pasta papelera espesa en una cantidad de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5 libras secas del polímero orgánico (por ejemplo, polímero orgánico activo) por tonelada de sólidos de composición de pasta de fabricación seca. En una realización adicional, la reducción en la cantidad de lignina soluble en la pasta papelera espesa se evidencia por al menos una reducción del 5 % en la absorbancia en un espectro UV-VIS medido a aproximadamente 280 nm después de 24 horas en comparación con el agua de proceso que está libre de la al menos una enzima lacasa y el al menos un polímero orgánico. En otra realización, el agua de proceso presenta una demanda química de oxígeno que se reduce en al menos aproximadamente un 5 % en comparación con la demanda química de oxígeno del agua de proceso que está libre de la al menos una enzima lacasa y el al menos un polímero orgánico. En una realización adicional, el método incluye la etapa de añadir un coagulante inorgánico a la pasta papelera espesa, en donde el coagulante inorgánico se elige entre sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio, cloruro de polialuminio, sulfato de polialuminio, cloruro de hierro (III), sulfato de hierro (III), cloruro de hierro (II), sulfato de hierro (II), sulfato poliferroso y combinaciones de los mismos. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0078] En otra realización más, esta divulgación proporciona un método adicional para aumentar la eficiencia química de aditivos químicos en un sistema de fabricación de papel. Este método incluye las etapas de proporcionar pasta papelera espesa que comprende lignina soluble, agua de proceso y al menos aproximadamente un 2 % en peso de fibra celulósica basándose en el peso total de pasta papelera espesa, y añadir al menos una enzima lacasa y al menos un coagulante inorgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la misma. En diversas realizaciones, el coagulante inorgánico se elige entre sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio, cloruro de polialuminio, sulfato de polialuminio, cloruro de hierro (III), sulfato de hierro (III), cloruro de hierro (II), sulfato de hierro (II), sulfato poliferroso y combinaciones de los mismos. En diversas realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores, incluidos y entre los establecidos anteriormente, se contemplan expresamente para su uso en el presente documento.
[0079] EJEMPLOS
[0080] La enzima lacasa (EC 1.10.3.2) utilizada en estos estudios está disponible en el mercado de Solenis LLC (producto enzimático DPC-757). La actividad del producto de la enzima lacasa se informa como unidades de lacasa basadas en la tasa de oxidación del sustrato bien conocido, siringaldazina. Una libra de DPC-757 equivale aproximadamente a 500.000 unidades LAMU.
[0081] Los productos poliméricos utilizados en esta prueba son Perform PK2320 (dispersión en agua de poliacrilamida catiónica, activa al 28%), Hercobond 5475 (producto en polvo de poliacrilamida catiónica al 10% molar, activa al 100 %) y Zalta MF 3000 (producto de dispersión de óxido de polietileno activa al 25 %), todos productos de Solenis LLC. Los niveles de adición de polímeros se dan en libras de polímero activo por tonelada de papel seco. Los polímeros y las enzimas se disuelven en agua para formar soluciones de 2500 ppm antes de añadirlos al agua de proceso o a la pasta de papel.
[0082] Polímeros
[0083] El agua blanca sintética utilizada para las pruebas se obtuvo mediante la adición de varios componentes inorgánicos (cloruro de calcio, sulfato de sodio y acetato de sodio) y componentes orgánicos (almidón aniónico, lignina soluble, poliacrilato de sodio, oleato de sodio, ácido acético y ácido galacturónico). La conductividad de las mezclas resultantes estuvo dentro del intervalo de 4.700-5.000 uS/cm y el pH dentro del intervalo de 6,1-6,3. Los experimentos se llevaron a cabo a escala de 250 o 500 g con una mezcla moderada y temperaturas cercanas a 40-45 °C. Como fuente de fibra se utilizaron OCC " envases de cartón corrugado antiguos" con una consistencia del 4 %. El OCC se refinó a un grado de refino de 340 C.S.F. antes de su uso.
[0084] La absorbancia UV-VIS para todos los ejemplos se realizó de la siguiente manera. Después del tratamiento, las suspensiones de fibra se filtraron a través de un tamiz de 355 micrones y los filtrados se diluyeron 10 veces y se analizaron mediante espectrometría UV-VIS a 280 nm para determinar el contenido de lignina soluble. Basándose en los valores de absorbancia UV-VIS se calcularon los % de reducción de lignina soluble.
[0085] Ejemplo 1:
[0086] Se llevaron a cabo pruebas en una suspensión densa de fibra/agua para imitar las condiciones del tratamiento de pasta de papel espesa para OCC. El agua blanca sintética se preparó de acuerdo con la receta descrita anteriormente con una conductividad resultante de 4700 uS/cm y un pH de 6,2. Al agua blanca sintética se le añadió fibra para OCC deshidratada de una consistencia de OD del 25 % en cantidades tales que la consistencia resultante de la suspensión densa de fibra fuera cercana al 4 %. Se midió la cantidad de lignina soluble en la pasta papelera espesa y fue de 300 ppm. A continuación, la suspensión densa de fibra resultante se dividió en cuatro recipientes separados, se añadieron los tratamientos y a continuación las suspensiones densas se colocaron en un baño a 45 °C y se mezclaron moderadamente durante 30 minutos. Después del tratamiento, las suspensiones densas de fibra se filtraron a través de un tamiz de 355 micrones, los filtrados se diluyeron 10 veces y se analizaron mediante espectrometría UV-VIS a 280 nm para determinar el contenido de lignina soluble. Basándose en los valores de absorbancia UV-VIS se calcularon los % de reducciones de lignina.
[0087] La adición de lacasa solamente (1 lb/tonelada) no produjo cambios significativos en el contenido de lignina soluble (-1,0 %), como se muestra en los resultados en la tabla 1 y la figura 1. La adición del producto polimérico Perform PK2320 (1 lb/tonelada) de Solenis LLC dio como resultado una reducción del 39,3 % de lignina en la fase soluble. El tratamiento con lacasa combinado con la adición de Perform PK2320 (1 lb/tonelada cada uno) dio como resultado una mejora adicional de la eliminación de lignina al 46,6 %. La combinación de polímero y lacasa es sinérgica en la eliminación de lignina soluble de la fase soluble. Como se establece a continuación, la tabla 1 incluye datos relacionados con la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de lacasa, el producto polimérico Perform PK2320 y sus combinaciones.
[0089] TABLA 1
[0092]
[0095] También se observa una mejora en la eliminación de lignina a dosis más bajas de lacasa y polímero. La tabla 2 y la figura 2 describen la eliminación de lignina por lacasa y el polímero Perform PK 2320 a 0,5 lb/tonelada tanto para la enzima como para el polímero. Como en el ejemplo anterior, la adición de lacasa solamente no dio como resultado ninguna reducción significativa en la lignina soluble (2,5 %). La adición de 0,5 lb/tonelada de producto polimérico dio como resultado una eliminación moderada de lignina del 14,5%. La aplicación de la enzima lacasa seguida de polímero mejoró la eliminación de lignina al 23,0 %. Como se establece a continuación, la tabla 2 incluye datos relacionados con la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de lacasa, el producto polimérico Perform PK2320 y sus combinaciones a una dosis de 0,5 lb/tonelada.
[0097] TABLA 2
[0100]
[0103] Ejemplo 2
[0104] Se puso a prueba una combinación de Zalta MF 3000 (óxido de polietileno de alto peso molecular, producto de dispersión de PEO) y lacasa. La adición de lacasa solamente (1 lb/tonelada) no dio como resultado cambios significativos en el contenido de lignina soluble (2,1 %), véanse, por ejemplo, los resultados en la tabla 3 y la figura 3. La adición del producto polimérico PEO (1 lb/tonelada) dio como resultado una reducción del 44,2 % de lignina en la fase soluble. El tratamiento con lacasa combinado con la adición de un producto polimérico PEO (1 lb/tonelada cada uno) dio como resultado una mejora adicional de la eliminación de lignina al 52,1 %. La combinación de polímero de óxido de polietileno y enzima lacasa es sinérgica en la eliminación de lignina de la fase soluble. Como se establece a continuación, la Tabla 3 incluye datos relacionados con la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de la enzima lacasa y el producto polimérico Zalta MF3000 (óxido de polietileno) y su combinación.
[0106] TABLA 3
[0109]
[0112] Ejemplo 3
[0113] Este experimento muestra que el efecto del polímero de lacasa es muy específico y que otras enzimas combinadas con diversos polímeros no funcionan y no mejoran la eliminación de lignina. Por ejemplo, se repitió el método del ejemplo 1 excepto que se utilizó xilanasa en lugar de lacasa. Al igual que en el ejemplo 1 anterior, tanto la enzima como el polímero se pusieron a prueba a 1 lb/tonelada. La adición de xilanasa solamente (1 lb/tonelada) no dio como resultado cambios significativos en el contenido de lignina soluble, como se muestra en los resultados en la tabla 4 y la figura 4. La adición del producto polimérico Perform PK2320 (1 lb/tonelada) dio como resultado una reducción del 32 % de lignina en la fase soluble. El tratamiento con xilanasa combinado con la adición de Perform PK2320 (1 lb/tonelada cada uno) no dio como resultado ninguna mejora adicional en la eliminación de lignina. Esta cayó un 3,5 % con la adición de xilanasa. La xilanasa no ayudó a eliminar la lignina soluble del agua de proceso. La xilanasa no mejora la eliminación de lignina cuando se combina con polímero. Como se establece a continuación, la tabla 4 incluye datos relacionados con la eliminación de lignina soluble mediante la aplicación de la enzima xilanasa y el producto polimérico PK2320 y su combinación.
[0115] TABLA 4
[0118]
[0121] Ejemplo 4
[0122] En el ejemplo 4 se utilizó agua blanca procedente de una fábrica RLB (cartón de revestimiento reciclado) 100% cerrado. Se añadió fibra de OCC deshidratada para alcanzar una consistencia final de fibra de celulosa cercana al 4 %. A continuación, las muestras (500 g cada una) se colocaron en un baño a 45 °C durante 30 minutos, en donde la mitad de las muestras se trataron con 0,25 lb/tonelada de enzima lacasa seguida de la adición de 1,0 lb/tonelada de Perform PK 2320. La otra mitad de las muestras no fueron tratadas ni con enzima ni con polímero. Después de 30 minutos, todas las muestras se retiraron del baño, se enfriaron hasta temperatura ambiente y se filtraron a través de un filtro de 355 micrones. Los filtrados se recogieron, se analizaron mediante UV-VIS a 280 nm y para carga Mutek, y a continuación se utilizaron en pruebas de drenaje. Los resultados se exponen en la tabla 5 a continuación. La carga Mutek se midió con el detector de carga de partículas Mutek PCD-02 utilizando una solución de polidadmac 0,001 mol/l como titulante. Los filtrados se diluyeron 5 veces antes de las mediciones de Mutek.
[0123] La actividad de drenaje de la divulgación se determinó utilizando un analizador de drenaje dinámico, equipo de prueba disponible de A<b>Akribi Kemikonsulter, Sundsvall, Suecia. El dispositivo de prueba aplica un vacío de 300 mbar a la parte inferior del medio de separación. El dispositivo mide electrónicamente el tiempo transcurrido entre la aplicación de vacío y el punto de ruptura del vacío, es decir, el momento en el que la interfaz aire/agua pasa a través de la estera de fibra engrosada. Notifica este valor como el tiempo de drenaje. Es típico un tiempo de drenaje más bajo. Se añaden 500 ml de pasta de papel al DDA y la prueba de drenaje se lleva a cabo a un vacío instrumental total de 300 mbar de presión.
[0124] Para las pruebas de drenaje, se añadió fibra de OCC deshidratada (consistencia del 25 %) a filtrados de agua blanca tratados o no tratados para generar una suspensión densa de fibra/agua blanca con una consistencia del 0,7 %. Las pruebas de drenaje se llevaron a cabo con o sin ayudante de drenaje, Hercobond 5475 (10 % molar de poliacrilamida catiónica). La tabla 6 y la figura 5 a continuación resumen los resultados de la prueba de drenaje. Los resultados de las pruebas indican que el tratamiento de agua blanca con enzima y polímero catiónico da como resultado lignina soluble (Abs. a 280 nm medido después de una dilución de 10 veces) y disminuciones de la carga Mutek negativa (véanse los resultados en la tabla 5) y, finalmente, reducciones del tiempo de drenaje (tabla 6). Los resultados también indican que los tiempos de drenaje en agua original ("sucia") no cambian con un aumento en la carga de ayuda de drenaje de 1 a 2 lb/tonelada (véanse la tabla 6 y la figura 5). Los ejemplos 6-3 y 6-5 muestran un drenaje aproximadamente igual con diferentes dosis de ayudante de drenaje. Se contrasta esto con un sistema tratado; los ejemplos tratados 6-4 y 6-6 dan como resultado un drenaje mejorado y un ayudante de drenaje más eficiente. En el agua de fábrica tratada, los tiempos de drenaje continúan disminuyendo a medida que aumenta la dosis del polímero de drenaje de 1 a 2 lb/tonelada.
[0125] Además, en agua tratada, el tiempo de drenaje incluso con 1 lb/tonelada de Hercobond 5475 es de 11,28 segundos y es menor que el tiempo de drenaje con la adición de 2 lb/tonelada del mismo polímero al agua no tratada, 12,08 segundos. Por lo tanto, la eficiencia del ayudante polimérico aumenta con el tratamiento de agua con enzima/polímero y la dosis del ayudante de drenaje se puede reducir al menos en un 50 %.
[0126] Estos datos demuestran la mejora en la eficiencia del ayudante de drenaje Hercobond 5475 en agua blanca proveniente de una fábrica de cartón de revestimiento 100 % cerrada. El tratamiento de pasta de papel espesa con una combinación de enzima y polímero da como resultado reducciones en los tiempos de drenaje, de modo que la eficiencia del polímero a 1 lb/tonelada en agua tratada supera el rendimiento del polímero en agua de proceso no tratada a un nivel de 2 lb/tonelada. Como se establece a continuación, la tabla 5 incluye datos relacionados con la lignina soluble y las reducciones de carga Mutek negativa en filtrados tratados (lacasa/Perform PK 2320, 0,25/1,0 lb/tonelada añadidos a la pasta de papel espesa) frente a los no tratados.
[0128] TABLA 5
[0130]
[0133] Como se establece a continuación, la tabla 6 incluye datos relacionados con Hercobond 5475 en filtrados tratados (lacasa/Perform PK2320, 0,25/1,0 lb/tonelada añadidos a la pasta de papel espesa) y no tratados.
[0135] TABLA 6
[0138]
[0141] Ejemplo 5
[0142] En esta prueba se utilizó agua blanca sintética. Se añadió fibra de OCC deshidratada al agua blanca para generar una consistencia fibra/agua cercana al 4 %. A continuación, las muestras (500 g cada una) se colocaron en un baño a 45 °C durante 30 minutos, en donde algunas de las muestras no fueron tratadas, otras fueron tratadas solo con 0,5 lb/tonelada de enzima lacasa, o 0,5 lb/tonelada de lacasa seguidas de la adición de 1,0 lb/tonelada de Perform PK 2320. Después de 30 minutos, todas las muestras se retiraron del baño, se enfriaron hasta temperatura ambiente y se filtraron a través de un filtro de 355 micrones. Los filtrados se recogieron, se analizaron mediante UV-VIS a 280 nm y a continuación se utilizaron en pruebas de drenaje.
[0143] Para las pruebas de drenaje, se añadió fibra de OCC deshidratada (consistencia del 25 %) a filtrados de agua blanca tratados o no tratados para generar una suspensión densa de fibra/agua blanca con una consistencia del 0,7 %. Los filtrados con tratamiento de pasta de papel espesa solo con enzima se trataron adicionalmente con Perform PK2320 en la pasta de papel diluida, 1 lb/tonelada antes de la prueba de drenaje. Las pruebas de drenaje se llevaron a cabo con o sin ayuda de drenaje, Hercobond 5475. La Tabla 7 a continuación resume los resultados de la prueba de drenaje y los datos UV-VIS (de muestras diluidas 10 veces) a 280 nm para muestras con y sin tratamiento de pasta de papel espesa con combinación de lacasa/polímero frente a tratamiento de pasta de papel espesa con lacasa seguido de tratamiento de pasta de papel diluida con polímero.
[0144] TABLA 7
[0146]
[0149] Los datos de pruebas indican que los tiempos de drenaje son los más bajos con un tratamiento doble con enzima/polímero de pasta de papel espesa. El tratamiento enzimático de una pasta de papel espesa seguido de la adición de polímero a una pasta de papel diluida no es tan eficiente: los tiempos de drenaje son más altos. La misma tendencia se observa en los datos de UV-VIS. La mayor disminución en la absorbancia UV-VIS a 280 nm se registra para los filtrados con tratamiento doble de pasta de papel espesa con enzima/polímero. El tratamiento enzimático de la pasta de papel espesa no reduce la absorbancia UV-VIS: las especies de lignina soluble no disminuyen con la adición de lacasa solamente (0,461 frente a 0,435), incluso crecen ligeramente.
[0151] Ejemplo 6
[0153] En esta prueba se utilizó agua blanca sintética. Se añadió fibra de OCC deshidratada al agua blanca para generar una consistencia de pasta de papel espesa cercana al 4 %. A continuación, se colocaron muestras de 500 g en un baño a 45 °C durante 30 minutos, en donde algunas muestras no fueron tratadas, otras fueron tratadas con 1 lb/tonelada de Perform PK2320, o con 1 lb/tonelada de enzima lacasa seguida de 1 lb/tonelada de Perform PK2320, y finalmente con 1,0 lb/tonelada de lacasa seguida de 3,0 lb/tonelada de Perform PK2320. Después de 30 minutos, todas las muestras se retiraron del baño, se enfriaron hasta temperatura ambiente y se filtraron a través de un filtro de 355 micrones. Los filtrados se recogieron y analizaron mediante UV-VIS a 280 nm para la determinación de lignina soluble. Adicionalmente, se analizaron los filtrados para determinar el contenido de DQO. Los resultados de las pruebas resumidos en la tabla 8 a continuación indican que las reducciones de lignina con el tratamiento de pasta de papel espesa con enzima polímero se traducen en reducciones adicionales del 8 al 10 % en el contenido de DQO del agua blanca.
[0156] TABLA 8
[0158]
[0161] A continuación, los mismos filtrados se cargaron con lodos anaeróbicos y nutrientes y se colocaron en un baño a 40 °C durante 8 días para imitar las condiciones del tratamiento de la planta digestora anaeróbica. Después de 8 días, se recogieron muestras de filtrado y se volvió a analizar su contenido de DQO. Los análisis realizados después del tratamiento anaeróbico demuestran reducciones adicionales en la DQO de los filtrados. En este caso, las muestras tratadas con enzimas y polímeros incluyeron aproximadamente un 50 % menos de DQO en comparación con las muestras "sin tratamiento". El tratamiento de pasta de papel espesa con enzimas y polímeros facilita la reducción del contenido de DQO mediante la eliminación de lignina soluble y proporciona una ventaja significativa en la eliminación de DQO (50 % más de disminución) cuando se utiliza el tratamiento de digestión anaeróbica.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
1. Un método para eliminar lignina soluble para aumentar la eficiencia química de aditivos para la fabricación de papel en un sistema de fabricación de papel, comprendiendo dicho método las etapas de:
proporcionar pasta papelera espesa que comprende lignina soluble, agua de proceso y al menos aproximadamente un 2 % en peso de fibra celulósica basándose en el peso total de pasta papelera espesa, y añadir al menos una enzima lacasa y al menos un polímero orgánico a la pasta papelera espesa para reducir la cantidad de lignina soluble en la misma;
en donde el polímero orgánico se elige entre polímeros catiónicos, polímeros no iónicos y combinaciones de los mismos;
en donde la enzima lacasa se añade al agua de proceso en una cantidad de aproximadamente 4,54 gramos (0,01 libras) a aproximadamente 453,59 g (1,0 libras) por tonelada de pasta secada al horno;
en donde el polímero orgánico se añade al agua de proceso en una cantidad de aproximadamente 22,68 gramos secos (0,05 libras secas) a aproximadamente 2267,96 gramos secos (5 libras secas) del polímero orgánico por tonelada de pasta secada al horno.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la pasta papelera espesa comprende al menos aproximadamente un 3 % en peso de las fibras celulósicas basándose en un peso total de la pasta papelera espesa y en donde las fibras celulósicas se derivan de pasta NSSC, pasta OCC, pasta desentintada, fibra virgen, pasta mecánica, pasta Kraft sin blanquear o combinaciones de las mismas.
3. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el polímero orgánico es catiónico y tiene la fórmula general II:
[B-co-C] (II)
en donde B es una o más unidades repetitivas no iónicas formadas después de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos, C es una o más unidades repetitivas catiónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos, y -co- es indicativo de que el polímero es un copolímero de B y C.
4. El método de la reivindicación 3, en donde un porcentaje molar de B:C del monómero no iónico con respecto al monómero catiónico de fórmula II es de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 50:50.
5. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el polímero orgánico tiene la fórmula general III:
[-C-]
en donde C es una o más unidades repetitivas catiónicas diferentes formadas después de la polimerización de uno o más monómeros catiónicos.
6. El método de la reivindicación 1 o 2, donde el polímero orgánico se elige entre poliacrilamidas catiónicas, polivinilaminas, polietileniminas, polímeros de cloruro de dialildimetilamonio, polímeros de trialquilaminoalquil (met)acrilamida, copolímeros de epiclorhidrina-dimetilamina, polímeros de óxido de polietileno, copolímeros de óxido de polietileno-óxido de polipropileno, polioxazolinas y combinaciones de los mismos.
7. El método de la reivindicación 6, en donde el polímero orgánico se elige entre las poliacrilamidas catiónicas y en donde las poliacrilamidas catiónicas se derivan de al menos un monómero elegido entre cloruro de dialildimetilamonio, (met)acrilato de N,N,N-trialquilaminoalquilo, N,N,N-trialquilaminoalquil (met)acrilamida, epiclorhidrina-dimetilamina y combinaciones de los mismos.
8. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el polímero orgánico es catiónico y en donde el polímero catiónico comprende una polivinilamina derivada de al menos un monómero elegido entre N-vinilformamida, N-vinilmetilformamida, N-vinilftalimida, N-vinilsuccinimida, N-vinil-t-butilcarbamato, N-vinilacetamida y combinaciones de los mismos.
9. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el polímero orgánico es una dispersión de polímero que comprende (i) una poliacrilamida catiónica de alto peso molecular que tiene un peso molecular promedio en peso de más de aproximadamente 1.000.000 g/mol y (ii) un polímero dispersante catiónico de bajo peso molecular derivado de más de aproximadamente el 50 % en peso de monómeros catiónicos y que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 500.000 g/mol.
10. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el peso molecular promedio en peso del polímero no iónico o catiónico es de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 10 millones de Da, como alternativa en donde el polímero orgánico es no iónico y tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1.000.000 a aproximadamente 10.000.000 Da, como alternativa el polímero orgánico es un polímero de óxido de polietileno que tiene un peso molecular promedio en peso de más de aproximadamente 1.000.000 y menos de aproximadamente 10 millones de Da, o como alternativa el polímero orgánico es poliacrilamida catiónica que tiene un peso molecular promedio en peso de más de aproximadamente 200.000 y menos de aproximadamente 10 millones de Da.
11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10 que comprende además la etapa de añadir un coagulante inorgánico al agua de proceso, en donde el coagulante inorgánico se elige entre sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio, cloruro de polialuminio, sulfato de polialuminio, cloruro de hierro (III), sulfato de hierro (III), cloruro de hierro (II), sulfato de hierro (II), sulfato poliferroso y combinaciones de los mismos.
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