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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Behandlung von Papierherstellungs-Preßfilzen
und zur Reduzierung oder Eliminierung der Notwendigkeit zur diskontinuierlichen
Reinigung. Insbesondere betrifft die Erfindung die kontinuierliche
oder unterbrochene Behandlung von Preßfilzen mit Enzymen, allein
oder in Kombination mit Filzreinigungschemikalien, um die Ablagerung
oder das Auffüllen
auf oder innerhalb der Filzstruktur zu inhibieren.
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Diskussion und Hintergrund
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Papier
wird in einer kontinuierlichen Weise aus einer faserförmigen Suspension
(Zellstoffeintrag) erzeugt, die allgemein aus Wasser und Cellulosefasern
hergestellt wird. Ein typisches Papierherstellungsverfahren besteht
aus drei Stufen: Formen, Pressen und Trocknen. In der Formstufe
wird verdünnter
Zellstoffeintrag auf einem Sieb oder zwischen zwei Sieben ausgerichtet.
Die Mehrheit des Wassers wird aus dem Zellstoffeintrag durch das
Sieb ablaufen gelassen, wodurch eine nasse Papierbahn geschaffen
wird. In der Preßstufe kommt
die Papierbahn mit einem oder allgemein mehreren porösen Preßfilzen
in Kontakt, die zur Extraktion von viel von dem verbleibenden Wasser
aus der Bahn verwendet werden. Häufig
ist der Abnahmefilz der erste Filz, den die nasse Papierbahn kontaktiert
und der zur Entfernung der Papierbahn vom Sieb, über eine hinter dem Filz positionierte
Saugabnahmewalze und dann zum Transport der Papierbahn zum Rest
der Pressenpartie verwendet wird. Die Papierbahn gelangt dann allgemein
durch eine oder mehrere Pressen, die jeweils aus rotierenden Preßwalzen
und/oder stationären
Elementen wie Preßschuhen
bestehen, die in enger Nähe zueinander
positioniert sind, wodurch gebildet wird, was gemeinhin als Preßspalt bezeichnet
wird. In jedem Spalt kommt die Papierbahn mit entweder einem oder
zwei Preßfilzen
in Kontakt, in denen Wasser aus der Papierbahn und in den Preßfilz über Druck
und/oder Vakuum gezwängt
wird. In einfilzigen Preßspalten
ist die Papierbahn in Kontakt mit der Preßwalze auf einer Seite und
dem Filz auf der anderen. In doppelfilzigen Preßspalten passiert die Papierbahn
zwischen den zwei Filzen. Nach der Pressenpartie wird die Papierbahn
zur Entfernung des verbleibenden Wassers getrocknet, gewöhnlich durch
Wirken durch eine Reihe von dampfbeheizten Trocknerzylindern.
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Preßfilze bestehen
häufig
aus Gewebe auf Nylonbasis, das allgemein aus 1 bis 4 individuellen
Schichten von Filamenten hergestellt ist, die in einem Webmuster
angeordnet sind. Eine extrudierte polymere Membran oder ein solches
Netz kann auch als eine oder mehrere der Basisgewebeschichten eingeschlossen
werden. Florfasern mit geringerem Durchmesser als die Basisgewebefilamente
werden in die Basis auf beiden Seiten genadelt, um dem Filz ein
dickeres, deckenartiges Erscheinungsbild zu geben. Preßfilze werden
konstruiert, um schnell Wasser aus der Papierbahn im Spalt aufzunehmen
und das Wasser zu halten, so daß es nicht
in die Bahn zurückabsorbiert,
wenn das Papier und der Filz den Preßspalt verlassen. Preßfilze sind
normalerweise ein Endlosband, das kontinuierlich in einer bandartigen
Weise zwischen den Bahnkontaktstufen und Rückkehrstufen zirkuliert. In
dem Filz aus der Papierbahn am Spalt abgezogenes Wasser wird allgemein aus
dem Filz durch Vakuum während
der Filzrückkehrstufe
in dem häufig
so bezeichneten Saugkasten ("Uhle Box") entfernt.
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Eine
Vielzahl von Materialien kann in der Flüssigkeit gelöst oder
suspendiert sein, die in der Papierbahn enthalten ist, wenn sie
den Preßfilz
erreicht, und diese Materialien können deshalb in den Preßfilz neben dem
aus der Papierbahn extrahierten Wasser übertragen werden. Unglücklicherweise
neigen einige dieser Materialien dazu, im Preßfilz zu bleiben und sich darin
anzureichern, anstelle daraus mit Wasser im Saugkasten entfernt
zu werden. Einige der gelösten
oder suspendierten Materialien, die in der Papierbahn vorhanden sind
und sich im Filz ablagern können,
schließen
Komponenten ein, die aus dem faserförmigen Zellstoff entstammen,
wie Cellulosefeinstoffe, Hemicellulosen und klebrige Komponenten
wie Holzpech aus frischen Holzzellstoffen und Leime, Harze und Wachse
aus recyclierten Zellstoffen. Nebenprodukte aus mikrobiologischem Wachstum
wie Polysaccharide, Proteine und anderes biologisches Material können auch
im Stoff und deshalb in den Preßfilzen
vorhanden sein. Verschiedene funktionelle Additive, die zum Papierstoff
hinzugegeben werden, um dem fertigen Papier bestimmte Eigenschaften
zu verleihen, können
auch ihren Weg in die Preßfilze finden.
Diese Additive schließen
Leime wie Kolophonium, Alkylketendimer (AKD) und Alkenylbernsteinsäureanhydrid
(ASA); Naßfestigkeitsharze
und Trockenfestigkeitsmittel, zum Beispiel Stärke; und anorganische Füllstoffe
ein, die Ton, Talkum, gefälltes
oder gemahlenes Calciumcarbonat (PCC, GCC) und Titandioxid einschließen. Verarbeitungsadditive,
die zur Verbesserung oder Einschränkung von Problemen während der
Papierherstellung verwendet werden, die auch in den Preßfilzen
enden können,
schließen
Retentions- und Drainagemittel, einschließlich Alaun, organischer Polymere
und verschiedener Mikropartikel; und Entschäumer, insbesondere diejenigen
auf Ölbasis,
ein.
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Es
ist wichtig für
die effiziente Papierherstellung, daß Preßfilze ablagerungsfrei bleiben.
Ablagerungen, die sich auf Preßfilzen
bilden, wie ölige
oder klebrige Materialien, können
zurück
auf die Bahn übertragen werden,
was zu Schmutzflecken oder Löchern
im fertigen Papier führt.
Sie können
auch Papierbrüche
oder -risse verursachen, die zu verlorener Produktion führen. Es
ist auch wichtig für
die effiziente Papierherstellung, daß Preßfilze porös bei einem hohen Porenvolumen
bleiben. Es ist höchst
kostspielig und energieintensiv, Wasser aus Papier in der Trockenpartie
zu verdampfen, was es kritisch macht, daß die Preßfilze so viel Wasser wie möglich aus
der Papierbahn in der Pressenpartie entfernen. Filze, die mit Verunreinigungen
gefüllt
werden, die die Wasserbewegung durch den Filz beschränken, werden
somit die Wassermenge beschränken,
die aus der Bahn entfernt werden kann. Dies wird eine Verringerung
der Maschinengeschwindigkeit erzwingen, um Zeit für die Trocknung
der Bahn in der Trockenpartie zu erlauben. Filze, die ungleichmäßig gefüllt sind,
können auch
zu einer ungleichmäßigen Wasserentfernung
aus der Bahn führen,
was zu Feuchtigkeitsstreifen, Falten und Bahnrissen führen kann.
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Einige
hydrophobe Materialien wie Wachse können eine Sperrschicht an der
Filzoberfläche
bilden, was das Wasser am Betreten des Filzes hindert. Andere hydrophobe
Materialien, die klebrig sind, wie Pech und Entschäumeröle, können die
Filzkompaktierung verstärken,
was zu einem Verlust an Porenvolumen führt, wodurch die Wassermenge
beschränkt
wird, die den Preßfilz
betreten kann. Ablagerungen, die teilchenförmige Materialien auf der Preßfilzstruktur
oder darin eingebettet enthalten, können zu signifikanten Abnutzungsproblemen
führen,
was die Lebensdauer des Preßfilzes
beschränkt.
PCC ist besonders problematische aufgrund seiner scharfen Kanten
und starren Oberfläche,
die die Filzfasern beschädigen,
zerschneiden und vorzeitig abnutzen können. Einige hydrophile Materialien
wie Stärken,
Proteine und Hemicellulosen neigen dazu, im Filz in Form von Gelen
zu existieren, die tatsächlich
Wasser sowie andere sich ablagernde Materialien im Filz einfangen
können,
wodurch die Wassermenge beschränkt
wird, die am Saugkasten entfernt werden kann. Diese hydrophilen
Gele sind besonders problematisch in Filzen, da derzeit verwendete
Filzreinigungsbehandlungen unwirksam in ihrer Inhibierung sind.
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Es
ist fachbekannt, daß Filzreiniger
die Leistung von Filzen steigern und ihre effektive Lebensdauer ausdehnen,
indem die Bildung bestimmter Ablagerungen minimiert wird. Filzreiniger
sind gewöhnlich
flüssige Mischungen
aus Tensiden, Dispergiermitteln und/oder Polymeren, besonders häufig in
Wasser, aber auch andere Lösungsmittel
werden verwendet. Oxidationsmittel, Säuren und Alkalis können auch
in Filzreiniger enthalten sein, allgemein in relativ geringen Konzentrationen.
Filzreiniger werden kontinuierlich oder unterbrochen auf Papierherstellungsfilze,
während
das Papier hergestellt wird, durch Berieselungen während der
Geweberückkehrstufe
aufgetragen, während
der Filz nicht in Kontakt mit der Papierbahn ist. Diese Behandlungen
werden besonders häufig
auf der Innenseite oder Maschinenseite des Filzes durch Niederdruckberieselungen
aufgetragen, häufig
gerade vor einer Filzträgerwalze,
so daß die
hydraulische Kraft helfen wird, die Chemikalie in den Filz zu bewegen,
um bei der Verhinderung und Entfernung von Verunreinigungen zu helfen,
die den Filz füllen.
Solche Behandlungen werden manchmal auch durch ähnliche Berieselungen auf der
Bahnseite des Filzes nach dem Saugkasten und vor dem Spalt eingesetzt,
so daß die
Behandlung auf der Oberfläche
vorhanden ist, wenn die Verunreinigungen den Filz zuerst erreichen.
Zusätzliche
Wasserberieselungen, die gemeinhin auf Preßfilzen verwendet werden und
in denen Chemikalien verwendet werden könnten, schließen Hochdruckberieselungen
ein, die gewöhnlich
unterbrochen eingesetzt werden, um nicht den Filz zu beschädigen, und
besonders häufig
auf der Bahnseite zur Entfernung von Oberflächenverunreinigungen verwendet
werden. Gleitberieselungen werden auch allgemein verwendet, um Wasser
am Eingang zum Saugkasten aufzutragen, um Abnutzung zu verhindern
und eine Versiegelung bereitzustellen, so daß Vakuum Flüssigkeit aus dem Filz entfernen
kann; nach Wunsch könnte
eine chemische Behandlung in dieser Berieselung eingeschlossen werden.
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Wenn
die Filze zu gefüllt
werden, um weiterhin eine effiziente Papierherstellung zu erlauben,
wird es notwendig, sie durch ein üblicherweise als diskontinuierliche
Reinigung ("Batch
Cleaning") bezeichnetes
Verfahren zu reinigen. Wenn Filze diskontinuierlich gereinigt werden,
wird die Papierherstellung angehalten, die Filzgeschwindigkeit wird
allgemein verlangsamt, das Vakuum am Saugkasten wird beendet oder
signifikant reduziert und die Berieselungen werden mit Ausnahme
der chemischen Berieselung abgeschaltet. Eine Reinigungslösung, die
allgemein aus hohen Konzentrationen an Base, Säure, Lösungsmittel wie Kerosin und/oder Oxidationsmittel
wie Hypochlorit besteht, wird durch die chemische Berieselung aufgetragen.
Nach einer ausreichenden Dauer für
die Penetration des Füllstoffmaterials
mit den Reinigungslösungen
werden Wasserberieselungen eingesetzt, so daß die Verunreinigungen und
die diskontinuierlichen Reinigungschemikalien aus dem Filz durch
Vakuum am Saugkasten entfernt werden. Es ist allgemein notwendig,
die diskontinuierlichen Reinigungschemikalien aus dem Preßfilz zu
entfernen, weil diese Materialien in den hohen verwendeten Konzentrationen
den Preßfilz
beschädigen
können,
falls man sie auf dem Filz beläßt, oder
zurück
auf das Papier übertragen
werden können,
wodurch seine Eigenschaften verändert
werden. In manchen Fällen
kann es notwendig sein, Filze mehrmals in einem 24-stündigen Produktionstag
diskontinuierlich zu reinigen. Die diskontinuierliche Reinigung
ist häufig
notwendig, aber keine wünschenswerte
Lösung,
da die verwendeten Chemikalien häufig gefährlich und
nicht umweltfreundlich sind und den Filz bei wiederholter Verwendung
beschädigen
können. Wertvolle
Produktionszeit wird während
des Abschaltens für
die diskontinuierliche Reinigung verloren. Falls eine solche Reinigung
nicht erfolgreich ist, ist es notwendig, den Filz, manchmal vorzeitig,
von der Papiermaschine zu entfernen, was sowohl zeitlich als auch
materiell kostspielig ist.
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Kontinuierliche
und unterbrochene Filzreiniger waren erfolgreich in der Reduzierung
der Filzauffüllung und
zur Erhöhung
der Zeit zwischen diskontinuierlichen Reinigungen. Jedoch gibt es
noch Materialien, die Filze auffüllen,
die nicht wirksam durch die Filzreinigungsbehandlungen inhibiert
werden. Insbesondere haben bestehende Filzreiniger einen beschränkten Einfluß auf hydrophile
Verunreinigungen wie Stärke,
Hemicellulose und proteinhaltige Materialien, die Hydrogele in den
Preßfilzen
zu formen neigen, was die Wasserbewegung durch den Filz beschränkt und
andere Verunreinigungen einfängt.
Durch Bereitstellung verbesserter Filzreinigungsverfahren wird die
Häufigkeit
der diskontinuierlichen Reinigung reduziert werden. Derzeitige Filzreinigungspraktiken
erfordern, daß eine
relativ hohe Menge an Tensid und/oder Dispergiermittel entsorgt
werden muß,
da Filzreiniger kontinuierlich aufgetragen werden. Im Abwasser können diese
Materialien zu Umweltproblemen von Wassertoxizität und/oder biologischer Abbaubarkeit
führen.
Falls Wasser aus dem Saugkasten, das die Reiniger enthält, in das
Siebwasser zurückführt, sind
Tenside und Dispergiermittel dafür
bekannt, zu Problemen in der Papierherstellung wie Verlusten an
Papierleimung zu führen.
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Es
wurde lange angenommen, daß die
Verwendung von Enzymen zur Filzreinigung unpraktisch oder unmöglich aufgrund
der langen Reaktionszeiten ist, die als erforderlich angenommen
wurden. Der allgemeine Konsens der Spezialchemikalienhersteller,
zitiert in Tappi Journal "Survival
Techniques: Extending the Life of Press Fabrics" (Juli 1997, Band 80, Nr. 7, S. 58),
bestand darin, daß die
Verweilzeit im Gewebe nicht lang genug für die Reaktion von Enzymen
mit dem Substrat war, um einen signifikanten Abbau des problematischen Materials
zu erreichen. Die einzige angegebene potentiell praktische Anwendung
bestand in der Verwendung als diskontinuierlicher Reiniger als Spülen von
Filzen, falls die Enzyme als Ersatz von Base oder Säure verwendet
werden könnten.
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Die
Verwendung von Enzymen zum diskontinuierlichen Spülen von
Papierherstellungsfilzen während einer
Abschaltung, wenn Papier nicht hergestellt wird, wurde von WO 97/01669
(Mulder),
JP 63120192 und
US 5,961,735 (Heitmann)
offenbart. Mulder lehrt die Verwendung von Cellulase, Xylanase,
Resinase, Amylase und/oder Levan-Hydrolase, die auf Preßfilze zur
Entfernung von Wasserbindemitteln und gebundenem Wasser aufgesprüht werden.
Während
einer Abschaltung wird der Filz zuerst mit Säuren und/oder Basen zur Entfernung
von ungelösten
Materialien gewaschen und anschließend gespült. Als nächstes werden Enzyme aufgetragen
und auf dem Filz für
mehrere Minuten reagieren gelassen, gefolgt von einer zweiten Wasserspülung. Heitmann
lehrt ein ähnliches
Verfahren, in dem eine Enzymlösung
von Cellulase und/oder Hemicellulase auf den Filz aufgetragen und
dort für
einen Zeitraum von 1 Stunde belassen wird, gefolgt von einer Spülung mit destilliertem
Wasser bei 70°C.
Eine Lösung
von Natriumhydroxid wird dann auf den Filz aufgetragen, um das Enzym
zu deaktivieren, und der Filz wird dann einer Leitungswasserspülung für eine Dauer
von 1 Stunde unterworfen. Beide Verfahren haben den Nachteil der
Erhöhung
der für
die Reinigung von Filzen erforderlichen Zeit, während der wertvolle Produktion
verloren gehen würde.
Sie reduzieren oder eliminieren auch nicht die strengen Chemikalien,
die zum diskontinuierlichen Spülen
erforderlich sind, da beide Verfahren die Verwendung von Basen und/oder
Säuren
erfordern. Die Papiermaschine kann nicht zur Herstellung von Papier
verwendet werden, während
der Filz mit einem dieser Verfahren behandelt wird.
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Heitmann
stellt fest, daß das
in
US 5,961,735 gelehrte
Verfahren kontinuierlich für
Preßfilz
eingesetzt werden könnte,
während
Papier hergestellt wird. Jedoch wären die verschiedenen Kontaktzeiten,
die separate Zufuhr von Enzym und dann Base zur Deaktivierung des
Enzyms und die Spülschritte
unter Verwendung unterschiedlicher Typen von Wasser höchst unpraktisch,
falls nicht unmöglich,
zum kontinuierlichen Einsatz mit einer Papiermaschine, während sie
Papier herstellt.
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WO
97/11225 (Pärnänen) offenbart
die Verwendung von Enzymen, die auf unbespannte Preßbahnen aufgetragen
werden, um die Papierbahnablösung
von der Preßwalze
zu verbessern, wenn das Papier die Presse verläßt. Die Enzyme werden auf die
Preßwalze
durch Berieselungen aufgetragen, die üblicherweise für die Schmierung
verwendet werden, vor dem Streichschaber und/oder zur Auftragung
von Trennmitteln auf die Walze. Die Enzyme sollen die Papiertrennung
durch Entfernung einer filmartigen Schicht von Ablagerung verbessern,
die auf der Walze aufgrund von Substanzen gebildet wird, die aus
der Papierbahn stammen. Pärnänen behauptet,
daß die
Erfindung zur Reinigung anderer sich bewegender Elemente verwendet
werden kann, die Papierherstellungssiebe und Filze einschließen, jedoch
gibt es keine Beschreibung, wie dies erreicht werden sollte, keine
Lehre oder einen Vorschlag, ob die Behandlung kontinuierlich aufgetragen
oder als diskontinuierliche Reinigung verwendet werden könnte. Im
einzigen Beispiel, das zur Lehre des Verfahrens zur Reinigung anderer
sich bewegender Elemente verwendet wird, wird gezeigt, daß Lipase
die Entfernung von Ablagerungen von Bildungssieben steigert, indem
zuerst das Sieb in der Enzymlösung
getränkt
wird und dann eine Hochdruck-Wasserberieselung zur Entfernung der
Ablagerung eingesetzt wird. Im gleichen Beispiel wird eine Mischung
aus Cellulase und Hemicellulase als unwirksam festgestellt. Eine
24-stündige
Tränkung
in Enzym wurde verwendet. Im Gegensatz erforderten Laborbeispiele,
die zur Korrelierung mit einer kontinuierlichen Behandlung der zentralen
Preßwalze
verwendet wurden, nur eine Tränkzeit
von 1 Stunde in verdünnteren
Enzymlösungen.
Dies würde
nahelegen, daß das
Verfahren von Pärnänen eine
diskontinuierliche Reinigung während
einer Abschaltung für
die anderen sich bewegenden Teile erfordern würde.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Leistung von bestehenden Filzreinigern
mit Enzymen zu verbessern, so daß diese Verunreinigungen besser
bekämpft
werden, um die wirksame Lebensdauer von Preßfilzen zu steigern. Eine zusätzliche
Aufgabe ist es, einen alternativen Ansatz zu herkömmlichen
Filzreinigern bereitzustellen, so daß die Verwendung dieser Chemikalien
bei der Verwendung von Enzymen reduziert oder sogar eliminiert werden
kann, die deaktiviert werden können
und vollständig
biologisch abbaubar sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Verfahren zur Reduzierung oder Inhibierung
der Ablagerung auf oder in Preßfilzen
zur Erhöhung
der wirksamen Lebensdauer des Preßfilzes und zur Reduzierung
oder Eliminierung der Notwendigkeit zur diskontinuierlichen Reinigung
gerichtet. Insbesondere dient die Erfindung der Auftragung von Lösungen,
die wenigstens ein Enzym enthalten, kontinuierlich oder unterbrochen,
auf Preßfilze,
während
gleichzeitig Papier hergestellt wird, um substantiell das Auffüllen oder
die Bildung von Ablagerungen auf oder in Preßfilzen zu inhibieren.
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Die
Enzyme können
zusätzlich
in Kombination mit anderen nicht-enzymatischen
Filzreinigungsprodukten entweder durch Vermischen oder Auftragen
am gleichen Auftragungspunkt oder durch Auftragen an zwei unterschiedlichen
Orten entlang des Filzes eingesetzt werden. In einem Aspekt der
Erfindung werden die Enzyme auf den Filz als Teil einer Filzreinigungszusammensetzung
aufgetragen, die aus einem oder mehreren Enzymen und einer oder
mehreren nicht-enzymatischen Filzreinigungschemikalien zusammengesetzt
ist.
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Die
Enzyme der vorliegenden Erfindung sind aus denjenigen ausgewählt, die
entweder Materialien, die sich in oder auf Filzen ablagern, zu kleineren,
weniger problematischen Materialien abbauen werden, oder die sich
ablagernde Materialien von der Quellung oder Vernetzung oder Komplexierung
oder Anhaftung an anderen Materialien im Filz oder mit dem Filz
selbst abhalten werden. Spezifische Typen von bevorzugten Enzymen
schließen
Amylasen, Hemicellulasen, Cellulasen, Proteasen und/oder Lipasen
ein.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Wenn
nicht anders angegeben, sind alle Prozentangaben gewichtsbezogen.
Wenn eine Menge oder Konzentration als eine Liste von oberen und
unteren bevorzugten Werten angegeben ist, versteht sich dies, wenn
nicht anders angegeben, als spezifische Offenbarung aller Bereiche,
die aus jedem Paar eines oberen bevorzugten Wertes und eines unteren
bevorzugten Wertes gebildet werden, unabhängig davon, ob die Bereiche
getrennt offenbart werden.
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Wenn
nicht anders angegeben, sind Verweise auf Prozentangaben von Enzymen
auf das Gewicht der flüssigen
oder granulierten Form des Enzyms und sind nicht auf die spezifische
Aktivität
des Enzyms bezogen. Enzyme sind in flüssigen oder granulierten Formen
erhältlich,
die in der Aktivität variieren,
und die Aktivität
solcher Enzyme kann sich zeitlich verändern. Die Enzymaktivität wird unter
Verwendung von Verfahren gemessen, die spezifisch für den Enzymtyp
sind, und wird in Einheiten angegeben, die spezifisch für das verwendete Verfahren
sind. Es versteht sich, daß die
Aktivität
von Enzymen, die in den Verfahren dieser Erfindung verwendet werden,
ausreichend zur Erzeugung der gewünschten Wirkung sein wird.
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Die
Erfindung sieht ein Verfahren zur Inhibierung von Substanzen an
der Auffüllung
oder Bildung von Ablagerungen auf oder innerhalb von Preßfilzen
durch Auftragen einer wirksamen inhibierenden Menge einer Zusammensetzung,
die ein oder mehrere Enzyme enthält,
auf den Filz vor, während
Papier gleichzeitig hergestellt wird. Die Enzyme können in
fester und/oder flüssiger
Form sein und zur Bildung einer Flüssigkeit vor der Auftragung
auf den Filz vermischt werden. Das vorliegende Verfahren ist gegenüber anderen
Verfahren vorteilhaft, indem es verwendet werden kann, während das
Papier hergestellt wird, keine Abschaltung der Ausrüstung notwendig
ist und zusätzliche
Spülungen
und/oder Inaktivierungsschritte nicht notwendig sind.
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In
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Inhibierung
von Substanzen an der Auffüllung
oder Bildung von Ablagerungen auf oder innerhalb von Preßfilzen
durch Auftragen einer wirksamen inhibierenden Menge (a) einer Zusammensetzung,
die ein oder mehrere Enzyme enthält,
und (b) eines nicht-enzymatischen flüssigen Filzreinigers bereit,
während
Papier gleichzeitig hergestellt wird. Die Enzyme können in fester
und/oder flüssiger
Form sein und zur Bildung einer Flüssigkeit vor der Auftragung
auf den Filz vermischt werden. Die Zusammensetzung, die ein oder
mehrere Enzyme enthält,
kann mit dem Filzreiniger vor der Auftragung kombiniert und auf
den Filz durch das gleiche Auftragungssystem aufgetragen werden,
oder die Zusammensetzung, die ein oder mehrere Enzyme enthält, kann
an einem anderen Ort als der Filzreiniger entlang des Filzes aufgetragen
werden.
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In
einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Inhibierung
von Substanzen an der Auffüllung
oder Bildung von Ablagerungen auf oder innerhalb von Preßfilzen
durch Auftragen einer wirksamen inhibierenden Menge einer Zusammensetzung,
die (a) ein oder mehrere Enzyme und (b) ein oder mehrere nicht-enzymatische
Filzreinigeradditive umfaßt,
auf den Filz bereit, während
Papier gleichzeitig hergestellt wird. Bevorzugt ist die Zusammensetzung
eine Flüssigkeit,
die ca. 0,001 bis 99 Gew.% Enzyme und ca. 1 bis 99,9 Gew.% Filzreinigeradditive
enthält.
Besonders bevorzugt ist die Zusammensetzung eine Flüssigkeit,
die ca. 0,1 bis 30 Gew.% Enzyme und ca. 10 bis 60 Gew.% Filzreinigeradditive
enthält.
Am meisten bevorzugt ist die Reinigungszusammensetzung eine Flüssigkeit,
die ca. 1 bis 20 % Enzym und ca. 15 bis 50 % Filzreinigeradditive
enthält.
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In
einem bevorzugten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur
Inhibierung von Substanzen an der Auffüllung oder Bildung von Ablagerungen
auf oder innerhalb von Preßfilzen
durch Auftragen einer wirksamen inhibierenden Menge einer wäßrigen Zusammensetzung
auf den Filz bereit, während
Papier gleichzeitig hergestellt wird, wobei die wäßrige Zusammensetzung
1 bis 20 % Amylase, 1 bis 45 % eines oder mehrerer Tenside, 1 bis
30 % eines oder mehrer anionischer oder kationischer Dispergiermittel
oder Polymere mit, nach Wunsch, zusätzlichen Enzymen, Formulierungsmitteln,
Stabilisatoren und/oder Konservierungsmitteln umfaßt. Die
Filzreinigerzusammensetzung wird auf den Filz unter Verwendung einer
wäßrigen Berieselung
auf einem beliebigen Teil des Filzes aufgetragen, der nicht in direktem
gleichzeitigem Kontakt mit der Papierbahn ist. Die Amylasekonzentration
in der Berieselung beträgt
ca. 1 bis ca. 200 ppm der wäßrigen Zusammensetzung
gewichtsbezogen.
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In
jeder Ausführungsform
oder jedem Aspekt der Erfindung kann die Zusammensetzung, die das
eine oder die mehreren Enzyme enthält, zusätzlich verschiedene Formulierungsmittel,
Stabilisatoren und/oder Konservierungsmittel enthalten.
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Jedes
Enzym, das als Flüssigkeit
auf einen Preßfilz
auf einer Papiermaschine aufgetragen werden kann, während die
Papiermaschine Papier erzeugt, so daß das Enzym auf eine Substanz
zu seiner Entfernung und/oder Inhibierung an der Ablagerung auf
oder im Filz wirken wird, fällt
in den Umfang dieser Erfindung. Allgemein bevorzugte Enzyme sind
diejenigen, die auf Substanzen wirken werden, die den Flüssigkeitsstrom durch
den Filz reduzieren, oder die auf Materialien wirken werden, die
problematische klebrige oder teilchenförmige Ablagerungen auf oder
innerhalb von Filzen bilden, um solche Probleme zu reduzieren oder
zu eliminieren. Die in der Erfindung nützlichen Enzyme können aus
Enzymen ausgewählt
werden, die entweder Materialien, die sich in oder auf Filzen ablagern,
zu kleineren, weniger problematischen Materialien abbauen werden,
oder die die sich ablagernde Materialien an der Quellung oder Vernetzung
oder Komplexierung oder Anhaftung an anderen Materialien im Filz
oder mit dem Filz selbst hindern werden. Ohne an die Theorie gebunden
zu sein zu wünschen
wird angenommen, daß solche
Enzyme problematische Typen zu kleineren, weniger problematischen
Materialien abbauen oder zerlegen könnten, indem sie auf Bindungen,
zum Beispiel glucosidische, Ester-, Ether-, Amid- oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen,
in den Molekülen
wirken, wie zum Beispiel bei Abbau von Pechtriglyceriden zu Fettsäuren oder
von Stärke
zu Maltose. Es wird weiterhin angenommen, daß Enzyme zur Verhinderung der
Bildung von Problemen im Filz wirken können, zum Beispiel durch Verhinderung
von Materialien an der Bildung von Gelen oder an der Bildung von
Komplexen mit anderen sich ablagernden Materialien oder an der Vernetzung
im Filz, wie zum Beispiel mit Naßfestigkeitsharz, oder die Materialien
an der Anhaftung an Filzoberflächen
hindern werden, wie zum Beispiel Stärke. Enzyme sind kommerziell
erhältlich
von Firmen in flüssigen
oder granulierten Formen. Die Enzyme der vorliegenden Erfindung stammen
allgemein aus bakteriellen oder pilzlichen Ursprüngen oder sind daraus modifiziert,
aber könnten
aus jedem anderen biologischen Ursprung stammen. Ein Beispiel für ein in
der Erfindung nützliches
Enzym ist Lipase. Ohne an die Theorie gebunden zu sein zu wünschen wird
angenommen, daß Lipasen
hydrophobe Materialien an der Ablagerung wie von Pech oder Ölen hindern.
Zusätzliche
Beispiele für
in der Erfindung nützliche
Enzyme schließen
ohne Beschränkung
Amylasen, Hemicellulasen, Cellulasen und/oder Proteasen ein. Ohne
an die Theorie gebunden zu sein zu wünschen wird angenommen, daß Amylasen,
Hemicellulasen, Cellulasen und Proteasen hydrophile gelatinöse Typen
der Auffüllung
inhibieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das Enzym eine Amylase.
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Kommerzielle
flüssige
Enzymprodukte enthalten häufig
zusätzlich
zum Enzymkonzentrat verschiedene Verdünnungsmittel und/oder Konservierungsmittel,
die zur Stabilisierung der Enzymaktivität und zur Verhinderung der
Abtrennung und des Absetzens in der Flüssigkeit geschaffen sind. Solche
Materialien schließen ohne
Beschränkung
Propylenglykol, Sorbit, Glycerin, Saccharose, Maltodextrin, Calciumsalze,
Natriumchlorid, Borsäure,
Kaliumsorbat, Methionin und Benzisothiazolinon ein. Diese Materialien
sowie andere bekannte Formulierungsmittel wie Entschäumer und
Viskositätsmodifizierer
können
zusätzlich
in den Filzreinigerzusammensetzungen dieser Erfindung vorhanden
sein. Andere Formulierungsadditive sind Alkanolamine wie Triethanolamin.
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Die
Enzyme und/oder Filzreinigerzusammensetzungen der Erfindung können auf
den Filz in jeder Weise aufgetragen werden, so daß die Menge
auf oder im Filz ausreichend ist, um die gewünschte Wirkung zu erzeugen.
Die Zusammensetzungen können
zu jedem Zeitpunkt auf den Filz aufgetragen werden, wenn er in einer
bandartigen Weise zwischen Bahnkontaktstufen und Rückkehrstufen
rotiert. Zum Beispiel können
die Zusammensetzungen direkt auf die Filzoberfläche gesprüht, gestrichen, gewalzt oder
gegossen werden. Ein anderes mögliches
Verfahren wäre
die Auftragung der Zusammensetzungen durch ähnlich Mittel auf die verschiedenen
Ausrüstungsoberflächen, die
mit dem Filz in Kontakt kommen, wie die Filzträgerwalzen; die Zusammensetzungen
würden
dann auf die Filzoberfläche übertragen
werden, wenn Kontakt zwischen dem Filz und der behandelten Ausrüstungsoberfläche entsteht.
Ein Teil des Filzes kann in eine Lösung der Zusammensetzung getaucht
werden, wie durch Hindurchleiten durch eine Wanne, die die Zusammensetzung
enthält, während der
Filzrückkehrstufe,
so daß die
Zusammensetzung auf oder im Filz absorbiert wird, wenn der Filz durch
die Wanne gelangt. Die Zusammensetzungen können auch zum Papierstoffsystem
gegeben werden, entweder bevor die Papierbahn hergestellt wird oder
auf die Bahn aufgetragen werden, gerade bevor sie den Filz kontaktiert.
Auf diese Weise betreten die Enzymzusammensetzungen den Filz mit
dem Bahnwasser. In jedem dieser Verfahren können die Enzyme und/oder Filzreinigerzusammensetzungen
der Erfindung unverdünnt
oder verdünnt
in einem Lösungsmittel/Träger-System
aufgetragen werden. Zum Beispiel könnten die Enzymzusammensetzungen
auf den Filz unverdünnt
unter Verwendung eines atomisierten Sprühnebelsystems aufgetragen werden.
Das bevorzugte Verfahren wäre
die Auftragung der Enzyme und/oder Filzreinigerzusammensetzungen
der Erfindung auf den Filz unter Verwendung einer der verschiedenen
wäßrigen Nieder- und/oder
Hochdruck-Reinigungs- oder Schmiermittelberieselungen, die üblicherweise
auf der Maschinenseite und/oder Bahnseite des Filzes verwendet werden.
Die wäßrige Berieselung
kann auf den Filz mit einer Rate von ca. 0,038 bis 0,568 l/min (0,01
bis ca. 0,15 Gallonen pro Minute) pro 2,5 cm (Zoll) Breite des Filzes
aufgetragen werden. Bevorzugt ist die Enzymkonzentration in der
wäßrigen Berieselung
ca. 0,1 bis ca. 1000 ppm gewichtsbezogen, besonders bevorzugt ist
die Enzymkonzentration ca. 1 bis ca. 200 ppm gewichtsbezogen.
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Die
Zusammensetzung wird unterbrochen oder kontinuierlich auf den Filz
aufgetragen, während
das Papier hergestellt wird. Die Zusammensetzung kann entweder auf
die Maschinenseite des Filzes oder auf die Bahnseite des Filzes
oder auf beide aufgetragen werden. Die Zusammensetzung wird auf
den Filz aufgetragen, während
Papier hergestellt wird, was bedeutet, daß der Filz sich kontinuierlich
bewegt und ein Teil des Filzes in direktem gleichzeitigem Kontakt
mit einem Teil des Papiers zu jedem Zeitpunkt ist. Es ist bevorzugt, daß die Zusammensetzung
nicht auf den Teil des Filzes entweder auf der Maschinenseite oder
auf der Bahnseite aufgetragen wird, auf der Papier und Filz in gleichzeitigem
Kontakt sind. Die Flüssigkeit,
die die Enzyme enthält,
kann an beliebiger Stelle auf dem Filz in einem Bereich aufgetragen
werden, in dem er nicht in gleichzeitigem Kontakt mit der Bahn auf
der Maschinenseite oder auf der Bahnseite ist.
-
In
der vorliegenden Erfindung nützliche
Filzreiniger enthalten ein oder mehrere Tenside und/oder ein oder
mehrere anionische oder kationische Dispergiermittel oder Polymere.
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Wenn
Filzreiniger in der Erfindung verwendet werden, wird die Zusammensetzung,
die das Enzym enthält,
auf den Filz in einem Gewichtsverhältnis zum Filzreiniger von
ca. 1000:1 bis ca. 1:1000 eingesetzt. Am meisten bevorzugt wird
die Zusammensetzung, die Enzym enthält, auf den Filz in einem Gewichtsverhältnis zum
Filzreiniger von ca. 1:1 bis ca. 1:100 aufgetragen.
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Die
nicht-enzymatischen Filzreinigeradditive der Erfindung werden aus
Tensiden und/oder kationischen oder anionischen Dispergiermitteln
oder Polymeren ausgewählt.
In der Erfindung nützliche
Tenside schließen
ohne Beschränkungen
Alkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylate, Blockcopolymere, die Ethylenoxid und
Propylenoxid enthalten, Alkylpolyglycoside, Polyethylenglykolester
von langkettigen Fettsäuren,
ethoxylierte Fettamine, Betaine, Amphoacetate, Fettalkylimidazoline,
Alkylamidopropyldimethylamine, Dialkyldimethylammoniumchlorid, Alkyldimethylbenzylammoniumchlorid,
Alkylsulfat, Alkylethosulfat, Alkylbenzylsulfonat, Alkyldiphenyloxiddisulfonat,
Alkoholethosulfate und Phosphatester ein. Die bevorzugten Tenside
sind Alkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylate, ethoxylierte Fettamine,
Alkylpolyglycoside, Amphoacetate, Phosphatester und Alkoholethosulfate.
Am meisten bevorzugt enthält
die Zusammensetzung, die ein oder mehrere Enzyme enthält, wenigstens
ein Alkoholethoxylat.
-
Die
in der Erfindung nützlichen
kationischen oder anionischen Dispergiermittel oder Polymere schließen ohne
Beschränkung
Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensat,
Acrylsäurepolymere
oder -copolymere, Lignosulfonate, Polyvinylamin, Polydiallyldimethylammoniumchlorid
oder Polymere, die durch Umsetzen von Epichlorhydrin mit wenigstens
einem Amin erhalten werden, das aus Dimethylamin, Ethylendiamin,
Dimethylaminpropylamin und Polyalkylenpolyamin ausgewählt ist,
ein. Am meisten bevorzugt enthält
das Filzreinigerprodukt ein Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensat.
Am meisten bevorzugt enthält
das Filzreinigerprodukt wenigstens ein Polymer, das durch Umsetzen
von Epichlorhydrin mit wenigstens einem Amin erhalten wird.
-
Jeder
Filzreiniger oder Filzreinigerwirkstoff, der als Flüssigkeit
auf einen Preßfilz
auf einer Papiermaschine aufgetragen werden kann, während die
Papiermaschine Papier erzeugt, so daß der Reiniger auf eine Substanz
zur Entfernung und/oder Inhibierung ihrer Ablagerung auf oder innerhalb
des Filzes wirken wird, fällt in
den Umfang dieser Erfindung. Allgemein bevorzugte Filzreiniger umfassen
Tenside und/oder kationische oder anionische Dispergiermittel oder
Polymere. Beispiele für
geeignete Filzreiniger und aktive Bestandteile für Filzreiniger, die in den
Umfang dieser Erfindung fallen, werden offenbart in:
US 4,715,931 (Schellhamer), WO 95/29292
(Duffy),
US 4,895,622 (Barnett),
US 4,861,429 (Barnett),
US 5,167,767 (Owiti),
CA 2,083,404 (Owiti),
US 5,520,781 (Curham),
US 6,051,108 (O'Neal),
US 5,575,893 (Khan),
US 5,863,385 (Siebott),
US 5,368,694 (Rohlf),
US 4,995,994 (Aston) und
US 6,171,445 (Hendriks), deren gesamter
Inhalt hier durch Verweis eingeführt
wird.
-
Geeignete
nichtionische Tenside schließen
ohne Beschränkung
verschiedene Kondensationsprodukte von Alkylenoxiden, bevorzugt
von Ethylenoxid (EO), mit einem hydrophoben Molekül ein. Beispiele
für geeignete
hydrophobe Moleküle
schließen
Fettalkohole, Fettsäuren,
Fettsäureester,
Triglyceride, Fettamine, Fettamide, Alkylphenole, mehrwertige Alkohole
und ihre partiellen Fettsäureester
ein. Andere Beispiele für
geeignete nichtionische Tenside schließen Polyalkylenoxid-Blockcopolymere,
Ethylendiamin-tetra-Blockcopolymere
von Polyalkylenoxid und Alkylpolyglycoside ein. Bevorzugte nichtionische
Tenside sind Fettalkoholethoxylate, worin der Alkohol verzweigtes
oder lineares ca. C10-18 ist, wie die Reihen
Surfonic® L
(Huntsman Corporation, Houston, TX) oder TDA, die Reihen Neodol® (Shell
Chemical Company, Houston, TX) und die Reihen Tergitol® (Union
Carbide Corporation, Danbury Connecticut). Andere bevorzugte nichtionische
Tenside schließen
Alkylphenolethoxylate, Polyethylenglykolester von langkettigen Fettsäuren, ethoxylierte
Fettamine, Polymere, die Ethylenoxid- und Propylenoxidblöcke enthalten,
und Alkylpolyglycoside ein.
-
Andere
geeignete Filzreinigertenside schließen amphotere, kationische
und anionische Tenside ein. Geeignete amphotere Tenside schließen Betaine,
Sultaine, Aminopropionate und carboxylierte Imidazolin-Derivate
ein. Bevorzugte amphotere Tenside haben Fettalkylketten mit ca.
10 bis 18 Kohlenstoffatomen und schließen Alkylbetain, Alkylamidopropylbetain,
Natriumalkylamphoacetat und Dinatriumalkylamphodiacetat ein. Geeignete
kationische Tenside schließen
Fettalkylamine, Fettalkylimidazoline, Aminoxide, Aminethoxylate und
quaternäre
Ammonium-Verbindungen mit 1 bis 4 Fettalkyl- Gruppen am quaternären Stickstoff oder quaternäres Dialkylimidazolin
ein. Bevorzugte kationische Tenside haben Fettalkylketten mit ca.
10 bis 18 Kohlenstoffatomen und schließen Fettalkylimidazolin, Alkylamidopropyldimethylamine,
Dialkyldimethylammoniumchlorid und Alkyldimethylbenzylammoniumchlorid
ein. Geeignete anionische Tenside sind Sulfate, Sulfonate, Phosphatester
und Carboxylate der zuvor für
nichtionische Tenside beschriebenen hydrophoben Moleküle und ihrer
Kondensationsprodukte mit Ethylenoxid. Bevorzugte anionische Tenside
schließen
Natrium-, Ammonium- oder
Kaliumsalze von Alkylsulfat, Alkylethosulfat, Alkylbenzylsulfonat,
Alkyldiphenyloxiddisulfonat und die Säure- oder Salzversionen von
Phosphatestern von Alkoholethoxylaten oder Alkylphenolethoxylaten
ein.
-
Geeignete
anionische Polymere schließen
ohne Beschränkung
Polymere auf Basis von Acrylsäure, Methacrylsäure oder
anderen ungesättigten
Carbonyl-Verbindungen wie Fumarsäure,
Maleinsäure
oder Maleinsäureanhydrid
und ihre neutralisierten Versionen ein. Diese Verbindungen können auch
mit solchen Verbindungen wie Polyethylenglykolallylether, Allyloxyhydroxypropansulfonsäure, Alkenen
wie Isobutylen und Vinyl-Verbindungen wie Styrol copolymerisiert
werden. Solche Polymere können
zusätzlich
sulfoniert sein. Andere geeignete anionische Polymere schließen Polynaphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensate
und sulfonierte Lignine ein. Bevorzugte anionische Polymere sind
Lignosulfonate; Polynaphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensate mit
Molekulargewichten von ca. 400 bis 4000 wie Tamol® SN
(Rohm and Haas, Philadelphia, Pennsylvania); und Polyacryl- oder
-methacrylsäurepolymere
oder -copolymere mit Molekulargewichten von ca. 1000 bis 100 000
wie die Reihe Aquatreat® (Alco Chemical, A National
Starch Company, Bridgewater, New Jersey).
-
Geeignete
kationische Polymere schließen
ohne Beschränkung
wasserlösliche
kationische Polymere ein, die Amine (primär, sekundär oder tertiär) und/oder
quaternäre
Ammonium-Gruppen enthalten. Beispiele für geeignete kationische Polymere
sind diejenigen, die durch Reaktion zwischen einem Epihalogenhydrin
und einem oder mehreren Aminen erhalten werden, Polymere, die aus
ethylenisch ungesättigten
Monomeren stammen, die eine Amin- oder quaternäre Ammonium-Gruppe enthalten,
Dicyandiamid-Formaldehyd-Kondensate
und nachträglich
kationisierte Polymere. Nachträglich
kationisierte Polymere schließen
Mannich-Polymere ein, die Polyacrylamide sind, die mit Dimethylamin
und Formaldehyd kationisiert sind, die dann mit Methylenchlorid
oder Dimethylsulfat quaternisiert werden können. Bevorzugte Typen von
kationischen Polymeren, die aus ungesättigten Monomeren stammen, schließen Polyvinylamin
und Polydiallyldimethylammoniumchlorid ein. Besonders bevorzugte
kationische Polymere schließen
diejenigen ein, die durch Umsetzen von Epichlorhydrin (EPI) mit
wenigstens einem Amin erhalten werden, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Dimethylamin (DMA), Ethylendiamin (EDA), Dimethylaminpropylamin
und Polyalkylenpolyamin besteht. Triethanolamin und/oder Adipinsäure können auch
in der Reaktion eingeschlossen werden. Solche Polymere können linear
oder verzweigt und partiell vernetzt sein und haben bevorzugt einen
Bereich des Molekulargewichts von ca. 1000 bis ca. 1 000 000. Beispiele
für solche
kationischen Polymere sind von Cytec erhältlich als die C-Reihe von
Superfloc® (Cytec
Industries, Inc., West Paterson, New Jersey).
-
Beispiele
-
Die
Erfindung wird in den folgenden Beispielen veranschaulicht, die
zum Zweck der Darstellung bereitgestellt werden und nicht zur Beschränkung des
Umfangs der Erfindung aufgefaßt
werden sollen.
-
Filzreinigerleistung
wurde unter Verwendung zweier unterschiedlicher Verfahren gemessen.
Das erste Verfahren wurde zur Quantifizierung des Gewichtsgewinns
und des Luftporositätsverlusts
von neuen Filzen, die verschiedenen Verunreinigungssystemen ausgesetzt
wurden, unter Verwendung von Testvorrichtung A verwendet. Das zweite
Verfahren untersuchte den Flüssigkeitsstrom
durch Preßfilze
unter Verwendung von Testvorrichtung B. Bestimmte Verunreinigungen
neigen dazu, mehr Raum zu besetzen, wenn sie naß sind, und können deshalb
einen größeren nachteiligen
Einfluß auf
den Flüssigkeitsstrom
durch Filz haben als er mit Gewichtsgewinnmessungen quantifiziert
werden kann.
-
Vorrichtung
A ist aus einem pneumatisch angetriebenen Kolben und abwechselnden
Zentrifugenpumpen, die Verunreinigung und Produkt in eine Kolbenkammer
führen,
zusammengesetzt, die durch in der Kammer gehaltene neue Filzproben
gepreßt
werden. Jede Auf/Ab-Bewegung des Kolbens vollendet einen Zyklus, und
eine vorgegebene Anzahl von Zyklen vollendet einen Testlauf. Nach
dem Trocknen werden Messungen durchgeführt, um die Gewichtszunahme
und den Porositätsverlust
(gemessen unter Verwendung eines Frazier-Luftporosimeters) durch die Filzproben
zu bestimmen, und werden verwendet, um die Fähigkeit der Behandlung zur
Bewahrung des Gewebes in seinem ursprünglichen Zustand anzuzeigen.
Geringe Werte für
den prozentualen Gewichtsgewinn und den prozentualen Luftporositätsverlust
sind Anzeichen für
sauberere Filze.
-
Testvorrichtung
B ist aus einer Testkammer zusammengesetzt, in der saubere Gewebeproben
gehalten werden. Flüssigkeit
wird mit einer konstanten Geschwindigkeit in ein Ende der Kammer
gepumpt, so daß die
Flüssigkeit
durch den Filz und aus der anderen Seite heraus in ein Sammelgefäß gelangt.
Wenn das Gewebe verstopft wird, verursacht Gegendruck in der Kammer
eine Abzweigung eines Teils des Flüssigkeitsstroms aus einer Entlastungsleitung,
wodurch der Filz umgangen wird. Ein hoher Entlastungsstrom ist ein
Zeichen für
einen größeren Verstopfungsgrad
im Filz.
-
Die
Enzymlösungen,
handelsübliche
Filzreiniger und Filzreinigungsformulierungen, auf die in den Beispielen
Bezug genommen wird, sind in den Tabellen 1 bis 3 beschrieben. Tabelle
1 In
den Beispielen verwendete handelsübliche flüssige Enzyme*
- * Erhältlich
von Novozymes North America, Franklin, North Carolina
Tabelle
2 In
den Beispiele verwendete handelsübliche
Filzreiniger* - * Erhältlich
von Hercules Incorporated, Wilmington, DE, unter dem Markennamen
Presstige®
Tabelle
3 Beispielformulierungen Tabelle
3 (Fortsetzung)
-
Beispiel 1
-
Vorrichtung
wurde zur Untersuchung verwendet, wie schnell Enzyme Verunreinigung
entfernen konnten, das gerade einen Preßfilz verstopft hatte, eine
wichtige Eigenschaft für
eine wirksame kontinuierliche Filzreinigungsbehandlung. Für diese
Untersuchung wurde eine Lösung
von kationischer Kartoffelstärke
(0,1 % STA-LOK
®400,
A.E. Staley Manufacturing Company, Decatur, Illinois), die typisch
für den
in der Herstellung von Papier verwendeten Typ ist, durch Proben
von sauberem Preßfilz
mit einer Fließgeschwindigkeit
von 1000 ml/min geleitet. Der Entlastungsstrom und Fluß durch
den Filz wurden kombiniert und durch die Vorrichtung rezirkuliert,
bis sich der Verstopfungsgrad stabilisiert hatte, und zu diesem
Zeitpunkt wurden Enzyme in den Rezikulierungstank gegeben und die
Fließgeschwindigkeiten überwacht.
Die Enzyme verursachten eine Abnahme der Entlastungsströmungsgeschwindigkeit
und eine Zunahme der Fließgeschwindigkeit
durch den Filz, die im wesentlichen linear im Zeitverlauf war. Die
Steigung der Fließgeschwindigkeit
(ml/min) durch den Filz als Funktion der Zeit (min) nach der Enzymzugabe
ist in Tabelle 4 aufgeführt.
Die Untersuchungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt, wenn
nicht anders angegeben. Tabelle
4 Wirkung
von Amylasen und Pullulanasen auf Stärkeverunreinigung in Filzen
-
Die
Daten in Tabelle 4 zeigen, daß Enzyme
eine Verunreinigung wie Stärke
aus einem Preßfilz
schnell entfernen können,
wodurch der Flüssigkeitsstrom
durch den Filz wiederhergestellt wird. Die größeren Steigungen zeigen, daß die Behandlung
die Stärke
schneller entfernen konnte, die den Strom durch den Filz verstopfte.
Die Daten zeigen auch, daß Pullulanase
(E-4), ein Stärkeentzweigungsenzym,
nicht wirksam im Vergleich mit den unterschiedlichen untersuchten
Amylasen war.
-
Beispiel 2
-
Das
gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde verwendet, um den Einfluß von typischen
Filzreinigungsadditiven auf mit Stärke verstopfte Filze zu untersuchen.
Die Wirkung dieser Additive in Kombination mit Amylase, Enzym E-1,
wurde auch untersucht. Zusätzlich
wurde der Einfluß von
Produktformulierungen, die Enzym E-1 enthielten, in Dosierungen
untersucht, die 3 ppm der Amylase entsprachen. Die Ergebnisse sind in
Tabellen 5a bzw. 5b gezeigt. Tabelle
5a Wirkung
von typischen Filzreinigeradditiven mit Amylase auf mit Stärke verstopften
Filz
Tabelle
5b Wirkung
von Formulierungen, die Amylase enthalten, auf mit Stärke verstopften
Filz
-
Die
Daten in den Tabellen 5a und 5b zeigen, daß typische Filzreinigeradditive
wenig bis keinen Einfluß auf
die Stärkeauffüllung hatten,
jedoch hatten Mischungen aus Filzreinigeradditiven mit Enzym eine
gleiche oder manchmal überlegene
Leistung gegenüber
dem Enzym allein hatten.
-
Beispiel 3
-
Das
Verfahren aus Beispiel 1 wurde verwendet, um den Einfluß einer
Protease (Enzym E-9) auf mit proteinhaltigem Material verstopften
Filz zu untersuchen, das in Filzen aufgrund biologischer Aktivität in Papierherstellungsstoffsystem
vorhanden sein könnte.
Eine Lösung,
die 100 ppm Sojaproteinkonzentrat enthielt, wurde als repräsentatives
Protein anstelle der zuvor verwendeten kationischen Stärke verwendet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 enthalten. Tabelle
6 Wirkung
von Protease auf mit Protein verstopften Filz
-
Die
Daten zeigen, daß Protease
auch durch Protein verursachte Verstopfung schnell entfernen kann, wodurch
Flüssigkeitsfluß durch
den Filz wiederhergestellt wird.
-
Beispiel 4
-
Zur
Untersuchung, ob Enzyme die Verstopfung eines Filzes durch Verunreinigung
minimieren oder verhindern könnten,
wurden die gleiche Vorrichtung und der in Beispiel 1 verwendete
kationische Stärketyp eingesetzt,
außer
daß in
diesem Fall die Proben nicht durch die Vorrichtung rezirkuliert
wurden. Statt dessen wurden zwei Testkammern mit dem gleichen Behälter von
Stärke
verwendet, der beide Kammern versorgte. T-Verbindungen in der Rückseite
jeder Einheit erlaubten eine Vermischung der Behandlungszufuhr mit
der Verunreinigung gerade zum Betreten der Zelle. Wasser wurde als
Behandlungszufuhr für
die unbehandelte Testkammer verwendet, und eine Enzymlösung wurde
als Zufuhr für
die behandelte Kammer verwendet. Bei dieser Testanordnung hatten
das Enzym und die Stärke
weniger als 1 Sekunden Reaktionszeit vor dem Erreichen des Filzes.
Der Prozentwert des Gesamtflusses, der aus dem Entlastungsrohr führte, ist
in Tabelle 7 für
Zeiträume
von 1, 3 und 9 Minuten nach dem Testbeginn aufgezeichnet. Tabelle
7 Wirkung
von Amylase in der Verhinderung der Filzverstopfung durch Stärke

-
Die
Daten in Tabelle 7 zeigen, daß die
mit Enzym behandelte Testkammer am häufigsten weniger verstopft
als die mit Wasser behandelte Blindtestkammer war. In manchen Fällen konnten
bei der Enzymbehandlung 100 % des Flusses durch den Filz gelangen.
Dies zeigt, daß Enzyme
wie Amylase die Filzauffüllung
verhindern oder signifikant reduzieren können, wenn sie auf einer kontinuierlichen
Basis mit dem Papierherstellungsfilz eingesetzt werden.
-
Beispiel 5
-
Vorrichtung
B wurde verwendet, um den Einfluß von Enzymen und Filzreinigern,
bei Zugabe als separate Produktzuführungen, auf Komponenten zu
untersuchen, die Filze in Papiermaschinen verstopfen könnten, die
alkalisches Druck- und Schreibpapier herstellen. Ein wäßriges System
aus Komponenten, die typischerweise für diese Papierqualität verwendet
werden, wurde mit dem folgenden Verhältnis von aktiven Stoffen kombiniert:
1 Teil kationisches Retentionsmittel, jeweils 2 Teile von Alaun
und Alkylketendimer (AKD-Leimung), 20 Teile kationische Kartoffelstärke und
400 Teile gefälltes
Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff.
30 g des Komponentensystems wurden zu Wasser gegeben, das durch
saubere Filze rezirkulierte. Handelsübliche Filzreinigerprodukte
wurden hinzugegeben, nachdem sich die Fließgeschwindigkeiten durch den
Filz und die Entlastung stabilisiert hatten. Nach 30 Minuten wurde
Enzym E-1 hinzugegeben. Die Daten für den prozentualen Fluß, der den
Filz umging, am Ende jeder Phase des Experiments sind in Tabelle
8 enthalten. Tabelle
8 Wirkung
von separater Zufuhr von Amylase und Filzreinigern auf die Auffüllung aus
alkalischen Druck- und Schreibqualitätkomponenten

Tabelle
8 (Fortsetzung)
-
Die
Daten in Tabelle 8 zeigen, daß das
Enzym die Leistung aller unterschiedlichen untersuchten Filzreiniger
durch Reduzierung des Flusses, der den Filz umging, und dadurch
Erhöhung
des Flusses durch den Filz verbessern konnte. In manchen Fällen, insbesondere
bei den Produkten P-1 und P-2, ergab die separate Zufuhr von Enzym
und Filzreiniger eine bessere Zunahme des Flüssigkeitsstroms durch den Filz
als diejenige des Enzyms allein.
-
Beispiel 6
-
Das
in Beispiel 5 beschriebene Verunreinigungssystem für alkalische
Druck- und Schreibqualität
wurde zur Messung des Einflusses der Vermischung von Enzym mit Filzreinigerprodukten
vor der Zugabe zum Filz verwendet. Messungen von Gewichtszunahme
und Luftporositätsverlust
wurden unter Verwendung von 250 Testzyklen durch Testvorrichtung
A durchgeführt.
Flüssigkeitsströmungsuntersuchungen
wurden unter Verwendung von Testvorrichtung B mit der zu Beginn
der Untersuchung kombinierten Behandlung und Verunreinigung durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 9 enthalten. Tabelle
9 Wirkung
von Amylase und Filzreinigern auf Auffüllung aus Komponenten für alkalische
Druck- und Schreibqualität
Tabelle
9 (Fortsetzung)
-
Die
Daten in Tabelle 9 zeigen, daß das
mit den Filzreinigern vermischte Enzym die Leistung aller untersuchten
Filzreiniger verbesserte, indem der Flüssigkeitsstrom durch den Filz
erhöht
wurde. In manchen Fällen
verbessert das Enzym auch die Leistung des Filzreinigers durch weitere
Reduzierung der Trockengewichtszunahme und des Luftporositätsverlusts über den
Wert, den der Filzreiniger bereitstellen konnte.
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Beispiel 7
-
Zur
Untersuchung des Einflusses von Lipasen auf die Pechablagerung in
Filzen wurde Vorrichtung A mit einem Verunreinigungssystem verwendet,
das ein synthetisches Pech mit hohem Fettester- und Harzsäuregehalt
enthielt, der typisch für
denjenigen ist, den man in einem Zeitungspapierstoff findet, der
aus Holzschliff oder thermomechanischem Zellstoff hergestellt wird.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 enthalten. Tabelle
10 Wirkung
von Lipase auf die Bekämpfung
von Pechablagerung in Filzen
-
Die
Daten in Tabelle 10 zeigen, daß Lipasen
die Pechablagerung in Preßfilzen
reduzieren können
und in manchen Fällen
die Leistung der Filzreiniger verbessern können.
-
Beispiel 8
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Zur
Untersuchung des Einflusses von Hemicellulase, Cellulase und Amylase
auf die Filzauffüllung
aufgrund von Kohlehydraten, die im Filz vorhanden sein können, wurden
die in den Beispielen 5 und 6 verwendeten Verfahren unter Verwendung
verschiedener Siebwasserproben und einer Xylanlösung (300 ppm) eingesetzt.
Xylan wurde als Darstellung einer typischen Hemicellulose verwendet,
die in Papierherstellungszellstoffen gefunden werden kann. Siebwasser
ist die Flüssigkeit,
die aus dem Stoff in der Bahnbildungspartie abläuft. Als solche wäre es typisch
für die
Flüssigkeit,
die in der Papierbahn verbleibt, wenn sie die Pressenpartie betritt.
Siebwasser 1 wurde aus einem Pilotpapiermaschinenlauf für Karton
mit hohem Gewicht mit einem Flächengewicht
von 72,6 g kg/279 m
2 (160 lbs/3000 ft
2) als Probe entnommen. Die Faser war eine
Mischung aus Laubholz- und Nadelholzfasern. Additive waren Naßfestmittel
mit 2,72 kg/907 kg (6 lbs/ton), AKD-Leimungsmittel mit 2,27 bis
4,54 kg/907 kg (5 bis 10 lbs/ton) und Alaun mit 0,45 kg/907 kg (1
lbs/ton), alle auf Basis von aktiven Stoffen. Siebwasser 2 wurde
aus einem Pilotpapiermaschinenlauf für die weiße obere Schicht für Karton
mit weißer
Oberfläche
als Probe entnommen. Das Flächengewicht
betrug 19,1 kg/92,9 m
2 (42 lbs/1000 ft
2). Die Faser war ebenfalls eine Laubholz/Nadelholz-Mischung,
die 20 % PCC enthielt. Additive auf Basis aktiver Stoffe waren 18,1
kg/907 kg (40 lbs/ton) kationische Stärke, 1,36 kg/907 kg (3 lbs/ton)
synthetisches Trockenfestigkeitsmittel, 0,45 bis 1,59 kg/907 kg
(1 bis 3,5 lbs/ton) ASA-Leimungsmittel, 0,45 kg/907 kg (1 lb/ton)
kationisches Polymer mit geringem Molekulargewicht, 0,18 kg/907
kg (0,4 lb/ton) anionisches Retentionsmittel und 0,23 kg/907 kg
(0,5 lb/ton) kolloidale Kieselerde. Die Ergebnisse sind in Tabelle
11 enthalten. Tabelle
11 Wirkung
von Hemicellulase, Cellulase und Amylase auf Filzauffüllung
- * Mischung in gleichen Verhältnissen
von E-1, E-2 und E-3
-
Die
Daten in Tabelle 11 zeigen, daß die
Hemicellulase die Verstopfung von Filzen aufgrund einer typischen
Hemicellulose entfernen und reduzieren oder verhindern konnte. Die
Hemicellulase und Cellulase konnten auch den Flüssigkeitsstrom durch die mit
den zwei Proben von Siebwasser verstopften Filze erhöhen. Die Enzyme
und insbesondere die Enzymmischung waren ebenfalls wirksam in der
Reduzierung der Gewichtszunahme des Filzes, der dem Siebwasser unterworfen
worden war.
-
Beispiel 9
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Mit
Amylase formulierte Produkte wurden mit Verunreinigungssystemen
getestet, die typisch für
diejenigen sind, die Papier von Druck- und Schreibqualität erzeugen,
unter Verwendung der Verfahren aus Beispiel 6. Verunreinigungssystem
A enthielt 500 ppm der in Beispiel 5 beschriebenen Komponenten und
Verhältnisse, außer daß Stärke mit
den anderen Komponenten nach Verdünnung kombiniert wurde und
entweder zum Zeitpunkt 0 oder zum Zeitpunkt 2 Minuten vor dem Beginn
des Tests hinzugegeben wurde. Verunreinigungssystem B enthielt 600
ppm der in Beispiel 6 beschriebenen Komponenten, jedoch wurde die
Stärke
in einem Verhältnis von
1 Teil auf jede 24 Teile der anderen Komponenten hinzugegeben. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 12 enthalten. Tabelle
12 Wirkung
von formulierten Produkten, die Amylase enthalten, auf die Auffüllung von
Komponenten für
alkalische Druck- und Schreibqualität
Tabelle
12 (Fortsetzung)
-
Die
Ergebnisse in Tabelle 12 zeigen, daß die mit Amylase formulierten
Filzreinigerprodukte wirksam sowohl in der Reduzierung der Verunreinigungsanreicherung
auf den Preßfilzen
als auch in der Erhöhung
des Flüssigkeitsstroms
durch die Filze waren.
-
Beispiel 10
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Der
Filz wird während
der Papierherstellung mit einem flüssigen Amylase-Produkt und
der folgenden Filzreinigerformulierung behandelt:
15–30 % Naphthalinsulfonat
5–20 % Phosphatester
0,01
% Antischaummittel
Wasser
-
Die
zwei Komponenten werden zusammen kombiniert und dann auf den Filz über eine
wäßrige Berieselung
aufgetragen, wobei die Amylasemenge in der Berieselung zwischen
1 und 500 ppm ist. Das Verhältnis von
Amylase zu Filzreinigerformulierung ist 1 zu 100 Gew.-Teile.
-
Beispiel 11
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Der
Filz wird, während
Papier hergestellt wird, mit einem Zweikomponentensystem behandelt,
wobei die erste Komponente ein flüssiges Amylaseprodukt ist und
die zweite Komponente die folgende Filzreinigerformulierung ist:
15–30 % Polyacrylsäure, Molekulargewicht ∽5000
15–30 % nichtionische
Tenside, entweder Nonylphenolethoxylat oder Alkoholethoxylate mit
9–12 Molen
EO
0–1
% Lignosulfonat
1–2
% Natriumhydroxid
0,025–0,1
% Biozid
Wasser
-
Die
zwei Komponenten werden auf den Filz separat an unterschiedlichen
Orten auf dem Filz aufgetragen. Jede wird über eine wäßrige Berieselung aufgetragen.
Die Amylasemenge in der Berieselung ist zwischen 1 und 500 ppm.
Das Verhältnis
von Amylase zur Filzreinigerformulierung ist 1 zu 100 Gew.-Teile.
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Beispiel 12
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Der
Filz wird, während
Papier hergestellt wird, mit einem Zweikomponentensystem behandelt,
wobei das erste Produkt flüssige
Amylase enthält
und das zweite Produkt die folgende Formulierung enthält:
5–15 % aktive
Stoffe von kationischem linearen oder verzweigtem Polyamin mit niedrigem
Molekulargewicht, MW ∼13
000 bis ∼600
000.
5–15
% Alkoholethoxylat, lineares oder verzweigtes C12-14,
8–9 EO.
0–5 % Phosphatester
0,025–0,1 % Biozid
Wasser
-
Die
zwei Komponenten werden zusammen kombiniert und dann auf den Filz über eine
wäßrige Berieselung
aufgetragen, wobei die Amylasemenge in der Berieselung zwischen
1 und 200 ppm ist. Das Verhältnis von
Amylase zur Filzreinigerformulierung ist 1 zu 50 Gew.-Teile.
-
Beispiel 13
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Der
Filz wird, während
Papier hergestellt wird, mit folgendem behandelt:
5–20 % (aktive
Stoffe) lineares oder verzweigtes Polyamin, MW
∽10 000–50 000
(erhalten durch Umsetzen von Epichlorhydrin mit Dimethylamin und
gegebenenfalls Ethylendiamin, falls verzweigt)
5–20 % lineares
primäres
oder sekundäres
Alkoholethoxylat, C11-15, 9–12 Mole
EO
0–5
% (aktive Stoffe) Dinatriumlauroamphodiacetat
0–10 % Propylenglykol
0,01–0,10 %
(aktive Stoffe) 1,2-Benzisothiazolin-3-on
3–10 % flüssige alpha-Amylase
Wasser
-
Die
Formulierung wird auf den Filz über
eine wäßrige Berieselung
aufgetragen, wobei die Amylasemenge in der Berieselung zwischen
1 und 200 ppm ist.
-
Beispiel 14
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Der
Filz wird, während
Papier hergestellt wird, mit folgendem behandelt:
5–10 % Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensat
10–20 % Alkoholethoxylat(e),
C11-15, linear, primär, sekundär oder verzweigt, mit 8 bis
12 Molen EO
0–10
% (aktive Stoffe) Dinatriumlauroamphodiacetat
0–15 % ethoxyliertes
Cocoamin
0–10
% Propylenglykol
0,01–0,05
% (aktive Stoffe) 1,2-Benziosothiazolin-3-on
3–10 % flüssige alpha-Amylase
Wasser
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Die
Formulierung wird auf den Filz über
eine wäßrige Berieselung
aufgetragen, wobei die Amylasemenge in der Berieselung zwischen
1 und 200 ppm ist.
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Beispiel 15
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Der
Filz wird, während
Papier hergestellt wird, mit folgendem behandelt:
5–20 % (aktive
Stoffe) lineares oder verzweigtes Polyamin, MW ∼10 000–50 000 (erhalten durch Umsetzen von
Epichlorhydrin mit Dimethylamin und gegebenenfalls Ethylendiamin,
falls verzweigt)
5–20
% lineares primäres
oder sekundäres
Alkoholethoxylat, C11-15, 9–12 Mole
EO
0–5
% (aktive Stoffe) Natriumlaurylsulfat
0–10 % Propylenglykol
0,01–0,10 %
(aktive Stoffe) 1,2-Benzisothiazolin-3-on
3–10 % flüssige alpha-Amylase
Wasser
-
Die
Formulierung wird auf den Filz über
einen wäßrige Berieselung
aufgetragen, wobei die Amylasemenge in der Berieselung zwischen
1 und 200 ppm ist.
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Beispiel 16
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Der
Filz wird, während
Papier hergestellt wird, mit folgendem behandelt:
3–8 % (aktive
Stoffe) Polyacrylsäure,
MW ∼1000–5000
5–10 % Triethanolamin
5–15 % lineares
oder sekundäres
Alkoholethoxylat, C11-15, 9–12 Mole
EO
5–10
% Propylenglykol
0–5
% Phosphatester
0,01–0,10
% (aktive Stoffe) 1,2-Benzisothiazolin-3-on
3–10 % flüssige alpha-Amylase
Wasser
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Die
Formulierung wird auf den Filz über
eine wäßrige Berieselung
aufgetragen, wobei die Amylasemenge in der Berieselung zwischen
1 und 200 ppm ist.
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Beispiel 17
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Mit
Amylase formulierte Filzreinigerprodukte wurden mit üblicherweise
verwendeten Filzreinigern verglichen, die kein Enzym enthalten,
unter Verwendung unterschiedlicher Typen von Verunreinigungssystemen und
Preßfilzen.
Zwei unterschiedliche Typen von Filzen wurden verwendet. Filztyp
A hatte ein relativ offenes Webmuster und war ein typischerweise
in der Herstellung von Verpackungsqualitäten verwendeter Typ. Filztyp B
war der in der Feinpapierherstellung verwendete Typ und enthielt
eine polymere Membran als eine seiner Schichten. Die Verunreinigungssysteme
wurden wie in Beispiel 9 für
System A hergestellt, jedoch wurden der Typ von Retentionsmittel
und die Leimung wie folgt modifiziert:
System 1 ist AKD-Leimung
und kationisches Retentionspolymer
System 2 ist AKD-Leimung
und anionisches Retentionspolymer
System 3 ist ASA-Leimung
und anionisches Retentionspolymer und
System 4 ist ASA-Leimung
und kationisches Retentionspolymer
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 13 enthalten.
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Die
Daten in Tabelle 13 zeigen, daß die
mit Enzym formulierten Filzreinigerprodukte wirksamer als Filzreiniger
sind, die kein Enzym enthalten, indem mehr Flüssigkeitsfluß durch
den Filz gelangt, statt ihn zu umgehen, und/oder indem die Menge
des Gewichtsgewinns durch den Filz reduziert wird.
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