Celulaza do celulozy i papieru – modyfikacja włókien, poprawa odwadniania i przetwórstwo włókna makulaturowego

Kluczem do korzystnego wpływu celulazy na odwadnianie bez utraty wytrzymałości jest jej selektywne działanie na najbardziej zewnętrzne, odsłonięte mikrofibryle celulozy na powierzchni włókna oraz na ultradrobne fragmenty włókien (frakcję drobną), które w największym stopniu przyczyniają się do oporu odwadniania. Modyfikując powierzchnię spęcznionych, sfibrylowanych włókien i częściowo degradując frakcję drobną najbardziej obniżającą odwadnianie, celulaza zmniejsza specyficzny opór filtracyjny sieci włókien bez hydrolizowania głównego korpusu włókna, który zapewnia wytrzymałość na rozciąganie i przedarcie. Kluczowym parametrem kontrolnym jest dawka – zbyt niska dawka daje niewystarczającą poprawę odwadniania; zbyt wysoka dawka zaczyna atakować korpus włókna, obniżając wytrzymałość. Praktyczne okno dawkowania, w którym odwadnianie się poprawia bez istotnej utraty wytrzymałości, potwierdza się w skali laboratoryjnej przed wdrożeniem produkcyjnym.

Zgłaszane oszczędności energii wynikające z wstępnej obróbki celulazą w rafinacji masy różnią się w zależności od zastosowania. W przypadku poprawy odwadniania włókna makulaturowego w produkcji tektury pośrednia korzyść energetyczna wynikająca z ograniczenia rafinacji potrzebnej do osiągnięcia docelowego stopnia zmielenia wynosi zwykle 15–25% energii elektrycznej rafinacji dla danej frakcji masy. W przypadku masy mechanicznej z wstępną obróbką enzymatyczną odnotowano bezpośrednie oszczędności energii rafinacji rzędu 5–15% na tonę w badaniach w skali laboratoryjnej, przy czym wyniki w skali zakładowej wahają się od umiarkowanych do znaczących, w zależności od gatunku drewna, docelowej jakości masy i konfiguracji rafinera. Przed podjęciem decyzji o zakupie enzymu na skalę produkcyjną w oparciu o wyliczenia oszczędności energii zalecana jest walidacja w skali zakładowej w ramach zdefiniowanego programu pilotażowego.

Enzym celulazy dla przemysłu celulozowo-papierniczego jest zwykle stosowany jako rozcieńczony roztwór wodny dodawany do masy w skrzyni maszynowej, skrzyni mieszalnej lub dedykowanym zbiorniku wstępnej obróbki przed maszyną papierniczą. Kontakt enzymu jest zarządzany przy pH 4,5–5,5 i temperaturze 45°C–55°C przez 30–120 minut, zanim masa przejdzie dalej. Po upływie czasu kontaktu obróbki enzym jest rozcieńczany i w dużej mierze dezaktywowany przez alkaliczną chemię retencji i zarządzanie temperaturą maszyny papierniczej. Celulaza jest ogólnie kompatybilna ze standardową chemią mokrego końca – skrobią, środkami retencyjnymi i klejącymi – jednak konkretną kompatybilność należy zweryfikować z dostawcą chemii mokrego końca fabryki. Należy unikać dodawania celulazy jednocześnie z silnymi polimerami kationowymi, które mogą wiązać i dezaktywować enzym.

Wybór gatunku aktywności dla celulozy i papieru zależy od docelowego zastosowania i dostępnego czasu kontaktu. Do poprawy odwadniania przy czasie kontaktu 30–60 minut gatunek o wyższym stężeniu dostarcza docelową dawkę przy stosunkowo niewielkiej masie enzymu dodanej do masy – co jest istotne dla zminimalizowania dodatku białka enzymatycznego do wsadu. Dla zastosowań o dłuższym czasie kontaktu (60–120 minut w zbiorniku wstępnej obróbki) skuteczny jest również gatunek o niższym stężeniu przy proporcjonalnie wyższej dawce masowej. Praktyczna wskazówka to określenie specyfikacji na podstawie docelowej dawki na tonę suchej masy oraz dostępnego czasu kontaktu, a następnie dobór gatunku aktywności enzymu, który dostarcza tę dawkę w wygodnej objętości dodatku ciekłego dla systemu dozowania fabryki.