تأثير تيمار خميركاغذ كارتن كنگره اي كهنه با آنزيم لاكاز بر مقاومت هاي آن

Effect of laccase enzyme treatment on the strength properties of OCC pulp

سابقه و هدف: كاغذهاي تهيه شده از الياف بازيافتي به علت تعدد چرخه بازيافت، داراي مقاومت‌هاي كمتري نسبت به كاغذهاي تهيه شده از الياف بكر مي‌باشند. به منظور رفع اين مشكل، تاكنون راه‌كارهاي مختلفي ارائه شده كه استفاده از آنزيم-هاي تخصصي از جمله آنهاست. در حالي كه استفاده از آنزيم‌ها در صنايع خمير و كاغذسازي هنوز در مرحله تحقيق و توسعه است، اما برخي از اين واحدهاي پيشتاز توانسته‌اند اين فناوري را به كار گيرند. راهكارهاي مختلفي براي تقويت اتصال الياف بازيافتي و در نتيجه بهبود مقاومت‌هاي كاغذ ساخته شده از آنها وجود دارد. يكي از اين روش‌ها استفاده از آنزيم‌هاي اكسيدكننده مثل سلولاز و لاكاز است كه موجب تسريع در ليگنين‌زدايي مي‌شوند. بر اساس تحقيقات انجام شده، سيستم لاكاز- واسطه‌گر بيشترين تاثير را بر روي افزايش مقاومت‌هاي كاغذ داشته است. از جمله واسطه‌گرهاي متداول لاكاز، ABTS و HBT هستند كه داراي جرم مولكولي پاييني بوده و به عنوان بهترين اكسيدكننده قسمت‌هاي غيرفنلي ليگنين مورد استفاده قرار مي-گيرند. در اين تحقيق اثر تيمار خميركاغذ كارتن كهنه با آنزيم لاكاز به منظور افزايش مقاومت‌هاي كاغذهاي بازيافتي مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: خميركاغذ كارتن كنگره‌اي كهنه (OCC) از جعبه تغذيه يك واحد توليد كاغذهاي بازيافتي در شمال كشور (شركت افرنگ نور) تهيه شد و سپس كلاسه‌بندي الياف آن توسط دستگاه باور مگ‌نت انجام شد. براي تيمار آنزيمي خميركاغذ OCC از آنزيم لاكاز و واسطه‌گر HBT استفاده شد. شرايط تيمار آنزيمي شامل رساندن درصد خشكي به 2 و pH به 5 بود كه در مدت زمان 2 ساعت و دماي 60 درجه سانتي‌گراد با سه سطح آنزيم (0/005، 0/01 و 0/015 درصد بر مبناي وزن خشك خميركاغذ) اعمال شد. براي ساخت كاغذ دست‌ساز و اندازه‌گيري ويژگي‌هاي آن از استاندارد TAPPI استفاده شد و نيز تجزيه و تحليل آماري نتايج به كمك طرح آماري كاملاً تصادفي انجام شد. يافته‌ها: نتايج كلاسه‌بندي الياف خميركاغذ كارتن كنگره‌اي كهنه نشان داد كه حدود 31 درصد وزن خميركاغذ OCC را نرمه‌ها تشكيل مي‌دهند. همچنين تجزيه و تحليل آماري نتايج به دست آمده نشان داد كه تيمار خميركاغذ OCC با آنزيم لاكاز بر مقاومت‌هاي كاغذ دست‌ساز در سطح احتمال 99 درصد معني‌دار است. با مصرف 0/005 درصد آنزيم لاكاز، شاخص مقاومت به كشش و تركيدن كاغذ نسبت به نمونه شاهد به طور معني‌داري افزايش يافت. آزمون دانكن نشان داد كه بين ميانگين اين دو شاخص با مصرف 0/005 و 0/015 درصد آنزيم (بر مبناي وزن خشك خميركاغذ) اختلاف معني‌داري وجود ندارد و در يك گروه آماري قرار مي‌گيرند. روند تغييرات شاخص مقاومت به پاره شدن برعكس دو شاخص ديگر بوده و مقاومت كنكوراي لايه مياني (CMT) در كليه سطوح مورد استفاده آنزيم كاهش پيدا كرد. نتيجه‌گيري: با توجه به اهميت و نقش دو مقاومت اصلي كشش و تركيدن در كاغذهاي تست لاينر كه به طور قابل توجهي در صنايع بسته‌بندي كاربرد دارد، مصرف 0/005 درصد آنزيم لاكاز (نسبت به وزن خشك خميركاغذ) به همراه واسطه‌گر HBT براي بهبود اين مقاومت‌‌ها توصيه مي‌شود. باتوجه به افت شاخص مقاومت كنكوراي لايه مياني (CMT)، به كارگيري لاكاز براي تيمار خميركاغذ مورد استفاده در ساخت كاغذ كنگره‌اي مناسب نمي‌باشد.

Background and objectives: Paper made of recycled fibers has less strength compared to virgin fibers due to the multiplicity of recycling. Several solutions have been proposed to solve this problem consist of specialized enzymes application. While the application of enzymes in the pulp and paper industry is still in the research and development stage, but some of them have pioneered the technology to operate. There are various methods to increase recycled fiber bonding and improves the paper strength. Oxidant enzymes such as cellulase and laccase are one of the methods that could accelerate delignification. Laccase-mediator system has the greatest effect on increasing of paper strength according to previous studies. Common Low molecular weights of the mediator such as ABTS or HBT are the best non-phenolic lignin oxidizing that have been used yet. In order to increase the strength of recycled paper the effect of laccase treatment on old corrugated container (OCC) pulp was investigated in this study. Materials and methods: OCC pulp was obtained from headbox of recycled paper factory in the north of Iran (Afrang Noor), and then was fractionated by Bauer-McNett classifier. HBT mediator was selected to treatment of OCC pulp by laccase. The pulp was treated by the enzyme in the adjusted conditions including consistency: 2%, pH: 5, reaction time: 2 hours, and reaction temperature: 60°C in dosing levels of 0.005%, 0.01% , and 0.015 % based on oven-dried weight of pulp. Handsheet making and characteristic measurement carried out by TAPPI test methods and also statistical analysis was conducted using completely randomized design. Results: Fiber classification results showed that fines constitute about 31% of weight of the pulp. There are significant differences at 1% level among the pulp strength properties of OCC which treated with the laccase enzyme. Tensile and burst indices significantly were increased compared to the control using 0.005% of laccase. Multiple Duncan test showed that the average of these two indices by using 0.005% and 0.015% laccase (based on O.D. weight of pulp) had no significant difference and placed in the same statistical group. The variation trend of tear index unlike the other indices was observed and concora medium test (CMT) decreased at all levels of the treatments. Conclusion: OCC pulp treated with 0.005% laccase-HBT (based on O.D. weight of pulp) is recommended according to the important role of tensile and burst strength in the test liner for packaging industry. Due to decreasing of Concora medium test (CMT) by the enzyme, laccase application is unsuitable for making corrugated paper.