!HU000006103T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 006 103
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA D21H 17/21
(21) Magyar ügyszám: E 04 818577 (22) A bejelentés napja: 2004. 11. 12. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040818577 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1682721 2005. 05. 26. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1682721 B1 2009. 05. 06.
(51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 2003080330 2003. 11. 13. KR 2004092297 2004. 11. 12. KR (72) (73) Feltalálók és szabadalmasok: You, Hack-Churl, Jinhae 645-270 (KR); Park, Jun-Hyuk, Seoul 135-927 (KR)
(74) Képviselõ: dr. Fehérvári Flóra, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
(54)
(2006.01) D21H 11/12 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 05047598 PCT/KR 04/002939
Rhodophytából készült papírpép és papír, valamint eljárás ezek elõállítására
(57) Kivonat
HU 006 103 T2
A találmány papírpép és papír elõállítására vonatkozik Rhodophyta alkalmazásával, amelynek során a Rhodophytát agargél meghatározott idõtartam alatt történõ oldására alkalmas extraháló oldószerbe merítve az agargélt az extraháló oldószerben oldják, az oldott agargélt egy reagens oldószerrel reagáltatva szállá alakítják át, a szálat keményítik és a keményített szálat pépesítik.
A találmány szerinti eljárás nem fa alkalmazásán alapul, ezért az elõállítási költségek alacsonyak. Továbbá a lignin eltávolításához és a fehérítéshez használt vegyszerek mennyisége drasztikusan csökken, ezáltal megelõzhetõ a környezetszennyezõdés, és mivel a végtermék nem tartalmaz ártalmas vegyszereket, az emberekre és a környezetre nézve nincs káros hatása.
A leírás terjedelme 10 oldal (ezen belül 1 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 006 103 T2
Szakterület A találmány papírpépre és papírra, valamint az ezek elõállítási eljárására, közelebbrõl a papírpép és a papír anyagaként fa helyett Rhodophyta alkalmazásával nyert papírpépre és papírra, valamint ezek elõállítási eljárására vonatkozik. Szakirodalmi háttér A növényi anyagok mechanikus vagy kémiai kezelésével elõállított szálakat általában papírpépnek nevezik. A papírpép anyaga például gyapot, kender, len, juta, rami, manila kender, Edgeworthia papyrifera farost, papíreperfarost, szalma, eszpartocellulóz, bambuszrost, bagassz, valamint fa. Az ipari anyagokkal szemben támasztott követelmények többek között, hogy bõséges mennyiségben álljanak rendelkezésre, könnyen begyûjthetõk, szállíthatók és tárolhatók legyenek, továbbá olcsóak és kitûnõ minõségûek legyenek. A fa, amely a legfontosabb papírpépanyag, cellulózból, hemicellulózból és ligninbõl áll. Ezek a komponensek alkotják a sejtfalat és a sejtközi réteget, továbbá ezek alkotják az összes fa több mint 90%¹át. Mellékkomponensként például extraktumok, mint a gyanta, a finomított olaj, az olajzsír, a csersav és a flavonoid, továbbá egyéb szervetlen vegyületek lehetnek jelen. Ezen komponensek közül a cellulóz van jelen a legnagyobb mennyiségben a természetes szerves anyagok közül, és fõleg ez alkotja a növény sejtfalát. A cellulóz egy b¹1:4-glükozid kötéssel összekapcsolódó D¹glükóz-alegységeket tartalmazó polimer anyag, amely szobahõmérsékleten vízben, hígított savban és lúgban oldhatatlan. Ipari alkalmazás során a facellulózt õrlési, fehérítési és tisztítási eljárásnak alávetve állítják elõ a papírt, vagy facukorként történõ felhasználásnál a fát hidrolizálhatják. Egyébként a facellulóz különbözõ kémiai kezelésekkel cellulózszármazékokká alakítható át. Különbözõ eljárások alkalmazhatók a papírpép pépanyagból történõ elõállítására, ilyenek a pépanyag elõállítása, pépesítése és a pép tisztítása. A könnyû pépesítéshez a faanyagot forgácsolási, hántolási és osztályozási eljárásnak vetik alá a pépanyag fajtájától függõen. Az így elõállított pépanyagból szálat állítanak elõ, amelyet pépesítésnek neveznek, ez a pépelõállítás legfontosabb folyamata. A szál elõállítása céljából a cellulózfa sejtközi kompozit rétegét facsiszoló alkalmazásával felaprítják vagy vízgõz alkalmazásával lágyítják és ezután fizikai erõvel felaprítják. Az egyszerû mechanikus kezeléssel, kémiai kezelés nélkül elõállított pépet mechanikus pépnek nevezik. A mechanikus pép azért elõnyös, mert magas kitermeléssel, kis elõállítási költséggel képzõdik, de magas lignintartalma miatt kiváló minõségû papíranyagként történõ alkalmazásra nem megfelelõ. A pépanyagnak lignin eltávolítása céljából végzett vegyszeres kezelése hatására a sejtközi kompozit réteg feloldódik, és így szálasanyag formájában disszociál. Az ilyen eljárással kapott pépet kémiai pépnek nevezik. A kémiai pép elõállításakor a sejtmembránban lévõ lignin, valamint a pépanyag sejtközi rétegében jelen lévõ lignin távozik. Ezzel egyidejûleg nagy mennyi-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
ségû hemicellulóz oldódik, és kis mennyiségû cellulóz lebomlik. Habár a kémiai pép minõsége kiváló, azaz nagy tisztaságú cellulózt tartalmaz, kitermelése kisebb és elõállítási költségei magasabbak a mechanikus péppel összehasonlítva. A kémiai pép-elõállítási eljárására példaképp említhetõk a szulfitos pépesítés, a szódás pépesítés, a szulfátos pépesítés és hasonlók. A tisztítási eljárás funkciója a nem pépesített rész és a szennyezõdés mosással és osztályozással történõ eltávolítása a pépesített szálból. Ezután szükség esetén fehérítési eljárás végezhetõ. Ezen túlmenõen kiváló minõségû rayonpép elõállításához speciális tisztítási eljárás végezhetõ. A fenti ismertetés faköszörület alkalmazásával végzett általános papírpép-elõállítási eljárásra vonatkozik. Azonban a faforrások világszerte kimerülõben vannak, ezért megoldásra váró probléma a szakirodalomban a papírpép elõállítása mellett az erdõk és a környezet védelme. Ezen probléma elhárítása céljából ismertté váltak olyan nem faeredetû növényi szálakból származó papírpép-elõállítási eljárások, amelyekhez fõleg egyvagy kétéves növényeket alkalmaznak A pépanyagként alkalmazható nem fás növények például a papíreperfa, a len, a kender, a gyapot növény, a manilakender, a rizsszalma, a bagassz és hasonlók háncsrostját tartalmazzák. A nem fás növények általában nagy mennyiségû pektint, hemicellulózt és szervetlen anyagot és kis mennyiségû lignint tartalmaznak. Pépesítéskor a nem fás növényeket kémiai pépesítésnek, félig kémiai vagy mechanikai-kémiai pépesítésnek vetik alá, és a fehérítetlen vagy fehérített pép a fa esetében alkalmazottnál enyhébb körülmények között állítható elõ. A nem fás pép tulajdonságai eltérõek a szál formája, a kémiai összetétel, a nem szálas sejttípus és a mennyiségek tekintetében. Ezért a kizárólag nem faeredetû pép vagy faeredetû péppel alkotott kombináció alkalmazásával elõállított papír szilárdsága, élettartama, elektromos tulajdonságai, fényessége, méretstabilitása és nyomtathatósága könnyen szabályozható, és ezért alkalmazási területe igen kiterjedt. Azonban papírgyártás céljából nem fás növényi szál alkalmazásával elõállított kémiai pép esetében fõleg szódás pépesítés, szulfitos pépesítés vagy kraftpépesítés alkalmazható. A pép elõállításakor a szulfitos és a krafteljárásban aprítószerként nagy mennyiségû kénvegyületet, például Na2SO3¹ot vagy Na2S¹ot alkalmaznak. Ez a vegyület erõs szagot fejleszt, és terheli a szennyvizet. Kénmentes pépesítési eljárásként leírtak egy szóda alkalmazásával végzett aprítási eljárást. Azonban ha kizárólag szódát alkalmaznak, akkor kicsi a pép kitermelése és alacsony a papír szilárdsága. Ezen problémák enyhítésére a szódával együtt antrakinon alkalmazását javasolták, de az antrakinon problémákat okoz az aprítószer elõállításánál és biológiai degradációjánál. Továbbá az antrakinon költséges, ezért növeli a nem faeredetû pép elõállítási költségeit. Ezzel kapcsolatban a 2001–1550 számú koreai közzétételi iratban olyan pép-elõállítási eljárást ismertettek, amelyben fûszerû növényként gabonát alkal-
1
HU 006 103 T2
maztak. Papírpépanyagként gabonaszár alkalmazásával lehetõség nyílik a koreai papírhoz hasonló kiváló minõségû papír alacsony elõállítási költségekkel történõ elõállítására. Azonban ez az eljárás elõnytelen, mivel toxikus vegyszerek alkalmazásán alapul, ami szennyezi a környezetet. A 3–199486 számú japán közzétételi irat papír és rostos kötõanyag vízoldható poliszacharid alkalmazásával történõ elõállítására vonatkozik. Vízoldható poliszacharidként például agart, karragenánt, alginsavat és hasonlókat alkalmaztak. A fenti eljárás úgy jellemezhetõ, hogy vízoldható poliszacharid vizes oldatát adják egy hidrofil tulajdonságot mutató oldószerhez, amely a vízoldható poliszacharidot gyengén oldja, így szálas csapadékot kapnak. Ezt a csapadékot élelmiszerek és gyógyszerek ehetõ csomagolása területén alkalmazzák. Azonban a fent ismertetett eljárás alkalmazásával gyakorlatilag olyan filmanyagot kapnak, amely filmanyag papírként gyakorlatilag nem alkalmazható. Ezen túlmenõen az 1999–34085 számú koreai közzétételi iratban celofán helyettesítésére alkalmas film elõállítására vonatkozó eljárást ismertettek egy karragenán biopolimer alkalmazásával. A találmányban bemutatták, hogy a karragenán, amelyet enyhe körülmények között extrahálnak, kitûnõ filmképzõ tulajdonságokat mutat, és így a környezetszennyezõdést elõidézõ mûanyag celofánanyag helyettesítésére alkalmas. Azonban az aktuális kísérletek eredményeként jelen feltalálók kimutatták, hogy a kapott film szilárdsága nagyon gyenge, és gyakorlati alkalmazásra nem megfelelõ. Tehát ennek további feldolgozására van szükség adalék anyag alkalmazásával.
5
10
15
20
25
30
Ismertetés Technikai probléma A jelen találmány a szakirodalomban felmerült fenti problémák megoldására irányul. A jelen találmány célja olyan papírpép és papír, valamint ezekre vonatkozó elõállítási eljárás kidolgozása volt, amellyel megelõzhetõ a környezetszennyezés, és megvalósítható az erdõk védelme, továbbá az õrlési és fehérítési eljárás folyamán nincs szükség toxikus vegyszerek alkalmazására. A jelen találmány további célja olyan papírpép és papír, valamint az ezek elõállítására szolgáló eljárás kidolgozása volt, ahol az elõállítás során a papírpépanyagból minimális mennyiségû hulladék képzõdik.
35
Technikai megoldás A találmány az 1. és 5. igénypont szerinti pép-elõállítási eljárásra, a 15. igénypont szerinti pépre, a 16. és 18. igénypont szerinti papír-elõállítási eljárásra és a 17. és 19. igénypont szerinti papírra vonatkozik. A fenti célokat a jelen találmány szerinti megoldásban Rhodophyta alkalmazásával végzett papírpép-elõállítási eljárással valósítjuk meg, amely eljárás során a Rhodophytát agargél meghatározott idõtartam alatt történõ oldására alkalmas extraháló oldószerbe merítjük, ezzel az agargélt oldjuk az extraháló oldószerben; az
50
40
45
55
60 3
2
oldott agargélt szállá alakítjuk át oly módon, hogy az oldott agargélt egy reagens oldószerrel reagáltatjuk; a szálat egy keményítõszer alkalmazásával keményítjük; és a keményített szálat pépesítjük. A szállá alakítás úgy végezhetõ, hogy az agargéloldatot egy extruderfúvóka alkalmazásával folyamatosan a reagens oldószerbe extrudáljuk, vagy az agargéloldatot porlasztófúvóka alkalmazásával szakaszosan a reagens oldószerbe extrudáljuk. A jelen találmány kiterjed egy olyan, Rhodophyta alkalmazásával végzett papírpép-elõállítási eljárásra, amely eljárás során Rhodophytát agargél meghatározott idõtartam alatt történõ oldására alkalmas extraháló oldószerbe merítünk, ezzel az agargélt oldjuk az extraháló oldószerben; és az oldott agargélt tartalmazó oldat eltávolítása után visszamaradó papírpépanyagot összegyûjtés után pépesítjük. A jelen találmány kiterjed egy olyan, Rhodophyta alkalmazásával végzett papírpép-elõállítási eljárásra, amely eljárás során a Rhodophytát agargél meghatározott idõtartam alatt történõ oldására alkalmas extraháló oldószerbe merítve az agargél egy részét oldjuk az extraháló oldószerben; az agargél oldott részét tartalmazó oldat eltávolítása után visszamaradó papírpépanyagot összegyûjtjük; az eltávolítás után visszamaradó papírpépanyagot egy keményítõszer alkalmazásával keményítjük; és az eltávolítás után visszamaradó keményített papírpépanyagot pépesítjük. Ebben az esetben az agargél egy részének az extraháló oldószerben történõ oldását úgy végezzük, hogy a Rhodophytát alkoholalapú oldószerbe merítjük, majd forraljuk. A keményítõszer lehet például aldehid. A keményítõszer glioxál is lehet. Ezen túlmenõen az extraháló oldószert elõnyösen 80 °C vagy ennél magasabb hõmérsékleten használjuk. Az extraháló oldószer például víz, alkoholok és ketonok közül választható. Elõnyös, ha a reagens oldószert 80 °C¹on vagy ennél magasabb hõmérsékleten használjuk. A reagens oldószer például alkoholokat vagy ketonokat tartalmazhat, azzal a megkötéssel, hogy a reagens oldószer az extraháló oldószertõl eltérõ anyag. Az oldást a Rhodophyta aprításával, majd az extraháló oldószerbe történõ merítéssel végezhetjük. A Rhodophyta Gelidium amansii, Gracilaria verrucosa, Cottonii, Spinosum és ezek kombinációi közül választható. A jelen találmánnyal olyan papírpépet bocsátunk rendelkezésre, amely Rhodophyta alkalmazásával állítható elõ a fenti eljárás szerint. A jelen találmánnyal olyan papír-elõállítási eljárást bocsátunk rendelkezésre, amelynek során a fenti eljárással Rhodophyta alkalmazásával papírpépet állítunk elõ, és a papírpép alkalmazásával papírt állítunk elõ. A jelen találmány kiterjed az ezen eljárás szerint elõállított papírra is. A jelen találmánnyal olyan papír-elõállítási eljárást bocsátunk rendelkezésre, amelynek során a fent említett eljárással Rhodophyta alkalmazásával papírpépet
1
HU 006 103 T2
állítunk elõ, facellulózt állítunk elõ, és a fenti papírpépek közül kettõt vagy többet összekeverünk, és a papírpépkeverék alkalmazásával papírt állítunk elõ. A jelen találmány kiterjed az ezen eljárással elõállított papírra is. Az ábrák ismertetése Az 1. ábrán egy géloldat reagens oldószerhez történõ adagolása látható extruderfúvóka alkalmazásával; és a 2. ábrán egy géloldat reagensoldathoz történõ adagolása látható porlasztófúvóka alkalmazásával. Az ábrákon bemutatott fõ részek hivatkozási jeleinek magyarázata: 100: reagens oldószer 200: géloldat, 210: extruderfúvóka 220: porlasztófúvóka. Legelõnyösebb megvalósítási mód A jelen találmányt részletesen ismertetjük az alábbiakban. Papírpép- és papíranyag: Rhodophyta A többi tengeri növénytõl eltérõen a Rhodophyta 4000 fajtája viszonylag mély vízben él és kisméretû. A Rhodophyta szélesebb körben elterjedt, mint a Chlorophyta és a Phaeophyta, és természetes elõfordulási helye a sekély vizek, valamint az olyan mély vizek, ahová a fénysugarak behatolnak. Az agarterméket a Rhodophyta sejtfalkomponenseként jelen lévõ heteropoliszacharidnak forró vízzel történõ extrahálásával, majd fagyasztással, olvasztással és szárítással dolgozzák fel. Az agaranyag a következõkbõl származhat: Gelidium amansii, Pterocladia tenuis, Acanthopeltis japonica, Gracilaria verrucosa, Hypnea charoides, Ceramium kondoi, Ceramium boydenii, Gigartin tenella, Campylaephora hypnaeoides és Grateloupia filicina. Habár az agar tulajdonságai a fajtától, az elõfordulási környezettõl és az agarfita, azaz az agart tartalmazó nyers tengeri növény elõállítási eljárásától függ, fõleg 7:3 arányban összekevert agarózból és agaropektinbõl áll. Ezek a komponensek az agar hatásos komponensei. Nagy szilárdság biztosításához erõsen gélesedõ tulajdonságú semleges poliszacharid agarózt használunk, míg nagy viszkoelaszticitás biztosítására a gyengén gélesedõ tulajdonságú savas poliszacharid agaropektin alkalmas. Az agar 13–24% vizet, 70–85% nitrogént nem tartalmazó anyagot (szénhidrát), 1,5–3,0% nyersproteint, 0,2–0,3% éterextraktumot és 0,5–0,8% nyersrostot és 1–3% hamuképzõ komponenst tartalmaz. A megszárított agartermék tömege 20¹szorosának megfelelõ mennyiségû vizet köt meg. Az agar jellemzõ tulajdonságai a koagulálhatóság, a viszkoelaszticitás és a vízvisszatartás. Mivel az agar ellentétes tulajdonságokat is mutat, ilyenek a koagulálhatóság és a viszkoelaszticitás, ezen két tulajdonság szabályozásával stabilizátorként, nehezítõszerként, formálószerként, sûrítõszerként, száradásinhibitorként és tulajdonságmegõrzõ szerként is alkalmazható.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
2
A vizes agaroldat az egyéb gélképzõ szereknél jobban gélesedik. A vizes agaroldat gélt képez 32–43 °C¹on, és az így képzõdött gél nem oldódik 80–85 °C¹on vagy ennél alacsonyabb hõmérsékleten. Az agar eredeti géltulajdonságai még akkor sem változnak meg, ha a gélesítést és az oldást ismételten elvégezzük. Az átlátszó agargél könnyen színezõdik, és törésmutatója és fényessége növekszik, ha cukorral, glükózzal és glicerinnel keverjük össze. A karragenán, amely tengeri növényekbõl, például a Rhodophytához tartozó Chodrus és Euceuma nemzetségbõl extrahált vízoldható polimer poliszacharid, három típusban állítható elõ, ezek a kappa¹, lambdaés ióta-típusok, amelyek tulajdonságai egymástól különböznek, és ezek típusait a kívánt céloknak megfelelõen választják ki és keverik össze. A karragenánt általában sûrítõszerként használják, vízzel gélt képez, és a képzõdött gél nagymértékben termoreverzíbilis. Ennek megfelelõen ezt az anyagot desszertekben, gélekben, dzsemekben, teában, aromaanyagokban és szagtalanító anyagokban gélesítõszerként használják. Az agarnak az agarfita szárított tömegének egységnyi mennyiségére vonatkoztatott hozama körülbelül 60–80%, amely a fából extrahált papírpépéhez hasonló vagy annál nagyobb. Ezért a jelen találmány szerinti papírpép- és papíranyagként különbözõ Rhodophytákat használunk, mint a Gelidium amansii, Gracilaria verrucosa, Cottonii és Spinosum. Egyik változat szerint Rhodophytából elõállított karragén vagy agar is használható. A Gelidium amansiibõl vagy Gracilaria verrucosából hidrotermikusan extrahált agar szilárdsága nagyobb, mint a Cottoniiból vagy Spinosumból hidrotermikusan extrahált karragenán. Közelebbrõl: a Gracilaria verrucosából hidrotermikusan extrahált agarkomponens szilárdsága nagyobb, mint a Gelidium amansiibõl hidrotermikusan extrahált agaré. Az olyan Rhodophyták, mint a Cottonii és a Spinosum karragenánjának tulajdonságai a papírpép elõállítására használható szálasanyag-tartalom szempontjából hasonlóak a többi Rhodophytákban lévõ gélkomponensekével, mint a Gelidium amansii és a Gracilaria verrucosa. Ezért a jelen találmány ismertetése során az olyan Rhodophyták karragenánját, mint a Cottonii és a Spinosum, a többi Rhodophyta agarkomponensével együtt, mint a Gelidium amansii és a Gracilaria verrucosa, egyformán „agargél”-nek nevezzük.
Papírpép elõállítása A jelen találmány szerinti megoldásban a papírpépet az alábbiak szerint állítjuk elõ Rhodophyta alkalmazásával. A Rhodophytát, például a Gracilaria verrucosát, a Gelidium amansiit, a Cottoniit vagy a Spinosumot elõre 55 meghatározott idõtartamig kálium-hidroxid (KOH) lúgos vizes oldatába merítjük, és vízzel mossuk, majd részben megszárítjuk. Ekkor a meghatározott ideig alkáli vizes oldatba merített Rhodophyta enyhén elszíntelenedik, közben szennyezõdései eltávoznak, és víztartalma 60 állandó marad. Ha a Rhodophyta nem színtelenedik el, 50
4
1
HU 006 103 T2
ezt követõen fehérítési eljárást nehéz végrehajtani. Továbbá, ha a Rhodophyta teljesen megszárad, annak szálasanyaga az aprítástól az õrlésig tartó eljárásban összetörik. Ezért a Rhodophyta feldolgozása során a Rhodophyta lúgos vizes oldatba merítésére általában szükség van. A Rhodophyta lúgos vizes oldatba merítésére vonatkozó eljárások a Rhodophyta feldolgozására vonatkozó szakirodalomban jól ismertek, és így ennek leírását itt mellõzzük. A mosott és félig megszárított Rhodophytát extraháló oldószerbe merítjük. Ezáltal a Rhodophytában lévõ agargél átjut az extraháló oldószerbe. Az agargél extrahálására használható extraháló oldószer például a víz, az alkoholok, mint az etil-alkohol vagy a metilalkohol, és a ketonok, mint az aceton. Extraháló oldószerként bármilyen anyag használható, amennyiben az oldja az agargélt. Továbbá, mivel az agargél olvadáspontja körülbelül 80 °C, az extraháló oldószernek 80 °C¹ra vagy ennél magasabb hõmérsékletre melegíthetõ oldószernek kell lennie. Minél nagyobb területen érintkezik a Rhodophyta az extraháló oldószerrel, az agargél annál könnyebben extrahálódik. Tehát elõnyös, ha a Rhodophytát az extraháló oldószerbe merítés elõtt összeaprítják, és a felhasználótól függ, hogy mekkorára aprítja a Rhodophyta-szálakat. A feloldott agargélt tartalmazó géloldatot a reagens oldószerhez hozzáadva az agargélt papírpépként használható szálasanyaggá alakítjuk át. Ekkor a géloldatot különbözõ módon adagolhatjuk, ahogy ez a mellékelt ábrákon látható. Az 1. ábrán a géloldatnak a reagens oldószerben extruderfúvókával történõ hozzáadását mutatjuk be. Ahogy az 1. ábrán látható, hogy a 200 géloldatot hosszú szál formában extrudáljuk, és nagy mennyiségû 100 reagens oldószerhez adjuk egy olyan eszköz alkalmazásával, mint a 210 extruderfúvóka, ezáltal a reakció megfelelõen végbemegy a 100 reagens oldószerben. Ilyen módon egy viszonylag egyszerû eszköz, például egy 210 extruderfúvóka alkalmazásával az agargél átalakul szálasanyaggá. A 2. ábrán a géloldatnak a reagens oldószerhez porlasztófúvóka alkalmazásával történõ hozzáadását mutatjuk be. Ahogy ez a 2. ábrán látható, a géloldat és a reagens oldószer reaktivitásának további növelésével a 200 géloldat a 220 porlasztófúvóka alkalmazásával a nagy mennyiségû 100 reagens oldószerbe porlasztható. Ebben az esetben elõnyös, ha a 200 géloldatot szakaszosan porlasztjuk, ezáltal elegendõ idõt biztosítva az agargél szálasanyaggá történõ átalakulásához. Amikor a 200 géloldatot a porlasztófúvókán át porlasztjuk, a 100 reagens oldószerhez hígabb formában adjuk hozzá a 210 extruderfúvóka alkalmazásával végzett extrudálással összehasonlítva. Ezáltal vékonyabb szálasanyag képzõdik. A reagens oldószer alkoholokat vagy ketonokat foglal magában. Az alkoholok és a ketonok mellett bármilyen folyadék használható, amennyiben ennek alkal-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
mazásával az agargél papírpépként alkalmazható szálasanyaggá alakítható át. Azonban ha a reagens oldószer ugyanolyan összetételû, mint az extraháló oldószer, az agargél a reagens oldószerben feloldódik ahelyett, hogy papírpépként alkalmazható szálasanyaggá alakulna át. Ezért megjegyezzük, hogy a reagens oldószer összetételének eltérõnek kell lennie az extraháló oldószerétõl. Amikor a géloldat a reagens oldószerrel reagál, a reagens oldószert elõnyösen 80 °C¹ra vagy ennél magasabb hõmérsékletre melegítjük, hogy az agargél ne keményedjen ki. Azonban a fenti eljárásból származó szálasanyag sokkal kisebb szilárdságú, hõálló képességû és kémiai ellenálló képességû, mint, ami papír-elõállításhoz szükséges. Ennek megfelelõen a szálasanyagot egy aldehidalapú keményítõszerrel, például glioxállal kell kezelni. A keményített szálasanyagot pépesítés után papírelõállításhoz megfelelõ méretûre aprítjuk. Ez a pépesítési eljárás azonos azzal az eljárással, amelyet a szokásos fapépesítési eljárásban a szál elõállítása után végeznek, és így ennek leírását mellõzzük. Mivel a keményített szálasanyag összetétele nem változik meg a papír-elõállítás folyamán még akkor sem, amikor magas hõmérsékletre hevítjük vagy egyéb oldószerekkel hozzuk érintkezésbe, ezért papírpépként használható. Ezen túlmenõen a Rhodophyta kiválasztása nem korlátozódik egy meghatározott típusra. Azaz a különbözõ Rhodophyta-típusok egymással összekeverhetõk. Például összekeverhetõ egymással a Gelidium amansii, Gracilaria verrucosa, Cottonii és Spinosum közül két vagy több típus. Közelebbrõl: a Gracilaria verrucosa hozzáadása, amelynek funkciója a kötõerõ növelése, nagy szilárdságú végterméket eredményez. Ennek megfelelõen nagy szilárdságú papír-elõállításához nagy mennyiségû Gracilaria verrucosát használunk. Jelen feltalálók a következõ eljárás szerint állítanak elõ papírt Rhodophyta alkalmazásával. Az alábbiakban részletesen ismertetjük a papír-elõállítási eljárást. 5 g Gelidium amansii-eredetû agart és 5 g Gracilaria verrucosa-eredetû agart 500 cm3 vízbe adagolunk, majd 5 percig keverjük, közben a hõmérsékletet 90 °C és a forráspont közötti tartományban tartjuk. Ezután keményítõeljárást végzünk keményítõszerként glioxál alkalmazásával. A keményítési eljárás befejezõdése után a keményített anyagot õrlésnek vetjük alá, majd összekeverjük 5 g (1 tömeg%) súlynövelõ szerrel, ami 150 °C¹ra hevített és oldott fenyõgyanta (kolofónium) és azonos mennyiségû 20%¹os vizes nátrium-hidroxidoldat keverékébõl származik. Ezután a kapott reagensanyagot összekeverjük 2,5 g (0,5 tömeg%) timsóval, majd addig keverjük, amíg az erõsen lúgos nátriumhidroxid semlegesítõdik az agaroldat és a kolofóniumgumi között végbemenõ reakció közben. Szárazszilárdságot biztosító szerként 8 g (1,6 tömeg%) keményítõt adunk a reakciókeverékhez, majd a keveréket egyenletes elkeveredésig keverjük. Ezután lapképzõ eljárással átlátszó papírt állítunk elõ, feltéve, hogy a hõmérsékletet folyamatosan 90 °C és a forráspont közötti tartományban tartjuk a lapképzõ eljárás befejezõdéséig. A fenti papírt összekeverjük 25 g (55 tömeg%)
1
HU 006 103 T2
kalcium-karbonáttal, amit töltõanyagként alkalmazunk, ezután lapot képezünk, így opálos fehér papírt kapunk. Ezen túlmenõen, amikor az agargélt Rhodophytából extraháljuk és pépesítjük, az agargél extrahálása után visszamaradó papírpépanyag tulajdonságai hasonlóak a fából készült mechanikus papírpépéhez, és így további kezelés nélkül papírpépként használható. Nagyobb szilárdság eléréséhez a pépesítési eljárás a keményítési eljárás után végezhetõ a felhasználó választása szerint. Ekkor a pépesítési eljárás magában foglalhatja a pép papírgyártáshoz megfelelõ méretre történõ aprítását. Ezen túlmenõen azokban az esetekben, mikor a felaprított Rhodophytát 4 órán át légköri nyomáson etil-alkohol, mint az agargélnek a Rhodophytából történõ extrahálására alkalmas extraháló oldószer alkalmazásával körülbelül 78 °C¹on fõzzük, az agargélnek csak egy része extrahálódik a Rhodophytából. Ekkor kismértékû színtelenedés következik be, miközben az agargél egy része extrahálódik. Mivel az agargél egy részének extrahálása után visszamaradó papírpépanyag tartalmazza az agargél másik részét, a visszamaradó pépanyag nagy szilárdságú. A kevés agargélt tartalmazó maradék papírpépanyagot pépesítéshez keményítjük. A visszamaradó papírpépanyag szilárdságának további növelése céljából az agargél extrahálása után visszamaradó papírpépanyagot ugyanúgy keményítjük, mint az agargélbõl elõállított szálasanyag-keményítési eljárásában tettük. A kapott pép papírpépként történõ felhasználásra is alkalmas. Ahogy fentebb említettük, a pépesítési eljárás magában foglalhatja a papírpép papírgyártáshoz megfelelõ méretre történõ aprítását. A kapott papírpép általános papírgyártási eljárással papírrá alakítható. Ami a papírgyártást illeti, az agargélbõl elõállított papírpép alkalmazásával elõállított papír tulajdonságai hasonlóak a kémiai facellulózból elõállított papíréhoz, míg a visszamaradó papírpépanyagból nyert papírpép alkalmazásával elõállított papír tulajdonságai olyanok, mint a mechanikus facellulózból elõállított papíré. Továbbá a visszamaradó anyagból nyert papírpép alkalmazásával elõállított papír nagyobb szilárdságú, mint az agargélbõl kapott papírpép alkalmazásával elõállított papíré. Ezért az agargélbõl nyert papírpép, a visszamaradó papírpépanyagból nyert papírpép és a kevés agargélt tartalmazó maradék papírpépanyagból nyert papírpép a felhasználó választásától függõen különbözõ arányokban összekeverhetõk. A fentieken túlmenõen a facellulóz (mechanikus facellulóz és/vagy kémiai facellulóz) meghatározott mennyiségben bekeverhetõ a Rhodophyta alkalmazásával végzett papírgyártásba. Ilyen módon facellulóz hozzáadásával drasztikusan nõ a papír szilárdsága és a papírfelület simasága.
megfelelõ papír-elõállítási eljárást értünk. Habár a papír-elõállítási eljárás, azaz a papírgyártási eljárás a végtermék, azaz a papír alkalmazási céljai szerint némileg változik, általában az alábbiak szerint végezhetõ. 5
10
15
20
25
1. Rostõrlés Amikor a papírgyártáshoz a papírpépüzemben elõállított papírpépet feldolgozás nélkül használjuk fel, a kapott papírnak több hátránya lehet, ilyenek a kis szilárdság, a durva felület és a nagyon magas légáteresztõ képesség, ezért ez a papír általában rosszul felhasználható. Ez azért van így, mert a természetes papírpépszálak kemények, és felszínük kicsi, és ezért nem kötõdnek egymáshoz. Ennek megfelelõen a szálat mechanikus kezelésnek vetjük alá vízben, hogy lapképzéshez alkalmas legyen. Ezt az eljárást rostõrlésnek nevezik, amely felosztható szabad rostõrlésre, ahol a szálat felvágják, és nedves rostõrlésre, ami rostosodást eredményez. A rostõrlési eljárás a szál külsõ rétegének eltávolítását, belsõ rostosodást, a rost hosszirányú forgácsolását, finom szálképzõdést és a kémiai összetétel részleges oldódását eredményezi. A rostõrlési eljárás funkciója a szál lágyításával a szálak kötõdésének növelése. Tehát minél nagyobb mértékû a rostõrlés, annál tömöttebb a papír.
2. Enyvezés Ez az eljárás ellenállóvá teszi a papírt a tinta vagy víz behatolásával szemben. A megfelelõ reagenst eny30 vezõszernek nevezzük. Az enyvezési eljárást felosztják felületi enyvezésre és belsõ enyvezésre. 3. Töltés Ez az eljárás a papírpép és ásványi anyagok, pél35 dául agyag vagy kalcium-karbonát összekeverésére szolgál a lapképzés közben, ezáltal nõ a papír opálossága, nyomtathatósága és alaptömege.
40
4. Osztályozás és tisztítás Ezen eljárások funkciója a papíranyagból a szennyezõdések eltávolításával egyenletes tulajdonságú papír biztosítása a papíranyag papírgépre történõ felvitele elõtt.
5. Lapképzés Ezen eljárás funkciója papírtekercs elõállítása egy papírgépszitán papírpép, enyvezõszer, töltõanyag és különbözõ adalék anyagok keverékébõl álló papíranyag alkalmazásával, majd préselés, dehidratálás és 50 szárítás, amelynek eredményeképpen létrejön a papír. Attól függõen, hogy a papírtekercs a papírgépszitán hogyan képzõdik, a papírgépeket síkszitás gépre, hengerszitás gépre és ikerszitás gépre osztják fel. 45
6. Feldolgozás Ebben az eljárásban az elõállított papírt különbözõ feldolgozókezeléseknek vetik alá, mint a bevonás, a denaturálás, az abszorpció és a rétegezés. A jelen találmány szerinti papírgyártási eljárásban 60 papírpépként és papíranyagként Rhodophytát és nem 55
Papírgyártási eljárás „Papír” kifejezésen általában nyomtatásra, írásra és csomagolásra alkalmas térhálós szerkezetû, cellulózszálból elõállított lapot értünk, és „papírgyártás” kifejezésen különbözõ kezelésekkel kívánt alkalmazásra
2
6
1
HU 006 103 T2
facellulózt használunk. Habár a rostõrlési eljárás így sem nélkülözhetetlen, ezt elõnyösen agarfita alkalmazásával végezzük. Ha nagy tisztaságú agarterméket használunk, rostõrlési eljárásra nincs szükség. Továbbá a 2–6. lépéseket szelektíven végezhetjük. Habár a jelen találmány elõnyös kiviteli alakjait szemléltetés céljából mutattuk be, a szakterületen járatos személy számára nyilvánvaló, hogy ezeken különbözõ módosítások, kiegészítések és helyettesítések hajthatók végre anélkül, hogy a mellékelt igénypontban meghatározott találmányunk oltalmi körétõl és elvétõl eltérnénk. Ipari alkalmazhatóság Ahogy fentebb bemutattuk, a jelen találmány Rhodophytából elõállított papírpépre és papírra, valamint ezek elõállítási eljárására vonatkozik. A jelen találmány szerinti papírpép-elõállítási eljárás alkalmazásától a következõ elõnyök várhatók: – a fával összehasonlítva a Rhodophyta figyelemreméltóan olcsóbb, – a facellulóz-elõállítási eljárással összehasonlítva Rhodophyta alkalmazása esetén a lignin eltávolítására és a fehérítésre használt vegyszerek mennyisége drasztikusan csökken, továbbá a fa alkalmazásával végzett papírgyártási eljárással összehasonlítva a rostõrlési eljárást alacsony hõmérsékleten végezzük, ezzel csökken az energiafelhasználás, mivel a rostõrlési eljáráshoz nincs szükség erõsen mérgezõ vegyszerre, a környezetszennyezés csökken, – mivel minimálisan feldolgozott természetes anyagokat használunk, ezek az idõvel spontán módon biológiailag degradálódnak, így a hulladékkezelés egyszerûvé válik, és hulladékkezelõ vegyszereket nem használunk, ezáltal nem következik be környezetszennyezés, – a végtermék nem tartalmaz ártalmas vegyszereket, így nincs a környezetre nézve negatív hatása, – mivel a Rhodophyta tapadó tulajdonságú, az eljárás egyszerû, – a Rhodophytának nincs lignin alkotórésze, ezért a fenti alkotórész eltávolítására irányuló további eljárásra vagy kémiai kezelésre nincs szükség. A fentieken túlmenõen a jelen találmány szerinti papírpép-elõállítási eljárás azért elõnyös, mert ezzel a papír fa felhasználása nélkül állítható elõ, így az erdõk megõrzésével elkerülhetõk különbözõ környezeti problémák, például a globális felmelegedés.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50 SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás papírpép elõállítására Rhodophyta alkalmazásával, amelynek során a Rhodophytát agargél meghatározott idõtartam alatt történõ oldására alkalmas extraháló oldószerbe merítve az agargélt oldjuk az extraháló oldószerben; az oldott agargélt szállá alakítjuk át az oldott agargél reagens oldószerrel történõ reagáltatásával;
55
60 7
2
a szálat egy keményítõszer alkalmazásával keményítjük; és a keményített szálat pépesítjük. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, ahol a szállá alakítást úgy végezzük, hogy az agargéloldatot folyamatosan a reagens oldószerbe extrudáljuk egy extruderfúvóka alkalmazásával. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, ahol a szállá alakítást úgy végezzük, hogy az agargéloldatot szakaszosan a reagens oldószerbe extrudáljuk egy extruderfúvóka alkalmazásával. 4. Eljárás papírpép elõállítására Rhodophyta alkalmazásával, amelynek során a Rhodophytát agargél meghatározott idõtartam alatt történõ oldására alkalmas extraháló oldószerbe merítve az agargélt oldjuk az extraháló oldószerben; és az oldott agargélt tartalmazó oldat eltávolítása után a visszamaradó papírpépanyagot összegyûjtjük, majd pépesítjük. 5. Eljárás papírpép elõállítására Rhodophyta alkalmazásával, amelynek során a Rhodophytát agargél meghatározott idõtartam alatt történõ oldására alkalmas extraháló oldószerbe merítve az agargél egy részét oldjuk az extraháló oldószerben; az agargél oldott részét tartalmazó oldat eltávolítása után visszamaradó papírpépanyagot összegyûjtjük; az eltávolítás után visszamaradó papírpépanyagot egy keményítõszer alkalmazásával keményítjük; és az eltávolítás után visszamaradó keményített papírpépanyagot pépesítjük. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, ahol az agargél egy részének az extraháló oldószerben történõ oldását úgy végezzük, hogy a Rhodophytát egy alkoholalapú oldószerbe merítjük, majd forraljuk. 7. Az 1–3., 5. és 6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol a keményítõszer aldehidet tartalmaz. 8. Az 1–3., 5. és 6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol a keményítõszer glioxált tartalmaz. 9. Az 1–6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol az extraháló oldószert 80 °C¹on vagy ennél magasabb hõmérsékleten használjuk. 10. Az 1–5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol az extraháló oldószer víz, alkoholok és ketonok közül kiválasztott oldószert tartalmaz. 11. Az 1–3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol az extraháló oldószert 80 °C¹on vagy ennél magasabb hõmérsékleten használjuk. 12. A 11. igénypont szerinti eljárás, ahol az extraháló oldószer alkoholokat vagy ketonokat tartalmaz, azzal a megkötéssel, hogy a reagens oldószer az extraháló oldószertõl eltérõ anyag. 13. Az 1–6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol az oldást úgy végezzük, hogy a Rhodophytát felaprítjuk, majd az extraháló oldószerbe merítjük. 14. Az 1–6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol a Rhodophytát Gelidium amansii, Gracilaria verrucosa, Cottonii, Spinosum és ezek kombinációi közül választjuk. 15. Papírpép Rhodophyta alkalmazásával az 1–6. igénypontok bármelyike szerint elõállítva.
1
HU 006 103 T2
16. Eljárás papír elõállítására, amelynek során papírpépet állítunk elõ Rhodophyta alkalmazásával az 1–6. igénypontok bármelyike szerinti eljárással; és papírt állítunk elõ a papírpép alkalmazásával. 17. Papír a 16. igénypont szerint elõállítva. 18. Eljárás papír elõállítására, amelynek során papírpépet állítunk elõ Rhodophyta alkalmazásával az 1–3. igénypontok bármelyike szerinti eljárással;
5
8
2
papírpépet állítunk elõ Rhodophyta alkalmazásával a 4–6. igénypontok bármelyike szerinti eljárással; facellulózt állítunk elõ; és a fenti papírpépek közül kettõt vagy többet összekeverünk; és a papírpépkeverék alkalmazásával papírt állítunk elõ. 19. Papír a 18. igénypont szerint elõállítva.
HU 006 103 T2 Int. Cl.: D21H 17/21
9
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
