Μελέτη αλληλεπιδράσεως υποστρώματος και μελάνης κατά την απομελάνωση

Abstract

This thesis aims to determine the parameters that affect the deinkability of OWP resulting in low deinking yields and to study the application of environmentally friendly deinking methods, such as the application of enzymes. In this context, four laboratory experimental sets were conducted. The first experimental set (A) included laboratory preliminary experiments and testing of the effect of the substrate and of the ink on the deinking of OWP. The study of the deinking efficiency of OWP printed on copiers and laser printers was investigated during the second experimental set (B). The third experimental set (C) was focused on the investigation of the impact of toner composition, printing processes and pulping conditions on the deinking of office waste paper through the flotation process. Finally, the fourth experimental set (D) included the investigation of the effect of cellulases application on the deinking of OWP. This research has demonstrated the remarkably different deinkability of paper printed on different copiers and laser printers. It was proved that the presence of styrene-acrylate copolymers and iron oxides in the toner resulted in reduced deinkability. The low printing speed (which mostly applies in these cases) is considered an additional factor that leads to difficulties in the deinking process. Under those initial circumstances, large ink particles are formed during pulping, which often trap paper fibers, thus making the flakes unlikely to float. Therefore, in these cases, the total surface area of specks often exceeded 1000 mm2 per m2 deinked paper surface. Also, it was proven that the optical properties of the produced paper sheets varied according to the prevailing conditions of pulping. In particular, by increasing the temperature (from 40 °C to 60 °C), time (from 20 min to 40 min) and pulping consistencies (from 4.5 % to 7.5 %) separately or in combination, led to a decrease in the surface area of specks on the produced sheets of paper. It was observed that the deinking experiments using enzymes achieved generally better results in comparison with those in which the enzymes were previously deactivated. Despite the positive effect of activated enzymes as compared to deactivated, the application of enzymes appeared disadvantageous compared with the conventional deinking in terms of specks surface of the deinked paper sheets.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως στόχο να προσδιορίσει τις παραμέτρους που επιδρούν στη δυσχέρεια της απομελάνωσης των χαρτιών που συνιστούν απορρίμματα γραφείου και να μελετήσει φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους απομελάνωσης, όπως την αξιοποίηση επιλεγμένων ενζύμων. Αποτελείται από τέσσερις ερευνητικούς κύκλους: Α’. προκαταρκτικά πειράματα και βασικός έλεγχος της επίδρασης του υποστρώματος και της μελάνης στην απομελάνωση χαρτιών γραφείου, Β’. μελέτη της αποτελεσματικότητας απομελάνωσης χαρτιών τυπωμένων σε φωτοαντιγραφικά μηχανήματα και εκτυπωτές laser, Γ’. μελέτη και αξιολόγηση της επίδρασης της θερμοκρασίας, της περιεκτικότητας και του χρόνου πολτοποίησης στην απομελανωσιμότητα χαρτιών τυπωμένων στο ίδιο φωτοαντιγραφικό μηχάνημα, και Δ’. εξέταση της συμβολής των ενζύμων στην απομελάνωση χαρτιών που συνιστούν απορρίμματα γραφείου. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής αποδείχθηκε η σημαντικά διαφορετική απομελανωσιμότητα που παρουσιάζουν χαρτιά τυπωμένα σε διαφορετικά φωτοαντιγραφικά μηχανήματα και εκτυπωτές laser. Οι κυριότερες περιπτώσεις μη απομελανωσιμότητας εστιάζονται στα ξηρογραφικά μελάνια που περιέχουν συμπολυμερή στυρενίου-ακρυλικού και οξείδια σιδήρου. Η χαμηλή ταχύτητα τύπωσης συχνά συνοδεύει τις συγκεκριμένες περιπτώσεις και θεωρείται ένας επιπλέον παράγοντας που οδηγεί σε δυσκολίες απομελάνωσης. Οι εν λόγω περιπτώσεις οδηγούν στο σχηματισμό, κατά την πολτοποίηση, μεγάλων σωματιδίων μελανιού, τα οποία συχνά εγκλωβίζουν ίνες χαρτιού, με αποτέλεσμα η επίπλευση των συσσωματωμάτων αυτών να καθίσταται απίθανη. Η αύξηση της έντασης των συνθηκών πολτοποίησης φάνηκε πως μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της απομελάνωσης με τη μέθοδο της επίπλευσης, με την αύξηση της περιεκτικότητας να έχει τη μεγαλύτερη επίδραση. Τέλος, οι δοκιμές απομελάνωσης με τη χρήση ενζύμων παρουσίασαν καλύτερα αποτελέσματα σε σύγκριση με τις αντίστοιχες στις οποίες τα ένζυμα είχαν προηγουμένως απενεργοποιηθεί. Η όξινη ενζυμική επεξεργασία κατέληξε σε μειωμένη αποτελεσματικότητα απομελάνωσης εν συγκρίσει με την μη ενζυμική απομελάνωση. Η προσθήκη ΗΝΟ3 στο στάδιο της ενζυμικής επεξεργασίας μείωνε το περιεχόμενο του αιωρήματος σε CaCO3, η ύπαρξη του οποίου φαίνεται πως υποβοηθάει τη διεργασία της επίπλευσης στο να απομακρύνει τα μελάνια. Αντίθετα, η αλκαλική ενζυμική επεξεργασία οδηγούσε σε βελτίωση της απομελανωσιμότητας των χαρτιών γραφείου.