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CONTENUTI Riciclo e disinchiostrazione Tecniche e processi di disinchiostrazione Biotecnologie e disinchiostrazione enzimatica Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE
Il riciclo della carta è importante da punto di vista economico ed ambientale: Materia prima secondaria per l’industria cartaria Miglioramento del ciclo di vita della carta Riduzione dell’impatto ambientale della produzione e utilizzo della carta Migliore politica di gestione dei rifiuti Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE IL RICICLO DELLA CARTA IN EUROPA. Dati 2006, paesi CEPI. Fonte: CEPI, Key Statistics 2006 (Pubblicato ) Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE IL RICICLO DELLA CARTA IN EUROPA. European Declaration on Paper Recovery Firmata nel Novembre Obiettivo: tasso di riciclo del 56% entro il 2005. European Declaration on Paper Recycling Firmata nel Settembre Coinvolti 29 paesi europei (25 paesi UE + Svizzera, Norvegia, Romania e Bulgaria). Obiettivo: tasso riciclo del 66% entro il 2010. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE Utilizzo di carta di recupero per settore nei paesi CEPI (2006). CEPI, Key Statistics 2006 (Pubblicato ) Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE
RICICLABILITÀ: due grosse tipologie di prodotti, con processo di riciclo diverso: CARTE GRAFICHE ( carte stampate) CARTE/CARTONI PER IMBALLAGGIO (carte non stampate) Necessitano di disinchiostrazione per poter essere riciclate No disinchiostrazione Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE OBIETTIVI DELLA DISINCHIOSTRAZIONE: rimozione dell’inchiostro e buone PROPRIETA’ OTTICHE del prodotto finito: GRADO DI ELIMINAZIONE DI INCHIOSTRO, GRADO DI BIANCO, LUMINOSITA’, OPACITA’, PUNTI DI SPORCO RESIDUI. buona qualità del filtrato da macchina continua in produzione: PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE, GRADO DI OSCURAMENTO buona resa di disinchiostrazione e poco scarto RESA DI DISINCHIOSTRAZIONE Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TECNICHE E PROCESSI IL PROCESSO DI DISINCHIOSTRAZIONE AVVIENE IN 2 FASI: Distacco dell’inchiostro dalle fibre e dispersione dell’inchiostro nell’impasto Questa fase avviene nel pulper. Separazione delle particelle di inchiostro dall’impasto fibroso Questa fase viene condotta con due tecniche diverse, la cui scelta dipende dal tipo di inchiostro e dal tipo di stampa. Le due tecniche possibili di disinchiostrazione sono la FLOTTAZIONE e il LAVAGGIO. FLOTTAZIONE: Processo più diffuso, usato in quasi tutti gli impianti per la rimozione della maggior parte degli inchiostri. LAVAGGIO: Procedimento utilizzato soprattutto per rimuovere inchiostri solubili in acqua e con particelle di piccole dimensioni. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TECNICHE E PROCESSI Tecnica tradizionale di disinchiostrazione: processo chimico in condizioni alcaline Spappolamento condotto generalmente in pulper a medio-alta consistenza, 6-20%. Favorisce maggior distacco dell’inchiostro dalle fibre. Aggiunta di prodotti chimici in fase di spappolamento, necessari al distacco dell’inchiostro e alla fase successiva di flottazione. Chimici nel pulping NaOH ,5 % Tensioattivo ,4-0,6 % Sodio silicato ,5 % H2O2 perossido ,7-0,9 % Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TECNICHE E PROCESSI FLOTTAZIONE: Le particelle di inchiostro vengono agglomerate in particelle più grandi e rese idrofobiche ( azione dei saponi e acidi grassi). Immissione di flusso di aria dispersa in piccole bolle. Gli agglomerati di particelle, idrofobici, aderiscono alle bolle d’aria e risalgono in superficie adese a queste, formando uno strato di schiuma. La schiuma viene allontanata. Sistemi di flottazione operano a CONSISTENZA FIBRA 0,8-1,5 %, TEMPERATURA °C, pH 7-9. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TECNICHE E PROCESSI EFFICACIA DELLA FLOTTAZIONE: Importanza delle DIMENSIONI PARTICELLE DI INCHIOSTRO: Se troppo grandi ( > 150 µm) o troppo piccole ( < 10 µm) sono difficilmente asportabili mediante flottazione. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

Diametro particelle di inchiostro, µm
TECNICHE E PROCESSI Diametro particelle di inchiostro, µm INCHIOSTRO e STAMPA Carta non patinata Carta patinata Offset Flessografica (acqua) Rotogravure Laser, fotocopie 2-30 0.3-1 40-400 50-100 0.7-2 5-30 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA BIOTECNOLOGIE: utilizzo di microrganismi e/o enzimi in processi tecnologici. MICRORGANISMI: tempi di reazione medio-lunghi ENZIMI (biocatalizzatori): Proteine complesse, prodotte in natura Tempi di reazione brevi Facilmente biodegradabili dalle popolazioni di microorganismi presenti in natura Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA : vantaggi rispetto a metodo tradizionale alcalino MAGGIORE EFFICACIA e MIGLIORI RISULTATI NELLA DISINCHIOSTRAZIONE per alcune tipologie di prodotti (carta mista da ufficio e carta stampata a toner). TEMPI E CONDIZIONI DI REAZIONE COMPATIBILI con il ciclo di produzione cartario. CONDIZIONI BLANDE DI REAZIONE Possibilità di condurre il processo in condizioni neutre. BASSO IMPATTO AMBIENTALE Eliminazione o riduzione dell’ utilizzo di sostanze chimiche. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

ENZIMI UTILIZZATI NELLA DISINCHIOSTRAZIONE:
BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA ENZIMI UTILIZZATI NELLA DISINCHIOSTRAZIONE: CELLULASI, azione sulla superficie delle fibre e sulla frazione di fibre fini, con parziale idrolisi della cellulosa a glucosio e oligosaccaridi. EMICELLULASI,azione sulle emicellulose presenti sulla superficie delle fibre. AMILASI, degradazione dell’amido che può costituire il rivestimento superficiale della carta su cui è fissato inchiostro. FACILITANO IL DISTACCO DELLE PARTICELLE DI INCHIOSTRO DALLE FIBRE. LIPASI ed ESTERASI,idrolisi di alcune componenti di inchiostri a base di oli vegetali. DEGRADANO PARZIALMENTE L’INCHIOSTRO Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA CELLULASI: sono complessi multienzimatici costituiti da : - 1,4-ß-D-cellobioidrolasi (CBH I e CBH II), che agiscono tagliando le zone terminali delle catene di cellulosa Sito attivo che idrolizza preferenzialmente la cellulosa cristallina a struttura ordinata. - Endo-1,4-ß-glucanasi (EG), che agiscono sulla parte centrale delle catene di cellulosa, creando nuovi siti di attacco per le CBH EG agiscono per lo più sulla cellulosa amorfa Possono in realtà idrolizzare anche regioni cristalline del substrato se possiedono nella loro struttura molecolare il Cellulose Binding Domain (CBD), che legandosi a questa parte del substrato, facilita l’adsorbimento dell’enzima. - ß-glucosidasi, che scindono le unità di cellobiosio in glucosio. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

MECCANISMO D’AZIONE DELLE CELLULASI
BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA MECCANISMO D’AZIONE DELLE CELLULASI Zeyer et al. Tappi J. 1994 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA
DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA: risultato dell’azione concomitante di ENZIMA + AZIONE MECCANICA DELLO SPAPPOLAMENTO Cellulasi agisce sulle particelle di inchiostro legate alle fibre cellulosiche, che sono rese facilmente accessibili in seguito alla frizione meccanica dello spappolamento. Diversi studi effettuati sia a scala di laboratorio che semi-industriale hanno dimostrato una maggiore efficacia degli enzimi a valori di consistenza medio alti dell’impasto nel pulper (12-16 %). Es: Jeffries et al. Comparison of enzyme-enhanced with conventional deinking of xerographic and laser-printed paper. Tappi Journal. 77(4): (1994). Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA FASE DI SPAPPOLAMENTO: parametri fondamentali affinché l’enzima possa esplicare al meglio la sua azione: pH: tra 6,5 e 7,5. Temperatura: tra 40°C e 55°C. Tempo minuti. DOSE DI ENZIMA: generalmente compresa tra 0.02% e 0.05% del peso secco dell’impasto trattato. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) TEST DI DISINCHIOSTRAZIONE condotti sulle seguenti tipologie di materiali costituenti scarto misto d’ufficio: carta vergine A4 stampata a toner con tecnica laser. carta vergine A4 stampata a toner con fotocopiatrice. quotidiano a diffusione nazionale, con stampa prevalentemente off-set. SCOPO: valutazione e confronto della disinchiostrabilità PROCESSO NEUTRO ENZIMATICO PROCESSO ALCALINO TRADIZIONALE VS Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Test eseguiti secondo metodo elaborato da Ingede, associazione internazionale di ricerca su tecnologie di disinchiostrazione. METODO INGEDE 11: Valutazione della riciclabilità di prodotti stampati – test di disinchiostrabilità Vengono riprodotte in laboratorio le principali fasi del processo di riciclo industriale, utilizzando disinchiostrazione per flottazione. Si misurano proprietà ottiche del prodotto finale riciclato. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) SPAPPOLAMENTO (PULPING): HOBART PULPER (INGEDE M_11): Consistenza dell’impasto: 15% Tempo: 20 min Temperatura: 45°C Quantità di carta: 200 g secchi Velocità del rotore: 2 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST neutri enzimatici (NE)
TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) SPAPPOLAMENTO (PULPING): TEST neutri enzimatici (NE) Surfattante non ionico ,1%. Cellulasi Novozyme 342 cellulasi cruda ,05%. Acqua distillata. TEST alcalini (A) (Ingede M_11) NaOH: 0,6%. Na-Silicato: 1,8%. Acido oleico: 0,8%. H2O2 : 0,7% Acqua a durezza controllata: 18°dH Quantità espresse come % riferita al peso secco del campione di carta testato. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) INGEDE M_11 SPAPPOLAMENTO Temperatura: 45°C Consistenza: 5% Tempo: 60 min STOCCAGGIO OMOGENIZZAZIONE Cella di flottazione: Temperatura: 45°C Quantità impasto: 150 g Consistenza: 0.6% Tempo: 20 min Impasto non disinchiostrato FLOTTAZIONE Impasto disinchiostrato Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) PREPARAZIONE CAMPIONI: (INGEDE M_1) Impasto non disinchiostrato: 2 filtri (225 g/m2) e 2 fogli (45 g/m2). Impasto disinchiostrato: 2 filtri (225 g/m2), 2 fogli (45 g/m2), 2 membrane per analisi filtrato (0,45 µm). VALUTAZIONE CAMPIONI: (INGEDE M_2) Propietà ottiche: ISO-Brightness %, Luminosità Y, Colore, IE700%. Punti di sporco residui (Analisi di immagine, Domas). Oscuramento del filtrato. Resa di flottazione. In aggiunta: Resistenza alla trazione e drenabilità dell’impasto. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia Impasto disinchiostrato ISO-Brightness (%) Luminosità Y Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

AREA PUNTI DI SPORCO (mm2/m2) NUMERO PUNTI DI SPORCO (N°/m2)
TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Punti di sporco residui (Analisi immagine) Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia AREA PUNTI DI SPORCO (mm2/m2) NUMERO PUNTI DI SPORCO (N°/m2) Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia Drenabilità (°SR), Indice di trazione (ISO ) Resa di flottazione (%) copy laser Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta di quotidiano stampa off-set Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta di quotidiano stampa off-set Impasto disinchiostrato ISO-Brightness (%) , Luminosità Y Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) CONCLUSIONI: Il processo di disinchiostrazione neutro-enzimatico è efficace per carte con stampa digitale a toner. Proprietà ottiche simili a quelle ottenute in processo alcalino ( maggiore IE%, piccola diminuzione di Y, nessuna variazione nella ISO-Brightness %). Efficacia di rimozione dei punti di sporco molto maggiore. Forte riduzione del numero e area dei punti di sporco. Leggero aumento della drenabilità dell’impasto e della resa di flottazione Proprietà di resistenza alla trazione invariate. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) CONCLUSIONI: Il processo di disinchiostrazione neutro-enzimatico è poco efficace per quotidiani. Peggioramento delle proprietà ottiche rispetto a processo alcalino. Necessità di testare un maggior numero di campioni e di ulteriore studio di alcuni parametri del processo. Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007

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