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Legno Processo Kraft (Calore, solfuro sodico, basi) Processo chemiotermomeccanico (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione meccanica) Pulping.

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1 Legno Processo Kraft (Calore, solfuro sodico, basi) Processo chemiotermomeccanico (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione meccanica) Pulping Lignina (80%), black liquor (fenoli) cellulosa Sbianca Carta giornalistampa Carta riciclata Disinchiostrazione IMBALLAGGI Prodotti ad alto valore aggiunto ENERGIA

2 INDUSTRIA CARTARIA EUROPEA: Utilizzo SOSTENIBILE di risorse rinnovabili DIMINUIRE costi + AUMENTARE competitività + MANTENERE elevate produzioni Nuove tecnologie: BIOTECNOLOGIE, ENZIMI Perché sia implementato, un nuovo processo deve essere: efficiente; efficiente; economicamente interessante (costi enzima e downstream); economicamente interessante (costi enzima e downstream); privo di barriere tecniche (pH, T a cui usare enzima) (si accetta enzima se non occorre cambiare le condizioni del processo) privo di barriere tecniche (pH, T a cui usare enzima) (si accetta enzima se non occorre cambiare le condizioni del processo)

3 Legno Processo Kraft (Calore, solfuro sodico, basi) Processo chemiotermomeccanico (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione meccanica) Pulping Lignina (80%), black liquor (fenoli) cellulosa Sbianca Carta giornalistampa Carta riciclata Disinchiostrazione IMBALLAGGI Prodotti ad alto valore aggiunto ENERGIA

4 BIOTECHNOCAL TOOLS FOR FIBRE MATERIAL ENGINEERING ToolsPotential substrate in wood pulp ActionMechanisms of modification EnzymesCellulasesCellulose XylanaseXylan MannanaseGlucomannan LipasesTriglycerides Oxidases - LaccaseLignin, lignan in DCS - PeroxidaseLignin, lignan in DCS - TyrosinaseLignin ? - Galactose oxidaseGalactoglucomannans in fibres and in DCS Transferases Hemicelluloses Esterases (e.g. XET) etc. Proteinshydrophobins Binding to surfaces Incerased hydrophobisity Process aids? Hydrophobisation? swolleninsCellulose Loosening of cellulose fibril structure?Fibre engineering? Specific hydrolysis Surface specific action Process aids & Specific hydrolysis Surface specific peeling analytical tools Specific hydrolysis Surface specific peeling - " - Specific hydrolysis Removal of extractives - " - Process aids & functionalisation - " - - " - Functionalisation Formation of radicals Covalent linkage due Formation of radicals to radical reaction Formation of quinone Quinone based linkages Formation of ketones Ketone and its further reactions Transfer reactions Transfer of activated of esterases etc. group Application

5 SBIANCA Agenti clorurati; H 2 O 2, O 3 PRE-SBIANCA: XILANASI rottura legami covalenti lignina-emicellulose > accesso a lignina combinate + trattamenti ciclici ottimi risultati (riciclare enzima) nuove: da termofili e alcalofili; DNA ricombinante studi di struttura-attività enzima

6 Rimozione Stickies: polimeri (resine acriliche, polivinilacetato, PE, PP) da adesivi, inchiostri, film plastici; formano agglomerati con le fibre; riducono qualità carta, rallentano tempo macchina Rimozione meccanica (centrifugazione) Controllo carta in entrata Agenti chimici Enzimi lipolitici prima/durante pulping + adsorbenti (bentonite, …) lipasi, proteasi, emicellulasi, amilasi (Bork, K., et al., WO ); laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, June 2007) Disinchiostrazione : Cellulasi (modificate; separano inchiostro da fibre) + surfattanti

7 Rimozione depositi microbici: Slime aerobico/anaerobico da acque riciclate causa blocco macchine; Biocidi per prevenire formazione matrice (proteasi, lipasi, amilasi) Detossificazione acque di cartiera: Laccasi per degradare fenoli e derivati di lignina in black liquor (FONT, X., et al., J Chem Technol Biotechnol, 78, 548–554)

8 Lignina perossidasi, Manganese perossidasi trattamento con funghi (ARCHIBALD, F.S. et al., J Biotechnol, 53, 215–236) MnP H 2 O 2 > brillantezza carta combinazioni MnP – xilanasi Laccasi facile produzione; in commercio alcali laccasi; xilanasi laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, June 2007) nuove laccasi (Azospirillum spp, Bacillus subtilis) ; nuovi mediatori O2O2 2 H 2 O Laccasi Ridotta Laccasi Ossidata Mediatore Ossidato Mediatore Ridotto Lignina Ridotta Lignina Ossidata

9 LACCASI Laccases catalyse the oxidation of diphenols, substituted phenols, polyphenols, amines, and many others including fibre bound lignin Laccases can be used to activate, i.e. radicalise, the surface lignin of lignin-rich wood pulps O OH e - e - O O Non-enzymatic reactions O 2 + 4e - + 4H + 2 H 2 O laccase

10 A STRUCTURAL SCHEME FOR SOFTWOOD LIGNIN FRAGMENTS Laccase oxidation of lignin Phenoxy radical formation Depolymerisation Polymerisation Brunow et al., 1998

11 CHEMO-ENZYMATIC FUNCTIONALIZATION OF FIBRES PRINCIPLE OF THE METHOD Bonding of functional chemistry to activated fibre surfaces –Modification occurs via surface lignin –Activation by enzymatic or chemical means –Based on fast radical reactions METHOD CAN BE EXPLOITED IN –Enhancing inherent fibre properties –Creating completely new fibre properties Lignin on TMP fibre

12 FUNCTIONALISATION OF FIBRES BY CHEMO-ENZYMATIC MEANS Enzymatic/chemical oxidation of fibres Activation of fibres Activation of additives Tailor-made fibres Enzymatic/chemical oxidation of additives

13 = Linker component between fibre and component with selected properties = Component with selected properties 1. fibre 2.3. FUNCTIONALISATION OF FIBRES


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