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REGISTRO DE LA PROPIEDAD INDUSTRIAL

k ES 2 009 434 kN´umero de solicitud: 8803721 kInt. Cl. : D21H 1/22

11 N.◦ de publicaci´ on: 21

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˜ ESPANA

D21H 1/34 B31B 15/00

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PATENTE DE INVENCION

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22 Fecha de presentaci´ on: 07.12.88

A6

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73 Titular/es: Enso-Gutzeit Oy,

Kanavaranta 1 Helsinki, FI

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30 Prioridad: 07.12.87 FI 875386

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72 Inventor/es: Salkinoja-Salonen, Mirja

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74 Agente: Lehmann Novo, Isabel

45 Fecha de anuncio de la concesi´ on: 16.09.89

45 Fecha de publicaci´ on del folleto de patente:

16.09.89

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k kResumen:

54 T´ıtulo: M´ etodo para fabricar un producto de papel o cart´ on y un producto fabricado por el m´ etodo. 57

M´etodo para fabricar un producto de papel o cart´on y un producto fabricado por el m´etodo. El invento se refiere a un m´etodo para fabricar un producto de papel o cart´on, y a un producto fabricado por el m´etodo. De acuerdo con el invento, una enzima celulosa es a˜nadida al producto durante la fabricaci´ on, dando lugar dicha enzima a que el producto se descomponga cuando sea expuesto a la humedad. La enzima puede ser introducida en el producto en conexi´on con el encolado superficial, el revestimiento con pigmento o el calandrado, o puede ser a˜ nadida en la forma de una soluci´on que es aplicada por separado al producto en la regi´on del extremo seco de la m´aquina papelera o cartonera. El cart´on producido por el m´etodo del invento se puede utilizar en la fabricaci´on de envases para l´ıquidos, de cajas de embalaje o recipientes desechables.

Venta de fasc´ ıculos: Registro de la Propiedad Industrial. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

2 009 434 DESCRIPCION

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El presente invento se refiere a un m´etodo para fabricar un producto de papel o cart´ on, mediante cuyo m´etodo es fabricado el producto con una m´ aquina papelera o cartonera a partir de una masa que contiene celulosa. El componente principal en el papel y en el cart´ on es la celulosa. La celulosa da al material la coherencia y la resistencia mec´anica que se requieren.

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Especialmente, el cart´on se utilizan com´ unmente en productos que, despu´es del uso, se acumulan como basuras y residuos en zonas de vertedero. Ejemplos t´ıpicos de tales productos son los envases utilizados como recipientes de vental al por menor para diversos l´ıquidos, por ejemplo leche, nata, zumo, etc., y diversas cajas de embalaje y recipientes desechables. El problema que se plantea es la sobrecarga de las zonas de vertedero, que resulta de la abundancia de tales basuras y residuos.

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La celulosa es una sustancia que experimenta una completa descomposici´on biol´ogica en circunstancias naturales. La descomposici´ on es efectuada principalmente por enzimas producidas por hongos filamentosos microsc´ opicos que viven dentro del suelo. estas enzimas, llamadas celulasas, descomponen la celulosa en un az´ ucar (glucosa), que es descompuesto adicionalmente por las bacterias presentes en el suelo.

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En circunstancias naturales, el r´egimen (velocidad) de descomposici´on de la celulosa es determinado por los hongos, que son mucho m´ as lentos en su crecimiento que las bacterias. Otra diferencia entre los hongos y las bacterias consiste en que los hongos necesitan una abundancia de ox´ıgeno para sus procesos vitales, mientras que las bacterias permanecen plenamente activas incluso en completa ausencia de ´oxigeno. En las actuales grandes zonas de vertedero, en donde la basuera es compacta mec´ anicamente, el ox´ıgeno est´ a presente solamente en la capa superficial de la masa de la basura, que es la raz´ on por la cual la descomposici´on biol´ogica del residuo de papel y cart´ on se produce solamente en esta capa. Por consiguiente, una de las razones, por las cuales las zonas de verterdero quedan llenas tan r´ apidamente es el hecho de que no es posible una descomposici´on suficiente del dicho residuo.

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Por otra parte, es sabido generalmente que si un residuo que contiene celulasa, por ejemplo papel de desecho, se trata con una enzima celulasa, se producir´ a por descomposici´on como resultado de la actividad de las bacterias solas, sin la contribuci´on de los hongos. De esta manera, se puede conseguir una descomposici´on eficaz de la basura, incluso en circunstancias en las que no est´ a presente oxigeno.

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El objeto del presente invento es crear una soluci´on que sea conducente a la descomposici´on del papel y del cart´ on que se arrojan a los vertederos. El invento est´a caracterizado porque el producto de papel o cart´on es provisto, durante el proceso de fabricaci´ on, de una enzima celulosa que da lugar a que el producto se descomponga cuando sea expuesto a la humedad.

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La adici´on de una enzima celulasa a un producto de papel o cart´ on durante el proceso de fabricaci´ on, tal como se ense˜ na por el invento, asegura que la descomposici´on comience tan pronto como el producto sea expuesto a la humedad en la zona de vertedero, independientemente de la presencia de ox´ıgeno y de hongos filamentosos productores de enzimas. El resultado es una mejor´ıa decisiva en la eficacia de descomposici´on del residuo de papel y cart´ on, y una carga reducida de las zonas de vertedero.

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Los ensayos preliminares han mostrado que es posible a˜ nadir una enzima celulasa al cart´ on durante el proceso de fabricaci´on, de manera tal que la enzima sea protegida y conservada en el producto de cart´on acabado. La enzima puede ser introducida en el papel o cart´on mezcl´andola con la soluci´ on de apresto y encolado superficial (generalmente almid´ on), con el pigmento de revestimiento primario o secundario o con el agua de la calandra. Tambi´en es posible a˜ nadir la enzima por separado en la forma de una soluci´on, que es aplicada al material, por ejemplo, por medio de una cuchilla o rasqueta revestidora o dispositivo similar, o roci´ andola directamente sobre la banda continua de papel o cart´ on en la regi´ on del extremo seco de la m´aquina. Hay varias razones por las cuales la adici´on de la enzima deber´ a ser dispuesta en el extremo seco de la m´ aquina. En primer lugar, la enzima tendr´ a una mejor capacidad de resistir el calor de los cilindros secadores si el contenido de humedad de la banda continua de papel o cart´ on no es demasiado alto (preferiblemente de 50%). En segundo lugar, si la enzima es a˜ nadida en una etapa posterior durante el proceso de fabricaci´ on, ser´ an reducidas las p´erdidas de enzima. En tercer lugar, dicha disposici´ on impide que la enzima llegue a los sistemas de circulaci´on de agua de la m´ aquina y adem´ as, por ejemplo, dentro de la caja de cabecero, donde puede provocar un deteriodo de las fibras de la pasta papelera. Puesto que las enzimas celulasas necesitan agua para ser activadas, el hecho de disponer la adici´on de la enzima en una 2

2 009 434 etapa lo m´as tard´ıa que sea posible en la regi´on seca del proceso, elimina el riesgo de descomposici´on de la celulosa durante la fabricaci´ on del producto.

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La enzima celulasa puede ser a˜ nadida como una soluci´ on o suspensi´ on espesa y estabilizada, con un contenido de material seco de, por ejemplo, 50%. La dosificaci´on de enzima por tonelada de papel o cart´on que se produzca es, por lo menos, de 5.000 unidades de FPasa, estando la dosificaci´ on ventajosa entre 10.000 y 400.000 unidades y la dosificaci´ on preferible entre 50.000 y 100.000 unidades. En envases o recipientes desechables para alimentos, la enzima empleada debe, desde luego, ser de una clase aceptada para su uso con alimentos. Ejemplos de enzimas celulasas apropiadas son Multifect L 250 y Multifect K. La adici´on de una enzima celulasa a un cart´ on no implica ning´ un tipo de impedimento para su uso como material de envasado. Los resultados experimentales hasta el momento obtenidos indican que la enzima es protegida y conservada en el producto al menos durante 5 meses sin ninguna p´erdida sustancial en actividad potencial. Se ha encontrado tambi´en que un producto, fabricado tal como se prev´e por el invento, resiste el calentamiento en un horno de microondas sin ning´ un riesgo sustancial de actividad enzim´atica. Adem´ as, se ha comprobado que un producto que contiene una enzima celulasa se descompone en realidad con mayor rapidez cuando es expuesto a la humedad que un producto similar que no contiene nada de enzima. M´ as a´ un, el proceso de descomposici´on no es iniciado demasiado pronto para provocar dificultades de ning´ un tipo en lo que se refiere al uso normal del producto. El papel o cart´on que se utiliza en envases para l´ıquidos y alimentos elaborados, en tazas y platos desechables y en envolturas para carne, queso y otros alimentos, y en otros productos de est´ a categor´ıa, es provisto generalmente de un revestimiento de material pl´astico al menos por una cara. Una material de revestimiento com´ unmente utilizado es el polietileno, cuya cantidad es de 8-225 gm2 , pero tambi´en se pueden utilizar otras clases de material pl´ astico. Un revestimiento de material pl´astico tal como ´este puede ser a˜ nadido tambi´en al papel o cart´ on fabricado por el m´etodo del invento. Los experimentos realizados han puesto de manifiesto que el hecho de aplicar un material pl´astico fundido, a una temperatura on no implica ning´ un deterioro apreciable en la actividad de la enzima a˜ nadida de 332◦C, al papel o cart´ con anterioridad. De acuerdo con los conocimientos actualmente disponibles, el material pl´astico utilizado como revestimiento sobre papel o cart´ on no se descompone biol´ ogicamente m´ as que solamente bajo la influencia de la luz o por combusti´ on. M´ as a´ un, incluso si el producto de papel o cart´ on tiene un revestimiento de material pl´astico sobre ambas caras, no hay ning´ un obst´ aculo a la descomposici´on biol´ogica del material, puesto que las capas del revestimiento son muy delgadas y siempre resultan deterioradas durante el transporte o, como muy tarde, furante la compactaci´ on mec´anica de la basura en la zona de vertedero. Por consiguiente, los microbios y la humedad encuentran camino hacia el interior del material entre las capas de material pl´ astico y, conjuntamente con la enzima celulasa a˜ nadida tal como se prev´e por el invento, efect´ uan la descomposici´on del producto. Adem´ as, la descomposici´on no siempre es dependiente de que el revestimiento sea deteriorado, puesto que los microbios son capaces de penetrar en el material entre las capas de material pl´astico a trav´es de las costuras existentes en el producto y, especialmente en el caso de delgadas pel´ıculas de revestimiento de polietileno (PE) utilizadas sobre cart´on para tazas y platos desechables, a trav´es de los microporos existentes en la pel´ıcula de revestimiento. En experimentos aparejados en conexi´ on con el presente invento, la descomposici´on de tazas para bebidas y recipientes para yogur sin deteriorar, que se hacen de cart´ on con un revestimiento de polietileno sobre una o ambas caras, fue investigada enterrando muestras de dicho producto dentro de la tierra. Durante los dos primeros meses, no tuvo lugar ninguna descomposici´on apreciable, medida en t´erminos del peso. No obstante, despu´es de aproximadamente medio a˜ no desde el comienzo del experimento, el cart´on existente en los productos con un revestimiento por una sola cara se hab´ıa descompuesto totalmente, y el cart´on existente en los productos revestidos por ambas caras hab´ıa sido reducido claramente hasta menos de la mitad del peso original. A partir de estos resultados, es evidente que un revestimiento de material pl´ astico retrasa la descomposici´on del cart´ on pero no la impide.

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El presente invento se refiere tambi´en a un producto de papel o cart´ on, fabricado por el m´etodo anteriormente descrito a partir de una masa que contiene celulosa, estando caracterizado el producto porque contiene una enzima celulasa a˜ nadida a ´el durante el proceso de fabricaci´ on, dando lugar dicha enzima a que el producto se descomponga cuando sea expuesto a la humedad.

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La enzima celulasa puede estar contenida en el apresto o encolado superficial, por ejemplo almid´ on, o en el pigmento de revestimiento situado sobre el producto. El producto del invento puede ser tambi´en provisto de un revestimiento de material pl´ astico, por ejemplo, un revestimiento de polietileno, por una cara o por ambas caras. 3

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El producto del invento es t´ıpicamente cart´ on que contiene una enzima celulasa y se utiliza en la fabricaci´ on de envases para l´ıquidos tales como leche, leche agria, nata y zumo, as´ı como de cajas de embalaje para art´ıculos tales como huevos, alimentos elaborados o cigarrillos, de recipientes desechables, tales como platos y tazas para bebidas, o papel para envolver que contiene una enzima celulasa y usado para el envasado, por ejemplo, de carne, queso y otros alimentos. Seguidamente se da una descripci´ on de los resultados experimentales relacionados con la fabricaci´ on de un producto de cart´ on que contiene la enzima celulasa y se refiere tambi´en a los productos de cart´ on del invento. La mayor parte de los resultados est´ an basados en una medici´ on del grado de actividad de la enzima introducida en el cart´ on. Para la medici´ on, el procedimiento normalizado ara la determinaci´ on de la celulasa hubo de ser modificado para permitir que se determinase la celulasa existente en la pasta papelera. El procedimiento estaba basado en la adici´on de carboximetilcelulosa (CMC), y en ´este el az´ ucar reducible formado enzim´ aticamente en el tamp´on citrato s´ odico despu´es de incubaci´on (a PH 4,8) fue determinado utilizando a´cido dinitrosalic´ılico. La modificaci´on con respecto al procedimiento normal consisti´o en que la mezcla fue sometida a centrifugaci´on despu´es de la reacci´on coloreada, antes de la determinaci´on de la absorbencia a 550 nm. Esto fue necesario puesto que las pastas papeleras eran tan espesas estaban concentradas al 1% y al 3% que en caso contrario no hubiera sido posible el an´alisis espectrofom´etrico.

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Las posibilidades de introducir una enzima celulasa en el cart´ on fueron estudiadas produciendo cart´ on para tazas por el m´etodo convencional. El cart´ on fue encolado superficialmente por ambas caras a una on al 6% de almid´on oxidado. La cantidad de soluci´ on temperatura de 55-65◦C, utilizando una soluci´ para encolado superficial, que se utiliz´ o, fue de 108 g/m*2, y el tiempo de encolado fue de 3 horas. La enzima celulasa “spezyme FP 100”, se mezcl´o con la soluci´on de encolado superficial. La curva de la figura I presentada seguidamente muestra las cantidades de celulasa a˜ nadidas al cart´ on, expresadas en t´erminos de unidades de actividad por kilogramo, y las cantidades correspondientes de celulasa encontradas en el cart´ on acabado. A partir de los resultados puede observarse que una enzima celulasa puede ser introducida en el cart´ on sin p´erdidas apreciables de enzima, debidas a la destrucci´ on producida durante el encolado superficial. No se detectaron en el cart´ on as´ı producido defectos de aspecto ni olores extra˜ nos. Se hicieron tambi´en experimentos similares para estudiar posibilidades de introducir una enzima celulasa en cart´ on, en conexi´ on con un revestimiento da pigmento. La pasta de revestimiento conten´ıa carbonato c´ alcico y caol´ın en forma de suspensi´ on, y la enzima celulasa, “spezyme FP 100”, se mezcl´o en la pasta en dosis de magnitud variable. La dosis de celulasa, en unidades de actividad por kilogramo, y las cantidades correspondientes de celulasa, encontradas en el cart´on acabado, se indican por la curva de la figura I, mostrando que este m´etodo proporciona tambi´en buenos resultados como un medio de introducir la enzima en el cart´ on. El grado, en que es protegida y conservada una enzima celulasa dentro de un cart´ on revestido con material pl´astico, se estudi´o proporcionando a una cara del cart´ on antes mencionado un revestimiento de polietileno, que se aplic´o en el estado fundo a 322◦C, utilizando 14 g de polietileno por metro cuadrado. Los valores de actividad enzim´atica en unidades de FPasa/Kg, medidos a prtir del cart´ on antes y despu´es de revestir, se presentan en la tabla siguiente.

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Tabla I

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actividad enzim´atica antes de aplicaci´on del revestimiento de PE (unidades de FPasa/kg)

Actividad enzim´ atica despu´es de aplicaci´ on del revestimiento de PE (unidades de FPasa/kg)

190 380

160 250

A partir de estos resultados puede observarse que la mayor parte de la actividad enzim´ atica es conservada despu´es de revestir con PE. La ligera p´erdida puede ser compensada f´ acilmente aumentando la cantidad de enzima que se introduce en el cart´ on.

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Ha de esperarse que, en particular, un alimento elaborado, situado dentro de envases de cart´ on, ser´ a calentado en hornos microondas. Por esta raz´ on, los envases de cart´on que conten´ıan una enzima celulasa fueron mantenidos dentro de un horno de microondas de 750 W a lo largo de diversas duraciones de tiempo para comprobar lo bien que es conservada la enzima en el cart´on. Los resultados se presentan en la siguiente Tabla II, estando dados los valores de actividad enzim´ atica en unidades de FPasa/kg. Tabla II

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Tiempo de calentamiento en el horno de microondas (minutos)

Actividad enzim´ atica despu´es de calentar (unidades de FPasa/kg)

0 1 3 5

300 250 220 250

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Los resultados indican que en la enzima no sufre ninguna importante p´erdida de actividad cuando el cart´on es calentado en un horno de microondas. 25

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Adem´as, una caracter´ıstica esencial es el hecho de que la enzima celulasa existente en el cart´ on mantiene su actividad durante todo el tiempo que transcurre desde su fabricaci´ on hasta que se arroja al vertedero. Los resultados de un experimento preliminar, llevado a cabo como hasta ahora, indican que la actividad enzim´atica no es reducida significativamente durante cinco meses de de almacenamiento . La siguiente Tabla III presenta los valores de actividad enzim´atica, medidos en cinco muestras de cart´on sin revestimiento de material pl´astico, tras 4 d´ıas y 154 d´ıas de almacenamiento a temperatura ambiente Tabla III

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Cantidad de enzima en el cart´on (unidades de FPasa/kg)

Duraci´ on de almacenamiento 4 d´ıas

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Actividad enzim´ atica medida a partir del cart´ on despu´es de almacenamiento (unidades de FPasa/kg)

94 190 380 380 380

130 190 320 320 320

Duraci´ on de almacenamiento 25 d´ıas

Duraci´ on de almacenamiento 154 d´ıas

300

110 120 220 290 230

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La descomposici´on de un cart´ on que conten´ıa una enzima celulasa, fabricado tal como est´a previsto por el presente invento, se compar´o con la descomposici´on de un cart´ on convencional sin nada de enzima, en un experimento en el cual se colocaron muestras de cart´on dentro de agua que conten´ıa bacterias implantadas de las especies Psudomonas putida y Bacillus subtilis. La cantidad de di´oxido de carbono generado, que es una indicaci´on cuantitativa directa de la descomposici´ on de celulosa, se midi´o despu´es de diversos per´ıodos de tiempo. Se utiliz´ o agua para en grandes cantidades de manera tal que no puediera constituir ninguna restricci´ on sobre el proceso de descomposici´ on. La siguiente tabla representa las 5

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cantidades acumuladas de di´ oxido de carbono generado en funci´ on del tiempo, medidas en mil´ıgramos a partir de una muestra de agua que no conten´ıa cart´on, a partir de cart´ on convencional sin ninguna enzima, y a partir de dos muestras de cart´on que conten´ıan una enzima celulasa tal como est´a previsto por el invento, en que los valores de la actividad enzim´ atica fueron de 200 y 400 unidades de FPasa/kg. En cada caso, se utiliz´ o en el experimento 1 kg de cart´on. Tabla IV

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Duraci´ on del experimento (d´ıas) 15

Cantidad acumulada de di´ oxido de carbono (mg)

Sin nada de cart´ on

Cart´ on convencional

Cart´ on con 200 unidades de FPasa/kg

Cart´ on con 400 unidades de Fpasa/kg

0,0 3,0 3,3 4,0 4,2 4,5 4,9 5,3 5,5 5,7 6,0

0 3,5 10,5 17 23 29 35 38 41 43 45

0 14,5 29 38 75 110 150 176 204 228 244

0 15 32 49 88 199 190 260 330 366 398

7,0

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8,0

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0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105

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Los resultados muestran que un cart´ on que contiene una enzima celulasa tal como est´a previsto por el invento, se descompone a un r´egimen varias veces mayor que el r´egimen de descomposici´on de un cart´ on convencional sin ninguna enzima. 45

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Es evidente para una persona experta en esta tecnolog´ıa que las diferentes realizaciones del invento no est´an restringidas a los ejemplos antes presentados, sino que, en vez de ello, se pueden variar dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. En los dibujos, en ordenadas aparecen los valores de FPasa/Kg encontradas en el cart´ o y en abscisa FPasa/Kg de celulasa a˜ nadida.

2 Cola superficial 6% 55

+ CaCo3 + pigmento de caol´ın.

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2 009 434 REIVINDICACIONES

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1. M´etodo para fabricar un producto de papel o cart´ on, mediante cuyo m´etodo el producto es fabricado con una m´ aquina papelera o cartonera a partir de una masa que contiene celulosa, caracterizado porque el producto de papel o cart´ on es provisto, durante el proceso de fabricaci´ on, de una enzima celulasa que da lugar a que el producto se descomponga cuando sea expuesto a la humedad. 2. M´etodo de acuerdo con la reivindicaci´on 1, caracterizado porque la enzima es a˜ nadida al producto en conexi´on con el apuesto o encolado superficial, la pigmentaci´ on o el calandrado.

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3. M´etodo de acuerdo con la reivindicaci´on 1, caracterizado porque la enzima es a˜ nadida en la forma de una soluci´ on, que se introduce en la regi´on del extremo seco de la m´aquina. 4. M´etodo de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque la cantidad de enzima a˜ nadida es al menos de 5.000 unidades de FPasa/1 tonelada de producto, m´ as apropiadamente 10.000 - 4000.000 unidades y preferiblemente de 50.000 - 100.000 unidades.

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5. M´etodo de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, despu´es de la introducci´ on de la enzima, al menos una cara del producto es revestida con un material pl´ astico, por ejemplo, polietileno.

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6. Producto de papel o cart´ on fabricado por cualquier de los m´etodos expuestos en las precedentes reivindicaciones a partir de una masa que contiene celulosa, caracterizado porque el producto contiene una enzima celulasa a˜ nadida a ´el durante el proceso de fabricaci´ on, dando lugar dicha enzima a que el producto se descomponga sea expuesto a humedad. 7. Producto de acuerdo con la reivindicaci´ on 6, caracterizado porque la enzima est´a contenida en el apresto o en la cola superficial, por ejemplo almid´on, existente sobre el producto.

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8. Producto de acuerdo con la reivindicaci´ on 6, caracterizada porque la enzima est´a contenida en el pigmento de revestimiento existente sobre el producto. 9. Producto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6-8, caracterizado porque por lo menos una cara del producto es provista de una capa de revestimiento de material pl´ astico, por ejemplo polietileno. 10. Producto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-9, caracterizado porque el producto es un cart´ on utilizado en la fabricaci´on de envases para l´ıquidos, de cajas de embalaje o recipientes desechables.

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