DE602004007942T2 - Chemische aktivierung und veredelung von südkieferkraftfasern - Google Patents
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Description
- Hintergrund der Erfindung
- Diese Erfindung bezieht sich auf die Papierherstellung und insbesondere auf die vorbereitende Behandlung von Zellulosematerial, um das behandelte Material zum Herstellen von Papierbahnmaterial zu verwenden.
- Wie in der Technik gut bekannt ist, wird Papier allgemein aus Holz gebildet. Allgemein unterteilt die Industrie bei der Papierherstellung verwendetes Holz in zwei Kategorien; nämlich Hartholzarten und Weichholzarten. Weichholzfasern (Tracheide) kommen von nadel-tragenden Koniferen-Bäumen, wie Kiefer, Fichte, Alpentanne und Douglastanne. Hartholzfasern werden erhalten von laubwechselnden Bäumen verschiedener Arten.
- Unter den abgrenzenden Unterschieden zwischen Hartholz(HW)-Fasern und Weichholz(SW)-Fasern sind (a) die Länge der individuellen Zellulosefasern des Holzes (b) die Längenmasse der Fasern und (c) die Steifigkeit oder Kollabierneigung der Fasern.
- Die Morphologie von Weichholzfasern neigt dazu, die möglichen Verwendungen der Papiere, die von derartigen Fasern erzeugbar sind, zu begrenzen. „Papier", wie hier verwendet, umfasst Bahnen oder Blätter ohne Beschränkung in Bezug auf die Größe oder das Basisgewicht der Bahn oder des Blattes. Zum Beispiel kann entweder HW- oder SW-Papier eingesetzt werden als „gebleichter Karton" (nützlich beispielsweise in Behältern für Verbrauchsprodukte) oder als „Behälterkarton" oder „Deckenkarton" (nützlich in Wellpappenschachteln beispielsweise). Die Bedruckbarkeit eines Papiers ist ein Hauptgesichtspunkt in Bezug auf den Endgebrauch des Papiers. SW-Fasern sind notorisch problematisch in Bezug auf die Bedruckbarkeit des Papiers, das aus diesen Fasern erzeugt wird, insofern als SW-Faserpapiere dazu neigen, übermäßig porös, steif zu sein und speziell behandelt werden müssen, um eine Papieroberfläche zu erhalten, die geeignet bedruckbar ist.
- Es ist in der Technik gut bekannt, dass HW und SW speziellen Behandlungen unterzogen werden muss zum Umwandeln des Holzes in eine Faseraufschlämmung, die bei der Bildung einer Papierbahn eingesetzt wird. Weichholzarten sind reichlicher vorhanden und sind einfacher ersetzbar, wie durch Baum-Agrarwirtschaft. Weichholzarten sind im Allgemeinen weniger kostenintensiv. Daher ist es erwünscht, dass HW-Fasern durch SW-Fasern ersetzt werden, wo immer es in der Papierherstellung möglich ist. Southern-Pine, oder Mischungen von Hartholzarten und Weichholzarten, werden allgemein untersucht als mögliche Substitute für Endprodukte, die bisher unter Verwenden von Hartholzarten hergestellt worden sind.
- Bisher wurde in Versuchen, SW-Fasern im bedruckbaren Papier zu nutzen, vorgeschlagen, die Pulpefasern mit hydrolytischen Enzymen zu behandeln. Refinerbehandlung der mit Enzym behandelten Fasern, um ihre Größe, Form, den Grad der Fibrillierung, etc. zu ändern, wurde eingesetzt. Enzymbehandlungen unterliegen Empfindlichkeiten des Enzyms gegenüber Prozessbedingungen und einer Tendenz, inaktiviert zu werden und/oder in die Papierherstellungsausrüstung weitergetragen zu werden. Der Mangel an Wirtschaftlichkeit war auch ein lang anhaltender Kernpunkt.
- Chemische Behandlungen, wie Wasserstoffperoxidbehandlung, werden allgemein ausgeführt unter alkalischen Bedingungen zum Bleichen oder Aufhellen von Holzpul pen. Diese Bedingung, die zum Bleichen maximiert wird, korreliert üblicherweise nicht mit den besten Bedingungen für eine maximale Oxidation.
- Smoothness und Formation sind Maße für unter anderem die Bedruckbarkeit des Papiers. „Formation", wie sie üblicherweise als eine Papiereigenschaft und hier verwendet wird, ist ein Synonym für relative Einförmigkeit über eine Skala einer Entfernung z. B. 5 bis 20 mm. Formation kann beurteilt werden durch es betrachten mit Licht von der Rückseite und andere Mitteln. Sowohl Smoothness als auch Formation werden beeinflusst unter anderem durch die Faserlänge, -morphologie und -kollabierneigung.
-
US-A-5,002,635 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Holzpulpe aus Chips unter Verwenden einer Vorbehandlung mit Stabilisatoren und alkalischem Peroxid vor der mechanischen Faserbildung, um die Helligkeit der resultierenden Fasern und die Papierherstellungsstärke, die mit den Fasern erreichbar ist, zu vergrößern. -
US-2,512,338 ist gerichtet auf die Herstellung von Carboxyalkylethern von Zellulose und auf ein Verfahren zum Einstellen der Viskositäten von Carboxyalkylethern während ihrer Herstellung durch den Aufschlämmungsprozess. - Kurze Zusammenfassung der Erfindung
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass eine Änderung der Morphologie von Zellulosefasern, insbesondere Weichholzfasern, durch (a) Unterziehen der Fasern einer von einem Übergangsmetallion aktivierten Peroxidbehandlung, ausgeführt bei einem pH von zwischen 1 und 7, bevorzugt zwischen 3 und 7, und (b) Unterziehen der behandelten Fasern einer Refinerbehandlung, die SW-Fasern zu HW-artigen Fasern in vielen Gesichtspunkten umwandelt. Es wurde bemerkt, dass die von einem Übergangmetallion aktivierte Peroxidbehandlung auf Pulpezellulose und Hemizellulose wirkt, was eine Oxidation und einen oxidativen Abbau der Zellulosefasern verursacht. Die chemische Behandlung der Pulpe ist allein genommen nicht ausreichend, um die erwünschte Modifikation der Morphologie der Fasern zu erreichen, jedoch erfordert eine nachfolgende Refinerbehandlung oder eine gleiche mechanische Behandlung der chemisch behandelten Fasern, um einen gegebenen Grad von Refinement der Fasern zu erreichen, dramatisch weniger Refinerbehandlungsenergie, z. B. zwischen ungefähr 30 bis 50% weniger Energie, um einen erwünschten Endpunkt des Refinements zu erreichen. Die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelte Pulpe zeigt eine wesentlich verringerte Faserlänge oder Faserlängenverteilung, wodurch eine bessere Einförmigkeit der Papierblatt(Bahn-)Struktur wie gemessen durch Formation oder Textur ermöglicht wird. Außerdem sind die behandelten Fasern kollabierbarer während der Blattverfestigung und führen zu beträchtlich verbesserten Papieroberflächeneigenschaften, wie Glattheit. In diesen Gesichtspunkten sind SW-Fasern, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt sind, wesentlich funktionell äquivalent zu HW-Fasern in Bezug auf ihre Nützlichkeit bei der Papierherstellung. Die Behandlung der vorliegenden Erfindung kann angewandt werden auf chemische Holzpulpen (oder Pulpemischungen) mit verschiedenen Verarbeitungshistorien, wie Pulpebildung, Bleichen oder Säurehydrolyse, oder andere Kombinationen der Verarbeitung von Holz zu Pulpe, die zum Zuführen in eine Papierherstellungsmaschine geeignet ist.
- In einer Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung angewandt werden auf Pulpe, die bereits beispielsweise einer Refinerbehandlung, chemischen Behandlung, Enzymbehandlung, Mikrofibrillenbildung und/oder Säurehydrolyse, unterzogen worden sind, um die Pulpe-Freeness zu vergrößern oder die Dränage während des Papierherstellungsprozesses zu verbessern und/oder die Zelluloseteilchen-Suspensionsviskosität zu verringern und die Fließeigenschaft zu verbessern.
- Derartige Vorteile können auch erreicht werden unter Einsetzen einer Hypochlorit-Behandlung, die nicht Teil der Erfindung ist, bei einem pH von 3–9, bevorzugt pH 3–8, und Einsetzen von Hypochlorsäure als das dominierende aktive Mittel, gefolgt von nachfolgender Refinerbehandlung der behandelten Pulpe.
- Außerdem kann entweder die von einem Übergangsmetallion aktivierte Peroxid- oder die Hypochlorsäure-Behandlung allein angewandt werden auf raffinierte Fasern für eine vergrößerte Freeness/Dränage, oder auch auf mikrofibrillierte Zellulosematerialien für eine verringerte Suspensionsviskosität. Des Weiteren können beide Behandlungen eingesetzt werden als ein Mittel zum Kontrollieren der Viskosität einer Pulpensuspension an beliebigen von verschiedenen Stellen zwischen dem anfänglichen Verdau des Zellulosematerials bis zu und einschließlich der Zuführung der Pulpesuspension in eine Papierherstellungsmaschine. Dieser letztere Aspekt der vorliegenden Erfindung ist anwendbar beispielsweise bei der Auflösung der Pulpe für Viskoseerzeugung. In bestimmten Einstellungen zeigen sich die günstigen Effekte der vorliegenden Erfindung beim Kalandrieren einer Papierbahn oder eines Blattes, gebildet aus behandelten SW-Fasern oder Kombinationen von HW-Fasern und behandelten SW-Fasern.
- In einer noch weiteren Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung kombiniert werden mit einem Faserfraktionierungsprozess für die Behandlung spezifischer Faserfraktionen.
- Papier, hergestellt unter Einsetzen einer Pulpe, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt ist, zeigt Reißfestigkeiten auf HW-Niveaus, mit einer geringen Materialverschlechterung der Bruchfestigkeit. Ein verbessertes Binden der Faser innerhalb des Blattes wird auch bereit gestellt aufgrund einer verstärkten Freeness.
- Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
- Die oben erwähnten Merkmale der Erfindung werden klarer verstanden werden von der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, gelesen zusammen mit den Zeichnungen, in denen:
-
1 ein Diagramm ist, das die Energieeinsparungen abbildet, die der vorliegenden Erfindung zuzuschreiben sind, wenn Southern-Pine-Pulpe raffiniert wird; -
2 ein Diagramm ist, das die Faserlängenverringerung abbildet, die erreicht wird, wenn Southern-Pine-Pulpe gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wird; -
3 ein Diagramm ist, das die Verschiebung der Faserlängenverteilung zwischen behandelter und unbehandelter Weichholzfaser gemäß der vorliegenden Erfindung abbildet; -
4 eine Mikrofotografie ist, die die unbehandelten Pine-Fasern abbildet; -
5 eine Mikrofotografie ist, die die Pine-Fasern abbildet, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt sind; -
6 ein Diagramm ist, das die Beziehung von Papierdicke gegen die Glattheit der Hartholzpulpe, unbehandelten Pine-Pulpe und behandelten Pine-Pulpe abbildet; -
7 ein Diagramm ist, das die Beziehung von Papierdicke gegen die Freeness der in6 abgebildeten Pulpen abbildet; -
8 ein Diagramm ist, das die Beziehung der Reißfestigkeit gegen die Freeness der in6 abgebildeten Pulpen abbildet; -
9 ein Diagramm ist, das die Papierdicken- und Glattheit-Beziehung unbehandelter Hartholzpulpe, unbehandelter Pine-Pulpe und verschiedener Mischungen von Hartholz- und Weichholzpulpen abbildet; -
10 ein Diagramm ist, das die Faserlängenverringerung unbehandelter Pine-Pulpe und Pulpe, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt ist, zeigt, unter Einsetzen einer Scheibenrefinerbehandlung niedriger Intensität; -
11 ein Diagramm ist, das die Energieeinsparungen abbildet, die mit Scheibenrefinerbehandlung, eingesetzt als eine Komponente der vorliegenden Erfindung beim Verarbeiten behandelter und unbehandelter Pine-Pulpe, verbunden sind; -
12 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen Faserlängenverringerung und der Energie, die bei der Refinerbehandlung von unbehandelter Pulpe und gemäß der vorliegenden Erfindung behandelter Pulpe eingesetzt wird, abbildet. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung.
- Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist bereitgestellt ein Verfahren zur Umwandlung von Weichholzfasern, insbesondere Southern-Pine-Fasern, zu hartholzartigen Fasern. Das Verfahren setzt die Schritte ein (a) Aussetzen einer SW-Pulpe, die Zellulose und Hemizellulose enthält, einer Lösung, die ein Übergangsmetallion und ein Peroxid enthält, bei einem pH von zwischen 1 und 9 für eine Zeit, die ausreichend ist, um einen wesentlichen Teil der Zellulose/Hemizellulose zu oxidieren und die Zellulosefasern oxidativ abzubauen, und (b) Unterziehen der behandelten Pulpe einem Refinerbetrieb. Die so behandelte Pulpe zeigt, wenn sie zu einer Bahn auf einer Papierherstellungsmaschine geformt wird, viele hartholzartige Eigenschaften, wie Gesamtformbarkeit zu einer Bahn mit Oberflächeneigenschaften, wie Bahnen, die aus Hartholzfasern geformt sind, unter Einsetzen herkömmlicher Papierherstellungstechniken.
- In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Weichholzfasern, die von Koniferen-Bäumen und insbesondere Southern-Pine-Bäumen erhalten sind, zu einer Pulpe umgewandelt unter Einsetzen des Kraft-Prozesses, in dem die Fasern in einer erwärmten alkalischen Lösung behandelt werden, um die Fasern von ihrem Lignin-Bindemittel im wesentlichen zu trennen, wie in der Technik gut bekannt ist. Während Southern-Pine-Fasern besonders geeignet zur Behandlung unter Einsetzen der vorliegenden Erfindung sind, wird anerkannt, dass Fasern von anderen Koniferen-Bäumen eingesetzt werden können. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise eingesetzt werden mit Mischungen aus SW- und HW-Fasern, zum Bespiel Mischungen, die zwischen ungefähr 50 Gewichtsprozent und 90 Gewichtsprozent SW-Pulpe und zwischen ungefähr 10% und 50% HW-Pulpe enthalten.
- Die SW-Pulpe oder die Mischung von SW- und HW-Pulpen, vor deren Behandlung unter Einsetzen der vorliegenden Erfindung, können Pulpe umfassen, die keinerlei herkömmliche Behandlung der Pulpe nach dem Verdauschritt durchlaufen hat. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nützlich beim Behandeln von Pulpen, die, nach dem Verdau, im Wesentlichen eine beliebige der allgemein eingesetzte Behandlungen der Pulpe durchlaufen hat, wie eine Säurehydrolyse zur Entfernung von Hexauronsäure, Oxidation/Bleichen unter Einsetzen von Sauerstoff und/oder Peroxid, oder Ozon, auf die Pulpe und/oder die mechanische Behandlung der Pulpe, d.h. die Refinerbehandlung. In dem am meisten üblich in Betracht gezogenen Prozess wird die Pulpe oder die Mischung von Pulpen, die dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unterzogen werden sollen, eine Pulpe/Pulpen sein, die verdaut worden ist/sind und zumindest gewaschen worden ist/sind, um Schwarzlauge zu entfernen.
- Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird die Pulpenlösung bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 40 und 120°C einer Lösung eines von einem Übergangsmetallion aktivierten Peroxids für zwischen ungefähr 10 und 600 Minuten ausgesetzt. Im Allgemeinen wird eine höhere Behandlungstemperatur weniger Ver weilzeit erfordern und umgekehrt. Es ist bevorzugt, dass die Behandlung ausgeführt wird bei 70–79°C, mit einer Verweilzeit zwischen 30 bis 180 Min. Die Behandlung (entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich) kann ausgeführt werden in einem Bleichturm, Hochdichteturm, Wiederaufbereitungskessel oder einem beliebigen geeigneten Gefäß mit ausreichender Mischung und Verweilzeit.
- In einer bevorzugten Ausführungsform und im Gegensatz zu der herkömmlichen Peroxidbehandlung von Pulpe, in der Übergangsmetallionen vermieden oder eliminiert werden, um Pulpenschädigung oder Abbau durch Hydroxylradikale zu vermeiden, umfasst die Behandlungslösung der vorliegenden Erfindung zwischen ungefähr 0,2 Gewichtsprozent und ungefähr 5 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid und zwischen ungefähr 0,002% und 0,1% Übergangsmetallionen, basierend auf der Pulpe. Eisen(III)-salze, wie Eisen(III)-chlorid, Eisen(II)-salze, wie Eisen(II)-sulfat und Eisen(II)-chlorid, sind speziell nützlich als Quelle der Metallionen. Andere Metallionen, wie Kupfer(II), Kobalt(II) können eingesetzt werden. In jedem Fall ist, wie angemerkt, nur eine Spur der Übergangsmetallionen erforderlich, um die vorteilhaften Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zu erreichen, bevorzugt zwischen ungefähr 0,002% und ungefähr 0,01% des Metallions.
- Des Weiteren im Gegensatz zur herkömmlichen Peroxidbehandlung der Pulpe, bei der die Peroxidbehandlung mit der Pulpe bei einem sehr hohen pH zum Bleichen ausgeführt wird, wird in der vorliegenden Erfindung die Pulpebehandlung ausgeführt bei einem pH von zwischen 1 und 7, bevorzugt einem pH zwischen 2 und 7.
- Es wurde gefunden, dass das Einwirken der Lösung der vorliegenden Erfindung auf die Weichholzpulpe bei einer Temperatur zwischen ungefähr 40°C und ungefähr 120°C und bei einem pH zwischen 1 und 7 eine Oxidation und einen oxidativen Pulpeabbau der langen, steifen und groben Kraft-Fasern verursacht. Dieser chemischen Behandlung der Fasern folgt eine mechanische Behandlung der behandelten Pulpe, z. B. eine Refinerbehandlung unter Einsetzen eines herkömmlichen Scheibenrefi ners, um eine Fasermorphologieänderung und eine Papiereigenschaftsverbesserung in Bezug auf Hartholzpulpen zu verursachen. Es wird von einem Fachmann verstanden werden, dass andere mechanische Behandlungsvorrichtungen, die eine äquivalente Refinerbehandlung der Pulpefasern bereitstellen, eingesetzt werden können.
- Gebleichte Souther-Pine-Kraft-Pulpe von der Augusts-Mühle von International Paper wurde behandelt bei pH 4 mit 1% Wasserstoffperoxid basierend auf Pulpe, mit 0,01% Fe, zugegeben als Eisen(II)-chlorid. Die Behandlung wurde ausgeführt bei der Temperatur von 80°C für eine Stunde. Sowohl die behandelten als auch die Kontroll-(unbehandelten)Pine-Pulpen wurden raffiniert mit einem PFI-Refiner. Die Daten für PFI-Freeness und durchschnittliche Faserlänge sind gezeigt in Tabelle I. Tabelle I
PFI-Umläufe 0 Uml. 2000 Uml. 4000 Uml. 6000 Uml. Kontroll-Southern-Pine Freeness 739 CSF 675 CSF 522 CSF 481 CSF durchschnittliche Faserlänge, L(L) 2,50 mm 2,47 mm 2,47 mm 2,42 mm Behandelte Southern-Pine Freeness 746 CSF 524 CSF 364 CSF – durchschnittliche Faserlänge, L(L) 2,37 mm 1,84 mm 1,64 mm – - Wie in
1 gezeigt ist, zeigen die Ergebnisse des Refinerbehandlungs-Umlaufs (was eine Anzeige der Refinerbehandlungsenergie ist) gegen die Freeness-Entwicklung, dass mit Eisen katalysierte Wasserstoffperoxidbehandlung von Pulpe die Pulpen-Refinerbehandlung beträchtlich verbessert, was zu wesentlichen Energieeinsparnissen für das Lesen desselben Freeness-Niveaus führt. -
2 zeigt die Faserlängenverringerung (längen-gewichteter Durchschnitt) durch eine Refinerbehandlung und zeigt, dass mit einer katalysierten Wasserstoffperoxidbehandlung vor der Refinerbehandlung die Faserlänge wesentlich verringert ist, nachdem sie nachfolgend raffiniert wird. Während zum Vergleich die unbehandelte Pulpe (Kontrolle) eine geringe Faserlängenverringerung durch PFI-Refinerbehandlung zeigt. -
3 veranschaulicht ferner die Faserlängenverringerung wie gezeigt in2 . In3 werden die Faserlängenverteilungskurven gezeigt, die behandelte gegen die unbehandelte (Kontrollen)-Southern-Pine, bei derselben Refinerbehandlung. Wie zu sehen ist, verursachte die Behandlung eine beträchtliche Verschiebung der Faserlänge in einen kürzeren Bereich als die Kontrolle. - Beispiel 2
- Gebleichte Southern-Pine, wie eingesetzt in Beispiel 1, wurde behandelt mit 1% Wasserstoffperoxid basierend auf der Pulpe bei pH 4, mit 0,006% FE(II) als FE(II)-Sulfat. Die Behandlung wurde ausgeführt bei der Temperatur von 70°C für eine Stunde. Die behandelte Pulpe und Kontrolle wurden PFI-raffiniert wie in Bespiel 1. TAPPI-Laborblätter wurden dann aus diesen Pulpen erzeugt.
- Um die Fasermorphologie (über die Faserlängenverteilungen hinaus) und die Faser-Kollabierneigung zu veranschaulichen, wurden SEM-(Scanning Electron Microscopy)-Bilder der Laborblattoberfläche von behandelten im Vergleich zu den Kontroll(unbehandelten) Weichholzpulpen erzeugt, verglichen bei 4000 Uml. der PFI-Refinerbehandlung. Diese Mikrofotographien sind abgebildet in
4 (unbehandelt) (Kontrolle) und 5 (behandelt) und zeigen, dass die behandelten Pine-Fasern viel mehr kollabiert, oder abgeflacht, waren im Vergleich zu der Faser der Kontrolle. Die kollabierten und abgeflachten Fasern sind erwünscht zum Erzeugen von Papier oder Pappe mit überlegenen Oberflächen- und Druckeigenschaften. Einige gebrochene oder geschnittene Fasern (Faserenden) können auch durch das SEM des behandelten Laborblattes erkannt werden, was eine Faserverkürzung anzeigt. - Beispiel 3
- Gebleichte Southern-Pine-Pulpe wurde behandelt mit 1% Wasserstoffperoxid, katalysiert durch 0,006% Fe(II) bei pH 4, wie im Beispiel 2 oben. Die behandelten Fasern wurden PFI-raffiniert und zu Laborblättern gemacht für Bewertungen der physikalischen Papiereigenschaften. Die Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt. Tabelle II
Basisgewicht g/m2 Papierdichte cc/g Sheffield-Glattheit Reißfaktor 100*gf/g/m2 Dehnsteifigkeit lbs/in. Behandelte Pine-Pulpe 730 CSF (unraffiniert) 556 CSF 421 CSF 304 CSF 151,9 1,90 375,6 190,9 2960 155,2 1,34 165,3 111,9 4780 154,4 1,36 127,2 103,4 5050 155,2 1,26 129,7 98,1 5210 Kontroll-Pine-Pulpe 740 CSF (unraffiniert) 661 CSF 625 CSF 569 CSF 443 CSF 162,4 1,91 380 270,9 3490 155,6 1,40 249,6 193,6 4020 159,9 1,35 185,3 188,7 4340 158,5 1,31 191,6 167,4 4540 155,9 1,27 157,8 170,2 4340 Gebleichte Hartholzpulpe 615 CSF 584 CSF 544 CSF 507 CSF 462 CSF 427 CSF 362 CSF 166 1,88 333 52,3 2040 163,1 1,64 268,6 87,9 2520 164,9 1,53 224,4 100 2840 161,0 1,40 175,2 112,6 3030 160,5 1,36 142,2 126,9 3010 162,8 1,31 127,8 107,8 3480 163,9 1,273 89 123,6 3320 - Aus dieser Tabelle wird bemerkt, dass die behandelt Pine, nachdem sie auf ~560 CSF oder eine geringere Freeness raffiniert wurde (um die Fasern auch zu kürzen), eine verbesserte Papierdicken-Glattheit zeigt. Dies ist auch in
6 gezeigt.7 bildet die Papierdicke bei gegebener Freeness ab, was den Vorteil der Raffinierbehandlung der behandelten Pine zu geringerer Freeness anzeigt, wie 400 CSF (ab hängig von der Dränage oder der Faserstoffmischerfordernisse auf den Papiermaschinen). - Was mechanische Eigenschaften betrifft, beeinflusste die Behandlung beträchtlich die Reißfestigkeit, wobei sie auf das Niveau von Hartholz reduziert wurde (
8 ). Dies ist annehmbar, wenn die behandelten Pine-Fasern verwendet werden, um Hartholzfasern in einem Papierfaserstoff zu ersetzen. Die Verringerung in der Reißfestigkeit resultiert aus einer beträchtlichen Faserlängenverringerung und dem Effekt der Chemie. - Andere mechanische Eigenschaften waren nur leicht beeinflusst und blieben im wesentlichen höher als Hartholzfaserstoff. Interessanterweise, wie in Tabelle II gezeigt ist, kann die elastische Steifigkeit der behandelten Pine sogar höher sein als jener der Kontroll-Pine.
- Beispiel 4
- Die behandelte Pine, wie in Beispiel 3 oben, raffiniert auf 560 CSF, wurde auch mit Hartholzpulpe eines Bereichs der Freeness vermischt, um die gemischten Faserstoffpapiereigenschaften, wie Papierdicke und Glattheit zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Tabelle III aufgelistet. Tabelle III
Sheffield-Glattheit Papierdicke, cc/g 10% behandelte Pine (560 CSF) + 90% Harzholz 323 1,83 308 1,83 171,2 1,37 137,8 1,33 20% behandelte Pine (560 CSF) + 80% Hartholz 302 1,75 231,8 1,5 182,8 1,43 136,6 1,32 50% behandelte Pine (560 CSF) + 50% Hartholz 318 1,79 182,4 1,41 163,4 1,38 147,6 1,29 -
9 trägt die Papierdicken-Glattheit-Kurve des gemischten Pulpefaserstoffs (Daten von Tabelle III) auf, zusammen mit 100% Pine- und Hartholzkurven (Daten von Tabelle II). Es ist offensichtlich, dass die behandelte Pine verwendet werden kann, um wesentliche Mengen der Hartholzpulpe zu ersetzen. Der exakte Umfang des Ersetzens von Hartholz in der Papiermühle kann jedoch auch etwas beeinflusst werden durch die Natur, den Typ und die Optimierung herkömmlicher Refiner. - Beispiel 5
- Ein Voith-LR1-Disc-Refiner wurde verwendet, um raffinierte gebleichte Southern-Pine zu raffinieren, die mit 1% Wasserstoffperoxid behandelt worden ist, wie katalysiert durch Fe(III) bei pH 4. Die Refiner-spezifische Kantenbelastung wurde bei 0,8 Ws/m eingestellt. Wie gesehen wird aus Tabelle IV,
10 , wurden die Energieeinsparungen und die Faserlängenverringerung bestätigt. Tabelle IVRefinerbehandlungsenergie kW.h/Tonne Pulpe Behandelte Southern-Pine Kontroll-Southern-Pine Freeness durchschnittliche Kajaani-Faserlänge, L(L) Freeness durchschnittliche Kajaani-Faserlänge, L(L) 0 750 CSF 2,07 mm 750 CSF 2,11 mm 46 677 CSF 2,05 mm 722 CSF 2,12 mm 78 610 CSF 1,98 mm 677 CSF 2,12 mm 118 455 CSF 1,84 mm 633 CSF 2,14 mm 158 317 CSF 1,66 mm 579 CSF 2,09 mm 198 197 CSF 1,48 mm 538 CSF 2,10 mm - Beispiel 6
- Ein Voith-LR1-Disc-Refiner wurde verwendet, um gebleichte Southern-Pine zu raffinieren, die mit 1% Wasserstoffperoxid behandelt worden war, wie katalysiert durch Fe(II) bei pH 4. Die Refiner-spezifische Kantenbelastung wurde bei 4 km eingestellt.
- Aus Tabelle V,
11 ,12 wird gesehen, dass die Energieeinsparung und die Fasernlängenverringerung bestätigt wurden. Tabelle VBehandelte Southern-Pine Refinerbehandlungsenergie, k.W.h/Tonne 25 46 99 119 – Freeness 590 CSF 422 CSF 185 CSF 115 CSF – Durchschnittliche Kajaani-Faserlänge L(L) 1,9 mm 1,72 1,4 mm 1,2 mm – Unbehandelte Pine-Kontrolle Refinerbehandlungsenergie k.W.h/Tonne 0 29 40 75 90 Freeness 730 CSF 671 CSF 657 CSF – 522 CSF Durchschnittliche Kajaani-Faserlänge L(L) 2,14 mm – – 2,12 1,93
Claims (13)
- Verfahren zum Modulieren der Morphologie von Pulpefasern, umfassend die Schritte Unterziehen der Fasern einer von einem Übergangsmetallion aktivierten Peroxidbehandlung, ausgeführt bei einem pH von zwischen 1 und 7 und einer Temperatur von 40°C bis 120°C für eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 600 Minuten und Unterziehen der behandelten Fasern einer Refinerbehandlung.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Übergangsmetallion Eisen, Kupfer (II) oder Kobald (II) ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der pH zwischen 3 und 7 liegt.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern der Lösung bei Temperaturen zwischen 70°C bis 79°C ausgesetzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Fasern der Lösung für zwischen 30 Minuten bis 180 Minuten ausgesetzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Peroxid vorhanden ist mit der Lösung bei einer Konzentration von zwischen 0,2% und 5% basierend auf der Pulpe.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metallion vorhanden ist in der Lösung bei einer Konzentration von zwischen 0,002% und 0,1% auf der Pulpe.
- Weichholzpulpe mit einer modifizierten Morphologie, die zu Papierherstellungseigenschaften führt, die im Wesentlichen funktionell äquivalent zu Hartholzpulpe-Papierherstellungseigenschaften sind, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
- Weichholzpulpe nach Anspruch 8, die aufweist eine im Wesentlichen kürzere Faserlänge und -verteilung und eine verstärkte Faser-Kollabierneigung, als vor der Behandlung.
- Pulpe nach Anspruch 9, bei der die Pulpe aufweist eine Canadian Standard Freeness von zwischen 115 und 590 und eine durchschnittliche Kajaani-Faserlänge von zwischen 1,0 bis 1,9 mm.
- Papier- oder Pappebahnmaterial, umfassend eine Pulpe der Ansprüche 8, 9 oder 10.
- Verfahren zum Behandeln von Pulpefasern, die bereits unterzogen worden sind einer Refinerbehandlung, chemischen Behandlung, Enzymbehandlung, Mikrofibrillenerzeugung und/oder Säurehydrolyse, umfassend den Schritt: Unterziehen der Fasern einer durch ein Übergangsmetallion aktivierten Peroxidbehandlung, ausgeführt bei einem pH von zwischen 1 und 7 und einer Temperatur von 40°C bis 120°C für eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 600 Minuten, um eine behandelte Faser zu bilden.
- Pulpefasern, erhalten durch Unterziehen der Fasern einer von einem Übergangsmetallion aktivierten Peroxidbehandlung, ausgeführt bei einem pH von zwischen 1 und 7 bei einer Temperatur von 40°C bis 120°C für eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 600 Minuten.
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