FI102772B - Laite ja menetelmä kuitumaisten tärkkelysmateriaalien valmistamiseksi - Google Patents

Description

102772

Laite ja menetelmä kuitumaisten tärkkelysmateriaalien valmistamiseksi Käsiteltävänä oleva keksintö koskee laitetta ja 5 menetelmää kuitumaisten tärkkelysmateriaalien valmistamiseksi, jotka on aiottu käytettäviksi paperin ja kartongin valmistuksessa.

On tunnettua, että saatettaessa tärkkelyksen kolloidisia vesidispersioita, joissa konsentraatio on tyypil-10 lisesti välillä 5 ja 40 paino-% vedettömästä kiintoaineesta laskettuna, kosketukseen ei-1tuotteiden (esim. ammo-niumsulfaattisuolaliuoksen) kanssa, tärkkelys koaguloituu geelihiutaleiksi.

US-patentissa nro 4 205 025 selitetään menetelmä 15 paperimassana käytettyjen fibrillien valmistamiseksi kal von muodostavien polymeerien, mm. olennaisesti vesiliukoisten tärkkelysten avulla. Sanonnalla "fibrillit" tarkoitetaan materiaaleja, jotka sekamuotoisen morfologiansa vuoksi muodostuvat kuidun ja kalvon välimuodosta. Kalvon 20 muodostava polymeeri liuotetaan veteen liuokseksi, joka ruiskutetaan sitten seostavaan väliaineeseen, edullisesti orgaaniseen liuotteeseen kuten alkoholiin tai ketoniin käyttäen leikkausvoimaa siten, että muodostuu fibrillejä, jotka tehdään sitten hydrofobisemmiksi jatkokäsittelemällä 25 niitä liukenemattomaksi tekevässä aineessa.

US-patentissa nro 4 340 442 selitetään menetelmä fibrillien muodostamiseksi, jossa käytetään fibrillien hydrofobisten ominaisuuksien parantamiseksi veteen liukenematonta, runsaasti (50 - 80 paino-%) amyloosia sisältä-30 vää tärkkelystä, joka koaguloidaan suolaliuoksessa, eri-tyisesti ammoniumsulfaattiliuoksessa. Mainittu tärkkelys, joka ei olennaisesti liukene veteen, edellyttää vaihetta, jossa se liuotetaan alkaliliuokseen, ja tämä aiheuttaa ongelmia koagulointivaiheessa ja ongelmia, jotka liittyvät 2 102772 mainitussa vaiheessa syntyvien sulfaattien hävittämiseen, jotka ovat muita kuin ammoniumsuoloja.

US-patentissa nro 4 139 699 selitetään menetelmä tuotteen valmistamiseksi, jonka morfologia on tärkkelys-5 kuitumainen, ekstrudoimalla kolloidinen, runsaasti amylo-pektiinia sisältävä tärkkelysdispersio koagulointiainee-seen. Käytettäessä tärkkelystä, jonka amylopektiinipitoi-suus on alle noin 95 %, on välttämätöntä modifioida tärkkelys kemiallisesti tärkkelyksen kolloidisen dispersion 10 aikaansaamiseksi vesisysteemissä tai tärkkelys on vaihtoehtoisesti liuotettava alkalihydroksidien läsnä ollessa.

Alkalihydroksidien, erityisesti natriumhydroksidin käyttö hankaloittaa kuvatun menetelmän teollista käyttöä, sillä koagulointivaiheessa, jossa käytetään ammoniumsul-15 faattia, muodostuu ammoniakkia ja suuria määriä natrium-sulfaattia, joka estää koaguloitumisen ja aiheuttaa hävi-tysongelmia.

US-patentissa nro 4 243 480 selitetään menetelmä, jossa käytetään US-patentin nro 4 139 699 menetelmän mu-20 kaan saatua tuotetta paperin tai kartongin valmistamiseksi käyttäen tavanomaista paperinvalmistusteknologiaa. Mainitun tuotteen morfologia on lyhytkuituinen siten, että kuitujen halkaisija on välillä 10 ja 500 mikronia ja pituus välillä 0,1 ja 3 mm. Tuote saadaan ekstrudoimalla tärkke-* 25 lysdispersio suulakkeen kautta liikkuvaan koagulointihau- teeseen.

US-patentissa nro 4 853 168 selitetään menetelmä, jonka tyyppinen on selitetty US-patentissa nro 4 139 699, jossa ekstrudoitavaksi muunnettu kolloidinen tärkkelysdis-30 persio saadaan keittämällä koagulointisuolaliuosta sisäl- ·' tävää tärkkelysvesidispersiota.

Yllä lainatussa patenttikirjallisuudessa ja käytännön kokeissa voidaan käyttää erilaisia tunnettuja laitteita tärkkelysliuoksen tai -dispersion hienontamiseksi ja 35 edistää siten perusteellista kosketusta koagulointiaineen 3 102772 kanssa, esim. atomisointisuuttimia, ejektoreita, sekoitti-millä varustettuja sekoituslaitteita, kehruusuulakkeita tai ruiskuja. On kuitenkin voitu osoittaa kokeellisesti, että käytetty laitetyyppi vaikuttaa voimakkaasti koaguloi-5 tuneeseen lopputuotteeseen ja sen ominaisuuksiin. Laitteissa, joissa tärkkelys koaguloituu voimakkaasti pyör-teisissä olosuhteissa (kuten ejektoreissa) tai olosuhteissa, joissa ei esiinny säännönmukaista nopeusprofiilia (seko! ttimilla varustetuissa sekoituslaitteissa), ei muodostu 10 kuiturakenteen omaavia tuotteita, vaan niissä tapahtuu jossain määrin tärkkelyksen fragmentoitumista siten, että muodostuu litteitä hiutaleita (jotka ovat kiertyneet päällekkäin) tai kolmiulotteinen aggregaatti.

Näiden ei-kuitumaisten tuotteiden dimensiot vaihte-15 levät valmistusolosuhteiden mukaan ja vaikuttavat tuotteiden tunnusarvoihin. Valmistusprosessin aikana hyvin pienet hiukkaset joutuvat hukkaan erotuksen yhteydessä ja hidastavat suodatusoperaatiota tukkimalla viirakudos; käytettäessä paperinvalmistuksessa ne eivät pidäty tasoviiralle, 20 jolloin seurauksena on paperissa olevan tärkkelyksen hukkaan joutuminen ja kasvanut KHK-arvo paperitehtaan jätevedessä. Hyvin suuret hiukkaset eivät toisaalta yhdisty sel-luloosamatriisin kuituihin ja valmiissa paperissa ilmenee tästä syystä virheitä.

25 Toisena negatiivisena näkökohtana, joka on voitu todeta edellä kuvatuilla menetelmillä saaduilla fibrideil-lä, ovat melko suuret vedenpidätys- ja liuko!suusarvot.

Koagulointimenetelmillä saatava toinen tuote, jonka morfologia on kuitenkin kuitumainen, vähentää osittain 30 yllä lueteltuja varjopuolia siten, että se kuiturakenteen-sa ansiosta parantaa tuotteen yhteensopivuutta selluloosa-kuitujen kanssa, pienentää vedenpidätystä siten, että se on helpommin suodatettavissa, ja pienentää tuotteen liukoisuutta pienentyneen ominaispinta-alan ansiosta.

4 102772 Näin ollen on toivottavaa voida valmistaa kuitumor-fologian omaava tuote, jonka dimensiot, kokojakauma ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet sopivat paperin ja kartongin valmistukseen ja joka lisäksi on saatavissa hal-5 vasta tärkkelyksestä kuten maissi- tai perunatärkkelyksestä tarvitsematta tehdä käytetystä tärkkelyksestä aikalisiä tärkkelysliuoksia.

Näiden näkökohtien valossa tämän keksinnön kohteena on menetelmä kuitumaisten tärkkelysmateriaalien valmistalo miseksi ekstrudoimalla tärkkelysmateriaalin dispersio tai vesiliuos suolakoagulointiaineen virtaukseen, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa dispersio tai vesiliuos ekstrudoidaan mikrohuokoisen putkimaisen seinämän läpi kammioon, jota mainittu mikrohuokoinen seinämä ympä-15 röi rengasmaisesti, siten, että tärkkelysmateriaalista muodostuu ekstruusiovirtaus, joka ympäröi mainittuja putkimaisia seinämiä, ja koaguloidaan ekstruusiovirtaus syöttämällä koagulointiainevirtaus rengasmaiseen kammioon yhdensuuntaisesti ekstruusiopinnan kanssa.

20 Keksinnön toisena kohteena on kuidunvalmistuslaite, tunnettu siitä, että se käsittää putkimaisen runko-osan, joka käsittää ensimmäisen tulovälineen tärkkelysmateriaalivirtauksen syöttämiseksi, tärkkelysmateriaalin syöttökammion, joka yhdistyy 25 mainittuun ensimmäiseen tulovälineeseen, tärkkelysmateriaalin rengasmaisen poistokammion, huokoisilla seinämillä varustetun putkimaisen elimen, joka on asennettu samankeskisesti mainitun poistokammion kanssa ja joka sijaitsee tämän ja syöttökammion vä-30 Iissä ja jonka tehtävänä on ekstrudoida lukuisia tärkke- • lysmateriaalilankoja mainitun poistokammion mainittujen huokoisten seinämien läpi siten, että ne muodostavat mainitun putkimaisen elimen ympärille vaipan, toisen tulovälineen, joka yhdistyy poistokammioon 35 koagulointiainevirtauksen syöttämiseksi, ja 5 102772 poistovälineen, joka on asennettu rengasmaisen poistokammion jälkeen.

On havaittu, että käyttämällä käsiteltävänä olevan keksinnön menetelmää ja laitetta on mahdollista saada sel-5 laisen kokosuhteen omaava tuote, että sen kokojakauma on erityisen kapeana keskimäärin alueella 75 - 100 mikronia ja vesiliukoisuus määritettynä alla tarkemmin kuvatulla "antronitestillä" on alle noin 2 % ja vedenpidätys on pieni. Käsiteltävänä olevan keksinnön mukaisen menetelmän, 10 laitteen ja saadun tuotteen muita etuja ja tunnusarvoja valaistaan seuraavassa yksityiskohtaisesti viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää menetelmän toteuttamisessa tarvittavan tehtaan prosessikaaviota, 15 kuvio 2 esittää keksinnön mukaista kuidunvalmistus- laitetta poikkileikkauksena, kuvio 3 esittää kuidunvalmistuslaitteen toista suoritusmuotoa poikkileikkauksena, ja kuvio 4 esittää kuvioiden 2 ja 3 suurennettua yksi-20 tyiskohtaa.

Viitaten kuvion 1 piirustukseen, numerolla 1 on merkitty sekoitettu dispersio tärkkelyksen vesisuspension valmistamiseksi siten, että kuivapaino on tyypillisesti 5-50 paino-% ja edullisesti 10 - 40 paino-%. Suspension 25 valmistuksessa käytettävänä tärkkelyksenä on edullisesti luonnontärkkelys, esim. maissi-, riisi-, tapioka-, perunatärkkelys, jossa amylopektiinipitoisuus on 30 - 100 %.

Erityisen edullinen on maissitärkkelys, jota myydään yleisesti ja jonka amylopektiinipitoisuus on tyypillisesti 30 64 - 80 paino-%. Keksinnön suoja-alaan kuuluvana voidaan käyttää runsaasti amyloosia sisältävää tärkkelystä kuten amylomaissia tai fysikaalisesti modifioitua tärkkelystä.

Tärkkelyssuspensio voi myös sisältää lisäaineita kuten suoloja (esim. US-patentissa nro 4 853 168 selitet-35 tyjä suolakoagulointiaineita), aikalisiä aineita, orgaani- 6 102772 siä täyteaineita tai mineraaleja, silloitusaineita, plas-tisointlaineita, polyoksietyleeniä, polyvinyylialkoholia, ionomeerisiä polymeerejä kuten etyleenin ja akryylihapon ja/tai maleiinihappoanhydridin muodostamia kopolymeerejä, 5 polyakrylaatteja, polyamideja, liukastusaineita kuten lesitiiniä, rasvahappoja ja rasvahappojen estereitä ja amideja.

Suspensio, joka pidetään dispergoituneena sekoittamalla ympäristölämpötilassa, pumpataan sitten hammaspyörä-10 pumpulla 2 suihkukeittimeen, joka on merkitty numerolla 3, siihen sekoitetaan vastavirtauksena höyryä siten, että saavutetaan haluttu keittolämpötila. Suihkukeittoprosessi on sinänsä tunnettu ja siinä vesisuspensio pikakuumenne-taan prosessihöyryllä ja kuumennettua nestettä seisotetaan 15 sitten ennalta määrätyn ajan. Keittolämpötila, joka on yleensä välillä 90 ja 180 °C, valitaan kulloinkin prosessissa käytettävän tärkkelyksen mukaan. On erityisesti huolehdittava siitä, että vältetään liian korkeita lämpötiloja, jotka aiheuttavat tärkkelysmateriaalin hajoamista, ja 20 lämpötila, käytetty leikkausaika ja seisotusaika valitaan toisaalta siten, että on mahdollista saada lähellä täydellistä geelittymistä oleva dispersio.

Keitettävä tärkkelysdispersio tai -liuos otetaan talteen suihkukeittimen poistokohdassa vuorattuun, se-25 koitettuun reaktoriin 4, jonka vaipassa kiertää noin 100 °C:ssa oleva vesi. Paineen annetaan äkkiä laskea vuoratussa säiliössä liikahöyryn poistamiseksi ja tärkkelyksen ja veden konsentraation palauttamiseksi lähes alkuperäiseksi .

30 Tärkkelys pumpataan reaktorista 4 pumpulla 5 läm mönvaihtimeen 6, jossa sen lämpötila säädetään alueelle välillä 20 ja 100 °C, edullisesti välillä 40 ja 70 °C. Tärkkelys syötetään lämmönvaihtimesta kuvioista 2 ja 3 ilmenevän tyyppiseen, seuraavassa kuvattuun kuidunvalmis-35 tuslaitteeseen, johon myös koagulointisuolaliuos ruiskute- 7 102772 taan. Käsiteltävänä olevan keksinnön suoja-alaan kuuluvina suoloina voidaan käyttää ammoniumsulfaattia, magnesiumsulfaattia, alumiinisulfaattia, ammoniumfosfaattia, kaliumk-loridia, natriumsulfaattia, natriumkarbonaattia, natrium-5 bikarbonaattia ja ammoniumkloridia. Edullinen suolaliuos on kyllästynyt ammoniumsulfaattiliuos, joskaan ei ole välttämätöntä saavuttaa yllä mainittujen suolojen kyllästys tiloja ja voidaan yhtä hyvin käyttää konsentraatioita, jotka alittavat kyllästyskonsentraation.

10 Kuidunvalmistuslaitteesta saatavat tärkkelyskuidut otetaan talteen sekoitettuun reaktoriin 8 kypsymistä ja tämän jälkeen dekantointia varten. Dekantoinnin jälkeen selkeytynyt aine kierrätetään takaisin pumpulla 9 ja sekoitetaan koagulointiaineena toimivan suolan kyllästynee-15 seen liuokseen ennen uudelleenkäyttöä tärkkelyksen vedossa.

Selkeytynyt aine, joka kiertää laitteessa koagulointiaineena, sisältää suolaliuoksen ja hienojakoisimmat kuidut, joita ei voida kuitujen pienuuden vuoksi dekantoi-20 da talteenottosäiliöön.

Kuitumassa reaktorista 8 pumpataan pumpulla 10 suo-dattimelle 11. Kuidut otetaan sitten talteen säiliöön 12 ja suodos syötetään säiliöön 13, jossa se sekoitetaan pumpusta 9 tulevaan selkeytettyyn aineeseen ja lisätään sit-25 ten sulfaattia suolaliuoksen, joka on valmis syötettäväksi kuidunvalmistuslaitteeseen 7, kierrättämiseksi uudelleen.

Käyttämällä kypsytystä ja dekantointia varten asianmukaista määrää reaktoreita 8 on mahdollista toteuttaa menetelmä jatkuvatoimisena, jolloin saadaan tärkkelys-30 kuituja, jotka voidaan pestä välittömästi suodattimena tai yksinkertaisesti erottaa suodattamalla ja pestä myöhemmin.

Kuidunvalmistuslaite 7 kuvion 2 suoritusmuodossa käsittää putkimaisen runkokappaleen 14, jossa on vähintään 35 yksi tuloaukko 15, jota käytetään normaalisti tärkkelysma- 8 102772 teriaalin syöttämiseksi, tuloaukon 16 koagulointiaineen syöttämiseksi ja poistoaukon 17 koaguloinnin jälkeen muodostuneiden tärkkelyskuitujen poistamiseksi.

Tuloaukosta 15 tärkkelysmateriaali uppoaa putkimai-5 seen kanavaan 18, joka osittain päättyy seinämänä 19, joka on varustettu säteissuuntaisilla rei'illä. Rei'itetty sei-nämäosa 19 toimii tärkkelysmateriaalivirtauksen jakelijana kohti syöttökammiota 21.

Kohdassa 22 nähdään mikrohuokoisella seinämällä 10 varustettu putkimainen elin tärkkelysmateriaalin ekstru-doimiseksi syöttökammiosta 21 rengasmaiseen, edellisen kanssa samankeskiseen kammioon 23. Kammio 23 on erillään elimen 22 säteissuuntaisesta ulkopinnasta ja runkokappa-leen 14 säteissunntaisesta sisäpinnasta.

15 Putkimainen elin 22 voi muodostua huokoisesta, sintratusta metallimateriaalista valmistetusta rungosta, jossa huokosten kokojakauma on edullisesti välillä 10 ja 500 mikronia.

Putkimainen elin 22 muodostuu vaihtoehtoisesti me-20 tallimateriaalista, esim. ruostumattomasta teräksestä valmistetusta rungosta, jossa on lukuisia säteissuuntaisesti läpäiseviä, mekaanisesti aikaansaatuja reikiä ja vähintään kapea virtausosa varustettuna aukoilla, joiden läpimitta on edullisesti välillä 10 ja 500 mikronia. Mainittujen 25 säteissuuntaisten reikien poikkipinta on edullisesti ku vion 4 mukainen siten, että tärkkelysmateriaalin tuloau-kossa on kaventuma, jonka läpimitta on tyypillisesti 10 -500 mikronia, ja tärkkelysmateriaalin poistoaukossa on laajentuma 25, jonka läpimitta on edullisesti välillä 0,5 30 ja 1,5 mm.

·[ Aukkotiheys ekstruusiopinnalla (jolla tarkoitetaan putkimaisen elimen pintaa kosketuksessa koagulointiaineen kanssa) ilmaistuna reikien lukumäärän ja pinta-alan suhteena on edullisesti välillä 4 ja 0,05 aukkoa/mm2.

9 102772

Tuloaukon 16 kautta syötetty koagulointlaine virtaa rengasmaisen elimen 26 kautta, jossa on säteissuuntaisista aukoista muodostuva kruunu, joka toimii jakelulaitteena, ja syötetään ensimmäiseen rengasmaiseen kammioon 28, joka 5 muodostuu kuidunvalmistuslaitteen seinämästä 14 ja runko-kappaleen kanssa samankeskisestä putkimaisesta elimestä. Kammiosta 28 virtaus syötetään poistopuolen rengasmaiseen kammioon 23, joka on yhdensuuntainen mikrohuokoisen, putkimaisen elimen 22 säteissuuntaisen ulkopinnan kanssa, 10 jossa koagulointiainevirtaus vuorovaikuttaa tärkkelysmate- riaalin ekstruusiovirtauksen kanssa.

Tärkkelysmateriaali ekstrudoidaan monien lankojen muodossa, jotka ympäröivät ekstruusiopintaa putkimaisen kalvon muodossa.

15 Suolakoagulointiaineen virtausnopeus poistokammion 23 rengasmaisessa osassa pidetään edullisesti välillä 1 ja 15 m/s.

Vetosuhde, jolla tarkoitetaan kammion 23 rengasmaisessa osassa olevan koagulointiaineen virtausnopeuden ja 20 tärkkelysmateriaalin nopeuden suhdetta mikrohuokoisessa seinämässä olevien aukkojen poistokohdassa (määriteltynä tärkkelysmateriaalin virtausnopeuden ja poistokohdan aukoissa olevan kokonaisalan suhteeksi), joka on yleensä välillä 1 ja 1 000, edullisesti välillä 100 ja 1 000.

*. 25 Poistokammion 23 aksiaalipituus on edullisesti sellainen, että tärkkelysmateriaalin viipymisajaksi saadaan 5 - 15 millisekuntia. Kammion 23, jossa tärkkelysmateriaali vedetään, aksiaalipituuden on joka tapauksessa oltava sellainen, että tärkkelysmateriaali orientoituu ja siinä tapah-30 tuu samanaikaisesti täydellinen faasi-inversio.

.* Ekstrudoitu virtaus syötetään kammion 23 poistokoh- t dassa rengasmaiseen kammioon 30, jonka poikkipinta kasvaa jatkuvasti virtaussuunnassa.

Kuviossa 3 nähtävässä kuidunvalmistuslaitteen suo-35 ritusmuodossa tärkkelysmateriaalivirtaus syötetään tuloau- 10 102772 kon 31 kautta rengasmaiseen kammioon 32, joka muodostuu runkokappaleen 14 seinämästä ja mikrohuokoisella seinämällä varustetusta putkimaisesta elimestä 33. Tärkkelysmate-riaalivirtaus kulkee säteissuuntaisesti sisäänpäin elimen 5 33 seinämän läpi rengasmaiseen poistokammioon 34, joka muodostuu putkimaisen elimen 33 ja runkokappaleen kanssa samankeskisen keskuskappaleen 35 väliin. Koagulointiaine-virtaus syötetään tuloaukon 36 kautta esikammioon 37, josta se virtaa kammioon 40 rengasmaisen elimen 38 aukkojen 10 39 kautta ja syötetään kammiosta 40 poistokammioon 34, jossa on pieni poikkipinta virtauksen suunnassa.

Tässä suoritusmuodossa mikrohuokoisen elimen 33 aukkoalue on sama kuin kuviossa 4, mutta tässä tapauksessa tapahtuu tärkkelysmateriaalin virtaus suuremmasta poikki-15 pinnasta pienempään poikkipintaan, jolloin tärkkelysvir-tauksen nopeus kasvaa ja tärkkelyslangat lyhenevät. Rengasmaisessa kammiossa 34 virtaava koagulointiaine koaguloi aukkojen kautta poistuvan materiaalin. On havaittu, että koagulointiolosuhteet ovat optimaaliset, kun vetosuhde on 20 edullisesti välillä 1 ja 150 ja tärkkelysmateriaali purkautuu mikrohuokoisen seinämän 33 aukoista edullisesti nopeudella välillä 0,1 ja 1 m/s.

Käsiteltävänä olevan keksinnön kohteena olevaan kuidunvalmistuslaitteeseen liittyy huomattavia etuja mm. ·. 25 seuraavasti: laite tuottaa tärkkelysmateriaalia koaguloimalla kuiturakenteen omaavan tuotteen, laitteen rakenne, joka on lieriömäisen symmetrinen, takaa tasaiset nestemekaaniset olosuhteet, jotka sulkevat 30 pois mahdolliset poikkeavat vaikutukset, .· laitteen geometria on täysin tunnettu ja siten on saatavissa suunnittelukriteerejä, yllä mainittujen kriteerien tuntemus mahdollistaa koon suurentamisen.

11 102772

Seuraavat esimerkit tähdentävät muita yllä kuvatulla kuidunvalmistuslaitteella saavutettavia etuja. Esimerkki 1 Käyttämällä kuviossa 1 kuvattua laitosta saatiin 5 maissitärkkelyskuituja toimimalla seuraavissa olosuhteissa: tärkkelyksen konsentraatio dispersiossa: 15 paino-% (vedettömästä tärkkelyksestä laskettuna),

maksimikeittolämpötila suihkukeittimessä: 115 °C

10 (edullinen lämpötila-alue välillä 100 ja 130 °C) tärkkelyksen lämpötila kuidunvalmistuslaitteen tulokohdassa: 60 eC, suolaliuos: ammoniumsulfaatti, 41-painoprosentti- nen, 15 suolaliuoksen lämpötila kuidunvalmistuslaitteen tulokohdassa: 21 °C, suolaliuoksen maksiminopeus kuidunvalmistuslaitteen poistokammiossa: 7 m/s, tärkkelyksen virtausnopeus keiton jälkeen: 48 1/h, 20 kuvion 2 mukainen kuidunvalmistuslaite, jossa on sintratusta metallista valmistettu ekstruusiosintteri, huokoisuus 40 mikronia (huokosten keskimääräinen läpimitta), kuidunvalmistuslaitteen poistokanunion (23,24) pi-25 tuus: 10 cm, keskimääräinen kypsytysaika ennen suodatusta: 4 tuntia.

Toteutettaessa menetelmä yllä kuvatuissa olosuhteissa saatiin tärkkelyskuituja, joilla oli seuraava koko-30 jakauma mitattuna Bauerin - McNettin laitteella ja ilmaistuna painoprosentteina: 595 pm (28 meshiä) % * 0,3 297 pm (40 meshiä) % - 3,1 149 pm (100 meshiä) % - 68,5 35 74 pm (200 meshiä) % = 21,3 yli 200 meshiä x 100 6,8 12 102772 Määritettiin liukoisuus- ja saadun kuidun tunnusar-vot käyttäen seuravaa menettelyä:

Laitokselta tulevat suodatuspaneelit pestiin; 100 g suodatuskakkua dispergoitiin veteen (500 ml) sekoittaen 5 mekaanisesti lasiankkurisekoittimella seuraavissa olosuh teissa: dekantterilasi, halkaisija 10 cm ja korkeus 20 cm; mekaaninen ankkurilasisekoitin (1 = 40 cm, varustettuna sekoituslavalla, 1=8 cm, korkeus 8 cm), 10 lämpötila 20 °C, sekoitusaika 30 minuuttia, pyöri misnopeus 500 kierr/min.

Saatu dispersio suodatettiin suodatinpaperilla varustetussa Brucknersuppilossa, halkaisija 30 cm, vakuumis-sa 10 mmHg.

15 Neste suodatettiin kahdesti samalle paneelille.

Paneeli pestiin sitten 500 ml:11a vettä. Tärkkelyksen ja veden suhde oli pesussa 1 : 10.

Liukoisuus määritettiin suodatetulla tuotteella tuotteen erottamiseksi vedestä ja pestiin koagulointiai-20 neen poistamiseksi. Tuote dispergoitiin veteen tavanomaisessa laboratoriosulputtimessa (kuiva-aineen konsentraa-tio 0,2 %, pyörimisnopeus 3 000 kierr/min); otettiin näyte 4 tunnin kuluttua ja kun oli suodatettu 8 mikronin suodatinpaperin läpi, tärkkelys mitattiin liuoksesta 25 ”ANTHRONE"-reagenssilla (liuos, jossa 0,2 % ANTHRONEA

96-prosenttisessa H2S04:ssä).

Liukoisuusarvo, joka määritettiin yllä kuvatulla menetelmällä esimerkin mukaan saaduista suodatuspaneeleis-ta, oli alle 1,5 %.

30 Saadun kuidun morfologiset tunnusarvot ilmenevät : kuviosta 4.

Esimerkki 2

Toistettiin esimerkin 1 mukainen koe vaihdellen vain mikrohuokoisen, sintratun suodattimen tunnusarvoja, 35 joka muodostui tässä tapauksessa sintratusta metalliput- , 102772 13 kesta, jossa huokosten keskimääräinen läpimitta oli 100 pm. Saatiin kuituja, joiden painoprosentteina ilmaistu kokojakauma oli seuraava: 595 pm (28 meshiä) % 0,3 5 297 pm (40 meshiä) % = 0,9 149 pm (100 meshiä) % 63 74 pm (200 meshiä) % * 25,2 yli 200 meshiä x 100 10,6

Tulokset osoittavat, että huokosten keskimääräinen 10 läpimitta ei vaikuta relevantilla tavalla 100 ja 200 meshin kuitujakaumaan.

Esimerkin 1 menetelmän avulla saadut liukoisuusar-vot ovat tälläkin kertaa kuten edellisessä tapauksessa alle 1,5 %.

15 Esimerkki 3 (vertailu)

Verrattiin esimerkin 1 kokeessa saatujen kuitujen tunnusarvoja fibridien tunnusarvoihin, jotka saatiin muilla kuidunvalmistuslaitteilla, erityisesti ejektorilla ja kehruusuulakkeella.

20 Prosessiolosuhteet olivat samat kuin esimerkissä 1.

Ensimmäinen kuidunvalmistuslaite koostui ejektoris-ta, jossa oli 8 reikää, läpimitta 1 mm. Uraan asetettu tärkkelyksen tulokohta muodosti 45 asteen kulman ejektorin akselin kanssa. Koagulointiaineen (ammoniumsulfaatin) no-; 25 peus ohuemmassa kohdassa oli 31 m/s ja vetosuhde (määri teltynä sulfaatin maksiminopeuden ja reikien kautta poistuvan tärkkelyksen maksiminopeuden suhteeksi) oli 47.

Toinen kuidunvalmistuslaite koostui kehruusuulak-keesta, jossa oli 113 reikää, läpimitta 0,5 mm. Tämä keh-30 ruusuulake oli pyöreässä kanavassa ja rengasmaiseen kruunuun, joka oli erotettu kehruusuulakkeen ulkopinnasta ja pyöreän kanavan sisäseinämästä, syötettiin koagulointiai-netta eli ammoniumsulfaattia. Ammoniumsulfaatin nopeus ja reikien kautta purkautuvan tärkkelysmateriaalin nopeus 35 olivat yhdensuuntaisia. Tärkkelysmateriaali saatetaan rei- 14 102772 klen poistokohdassa kosketukseen koagulointiaineen kanssa; muodostunut suspensio saapuu sitten suplstuskohtaan (jossa minimiläpimitta on 4 mm, mikä vastaa sulfaatin nopeutta 30 m/s), jossa voimakas pyörteisyys täydentää koaguloitu-5 misen.

Taulukossa 1 vertaillaan erilaisten tuotteiden kuitu jakaumaa. Voidaan havaita, että ejektorikuidut sisältävät runsaasti (80 %) hienojakoisia hiukkasia, joiden määrä on pienempi kehruusuulake- ja putkilaitteella. Myöskin 10 näiden kahden kuidunvalmistuslaitteen jakaumakäyrät eroavat toisistaan: putkilaitteella hyvin kapea (90 % hiukkasista välillä 100 ja 200 meshiä), kehruusuulakelaitteella laajempi.

Tämä kokojakauma ja sen ohella hiukkasten muoto 15 (putkilaitteella saaduilla kuiduilla on selvä muotosuhde; kehruusuulakelaitteella saatujen kuitujen kalvopitoisuus on suuri, ne ovat kokoonkääriytyneitä ja niillä ei ole pääsuuntaa) ovat syynä kahden tuotteen erilaiseen käyttäytymiseen paperinvalmistuksessa selluloosakuitujen ohella. 20 Onkin voitu kokeellisesti todentaa, että putkimaisella kuidunvalmistuslaitteella saadut tuotteet eivät aiheuta ongelmia (valamis- tai kuivatusongelmia) laboratorioark-kien valmistuksessa, mutta käytettäessä kehruusuulakelaitteella saatua tuotetta, jolloin lähdetään määrätystä pi-25 toisuudesta, saadaan arkkeja, joissa on pintavirheitä ja joilla on taipumusta tarttua arkinmuodostuslevyyn.

Taulukosta 2 ilmenee tärkkelyksen prosentuaalinen osuus, joka on pidättynyt Rapid-Koethen-laitteella valmistettuun laboratoriopaperiarkkiin, kun selluloosa/tärkke-30 lysmateriaalipastaa (jälkimmäisen osuus 10 %) on disper-goitu sulputtimessa 2 tuntia 3 000 kierr/min ympäristöläm-pötilassa. Havaitaan, että suurin pidätys saadaan putkimaisella kuidunvalmistuslaitteella valmistetulla tuotteella.

15 102772

Taulukossa 3 tuodaan lopuksi esiin kahden erilaisen tuotteen käyttäytyminen, jotka on erotettu sulpusta suodattamalla koaguloinnin jälkeen ja pesty puhtaiksi ammo-niumsulfaatista. Sulpun konsentraatio ja kypsytysaika ovat 5 samoja. Havaivaan, että putkimaisella kuidunvalmistuslait-teella saatuja tuotteita voidaan valmistaa kaksi kertaa enemmän kuin kehruusuulakelaitteella.

Käsiteltävänä olevan keksinnön toisena kohteena ovat lisäksi tärkkelyskuidut, jotka voidaan saada yllä 10 kuvatulla menetelmällä. Kuitujen tunnusarvoja ovat liukoisuus alle 2 % ja sellainen kokojakauma, että 90 % kuiduista sijoittuvat kooltaan alueelle 100 - 200 meshiä luokiteltuina Bauerin - McNettin laitteella.

Taulukko 1 15 SRC-jakauma käytettäessä erilaisia kuidunvalmistus- laitteita

Kuidunvalmistus- Jakauma (p/p-%) laite 28 50 100 200 >200 kehruusuulake 0,1 7,6 35,3 31,0 26 20 ejektori 0,3 0,4 4,2 14,6 80,5 putki 0,3 3,1 68,5 21,3 6,8

Taulukko 2

Paperin sisältämien tärkkelyskuitujen/fibridien pidätys 25 Kuidunvalmistuslaite Pidätysprosentti kehruusuulake 87,5 ejektori 77 putki >99

Taulukko 3 30 Erilaisten tärkkelyskuitujen/fibridien suodatetta- vuus

Kuidunvalmistuslaite Suodattamalla erotettu kiintoaine (kg/h) putki 20 35 kehruusuulake 10

Claims (14)

102772 16

1. Menetelmä kuitujen valmistamiseksi tärkkelysma-teriaalista ekstrudoimalla tärkkelysmateriaalin vesidis- 5 persio tai -liuos suolakoagulointiaineen virtaukseen, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa dispersio tai vesiliuos ekstrudoidaan mikrohuokoi-sen, putkimaisen seinämän läpi rengasmaiseen kammioon, jota mainittu mikrohuokoinen seinämä ympäröi rengasmaises-10 ti, siten, että tärkkelysmateriaalista muodostuu ekstruu-siovirtaus, joka ympäröi mainittuja putkimaisia seinämiä, Ja koaguloidaan ekstruusiovirtaus syöttämällä koagu-lointiainevirtaus mainittuun rengasmaiseen kammioon yhden-15 suuntaisesti ekstruusiopinnan kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitussa mikrohuokoisessa seinämässä on reikiä, joista ainakin osa on alueella, jossa keskimääräinen läpimitta on välillä 10 ja 500 mikronia, 20 ja että reikien tiheys ekstruusiopinnassa on välillä 4 ja 0,05 reikää/mm2.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ekstruusio mainitun mikrohuo-koisen seinämän läpi tapahtuu tulokohdan ahtaasta osasta, 25 jossa aukon koko on 10 - 500 mikronia, laajempaan poisto-osaan, jossa aukon koko on suurempi kuin mainittu ahdas osa, ja että vetosuhde on välillä 100 ja 1 000.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ekstruusio mainitun mikrohuo- 30 koisen seinämän läpi tapahtuu laajemmasta tulo-osasta ah-.· taaseen poisto-osaan, jossa aukon koko on 10 - 500 mikro nia ja pienempi kuin aukon koko mainitussa laajemmassa osassa, ja että vetosuhde on välillä 1 ja 150.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mu-35 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelys- 17 102772 materiaalin viipymisaika mainitussa rengasmuotoisessa kammiossa on välillä 5 ja 15 millisekuntia.

6. Kuidunvalmistuslaite erityisesti tärkkelyskuitu-jen valmistamiseksi ekstrudoimalla tärkkelysmateriaalivir-5 taus koagulointiainevirtaukseen, tunnettu siitä, että se käsittää putkimaisen runko-osan (14), joka käsittää ensimmäisen tulovälineen (16,31) tärkkelysmateriaalivirtauksen syöttämiseksi, 10 tärkkelysmateriaalin syöttökammion (21, 32), joka yhdistyy mainittuun ensimmäiseen tulovälineeseen, tärkkelysmateriaalin rengasmaisen poistokammion (23, 34), huokoisilla seinämillä varustetun putkimaisen eli-15 men (22, 33), joka on asennettu samankeskisesti mainitun poistokammion (23, 34) kanssa ja joka sijaitsee jälkimmäisen ja syöttökammion (21, 32) välissä ja jonka tehtävänä on ekstrudoida lukuisia tärkkelysmateriaalilankoja mainitun poistokammion mainittujen huokoisten seinämien läpi, 20 toisen tulovälineen (16, 36), joka yhdistyy mainit tuun poistokammioon koagulointiainevirtauksen syöttämiseksi, ja poistovälineen (17, 30), joka on asennettu rengasmaisen poistokammion jälkeen ja yhdistyy siihen.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kuidunvalmistus laite, tunnettu siitä, että mainittu putkimainen, huokoisella seinämällä varustettu elin (22, 33) muodostuu sintratusta metallista, jossa on huokosia, joiden kokojakauma on välillä 10 ja 500 mikronia.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kuidunvalmistus- . laite, tunnettu siitä, että mainittu putkimainen, mikrohuokoisella seinämällä varustettu elin (22, 33) on lieriömäinen, revitetyillä seinämillä varustettu elin, jonka seinämissä on lukuisia säteissuunnassa kulkevia rei 1β 102772 kiä (24, 25), joissa on vähintään yksi ahdas alue, jossa dimensio on välillä 10 ja 500 mikronia.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen väline, tunnettu siitä, että mainittujen huokosten pinta- 5 alatiheys ekstruusiopinnalla on 4 - 0,05 reikää/mm2.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kuidunvalmistus-laite, tunnettu siitä, että mainittu tärkkelysma-teriaalin rengasmainen poistokammio (23) on samankeskises-ti ja säteissuuntaisesti mainitun syöttökammion (21) ulko- 10 puolella.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut säteissuuntaiset reiät käsittävät osan (24), joka yhdistyy syöttökammioon (21 ) ja jossa aukon koko on välillä 10 ja 500 mikronia, ja osan 15 (25), joka yhdistyy mainittuun poistokammioon ja jossa aukon koko on suurempi kuin mainitun osan (24) aukon koko.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu rengasmainen poistokammio 20 (34) on samankeskisesti ja säteissuuntaisesti mainitun syöttökammion (32) sisäpuolella.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut säteissuuntaiset reiät käsittävät osan (24), joka yhdistyy poistokammioon (34) ja 25 jossa aukon koko on välillä 10 ja 500 mikronia, ja osan (25), joka yhdistyy syöttökammioon (32) ja jossa aukon koko on suurempi kuin osan (24) aukon koko.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen menetelmän avulla saatuja tärkkelyskuituja, tunnetut 30 siitä, että niiden liukoisuus on alle 2 % ja kokojakauma . on sellainen, että 90 % kuiduista sijoittuvat kooltaan alueelle 100 - 200 meshiä luokiteltuina Bauerin - McNettin laitteella. 19 102772