FI107544B

FI107544B - Valkaisuaktivaattori ja menetelmä aktivaattorin käyttämiseksi

Info

Publication number: FI107544B
Application number: FI991365A
Authority: FI
Inventors: Aarto Paren; Jukka Jaekaerae
Original assignee: Kemira Chemicals Oy
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2001-08-31
Also published as: NO20016082D0; AU5224700A; FI991365A0; ATE257191T1; NO20016082L; CA2374754A1; EP1244842B1; WO2000077297A1; DE60007559D1; EP1244842A1; FI991365A

Description

107544

Valkaisuaktivaattori ja menetelmä aktivaattorin käyttämiseksi m

Keksintö koskee valkaisuaktivaattoria, jolla voidaan paran-5 taa valkaistujen, ligniiniä sisältävien massojen opasiteettia ja menetelmää aktivaattorin käyttämiseksi.

Paperin läpikuultamattomuutta kuvaa opasiteetti, joka on vaaleuden ohella eräs tärkeä massan ominaisuus paperin valio mistuksessa. Lähes poikkeuksetta massan opasiteetti kuitenkin laskee vaaleuden noustessa. Nykyisin mekaanisia massoja valkaistaan yhä useammin vetyperoksidilla. Myös ditioniitti-valkaisua käytetään, joko yhdessä tai yksin peroksidivalkai-sun kanssa, jolloin ditioniitti käytetään joko jauhinval-15 kaisuna tai jälkivalkaisuna. Massojen, etenkin mekaanisten massojen peroksidivalkaisussa opasiteetin lasku havaitaan selvästi, kun taas ditioniittivalkaisu ei välttämättä alenna opasiteettia. Yleensä massan opasiteetti laskee sitä enemmän, mitä vaaleammaksi massa valkaistaan (kuva 1). Tietyillä 20 paperilaaduilla opasiteetti on tärkeä ominaisuus. Kun halutaan edistää peroksidivalkaisua ditioniittivalkaisun kustannuksella, olisi tärkeää pystyä optimoimaan peroksidivalkaisua niin, että opasiteetti säilyisi mahdollisimman korkeana vaaleuden kasvaessa.

25

Mekaanisten massojen peroksidivalkaisussa käytetyt kemikaalit ovat yleisimmin vetyperoksidi, lipeä (alkali) ja vesilasi. Emäksen tarkoituksena on nostaa pH riittävän korkealle, jotta varsinaisena valkaisevana aineena toimiva vetyperoksi- * .*. 3 0 di dissosioituu tuottaen perhydroksyylianionej a. Vesilasin » tarkoituksena on stabiloida vetyperoksidia.

On havaittu, että esimerkiksi peretikkahappokäsittelyllä voidaan saada aikaan selvästi korkeampi opasiteetti samalla 35 vaaleustasolla kuin pelkällä vetyperoksidilla valkaistulla massalla.

2 107544

Peretikkahappoa voidaan muodostaa myös in situ esimerkiksi asetanhydridistä tai TAED:sta (tetraasetyyli etyleeni di-amiini) tai jostakin muusta vastaavasta aktivaattorista. TAED:n haittana on sen korkea hinta ja se, että se on kiin-5 teä aine. Käyttöä varten TAED jouduttaisiin dispergoimaan veteen ennen käyttöä, mikä tekee sen käytön hankalaksi. Lisäksi TAED sisältää typpeä, mikä voi tulle ongelmaksi ympäristön suojelun kannalta. Asetanhydridi olisi suhteellisen halpaa, mutta se aiheuttaisi hajuhaittoja ja olisi työsuoje-10 lun kannalta hankala aine. Lisäksi alkaliseen valkaisulluokseen (NaOH + H202 + vesilasi) syötettynä se aiheuttaisi helposti silikaattisaostumia ja kuluttaisi lipeää.

Papereiden valmistuksessa tähdätään yhä korkeampiin vaaleuk-15 siin. Paperin vaaleuteen voidaan vaikuttaa esimerkiksi käsittelemällä paperia päällysteaineilla, jotka sisältävät mm. pigmenttejä, sideaineita ja pehmitinaineita (JP-hakemus 2 84598). Kuitenkin useiden päällystysaineiden käyttö paperinvalmistuksen loppuvaiheessa lisää edelleen valmistuskustan-20 nuksia.

Teknisesti käyttökelpoinen aktivaattori tulisi olla nestemäinen, pysyvä ja mieluiten pH-arvoltaan sopiva, jottei al-kaalisessa peroksidivalkaisussa syntyisi silikaattisaostu-25 mia. Lisäetuna olisi typetön aktivaattori ympäristön suojelullisista syistä. Valkaisun apuaineen tulee myös olla edullista paperinvalmistajille. Massojen valkaisuun on siis löydettävä aktivaattori, joka edellämainittujen ehtojen täyttämiseksi on rekisteröity ja helposti saatavissa oleva kohtuu-. 30 hintainen kaupallinen kemikaali, ja joka voidaan lisätä mas saan jo peroksidivalkaisuvaiheessa. Lisäksi on myös kiinnitettävä huomiota aineen muihin vaikutuksiin kuten käyttökelpoisuuteen tehdasoloissa.

35 Tämän keksinnön tarkoituksena on löytää käyttökelpoinen massan valkaisussa käytettävä aktivaattori, joka täyttää edellä mainitut vaatimukset.

3 107544

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista .

Keksinnön mukaisesti on yllättäen havaittu', että sinänsä 5 tunnetut glyserolin karboksyylihappoesterit ovat sangen sopivia aktivaattoriaineiksi. Glyserolin karboksyylihappoesterit ovat työhygienian kannalta lähes haitattomia. Glyserolin karboksyyliestereistä käyttökelpoisia ovat erityisesti muu-rahais-, etikka- ja propionihapon mono-, di- ja triesterit. 10 Erityisen edullisia aktivaattoriaineiksi lisättäväksi valkaisuprosessissa ovat glyserolin etikkahappoesterit, mm. triasetiini ja diasetiini. Vaikka nämä esterit eivät jo sellaisenaan olisi vesiliukoisia, liukenevat ne täysin alka-liseen peroksidiliuokseen, koska asetyyliryhmät lohkeavat 15 irti tuottaen perkarboksyylihappoa in situ. Jäännöksenä kemikaalista on glyseroli ja karbosyylihappo. Valkaisussa syntyy luonnostäänkin glyserolia ja etikkahappoa.

Keksinnön mukaisia aktivaattoreita ovat glyserolin rauura-20 hais-, etikka- ja propionihappojen mono-, di- ja triesterit. Edullisia ovat glyserolin etikkahapon mono-, di- ja triesterit .

Hiilivetyketjun liiallinen pituus vähentää aktivaattorin * 25 tehoa, sillä aktivaattorin reaktiomekanismiksi on oletettu perhapon syntyminen peroksidivalkaisussa. Hiilivetyketjun kasvaessa saadaan ainemääränä vähäisempi määrä perhappoa kuin lyhyemmillä hiilivetyketjuilla.

30 Sopivaksi aktivaattori annokseksi on havaittu 0,2-5 kg/massatonni . Edullinen annostus on 1-3 kg/mas sat onni . Val-kaisuolosuhteet voivat olla normaalit, mm. mekaanisten mas-

O

sojen valkaisussa on käytetty lämpötilaa 50-90 C, sakeutta 5-40% ja viipymää 30-240 minuuttia. Peroksidiannos voi vaih-35 della vaaleustavoitteesta riippuen 5-50 kg/massatonni. Vastaavasti lipeä ja vesilasiannokset on sovitettava peroksi-diannokseen sopiviksi. Valkaisuliuoksessa voi lipeän, vesi- 4 107544 lasin ja vetyperoksidin lisäksi olla kelatointiaineita, kuten DTPArta tai joitakin muita stabilaattoreita. Aktivaatto-rit soveltuvat käytettäväksi erityisesti mekaanisten massojen valkaisuun, kuten hiokkeen (SGW, PGW),' hierteen (TMP) 5 tai kemimekaanisten massojen (CTMP) valkaisuun. Aktivaatto-reita voidaan myös käyttää kemiallisten massojen, kuten sulfaatti ja sulfiittisellun peroksidivalkaisussa. Massan valmistukseen käytetyllä puulajilla ei ole merkitystä keksinnön toimivuuden kannalta.

10

Seuraavissa keksintöä selostetaan lähinnä esimerkkien 1-4 avulla.

Esimerkki 1.

15 Kemimekaanista-massaa (CTMP) käsiteltiin normaaliin tapaan peroksidilla. Valkaisuaktivaattorin vaikutus on kuvattu taulukossa 1 ja kuvassa 2.

Taulukko 1. CTMP, Valkaisuliuos: NaOH 24 kg + Vesilasi 20 kg + H202 30 kg/tm t=70 °C, Sakeus 30%, 120 min, kelatoitu massa Aktivaation Annos, Vaaleus, Keltaisuus Opasiteetti kg/tm %ISO*

Ei - 78Ä Tfj 64^9 PAA 2 79,1 17 67,2

Triasetiini 5 78 17,9 67,2

Triasetiini 2__78,3__17JJ__68,6

Kuva 2.

Sg- ! _ • 2

. Φ βΒ81β8«Μ ΒημΜΗ ISUBIfllB

♦ · φ ^raffle jSgSj^Bj . · tMMHi

« ιΒ8«8ββ—a Mfffn gSHgS

a Mi HHM MMM

2 5 2

Ei PAA Triasetiini Triasetiini

Aktivaation/ annos kg/tm 5 107544

Tuloksista havaittiin, että aktivaattorilisäyksellä peroksi-divalkaisuun saadaan aikaan selvästi korkeampi opasiteetti samalla vaaleustasolla kuin pelkällä peroksidivalkaisulla. Tuloksista voi myös havaita, etteivät aktivaattorit juuri-5 kaan vaikuttaneet ISO-vaaleuteen.

Esimerkki 2.

Kuusihierremassaa, jonka vaaleus oli 60,4 % ISO, opasiteetti 86,5 ja joka sisälsi Mn 100 ppm ja Fe 18 ppm, saatettiin pe-10 roksidivalkaisuun. Tulokset ovat taulukossa 2.

Taulukko 2. TMP (kuusi) vaikaisuvaiheet

Kelatointikäsittely: Sakeus 10%, pH 5.5, 45 min, t=55 °C, DTPA 2 kg/tm

Sakeutus 15%:iin

Peroksidivalkaisu: 120 min, t=70 °C, Sakeus 15%, H202 22 kg, NaOH 22 kg, vesilasi 17,6 kg/tm

Aktivaation Annos Jäännös- Vaaleus, Opasiteetti, kg/tm H202, kg/tm %ISO %

Ei 5 9^2 74^5 8^4

Triasetiini 1 9,4 75,8 83,1

Triasetiini 2 9,9 75,5 82,8

Tuloksista havaittiin aktivaattorilla olevan peroksidival-kaisussa selvä positiivinen vaikutus massan opasiteettiin, ’ 15 kun vertailuna oli peroksidivalkaisu ilman aktivaattorilisä- ystä.

6 107544

Esimerkki 3.

Painehiokemassaa käsiteltiin normaaliin tapaan peroksidilla. Valkaisuaktivaattorin vaikutus on kuvattu taulukossa 3 ja kuvassa 3.

5

Taulukko 3. PGW (painehioke)

Peroksidivalkaisu: Sakeus 28%, 120 min, t=70 °C, H202 25 kg, vesilasi 18,8 kg, NaOH 25 kg, tehdaskelatoitu

Triasetiini, Vaaleus, Opasiteetti,% Valonsironta Valonabsorptio

kg/tm %ISO

Ö 77^5 8M 67^4 Ö37 1 77,8 87,8 70,3 0,36 2 77,8 88,6 73,9 0,37

Kuva 3.

| 80 -j r 89 75 ' - 88,5 - 88 5? 70 - - 87’5 65 j -o-Vaaleus, %ISO ' 87 ! —ύ—Valonsironta _ 86,5 j t —Opasiteetti, % 60 J-,-,--(. 86 0 0,5 1 1,5 2 2,5 i Triasetiini, kg/tm s_________________________ 1 · 7 107544

Esimerkki 4.

Mekaanista massaa käsiteltiin normaaliin tapaan peroksidil-la. Valkaisuaktivaattorin vaikutus peroksidivalkaisussa on kuvattu taulukossa 4 ja kuvassa 4.

5

Taulukko 4. TMP, Valkaisuliuos: NaOH 20 kg + Vesilasi 18,8 kg + H202 20 kg, DTPA 2kg t=70 °C, sakeus 28%, 120 min, tehdaskelatoitu massa

Aktivaation Annos, Vaaleus,% Opasiteetti kg/tm ISO1

Ei " 77$ 79^4

Triasetiini 1 77,9 81,3

Triasetiini 2 77,8 81,1

Triasetiini 5 77,5 81,7

Diasetiini 2 77,8__81,5

Kuva 4.

84 x 83 -

10 82 I

SN O

S

" 81 + ® n ra o.

0 80 - ♦ 79 - : 15 78 -1-1-!-:-! 75 76 77 78 79 80

Vaaleus, %IS0 20 Tuloksista havaittiin selvä aktivaattorin vaikutus opasi-5 teettiin samalla vaaleustasolla kuin pelkällä perksidival- kaisulla. Samoin voidaan havaita, että aktivaattorit eivät vaikuta ISO-vaaleuteen.

8 107544

Kuva 1.

Kuva 1. Kuusi-TMP:n opasiteetin muutos valkaistaessa massaa 5 peroksidilla eri vaaleustasoille.

1V.ISO = -0,5% Opasiteetti 96 ~ 94 x

X

92 2 90 - £ -·*„

S 88 -L ' X

O I *

86 XX X

84 { X x

82 - X

.

80 J-/-1-1-1 60 65 70 75 80

Vaaleus,%IS0

Claims

107544

1. Ligniiniä sisältävässä paperimassassa käytettävä val-kaisuaktivaattori tunnettu siitä, etftä aktivaattori 5 on glyserolin muurahais-, etikka- tai propionihapon mono-, di- tai triesteri.

2. Vaatimuksen 1 mukainen valkaisuaktivaattori tunnettu siitä, että aktivaattori on glyserolitri- 10 asetaatti.

3. Vaatimuksen 1 mukainen valkaisuaktivaattori tunnettu siitä, että aktivaattori on glyserolidiase-taatti. 15

4. Vaatimuksen 1 mukainen valkaisuaktivaattori tunnettu siitä, että aktivaattoria käytetään kemiallisen tai mekaanisen massan peroksidivalkaisussa.

5. Vaatimuksen 1 mukainen valkaisuaktivaattori tunnettu siitä, että aktivaattoria käytetään 0,2-5 kg/massatonni.

6. Vaatimuksen 1 mukainen valkaisuaktivaattori ·· 25 tunnettu siitä, että aktivaattoria käytetään edulli sesti 1-3 kg/massatonni.

7. Vaatimuksen 1 mukainen valkaisuaktivaattori tunnettu siitä, että aktivaattoria sisältävä val- . 30 kaisuliuos voi sisältää lisäksi kelatointiaineita, stabi- laattoreita, lipeää ja vesilasia.

8. Vaatimuksen 1 mukainen valkaisuaktivaattori 35 tunnettu siitä, että aktivaattoria voidaan käyttää yhdessä peretikkahapon kanssa. 107544

9. Ligniiniä sisältävän massan valkaisumenetelmä tunnettu siitä, että vetyperoksidia sisältävään val-kaisuliuokseen lisätään opasiteetin parantamiseksi vaatimuksen 1 mukaista aktivaattoria. 5 • · · • · « 107544