FI119742B - Menetelmä telan likaantumisen ehkäisemiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä telan likaantumisen ehkäisemiseksi

Keksinnön ala 5

Keksintö kohdistuu menetelmään paperi- tai kartonkikoneen telan ja erityisesti keskitelan pinnan likaantumisen ennaltaehkäisemiseksi ja puhtaanapitämiseksi. 1

Tekniikan taso 10

Paperi- ja kartonkikoneiden telojen ja erityisesti keskitelojen erittäin yleinen ongelma on telan nopea likaantuminen riippumatta siitä, mitä pintamateriaalia telassa on käytetty. Keskitelan likaantuminen ilmenee paperi- tai kartonkikoneella telan toiminnan heikkenemisenä, rainan irtoamisen huononemisena keskitelalta 15 sekä ratakatkojen lisääntymisenä. Keskitelan likaantumista tapahtuu ajan kuluessa ja se kasvaa määrällisesti, kun ensimmäinen likakerros on muodostunut keskitelan pinnalle. Keskitela on kosketuksissa märän paperirainan kanssa, rainasta poistuvan prosessiveden kanssa, telaa puhdistavien suihkuvesien kanssa ja telaa mekaanisesti puhdistavien kaavatien kanssa.

20

Keskitelaa likaavat komponentit tulevat paperi- ja kartonkikoneen prosessivesiin useasta eri lähteestä, esimerkiksi mekaanisen massan, kierrätyskuitujen ja päällystetyn hylyn mukana. Keskitelaa likaavat komponentit ovat alkuperästään riippu- :¾ matta luonteeltaan joko anionisia, kolloidaalisia tai neutraaleja hydrofobisia 25 komponentteja.

Mekaaninen massa sisältää selluloosan ja hemiselluloosien lisäksi myös runsaasti ligniiniä ja uuteaineita, joilla on taipumus liueta kuiduista kolloidaalisessa muo- ΐ dossa tai dispergoituneena pieninä pisaroina kuidun pinnalta vesifaasiin valmis- 30 tusprosessin aikana.

2

Kemimekaaniset massat sisältävät likaa aiheuttavaa kolloidaalista materiaalia, ; sillä kemimekaaninen massanvalmistus muuttaa ligniinin ja uuteaineet liukoisem- is paan muotoon. Hemiselluloosat ovat vesiliukoisia ja saattavat toimia anionisten häiriöaineiden tapaan, ligniiniperäiset aineet irtoavat ja liukenevat hiilihydraattien 5 kaltaisella tavalla, ja pH:n noustessa ligniiniperäisten aineiden liukoisuus veteen kasvaa.

Puupitoisten massojen uuteaineet koostuvat triglyserideistä, stearyyliestereistä, diterpeeneistä ja hartsihapoista. Hartsi- ja rasvahapot ovat vedessä stabiileja ja 10 anionisia yhdisteitä, jotka neutraloituvat pH:n noustessa ja muuttuvat liukoisiksi alkaalisuoloiksi niiden saippuoitaessa natriumin kanssa. Näin syntyneet saippuat ovat niukkaliukoisia ja saattavat liuottaa neutraalipihkaa pieninä pisaroina veteen.

Kierrätyskuitujen mukana tulee tahmotyyppisiä komponentteja, joita ei pystytä 15 kokonaan poistamaan massasta siistausprosessin aikana. Tahmokomponentit voi- * vat olla alkuperältään synteettisiä kuten latekseja, tarraliimoja, kuumasulatteita tai luonnonaineita kuten uutcaineita ja pihkaa. Siistausmassan mukana voi myös tulla epäorgaanista materiaalia kuten pigmenttejä, liuenneita suoloja sekä helppoliukoisia orgaanisia komponentteja, joista voidaan mainita ligniinipohjaiset aineet, he-20 miselluloosat ja tärkkelys sekä joitakin muita liukoisia komponentteja kuten dis-pergointiaineita, vaahdonestoaineita ja puhdistusaineita. Kun käytetään päällystettyä hylkyä paperinvalmistuksessa raaka-aineena, prosessivesien mukaan tulee päällysteitä, jotka sisältävät sideaineita kuten anionisesti stabiloituja latekseja ja tärkkelystä sekä erilaisia pigmenttejä, joiden liettoon käytetään usein anionisia 25 dispergointiaineita.

Lian tarttumista on pyritty vähentämään ja estämään useilla tunnetun tekniikan mukaisilla ratkaisuilla. Keskiteloja puhdistetaan jatkuvatoimisesti kaavareiden, ultraäänipesureiden, hiilihappojääpuhalluksen tai oskilloivien puhdistuspäiden 30 avulla, tai puhdistus suoritetaan seisokin yhteydessä. Näiden menetelmien tarkoituksena on poistaa telan pinnalle jo muodostunut likakerros mekaanisesti, mutta 3 uuden likakerroksen muodostumiseen nämä menetelmät eivät juurikaan vaikuta.

Ylläesitetyn perusteella voidaan havaita, että on olemassa ilmeinen tarve menetelmälle, joka ennalta ehkäisee lian ja häiriöaineiden tarttumisen ja pysymisen telan kuten keskitelan pinnalla ja pitää telan pinnan vapaana liasta ja häiriöaineista 5 prosessin aikana. ?

Keksinnön päämäärä

Keksinnön päämääränä on menetelmä paperi- tai kartonkikoneen telan, etenkin 10 keskitelan likaantumisen ennaltaehkäisemiseksi ja telan pinnan puhtaanapitämi- 1 seksi prosessin aikana.

Keksinnön mukaiseen menetelmän telan likaantumisen ennaltaehkäisemiseksi ja telan, etenkin keskitelan pinnan pitämiseksi puhtaana tunnusomaiset piirteet on 15 esitetty patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä telan pintaan aikaansaadaan likapartikkelei-ta hylkivä varaustila. Telan pinnan varaustila aikaansaadaan likaa hylkiväksi valmistamalla telan pinta materiaalista, jolla on likaa hylkivä varaustila ja/tai elvyte-20 tään telan pinta siten, että telan pintaan jatkuvatoimisesti palautetaan likaa hylkivä varaustila ja/tai tuodaan telan pintaan ulkopuolisesti likaa hylkivä varaustila.

Keksinnön kuvaus 25 Edellä esitettyihin tavoitteisiin voidaan päästä ja tunnetun tekniikan mukaisten ratkaisujen ongelmat voidaan välttää tai niitä voidaan ainakin oleellisesti vähentää keksinnön mukaisen menetelmän avulla. On havaittu, että telan varaustila ja häiriöaineiden varaustila määräävät pääasiallisesti lian ja häiriöaineiden tarttumisen ja pysymisen telan pinnassa. Näin ollen telan likaantumisongelma voidaan ennal- ‘ 30 taehkäistä, kun telan pinnan kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia säädetään 4 likaantumista aiheuttavia komponentteja hylkiviksi eli säädetään telan pinnan va- raustilaa.

Kun likaavat komponentit ovat hydrofobisia ja neutraaleja, likaantuminen voidaan 5 minimoida hydrofiilisen telapinnoitteen avulla. Hydrofiiliselle pinnalle muodostuu hydraattikerros vesipitoisessa ympäristössä eikä hydrofobinen komponentti pysty tällöin leviämään tai kiinnittymään pintaan.

Kun likaavat komponentit ovat anionisesti varautuneita, myös telapinnoitteella 10 pitää olla negatiivinen varaus, jolloin telan ja likakomponenttien välille syntyy elektrostaattinen repulsio eikä likaantumista tapahdu, koska likapartikkelit eivät pysty kiinnittymään telan pintaan.

Keksinnön mukaisesti valmistetaan likaa hylkivä telan pinnoite, joka on sekä hyd-15 rofiilinen että varaukseltaan samanmerkkinen kuin lika. Suurin osa likapartikke- leista on luonteeltaan anionisia kuten esim. pihka, siistausj äännökset, useat kuidut ja täyteaineet. Pinnan varautumiskäyttäytymiseen vaikuttaa pinnan omien ominaisuuksien lisäksi ympäristö, missä pinta on. Näin ollen telan, etenkin keskitelan pintavaraus paperi-ja kartonkikoneessa on riippuvainen myös vallitsevista proses-20 siolosuhteista kuten prosessivesien pH:sta ja sähkönjohtokyvystä.

Lähes ihanteellinen telan pintamateriaali on luonnongraniitti, joka on voimakkaasti anioninen, mutta käytännön syistä graniittitelojen käyttö on melko rajoitettua eikä aivan graniitin kaltaista pinnoitetta ole toistaiseksi onnistuttu tekemään. Ke-25 raamiset pinnat ovat usein varsin hydrofiilisia, joten vesiliuoksessa ollessaan ne saavat pinnalleen hydraattikerroksen. Mitä hydrofiilisempi keraaminen pinta on, sitä paksumman hydraattikerroksen pinta saa. Hydraattikerros ehkäisee hydrofobisen lian tarttumista itse telan keraamiseen pintaan. Koska telan pinnan varaustila on pH:sta riippuvainen, tulisi pinnan olla negatiivinen ainakin prosessin 30 pH-alueella.

5

Kun pintavarauksen omaava kiinteä aine on elektrolyyttiliuoksessa, sille muodostuu sähköinen kaksoiskerros. Kiinteän aineen pinnalle muodostuu liikkumaton kerros pinnan kanssa vastäkkaismerkkisesti varautuneista ioneista. Liikkumattoman kerroksen pinnalle muodostuu toinen kerros, joka sisältää sekä vastakkaisesti 5 että samanmerkkisesti varautuneita ioneita siten, että ionien konsentraatio piene-nee mitä kauemmas pinnasta mennään ja ne pystyvät liikkumaan pinnan tason suunnassa. Tätä kerrosta kutsutaan diffuusiokerrokseksi. Liikkumattoman kerroksen ja diffuusiokerroksen rajapintaa kutsutaan liukutasoksi. Kiinteän aineen absoluuttisen pintavarauksen arvoa ei ole mahdollista mitata, mutta sen sijaan liukuta-10 son pintavaraus on mitattavissa ja tätä arvoa kutsutaan zetapotentiaaliksi.

Isoelektrinen piste (IEP) on pH-arvo, jossa pinnan zetapotentiaali on nolla.

Isoelektristä pistettä suuremmilla pH-arvoilla zetapotentiaali on negatiivinen ja vastaavasti pienemmillä pH-arvoilla zetapotentiaali on positiivinen. Näin ollen j

15 negatiivisen varauksen omaavan telan isoelektrisen pisteen tulee olla alle 3, jolloin pintaa voidaan pitää likaantumisen ehkäisyn kannalta telalle ja erityisesti kes-kitelalle sopivana. Isoelektrisen pisteen lisäksi myös zetapotentiaalin arvo on sää- L

dettävä oikealle tasolle. Tällöin telan tulee olla pintavaraukseltaan negatiivinen ja telan zetapotentiaalin arvojen pitää olla samaa suuruusluokkaa kuin häiriöaineiden 20 zetapotentiaalin, jotta elektrostaattinen repulsio saadaan aikaan.

Keksinnön mukaisesti telan pinnan varaustilaa voidaan säätää halutunlaiseksi seu-raavilla menetelmillä tai niiden yhdistelmillä: 25 1) Tehdään telan pinta alunperin halutunlaiseksi 2) Elvytetään pinta halutunlaiseksi 3) Tuodaan ulkopuolisesti pintaan haluttu varaustila.

Telan pinnan väraustila voidaan tehdä halutunlaiseksi edullisesti seuraavia mene- il 30 telmiä käyttäen. Valmistetaan varaustilan mukaisesti halutunlainen telapinnoite sopivasti valurautarungon päälle keraamista, muovista tai niiden yhdistelmistä.

.-6

Telapinnoite voi olla myös polymeerillä tiivistetty keraami, keraamipartikkeleilla lujitettu polymeeri, keraamin ja metallin seos, johon on lisätty polymeeriä tai timantin kaltainen pinnoite. Tässä menettelyssä valitaan pinnan materiaali halutun varaustilan mukaiseksi.

5

Toisena vaihtoehtona valitaan pintaan huokoinen keraamimateriaali ja sopiva tiivisteaine siten, että saadaan haluttu summavaraustila pintaan. Keraamipinnan huokoisuuteen voidaan myös vaikuttaa valitsemalla sopivat keraamin ruiskutuspa-rametrit.

10

Kolmantena vaihtoehtona valitaan keraamisen pinnan tartuntakerros varaustilal-taan siten, että saadaan keraamipinnan varaustila halutuksi, jolloin tartuntakerrok-sen varaustila vaikuttaa huokoisen keraamin läpi telan pinnan varaustilaan.

15 Telan pinta voidaan elvyttää pintavaraukseltaan halutunlaiseksi edullisesti seuraa- via menetelmiä käyttäen.

Telan pintaan tuodaan kaavarimateriaalin avulla uutta materiaalia, jolloin voidaan muuttaa pinnan varaustila valitsemalla kaavarimateriaali sopivasti telan pintama-20 teriaalin suhteen. Ϊ

Telan pinnan varaustilaa muutetaan jatkuvatoimisesti ruiskuttamalla kemikaalia telan pintaan. Ruiskutettava kemikaali valitaan siten, että se on yhdiste tai yhdisteiden seos, joka tarttuu heikosti telan pintaan kiinni, mutta voimakkaasti likaan 25 kiinni. Kun lika sisältää riittävästi kemikaalia, lian muodostavat aggregaatit putoavat telalta pois.

Telan pintaan voidaan ulkopuolisesti tuoda haluttu varaustila ulkoisen jännitelähteen avulla. Jännite tuodaan esimerkiksi keskitelan ja vastatelan kuten uratelan tai 30 lähellä olevan paperinjohtotelan tai suihkun, joka valinnaisesti voi myös sisältää 7 edellä mainittua kemikaalia, elektrolyyttien välille, tällöin kuitenkin laakeripesät ja kiinnitykset on eristettävä huolellisesti.

Edellä mainittujen menetelmien yhdistelmiä voidaan myös käyttää likaa hylkivän 5 varaustilan aikaansaamiseksi telan pintaan.

Keksinnön edut

Keksinnön mukaisen menetelmän, jossa telan ja edullisesti keskitelan pinnan va-10 raustilaa säädetään telan likaantumisen ehkäisyn kannalta ihanteelliseksi, etuja ovat, että menetelmässä lika poistetaan ennen kuin sitä vielä on syntynytkään suuria määriä telan pintaan. Lika poistuu jatkuvasti pieninä määrinä, eikä likaantunut tela aiheuta seisokkitarvetta.

15 ·. ' '

Claims (7)

1. Menetelmä paperi* tai kartonkikoneen keskitelan likaantumisen ennaltaehkäisemiseksi ja keskitelan puhtaana pitämiseksi, tunnettu siitä, että keskitelan pin- 5 taan aikaansaadaan likapartikkcleita hylkivä varaustila, varaustila aikaansaadaan j likaa hylkiväksi valmistamalla keskitelan pinta materiaalista, jolla on likaa hylkivä varaustila ja valmistetaan varaustilan mukaisesti telapinnoite keskitelan valu-rautarungon päälle keraamista, muovista, polymeerillä tiivistetystä keraamista, keraamin ja metallin seoksesta, keraamipartikkeleilla lujitetusta polymeeristä tai 10 timantin kaltaisesta pinnoitteesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elvytetään keskitelan pinta siten, että keskitelan pintaan jatkuvatoimisesti palautetaan likaa hylkivä varaustila ja/tai tuodaan keskitelan pintaan ulkopuolisesti likaa hylkivä 15 varaustila.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valitaan keskitelan pintaan huokoinen keraamimateriaalin tiivisteaine siten, että saadaan likaa hylkivä summavaraustila pintaan. 20

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keraamisen pinnan tartuntakerroksen varaustila valitaan siten, että saadaan päällimmäisen keraamipinnan varaustila likaa hylkiväksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keskitelan pintaan tuodaan jatkuvatoimisesti kaavarimateriaalin avulla varaustilal-taan likaa hylkivää materiaalia. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 keskitelan pintaan ruiskutetaan jatkuvatoimisesti suihkukemikaalia siten, että ·} . V! il suihkukemikaali reagoi voimakkaasti likaan, mutta heikosti keskitelan pintaan ja irtoaa lian mukana keskitelan pinnasta.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 keskitelan pintaan tuodaan ulkopuolisesta likaa hylkivä varaustila ulkoisen jännitelähteen avulla.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keskitelan pinta on hydrofiilinen, varaustila on anioninen ja keskitelan isoelektri- ! 10 nen piste on enintään 3. 4