FI57978C - Foerfarande foer framstaellning av slipmassa och foer foerbaettring av dess egenskaper - Google Patents

Description

fi3Sr*\ [b] (11)kuu«.utusjulica,su c7Q7ft flgSA \'V UTLÄCGNINGSSKRIFT o / 7 ( o ^ Patentti uvönnetty 10 11 1980 m vie SUOMI —FINLAND (21) P«t*nttIh»k«nut-IWt»n*eiwln| 783193 (22) WelwmtapWvt —AM(Mcnlnpd«g 19.10.78 (23) AlkupUvi—Gittlghctsdkg 19.10.78 (41) Tulkit JulklMksI — WMt ofUntllj 20.0U.80

Patentti· ja rekisterihallitus Ν»α«ΐθρ«κ» j. kuuMuilciam prm._

Patent- och registerstyrelsan ' Amekm uttajd och utUkrtftun public·**! 31.07-80 (32)(33)(31) Pyrd*«y «uoIImus—8«gM priority (71) Valmet Oy, Punanotkonkatu 2, 00130 Helsinki 13, Suomi -Finland (FI) (72) Antti Lehtinen, Jyväskylä, Suomi-Finland(Fl) (7U) Forssan & Salomaa Oy (5U) Menetelmä hiokkeen valmistamiseksi ja sen ominaisuuksien parantamiseksi -Förfarande för framställning av slipmassa och för förbättring av dess egenskaper

Keksinnön kohteena on menetelmä hiokkeen valmistamiseksi ja sen ominaisuuksien parantamiseksi, jossa menetelmässä puupöllejä syötetään akselien ympäri pyörivän hiomakiven vaippapintaa vastaan erityisessä hiomakoneessa niin, että puupöllit hajoavat paperin valmistukseen soveltuvaksi kuitumassaksi, jonka tiettyjen, lähinnä optisten ominaisuuksien parantamiseksi massan sekaan johdetaan, sopivimmin suspensiomuodossa olevia, etupäässä mineraalisia täyteainehiukkasia.

Paperimassan valmistaminen puusta eli puuraaka-aineen hajottaminen paperinvalmistukseen soveltuviksi kuiduiksi voi tapahtua selluloosan keittoprosessina kemiallista tietä tai kohdistamalla puumateriaaliin sitä kuiduttava mekaaninen käsittely.

Mekaanisia puun kuidutusmenetelmiä on kahta päätyyppiä, kuten hakijan aikaisemmassa FI-patentissa n:o 54 818 on selostettu. Näistä menetelmistä vanhin on hiomisprosessi, jossa sopivan pituisia märkiä puupöllejä painetaan pyörivän sylinterinmuotoisen hiomakiven karkeapintaista vaippaa vastaan. Hiomispinnalle johdetaan myös sopiva määrä vettä, jonka läsnäolo on välttämätön sillä kuivan puun hiominen johtaisi arvottoman puujauhon syntymiseen. Prosessin tuloksena käytännöllisesti katsoen kaikki käytetty puumateriaali 2 57978 muuttuu kuitu-vesisulpuksi tikkuja ja säleitä lukuunottamatta. Tällaista kuitumateriaalia käytetään esim. sanomalehtipaperin raaka-aineena.

Uudempi mekaaninen massanvalmistusmenetelmä käyttää puuraaka-ainetta märkien lastujen muodossa eli puuhakkeena, joka kuidutetaan esim. kahden kiekkomaisen vastakkain pyörivän ja sopivan pintarakenteen omaavan jauhinelementin välissä. Myös tämän menetelmän tuloksena on massasulppu, joka lajittelun jälkeen kelpaa sellaisenaan paperin valmistukseen.

Kuten tunnettua puuaines sisältää 20-30 % ligniiniä, joka on suurimolekyylistä aromaattista ainetta. Ligniini on liimaa muistuttavaa ainetta, joka sitoo puu-kuidut yhteen. Selluloosan keitossa ligniini suurimmaksi osaksi liukenee, mutta jää mekaanisen kuidutuksen tulokseen syntyneisiin kuituihin.

Molemmille edellä mainituille ennestään tunnetuille mekaanisille massanval-mistusmenetelmille on ominaista että - kaikki puun sisältämät ainekset s.o. selluloosakuidut ja niitä toisiinsa sitova ligniini ovat mukana valmistetussa kuitumassassa ja että - kuidutusprosessin aikana kehittyy melkoinen lämpömäärä mekaanisen energian muuttuessa lämmöksi niin, että massan lämpötila nousee arvoon, joka pystyy tekemään ligniinin pehmeäksi ja tahmeaksi.

Nämä molemmat seikat ovat merkityksellisiä puusta mekaanisesti valmistetun paperimassan ominaisuuksien parantamiselle esillä olevan keksinnön mukaisesti. Kysymykseen tulevat lähinnä optiset ominaisuudet, joihin vaikutetaan sinänsä tunnetusti sekoittamalla massan joukkoon sopivaa tavallisimmin mineraalista kemiallisesti inerttiä täyteainetta, esim. talkkia, china clay'tä tms.

Mineraalisia täyteaineita käytetään papereissa etenkin siksi, että ne parantavat paperin painoteknisiä ominaisuuksia. Täyteaineen lisäys tapahtuu kahdella eri tavalla, massatäytöllä tai päällystyksellä ja tämä keksintö osaltaan kohdistuu ensinmainittuun täyttötapaan. Massatäytössä täyteaine lisätään lietteenä massasulppuun ennen sulpun saapumista paperikoneelle. Tämä tapahtuu tuomalla täyteaine 30-40 % vesilietteenä sakeamassan säiliön edessä olevaan sekoitussäiliöön. Esim. talkki voidaan lisätä vesilietteenä ns. peräpumpun imupuolelle.

3 57978

Massatäytössä käytetyt ainemäärät vaihtelevat paperilajin mukaan 2-40 prosenttiin valmiin paperin painosta laskettuina. Tavallisimmat täyteaine-pitoisuudet ovat 5-20 7°. Yleisimmät täyteaineet ovat talkki, savi (kaoliini), liitu tai muut vastaavat. Viimeaikoina on korkealaatuisten, varsinkin opasiteettia huomattavasti lisäävien täyteaineiden, kuten titaanioksidin ja sinkkisulfidin käyttö lisääntynyt. Luettelonomaisesti todettuna täyteaineiden käytöllä parannetaan paperin opasiteettia ja vaaleutta ja lisätään painomusteen absorptiota,parannetaan paperin pinnan sileyttä ja kiillotetta-vuutta.

Täyteaineiden käytön yhteydessä on aina ollut probleemana niiden yleensä huono tarttuvuus (retentio) kuituihin. Massasulppuun on kyllä mahdollista sekoittaa täyteainetta niin, että saadaan aikaan tasajakoinen vesisuspensio kuiduista ja täyteainehiukkasista. Kuitenkin kun tämä suspensio johdetaan paperikoneen viiralle, jossa vesi suodatetaan pois ja kuiduista muodostuu jatkuva raina, käy niin, että huomattava osa täyteaineesta poistuu veden mukana ja se osa, joka rainaan jää, pyrkii konsentroituinaan ns. toispuoli-suutta aiheuttaen rainan jompaankumpaan pintakerrokseen. Retentiota voidaan parantaa ja yllämainitut epäkohdat ainakin osittain poistaa käyttämällä tiettyjä lisäaineita. Nämä ovat yleensä kuitenkin suhteellisen kalliita ja niiden käyttöön voi liittyä muita epäkohtia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä täyteaine-retention parantamiseksi ilman erityisiä retentioapuaineita. Tämä menetelmä tulee kysymykseen varsinkin puusta mekaanisesti valmistetulla paperimassalla, jonka kuiduissa on jälellä niiden luontainen ligniini. Kuten on esitetty, ligniini on riittävän korkeassa lämpötilassa pehmeätä ja tahmeata ja ligniinin osittain peittämät kuidut pystyvät tällöin helposti sitomaan pinnalleen tavallista enemmän täyteainehiukkasia.

Kyseinen lämpötila, jossa ligniinillä on tämä täyteaineretention kannalta tärkeä ominaisuus, vallitsee kuitenkin vain massan kuidutusvaiheessa, tai välittömästi sen jälkeen. Toivotun tuloksen saavuttamiseksi täyteaine on siis johdettava kuitujen yhteyteen tässä vaiheessa.

Vaikka seuraavassa tuodaan korostetusti esille puun tai vastaavan lämpötilan esim. n. 100...170°C:een nousun johdosta plastisoituvana aineosana ligniini, niin on huomattava, että eräissä paperimassoissa on olemassa eräitä muita aineosia, kuten hemiselluloosaa, jotka plastisoituvat esillä olevan keksin- 4 57978 non kannalta ligniiniä vastaavalla tavalla, joten nämä aineosat kuuluvat myös keksinnön piiriin. Esim. lehtipuumassoissa ja bagassesta valmistetussa paperimassassa on huomattavat määrät hemiselluloosaa, joka käyttäytyy keksinnön kannalta olennaisesti vastaavalla tavalla kuin ligniini.

Ennestään tunnettuja menetelmiä paperimassan täyteaineretention parantamiseksi on esim. patenttihakemuksen n:o 749/67 mukainen, jossa retention paraneminen perustuu sellukuitujen fibrillaation lisääntymiseen, jolloin täyteaine-hiukkaset tarttuvat mekaanisesti kuitujen lukuisiin haiveniin.

Mekaanisten massanvalmistusprosessien yhteydessä tunnetaan US-patentissa n:o 3.388.037 esitetty menetelmä, jossa jauhimeen syötetään lisäaineita tarkoituksella saada aikaan valkaiseva efekti. Tällöin on kuitenkin kysymyksessä kuitumateriaalin ja lisäaineiden välinen kemiallinen reaktio.

On erityisesti korostettava, että esillä olevan keksinnön tarkoituksena on retention parantaminen fysikaalisesti, siis käyttäen hyväksi kuiduissa olevan ligniinin kykyä määrätyssä lämpötilassa sitoa liiman tavoin täyteainehiuk-kasia kuitujen pinnalle.

Keksinnön päämäärien saavuttamiseksi sille on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittu täyteainelisäys tapahtuu hiomisprosessiin liittyen sanotussa hiomakoneessa, jolloin hiokekuiduissa oleva ligniini on hiomisprosessissa syntyneen korkean lämpötilan johdosta pehmeätä, plastista ja tahmeata siten, että ligniini pystyy tartuttamaan täyteainehiukkaset kuitujen pinnalle.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuviossa esitettyyn keksinnön erääseen sovellutusesimerkkiin, johon sitä ei ole mitenkään rajoitettu.

Kuvio esittää keksinnön mukaisen prosessin tarkempaa toteutusesimerkkiä.

Kuvion esittämään hiomakoneeseen kuuluu kammio 1 hiottavia puita eli pöllejä 2 varten, hiomakivi 3 joka pyörii nuolen osoittamaan suuntaan sekä kiven alla oleva massa-allas 4. Pöllejä 2 puristetaan sinänsä tunnetuin laittein, esim. hydraulisesti kuormitetun männän (ei esitetty) avulla hiomakiven pintaa vastaan. Hiomisprosessille välttämätön vesi johdetaan kiven pinnalle suihku-putken 5 kautta. Prosessissa syntynyt massa kerääntyy kuitu-vesisuspensiona 5 57978 9 kiven alla olevaan altaaseen 4 ja valuu ylijuoksukynnyksen 8 yli kouruun 10, josta pumppu 11 syöttää massan lajittelulaitteistoon (ei esitetty) tikkujen yms. erottamista varten ja edelleen paperinvalmistusprosessiin. Hiomakivi ja massa-allas on suljettu painetiiviiseen kammioon 12, jossa voidaan tarvittaessa ylläpitää ylipainetta esim. venttiilillä 13 varustetun johdon 14 kautta syötetyn paineilman avulla. Massa-altaassa 4 on sekoittimella 15 varustettu laajennusosa 16, joka on varustettu osittaisella väliseinällä 17, joka ohjaa altaaseen jatkuvasti tulevan massan virtaamaan altaan laajennusosan kautta ylijuoksukynnyksen suuntaan. Laitteistoon kuuluu myös suihkuputki 6, jonka kautta hiomakiven pinnalle johdetaan täyteainelietettä noin 30-40 %:sena suspensiona. Toinen suihkuputki 7 on järjestetty syöttämään täyteainetta kiven pinnalla olevan massan sekaan. Täyteaineen syöttö voi tapahtua vain jommankumman suihkuputken kautta tai molempia käyttäen olosuhteista riippuen. Altaaseen 4 liittyy venttiilillä 18 varustettu höyryputki 19 massan 9 lämmittämistä varten siinä tapauksessa, että lisälämpö on prosessissa tarpeen. Sekoitti-men 15 tehtävänä on yhtäältä ylläpitää massan virtausta laajennusosan 16 kautta ja toisaalta aikaansaada tehokas täyteaineen sekoittuminen massaan.

Hiomakiven 3 akselille johdettu teho muuttuu hiomisprosessissa lämmöksi ja syntyvän kuitumassan lämpötila hiomisvyöhykkeellä voi nousta huomattavan korkeaksi (100°-130°) samalla tavalla kuin kiekkojauhinta käyttävässä prosessissa. Tällöin kuiduissa oleva ligniini tai vastaava pehmenee ja muuttuu tahmeaksi.

Hiomalla aikaansaatu kuitumassa on kuitenkin laimennettava sellaiseen sakeu-teen, että sen pumppaaminen on mahdollista. Laimennusveden lisääminen, mikä voi tapahtua suihkuputken (5a) kautta, alentaa nopeasti massasuspension lämpötilan paljon alle 100°.

Haluttaessa käyttää hyväksi ligniinipitoisten kuitujen kykyä korkeassa lämpötilassa sitoa pinnalleen täyteainetta, on täyteaineen lisäys suoritettava hiomistapahtuman yhteydessä tai välittömästi sen jälkeen. Täyteaineliete voidaan johtaa hiomakiven paljaalle pinnalle ennen hiomisvyöhykettä.

Jos tämä kuitenkin häiritsee hiomistapahtumaa, on mahdollista suorittaa täyteainelisäys välittömästi hiomisvyöhykkeen jälkeen massan peittämälle hiomakiven pinnalle.

Täyteainehiukkasten tarttumisen varmistamiseksi massan viipymisaika hiomakiven altaassa on pyrittävä pitkittämään, mikä tapahtuu altaan tilavuutta lisäämällä laajennusosan avulla. Samaa tarkoitusta, siis täyteaineen kiinnittymisen varmistamista palvelee laajennusosaan sijoitettu sekoitin sekä mahdol- 6 57978 lisuus lämmittää massaa höyryn avulla.

Kuten tunnettua korkealaatuisen hiokkeen aikaansaaminen edellyttää, että hiottavat puut ovat märkiä ja että varsinaisessa hiomistapahtumassa on vettä riittävästi läsnä. Prosessissa kehittyvä suuri lämpömäärä ja lämpötilan kohoaminen yli 100°C voi johtaa veden nopeaan höyrystymiseen ja puumateriaalin kuivumiseen hiomisvyöhykkeellä. Tämän estämiseksi voidaan hiomisprosessi suorittaa painetiiviissä tilassa, jossa ylläpidetään ylipainetta esim. paine-ilman avulla. Ylipaine voidaan saada aikaan myös sen höyryn avulla, jota käytetään massan lämmittämiseen hiomakiven alisessa altaassa.

Keksinnön sovellutuskohteisiin kuuluvat myös sellaiset massalaadut, joissa ei aiemmin ole käytetty täyteaineita, mutta tämän keksinnön mukanaan tuomien etujen takia niitä voidaan nyt ruveta käyttämään. Tällaisia kohteita ovat esim. sanomalehtipaperit etenkin silloin, kun pyritään keventämään sanomalehtipaperin neliöpainoa, mikä on nykyään yleinen pyrkimys. Tämä tulee mahdolliseksi etenkin paperin opasiteetin parantumisen takia.

Keksintö ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu edellä vain esimerkin vuoksi selostettuihin toteutusesimerkkeihin, jonka eri yksityiskohdat voivat vaihdella seuraavassa esitettävien patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (6)

1. 7 57978
2. 1. Menetelmä hiokkeen valmistamiseksi ja sen ominaisuuksien parantamiseksi, jossa menetelmässä puupöllejä (2) syötetään akselin ympäri pyörivän hiomakiven (3) vaippapintaa vastaan erityisessä hiomakoneessa niin, että puupöllit (2) hajoavat paperin valmistukseen soveltuvaksi kuitumassaksi, jonka tiettyjen, lähinnä optisten ominaisuuksien parantamiseksi massan sekaan johdetaan, sopivimmin suspensio-muodossa olevia, etupäässä mineraalisia täyteainehiukkasia, tunnettu siitä, että mainittu täyteainelisäys tapahtuu hiomisprosessiin liittyen sanotussa hiomakoneessa, jolloin hiokekuiduissa oleva ligniini on hiomisprosessissa syntyneen korkean lämpötilan johdosta pehmeätä, plastista ja tahmeata siten, että ligniini pystyy tartuttamaan täyteainehiukkaset kuitujen pinnalle.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetty täyteaine syötetään hiomakivelle (3) ennen hiomisvyöhykettä ja/tai hiomis-vyöhykkeen jälkeen.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineen lisäys tapahtuu hiomakiven (3) alla olevaan massa-altaaseen (A). A. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiomisprosessi tapahtuu ylipaineen alaisena kammiossa (13), johon hioma-kone on sijoitettu.
5. 5. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai A mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tarvittavan korkea hiokkeen lämpötila massa-altaassa (A) ylläpidetään syöttämällä höyryä massa-altaaseen.
6. 6. Patenttivaatimuksen 1,2,3,A tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessissa vallitseva ylipaine aikaansaadaan massa-altaaseen (A) johdetun höyryn avulla.