FI61211C - Foerfarande foer framstaellning av en hoegutbytesmassa laemplig foer absorptionsprodukter - Google Patents

Description

rBl ηη kuulutusjuukaisu JSa LBJ (11) UTLÄGGNINGSSKMFT ° 1 ^ 1 1 (45) ^ y ^ (51) Kv.lk?/li«.CI.3 D 21 C 3/06 SUOMI —FIN LAN D (21) P>tM«tHwk«mM-Ptt«mmaknlng 763259 (22) H«k«ml(pttvi — AnaBknlngadag 12.11.76 (23) Alkupllvt—GHtl|h«tad«f 12.11.76 (41) Tulkit JulklMksI — Bllvtt offcntlig lU . 05.77

Patent· och registerstyralsan ' Ansekan uthgd och utUkrlfcM publkarad 26.02.82 (32)(33)(31) »Vrd«tty Muoikuut—Begird prior*·» 13.11.75

Ruotsi-Sverige(SE) 7512777“9 (Tl) Mo och Domsjö Aktiebolag, Fack, S-891 01 Örnsköldsvik, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Jonas Arne Ingvar Lindahl, Domsjö, Ruotsi-Sverige(SE) (7^) Berggren Oy Ab (5^) Absorptiotuotteisiin sopivan suursaantomassan valmistusmenetelmä -Förfarande för framställning av en högutbytesmassa lämplig för absorptionsprodukter

Esillä oleva keksintö koskee sellumassaa, jolla on entistä paremmat ominaisuudet absorptiotarkoituksiin sekä menetelmää tällaisen massan valmistamiseksi suurin saannoin lignoselluloosapitoisesta raaka-aineesta, kuten puusta, bagassista ja oljesta. Keksinnön mukaan valmistettu massa sopii erityisesti sellaisten absorboivien tuotteiden kuin erilaisten pehmeiden papereiden, selluvanun, kapaloiden, kuukautis-siteiden ja tamponeiden valmistukseen.

Mainitunlaisten absorptiotuotteiden valmistukseen käytetään nykyisin pelkästään kemiallisia massoja kuten sulfiitti- ja sulfaattisellua. Näitä massoja valmistettaessa saadaan kuitenkin hyväksi tuskin puoltakaan puun kuiduista, mikä on huomattava varjopuoli, kun otetaan huomioon kuitupulan paheneminen. Jos puuraaka-aine halutaan käyttää tehokkaammin hyväksi, on toisaalta suurennettava massan saantoa, ja toisaalta kuidut on käytettävä uudelleen. Hygieniapaperin talteenotto on kuitenkin osoittautunut vaikeaksi suorittaa taloudellisesti. Rajoitetun kuituraaka-aineen täydellisemmän hyväksikäytön keinona on niin ollen jäljellä vain mahdollisuus suurentaa kuitusaantoa. Nk. suursaantomassaa valmistettaessa puupölkkyjä hiotaan pyörivää kiveä vasten tai puu pienennetään ensiksi pieniksi paloiksi nk. hakkeeksi.

2 61211 joka sitten syötetään levyhiertimeen, jossa on yksi tai kaksi toisiaan vasten pyörivää, rihloilla varustettua levyä,.jolloin puun kuidut irtoavat hakkeen kulkiessa levyjen välitse. Tämän hakehiertoprosessin erään kehitelmän mukaan hake esilämmitetään höyryllä ennen kuin se syötetään levyhiertimeen, jolloin esilämmitys pehmentää puun ligniinin niin, että kuitujen irtoaminen helpottuu. Tähän nk. kuumahiertomas-saan saadaan suurempi osuus pitkiä kuituja kuin kylmähiertomassaan tai hiokkeeseen. Näillä prosesseilla on kuitenkin se varjopuoli, että ne kuluttavat paljon energiaa. Edelleen on tunnettua suorittaa ennen kuidutusta vain osittainen lignoselluloosapitoisen aineksen delignifiointi rikkipitoisilla yhdisteillä korkeassa lämpötilassa (>160°C) ja sillä tavoin saada suuri massan saanto. Säätämällä liuen-nusolosuhteita voidaan tällöin saada massan saantoja,jotka vaihtele-vat 60 ja 93 %:n välillä (nk. kemimekaaninenmassa). Kemimekaanisen prosessin energiankulutus on olennaisesti pienempi kuin edellä mainittua tyyppiä olevien mekaanisten prosessien,mutta sillä on se varjopuoli, että se vaatii huomattavia määriä rikkipitoisia kemikaaleja, jotka vaativat kalliin kemikaalien talteenottolaitoksen. Toinen tämän menetelmän varjopuoli on se, että siinä liukenee suuria määriä orgaanista ainetta, joka on otettava talteen ja käsiteltävä ympäristön saastumisen välttämiseksi. Myös valkaisemattomia ja valkaistuja mekaanisia massoja valmistettaessa syntyy jätettä, joka en puhdistettava ennen kuin se voidaan päästää ympäristöön.

Yhteisenä varjopuolena kaikilla edellä selitetyillä massaxvalmistus-prosesseilla on lisäksi se, että massat on sihdattava erilaisissa kalliissa ja tilaavievissä laitteissa karkeampien hiukkasten erottamiseksi ja vastaavasti kelpokuitujen rikastamiseksi. Silloin kun sihtaus suoritetaan hyvin alhaisissa kuitusakeuksissa suodokseen saadaan vain alhaisia kemikaalien ja liuenneen orgaanisen aineen pitoisuuksia, mikä tekee talteenoton ja puhdistuksen hankalaksi ja taloudellisesti vähemmän puoleensa vetäväksi.

Toinen tunnettuja suursaantomassoja vaivaava varjopuoli on s$, että ne kuljetuksen ja säilytyksen aikana laskeutuvat sillä tavoin,että niiden bulkki huomattavasti pienenee.

Esillä olevaa keksintöä sovellettaessa edellä luetellut varjopuolet lievenevät rajusti. Saadulla sellulla on sitä paitsi osoittautunut olevan ominaisuudet, jotka ovat ylivoimaiset ennestään tunnettujen suursaantomassojen ominaisuuksiin nähden.

3 61211 Tämän mukaisesti esillä olevan keksinnön kohteena on vaalea sellumas-sa, jonka hartsipitoisuus on alhainen, bulkki korkea, nesteen absorptio-ominaisuudet hyvät ja stabiliteetti laskeutumiseen nähden entistä parempi, jolle selluloosamassalle tunnusmerkillistä .on, että se sisältää 0,1-1,0 paino-% rikkiä, että siitä jää 20 Mesh sihdille yli 25 % Bauer Mc Nett-laitteessa suoritetussa kuidunluokitusanalyysissä, että siinä on 2-4 yksityisistä kuiduista koostuvia kuitukimppuja vähintään 10 %, että sen hartsipitoisuus on alle 0,8 % määritettynä dikloorime-taanllla uuttamalla SCAN:in mukaan ja että sen bulkki kuivakuidutettu-na ylittää 20 x 10 m /kg. Massa, jolla on nämä tunnusmerkit, on osoittautunut selvästi paremmaksi ennestään tunnettuihin selluloosa-massoihin verrattuna absorptiotarkoituksiin ja sillä on sitä paitsi paljon pienemmät valmistuskustannukset pienen puun kulutuksen ja pienen energiamenekin johdosta.

Mieluimmin keksinnön mukaisen massan rikkipitoisuus on 0,2-0,6 %, siitä jää 20 Mesh sihdille kuituja 30-60 % Bauer Mc Nett-laitteessa suoritetussa kuituluokitusanalyysissä, siinä on 2-4 yksityisistä kuiduista koostuvia kimppuja 15-30 % ja sen bulkki kuivakuidutettuna ylittää 25 x 10”^ m^/kg.

Erityisen edullista on myös se, että keksinnön mukaisen massan pH kuivatussa massassa saatetaan arvoon, joka on suurempi kuin 6, mieluimmin välillä 7-10, minkä ansiosta absorboidussa nesteessä olevat happamat tuotteet neutraloituvat, mikä vähentää ihon ärsytystä.

Esillä oleva keksintö kohdistuu myös menetelmään vaalean sellumassan valmistamiseksi, jonka tiheys on alhainen ja nesteen absorptio-ominaisuudet edellä olevan mukaisesti hyvät, joka menetelmä käsittää sen, että tuore tai säilytetty hake pestään vedellä, kyllästetään rikkipitoisella liuennuskemikaalilla, liuennetaan osittain korotetussa lämpötilassa ja kuidutetaan sen jälkeen mekaanisesti ja valkaistaan, ja jolle tunnusmerkillistä on se, että osittainen liuennus suoritetaan sulfonoimisasteeseen, joka vastaa 0,1-1,'0, mieluimmin 0,2-0,6 % rikkiä laskettuna käsitellyn selluaineksen painosta, 373-443 K lämpötilassa, ja että mekaaninen kuidutus suoritetaan osittaisesti niin, että kui-dutettu massa kuidutuksen jälkeen sisältää vähintään 10 % kuitukimppuja, jotka koostuvat 2-4 yksityiskuidusta.

4 61211

Sopivia liuennuskemikaaleja esillä olevan keksinnön mukaan käytettäväksi ovat natrium-, kalium-, ammonium-, kalsium- tai magnesium-bisulfiitti- ja -sulfiitti, joista natriumbisulfiitti ja natriumsul-fiitti ovat sopivimmat. Liuennuskemikaalien pitoisuuden liuennusnes-teessä on oltava enintään 20 g SO2 litraa kohti, pH:n selluainesta kyllästettäessä on oltava välillä 5-11, mieluimmin välillä 6-9, ja kyllästys on suoritettava sillä tavalla, että kukin kilogramma kuivaksi laskettua haketta absorboi 0,9-1,5 litraa liuosta. Liuennet-taessa käytettävän lämpötilan on oltava alempi kuin normaalisti kerni-mekaanista massaa valmistettaessa, jotta saataisiin keksinnön mukaan sopiva osittainen liuennus sopivaan sulfonoimisasteeseen. Sopiva lämpötila tätä varten on 373-443 K, mieluimmin 383-403 K. Kyllästyksen aikana on sopivaa pysyttää samat lämpötilat kuin liuennuksen aikana ja erityisen sopivaa on pasuttaa vedellä pesty hake höyryllä ennen kyllästystä.

Keksinnön mukainen osittainen liuennus on olennainen niiden edullisten ominaisuuksien saavuttamiseksi, jotka keksinnön mukaan valmistetulla tuotteella on. Tällöin lignoselluloosa-ainekseen sisältyvä ligniini pehmenee ja osa siitä sulfonoituu, niin että se myöhemmin voidaan liuottaa. Sopiva sulfonoimisaste vastaa 0,1-1,0, mieluimmin 0,2-0,6 % rikkiä laskettuna käsitellyn lignoselluloosa-aineksen painosta. Eri puulajit vaativat edellä mainituissa puitteissa erilaiset liuennusolo-suhteet edellä mainitun sulfonoimisasteen saavuttamiseksi. Olennaista on, että liuennus suoritetaan siten,että liuennusnesteessä ei ole ollenkaan vapaata tai sidottua rikkidioksidia sen jälkeen kun osittainen liuennus on suoritettu loppuun. Tämän vuoksi viipymisaikaa ja lämpötilaa on säädettävä tämän mukaisesti. Sopiva viipymisaika kyllästys vaiheessa on 0,5-5 minuuttia ja sopiva viipymisaika liuennusvaihees-sa on 0,5-50 minuuttia, mieluimmin 2-10 minuuttia.

Osittaisen liuennuksen jälkeen saatu massa keksinnön mukaan kuidute-taan mekaanisesti kuidutuslaitteessa epätäydellisestä sillä tavoin, että kuidutettu massa tulee sisältämään vähintäin 10 % kuitukimppuja. Kuitukimpuilla tarkoitetaan tässä pehmeitä kuitukimppuja, jotka sisältävät 2-4 yksityiskuitua. Sen sijaan ei tarkoiteta kovia kuitu-kimppuja, jotka sisältävät sulfonoitumatonta puuta ja kuitukimppuja, jotka sisältävät 5 tai useampia yksityiskuituja (nk. tikkuja). Tämä osittainen mekaaninen kuidutus suoritetaan mieluimmin siten, että kuidutettu aines tulee sisältämään vähintään 15-30 % edellä mainitunlai- e' 211 siä kuitukirappuja. Osittainen mekaaninen kuidutus on suoritettava myös siten, että minkäänlaista kuitujen lyhenemistä ei kuidutuksen aikana tapahdu, mikä voidaan saada aikaan käsittelyllä suursakeus-hiertimessä. Sen kautta, että osittainen mekaaninen kuidutus suoritetaan edellä mainitulla tavalla, osittaisen liuennuksen yhteydessä valmiille tuotteelle saadaan erityisen sopivat ominaisuudet absorp-tiotarkoituksiin käyttöä varten, kuten korkea bulkki, hyvä veden absorptiokyky mukaan luettuna absorptionopeus ja pidätyskyky, hyvä laskeutumisen vastustuskyky säilytysolosuhteissa, alhainen hartsipi-toisuus ja hyvä vaaleus.

Osittaisessa mekaanisessa kuidutuksessa on keksinnön mukaan sopivaa, että siinä on mukana hartsinpoisto- ja valkaisukemikaaleja. Sopivia hartsinpoistokemikaaleja ovat fosfaatit, kompleksinmuodostajat ja/tai tensidit, joista fosfaatit ovat erityisen sopivia, ja hartsin poisto suoritetaan alkalisessa ympäristössä, jolloin alkaliksi ovat sopivia erityisesti alkalimetallihydroksidit kuten natriumhydroksidi. Hartsin-poistonesteen, joka lisätään kuidutuslaitteeseen, pH:n on oltava yli 11, jotta massalietteen alku-pH olisi yli 9 ja mieluimmin voitaisiin pitää korkeampana kuin 10, joka on esillä olevan keksinnön mukaan sopivaa. Sopivia valkaisukemikaaleja kuidutuslaitteeseen yhtä aikaa hartsinpoistokeraikaalien kanssa lisättäviksi ovat alkalimetalliperok-sidit kuten natriumperoksidi ja vetyperoksidi, mutta myös nk. pelkistävät valkaisuaineet kuten ditioniitti, hydroksyyliamiini, tiokarbami-di ja tioglykolihappo voivat tulla kyseeseen. Muut hapettavat valkaisuaineet kuten esimerkiksi otsoni, persulfaatit, happikaasu, peretikka-happo ja booraksi voivat myös tulla kyseeseen valkaisuaineina esillä olevan keksinnön mukaan. Kuidutettaessa saadaan aikaan lisättyjen kemikaalien homogeeninen sekoittuminen sekä rasva- ja hartsihappojen nopea ja tehokas saippuoituminen,mitkä myöhemmin helpottavat uute-aineiden saippuoitumattomien osien dispergoitumista. Näihin reaktioihin myötävaikuttaa myös verraten korkea lämpötila ja voimaperäinen mekaaninen käsittely.

Osittaisen kuidutuksen jälkeen suoritetaan keksinnön mukaan sopivasti veden poisto saadusta massalietteestä vähintään30 %, mieluimmin 45-55 % kuivapitoisuuteen saakka korkeassa, sopivasti yli 348 K lämpötilassa. Tämä korkea lämpötila aiheuttaa saippuoituneiden ja dispergoitu-neiden uuteaineiden parhaan mahdollisen erottumisen sekä suuren kuiva-pitoisuuden massaan, joka sen jälkeen on kuivatettava. Lisäksi mai- 6 61211 nittu veden poisto saa aikaan sen, että kemikaalit ja liuenneet orgaaniset aineet, jotka on otettava talteen, esiintyvät väkevinä.

Eräänä etuna esillä olevan keksinnön käytöstä on se, että kuitusaanto tulee hyvin korkeaksi eli välille 85-95 %, mieluimmin välille 90-94 %. Lisäksi keksinnöllä saadaan perin alhainen energian menekki eli 200 ja 1100 kWh välillä tuotettua kuivaa selluloosakuitutonnia kohti. Keksinnöllä saadaan vielä sekin etu, että prosessista poistuvan liika-nesteen tilavuusmäärä jää pieneksi ja sen väkevyys epäpuhtauksiin nähden suureksi, ja se, että neste voidaan poistaa yhdestä ainoasta paikasta. Tämä tekee mahdolliseksi yksinkertaisella ja tavallisella tavalla ottaa talteen käytetyt kemikaalit ja/tai puhdistaa prosessin jätevedet. Olennaista on myös se, että käytettähän laitteiston [ investointikustannukset ovat pienet, koska selluainesta ei tarvitse sihdata, mikä sitä paitsi edelleen alentaa energian menekkiä. Keksinnöstä on vielä se lisäetu, että prosessissa kehittynyt lämpö voidaan helposti ottaa talteen ja käyttää hyväksi. Niinpä prosessista saadaan pienpainehöyryä, joka voidaan hyödyntää esimerkiksi haihdutuksessa tai kaukolämpönä. Edelleen keksinnöstä on sekin etu, että veden 3 kulutus jää äärimmäisen pieneksi eli on noin 3 m vettä tuotettua kuivatettua selluainestonnia kohti. Vastaavat luvut kemiallista mas- 3 saa valmistettaessa ovat noin 250 m ja hioketta tai kuumahierrettä 3 valmistettaessa noin 20 m .

Raaka-aineena esillä olevan keksinnön mukaan käytetään lignoselluloo-sapitoista ainetta kuten puuta, bagassia tai olkia. Erityisen sopivaa on puukuitujen käyttö, johon sisältyy myös tietty palautuskuitujen sekoittaminen. Tuoretta tai varastossa säilytettyä puuta käytettäessä pölkyt haketetaan ensiksi hakkurissa, minkä jälkeen saatu hake pestään kuumassa vedessä. Samalla erotetaan sähkömagneeteilla rautaesineet, jotka muuten voivat vahingoittaa koneiden liikkuvia osia. Erityisen herkkä vahingoittumaan on prosessissa käytetty kuidutuslaite.

Keksinnön erään ensisijaisen sovellutusmuodon mukaan,joka voidaan toteuttaa kuvion 1 mukaisessa laitteessa, hakepesurissa 1 hyvin pesty ja kuuma hake siirretään pasutusastiaan 2,jossa sitä käsitellään kyllästetyllä höyryllä ilmakehän paineessa. Tätä prosessin vaihetta nimitetään höyrypasutukseksi ja sen tehtävänä on poistaa ilma hakkeesta sekä tasoittaa kosteuspitoisuus. Höyrypasutuksen jälkeen hake syötetään kierukkasyöttimeen 3, joka avautuu kyllästyskammioon 5.

61211

Vaihtoehtoisesti pesty hake viedään suoraan kierukkasyöttimeen 3, so. tässä muunnoksessa ei suoriteta höyrypasutusta. Hakkeen kulkiessa kierukkasyöttimen 3 kautta se puristuu kokoon niin, että ylimäärä-neste valuu ulos kierukkasyöttimessä olevan valutusjohdon 4 kautta.

Kun hake on kulkenut kierukkasyöttimen 3 läpi, se saa vapaasti paisua kyllästyskammiossa 5. Kyllästyskammio 5 on täytetty laimealla Na-, K-, NH4~, Ca- tai Mg-bisulfiitti- ja/tai sulfiittiliuoksella. Erityisen sopivaa on käyttää natriumbisulfiittia tai -bisulfiittia. Jotta ligniinin sulfonoituulinen saataisiin tapahtumaan nopeasti käsittelyn aikana kyllästyskammiossa ja keittimessä 10, kyllästysliuoksen pH:n on oltava 5 ja 11 välillä, mieluimmin 6 ja 9 välillä. Kemikaalien kokonaismäärä kyllästysliuoksessa, rikkidioksidina ilmaistuna, on enintään 20 g SO2 litraa kohti. Hakkeen paisuessa vapaasti liuoksessa kokemus on osoittanut, että kukin kilogramma kuivaksi laskettua haketta absorboi 0,9-1,5 litraa liuosta. Absorboitunut liuostilavuus vaihtelee puulajin mukaan. Kyllästyskammiossa on kaksi pystysuoraa kierukkaa 6,7, jotka kuljettavat hakkeen ylöspäin kammion ylätasolle. Jotta kyllästyminen saataisiin homogeeniseksi ja saataisiin aikaan lyhytaikainen sulfonointi nestefaasissa, haketta kuljetetaan tällöin hitaasti ylöspäin kyllästyskammiossa. Samalla nestepinta kyllästys-kammiossa pysytetään niin korkealla kuin mahdollista. Tämä saadaan aikaan automaattisesti mittausanturien ja säätöventtiilien avulla, joita ei ole esitetty kuviossa 1. Käsittely kyllästyskammiossa suoritetaan sopivimmin 373-443 K lämpötilassa, mieluimmin 383-403 K lämpötilassa ja kestää 0,5-5 minuuttia. Kammion yläosasta hake putoaa alempana sijaitsevaan keittimeen 10. Kyllästyskammiosta 5 poistuvan hakkeen kuivapitoisuus on noin 35 %. Keittimessä 10 hake sulfonoidaan osittain 373-443 K, mieluimmin 383-403 K lämpötilassa.

Mainitut lämpötilat vallitsevat myös kyllästyskammiossa 5, koska tämä osa on välittömässä yhteydessä keitinosan 10 kanssa. Lämmitys keitinosassa suoritetaan johtamalla siihen kyllästettyä höyryä yhteen 8 kautta, so. puun jatkosulfonointi suoritetaan höyryfaasissa. Vii-pymisaika keitinosassa on normaalisti 0,5-30 minuuttia. Erityisen sopivaksi on osoittautunut 2-10 minuutin pituinen viipymisaika. Keksinnön mukaan viipymisaika ja lämpötila säädetään siten, että liuen-nusnesteessä keittimen alaosassa, josta osittain sulfonoitu hake poistetaan, ei esiinny lainkaan vapaata tai sidottua SO2. Tämä on olennaista valkaisuaineena käytetyn peroksidiliuoksen pelkistymisen ja hajaantumisen estämiseksi ja rikkihapon muodostumisen välttämiseksi, 8 61211 joka saostaa uuteaineita massan kuiduille, mikä vaikuttaa valmiin tuotteen vaaleuteen ja absorptiokykyyn.

Osittain sulfonoitu hake syötetään sen jälkeen ulos keittimestä kul-jetuskierukalla 12. Keksinnön erään ensisijaisen sovellutusmuodon mukaan kuljetuskierukka vie hakkeen levyhiertimeen 13 tai johonkin muuhun kuidutuselimeen, esimerkiksi suursakeus-kierukkakuiduttimeen, joka antaa vaivaavan ja leikkaavan vaikutuksen kuituja katkaisematta. Viimeksimainitun tyyppisiä laitteita myy MoDoMekan AB kauppanimellä FROTAPULPE^. Mekaaninen kuidutus suoritetaan paineessa, joka on yhtä suuri tai hiukan pienempi kuin keittimessä vallitseva. Olennaista keksinnön mukaan on edelleen se, että selluaines mekaanisen kuidutuk-sen aikana kuidutetaan vain osittain, so. massan on kuidutuksen jälkeen sisällettävä kuitukimppuja, jotka koostuvat 2-4 yksityiskuidus-ta, mikä on hyvin edullista valmiin tuotteen bulkin kannalta. Keksinnön mukaan osittainen mekaaninen kuidutus on suoritettava niin, että kuidutettu massa kuidutuksen jälkeen sisältää vähintään 10 % ja mieluimmin 15-30 % kuitukimppuja. Lisäksi kaikenlaista kuitujen lyhentymistä kuidutuksen aikana on vältettävä, mikä samoin saadaan aikaan käsittelyllä levyjauhintyyppisissä suursakeushiertimissä tai edellä mainituissa, kauppanimellä FROTAPULPEI^ kaupan olevissa laitteissa. Osittaisen sulfonoinnin ansiosta vältetään sitä paitsi kovien kuitukimppujen muodostuminen, joita myös tikuiksi nimitetään ja joita aina muodostuu mekaanista massaa valmistettaessa yli 2 % kuituaineksen kokonaismäärästä.

Hartsinpoisto- ja valkaisukemikaaleja lisätään ennen kuidutinta 13 yhteen 11 kautta kierukkasyöttimeen 12. Hartsinpoistoaineen, esimerkiksi Na^PO^sn, lisäys voi vaihdella välillä 0,1-1,5 % massan painosta. Mieluimmin sitä käytetään 0,2-0,4 %. Tensidejä lisätään enintään 0,2 % ja kompleksin muodostajia kuten NTA, EDTA ja DTPA enintään 0,3 % massan painosta. Kun vetyperoksidia käytetään, sitä lisätään enintään 4 %, mieluimmin 1,0-2,0 % massan painosta. Natriumhydroksidipitoisuu-den on oltava vähintään 65 % peroksidilisäyksestä ja enintään 200 % siitä. Peroksidin stabiloimiseksi on lisättävä 0,5-4,0 % natrium-silikaattia ja/tai 0,05-0,5 % magnesiumsulfaattia. Kun kemikaalit otetaan talteen prosessin jätevedestä, natriumsilikaattilisäys ei saa ylittää 0,5 %. Kuidutettu selluaines pusketaan sen jälkeen joh toa 14 myöten sykloniin 15 pienpainehöyryn 17 erottamiseksi sellu kuiduista. Sykloni on varustettu venttiilillä 16 höyryn ulosotto- 9 61211 määrän ja höyryn paineen säätämistä varten. Lisäksi sykloni on asennettu välittömästi yhteen puristimen 18 kanssa, jossa syklonista poistuva massa kerätään ja siitä poistetaan vettä. Syklonista otetaan höyryä, jonka paine on hiukan pienempi kuin paine levyhiertimen jauha-tustilassa. Saatu höyry voidaan käyttää eri tarkoituksiin, esim. huoneiden lämmitykseen tai kemikaalipitoisten nesteiden haihdutukseen. Puristimessa 18 kuidutetusta selluloosa-aineksesta poistetaan vettä vähintään 30 %, mieluimmin 45-55 % kuivapitoisuuteen saakka korkeassa lämpötilassa. Puristimesta poistuva neste sisältää kemikaaleja ja liuennutta orgaanista ainetta, joka sopivasti otetaan talteen poisto-putken 19 kautta haihduttamalla, erottamalla kuituaineet ja polttamalla, tai ottamalla kemikaalisisältö talteen muulla tavoin. Koska kuidutus suoritetaan välillä 20 % ja 40 % olevassa massan sakeudessa, ylijäämänestettä saadaan vähän. Massan sakeus pienenee hierrinkäsit-telyn aikana sen johdosta, että hiertimeen on lisättävä tiivistys-vettä .

Massan kuljettua syklonin ja puristimen läpi se voidaan ,jos sopivaksi katsotaan, panna kulkemaan vielä toisen syklonin ja puristimen läpi höyryn erottamiseksi ja vastaavasti massan kuivapitoisuuden suurentamiseksi .

Keksinnön mukaan selluaines vedenpoiston jälkeen viedään ilman muuta välikäsittelyä suoraan kuivatuslaitokseen, jossa selluloosa-aineksen kosteuspitoisuus alennetaan alle 14 %:n, mieluimmin alle 10 %:n. Kuiva tuslaitoksena voi olla viiralla ja sylintereillä varustettu kuivaus-kone tai hiutalekuivuri. Ensiksimainitussa tapauksessa selluaines kuitenkin on ensiksi laimennettava sopivaan sakeuteen kiertovedellä.

Keksinnön mukaan käsitellyn kuivatetun massan reaktio on neutraali tai heikosti alkalinen. Massan pH:n on mieluimmin oltava yli 6 ja sopivimmin Välillä 7-10.

Esillä oleva keksintö ei rajoitu pelkästään edellä selitettyihin sovellutusmuotoihin. Niinpä esimerkiksi osittain sulfonoitu aines voidaan viedä suoraan keittimestä painesykloniin ja kuiduttaa se sen jälkeen valkaisu- ja hartsinpoistokemikaaleja lisäten, ja puristaa ulos. Edelleen voidaan höyryfaasikeiton sijasta käyttää nestefaasi-keittoa.

1° 61211

Pitkäkuituisen aineksen osuuden suhde keksinnön mukaan valmistetussa massassa ja normaaliin tapaan valmistetussa kuumahiertomassassa, jonka jauhatusaste on 240 ml Canadian Standard Freeness'in mukaan, käy ilmi seuraavasta Bauer Mc Nett-laitteessa suoritetusta kuidun luokitusanalyysistä.

Silmäkoko Keksinnön mukainen massa Kuumahiertomassa

Mesh jäänyttä % läpäissyttä % jäänyttä % läpäissyttä % 20 40 60 10 90 150 43 12 60 30

Keksinnön mukaan valmistettu massa sisältää näin ollen noin neljä kertaa enemmän pitkäkuituista ainesta kuin kuumahiertomassa ja lähenee siten kemiallisen massan kuitukoostumusta. Yllättävää on se, että niin kuin seuraavassa osoitetaan, keksinnön mukaan valmistetun massan absorptionopeus ja absorboidun veden pidätyskyky ovat erittäin hyvät huolimatta verraten korkeasta jauhatusasteesta, joka en noin 450 ml Canadian Standard Freeness'in mukaan. Keksinnön mukaan valmistetun massan pitkäkuituisuus antaa lisäksi huomattavasti paremman varas-toimisstabiliteetin siitä valmistetuille absorptiotuotteille kuuma-hiertomassaan verrattuna. Viimeksimainittu sisältää niin suuren osuuden lyhyitä kuituja, että se absorptiotuotteissa käytettäessä laskeutuu säilytyksen aikana, niin että tuote tulee käyttökelvottomaksi tarkoitukseensa.

Niin kuin seuraavassa esitettävistä kokeista käy ilmi, keksinnön mukaan valmistettu massa sopii erinomaisen hyvin absorptioaineeksi sellaisiin tuotteisiin kuin kapaloihin, kuukautissiteisiin, tamponeihin ja haavasiteisiin. Pienen hartsipitoisuutensa ansiosta se voidaan myös varsin hyvin käsitellä edelleen paperimassana käytettäväksi. Kokeissa käytettiin vertausmassoina täysvalkaistua sulfiittimassaa, pe-roksidivalkaistua hioketta ja peroksidivalkaistua kuumahierrettä. Vertausmassat kuivatettiin 94 % kuivapitoisuuteen ja konditionoitiin sen jälkeen niin, että kosteuspitoisuus 2 vrk kuluttua oli 10 %. Näytteet kuivakuidutettiin (hierrettiin nöyhdäksi) sen jälkeen levy-hiertimessä jonka levyn läpimitta oli 300 mm. Sen jälkeen testattiin nöyhtämassojen vedenabsorptio ja bulkki. Analyysissä käytettiin seuraavaa menetelmää: Erityisessä laitteessa muodostettiin nöyhtämas- sasta näytetyynyjä, joiden läpimitta oli 50 mm ja paino 2,00 g. Kuormittamalla näyte 100 g:11a ja mittaamalla tällöin näytteen paksuus saatiin huikkia edustava mitta. Näytteen paksuus asetettiin 15 mm:ksi 11 61211 ja se sai sen jälkeen absorboida alhaalta päin vettä, jonka lämpötila oli 293 K, jolloin absorptioaika mitattiin. Absorptiokapasiteet-ti määritettiin sitten 1000 g kuormituksella. Vertausmassojen koetulokset on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1

Vertausmassojen testi

Saanto, Uutepi- Vaaleus Bulkki Absorptio- Absorptio % toisuus % SCAN m /kg nopeus, g H?0/g DKM, % sek. 1 ' massaa

Sulfiitti- ^ massa 52 0,40 92 28-10 26 10,9

Hioke 96 1,05 72 15-10-3 19 10,7

Kuumahier- - re 95 1,02 71 17-10-J 9 10,9

Suuri bulkki ja lyhyt absorptioaika ovat kriteereinä siitä, että näyhtämassa on hyvä lähtöaine esimerkiksi kapaloita varten. Niin kuin taulukosta 1 näkyy, sulfiittimassalla on suuri bulkki mutta verraten pitkä absorptioaika. Hiokkeella on pieni bulkki ja verraten pitkä absorptioaika. Kuumahierteellä on pieni bulkki mutta lyhyt absorptioaika. Absorboidun veden pidätyskyky on kaikilla näytteillä liki-määrin yhtä suuri ja sen voidaan katsoa olevan täysin kelvollisella tasolla.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavilla sovellutusesimerkeillä. Esimerkki 1

Valmistettiin kaksi massaa A ja vast. B, joista näyte B käsiteltiin esillä olevan keksinnön mukaan. Kuusipuuta haketettiin hakkurissa hakepalasiksi, joiden pituus oli 30-50 mm, leveys 10-20 mm ji paksuus 1-2 im. Hake pestiin kuumassa vedessä ja tyhjennettiin höyrypasutusastiaan, jossa sitä käsiteltiin kyllästetyllä höyryllä ilmakehän paineessa 10 minuuttia. Höyrypasutettu hake siirretään kierukkasyöttimellä kyllästyskammioon. Kyllästys kairani o oli täytetty sulfii tti liuoksella, jonka pH oli 7,5. S02~pitoisuus oli 5 g/1 ja NaOH-pitoisuus 6,5 g/1. Kyllästettäessä hake absorboi keskimäärin 1,1 litraa sulfiittiliuosta kuivaa hake-kg kohti. Absorboidun S02:n pitoisuudeksi tuli siis 1,1 x 5 = 5,5 g hake-kg kohti eli 0,55 %. Lämpötila kyllästysastiassa pysytettiin 398:ssa K. Hakkeen kokonaisviipymisaika kyllästyskammiossa oli noin 2 minuuttia. Tänä viipymisaikana puuaines tuli lievästi 12 61211 sulfonoiduksi nestefaasissa. Kyllästetty hake siirrettiin keittimeen, johon syötettiin kyllästettyä höyryä niin, että saavutettiin 398 K lämpötila. Hakkeen viipymisaika keittimessä oli 4 minuuttia. Mukaanlukien viipymisaika kyllästyskammiossa kokonaissulfonoimisajaksi tuli siis 2+4=6 minuuttia. Keittimen pohjasta hake syötettiin sitten kuljetuskierukalla levyhiertimeen, jossa vallitsi 150 kPa höyryn ylipaine (1,5 aty) .

Levyhiertimessä hake kuidutettiin osittain, so. tietty määrä 2-4 kuidusta koostuvia kuitukimppuja oli kuidutuksen jälkeen havaittavissa. Kuivapitoisuus levyhiertimen keskiössä oli 30 % ja levyjen kehällä 32 %. Energian menekki kuidutuksessa saatiin mittaamalla 750 kWh: ksi tuotettua kuivaksi laskettua massatonnia kohti. Hiertimen jauha-tustilasta poistuessaan massa laimeni tiivistysvedellä 27 % sakeuteen. Kuidutettu massa puskettiin paineenalaiseen sykloniin ylimäärähöyryn erottamiseksi massakuiduista. Massakuidut kerättiin syklonin kanssa yhteen asennetulla puristimella. Puristin poisti massasta vettä niin, että sen sakeus nousi 27 %:sta 42 %:iin, 363 K lämpötilassa. Ulospu- 3 ristuneen veden määräksi tuli näin ollen, m :ksi kuivaa massatonnia 3 kohti laskettuna, vain 1,3 m . Orgaanisen aineen pitoisuus liuoksessa oli 60 kg eli 4 g/1, eikä siinä havaittu lainkaan vapaata tai sidottua rikkidioksidia. Massan saanto oli 94 %. Massa, jonka kuiva-pitoisuus oli 42 %, kuivatettiin hiutalekuivurissa 94 % kuivapitoisuu-teen, konditionoitiin ja kuivakuidutettiin sekä testattiin samalla tavoin kuin vertausmassat edellä. Näin käsiteltyä massaa merkittiin kirjaimella A.

Toisessa, näytteen A valmistuksen mukaisessa kokeessa kuiduttimen hiertolevyjen keskiöön lisättiin seuraavan luettelon mukaisia hartsin-poisto- ja valkaisukemikaaleja luettelossa mainituin määrin (määrät on ilmaistu 100 %:sina kemikaaleina %:na kuivasta massasta): 0,1 % EDTA (etyleenidiamiinitetraetikkahappoa) 0,3 % Na5P3010 0,05 % BEROCELL-25 (kostutusainetta) 2.0 % H202

1,8 % NaOH

2.0 % Natriumsilikaattia (vesilasia) 40°B5 13 61211 Näytteen A valmistuksen mukaisesti suoritetun kuidutuksen ja veden poiston jälkeen massa, jota merkittiin kirjaimella B, kuivatettiin edellä olevan mukaan ja testattiin niin kuin vertausnäytteet ja näyte A. Tulokset on esitetty taulukossa 2.

Taulukko 2 Näytteiden A ja B koetulokset

Saanto Uutepi- Vaaleus Bulkki Absorptio- Absorptio % toisuus % SCAN 3y. nopeus, g H-O/g DKM % / " sek massaa Näyte A 94 1,52 59 31*icf3 100 5,2 Näyte B 94 0,58 71 30-10-3 8 11,3

Niin kuin taulukosta 2 näkyy, sekä näytteen A että näytteen B bulkki on noussut yllättävän suureksi, jopa suuremmaksi kuin sulfiittimas-san taulukossa 1 esitetty bulkki. Mekaanisten massojen huikkiin verrattuna keksinnön mukaisilla massoilla on kaksinkertainen bulkki. Huolimatta siitä, että näyte A on osaksi sulfonoitu, sen veden absorptio on hyvin huono.

Sen sijaan kun esillä olevan keksinnön mukaan on lisätty valkaisuja hartsinpoistokemikaaleja, on saatu yllättävän hyvä absorptionopeus sekä hyvä absorboituneen veden pidätyskyky, ja keksinnön mukaan valmistettu massa (näyte B) on näin ollen täysin ylivoimainen vertaus-massoihin ja näytteeseen A verrattuna absorptioaineksena absorptio-tuotteissa .

Verrattaessa keksinnön mukaisten ja tavanomaisten massojen puunkulu-tusta ja energian menekkiä esiintyy huomattavia etuja esillä olevaa keksintöä käytettäessä.

Puun kulutus ja energian menekki 1 kuivan massatonnin tuotantoa varten_

Saanto Puuta kWh % kunto-m3

Sulfiittisellu 52 5,01 800

Hioke 96 2,71 1400

Kuumahierre 95 2,74 2100 Näytteet A ja B 94 2,77 750

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan siis pienin energian menekki ja samalla alhainen puun kulutus.

14 61211

Jos sitä paitsi otetaan huomioon keksinnön mukaisen massan valmistuksen vaatima pienempi, sihtiosaston poisjäämisestä johtuva investointikustannus, on ilmeistä, että keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa korkealaatuista massaa absorptiotuotteita varten huomattavasti alempaan hintaan kuin aikaisemmin on ollut mahdöllista, samalla kun ympäristöä vahingoittavien aineiden päästö pienenee sen ansiosta, että edellytykset päästön korkea-asteisen puhdistuksen aikaansaamiseen paranevat.

Keksinnön mukaiseen massaan voidaan erityisvaikutusten aikaansaamiseen myös sekoittaa noin 5-30 % kemiallista massaa.

Claims (12)

15 61211

1. Vaalea, absorboiva, ligniinirikas korkeasaantoselluloosamassa, massa, jolla on pieni hartsipitoisuus, pieni tilavuuspaino ja hyviä nesteenabsorptio-ominaisuuksia sekä parannettu stabiilisuus kerrostumista vastaan, tunnettu 0,1-1,0 painoprosentin rikki-kipitoisuudesta ligniiniin sidottujen bisulfiitti- ja sulfiitti-ionien muodossa, kuituluokitusanalyysissä 833 mikronin silmän-koon pidättämien kuitujen 25 % ylittävästä määrästä, vähintään 10. määrästä kuitukimppuja, jotka koostuvat 2-4 yksittäiskuidusta, 0,8 % pienemmästä määrästä dikloorimetaanilla uutettavaa hartsia 3 sekä 50 kg/m alittavasta tilavuuspainosta kuivakuidutettuna.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen korkeasaantomassa, tunnet-t u 0,2-0,6 % rikkipitoisuudesta ligniiniin sidottujen bisulfiitti-ja sulfiitti-ionien muodossa, kuituluokitusanalyysissä 833 mikronin silmänkoon pidättämien kuitujen 35 ja 65 % välillä olevasta määrästä, 15 ja 30 % välillä olevasta määrästä kuitukimppuja, jotka 3 koostuvat 2-4 yksittäiskuidusta sekä 40 kg/m alittavasta tilavuus-painosta kuivakuidutettuna.

3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen korkeasaantomassa, tunnet-t u siitä, että kuivatetun massan pH on yli 6, mieluimmin 7-10.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen korkeasaantomassa, tunnet-t u siitä, että se sisältää 5-30 % kemiallista massaa.

5. Menetelmä patenttivaatimusten 1-3 mukaisen vaalean absorboivan korkeasaantomassan valmistamiseksi, jolla on pieni tilavuuspaino ja hyviä nesteenabsorptio-ominaisuuksia, jolloin tuore tai varastoitu hake pestään vedellä, puristetaan, kyllästetään rikkipitoisella liuennuskemikaalilla, liuennetaan osittain korotetussa lämpötilassa sekä sen jälkeen kuidutetaan mekaanisesti ja valkaistaan, tunne ttusiitä, a) että kyllästysnesteen liuennuskemikaalin pitoisuus on enintään 20 grammaa S02 litraa kohti ja että kyllästysnesteen pH pidetään arvossa 5-11, sopivimmin 6-9, b) että osittainen liuennus viedään sulfonoitumisasteeseen, joka vastaa 0,1-1,0, sopivimmin 0,2-0,6 % rikkiä sidottuna lignosulfaat-teina, laskettuna käsitellyn selluloosamateriaalin kuivapainosta, 373-443 K:n, sopivimmin 383-403 K:n lämpötilassa 0,5-30 minuutin aikana ja siten, että liuennusneste liuentamisen päättyessä ei 16 6121 1 sisällä vapaata tai sidottua SC^, c) että mekaaninen kuidutus suoritetaan osittain sekä hartsinpoisto-että valkaisukemikaalien läsnäollessa niin, että kuidutettu massa kuidutuksen jälkeen sisältää vähintään 10 % kuitukimppuja, ja d) että osittaista mekaanista kuidutusta välittömästi seuraa vedenpoisto vähintään 30 %:n kuivapitoisuuteen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epätäydellinen mekaaninen kuidutus suoritetaan siten, että kuidutettu massa kuidutuksen jälkeen sisältää 15-30 % kuitu-kimppuja.

7. Patenttivaatimusten 5-6 mukainen menetelmä, tunnettu i siitä, että osittainen mekaaninen kuidutus suoritetaan alku-pH:n ollessa yli 9, mieluimmin yli 10.

8. Patenttivaatimusten 5-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hartsinpoistokemikaalit ovat fosfaatteja ja valkaisu-kemikaalit alkalimetalliperoksideja tai vetyperoksidia.

9. Patenttivaatimusten 5-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osittaista mekaanista kuidutusta välittömästi seuraa höyryn erotus, jonka yhteydessä höyryn lämpösisältö otetaan talteen, ennen veden poistoa vähintään 30 % kuivapitoisuuteen.

10. Patenttivaatimusten 5-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massa, josta vettä on poistettu kuivatetaan vähintään 86 %, mieluimmin 88-92 % kuivapitoisuuteen.

11. Patenttivaatimusten 5-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vedellä pesty hake höyrypasutetaan ennen sen puristamista ja kyllästämistä liuennuskemikaalilla.

12. Patenttivaatimusten 5-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kyllästäminen liuennuskemikaalilla suoritetaan 373-443 K:n, mieluimmin 383-403 K:n lämpötilassa 0,5-5 minuutin kuluessa. 17 61211