FI63074B - Saett att frilaegga cellulosafibrer - Google Patents

Description

ri KUULUTUSJULKAISU s-znnA ™ *11* UTLÄGGNI NOSSKRIFT 6 6 0 7 4 C(45) Pr-tcr.M “ytinrif.- tty 11 04 1983

Patent soddelat T V (51) K».ik?/l«t.a.3 D 21 B 1/30

SUOM I — FI N LAN D ¢21) P*Mn«»»k*mw — HtmtauMMiti 7526W

(2¾) HthimltpHvl — Ai»aknlnpd«| 22.09.75 (23) Alkupllvi—GUtiglMCad·· 22.09.75 (41) Tulhit JulklMfcsi—Bthric olfanclig 20 03 j6

Patentti- ja rekisterihallitus NlhtMtolp·»»kuiAlulkteun pm.- ,,**

Patent- och ragicterstyralMn ' Aiwekan utia«d och utUkrtfcan puMfcand (32)(33)(31) pn4«*t «uolktin—tegird prloritat 27-09.7^

Ruotsi-Sverige(SE) 7^12207-8 (71) Mo och Domsjö Aktiebolag, Pack, S-891 01 Örnsköldsvik 1, Ruotsi-Sverige(SE) (72) John Rickard Bergström, Örnsköldsvik, Ernst Birger Tiberg, Örnsköldsvik, Ruotsi-Sverige(SE) (7M Berggren 0y Ab (5^) Menetelmä selluloosakuitujen irrottamiseksi - Sätt att frilägga cellulosafibrer

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää selluloosakuitujen irrottamiseksi vesipitoisesta selluloosa-aineksesta ilman kemiallista liuen-nusta tai mekaanista käsittelyä. Selluloosakuitujen irrottaminen lignoselluloosa-aineksesta tapahtuu normaalisti joko kemiallisesti liuentamalla tai mekaanisesti työstämällä tai näiden kahden menetelmän yhdistelmällä. Lignoselluloosa-aineksen kemiallisen liuentamisen tarkoituksena on poistaa siitä sideaineligniini, niin että selluloosa-kuidut irrottuvat. Jotta näin tapahtuisi, on käytettävä suuria paineita ja korkeita lämpötiloja. Liuennuskemikaalit reagoivat kuitenkin myös lignoselluloosa-aineksen sisältämän selluloosa-aineksen kanssa, mikä huonontaa kuitujen lujuutta. Edelleen suuri osa kasviaineksesta liukenee, mikä johtaa alhaiseen saantoon. Liuenneet aineet voivat lisäksi vaikuttaa haitallisesti ympäristöön, ja samoin liuennuskemikaa-lien jäännökset. Näistä varjopuolista huolimatta kemiallinen liuennus on tähän mennessä paras lujien kuitujen aikaansaamiseen käytettävissä oleva keino.

Kuitujen irrottaminen mekaanisella työstöllä suoritetaan esimerkiksi hiomalla lignoselluloosa-ainesta, kun se on puuta, hiomakoneessa, jau- 2 63074 hamalla pienennettyä selluloosa-ainesta levyjauhimessa, kuiduttimissa tms. ja raffinoimalla kuidutettua ainesta kartiomyllyissä. Tässä käsittelyssä selluloosaa tai ligniiniä ei lainkaan liukene, mistä seuraa, että prosessi antaa hyvän saannon ja vaikuttaa ympäristöön vähän. Varjopuolena on kuitenkin se, että kuidut käsittelyn aikana haitallisesti lyhenevät, mikä tietää sitä, että saadun massan lujuusominaisuudet ovat huonot. Lisäksi irrottamiseen tarvitaan suuria määriä sähköenergiaa, josta vain pieni osa käytetään hyväksi varsinaiseen selluloo-sakuitujen irrottamiseen.

Kemiallisen liuennuksen ja mekaanisen käsittelyn yhdistelmillä saadaan parempi selluloosa-aineksen saanto kuin pelkällä kemiallisella liuen-nuksella sekä parempi massan lujuus kuin puhtaasti mekaanisella käsittelyllä. Valitettavasti myös kumpaankin prosessiin liittyvät varjopuolet säilyvät.

Ennestään tunnetaan myös menetelmiä, joiden mukaan lignoselluloosa-ainesta pienennettynä saatetaan alttiiksi korkeille lämpötiloille (noin 180-290°C) ja suurelle paineelle (noin 8 MPa) jopa 2 minuutiksi, minkä jälkeen paine nopeasti alennetaan. Tällöin lignoselluloosa-ainekseen suljettuna ollut vesi nopeasti paisuu höyrystyen, ja räjäyttäen aineksen rikki (nk. masoniittiprosessi). Tällä tavoin irrot-tuneet kuidut tulevat kuitenkin korkeiden lämpötilojen johdosta pehmenneen ligniinin peittämiksi, niin että kuitujen välinen sitoutumisvoima jää niin pieneksi, että aines on sopivaa vain rakennuslevyjen jne. valmistukseen. Edelleen verraten pitkän käsittelyajan johdosta kuumassa lämpötilassa ja suuren paineen johdosta tapahtuu voimakasta irrot-tuneen kuituaineksen värjäytymistä, mikä tekee aineksen sopimattomaksi valkaisuominaisuuksiltaan hyvien massojen valmistukseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut varjopuolet ja saada aikaan uusi menetelmä kuitujen irrottamiseksi ligno-selluloosa-aineksesta, jolla menetelmällä saadaan lujempaa massaa pienemmällä energian kulutuksella kuin tähän saakka on ollut mahdollista. Tämän mukaisesti keksintö kohdistuu menetelmään vesipitoisen lignosel-luloosa-aineksen selluloosakuitujen irrottamiseksi, jolle menetelmälle tunnusmerkillistä on se, että lignoselluloosa-ainesta pienennettynä, mieluimmin hakkeena, käsitellään mikroaaltoenergialla niin lyhyinä ajanjaksoina, että lignoselluloosa-aineksen sisältämä vesi höyrystyy niin nopeasti, että syntyy räjähdysvaikutus, joka irrottaa kuidut ilman 63074 että ne mainittavasti lyhenevät tai muulla tavoin vahingoittuvat.

Tällä tarkoitetaan kvantitatiivisesti sanottuna sitä,että kuiduista ei käsittelyn aikana lyhene enempää kuin 40, mieluimmin ei enempää kuin 20 %.

Käytetyn lignoselluloosa-aineksen vesipitoisuus on keksinnön mukaan sopivasti 10-99 % laskettuna veden ja lignoselluloosa-aineksen yhteispainosta. Mieluummin vesipitoisuus on 25-95 % ja mieluimmin se on 50-90 %.

Mikroaaltoenergialla tarkoitetaan keksinnön mukaan energiaa, jota kehitetään sähkömagneettisilla aalloilla, joiden taajuus on 10-300 000 megaherziä. Erityisen sopiva taajuus on 200-50 000 megaherziä, ja mieluimmin käytetään keksinnön mukaan mikroaaltoja, joiden taajuus on 800-15 000 megaherziä.

Keksinnön mukainen käsittely mikroaaltoenergialla suoritetaan lyhyinä sykkeinä, joiden kesto on alle 0,1 sekuntia. Keksinnön mukainen menetelmä antaa suuremman saannon kuin kemiallinen liuennus sekä paremman massan lujuuden kuin mekaaninen kuitujen irrotus. Energian tuontitäpä antaa niin suuren hyötysuhteen, että energian menekki keksinnön mukaisessa menetelmässä on pienempi kuin mekaanisissa prosesseissa, mikä myös tekee energiakustannuksen pienemmäksi kuin aikaisemmin on ollut mahdollista.

Keksinnön mukainen käsittely voidaan suorittaa normaalipaineessa, ylipaineessa tai alipaineessa. Useimmissa tapauksissa käytetään normaali-painetta, mutta tietyissä tapauksissa saattaa olla sopivaa käyttää alipainetta vesihöyryn räjähdysvaikutuksen suurentamiseksi.

Keksinnön mukaisesti käytetty lignoselluloosa-aines voi olla pienennettynä, esimerkiksi hakkeena, mutta myös puuainesta, jonka kuidut on osaksi irrotettu kuiduttimessa, tai kemiallisesti tai fysikaalisesti esikäsiteltyä puu- tai sentapaista ainesta, jonka vesipitoisuus on edellä mainituissa rajoissa, voidaan käsitellä.

Joskaan mitään täydellistä teoriaa sille vaikutukselle, joka keksinnön mukaisessa menetelmässä on havaittu, ei vielä voida muodostaa, on luultavaa että mikroaaltosäteily nopeasti absorboituu hakkeen sisältämään veteen, joka tällöin höyrystyy. Höyrystyminen tapahtuu niin 4 63074 nopeasti, että höyry ei ehdi diffundoitua ulos kasviaineksesta vaan paisuu sen sisässä ja räjäyttää tällöin kuidut erilleen. Koska sen aineksen, joka kasviaineksessa pysyttää kuidut yhdessä, pehmenemispiste on 120-200°C, se sulaa lämpötilan nopeasti noustessa. Tämän johdosta kasviaines halkeaa kuitujen väleistä eikä kuitujen sisältä, mikä pilaisi kuidut.

Keksinnön mukaiseen menetelmään voidaan yhdistää lignoselluloosa-aineksen esilämmitys, joka suoritetaan ennen mikroaaltoenergialla käsittelyä, tarkoituksella vähentää mikroaaltojen avulla tuodun energian tarvetta. On myös mahdollista esikäsitellä lignoselluloosa-ainesta ennen mikroaaltokäsittelyä kemikaaleilla, jotka reagoivat ligniinin kanssa tai liuottavat siitä osan. Keksintöä havainnollistetaan seuraa-valla suoritusesimerkillä.

Esimerkki 1

Massaa valmistettiin kuusihakkeesta kolmella eri menetelmällä: 1. Kemiallinen liuennus sulfaattimenetelmän mukaan.

2. Lämpömekaaninen valmistus, jossa 10 kg/min haketta, jonka kosteuspitoisuus oli 60 % kokonaispainosta laskettuna, käsiteltiin höyryllä 4 minuuttia 100°C lämpötilassa sekä jauhettiin 0,32 MPa paineessa levy-jauhimessa, johon syötettiin 475 kg teho.

3· 10 erää, kukin 5 g* kuusihaketta, käsiteltiin keksinnön mukaan sijoittamalla ne aaltojohtimeen, joka oli kytketty mikroaallon kehit-timeen, joka antoi 5 MW tehon 2450 megaherzin taajuudella. Kutakin erää säteilytettiin 0,001 sekuntia. Käytettyjen näytteiden lämpötila oli ennen säteilytyksen alkua 100°C. Käytetyn hakkeen kosteuspitoisuus oli 70 % sen kokonaispainosta laskettuna.

Näistä kolmesta eri massasta valmistettiin laboratorioarkit, joiden paperiominaisuudet koestettiin.

Lämpömek. Kemiallinen Keksinnön massa massa mukainen massa

Katkeamispituus, km 3 12 6

Saanto, % 96 46 96

Energian tarve, megajoulea/ massa-kg 10,8 5,6 6,6

Preeness, ml CSF 150 325 150

Claims (6)

1. 5 63074 Tulokset osoittavat, että keksinnön mukaan valmistetun massan lujuusominaisuudet olivat hyvät ja sen saanto erinomainen. Energian tarve sen valmistukseen oli lisäksi huomattavasti pienempi kuin mekaanisessa irrotuksessa.
2. 1. Menetelmä vesipitoisen lignoselluloosa-aineksen selluloosakuitujen paljastamiseksi, tunnettu siitä, että hienojakoistettua, sopi-vimmin hakkeena olevaa lignoselluloosa-ainesta, jonka vesipitoisuus on 10-99¾ veden ja lignoselluloosa-aineksen yhteispainosta laskettuna, edullisesti 25-95¾ ja mieluimmin 50-90%, saatetaan mikroaaltokäsitte-lylle alttiiksi, taajuuden ollessa 10-300 000 megaherziä, edullisesti 200-50 000 megaherziä ja mieluimmin 800-15 000 megaherziä, lyhyinä sykkeinä, joiden kesto on alle 0,1 sekuntia niin, että lignoselluloosa-ainekseen sisältyvä vesi höyrystyy niin nopeasti, että syntyy räjäh-dysvaikutus, joka paljastaa kuidut.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloosa-ainesta esilämmitetään ennen sen käsittelyä mik-roaaltoenergialla.
4. 3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloosa-ainesta esikäsitellään jollakin kemikaalilla, joka modifioi tai liuottaa eroon osan ligniinistä, ennen mikroaalto-energiakäsittelyä.
5. 4. Patenttimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikroaaltoenergiakäsittelyn aikana käytetään alipainetta vesihöyryn räjähdysvaikutuksen suurentamiseksi.
6. 1. Pörfarande för att frilägga cellulosafibrer i vattenhaltigt lig-nocellulosamaterial, kännetecknat därav, att lignocellulosa-materialet i sönderdelad form, företrädevis i form av flis, med ett vatteninnehäll av 10-99¾ räknat pä summan av vattnets och lignocellu-losamaterialets vikt, lämpligen 25-95% och företrädevis 50-90% ut-sättes för behandling med mikrovägor med en frekvens av 10-300 000 megaherz, lämpligen 200-50 000 megaherz och företrädevis 800-15 000 megaherz i korta pulser, vars varaktighet är mindre än 0,1 sekund sä,