FI63447B - Foerfarande foer framstaellning av cellulosamassa med hoegt utyte och till laoga kostnad - Google Patents

Description

RSfirH ΓβΙ {11) KUULUTUS,ULICAISU ίΤΛΛη

Ma l°J U > UTLÄGGNINGSSKltlFT OOHHi 5¾¾ C/4_ Patentti aySnne Lfcy 10 06 1933

Patent raeddelat ^ ^ (51) Kv.ik.3/Int.a.3 D 21 G 3/02 SUOMI —FINLAND (21) PttMK(h*k«mu«-PMMtaMeknin| 762168 (22) HakemltpUvf —Amttknlnpdag 29.07-76 (23) Alkupihr»—GIW|h*t»daj 29-07-76 (41) Tullut Julklsuktl — Bltvlt offantHg 05.02.77 ^lUi~ 1* (44) Nlhtftvilulpanon |» kuuLJulkatauii pvm. — 28.02.83

Patent- och rafistorctyralMn ' ’ Ameton uthgd oeh utukrtftwi puMkmd (32)(33)(31) PyrJatty «tuoikaut —Begirt prioritet (A .08.75 USA(US) 6011+19 (71) Eucatex S.A. Industrie e. Comlrcio, Av. Francisco Matarazzo, 581+ SSo Paulo, Sao Paulo, Brasilia-Brasilien(BR) (72) James Robert Roberts, Palatine, Illinois, USA(US) (7I*) Leitzinger Oy (5I+) Menetelmä korkeasaantoisen, kustannuksiltaan huokean selluloosamassan valmistamiseksi - Förfarande för framställning av cellulosamassa med högt utbyte och tili läga kostnad Tämä keksintö kohdistuu menetelmään lignoselluloosamassan valmistamiseksi suurella saannolla pienin kustannuksin ensin mekaanisesti kuiduttamalla lignoselluloosaa höyryatmosfäärissä ja sen jälkeen keittämällä massa kalkin läsnäollessa.

Lignoselluloosan muuttaminen kuitumassoiksi on sofistista tekniikkaa, jolla toimitetaan teollisuudelle suuressa kaupallisessa mittakaavassa massatuotteita, mekaanisesti valmistetuista puuhiokemassoista puoli-kemiallisten massojen kautta täyskemiallisiin selluloosamassoihin, joissa kuitupituudet säilyvät mitä suurimmassa määrin. Tästä huolimatta olisi edullista muuttaa lignoselluloosa nopeasti ja helposti, pienin kustannuksin korkeilla saannoilla kuitumassaksi, jonka jalostusaste on suurempi kuin mekaanisesti valmistetulla puuhiokkeella ja siten soveltuu käyttöihin, jotka eivät vaadi suurta kuitupituutta, mutta joihin mekaanisesti valmistetut massat ovat soveltumattomia.

Tällainen sovellutus on esimerkiksi hydratoitujen selluloosageelien 2 63447 valmistus. Näillä geeleillä on monia käyttösovellutuksia, esimerkiksi liiman valmistuksessa. Nykyisin ne valmistetaan mekaanisesti jalostamalla selluloosakuituja vesipitoisessa väliaineessa, jossa selluloosaan liittyy hydraatiovettä muuttuen geeliksi. Puhtaasti mekaaniset massat, jotka voidaan valmistaa korkealla saannolla, eivät sovellu tällaiseen käyttöön. Sen johdosta käytetään selluloosageelin valmistuksessa raaka-aineina täyskemiallisia massoja, joiden saanto lignoselluloosasta ainoastaan on noin 46 %.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä lignoselluloosan muuttamiseksi selluloosamassaksi, joka soveltuu käytettäväksi valmistettaessa hydratoituja selluloosageelejä, jolloin massa on valmistettu korkeilla saannoilla suuruusluokkaa 86 % tai enemmän laskettuna niiden valmistuksessa käytetyn lignoselluloosan kuiva-painosta. Massatuotteiden tämän suuruusluokan saanto johtaa luonnollisesti hyvin huomattaviin säästöihin kustannuksissa. Se antaa tulokseksi myöskin puulähteen hyvin huomattavan säästön.

Tämän keksinnön vielä muina tarkoituksina edelleen on aikaansaada menetelmä selluloosamassojen valmistamiseksi korkealla saannolla ja alhaisin kustannuksin, joka menetelmä soveltuu käytettäväksi mitä erillaisimmille lignoselluloosapitoisille lähtöaineille ja joka menetelmä on helposti ja nopeasti toteutettavissa yksinkertaisissa verraten huokeissa laitteissa, mutta joka vaatii yksinkertaista huokeata kuidutuskemikaalia, jota on saatavissa yleisesti rajoittamattomissa määrissä ja jolle menetelmälle on tunnusomaista kohtuullinen tehon tarve sekä mahdollisimman pienet jätteen sijoitusongelmat, koska muodostuu mahdollisimman vähän jäteainetta.

Tämä keksintö perustuu huomioon, että kun kuidutetaan mekaanisesti lignoselluloosaa höyryatmosfäärissä, kuten Asplundin kuiduttimessa, selluloosakuidut eroavat niitä sisältävästä puuaineksesta ja avautuvat sekä kuiduttuvat siten, että ne muuttuvat erikoisen alttiiksi verraten lievän kuidutusaineen kuidutusvaikutukselle suhteellisen lievissä kuidutusolosuhteissa. Tämä johtaa 85 %:n tai suurempaan massasaantoon, joka massa on hyvin sopiva käytettäväksi esimerkiksi 3 63447 hydratoitujen selluloosageelien valmistukseen.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että a) lignoselluloosa kuidutetaan mekaanisesti lignoselluloosa-kappaleita mekaanisesti hiomalla höyryatmos£äärissä paineissa noin 10 - 12 kg/cm ja kyllästetyn höyryn vastaavissa lämpötiloissa ajan, joka on riittävä pienentämään lignoselluloosan kuitumaiseksi tuotteeksi, jolla on Clarkin luokituksen mukaan kuitukoko alle 10 % plus 12 meshiä, b) sekoitetaan kuitumaisen tuotteen kanssa 1-20 paino-% kuivien kuitujen painosta laskettuna kalkkia, c) vesipitoisen lignoselluloosamassan ja kalkin seoksen sakeus säädetään sakeuteen 10 - 25 % ja d) kuituja keitetään kalkin läsnäollessa lopulliseen pH-arvoon 6-8 höyryn paineissa noin 5-9 kg/cm ja kyllästetyn höyryn vastaavissa lämpötiloissa 30 - 90 minuuttia näihin lämpötiloihin ja 5 - 60 minuuttia näissä lämpötiloissa, ja e) saadut keitetyt kuidut käsitellään mekaanisesti vesipitoisessa väliaineessa kunnes se on muuttunut hydratoiduksi selluloosa-geeliksi .

Keiton päättymisen jälkeen massa on valmis käytettäväksi valittuihin tarkoituksiin ilman pesua.

Edellä esitettyä tarkastellaan yksityiskohtaisemmin:

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu hyvin erilaisille lignosellu-loosapitoisille raaka-aineille. Niinpä se soveltuu erilaatuisille puille, erityisesti männylle, kuuselle, jalokuuselle, hemlokille, erilaisille lehtipuille ja eukalyptukselle. Se on myös käytettävissä sellaisille kasvijätetuotteilie, kuten korsille, oljenkorsille ja bagassille. Lukuunottamatta douglaskuusta ja muita paksu- 4 63447 kuorisia puita, puuraaka-ainesta ei tarvitse ensin kuoria.

Kuoren kohtuulliset määrät eivät haittaa menetelmää. Kuitenkin aines pitäisi pienentää lastuiksi, joiden koko on sopiva siihen tarkoitetussa laitteessa käsittelyä varten.

Keksinnön mukaisen mentelmän ensimmäisessä vaiheessa ligno-selluloosa kuidutetaan mekaanisesti höyryatmosfäärissä.

Keksinnön mukainen mekaaninen kuidutusmenetelmä käsittää hiomis- eli hiertotoiminnan, jossa lignoselluloosa hiotaan levyjen välissä niin, että selluloosakuidut eroavat ligniini-sideaineesta, johon ne ovat sitoutuneet, avataan ja fibril-loidaan kuidut, niin että ne ovat herkkiä myöhemmälle kemialliselle käsittelylle.

Lignoseluloosan kuidutus voidaan sopivasti toteuttaa tunnetulla Asplundin-kuidutinlaitteella, jossa puulastuja hierretään levyjen välissä paineen alaisena säädettävässä höyry-ympäristössä.

Lignoselluloosan mekaaninen hiominen suoritetaan edullisesti kahdessa vaiheessa, jolloin lignoselluloosa kuidutetaan ensimmäisessä vaiheessa Clarkin luokituksen mukaiseen kuitukokoon alle 20 % plus 12 meshiä ja toisessa vaiheessa Clarkin luokituksen mukaan kuitukokoon, joka on alle 10 % plus 12 meshiä. Ensimmäisessä vaiheessa kiinteä lignoselluloosa muutetaan kuitu-tuotteeksi, jonka kiinteäainepitoisuus on noin 40 paino-% ja vesipitoisuus noin 60 paino-%. Vesi johdetaan pois lignoselluloosan luontaisesta vesisisällöstä samoin kuin höyryn konden-saatiosta, jota höyryä käytetään käsittelyaineena kuiduttimessa. Kuivien lastujen tapauksessa jokin määrä vettä lisätään kuidut-timeen.

Toisessa vaiheessa, joka suoritetaan edullisesti ilmakehän paineessa ja lämpötilassa Asplundin raffinöörissä. Raffinööri toimii ilmakehän paineessa, mutta riittävä määrä vettä johdetaan sisään, mistä on tuloksena vesipitoisen massan muodostuminen, joka sisältää esimerkiksi 20 paino-% kiinteitä aineita laskettuna kuivista kuiduista ja 80 % vettä.

5 63447

Edellä selitetyn menetelmän toisessa päävaiheessa raffinööreistä saadut lignoselluloosakuidut käsitellään kalkilla säädettävissä ja verraten lievissä keitto-olosuhteissa, jotka ennalta on määrätty muuttamaan kuidut massaksi, jolla on halutut geelin valmistus-ominaisuudet, lignoselluloosan ylimäärin liukenematta, mikä takaa massatuotteen valmistuksen korkeilla saannoilla.

Sitten kuidut siirretään paperin valmistuksessa käytettyyn sopivan tyyppiseen keittokattilaan. Pallotyyppinen keittokattila on edullisin, koska tällaisessa keittokattilassa voidaan estää kuidu-tuskemikaalien epätasainen jakautuminen.

Ennen keittokattilan kuiduilla täyttämistä tai sen jälkeen kuituihin lisätään vettä niiden sakeuden säätämiseksi tasolle 10-25%. Sopivin sakeus on noin 18%.

Vaikka kalkkia voidaan lisätä kuituihin keittokattilassa, niin tästä voi olla seurauksena kuitujen liittyminen yhteen palloiksi tai huovaksi. Tämä ei ole toivottavaa, koska se on haitallista keittomenetelmän kannalta ja tekee erityisesti vaikeaksi massan tasaisen keiton.

Niinpä pidetään parempana lisätä kalkki kuidutuslaitteeseen sen toiminnan loppuvaiheissa, ts. raffinööriin. Se lisätään kalkki-maitona, ts. sammuttamattoman kalkin vesiliuoksena tai -suspensiona. Sen jälkeen raffinööri hajottaa kalkin kauttaaltaan massaan ja sekoittaa sen siten, että se on tasaisesti jaettu massan muodostamien kuitujen huopautumatta.

Kalkkia käytetään määrässä, joka laajasti sanoen tulee aikaansaamaan massan lignoselluloosasisällön halutun kuidutusasteen. Tarkemmin määriteltynä kalkkia sekoitetaan massan kanssa määrässä 1-20 paino-%, sopivimmin 5-15 paino-% kuivasta kiinteästä aineesta.

Koska eukalyptuspuun luontainen pH on noin 4 ja koska muunlajiset puut ovat myöskin luonteeltaan happamia, kalkilla on neutraloiva vaikutus puun happoihin ja se aikaansaa halutun emäksisyyden keittokattilassa. Tätä tarkoitusta varten on tärkeää aikaansaada tällainen pH keittopanoksen halutun kuidutuksen saavuttamiseksi.

Jos lopullinen pH keiton jälkeen on alempi kuin noin pH 6, keitto-panos kohtuullisessa toimintaolosuhteissa tulee ainoastaan osittain keitetyksi. Niinpä lopullisen pH:n pitäisi*olla 6-8.

6

Sopivin lopullinen pH-arvo on 7.5. 6 3 4 4 V

Keittopanosta keitetään siksi, kunnes massaan on kehittynyt sen halutut ominaisuudet. Tavallisesti massaa keitetään höyryn pai- 2 neessa noin 5-9 kg/cm ja kyllästetyn höyryn vastaavissa lämpötiloissa siksi, kunnes haluttu lopullinen pH on saavutettu, esimerkiksi pH ei alle 6, sopivimmin pH noin 7.5. Keittoajat ovat 30-90 minuuttia mainittuun lämpötilaan ja 5-60 minuuttia tässä lämpötilassa. Tyypillisessä tapauksessa, käyttäen eukalyptus-massalietettä sakeudessa 18%, panosta keitetään höyryn paineessa noin 7 kg/cm^ ja lämpötilassa 164°C keittoajan ollessa yksi tunti tähän lämpötilaan ja 15-40 minuuttia tässä lämpötilassa.

Keiton päättyessä keittoastiaa puhalletaan ja panos siirretään tavalliseen kuiduttimeen. Sitä pidetään kuiduttimessa riittävän pitkä aika kuitupaakkujen hajottamiseksi ja yksityisten kiitujen avaamiseksi sekä erottamiseksi ja näin tasaisen massan aikaansaamiseksi .

Sen jälkeen tarvittaessa massa pestään ja ilmakuivataan haluttaessa vaiatoimista ja kuljetusta varten. Kuten edellä olevasta huomataan, tämän keksinnön peruspiirteenä on se , että massan ei tarvitse olla kuivattu, millä vältetään jäteaineen sijoitusongelma. Useimmissa tapauksissa myöskin pesuvaihe voidaan jättää pois.

Menetelmän mukaan valmistettu lopputuote on tasaista selluloosa-massaa, joka on valmistettu saannoilla suuruusluokkaa 85%. Sitä voidaan käyttää välittömästi erilaisiin lopputarkoituksiin, kuten esimerkiksi hydratoidun selluloosageelituotteen valmistukseen.

Esimerkit

Keksinnön mukaista menetelmää havainnollistavat seuraavat esimerkit:

Esimerkki 1 Tämä esimerkki havainnollistaa tyypillistä menetelmää keksinnön mukaisen prosessin toteuttamiseksi.

1000 kg eukalyptuspuun lastuja, joiden pH oli 4.2, syötettiin 63447 7 2

Asplundin kuiduttimeen, joka toimi höyryn paineessa noin 11 kg/cm ja lämpötilassa 183°C. Lastut kuidutettiin Clarkin luokituksen mukaan kuitukokoon alle 20% plus 12 meshiä, jolloin tulokseksi saatiin kuitumuodostuma, joka sisälsi 40% kiinteää ainetta ja 60% vettä.

Nämä kuidut syötettiin Asplundin raffinööriin, joka toimi ilmakehän paineessa ja lämpötilassa 60°C. Kalkkimaitosuspensio, joka sisälsi 10% kiinteää kalkkia lisätyn vesimäärän kanssa, johdettiin raffinööriin suhteessa 10% kalkkikiinteäainetta yksikköä kohti massan sisältämien puukuitujen kuivapainoa. Raffinööristä poistettujen kuitujen koko oli 10% plus 12 meshiä. Kuidut poistettiin raffinööristä massalietteenä, joka sisälsi 20% kuituja ja 80% vettä, jolloin ylimääräistä vettä oli johdettu kalkkimaidon mukana.

Raffinööristä poistetun massan ja kalkin saatu seos syötettiin sellaiseen pallotyyppiseen keittokattilaan, jota käytetään puun keittoon kemikaalien kanssa.

Keittokattilassa massan sakeus säädettiin arvoon 18%. Se saatet- 2 tiin höyryn keittovaikutuksen alaiseksi paineessa noin 7 kg/cm ja lämpötilassa 164°C käyttäen keittoaikaa yksi tunti mainittuun lämpötilaan ja 15 minuuttia tässä lämpötilassa, minä aikana pH aleni arvoon 7.5.

Keittojakson päättyessä keittokattilaa puhallettiin ja tuote hydra-kuidutettiin. Lopullisen tuotteen saanto oli 85% selluloosamassaa, joka oli käyttökelpoista ilman lisäkäsittelyä sen erilaisiin loppukäyttöihin, joihin kuuluu sen muuttaminen hydratoiduiksi sellu-loosageelituotteiksi jauhamalla vest>itaisessa väliaineessa.

Claims (7)

8 Patenttivaatimukset ^ 3 4 ^ *7

1. Menetelmä korkeasaantoisen, kustannuksiltaan huokean selluloosa-massan valmistamiseksi, tunne ttu siitä, että a) lignoselluloosaa kuidutetaan mekaanisesti lignoselluloosakappaleita mekaaanisesti hiomalla höyryatmosfäärissä paineissa noin 10 - 12 2 kg/cm ja kyllästetyn höyryn vastaavissa^lämpötiloissa ajan, joka on riittävä pienentämään lignoselluloosan kuitumaiseksi tuotteeksi, jolla on Clarkin luokituksen mukaan kuitukoko alle 10 % plus 12 meshiä, b) sekoitetaan kuitumaisen tuotteen kanssa 1-20 paino-% kuivien kuitujen painosta laskettuna kalkkia, c) vesipitoisen lignoselluloosamassan ja kalkin seoksen sakeus säädetään sakeuteen 10 - 25 % ja d) kuituja keitetään kalkin läsnäollessa lopulliseen pH-arvoon 2 6-8 höyryn paineissa noin 5-9 kg/cm ja kyllästetyn höyryn vastaavissa lämpötiloissa 30 - 90 minuuttia näihin lämpötiloihin ja 5-60 minuuttia näissä lämpötiloissa, ja e) saadut keitetyt kuidut käsitellään mekaanisesti vesipitoisessa väliaineessa kunnes se on muuttunut hydratoiduksi selluloosageeliksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloosa kuidutetaan ensimmäisessä vaiheessa Clarkin luokituksen mukaiseen kuitukokoon alle 20 % plus 12 meshiä ja toisessa vaiheessa Clarkin luokituksen mukaan kuitukokoon, joka on alle 10 % plus 12 meshiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut sekoitetaan 5-15 paino-% kalkin kanssa laskettuna kuivista kuiduista.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keitettyjä kuituja hydrakuidutetaan riittävän pitkän ajan kuitupaakkujen hajottamiseksi ja massan komponenttikuitujen avaamiseksi ja erottamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloosa on puuta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalkkia lisätään kalkkimaidon muodossa. 9 63447

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että kalkki sekoitetaan kuitutuotteen kanssa kuidutusvaheen loppuvaiheessa. 10 63447