FI68432C

FI68432C - Foerfarande foer framstaellning av raffinerad traemassa.

Info

Publication number: FI68432C
Application number: FI834576A
Authority: FI
Inventors: Pekka Rahkila
Original assignee: Yhtyneet Paperitehtaat Oy
Priority date: 1983-12-13
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1987-01-19
Also published as: CA1230709A; FR2556376B1; SU1524815A3; FI68432B; FI834576A0; FR2556376A1

Description

68432

MENETELMÄ HIERRETYN PUUMASSAN VALMISTAMISEKSI - FÖRFARANDE FÖR FRAMSTÄLLNING AV RAFFINERAD TRÄMASSA

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä hierretyn puumassan valmistamiseksi hakkeesta, jossa menetelmässä käytetään havupuuhaketta ja lehtipuuhaketta siten, että saatavassa hierretyssä massassa on sekaisin sekä havupuusta että lehtipuusta peräisin olevaa ainesta, ja jossa menetelmässä lehtipuuhaketta esikäsite1lään ennen hiertovaihetta imeyttämällä siihen emäksistä liuosta.

Ennestään tunnettua on, että pieniä määriä lehtipuuta voidaan lisätä havupuun joukkoon valmistettaessa puumassaa mekaanisesti kuumahierremenetelmällä. Lehtipuulisäyksellä on positiivinen vaikutus hierteen optisiin ominaisuuksiin, mutta lehtipuun käyttöä on kuitenkin rajoittanut se, että lehtipuun määrän kasvaessa hierteen lujuusominaisuudet huononevat nopeasti.

Edelleen on tunnettua, että käytettäessä lehtipuuta massan valmistukseen lehtipuuhake imeytetään kemikaaleilla ennen hiertämistä. Riittävän tasaisen imeytystuloksen saavuttamisen edellytyksenä on ollut se, että käsittely on ollut tarpeeksi voimakas. Kemikaalikäsittelyssä on vaikuttavana tekijänä emäs, kuten NaOH, joka reagoi puun hiilihydraattien kanssa turvottaen ja pehmentäen puun rakennetta. Samalla emäs kuitenkin tummentaa puuainesta ja alentaa saatavan hierretyn massan hienoainepitoisuutta ja valon-sirontakerrointa. Puun tummumisen estämiseksi on kemikaalikä-sittelyssä käytetty myös sulfiittia, esim. Na^O^. Sulfiitti edelleen alentaa hienoaineen määrää ja massan valonsirontaker-rointa, joka määrää massasta valmistetun paperin opasiteetin.

Käytettäessä painopaperin valmistukseen massaa, jossa on havupuun ohella yllä esitetyn mukaisesti käsiteltyä lehtipuuta, muodostuvat kriittisiksi tekijöiksi toisaalta paperin pölyävyys ja toisaalta paperin opasiteetti. Nämä kriittiset tekijät rajoittavat lehtipuun määrän massassa 10-15 %:iin.

Tämän keksinnön tarkoituksena on muodostaa ratkaisu, joka mahdollistaa lehtipuun osuuden kasvattamisen painopaperin valmistukseen tarkoitetussa hierretyssä puumassassa olennaisesti entistä kor- 2 68432 keammaksi. Tunnusomaista keksinnölle on se, että lehtipuuhakkeen esikäsittelyssä käytetään alkalihydroksidiliuosta, jonka pitoisuus on alueella 0,1-0,5 M, että esikäsitelty lehtipuuhake sekoitetaan havupuuhakkeeseen ja että saatu hakeseos sen jälkeen hierretään massaksi .

Keksinnössä on oleellista se, että 0,1-0,5 M aikaiihydroksidi-liuoksella suoritettava lehtipuuhakkeen esikäsittely on erittäin lievä verrattuna siihen, miten lehtipuuta on tähän asti käsitelty. Tällaisen lievän esikäsittelyn mahdollistaa se, että esikäsitelty lehtipuuhake keksinnön mukaan hierretään massaksi havupuu-hakkeeseen sekoitettuna. Lievästi käsitellyt lehtipuukuidut ovat viskoelastisilta ominaisuuksiltaan lähellä havupuukuituja, jolloin edellytykset lehtipuun ja havupuun sekoittamiselle ja samanaikaiselle hiertämiselle ovat olemassa ja lehtipuun osuutta seoksessa voidaan nostaa jopa 70 %:iin saakka. Sopivimmin lehtipuun osuus hierrettävästä seoksesta on suuruusluokkaa 30-60 %.

Ennestään tunnetuissa lehtipuuhaketta käyttävissä menetelmissä on voimakkaasti esikäsitelty lehtipuu hierretty erikseen massaksi ja vasta sen jälkeen sekoitettu havupuusta saatuun massaan. Keksinnön mukaisen lievän esikäsittelyn yhteydessä lehtipuun hiertäminen erillisenä tuottaisi vaikeuksia, mikä johtuu alkali-hydroksidin epätasaisesta imeytymisestä. Mitään vaikeuksia ei kuitenkaan esiinny, kun lievästi esikäsitelty lehtipuu hierretään keksinnön mukaisesti yhdessä havupuun kanssa, sillä tällöin mitoiltaan suuremmat ja joustavammat havupuukuidut pitävät jauhi-men teräraon vakaana ja tasaavat lehtipuukuituihin kohdistuvia jännityshuippuja. Koko seos saa siten tasaisen hiertokäsittelyn.

Keksinnön mukaisen lievän alkalisen esikäsittelyn erityisenä etuna on se, että lehtipuukuitujen hyvät optiset ominaisuudet säilyvät ja kuitujen sitoutuvuus paranee. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan siten valmistaa korkealla lehtipuuosuudella massaa, joka sitoutumiskyvyltään ja opasiteetiltaan täyttää offset-painopaperin asettamat vaatimukset.

68432

Keksinnön mukaisessa menetelmässä liukeneva orgaanisen aineen määrä on niin alhainen, ettei massaa tarvitse pestä. Tämä alentaa huomattavasti laitoksen investointikustannuksia. Lisäksi esikäsittelyyn tarvittavat kemikaali- ja höyrymäärät ovat entistä pienemmät, mikä alentaa prosessin käyttökustannuksia. Keksinnöllä on kaiken kaikkiaan aikaansaatu yksinkertainen ja joustava prosessi, jossa lehtipuun ja havupuun määrien keskinäistä suhdetta voidaan vaihdella laajoissa rajoissa ja jossa investointikustannukset jäävät pienemmiksi kuin vastaavissa tunnetuissa menetelmissä .

Lehtipuuhakkeen esikäsittelyssä käytettävä alkalihydroksidiliuos voi olla esimerkiksi natriumhydroksidi1iuosta, jossa on 5-20 g NaOH/1. Natriumhydroksidikonsentraation ollessa alhainen ei sul-fiitti1isäystä välttämättä tarvita. Kuitenkin esikäsittelyssä voi myös tulla kysymykseen liuos, jossa on esim. 5-50 g Na^SOg/l.

Alkalin imeytymisen tehostamiseksi käsitellään haketta ennen imeytystä vesihöyryllä. Imeytykseen käytettävä alkaliliuos on kylmää. Imeytyneen alkalin ja puun välisten reaktioidon tehostamiseksi käsitellään myös imeytettyä haketta kuumalla vesihöyryllä. Höyrytys seuraa heti imeytysvaiheen jälkeen, ja keksinnön mukaan se voi tapahtua normaalipaineessa lämpötila-alueella 60-100°C. Kuitenkin on mahdollista, että höyrytyslämpötila on korkeampikin, esim. 100-130°C, ja että höyrytyksessä käytetään lievää ylipainetta.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää kaavion muodossa erästä keksinnön mukaista hierretyn puumassan valmistusprosessia ja

Kuviot 2-5 esittävät hierrettyjen puumassojen eräitä fysikaalisia ominaisuuksia eri CSF-arvoilla eräissä esimerkkitapauksissa .

68432

Kuvion 1 mukaisen hierretyn puumassan valmistusprosessin lähtöaineina ovat lehtipuu- ja havupuuhakkeet (haapaa ja kuusta), jotka ovat varastoituina siiloihin 1 ja 2. Lehtipuuhaketta johdetaan siilosta 1 pesuvaiheeseen 3, josta hake siirtyy edelleen esikäsittelyyn. Esikäsittelyssä hake esihöyrytetään (vaihe 4) ja hakkeeseen imeytetään huoneenlämpötilassa laimeaa natriumhydrok-sidiliuosta, jossa on sopivimmin noin 10 g NaOH/1 (vaihe 5). Imeytys voi tapahtua esim. johtamalla hake kuljettimen avulla natriumhydroksidiliuosta sisältävän säiliön läpi siten, että hakkeen viipymäaika säiliössä on noin 5 min. Natriumhydroksidikä-sittelyn jälkeen hake siirtyy erilliseen höyrytystilaan (vaihe 6), jossa vallitsee sopivimmin noin 90°C:n lämpötila ja normaali ilmakehän paine. Höyrytyksessä tarvittava höyry saadaan jauhatus-prosessista. Höyrytyksen jälkeen esikäsitelty lehtipuuhake johdetaan yhdessä pesuvaiheen 7 kautta kulkeneen havupuuhakkeen kanssa sekoitussäiliöön 8, jossa hakkeet sekoitetaan keskenään esim. suhteessa 1:1.

Sekoitusvaihetta seuraa hakeseoksen hiertäminen kuumahierremene-telmällä massaksi, mikä edustaa sinänsä ennestään tunnettua tekniikkaa. Hakeseos siirtyy sekoitussäiliöstä 8 kahteen peräkkäiseen hiertovaiheeseen 9, jossa se hierretään levyjauhinten avulla massaksi 10. Valmis massa on käytettävissä esim. offset-painopaperin valmistuksen lähtöaineena.

Kuvioissa 2-5 on esitetty eräitä hierrettyjen puumassojen fysikaalisia ominaisuuksia eri CSF-arvoilla (Canadian Standard Freeness). Kuvioissa 2 ja 3 on kysymys veto- ja repäisyindekseis-tä, jotka kuvaavat massan lujuusominaisuuksia, kuviossa 4 on kysymys massan valonsirontakertoimesta, joka kuvaa massan optisia ominaisuuksia, ja kuviossa 5 on kysymys pitkien kuitujen osuudesta massassa, joka kuvaa massan sitoutumiskykyä. Kussakin kuviossa esitetyt neljä käyrää edustavat neljää erilaista massaa, jotka ovat seuraavan taulukon mukaiset.

5 68432 I NaOH Kuusi Haapa Koivu 1 (g/1) (¾) (X) (X) _____i_________1__________1_______________________________ 0 I 0 50 50 X * 5 50 50 □ I 10 60 20 20 O 1 10 50 50

Taulukon ensimmäinen pystysarake kuvaa massan valmistukseen käytetyn lehtipuuhakkeen esikäsittelyä esittäen hakkeen imeytyk-sessä käytetyn liuoksen NaOH-pitoisuutta. Taulukon ylin vaakari-vi, jossa NaOH-pitoisuudeksi on merkitty 0, edustaa massaa, jonka valmistuksessa esikäsittelyä alkalilla ei suoritettu ja joka siten ei ole keksinnön mukainen. Muut kolme massaa sitä vastoin ovat kaikki keksinnön mukaisesti valmistettuja. Kuvioita tarkasteltaessa voidaan todeta, että keksinnön mukaisesti valmistetuilla massoilla kaikki ominaisuudet ovat vähintään tyydyttävää tasoa. Massalla, jonka valmistuksessa esikäsittelyä alkalilla ei suoritettu, on suurempi valonsirontakerroin kuin keksinnön mukaisesti valmistetuilla massoilla, mutta sen sijaan sitoutumis-kyvyltään ja lujuusominaisuuksiltaan se jää mainittuja massoja heikommaksi.

Seuraavassa esitetään vielä taulukko, jossa on vertailtu havupuu-hakkeesta ja keksinnön mukaisesti esikäsitellystä lehtipuuhak-keesta erillishierrolla ja keksinnön mukaisella seoshierrolla aikaansaatujen massojen ominaisuuksia.

6 68432

Seosmassat CSF Tiheys Vetoindeksi Repäisyindeksi Puhkaisuind.

(ml) (kg/m3) (Nm/g) (mNrn /g) (kParn /g)

Haapa/Kuusi 50/50

Seoshierto 73 467 45.1 8.7 2.53

Erillishierto 123+75 450 36.4 6.8 2.12 " 123+128 434 36.2 7.8 2.05

Haapa/Kuusi 70/30

Seoshierto 88 414 34.9 7.0 1.89

Erillishierto 123+75 453 34.8 6.8 1.96

Seoshierto 125 399 31.9 « 7.1 1.78

Erillishierto 123+128 414 33.1 6.4 1.77 Lähtömassat

Haapa CTMP 123 452 35.0 4.3 1.64

Kuusi TMP 128 395 38.9 10.1 2.43 75 445 43.2 10.2 2.65

Taulukosta nähdään, että 70 %:n lehtipuuosuudella saavutetaan seos- ja erillishierrolla massan laadun kannalta olennaisesti sama tulos. Sitä vastoin kun lehtipuun osuus on 50 %, saavutetaan seoshierrolla oleellisesti paremmat massan prosessoitavuus- ja lujuusominaisuudet kuin erillishierrolla.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellu-tusmuodot eivät rajoitu edellä esimerkkinä esitettyyn vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

7 68432

1. Menetelmä hierretyn puumassan valmistamiseksi hakkeesta, jossa menetelmässä käytetään havupuuhaketta ja lehtipuuhaketta siten, että saatavassa hierretyssä massassa on sekaisin sekä havupuusta että lehtipuusta peräisin olevaa ainesta, ja jossa menetelmässä lehtipuuhaketta esikäsite1lään ennen hiertovaihetta imeyttämällä siihen emäksistä liuosta, tunnettu siitä, että lehtipuuhakkeen esikäsittelyssä käytetään alkalihydroksidi-liuosta, jonka pitoisuus on alueella 0,1-0,5 M, että esikäsitelty lehtipuuhake sekoitetaan havupuuhakkeeseen ja että saatu hakeseos sen jälkeen hierretään massaksi.

2. Patentivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittelyssä käytetään natriumhydroksidi1iuosta, jossa on 5-20 g NaOH/1.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittelyssä käytetään liuosta, jossa on 5-20 g NaOH/1 ja 5-50 g Na2S03/l.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lehtipuuhaketta höyrytetään esikäsittelyn yhteydessä normaalipaineessa lämpötilassa 60-100°C.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lehtipuuhaketta ja havupuuhaketta sekoitetaan toisiinsa siten, etä lehtipuuhakkeen osuus seoksesta on korkeintaan 70 %, sopivimmin alueella 30-60 %.