FI68435C - Lignocellulosamaterial med foerbaettrad styrka avvattningsfoermaoga och malbarhet samt saett att framstaella detta - Google Patents

Description

ίΤ^^Π ΓΒ1 ηΛλ KUULUTUSJULKAISU 68435 LJ utlAggningsskr,ft C .... Patentti nyCnnc tt;/ 10 C9 19Q5 (45) Patent cc-cdeiat D 21 H 3/00, C 08 H 5/04 (51) Kv.lk.4/lnt.Cl.* // D 21 C 9/00, D 21 H 3/08, 3/12, 3/66 £UQ|y||__p||^|_^|^|Q (21) Patenttihakemus — Patentansökning 802653 (22) Hakemispäivä — Ans&kningcdag 22 08 80 m (23) Alkupäivä — Glltighetsdag 22.08.80 (41) Tullut julkiseksi — Blivit often tl ig 24 02 8]

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkalsun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publlcerad 31 .05.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 23.08.79 Ruotsi-Sverige(SE) 7907034-8 (71) A]by K1orat AB, S-744 00 Avesta, Södra Skogsägarna AB, Skogsudden, S-351 89 Växjö, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Carl-Johan Alfthan, Mörrum, Mats-Olov Hedblom, Avesta,

Zoja Lindh-Nömm, Strömsnäsbruk, Christer Söremark, Strömsnäsbruk, Elisabeth Söremark, Strömsnäsbruk, Björn Samuelsson, Avesta,

Ruots i-Sverige(SE) (74) Forssän S Salomaa Oy (54) Lignosel1uloosamateriaaii , jossa on entistä parempi lujuus, kuivatus-kelpoisuus ja jauhettavuus, sekä menetelmä tämän materiaalin valmistamiseksi - Lignocellulosamaterial med förbättrad styrka, avvattnings-förmaga och malbarhet samt sätt att framställa detta

Keksinnön kohteena on lignoselluloosamateriaali, jossa on entistä parempi lujuus, kuivatuskelpoisuus ja jauhettavuus, sekä menetelmä tämän ligno-selluloosamateriaalin valmistamiseksi.

Valmistettaessa lignoselluloosaan perustuvia arkkirakenteita kuitujen ja veden suspensioista käsitellään kuidut ensin mekaanisesti märkinä.

Tämä toiminta, jauhatustoiminta, on eräs paperitekniikan tärkeimmistä yksit-täistoiminnoista. Eri tavoin tapahtuvan jauhatuksen avulla voidaan saada aikaan erilaisia laatuominaisuuksia arkissa ja on mahdollista muuttaa erilaisten kuituraaka-aineiden käyttökelpoisuutta.

2 68435

Erilaisten tuoteominaisuuksien saavuttamiseksi tarvittavat mekaaniset käsittelyperiaatteet ovat kuitenkin hyvin epäselviä ja ennen kaikkea jauhatus-prosessin perusmekanismit ovat tuntemattomia, minkä johdosta jauhatuksen voidaan sanoa tapahtuvan enemmän tai vähemmän vanhan tradition mukaan.

Kuitumateriaalissa on yhtenäinen morfologinen rakenne ja ne muutokset, jotka tapahtuvat jauhatusalueella, ovat heterogeenisia, mikä vaikuttaa näiden tarkempaa selittämistä. Tavallisesti on tapana jakaa jauhatuksen vaikutus seuraavasti: - kuitujen pitkittäskatkaisu - hienomateriaalituotanto - delaminointi - ulkoinen fibrilloituminen - paisuminen - dislokaatio - lasku polymerointiasteessa Nämä jauhatuksen vaikutukset aiheuttavat märässä tilassa sen, että kuitujen vetolujuus lisääntyy kun taas kimmomoduuli vähenee. Jauhetuissa kuivatuissa kuiduissa on korkeammat arvot sekä vetolujuudelle että kimmomoduulil-le kuin jauhamattomissa kuiduissa.

Paperin ominaisuudet muuttuvat voimakkaimmin jauhatuksen alkuvaiheessa. Tavallisesti tiheys, murtovenymä ja kaikki lujuusominaisuudet lisääntyvät lukuunottamatta repäisylujuutta, kun taas läpikuultamattomuus, ilman läpäisevyys ja mittojen hygrostabiilisuus laskevat.

Syyn ja vaikutuksen analyysiä jauhatuksen vaikutuksesta valmiiseen arkkiin vaikeuttaa se puuttuva tieto, miten paperin ominaisuudet saavat alkunsa. Yleisesti voidaan sanoa, että muodostetulla hienomateriaalilla ja kuitujen pehmentämiselä (joka käsittää lisääntyneen paisumisen) on suuri merkitys.

Selluloosakuitujen paisumista voidaan tarkastella geelien fysikaalisesta kemiasta saadun näkökannan avulla. Tästä käy ilmi, miten erilaiset parametrit, kuten pH-arvo, lämpötila, suolapitoisuus jne. vaikuttavat kuitujen paisumistilaan samoin kuin hienokuitujaoksen paisumistasoon.

3 68435

Tavanomainen tapa lisätä jauhatustoiminnan tehokkuutta on muuttaa jauhatus-elimen rakennetta ja selluloosamateriaalin konsentraatiota jauhatuslaittees-sa. Edelleen on kokeiltu lämpötilan ja pH-arvon muutoksia sekä erilaisten kemikaalien lisäämistä halutun tehokkuuden kasvun aikaansaamiseksi jauhatuksessa paperinvalmistusprosessin yhteydessä.

Mitään yksiselitteisiä tuloksia jauhatuselinten mekaanisesta muutokseta ei ole voitu kuitenkaan saada aikaan. Voidaan kuitenkin havaita kehitystä parempiin lujuusominaisuuksiin jauhetuissa kuituselluloosamateriaaleissa nyt käytetyissä jauhatusvarusteissa tapahtuvan käsittelyn jälkeen. Kemiallisten edellytysten muutoksen suhteen jauhatustoiminnassa ei ole myöskään havaittu mitään suurempia vaikutuksia verrattuna siihen, mitä saada aikaan tavanomaisessa paperinvalmistuksessa .

Keksinnön tehtävänä on siten saada aikaan lignoselluloosamateriaali, jossa on entistä parempi lujuus, kuivatuskelpoisuus ja jauhettavuus, mikä lignoselluloosamateriaali on tunnettu siitä, että se sisältää materiaalissa oleviin hydroksyyliryhmiin kemiallisesti sidottuja ionisoituja tai ionisoitavissa olevia ryhmiä.

Edelleen keksinnön tehtävänä on saada aikaan menetelmä lignoselluloosamate-riaalin valmistamiseksi, jossa on entistä parempi lujuus, kuivatuskelpoisuus ja jauhettavuus, mikä menetelmä on tunnettu siitä, että lignoselluloosamateriaa-lissa olevat hydroksyyliryhmät saatetaan reagoimaan di- tai polyfunktionaalis-ten johdannaisten kanssa muodostaen ionisoituja tai ionisoitavissa olevia ryhmiä.

Keksinnön perusajatus on, että johdetaan ionisoituja tai ionisoitavissa olevia ryhmiä selluloosan geelirakenteeseen, ennen kuin selluloosamassa on läpikäynyt ensimmäisen kuivatusjaksonsa ennen sen saattamista paperinvalmistus-prosessiin.

Voidaan hyvin perustein olettaa, että jauhatustoiminnan aikana katoavat selluloosan geelirakenteessa jo paisuneet alueet mekaanisen vaikutuksen ansiosta. Syynä tähän on se, että mainitut alueet puristuvat kokoon niin kovin mekaanisen käsittelyn aikana, että selluloosaketjut lähestyvät toisiaan, minkä johdosta näiden välille voi muodostua vetysidoksia. Tämä vaikutus eh- 68435 käisee määrätyssä määrin sitä paisumisvaikutusta, mihin tähdätään jauhatus-käsittelyn avulla. Tämä ilmiö, nk. "palautumattomien" vetysidosten muodostus esiintyy myös silloin, kun massa läpikäy kuivatusjakson. Tulos johtaa mm. siihen, että tarvitaan suurempi mekaaninen käsittely, jotta saataisiin aikaan vastaava lujuus kuin kuivaamattomassa massassa (nk. pumppumassassa).

Sen ansiosta, että massanvalmistuksessa johdetaan ionisoituja tai ionisoitavissa olevia ryhmiä selluloosaan, tulee vetysidosten muodostumisen todennäköisyys vähenemään siten, että ionisoidut tai ionisoitavissa olevat ryhmät häiritsevät tätä muodostusta.

Ionisoidut tai ionisoitavissa olevat ryhmät johdetaan lignoselluloosamateri-aaliin siten, että tätä käsitellään kemiallisilla yhdisteillä, joissa ligno-selluloosassa olevien käyttökelpoisten hydroksyyliryhmien kanssa tapahtuvan reaktion jälkeen on pysyvästi ionisoituja tai ionisoitavissa olevia ryhmiä sillä pH-alueella, joka on tavallinen paperinvalmistuksessa. Hydrok-syyliryhmillä tarkoitetaan tässä kaikkia alkoholi- tai fenoliryhmien tyyppejä, jotka voivat esiintyä lignoselluloosamateriaalissa.

Esimerkkeinä tällaisista reaktioista ovat lignoselluloosamateriaalin käyttökelpoisten hydroksyyliryhmien osittainen esteröinti orgaanisilla tai epäorgaanisilla hapoilla tai happojen johdannaisilla, jotka sisältävät kaksi tai useampia happoryhmiä, joissa ainakin yksi happoryhmistä on este-röimättömässä muodossa reaktion loputtua. Nämä reaktiot voidaan suorittaa esimerkiksi tunnettujen polysakkaridien sulfatoimisen tai vast, fosfatoinnin menetelmien mukaisesti (ks. Carbohydrate Research 2_1, 219-228 (1972), Die Stärke 23, 73-79 (1971), US-patenttijulkaisut 4 093 798 ja 4 086 419). Reaktiot voivat siten tapahtua sekä vetisessä faasissa että veden puuttuessa kohotetussa lämpötilassa.

Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että voidaan edullisesti käyttää vahvoja epäorgaanisia happoja kuten rikkihapooa, fosforihappoa, polyfosforihappoja tai näiden johdannaisia, kun taas sitä vastoin esimerkiksi suolahappo, jossa on vain yksi esteröitävissä oleva happoryhmä, ei kuulu keksinnön piiriin. Samalla tavoin on orgaanisten karboksyylihappojen suhteen. Monoesteröinti esimerkiksi dikarboksyylihapoilla antaa keksinnölle tarpeelliset ionisoitavissa 5 68435 oleva ryhmät, kun taas monokarboksyylihapot johtavat neutraaleihin johdannaisiin .

Mitä tulee karboksyylihappojohdannaisiin, ovat anhydridit ja etenkin sykliset anhydridit käyttökelpoisia valmistettaessa keksinnön mukaisesti lignosellu-loosamateriaalia. Anhydridiryhmää voidaan tässä yhteydessä pitää dikaboksyy-lihapon reaktiivisena johdannaisena.

Mahdollisia ovat myös reaktiot kemikaalien kanssa, jotka sisältävät kaksi tai useampia erilaisia funktionaalisten ryhmien tyyppejä. Tässä voi toinen funktionaalinen ryhmä reagoida lähinnä lignoselluloosahydroksyyliryhmien kanssa, kun taas toinen tai toiset muodostavat ionisoidut tai ionisoitavissa olevat ryhmät. Näin voi esimerkiksi alkyylihalogeenijohdannainen reagoida korkeassa pH-arvossa hydroksyyliryhmien kanssa eetterimuodostuksen aikana (Williamson'in eetterisynteesi). Tämän synteesimenetelmän avulla voidaan johtaa esim. karboksimetyyliryhmiä lignoselluloosamateriaaliin monokloori-etikkahapon kanssa tapahtuvan reaktion avulla.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ovat sekä vahvojen ja heikkojen epäorgaanisten ja orgaanisten happojen anioniaktiiviset ryhmät että kationi-aktiiviset ryhmät tehokkaita.

Niitä kemiallisia yhdisteitä, joita voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä, voidaan kuvata di- tai polyfunktionaalisina johdannaisina, joissa ainakin yksi funktionaalinen ryhmä voi reagoida lignoselluloosamateri-aalissa olevien hydroksyyliryhmien kanssa ja toinen tai toiset voidaan ionisoida paperinvalmistuksessa tavallisesti käytetyllä pH-alueella.

Esimerkkeinä kemiallisista yhdisteistä, jotka sisältävät funktionaalisia ryhmiä, jotka tunnetulla tavalla voivat erilaisissa kemiallisissa ympäristöissä edesauttaa hydroksyyliryhmien kanssa tapahtuvaa kemiallista reaktiota, mainittakoon: karboksyylihapot, karboksyylihappohaloidit, karboksyylihappo-esterit, karboksyylihappoanhydridit, karbamoyylikloridit. Samoin mainittakoon kemialliset rikkiyhdisteet, jotka sisältävät yhden tai useamman ryhmistä S-X tai SO jossa X = OH, F, Cl, Br tai NH^ ja = alkalimetalli tai NH^, .

Myös voidaan käyttää kemiallisia fosforiyhdisteitä, jotka sisältävät yhden tai useamman ryhmistä P - Y tai PO M2+, jossa Y = OH, Cl tai NH^ ja = Mj.

68435

Edelleen voidaan käyttää rikkidioksidia, fosforipentoksidia, alkyylihalogee-nijohdannaisia, epoksidia sisältäviä yhdisteitä, aldehydejä, ketoneja jne.

Esimerkkeinä funktionaalisista ryhmistä jotka ovat anioniaktiivisia tai ka-tioniaktiivisia paperinvalmistuksessa tavallisesti käytetyllä pH-alueella, mainittakoon: karboksyyliryhmät, ryhmät, joissa on rikki tai fosfori keskus-atomeina ja jotka sisältävät S-OH- tai vast. P-OH-ryhmiä, primäärisiä, sekundäärisiä ja tertiäärisiä amiineja, kvaternääisiä ammoniumjohdannaisia jne.

Siten voidaan epäorgaanisten happojen anioniaktiivisia ryhmiä johtaa materiaaliin antamalla kyllästetyn lignoselluloosamateriaalin reagoida kohotetussa lämpötilassa, rikkihapon, fosforihapon, polyfosforihappojen tai näiden suolojen tai muiden näiden johdannaisten kanssa, jotka johtavat reaktioon lignoselluloosamateriaalin hydroksyyliryhmien kanssa. Mitä tulee määrättyihin yhdisteisiin, etenkin fosforihapon, rikkihapon, sulfamiinihapon, amido-fosforihappojen sekä amidopolyfosforihappojen ammoniumsuolaan, niin voidaan pitää edullisena käyttää apuna osittaisen esteröinnin aikaansaamiseksi emästä, parhaiten ureaa, joka kuumennettaessa luovuttaa ammoniakkia. Vaikka es-teröintireaktiot tapahtuvat usein parhaiten veden puuttuessa, voidaan lignoselluloosamateriaalin fosfori- tai vast, rikkihappoestereitä muodostaa myös vesipitoisessa ympäristössä (ks. US-patenttijulkaisu 4 086 419 sekä ruotsalainen kuulutusjulkaisu 7404080-9).

Orgaanisten happojen anioniaktiiviset ryhmät voidaan johtaa materiaaliin esimerkiksi siten, että annetaan di- tai polykarboksyylihappojen monoesteröityä happaman katalyysin aikana lignoselluloosamateriaalissa olevien hydroksyyliryhmien kanssa. Vastaavia anhydridejä tai happoklorideja voidaan myös käyttää. Erään toisen menetelmän mukaan voi lignoselluloosamateriaali reagoida kohotetussa pH-arvossa haloalkyylihapon, esim. monoklooretikkahapon kanssa karboksimetyyliselluloosan valmistuksen periaatteiden mukaisesti.

Kationiaktiiviset ryhmät voidaan johtaa materiaaliin esim. siten, että annetaan lignoselluloosamateriaalin reagoida epoksidien, kloorihydriinien tai kloorialkyylijohdannaisten kanssa, jotka sisältävät kationiaktiivisia tai sen hetkisellä pH-alueella kationiaktiivisiksi saatettavia ryhmiä, esimerkiksi glysidyylitrimetyyliammoniumkloridia (G-MAC).

68435

Reaktiot tapahtuvat niissä lämpötiloissa, joita tavallisesti käytetään sel-luloosamateriaalin valkaisussa, varastoinnissa ja kuivatuksessa, nimittäin silloin, kun selluloosamateriaali saa lämpötilat, jotka ovat alueella 40...140°C. Korkeampia lämpötiloja tulee välttää, koska vaikutus voi tällaisissa tapauksissa jäädä pois tai ominaisuudet voivat jopa huonontua.

Kuivaamaton lignoselluloosamateriaali sekoitetaan niiden kemikaalien vesi-liuokseen, joita käytetään käsittelyssä. Lämmitys tapahtuu tämän jälkeen esimerkiksi tavanomaisten kuivatusmenetelmien mukaan, kuten käyttämällä sumutus- tai äkkikuivuria. Lämpö voidaan myös lisätä säteilyllä tai konvektiol-la (esim. massan tuuletuskuivatus) tai kuumennettujen pintojen kautta, joille on asetettu mahdollisesti paine (esim. massan sylinterikuivatus). Jos reaktio tapahtuu suspensiossa, esim. massan valkaisu- tai varastointitornissa, lämmitys tapahtuu parhaiten suoran höyryn tai lämpimän veden avulla.

Tarvitaan hyvin pieniä määriä aktiivista ainetta haluttujen vaikutusten aikaansaamiseksi. Vain muutama prosentti laskettuna lignoselluloosamateriaalin painosta on yleensä riittävä ja korkeintaan voidaan käyttää n. 10 %. Kemikaalit lisätään parhaiten vesiliuosten muodossa.

Vaihtoehtoinen tapa lignoselluloosamateriaalin haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi on se, että sekoitetaan tällaiseen käsittelemättömään materiaaliin yksi yllä selitetyllä tavalla käsitelty materiaali sopivissa suhteissa, jolloin koko materiaaliseos saa halutut ominaisuudet.

Seuraavassa on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän suoritusmuotoja suori-tusesimerkkien muodossa.

Esimerkit

Esimerkeissä selvitetyt kokeet on suoritettu SCAN-testimeneteImien mukaisesti, jotka on julkaistu ja joita suositellaan Tanskan, Suomen, Norjan ja Ruotsin massa-, paperi- ja puumassateollisuuden keskuslaboratorioiden toimesta: Seuraavia SCAN-menetelmiä käytettiin esimerkeissä: SCANrC 19 Massan kuivatuskestävyys Schopper-Riegler-menetelmän mukaisesti SCAN:C 24 Massan jauhatus PFI-myllyssä SCAN:C 25 Laboratoriojauhatus Valley-holanterissa 8 68435 SCAN:C 26 Laboratorioarkin valmistus fysikaalista koetta varten SCAN:C 27R Sirontakerroin SCAN:C 28 Laboratorioarkin fysikaalisten ominaisuuksien määritys SCAN:P 24 Puhkaisulujuus SCAN:P 11 Paperin ja pahvin repäisylujuus.

SCAN:P 16 Vetolujuus ja venymä

Esimerkki 1

Ammoniakin ja fosforipentoksidin vedetön reaktiotuote (valmistettu polttamalla perusfosforia kuivalla ilmalla olennaisesti kaasumaisen fosforipentoksidin aikaansaamiseksi, joka välittömästi saatettiin reagoimaan kaasumaisen ammoniakin kanssa, jota oli ylimäärä suhteessa siihen määrään, joka reagoi fosforipentoksidin kanssa, ja erottamalla reaktiotuote valkoisen hienojakoisen tuotteen muodossa) liuotettiin veteen, minkä jälkeen pH saatettiin arvoon 5,5 ammoniumhydroksidilla ja kokonaistilavuus sovitettiin siten, että koko kiinteän substanssin pitoisuus oli 10, 5 tai vast. 0,5 %. Kuivaamattomat, valkaisemattomat havupuusulfaattimassat, joiden alkuperäinen vesipitoisuus oli 70 %, imeytettiin yllämainittujen liuosten ylimäärällä muutaman minuutin ajan, minkä jälkeen ylimääräneste puristettiin pois, kunnes saavutettiin n. 50 %:n kuivapitoisuus.

Huoneen lämmössä tapahtuvan ilmakuivatuksen jälkeen massoja lämpökäsitel-tiin kuivatuskaapissa 120°C:ssa 10 minuuttia. Massojen jauhatus suoritettiin sitten Valley-holanterissa. Vertailuna käytettiin kyllästämätöntä näytettä, joka oli saatu alkuperäisestä valkaisemattomasta havupuusulfaattimassasta, jota muutoin oli käsitelty samalla tavoin kuin yllä on esitetty.

Saatiin seuraavat vertailuarvot näytteen ja vertailunäytteen välillä:

Fvetoindeksi (Nm/g) j I | jjauhatusaika (min) j 0 15 30 j I------------------------------------------------L------------------i jvertailunäyte \ 18 62 91 1 jNäyte, käsitelty 10-prosenttisella kemiaaliliuoksella 23 74 99 ; " " 5-prosenttisella " 22 83 102 I " " 0,5-prosenttisella " 15 66 100 l________________________________________________________________1 9 68435

Kuten nähdään, antavat käsitellyt massat korkeamman vetoindeksin samalla jauhatusenergialla.

Esimerkki 2

Esimerkin 1 menetelmä toistettiin, mutta lämpökäsittely jätettiin kokonaan pois. Tulos: Ei mitään merkittäviä eroja vetoindeksissä käsitellyn näytteen ja vertailunäytteen välillä.

Esimerkki 3

Esimerkin 1 menetelmä toistettiin (koko kiinteän substanssin pitoisuus oli 10 %), mutta lämpökäsittely muutettiin 150°C:ksi ja aika oli 10 minuuttia. Tulos: Käsiteltyjen arkkien vetolujuus oli hyvin alhainen verrattuna vertai-lunäytteeseen.

Esimerkki 4

Esimerkin 1 menetelmä toistettiin sillä erotuksella, että käytettiin 10-prosenttista natriumtripolyfosfaattiliuosta kyllästysaineena sekä että lämpökäsittely tapahtui 100°C:ssa 15 minuuttia.

Saatiin seuraavat tulokset:

Vetoindeksi (Nm/g) '

Jauhatusaika (min) ; 0 15 AO

ί ! ----------------------------------------------------j_____________________

Vertailunäyte , 22 75 99 ! f : iNäyte, käsitelty natriumtripolyfosfaattilla · 27 81 107

Esimerkki 5

Esimerkin 1 menetelmä toistettiin sillä erotuksella, että käytettiin di-ammoniumfosfaatin 5-prosenttista liuosta kyllästysaineena.

10

Saatiin seuraavat tulokset: 68435

Vetoindeksi (Nm/g)

Jauhatusaika (min) \ 0 15 30

| I

Vertailunäyte 19 63 92 ! i |Näyte, käsitelty diammoniumfosfaatilla i 19 77 99 _ _ , ... . n-, ___________________. __ . — —.——^___ — ________.

Esimerkki 6

Esimerkin l menetelmä toistettiin sillä erotuksella, että kyllästysaineena käytettiin liuosta, joka on 5-prosenttinen suhteessa seokseen, joka koostui yhtä suurista osista ammoniumsulfamaattia ja ureaa.

Saatiin seuraavat tulokset:

Vetoindeksi (Nm/g) 1 (jauhatusaika (min) , 0 15 30

! I

i-------------------------------------------------j------------------- jVertailunäyte J 16 63 92 jNäyte, käsitelty ammoniumsulfamaatti/urealla S 19 70 98 |

Esimerkki 7 50 litraan 0,5-prosenttista natriumhhdroksidiliuosta kerättiin valkaisematonta kuivaamatonta havupuusulfaattimassaa, joka määrältään vastasi 2 kg:a kuivaa massaa. Erillisissä kokeissa lisättiin glysidyylitrimetyyliammonium-kloridia (G-MAC), jonka määrät vastasivat 0,5, 1,0 tai vast. 2 % massapainos-ta, minkä jälkeen seokset saivat seistä 45°C:ssa 20 tuntia samalla sekoittaen niitä vähän.

68435

Massasuspension neutraloinnin jälkeen sekä tämän jälkeen tapahtuvan massan pesun jälkeen vertailtiin vetoindeksin riippuvuutta jauhatusajasta vastaaviin vertailunäytteen arvoihin, joita käsiteltiin samalla tavoin lukuunottamatta G-MAC:n lisäystä.

Vetoindeksi (Nm/g)

Jauhatusaika (min) 0 15 35

, I

_ _ _ ; ^ ____ i jVertailunäyte 21 65 84 jNäyte, käsitelty 0,5 %:11a G-MAC 22 69 104 ;Näyte, käsitelty 1,0 %:lla G-MAC 25 75 97 j .Näyte, käsitelty 2,0 %:lla G-MAC 23 71 108 j______________________________________________I______________f

Esimerkki 8 2-prosenttiseen lietteeseen, jossa oli valkaisematonta kuivaamatonta havu-puusulfaattimassaa, lisättiin erillisissä kokeissa monokloorietikkahappoa suhteissa 0,5, 1,5 tai vast. 3,0 % laskettuna kuivaan massaan. pH saatettiin arvoon 12,0, minkä jälkeen seos sai reagoida 20 tuntia 50°C:ssa samalla sekoittaen sitä hieman.

Massasuspension neutraloinnin jälkeen ja tätä seuraavan massan pesun jälkeen vertailtiin jauhatuksen ja vetoindeksin suhdetta vastaaviin vertailu-näytteen suhteisiin.

--------------r

Vetoindeksi (Nm/g) jjäuhatusaika (min) 0 15 30 j j_________________________________________! iVertailunäyte 24 63 90 j INäyte, käsitelty 0,5 %:lla monokloorietikkahapolla 24 67 93 j Näyte, käsitelty 1,5 Z:lla monokloorietikkahapolla 23 66 91 | Näyte, käsitelty 3,0 %:lla monokloorietikkahapolla 31 78 91 j _____________________________________________i 12

Esimerkki 9 684 35

Kuivaamaton valkaistu havupuusulfaattimassa kyllästettiin suihkuttamalla massarataa puristimen ja karkeisrouhimen välissä 50-prosenttisella saman NH^-P^O^-kondensaatin liuoksella, joka esitettiin esimerkissä 1 ja kuivattiin tämän jälkeen tavanomaisella tavalla kolmivaihe-äkkikuivurilla. Massaradassa oli ennen suihkutusta n. 50 %:n kuivapitoisuus ja kemikaaleja lisättiin määrässä, joka vastasi 2 % laskettuna kuivaan massaan.

Kuivattu massa jauhettiin tämän jälkeen PFI-myllyssä, jolloin saatiin alla olevassa taulukossa esitetyt ominaisuudet. Taulukossa esitetään myös vertailu vertailunäytteeseen, joka oli käsitelty samalla tavoin lukuunottamatta kyseistä kemikaalien lisäystä.

Vertailunäyte Käsitelty näyte

Jauhatuskierrokset 6800 4000

Kuivatus, °SR 33 23

Vetoindeksi, Nm/g 85 85 2

Puhkaisuindeksi, kPa m /g 6,5 6,9

Repäisyindeksi, mN m^/g 10,7 10,8

Sirontakerroin, m^/kg 17,0 17,9

Tulokset osoittavat, että jauhatusenergian kulutus käsitellyn näytteen samaa lujuutta varten oli huomattavasti alhaisempi ja arkki oli helpommin kuivatettu kuin vertailunäyte. Käsitellyn näytteen analyysissä havaittiin hyvin pestyn massan sisältävän 0,022 % fosforia.

Esimerkki 10

Paperi valmistettiin täydessä mittakaavassa esimerkin 9 mukaisesta massasta. Massa liuotettiin pulpperissa ja jauhettiin konemyllyssä (levy-) käyttämällä kolmea erilaista ampeerisäätöä. Vertailunäyte, johon ei lisätty kemikaaleja, sai saman käsittelyn. Saatiin seuraavat vetoindeksin arvot: 13 68435 j Vetoindeksl Χ£ρο1““η ) <»Wg>j

Ampeerisäätö j Vertailunäyte j Käsitelty näyte ί 10 A (tyhjäkäyntiteho) j 15,5 j 29,5 ) J 15 A j 33,5 j 42,0 : j 20 A ! 38,5 ί 53,5 !

i_____________________________ί____________________1______________________-J

Tulos osoittaa, että tarvitaan huomattavasti alhaisempi jauhatusenergia, jotta saataisiin määrätty vetoindeksi, kun käytetään käsiteltyä massaa käsit-telmättömän sijasta.

Esimerkki 11

Esimerkin 9 menetelmä toistettiin, mutta massaradan päälle suihkutettiin 10 % NHj-PzO^-kondensaattia laskettuna kuivaan massaan.

Saatiin seuraavat tulokset Valley-myllyssä tapahtuvassa jauhatuksessa osittain puhtaasta massasta, joka sisälsi vesiliukoisia reagoimattomia kemikaaleja, osittain massasta, joka oli liotettu tarkoin puhtaaksi vesiliukoisista kemikaalitähteistä. Laskettu fosforipitoisuus liotetussa massassa oli 0,33 %.

— Vetoindeksi (Nm/g) jjauhatusaika (min) 0 7,5 15 i

Vertailunäyte 13 49 68 Käsitelty liottamaton näyte 22 65 84 jKäsitelty liotettu näyte 27 70 99

i I

i_____________________________________________j____________________

Esimerkki osoittaa, että vain lisätyn kemikaalin selluloosaan kemiallisesti sidotuilla tähteillä on positiivinen vaikutus jauhatuslujuuden yhteydessä.

68435

Esimerkki 12

Esimerkin 11 menetelmä toistettiin käyttämällä kuivaamatonta valkaistua koivumassaa havumassan sijasta. Liotetun massan fosforipitoisuus oli käsittelyn jälkeen 0,35 %.

Saatiin seuraavat tulokset:

Vetoindeksi (Nm/g) ! i f

Jauhatusaika (min) j 0 10 20 f

Vertailunäyte I 18 41 64 i Käsitelty Hoitamaton näyte I 26 52 73 Käsitelty liotettu näyte ! 22 54 70 _______________________________________________[__________________

Esimerkki osoittaa, että myös lehtipuumassassa (jossa on suhteellisen lyhyet kuidut) on muunnetussa tilassa korkeampi lujuus samalla jauhatusenergialla verrattuna käsittelemättömään vertailunäytteeseen.

Esimerkki 13

Esimerkin 9 mukainen massa, jota merkittään kirjaimella A, sekä vertailu-massa, jota merkitään kirjaimella B, jauhettiin erikseen Valley-myllyssä 20 minuuttia ja valmistettiin arkit. Tämän lisäksi valmistettiin arkit seuraa-vista seoksista: 1) 1 osa A:ta + 3 osaa B:tä 2) 2 osaa A:ta + 2 osaa B:tä 3) 3 osaa A:ta + 1 osa B:tä

Esimerkin 9 mukaisen massan ja vertailumassan suhteesssa 1:1 valmistettu seos, jota merkitään kirjaimella C, jauhettiin 20 minuuttia ja valmistettiin arkit. Saatiin seuraavat veto- ja repäisyindeksit: _A__ _B__ _C__ _1_ _2__ _3__

Vetoindeksi Nm/g 81,5 74,5 88,0 77,0 85,0 86,0

Repäisyindeksi mN m^/g 13,6 14,3 12,9 13,9 13,4 12,7 68435

Esimerkki osoittaa, että parantuneet lujuusarvot saadaan määrätyllä jauhatus-energialla myös silloin, vaikka vain pienehkö määrä massaa on käsitelty kemikaaleilla. Tämä vaikutus saavutetaan huolimatta siitä, onko käsitelty ja käsittelemätön massa sekoitettu keskenään ennen jauhatusta vai onko massat jauhettu erikseen ja tämän jälkeen sekoitettu.

Esimerkeistä 1-13 nähdään, että kuitumateriaalin käsittely jo massan valmistuksen yhteydessä yllä esitetyillä kemikaaleilla tekee massasta helposti jauhettavan.

Tulokset osoittavat, että samalla energiankäytöllä mitattuna ampeereina, kierroslukuina tai ainakin saadaan aikaan korkeampi lujuus arkissa, joka sisältää käsiteltyä massaa verrattuna käsittelemättömään massaan. Toisin sanoen tarvitaan alhaisempaa energiapanosta käsitellyn materiaalin yhteydessä saman lujuuden aikaansaamiseksi kuin käsittelemättömän materiaalin yhteydessä. Edelleen saadaan aikaan saman kuivatuskelpoisuuden kohdalla, mitattuna °SR-arvona, korkeampi lujuus käsitellyssä massassa. Tämä tarkoittaa sitä, että samalla energiapanoksella saadaan aikaan entistä parempi kuivatus arkin lujittamisen yhteydessä, mikä puolestaan tarkoittaa sitä, että paperikoneen nopeutta voidaan lisätä.

Claims (7)

16 Patenttivaatimukset 68435

1. Lignoselluloosamateriaali, jossa on entistä parempi lujuus, kuivatuskel-poisuus ja jauhettavuus, tunnettu siitä, että se sisältää materiaalissa oleviin hydroksyyliryhmiin kemiallisesti sidottuja ionisoitavissa olevia ryhmiä, jotka valitaan ryhmästä, joka muodostuu a) epäorgaanisten happojen anioniaktiivisista ryhmistä, jotka on saatu aikaan saattamalla lignoselluloosamateriaali reagoimaan rikkiyhdisteiden kanssa, jotka sisältävät ainakin yhden ryhmistä, jotka muodostuvat S-X:stä ja SO M^+:sta, missä X valitaan OHrsta, F:stä, Cl:stä, Brrstä ja Niistä ja missä valitaan alkalimetallista ja NH^:sta; tai fosforiyhdisteiden kanssa, jotka sisältävät ainakin yhden ryhmistä, — -f- jotka muodostuvat P-Y:stä ja PO :sta, missä Y valitaan OH:sta, Cl:stä ja NH^tsta ja missä M2 = M^; tai sellaisten happojen ammonium-suolojen kanssa, jotka hapot valitaan ryhmästä, joka muodostuu sulfa-miinihaposta, rikkihaposta, fosforihaposta, amidofosforihaposta, poly-fosforihapoista ja amidopolyfosforihapoista yhdessä kuumennettaessa ammoniakkia luovuttavan emäksen kanssa; tai rikkitrioksidin tai fosfori-pentoksidin kanssa, b) karboksyylihapporyhmistä ja c) kationiaktiivisista ryhmistä jotka valitaan ryhmästä, joka muodostuu primäärisistä, sekundäärisistä, tertiäärisistä amiineista ja kvater-näärisistä ammoniumjohdannaisistä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lignoselluloosamateriaali, tunnet-t u siitä, että ionisoitavissa olevat ryhmät ionisoidaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lignoselluloosamateriaali, tunnet-t u siitä, että emäs, joka kuumennettaessa luovuttaa ammoniakkia, on urea. 1 2 3 Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lignoselluloosamateriaali, tun 2 nettu siitä, että materiaali sisältää myös osan lignoselluloosamateriaa- 3 lia, jonka hydroksyyliryhmissä ei ole kemiallisesti sidottuja ionisoituja tai ionisoitavissa olevia ryhmiä. 68435

5. Menetelmä lignoselluloosamateriaalin valmistamiseksi, jossa materiaalissa on entistä parempi lujuus, kuivatuskelpoisuus ja jauhettavuus, tunnet-t u siitä, että lignoselluloosamateriaalin hydroksyyliryhmiä saatetaan reagoimaan polyfunktionaalisten yhdisteiden kanssa, jolloin muodostuu ionisoitavissa olevia ryhmiä, jotka yhdisteet valitaan ryhmästä, jotka muodostuu a) anioniaktiivisia ryhmiä muodostavista yhdisteistä, jotka ovat rikkiyhdisteen johdannaisia, jotka sisältävät ainakin yhden ryhmistä, jotka muodostuvat S-X:stä ja SO M^:sta, missä X valitaan OH:sta, F:stä, Cltstä, Br:stä ja Nl^rsta ja missä valitaan alkalimetallista ja NH,:stä, tai fosforiyhdisteen johdannaisia, jotka sisältävät ainakin ^ _ + yhden ryhmistä, jotka muodostuvat P-Y:stä ja PO M2 :sta, missä Y valitaan OH:sta, Cl:stä ja Noista ja missä M2 = M^, tai sellaisten happojen ammoniumsuolajohdannaisia, jotka hapot valitaan ryhmästä, joka muodostuu sulfamiinihaposta, rikkihaposta, fosforihaposta, joka amrnoniumsuola rekatiossa toimii yhdessä kuumennettaessa ammoniakkia luovuttavan emäksen kanssa, tai saatetaan reagoimaan rikkitrioksidin tai fosforipentoksidin kanssa, b) orgaanisista polyfunktionaalisista karbonihapoista ja halogenoiduista monokarbonihapoista, jolloin materiaalissa muodostuu anioniaktiivisia ryhmiä ja c) yhdisteistä, jotka muodostavat kationiaktiivisia ryhmiä, jotka yhdisteet valitaan ryhmästä, joka muodostuu primäärisistä, sekundäärisistä ja tertiäärisistä amiineista ja kvaternäärisistä ammoniumjohdannai-sista, jotka sidotaan materiaaliin epoksideista, kloorihydriineistä ja alkyylihalogeeneista muodostuvasta ryhmästä valittujen materiaalien avulla.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiossa käytetään vähintään 10 % polyfunktionaalista yhdistettä laskettuna käsitellyn materiaalin kuivasta painosta. 1 Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktio suoritetaan lämpötila-alueella 40-140°C. 68435 18

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5,6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että käsitelty lignoselluloosamateriaali sekoitetaan osaan käsittelemätöntä lignoselluloosamateriaalia. 19 Patentkrav 68435