FI69655C - Anvaendning av polyalkylenoxider foer separering av cellulosafibrer - Google Patents

Description

69655

Polyalkyleenioksidien käyttö selluloosakuitujen erotukseen-

Användning av polyalkylenoxider för separering av cellulosafibrer Tämä keksintö liittyy selluloosakuitujen kemialliseen erotukseen, ja tarkemmin sanottuna sen kohteena on suurimolekyylipainoisten polyalkyleenioksidien käyttö valkaisemattomien sulfaattikuitujen erottamiseen selluloosien seosmassoista . Keksintöä voidaan käyttää sekun-däärikuitujen, hylyn jne. uudelleenkierrätyksen yhteydessä jälkeenpäin seuraavaan paperin, pahvin, kartongin ja niiden kaltaisten valmistukseen.

Paperi, pahvi, kartonki jne. valmistetaan useimmiten seuraavanlaisista massoista: mekaaninen massa - johon kuuluu sekä puhtaasti mekaanisesti valmistettu massa että termomekaaninen massa-, sulfiitti- ja sulfaatti-massa sekä puolikemiallinen sulfiittimassa, esim. NSSC-massa. Mekaaniset ja termomekaaniset massat sisältävät olennaisesti kaikki puun tai raaka-aineen alkuperäiset komponentit, mutta muunlaisista massoista on ligniini ja muut ei-selluloosakomponentit poistettu vaihtelevassa määrin massanvalmistuksen yhteydessä. Riippuen aiotusta käyttöalueesta massoille suoritetaan edelleen valkaisu-käsittely. Valkaisu on termi, jota käytetään massan kemialliselle käsittelylle erilaisilla kemikaaleilla, esim. kloorilla, klooridioksidilla, hypokloriitilla, peroksilla, hapella, ditioniitilla jne., kirkkaamman massan valmistamiseksi, ja siihen sisältyy pääasiassa ligniinin poisto ja/tai kemiallinen muuntaminen.

Esim. monikerrospaperin tai -pahvin valmistuksessa käytetään eri kerroksiin erilaisia massoja, joten näiden prosessien hylky ja kiertovesi sisältää kuitujen seoksia. Seosmassoja saadaan myös lisääntyvässä jätepaperin käsittelyssä. Keksinnön mukaisesti seosmassat tällaisista prosesseista voidaan erotella erilaisiin fraktioihin ja sen jälkeen hyödyntää taloudellisemmin sekä teknillisesti 2 69655 edistyksellisellä tavalla.

Hylky ja talteenotetut kuidut, joita saadaan paperin, pahvin ja niiden kaltaisten tuotteiden, joissa käytetään erilaisia massoja, valmistuksen yhteydessä, 5 hyödynnetään yleensä integroituna ilman edeltävää erotusta. Suuret määrät alunperin korkealaatuista, taloudellisesti arvokkaiden tuotteiden valmistukseen sopivaa massaa hyödynnetään siten hyvin epätaloudellisella tavalla. Muuttamalla massaseokset puhtaiksi massafraktiok-10 si voidaan saavuttaa huomattavia taloudellisia etuja.

Massaseosten jalostaminen on myös sen tähden edullista, että seuraavaa paperituotteiden valmistusta voidaan ohjata paremmin kemikaalien ja prosessimuuttujien suhteen kuin prosesseissa, joissa käytetään epäspesifisiä ja 15 vaihtelevia seoksia. Esimerkkeinä prosesseista joissa käytetään erilaisia massoja ja joissa hylyn ja kuitu-lietteen talteenotto on kannattavaa, voidaan mainita esim. aaltopahvin valmistus, missä aaltokerros valmistetaan NSSCrstä ja/tai uudelleenkierrätyskuitumassasta, 20 kun taas pintapahvit (laineri) valmistetaan valkaisemattomasta sulfaattimassasta. Edelleen voidaan mainita moni-kerrostuotteet, joissa yksi tai useampia kerroksia on valmistettu valkaistusta massasta paremman ulkonäön saamiseksi tai painettavuuden parantamiseksi, mutta jotka 25 sisältävät valkaisemattomasta sulfaatista valmistettuja kerroksia antamaan tarvittavan lujuuden.

Jätepaperin käsittelyssä, missä paperi tai kartonki käytön jälkeen otetaan talteen, ja liettämisen sekä mahdollisen siistauksen jälkeen käytetään uudelleen paperi-30 tuotteiden valmistukseen, tuleva jätemateriaali sisältää eri tyyppisten massojen seoksia, ja tässä on erittäin toivottavaa, että materiaali suurimmassa mahdollisessa määrin voidaan lajitella ja luokitella parhaan hyödyntä-mistuloksen saavuttamiseksi. Jätemateriaalien lähteet 35 vaihtelevat suuressa määrin, esim. kotitalouksista, joissa suurin osa muodostuu sanoma- ja aikakauslehtipaperista, teollisuuteen ja toimistoihin, joissa jäte on paino- ja 3 69655 kirjoituspaperien, pahvin, säkkien, sanomalehtipaperin jne. seos. Kerätty jätepaperi lajitellaan - jos lainkaan -käsin, ja on selvää ettei tällä lajittelulla voida saavuttaa kaiken materiaalin kokonaisluokitusta tasa-5 laatuisiin ryhmiin. Suuri osa materiaalista luokitellaan "sekalaiseksi" ja käytetään tuotteisiin, tai niiden osaksi, joiden laatuvaatimukset ovat alemmat, esim. pahvin, kuten uusiokuitukartongin, välikerrokseen. Myös suhteellisen tasalaatuisissa jätepaperierissä on tietysti läsnä 10 myös selluloosamassojen seoksia, koska käsilajittelulla niitä on mahdotonta erottaa täydellisesti. Koska jopa hyvin pienet määrät vääränlaatuista massaa voivat tehdä muuten korkealaatuisen raaka-aineen sopimattomaksi tarkoitetulle käyttöalueelle, olisi lisäerotus erittäin tärkeää 15 myös tässä tapauksessa.

Nyt on keksitty, että polyalkyleenioksideilla voidaan hyödyntää valkaisemattomat sulfaattikuidut (valkaisematon sulfaatti eli kraftmassa) selektiivisesti puukuitu-perusteisista sekamassoista.

20 Paperiteollisuudessa on tunnettua käyttää suurimole- kyylipainoisia polyalkyleenioksideja. Kuten muitakin vesiliukoisia polymeerejä, kuten polyakryyliamidia ja polyetyleeni-imidiä, niitä on käytetty retentioaineena ja vedenpoistoaineena. Näitä aineita on lisätty paperi-25 lietteeseen aikaansaamaan kuitujen, hienoaineiden, pigmenttien, täyteaineiden jne. parempi retentio viiralla, ja niiden pitäisi samalla helpottaa vedenpoistoa ja siten lisätä tuotantokapasiteettia. Polyalkyleenioksideja on edelleen käytetty paperiteollisuuden prosessiveden puh-30 distamiseen ja niitä on lisätty kiertovesijärjestelmään vaahdotustyyppisissä järjestelmissä parantamaan kuitujen ja muiden liettyneiden aineiden kokonaisvaahdotusta, kuten kuvataan US-patentissa 3 141 816.

Koska nyt on keksitty, että suurimolekyyliset poly-35 alkyleenioksidit voivat hyödyttää valkaisemattomat sulfaattikuidut olennaisen selektiivisesti, on näin saatu mahdollisuus erottaa kemiallisesti ja jalostaa massojen 6 9 6 5 5 seokset, joita on talteenottoyksiköistä saaduissa tal-teenotetuissa kuiduissa, hylyssä ja sekundäärikuituraaka-aineissa, niiden jatkokäytön taloudellisuuden parantamiseksi sekä mahdollistamaan niiden käyttö sellaisten 5 tuotteiden valmistukseen, joiden laatu- ja tasaisuusvaa-timukset ovat suuremmat kuin tällä hetkellä yleensä on asia.

Keksinnön kohteena on siten suurimolekyyliSten poly-alkyleenioksidien käyttö valkaisemattomien sulfaattikui-10 tujen erottamiseen veteen lietetyistä kuituseoksista.

Lisäämällä polyalkyleenioksideja tällaisiin systeemeihin saadaan aikaan valkaisemattomien sulfaattikuitujen selektiivinen hyödyntäminen, ja muodostuneet höytäleet voidaan sitten erottaa tunnetuilla erotusmenetelmillä kuten 15 sedimentaatiolla, vaahdotuksella, suodattamalla jne.

Keksinnössä käytetyt polyalkyleenioksidit ovat vesiliukoisia ei-ionisia polyalkyleenioksideja, joiden alkyleeniryhmät ovat alempia alkyleeniryhmiä kuten ety-leeni-, propyleeni- ja butyleeniryhmiä tai näiden seok-20 siä. Suositeltavasti käytetään polyetyleenioksideja, Polyalkyleenioksidien molekyylipainon tulisi ylittää 50.000, ja se voi olla aina 20*10°. Sopivasti se on yli 100.000 ja suositeltavasti yli 500.000. Molekyyli-paino voi sopivasti olla alueella 500.000 - 20*10^ ja 25 suositeltavasti alueella 10 -20*10 .

Kokonaismassakonsentraation ei tulisi olla liian suuri systeemeissä, joissa käytetään polyalkyleeniokside ja, koska silloin on olemassa vaara, että spontaanisti muodostuu mekaanisesti kuituverkkoja. Konsentraatio, 30 jossa kuituverkkoja muodostuu, vaihtelee kuitutyyppien ja jauhatusasteen mukaan. Kuituverkkojen muodostiimistä voidaan estää aikaansaamalla leikkausvoimia tai turbulenssia systeemissä kuitujen dispergoimiseksi ennen polymeerin lisäämistä. Useissa tapauksissa on sopivaa, 35 ettei massakonsentraatio keksinnön mukaisessa erotuksessa ylitä 0,9 painoprosenttia, ja suositeltavasti sen tulisi olla alle 0,5 painoprosenttia.

5 69655

Hyvän erotuksen aikaansaamiseksi tarvittavan poly-alkyleenioksidin määrä vaihtelee pääasiassa systeemien pH:n ja ioniväkevyyden mukaan, ja suurempi annostus tarvitaan yleensä korkeammalla pH:11a ja/tai alemmalla 5 ioniväkevyydellä. 0,001-3,0 painoprosentin lisäys kuitu-seoksen valkaisemattoman sulfaattiselluloosan määrään nähden on sopiva useimmille systeemeille, ja lisätty määrä on suositeltavasti alueella 0,01-0,5 painoprosenttia. Kunkin yksittäisen systeemin määrä tulisi säätää pH:n 10 ja ioniväkevyyden suhteen, ja yliannostusta tulisi välttää, koska silloin valkaisemattomien sulfaattikuitujen hyödyt-tyminen tapahtuu niin nopeasti, että on olemassa vaara muun tyyppisten kuitujen puhtaasti mekaanisesta liittymisestä höytäleisiin. Yliannostusta tulisi myös välttää 15 sen takia, että vältettäisiin tarpeeton vieraiden kemikaalien kasaantuminen saatuihin massafraktioihin. Koska tarvittavien polyalkyleenioksidien määrä on pieni, ja koska polyalkyleenioksidit ovat erittäin viskoottisia, on erinomaisen sopivaa lisätä ne hyvin laimeina liuok-20 sinä.

Yllämainittuun lisätyn määrän ja hyvän erotuksen saamiseksi tarvittavan pH:n suhteeseen nähden on sopivaa, että systeemeillä on pienehkö pH, sopivasti alle 7 ja suositeltavasti alueella 3-5.

25 Kun valkaisemattomat sulfaattikuidut on höydytetty massaseoksista käyttäen polyalkyleenioksideja keksinnön mukaisesti, saadut höytäleet erotetaan sinänsä tunnetulla tavalla, esim. vaahdotuksella, suodattamalla, sedimentaatiolla jne., ja tuloksena oleva massa otetaan sen 30 jälkeen talteen. Kun höydyttyneet sulfaattikuidut erotetaan, systeemin turbulenssin ei tulisi olla liian suuri, jotta vältettäisiin höytäleiden hajoamisen vaara. Esimerkkinä sopivasta erotusmenetelmästä voidaan mainita niin kutsuttu mikroflotaatio, jossa käytetään kooltaan 35 pienempiä ilmakuplia kuin vaahdotuksessa tavallisesti, ja jossa muodostuneet höytäleet kiinnittyvät mekaanisesti nouseviin ilmakupliin. Mekaanista erotusta voidaan 6 69655 helpottaa pinta-aktlivisten aineiden, esim. vaahdonmuo-dostajien, läsnäololla.

Valkaisemattomat sulfaattikuidut tarkoittavat tässä selluloosamassaa, joka on valmistettu tavanomaisella sul-5 faattmenetelmällä. Tämän tyyppistä massaa kutsutaan joskus kraftmassaksi johtuen siitä valmistettujen tuotteiden tavallisesta lujuudesta. Keitto suoritetaan raaka-aineen painon suhteen erilaisiin saantoihin, ja termiin sulfaat-timassa luetaan sekä niin kutsuttu matalasaanto- että 10 suurisaantomassat.

Keksinnön mukaisesti valkaisematon sulfaattimassa voidaan erottaa muista puupohjaisista massoista, erilaisista valkaistuista massoista - valkaisusta sulfaatti-massasta, valkaistusta sulfiittimassasta, valkaistusta 15 mekaanisista massoista-, valkaisemattomasta sulfiittimassasta, mekaanisista ja termomekaanisista massoista ja niinkutsutuista NSSC-massoista (puolikemiallinen neutraa-lisulfiitti) ja tällaisten massojen seoksista. Aina kun valkaisemattomia sulfaattikuituja on läsnä seoksissa, 20 nämä kuidut voidaan erottaa keksinnön mukaisesti, ja näin saadaan aikaan seosten fraktiointi, mikä merkitsee jatkohyödyntämisen parantamista sekä teknillisessä että taloudellisessa mielessä. Polyalkyleenioksideja käytetään suositeltavasti valkaisemattomien sulfaattikuitujen 25 erottamiseen kuituseoksista, jotka ovat peräisin sekun- däärikuituraaka-aineista ja hylystä sekä kaksi- tai moni-kerrospaperituotteiden valmistuksessa talteenotetusta kuitumateriaaliseoksesta integroiduissa systeemeissä.

Esimerkki 1 30 Tutkittiin lajittelutestillä polyetyleenioksidin höydyttämisvaikutusta erityyppisiin kuituihin.

Keskimolekyylipainoltaan 4*10^ polyetyleenioksidia (valmistajan mukaan) lisättiin kuitulietteisiin, ja höydyttymisvaikutusta tarkkailtiin visuaalisesti.

il 69655

Testeissä lisätyn polyetyleenioksidin määrää vaihdeltiin aina 1 painoprosenttiin saakka kuivaan kuituun nähden, pH: ta vaihdeltiin 3:n ja 9:n välillä ja NaCltn konsen-traatiota 0 ja 0,1 moolisen välillä.

5 Testeissä tutkittiin seuraavia massoja: 1. Valkaisematon sulfaattimassa (keitetty puuhun nähden 47 % saantoon) 2. Valkaisematon sulfaattimassa (keitetty puuhun nähden 59 % saantoon) 10 3. Mekaaninen massa, valkaistun ja valkaisemattoman seos 4. Termomekaaninen massa, valkaistun ja valkaisemattoman seos 5. Puolivalkaistu sulfaattimassa 6. Sulfiittimassa, valkaistun ja valkaisemattoman seos 15 7. NSSC-massa.

Havaittiin, että polyetyleenioksidilla ei ollut mitään höydyttymisvaikutusta massoilla 3.-7., kun taas valkaisemattomat sulfaattimassat 1. ja 2. se höydytti kaikissa tapauksissa.

20 Esimerkki 2

Erilaisten polyetyleenioksidien erotusvaikutusta valkaisemattomiin sulfaattikuituihin vaihtelevissa olosuhteissa tutkittiin testilaitteessa. Laite käsitti pyöreän lasiastian, halkaisijaltaan noin 10 cm ja korkeu-25 deltaan noin 20 cm, joka alaosastaan oli varustettu lasi-suodatinlevyllä, jonka läpi johdettiin kuplien typpikaasua vaahdotusta varten.

Massasysteemi oli 50/50 valkaistun sulfaatin ja valkaisemattoman sulfaatin seos, jälkimmäisen ollessa 30 keitetty saantoon 47 % puuhun nähden, kumpienkin kuitu-fraktioiden ollessa 30-50 meshin välillä. Systeemin kokonaiskuitukonsentraatio oli 200 mg/1.

8 69655 20 minuutin vaahdotuksen jälkeen mitattiin kuitu-koostumus flotaatissa käyttäen SCAN-C 1:77 mukaista kappa-lukumääri ty s tä muutettuna pienien määrien mittaamiseen. Erotustestien tulokset on esitetty seuraavissa 5 taulukoissa.

69655 9

Taulukko 1 ,---------—--j-f ’ Polyetyleenioksidig Vaahdo- Valkai- J Valkaistuja 0H! jmolek.paino = 4-10° tettu sematto-j kuituja ' i " m L„ u n η .. .. kokon. mia kui-j sedimentaa- 1 M Määrä valkaisemattomiin „ 1 ... , määrä tuja tissa i kuituihin nähden ; ! a flotaa- | * % tissa % \ 0 --j— -—-—“ 3 0 0,05 6^,2 69,2 84,4 :50 1,0 61,5 72,4 85,8 ! 5 i 10"3 0,1 58,3 73,6 82,9 I 51 10"1 0,025 60,3 71,2 82,3 ' I 9 0 1,0 41,9 74,9 67,9 I t ' i 1 I______1

Taulukko 2

Polyetyleenioksidi g Vaahdo- Valkai- Valkaistuja H M „ molek. paino = 4-10° tettu semätto- kuituja p» kokon. mia kui- sedimentaa- • · Määrä valkaisemattomiin määrä tuja tissa kuituihin nähden flotaa- % % % tissa % 5 10“3 1,0 I 50,8 77,6 I 78,5 5 10"1 0,2 44,4 74,3 69,4

1 ) I 1 I

Taulukko 3 r, 1 " ' I " IPolyetyleenioksidi g Vaahdo- Valkai- Valkaistuja jmolek. paino = 4*10b tettu sematto- kuituja pH CaClJ koton. mia kui- sedimentaa- V j Määrä valkaisemattomiin määrä tuja tissa ;kuituihin nähden flotaa- I % % ti£;sa % % 5 10’3 0,025 50,3 77,1 77,4 5 10"3 i 0,1 · 51,0 74,3 75,2 i 1

Claims (5)

69655

1. Suurimolekyylisten polyalkyleenioksidien, joiden mo-lekyylipaino on yli 50 000, käyttö valkaisemattomien sulfaat-tikuitujen erotukseen niitä sisältävistä kuituseosten vesi-lietteistä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, tunnet-t u siitä, että käytetty polyalkyleenioksidimäärä on 0,001-3 painoprosenttia kuivana lietteessä olevaan kuivan valkaisemattoman sulfaattimassan määrään nähden.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että polyalkyleenioksidi on polyetyleeni-oksidi.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen polyal-kyleenioksidin käyttö systeemeissä, missä lietteen kokonais-kuitukonsentraatio ei ylitä 0,9 painoprosenttia.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen polyal-kyleenioksidin käyttö systeemeissä, missä lietteen pH on alle 7. Il