FI70442B - Foerfarande vid framstaellning av mekaniska massor - Google Patents

Description

-r-1 KUULUTUSJULKAISU c Π Δ A 9 Äf w (11)utlag6ningsskr"=t /u , D 21 D 3/00 // D 21 C 9/00, (51) Kv.lk.4/lnt.CI.4 D 21 B Ί /! 6 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 770625

SUOMI —rINLAIMU

(22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 25.02.77 («=*) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 25.02.77 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 28.08.77

Patentti- ja rekisterihallitus /44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.— 27.03 86

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 27.02.76 Norja-Norge(NO) 760666 (71) Papirindustriens Forskningsinstitutt, Forskningsveien 3, Oslo 3,

Norja-Norge(NO) (72) Nicolai Soteland, Oslo, Norja-Norge(NO) (7M Berggren Oy Ab (5i) Menetelmä mekaanisten massojen valmistamiseksi -Förfarande vid f ramstä11 ning av mekaniska massor

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään mekaanisten massojen valmistamiseksi .

Mekaaniset massat ovat yhteisnimitys massatyypeille, jotka on aikaansaatu erilaisia puulajeja mekaanisesti kuiduttamalla, esimerkiksi hio-makivien tai levyraffinöörien avulla, mahdollisesti kevyen kemikaali-käsittelyn jälkeen.

Koska mekaaninen massa on suhteellisen edullinen tuote verrattuna kemiallisesti puuta liuottamalla saatuihin selluloosamassoihin, ovat tällaiset massat tulleet laajasti käyttöön raaka-aineena käärepaperia, varastointipaperia ja sentapaista valmistettaessa. Tällä massalla on kuitenkin se epäedullinen ominaisuus, että siinä tapahtuu "itselii-mautuminen" sitä varastoitaessa, ja tämän "itseliimautumisen" seurauksena tulee mekaanisella massalla varastoinnin jälkeen olemaan enemmän tai vähemmän vettä hylkivät ominaisuudet, riippuen varastointiajasta, hartsipttoisuudesta, varastointiolosuhteista jne., mikä tekee tällaisen massan edelleen käsittelyn vaikeaksi sitä edelleen jalostettaessa.

2 70442 "Itseliimautumisen" johdosta on mekaanista massaa siten vain rajoitetussa määrin voitu käyttää absorboiviin tuotteisiin, esimerkiksi vaippoihin, hygieenisiin siteisiin, tamponeihin, nenäliinoihin ja sentapaisiin tuotteisiin, joihin on suurin piirtein yksinomaan käytetty korkealle jalostettuja, valkaistuja selluloosalajeja.

Mikäli hartsi kyetään poistamaan mekaanisesta massasta, on osoittautunut, että mekaanista massaa edullisesti voidaan käyttää myöskin edellä mainittuihin tarkoituksiin, kuten ilmenee norjalaisesta patentista n:o 124 193. Tämän patentin mukaan voidaan hartsi poistaa massasta esimerkiksi asetonilla uuttamalla, jolloin saadaan hyvät absorptio-ominaisuudet omaava tuote. Tehollinen uuttoprosessi on kuitenkin suhteellisen monimutkainen ja kallis, ja se vaatii suuren pääomainvestoinnin ja uuttolaitteet, talteenottolaitteet jne. Mekaanisen massan uuttoa asetonilla on myöskin aikaisemmin ehdotettu mekaanisen massan lujuusominaisuuksien parantamiseksi ja massan liuottamisen helpottamiseksi sitä seuraavassa jalostusprosessissa (Brandal & Lindheim,

Pump & Paper Mag. Can. 67 T 431, 1966) .

Norjalaisessa hakemuksessa n:o 74.3286 on selostettu menetelmää mekaanisen massan käsittelemiseksi niin, että se vanhentuessaan säilyttää alkuperäiset vedenimuominaisuudet. Norjalaisen hakemuksen n:o 74.3286 mukaisesti käsitelty mekaaninen massa pysyy varastoitaessa vettä imevänä ja se on näin ollen helposti liuotettavissa jälkeenpäin tapahtuvassa jalostuksessa. On edelleen osoittautunut, että tällainen massa soveltuu erinomaisesti absorptiotuotteisiin siitä huolimatta, että uusi käsittelytapa vain vähäisessä määrin vaikuttaa mekaanisen massan hartsipitoisuuteen.

Mainitun hakemuksen n:o 74.3286 käsitellään tai kyllästetään mekaaninen massa pH-alueella 6-10, etenkin 7-9 puskuroivalla puskurilla. Sopivia puskureita ovat esimerkiksi fosforihapon, hiilihapon, sitruunahapon, viinihapon jne. alkalimetallisuolat ja ammoniumsuolat. Puskuri lisätään mekaaniseen massaan etenkin vesiliuoksen muodossa ja sellaisessa määrässä, että mekaaniseen massaan tulee ainakin 0,2 paino-% laskettuna massan kuivapainosta, etenkin 0,5 % tai enemmän.

Tällainen mekaanisen massan käsittely puskurin vesiliuoksella on erittäin halpa ja helppo suorittaa. Lisäys voi tapahtua eri vaiheissa 70442 3 mekaanisen massan valmistuksessa, riippuen tuotteen käyttöalasta ja käytettävissä olevasta laitteistosta. Lisäys voi tapahtua esimerkiksi massan valmistuksessa raffinöörissä tai hiertimessä, paperikoneen vastavirtausjärjestelmässä, liimapuristimessa, ruiskuttamalla arkin muodostamisen yhteydessä tai sen jälkeen, ruiskuttamalla massan sisään ennen kuin tämä mahdollisesti saatetaan paalimuotoon. Tämä käsittelytapa voidaan myöskin toteuttaa käytettävissä olevalla laitteistolla ja sitä voidaan näin ollen soveltaa jo olemassa olevissa tuotantolaitoksissa. Tällä uudella menetelmällä voidaan esimerkiksi valmistaa absorboivia aineita mekaanisista massoista, mikä merkitsee huomattavia säästöjä verrattuna korkealle jalostettuihin selluloosatuotteisiin.

Luonnonvarojen ja ympäristösuojelun kannalta katsottuna menetelmä tarjoaa ilmeisiä etuja.

Nyt on yllättäen osoittautunut, että on mahdollista valmistaa veden-imuominaisuutensa säilyttävä mekaaninen massa suorittamatta jälkeenpäin massan käsittelyä puskurilla, niin kuin on selostettu norjalaisessa hakemuksessa n:o 74.3286. Tämän uuden menetelmän mukaan puskuri-systeemi syntyy itse massassa. Järjestämällä sopivasti massan mahdollinen jälkikäsittely voidaan tämä puskurisysteemi säilyttää niin, ettei massassa tapahdu varastoinnin aikana "itseliimautumista", ja että massa siten säilyttää vedenimuominaisuutensa.

Kuten on edellä mainittu voidaan mekaanisia massoja valmistaa useilla eri tavoilla ja niille voidaan myöskin suorittaa kevyitä kemikaali-käsittelyjä. Tällaisiin käsittelyihin voi kuulua hakkeen esikäsittely sulfiittiliuoksilla, sulfiitin ja valkaisukemikaalien ruiskuttaminen raffinöörin sisään, tai massalle voidaan kuidutuksen jälkeen suorittaa tavanomainen valkaisu valkaisutornissa. Useissa näistä käsittelyistä on pH-alueella 7-11, ja koska prosessin lämpötila samalla voi olla alueessa 50-150°C:ta, syntyy orgaanisia happoja puun ligniinin ja hiilihydraattisisällön perusteella.

Nämä hapot saattavat yhdessä sulfiittikäsittelystä tai peroksidikä-sittelystä (hydrosulfiittivalkaisusta) peräisin olevan natriumhydroksi-din kanssa muodostaa puskurijärjestelmiä, jotka ovat puskuroivia aluees sa pH 7-10. Nämä puskurijärjestelmät syntyvät täten sivutuotteina massaan seurauksena edellä mainituista kevyistä kemiallisista käsittelyistä .

4 70442

Kaikki mekaaniset massalajit, joille nykyään suoritetaan tällainen kevyt kemikaalikäsittely, käsitellään jälkeenpäin vedellä pesemällä ja pH säädetään rikkihapolla tai rikkidioksidilla arvoon pH 5-5,5.

Tämä jälkeenpäin suoritettu mekaanisen massan pH-säätö arvoon 5-5,5 tulee näin ollen siirtämään massan pH:ta pois halutusta alueesta 6-10, etenkin 7-9, minkä vuoksi massa pH-säädön jälkeen ei enää säilytä vedenimuominaisuuksiaan sen vanhetessa.

Mekaanisen massan sovinnainen peroksidivalkaisu suoritetaan tänään siten, että massaa käsitellään 2-3 tuntia lämpötilassa 50-70°C:sta NaOH:ta, Η2θ^^3 ja vesilasia sisältävällä sekoituksella ja massa-konsentraation ollessa alueessa 10-20 %. Valkaisuprosessin alkaessa on pH 10-11, kun se taas valkaisun jälkeen on alueessa 8-9.

Sovinnaisen valmistustavan jälkeen ohennetaan massaa vedellä ja pH säädetään arvoon noin 5 rikkihapon tai rikkidioksidin avulla, jonka jälkeen siitä imetään nestettä ja se pestään vedellä.

Tämä menetelmä tulee edelleen olemaan ajankohtainen kun massaa käytetään ei-absorboiviin tarkoituksiin. Jos sen sijaan massaa käytetään absorboiviin tarkoituksiin, esimerkiksi huokoisiin tuotteisiin, kudos-tuotteisiin ja sentapaisiin, on mahdollinen pH:n säätö suoritettava niin, ettei massan pH:ta lasketa arvoon 5-5,5 kuten tapahtuu tavanomaisessa menetelmässä.

Massaan kevyen kemikaalikäsittelyn seurauksena muodostunut puskuri-järjestelmä voidaan säilyttää siten, että mahdollisesti täysin jätetään pois jälkeenpäin suoritettava vesikäsittely, tai että suoritetaan käsittely vain mahdollisesti heikosti alkalisella vedellä, tai mikäli halutaan laskea massan pH:ta edulliselle alueelle tämä voidaan suorit- % taa käyttämällä sopivia heikkoja happoja, niin että pestyn massan pH on alueessa 7-8,5. Jos käytetään esimerkiksi fosforihappoa, hiilidioksidia, sitruunahappoa tai viinihappoa voidaan massan sisältämää puskurijärjestelmää kasvattaa, mikäli tätä pidetään edullisena.

Jos näin ollen valitaan oikea jälkikäsittely mekaaniselle massalle, jolle on suoritettu kevyt kemikaalikäsittely, saadaan edellä selostetulla tavalla mekaaninen massa, joka sisältää sopivan määrän puskuria, joka puskuroi halutussa pH-alueessa 6-10, etenkin 7-9, jolloin siten saatu massa jää vettäimeväksi eikä siinä tapahdu itseliimautumista sen vanhetessa.

5 70442

Haluttu vaikutus saavutetaan myöskin tavanomaisessa hiertimessä suoritetussa hionnassa, mikäli ruiskutetun veden pH:ta pidetään alkalisessa alueessa. Tämä voidaan suorittaa esimerkiksi käyttämällä ruiskutusvetenä peroksidin valkaisusta peräisin olevaa pesuvettä.

Paikalla muodostettua puskurijärjestelmää sisältävä mekaaninen massa voidaan kuivattaa suoraan tavanomaiseen tapaan, tai se voidaan muuttaa halutuksi tuotteeksi, kuten kudostuot-teeksi, jolloin arkinmuodostuskoneessa käytetään alkalisesti reagoivaa vastavirtausvettä.

Keksintö koskee näin ollen menetelmää absorptiotarkoituksiin sopivan mekaanisen massan valmistamiseksi, jossa puuraaka-aine ennen mekaanista kuidutusta tai tämän aikana käsitellään Na2S0^-liuoksella, minkä jälkeen kuidutettu massa kuivatetaan, mahdollisesti arkin muodostuksen jälkeen, jolle menetelmälle on tunnusomaista se, että alkalisesti reagoiva massa kuivataan heti.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavassa esimerkin avulla.

Valmistettiin erilaisia mekaanisia massoja, joita tutkittiin vedenimuominaisuuksien suhteen. Valmistuksen jälkeen massat kuivattiin syklonissa ja löyhennettiin (Wenneberg-myllyssä). Sen jälkeen löyhennettyjä massoja vanhennettiin keinotekoisesti 105°C:ssa yhden tunnin ajan, jonka jälkeen massan annettiin olla 30 - 60 minuuttia huoneenlämpötilassa ennen kuin vanhennetun massan vedenimukyky määrättiin. Tutkittiin myöskin vanhentamattoman massan sekä esillä olevasta keksinnöstä poikkeavalla tavalla valmistetun massan vedenimukykyä.

Vedenimunopeuden määrääminen suoritettiin näissä kokeissa siten, että 10 g ilmakuivaa, löyhää massaa jaettiin tasaisesti metalliverkon sisään (metallikehään, jonka mitat olivat 7 cm x 20 cm x 1 cm), joka sijoitettiin 200 ml vettä sisältävään 6 70442 säiliöön. Aika, joka kuluu siitä hetkestä kun metalliverkko sijoitetaan säiliöön, kunnes koko massa on läpikostunut vedellä on mittana massan vedenimunopeudelle.

Esimerkki 1

Valmistettiin raffinöörimassaa antamalla 25 kg kuusihaketta olla yön yli 220 litrassa 10 %: sen ^280^ vesiliuosta (pH 8,6) 12 tuntia lämpötilassa 20°C. Kyllästetty hake raffinoi-tiin sen jälkeen levyraffinöörissä energiankulutuksen ollessa 800 kWh/tonnia. Osa siten saadusta massasta (jota tämän jälkeen merkitään la) kuivattiin sekä määrättiin sille ab-sorptioaika ennen ja jälkeen vanhenemisen.

Osa massasta pestiin hyvin vedellä (massa Ib) ja kuivattiin sen jälkeen sekä määrättiin vesiabsorptio.

Vielä eräs osa massasta pestiin S02-vedellä (massa le) niin, että massan pH tuli olemaan 5,5, minkä jälkeen massa kuivattiin ja määrättiin vesiabsorptio.

Tulokset ilmenevät jäljempänä olevasta taulukosta.

Taulukko

Veden absorptionopeus

Ennen vanhene- 1 tunnin jälkeen mistä lämpötilassa 105°C

Esim. Massatyyppi: s/10 g massa s/10 g massa n :o

Kuusesta valmistettu raffi-nöörimassa_ la kuivattu suoraan pH-arvossa 8,6 2 2,5

Ib kuivattu lievän vesipesun jäi- 9 52 keen le kuivattu pH-arvossa 5,5 20 130

Voidaan mainita, että absorptionopeus kuusesta valmistetulle raffinöörimassalle on ennen ja jälkeen vanhenemisen 8-14 vastaavasti 90 - 600.

Il