FI81131B - Hoegbulkmassa, filtermedium vari dylik massa anvaends, och foerfarande foer framstaellning daerav. - Google Patents

Description

1 81131

Kuohkea massa, suodatinaine, jossa tällaista massaa käytetään ja menetelmä sen valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään hyvien ominaisuuksien ja korkean jauhautuneisuuden omaavan massa-aineksen valmistamiseksi, joka menetelmä käsittää (a) kuitumaisen, oleellisesti delignifioimattoman, ligniiniä sisältävän raaka-aineen käyttämisen, jonka ligniini-pitoisuus on vähintään noin 10 X, (b) mainitun ligniiniä sisältävän materiaalin pienentämisen yksittäisiksi palasiksi, joiden koko soveltuu levyjauha-tukseen, <c) ligniiniä sisältävien materiaalipalasten esikuumenta- misen ilmanpainetta korkeammassa paineessa osittain täytetyssä astiassa ilman merkittävää mekaanista jauhatusta ajanjakson ajan, joka riittää saamaan aikaan materiaalin kuumentumisen ja sen 1igniinisisä1lön pehmenemisen, <d> syötetään esikuumennetut materiaalipalaeet levyjauhi- meen, joka toimii oleellisesti saman paineen alaisena kuin esikuumentamisen aikana.

Menetelmällä saadaan teknistä termomekaanista massaa, jolla on erittäin korkea puikki ja suuri vastustuskyky hajoamista vastaan paperinvalmistusolosuhteissa ja joka samanaikaisesti on erittäin taloudellinen valmistaa ja käyttää. Näiden merkittävien ominaisuuksiensa ansiosta, uutta massaa voidaan edullisesti käyttää lukuisissa erityistuotteissa. Keksintö kohdistuu lisäksi uuteen suodatinvä1 iaineeseen ja tällaisen väliaineen käyttöön suodatuksessa, erityisesti ilman, polttoaineen tai voiteluöljyn suodatuksessa.

Termomekaanisesti valmistettu massa on yleisesti ottaen hyvin tunnettu tuote. Sitä on laajasti käytety monta vuotta kuitu-levytuotteiden, rakennuspaperin, sanomalehtipaperin ja muiden tuotteiden valmistuksessa. US-patenttijulkaisussa 2 008 892 2 81131 esimerkiksi on esitetty, että termomekaanisesti valmistettu massa on käyttökelpoinen tuotettaessa rakennuslevyjä, eris-tyslevyjä ja sentapaisia tuotteita, kuten myös kartonkia. (Katso myös US-patenttijulkaisua 2 047 170). US-patenttijulkaisussa 4 219 024 selostetaan termomekaanisesti valmistetun massan käyttöä, kuten myös mekaanisesti ja puolikemia11isesti valmistetun massan käyttöä kehon nesteiden vangitsemiseen tarkoitetussa absorboivassa tuotteessa, joka muodostuu mainituista kuiduista olevasta massasta valmistetusta tyynystä ja tyynyssä oleviin kuituihin hitsatuista muoviaineosasista sen yhtenäisyyden lisäämiseksi.

Termomekaanisessa sulputusproseeeiesa puulaatuja tai muita 1igniinipitoisia aineita sovitetaan yleensä höyryatmosfääriin korotetussa paineessa. Esilämmityksen jälkeen paineistetussa höyryatmosfääriseä puulastut asteittain viedään kahden pyörivän raffinöörilevyn väliin samalla kun niitä pidetään höyryn paineessa. Höyryn paineesta ja raffinöörilevyjen säädöstä riippuen saatetaan puulastut alttiiksi säädetylle hionta-asteelle lastujen pienentämiseksi kuitumuotoon. Kuidut ilmestyvät sen jälkeen pyörivän levyraffinöörin kehäalueelta edelleenjalostusta ja -käyttöä varten.

On tunnettua, että tietyissä paino/lämpötilaolosuhteissa kiekkoraffinöörissä, ja tietyn energiamäärän käytössä jauha-tueproseseieea, esiintyy ligniinin lämpöpehmenemistä tai ter-moplastisuutta kuitukimpuissa. Tämä aiheuttaa nk. keskilamel-lin heikkenemistä, niin että vierekkäisten kuitujen välinen sidosvoima voimakkaasti alenee ja yksittäiset kuidut ovat helposti erotettavissa ilman liian suurta vahingoittumista ja murtumista. Nämä alkuperäiset havainnot ajoittuvat 1930-luvun alkupuolelle ja niitä on selostettu esimerkiksi US-patentti-julkaisuissa 2 008 892 ja 2 145 851. Massan termomekaanisen valmistuksen laitteiden ja menetelmien kehittämistä on luonnollisesti jatkettu näistä pioneeriyrityksistä lähtien. Esimerkkejä uudemmista yrityksistä on esitetty US-patenttijulkaisuissa 3 773 610 ja 4 221 630.

3 81131

Enemmän tai vähemmän jatkuvasta kehitystyöstä huolimatta viimeisten 50 vuoden aikana termomekaanisen massan valmistukeen ja sen käytön alalla ei kuitenkaan kukaan ole aikaisemmin havainnut tai oivaltanut määrätyn tyyppisten termomekaanisesti valmistettujen massakuitujen varsin poikkeuksellisen korkeita pulkkiominaisuuksia valmistettaessa kuituisia suodatuevä-liaineita ja tällaisten suodatinvällaineiden edullista käyttöä suodatusprosesseissa.

Nyt on kuitenkin havaittu, että termomekaanisesti valmistetut massakuidut, jotka on valmistettu määrätyissä säädetyissä olosuhteissa, kuten tässä on määritelty, johtavat massaan ja kuituun, joka on lähestulkoon teoreettisesti ihanteellinen käytettäväksi kuituisten suodatinaineiden valmistuksessa ja muita lopullisia käyttötarkoituksia varten, joissa massan korkea puikki ja muut halutut ominaisuudet ovat tärkeitä. Tällaiset termomekaanisesti valmistetut massakuidut ovat aivan ylivoimaisia näihin tarkoituksiin käytettyihin tavallisiin kemiallisiin massoihin nähden, ja monessa suhteessa varsin ylivoimaisia niin kutsuttuihin suurtehokemiallisiin massoihin nähden.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että <e> mainituista esikuumennetuista raaka-aineen materiaali- palasista johdetaan ligniiniä sisältäviä kuituja, joilla on suurin osa alkuperäisestä 1igniinipitoisuudestaan, levyjauha- • ' maila mainittua esikuumennettua raaka-ainetta yksittäisessä o o vaiheessa, samalla pitäen höyryn lämpötila noin 149 C - 177 C:ssa ja paine noin 345 kPa - noin 827 kPa ja käyttäen jauha tuslaitteisto ja , joiden vaadittu keskimääräinen energiankäyttö ligniiniä sisältävän materiaalin jauhamiseksi on noin 568 - noin 2486 MJ/ADT <n. 8,9 - n. 39 HPD/ADT), mainittu jauhatusvaihe suoritetaan massan jauhautu-neisuustason saavuttamiseksi, joka ei ole oleellisesti vähempää kuin 700 <CSF), 4 81131 <g> muodostetaan liete levyjauhetusta materiaalista, joka on johdettu vaiheesta <e), ja suodatetaan mainittu liete ylisuurien kuitujen ja roskien poistamiseksi, (h) mainitun suodatinvaiheen käsittäessä lietevirran johtamisen kehämäisestä orientoituneita rakoja sisältävän sylinteri-mäisen suodattimen läpi, mainittujen rakojen leveyden ollessa suunnilleen 0,15 mm, ja (i) otetaan suodattimen läpi kulkevat kuidut talteen käyttöä varten.

Nämä olosuhteet, kuten jäljempänä lähemmin selostetaan, mahdollistavat teknistä laatua olevan massa-aineen valmistuksen, jolla on poikkeuksellisen edullinen kuiturakenne lukuisia paperi- ja levytuotteita varten, joissa alhainen näennäistiheys on eräs haluttu ominaisuus. Massalla on erityisen poikkeukselliset ominaisuudet, kun sitä on lisätty suodatusaineisiin.

Huopautettuja kuitukangasaineita käytetään yleisesti suodatus-aineiden valmistuksessa, esimerkiksi automaattisissa öljy-, ilma- ja polttoainesuodattimissa. Tällaisia suodattimia valmistetaan nykyisin suuressa mittakaavassa tavanomaisilla paperinvalmistusmärkämenetelmillä, joskin ilmasedimentointi on myös elinvoimainen ja mahdollisesti edullinen valmistusmenetelmä. Ihanteelliset aineet suodatinaineita varten ovat kuohkeita, huokoisia, lujia, jäykkiä, vastustuskykyisiä lämmölle ja kemialliselle hajoamiselle ja veden kestäviä. Aineella tulee myös olla haluttu keskimääräinen huokoskoko sen aiottua toimintaa varten. Näitä haluttuja erilaisia ominaisuuksia voidaan yleensä säädellä vaihtelemalla kuituraaka-ainetta, kuitujen käsittelyä ennen muodostusta, tapaa, jolla rata muodostetaan ja muodostuneen radan esikäsittelyä. Esikäsittely voi esimerkiksi käsittää puristamisen, kuivauksen, sideaineen lisäyksen ja/tai aallotuksen.

c 81131

Kuidun fysikaaliset ominaisuudet ovat tietenkin erittäin merkitykselliset. Tässä suhteessa kokemus osoittaa, että ihanteellisten kuitujen tulee olla suhteellisen voimakkaita ja jäykkiä. Niillä tulee myös olla jonkinasteinen kiharuus, kuten niiden tulee olla suhteellisen ei-sitovia. Nykyisin kemiallisia massoja käytetään laajalti kuituisten suodatin-aineiden valmistuksessa, koska kemiallisille massoille on luonteenomaista pidempi kuitu, korkeampi yksilöllinen kuitu-lujuus ja -jäykkyys ja suhteellisen korkea-asteinen kuitu-sidos paperiksi valmistettuna. Tavanomaiset jauhetut puumassat sen sijaan ovat hyvin lyhyitä, mikä johtaa suoöatinark-kiin, jolta puuttuu mm. haluttu lujuus ja huokoisuus.

Kuituisten suodatinaineiden valmistuksessa kaikkein mieluimmin käytettävät kemiallisten massojen laadut ovat ikävä kyllä myös erittäin kalliita. Eräs tällainen kaupallisesti saatava kemiallinen massa, so, merseroitu eteläinen mänty (southern pine), muodostaa perustan parhaimmantyyppiselle tavanomaiselle suodatinarkille, jolla on alhainen kuitusi-donta yhdessä korkean huokoisuuden ja pulkin kanssa. Kemiallinen prosessi tämän massan valmistamiseksi on kuitenkin suhteellisen monimutkainen ja massan saanto melko alhainen, so. noin 35 % uunikuivasta puusta laskettuna. Näin ollen : tämä massa on hyvin kallis. Eräät muut kemialliset massat, erityisesti äkkikuivattu sulfaattimassa, ovat jonkin verran halvempia, mutta vastaavasti suorituskykynsä perusteella vähemmän tyydyttäviä, ja niiden käyttö on rajoittunut sovellutuksiin, joissa suodatinaineen suoritusarvoille asetetaan vähemmän vaatimuksia.

Esillä olevan keksinnön erään piirteen mukaisesti aikaansaadaan uusi ja paljon parempi suodatinaine, kuten myös tehokas suodatusprosessi jossa sitä käytetään. Esillä olevan keksinnön mukaisessa suodatinaineessa käytetään termomekaa-nisesti muodostettua massaa muutoin tavanomaisesti käytettyjen suurteho- ja muiden kemiallisten massojen sijasta tai niiden ohella. Tästä huolimatta ei suodatustehokkuusominai-suuksissa esiinny mitään merkittävää menetystä vaan joissa- 6 81131 kin enemmän merkityksellisissä suodatusominaisuuksissa esiintyy jopa parannus korvauksen johdosta. Lisäksi kun uuteen suodatinaineeseen on lisätty termomekaanisesti muodostettuja kuituja vähemmän tehokkaiden kuitujen, kuten äkkikuivatun sulfaattimassan sijasta, aikaansaadaan merkittävä etu suorituskyvyssä, kun suodatusainetta käytetään suodatu sprosesseissa.

Esillä olevan keksinnön suodattimille on luonteenomaista poikkeuksellisen korkea pölykapasiteetti, korkea jauhautu-misaste, korkea huokosfraktio ja korkea palkki, mitkä kaikki ovat erittäin toivottuja ominaisuuksia suodatinaineille. Keksinnön mukaiset suodattimet ylittävät monessa suhteessa kemiallisia suurtehomassoja käyttävien tavanomaisten suotimien suoritusominaisuudet. Esillä olevan keksinnön suodat-timilla kyetään lisäksi saavuttamaan erinomainen tehokkuus hyvin monenlaisissa suodatusprosesseissa ja erityisesti ilman, öljyn, voiteluaineen, polttoaineen tai lääkeaineiden suodatusprosesseissa.

Esillä olevan keksinnön eräänä päätarkoituksena on valmistaa uutta teknillislaatuista mekaanista massaa valituissa ja säädetyissä termomekaanisissa olosuhteissa. Tästä sulpu-1 tusmenetelmästä saaduilla massakuiduilla on esimerkiksi suodatinaineisiin ja valittuihin muihin lopputuotteisiin lisättynä poikkeuksellisen edulliset ominaisuudet, kun halutaan korkeaa pulkkia ja alhaisen tiheyden omaavaa rakennetta. Käytännöllisistä syistä voidaan näin valmistettuja massa-kuituja tässä yhteydessä toistuvasti nimittää ligniinipi-toisiksi kuiduiksi, koska eräs luonteenomaisuus niillä on, että suurin osa alkuperäisestä ligniinipitoisuudesta pysyy lopullisessa kuidussa.

Uskotaan, että ligniinipitoisen kuidun lähde ei ole erityisen kriittinen ja että se voidaan ottaa hyvin lukuisista ligniinipitoisista kuiduista, joskin eräät voivat tietenkin olla muita edullisempia. Tällaisia lähteitä ovat kuorittu 7 81131 puu (sekä havupuu- että lehtipuulajit) ja muut ligniinipi-toiset aineet, kuten bambu, bagassi, määrätyt ruohot ja oljet ja sentapaiset. Keksinnön tarkoituksia varten tulee kuitua muodostavan aineen ligniinipitoisuuden olla ainakin noin 10 % ja edullisesti suurin piirtein 15 % tai enemmän (useimpien massapuiden ligniinipitoisuus on yli 20 %). Kehityksen tässä vaiheessa kuorittu puu, joko pohjoiset tai eteläiset havupuut tai lehtipuut ovat edullinen kuitulähde, pohjoisten havupuiden ollessa hieman suositumpia. Eukalyptus on myös suosittu ligniinipitoisen kuidun lähde.

Kuoritun puun ollessa kysymyksessä ja kuoren poistamisen jälkeen, jota kuorta ei käytetä prosessissa, propsit hakataan hakkeeKsi tai johonkin muuhun hienonnettuun muotoon, jolla on sopiva koko termokemiallista prosessointia varten. Tyypillinen hakekoko on edullisesti 1 x 1,3 x 1,9 cm kuitujen ollessa samansuuntaisia lastun pituusakselin kanssa. Missä tahansa hakeprösessissa lastujen koko ja muoto luonnollisesti vaihtelee suuresti. Tarkoituksena on kuitenkin löytää tyypillinen lastu, jonka pienin mitta on noin 1 cm ja suurin mitta noin 1,9 cm, joka on kohtuullisesti arvioi-tavissa seulomalla lastut seulan läpi, jonka silmäkoko on korkeintaan 2,5 cm ja vähintään 0,3 cm.

Seulotut hakkeet pienennetään, tavallisesti puhdistuksen jälkeen tavanomaisella vesipesumenetelmällä, massakuiduiksi ] US-patentissa 2 003 892 tai 3 773 610 esitettyjen yleismene- telmien mukaisesti.

Prosessin ensimmäisenä vaiheena on tavallisesti hakkeen esikuumentaminen höyryllä ja tämä suoritetaan edullisesti astiassa, kuten pystysuorassa putkikeittimessä. Keitin, :: joka on tavanomainen laiteosa, voi tulopäässään olla varus tettu pyörivällä venttiilillä tai sentapaisella laitteella (myös tavanomainen) puuhakkeen syötön vastaanottamiseksi samalla kun astia pidetään höyry-ylipaineessa.

Keksinnön mukaisessa prosessissa ligniinipitoista ainetta β 81131 esikuumennetaan sopivan kokoisessa hienonnetussa muodossa, esimerkiksi edellä mainitun puuhakkeen kokoisena, vähintään noin 150°C:n lämpötilassa ja edullisesti noin 166-177°C:n lämpötilassa. Tämä vastaa painealuetta noin 3,5-8,4 ata, jolloin edullinen painealue on noin 6,3-8,4 ata. Puu-haketta siirretään edullisesti asteittain osittain (1/3-1/2) täytetyn keittimen läpi, samalla kun sitä jatkuvasti sekoitetaan. Tämä varmistaa erittäin tehokkaan lämmönsiirron höyryn ja puuhakkeen välillä ja tasaisen esikuumennuksen. Tavallisesti 3 minuutin viiveaika vaakasuoran putkikeittimen sisällä on riittävä ja uskotaan, että tämä saattaa hakkeen sisäpuolen noin 5°C:n sisälle höyryn lämpötilasta.

Esikuumennettu puuhake jauhetaan sen jälkeen massakuiduiksi kiekkoraffinöörissä samalla kun haketta pidetään höyrynpaine-atmosfäärissä ja olennaisesti kuivassa olotilassa. Jauhatus suoritetaan kiekkoraffinöörissä, joka on edellä mainituissa US-patenttijulkaisuissa esitettyä yleistä tyyppiä. Tähän tarkoitukseen erityisen sopiva laite on kuitenkin C.E.

Bauer'in n:o 418 vastakkaissuuntiin pyörivä 91 cm:n kaksois-kiekkoraffinööri. Tässä laitteessa käytetään kahta vastakkaisiin suuntiin pyörivää 91 cm:n kiekkoa, jotka on sovitettu vaakasuoran putkikeittimen yhteyteen ja sovitettu vastaanottamaan esikuumennettua puuhaketta keittimestä (edullisesti samoissa paineolosuhteissa), jolloin mitään paineventtiili-laitetta ei tarvita keittimen ja kiekkoraffinöörin välillä.

Kun puuhake saatetaan altiiksi leikkaukselle ja vastakkaisiin suuntiin pyörivien raffinöörikiekkojen hionnalle, joutuvat ne yleisesti tunnettujen periaatteiden mukaisesti alttiiksi lisäkuumennukselle itse jauhimen energiansyötön johdosta.

On tunnettua, että hakkeen ligniinisisältö pehmenee ja : plastisoituu hakkeen esikuumennuksen ja kiekkoraffinöörin toiminnan määrätyissä olosuhteissa, mikä siten helpottaa yksittäisten kuitujen erottamista toisistaan kuituja mahdol-*;. lisimman vähän vahingoittaen ja tärvellen. Haluttua jauha- tusastetta säädetään säätelemällä raffinöörikiekkojen vä- 9 81131 listä kehävälystä. Mitä ahtaampi välys sitä enemmän energiaa tarvitaan yleensä massan jauhamiseksi ja kuitujen saattamiseksi ilmestymään välyksestä. Tätä energiankäyttöä mitataan tavallisesti hyötyhevosvoimapäivinä raaka-aineen ilmakuivattua tonnia kohti (HPD/ADT). Keksinnön mukaisten massakuitujen valmistamiseksi, jotka sopivat ihanteellisesti suodatinaineiden ja muiden hyvin kuohkeiden lopputuotteiden valmistukseen, on määritetty, että energiankäytön tulee kiekkoraffinöörissä olla vähintään noin 8 HPD/ADT ja korkeintaan noin 35 HPD/ADT. Haluttujen energiamäärien saavuttaminen edellyttää monissa tapauksissa välyksen asettamista pienimpään arvoon - itse asiassa nollavälykseen, joskin määrättyjen puiden, kuten eteläisten havupuiden ollessa kysymyksessä, voi olla toivottavaa laajentaa välystä hieman energian rajoittamiseksi suurin piirtein 35 HPDrhen.

Jauhatuksen jälkeen kuituinen massa poistetaan raffinööris-tä sopivan puskuventtiilin tai sentapaisen kautta, joka mahdollistaa kuituaineen siirtämxsen paineistetusta olotilasta paineistamattomaan olotilaan.

Kiekkoraffinöörikäsittelyn jälkeen massakuidut tavallisesti sekoitetaan niin suuren vesimäärän kanssa, että saadaan liete, jossa on 0,5-1 % kiintoaineita, joka soveltuu kuitujen seulontaan. Tässä suhteessa yllä esitettyjen menetelmien mukaisesti valmistetut kuidut ovat merkittävästi pidempiä ja jäykempiä kuin tavanomaisemmat massakuidut eikä niitä voi-da helposti seuloa tavanomaisilla massaseuloilla hylkäämättä liian paljon hyviä kuituja ja ilman tarpeetonta saantohäviötä. Näin valmistetun massan kuituominaisuuksien johdosta on havaittu edulliseksi käyttää pyörivää seulaa, jonka kehällä on samalle suoralle sovitettuja rakoja (päinvastoin kuin akselinsuunnassa, kuten on tavanomaisempaa). Black-Clawson'in markkinoima nk. "Ultrascreen" on tehokas esillä olevassa prosessissa. Tällainen seula, jossa rakoleveys on suurin piirtein 0,15 mm mahdollistaa massan tehokkaan seulonnan luotettavalla kuitukimppujen ja muun vieraan aineksen 10 81131 hylkäyksellä ilman liian suurta hyvän kuidun rejektiota.

Erilaiset massapuunäytteet, joita prosessoitiin erilaisissa paine-lämpötilaolosuhteissa ja raffinöörienergiatasoilla antoivat seuraavissa taulukoissa I — 11 esitetyt ominaisuudet. Näitä ominaisuuksia on verrattu useihin kaupallisiin massoihin taulukossa II. Mainittakoon, että 1 HPD/ADT = 63,55 MJ.

n 81131

TAULUKKO I

Ajo n:o_1_2_3_4_5

Puutyyppi, NS - pohjoinen havupuu Ns ss Ns ss NH = pohjoinen lehtipuu _

Jauhatusolosuhteet Höyry; ata 3,5 6,3 6,3 4,2 3s5 Lärapöt., °C 148 166 166 153 148 ’

Esikuumennusaika, min 33333

Levyvälys, cm 0,017 0,000 0,000 0,000 0,03 HPD/ADT 27,3 12,9 16,2 64,4 11,1

Jauhautumisaste, CSF 668 760 728 417 795 % kuitukimppuja (Somerville) 4,9 3,7 2,2 1,4 47,9

Ajo n:o 6 7 8 9

Puutyyppi, NS = pohjoinen havupuu ~ ~ ~ ~ NH = pohjoinen lehtipuu ______

Jauhatusolosuhteet Höyry, ata 6,3 6,3 6,3 6,3 Lämpöt., °C 166 166 166 166

Esikuumennusaika, min 3 333

Levyvälys, cm 0,02 0,000 0,013 0,01 HPD/ADT 13,7 29,9 20,7 18,6

Jauhautumisaste, CSF 785 726 759 765 % kuitukimppuja (Somerville) 7,6 0,7 2,2 3,2

Ajo n:o 10 11 12 13 14

Puutyyppi, NS = pohjoinen havupuu Ng NS Ng NS NH

NH = pohjoinen lehtipuu _______ Höyry, ata 3,5 1,05 8,4 6,3 3,5 Lämpöt., °C 148 121 177 166 148

Esikuumennusaika, min 33333

Levyvälys, cm 0,000 0,000 0,050 0,013 0,000 HPD/ADT 48,1 46,0 8,0 24,2 42,9

Jauhautumisaste, CSF 684 683 764 756 669 % kuitukimppuja (Somerville) 0,9 13,6 2,2 1,2 2,6

Ajo n:o_15_16_17_18_19

Puutyyppi, NS = pohjoinen havupuu Ng NH NH NH NH

NH = pohjoinen lehtipuu _ Höyry, ata 6,3 1,05 8,4 6,3 6,3 \ Lämpöt., °C 166 121 177 166 166 :: : Esikuumennusaika, min 3333

Levyvälys, cm 0,013 0,000 0,017 0,015 HPD/ADT 17,8 51,0 18,0 18,9 17,9

Jauhautumisaste, CSF 753 579 762 757 770 % kuitukimppuja (Somerville) 3,8 5,3 0,8 1,9 4,3 i2 81131

TAULUKKO II

Jauhamattoman massan fysikaaliset ominaisuudet

Ajo n:o ” Ϊ0 Π Ϊ2 Ϊ3 14

Tapp i-valko i suu s 47,6 49,1 27,8 38,4 39,6

Kuituluokitus: % 14 mesh:illä 46,7 40,3 45,8 34,5 4,4 20 19,1 23,4 26,2 24,2 9,6 48 13,0 16,3 14,4 13,9 33,6 100 4,5 4,0 3,2 3,2 15,6 299 4,4 5,3 3,3 3,7 12,3 % 200 mesh'in läpi 12,3 13,4 7,1 20,5 24,5

Punnittu keskimääräi- , 0 Q - , „ 0 «·, 1 · / * i ^ >5 i i 2 »O ™ nen kuidunpituus, mm

Kuituhalkaisija, mm 0,033 0,034 0,050 0,048

Ajo n:o 15 16 17 18 19

Tappi-valkoisuus 35 41,7 29,3 34,6 33,5

Kuituluokitus: % 14 mesh:illä 42,7 7,2 1,2 1,9 4,7 20 16,9. 12,6 5,2 7,2 10,3 48 14,5 30,1 37,0 41,6 35,7 100 4,0 13,1 24,8 22,5 20,5 200 3,7 12,8 16,1 13,7 13,7 % 200 mesh'in läpi 18,2 24,2 15,7 13,1 15,1

Punnittu keskimääräi- Λ _ , _ Λ t j _ 3,1 0,8 1,0 0,9 0,9 nen kuidunpituus, mm ’ *

Kuituhalkaisija, mm 0,039 0,022 0,019 0,023 0,020

Jauhamattoman massan Westvaco-val- Westvaco-val- JR Berlin JR Berlin fysikaaliset ominai- kaistu eteläi- kaistu eteläi- valkaistu valkaistu suudet sen männyn sul- sen lehti- pohjoisen pohjoisen faattimassa puun massa havupuun lehtipuun sulfaatti- sulfaatti- _ massa_massa_

Kuituluokitus: % 14 meshrillä 53,8 0,6 45,76 28 19,2 14,2 23,3 48 13,5 31,7 10,4 100 6,3 22,0 7,6 Jäänyt kokonai- suudessaan, % * * 87,1 Läpi 100 % 7,2 31,5 12,9

Punnittu keskim.

kuidunpituus, mm 3,1 1,0 2,9 0,8

Kuituhalkaisija, mm 0,031 0,015 0,041 0,023

Jauhautumisaste CSF_740_718_688_-_

Jauhamattoman massan Allied valkaistu Buckeye HPZ Buckeye 512 fysikaaliset E.mänty sulfaat- E.mänty merse- terimassalnt~ ominaisuudet timassa roitu alfa-sul- ..-.ι, ·β(.η ___faattimassa_Valkaistu

Kuituluokitus: _. . _ % 14 »chiliä 52 4 38 8 19 8 ^jj 10,6 14,6 26,6

Jäänyt kokonaisuudessaan, % e?:? M IM

Läpi 100 % . 14,9 24,3 13,9

Punnittu keskim. kuidun- 3,3 2^8 2*2 pituus, mm

Kuituhalkaisija, mm 0,038 0,030 0,018

Jauhautumisaste CSF 758 728 424 i3 81131

Suoritettiin elektronivalokuva-mikrokuvaustutkimuksia taulukon I mukaisesti prosessoiduille valituille massapuu-näytteille. Näitä verrattiin tavanomaisiin kaupallisiin massoihin, jotka tunnetusti ovat edullisia suodatinaineiden tuotannossa käytettäviksi. Jälkimmäisiin kuului äkkikuivat-tu V/estvaco-mänty, äkkikuivattu Westvaco-lehtipuu,

Buckeye "HPZ", Buckeye 512 puuvillalintterit, JR-Berlin valkaistu sulfaattihavupuu ja -lehtipuu (ei äkkikuivattu). Westvaco-tuotteita myy Westvaco kaupallisella nimellä "Pinnacle Prime"-havupuu ja "Pinnacle Prime"-lehtipuu.

"HPZ" on kaupallinen nimike Buckeye selluloosan korkealuokkaiselle merseroidulle eteläisen männyn alfamassalle.

Tutkittaessa taulukon I sulputusolosuhteissa tuotettuja kuituja, havaittiin erikoislaatuinen ero kuidun pinnassa sekä lehtipuu- että havupuumassoille, kun esikuumennuksessa käytettyä höyrynpäinetta kohotettiin. Alhaisissa höyryn-paineissa (1,05 ata) saatiin prosessilla kuitu, jolla oli suuri määrä hienorakennetta. Osia solun seinämästä kuoriutui kuidun pinnalta, kuidut olivat karkeapintaisia ja havaittiin fibrillejä, jotka sitoivat kuituja toisiinsa.

Kun höyrynpainetta kohotettiin noin 3,5 ata:n havaittiin muutos pinnan rakenteen kehittymisessä, so. siinä esiintyi vähemmän kuituja toisiinsa sitovaa hienorakennetta.

6,3 ata:n höyrynpaineessa tehdyt massat olivat täysin sileä-.. . seinämäisiä. Jopa 800-kertaisessa suurennoksessa ei näkynyt mitään fibrillejä, ei mitään merkkiä pintakehityksestä ja kuidun pinta näytti vahingoittumattomalta. 8,4 ata:n höyryn-paineessa valmisteut massat olivat vapaita siitä pintar-kenteen hienokehityksestä, joka oli ilmeinen 1,05 ata:ssa, mutta siinä oli merkkejä siitä, että havupuukuidut olisivat vahingoittuneet (joskin siitä valmistetuilla suodatusaineil-la näytti olevan erinomaiset suodatusominaisuudet). Jotkut lehtipuukuidut olivat 8,4 ata:ssa jopa itse asiassa haljenneet paljastaen keskiontelot. Seinämällä oli kuitenkin sileä, ei-sitova ulkomuoto, kuten havaittiin 6,3 ata:n höyrynpaineessa tuotetuissa kuiduissa. 8,4 ata:ssa tuotetuilla i4 81131 lehtipuumassoilla ei näyttänyt ilmenevän mitään mahdollista vahingoittumista, kuten havupuumassalla. Ne näyttivät itse asiassa enemmän tai vähemmän samoilta kuin 6,3 ata:ssa tuotetut kuidut.

JR-Berlin lehtipuu- ja havupuumassojen kuten myös Allied havupuumassan ollessa kysymyksessä, oli kuiduilla nauhamainen ulkomuoto ja ne pyrkivät kuivattaessa menemään kasaan, niin että kuidut tarttuivat toisiinsa. Vertailun vuoksi mainittakoon, että paljon suurennettuina pyrkivät esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetut kuidut näyttämään "keittämättömältä spagetilta", kun taas tavanomaisemmilla sulfaattikuiduilla oli "keitetyn spagetin" ulkonäkö. Joskaan tavanomaisia sulfaattimassoja ei oltu raffinoitu, oli niissä todisteita pinnan hienorakennefibrilleistä, jotka sitoivat kuidut toisiinsa.

Erittäin suurennettuna Westvaco lehtipuu- ja havupuumassat näyttivät "sykkyräisiltä nauhoilta". Westvaco-kuidut menivät kasaan kuten JR-Berlin-ja Allied-kuidut, mutta kuitujen välillä näytti olevan hyvin vähäistä sidosta. Keksinnön olosuhteissa valmistetut kuidut näyttivät jäykiltä, suorilta tangoilta Westvaco-kuituihin verrattaessa. Jäkimmäisissä näytti "sykerön" osan kaarevuussäde olevan samaa suuruusluokkaa kuin itse kuidun halkaisija, mikä oli epätavallinen piirre.

Buckeye "HPZ"-kuidut, joita yleensä pidetään kaikkein korka-luokkaisimpana kaupallisesti saatavana massana suodatusaine-tarkoituksiin, näyttivät olevan kiharaisten tankojen muotoisia. Kiharien kaarevuussäde oli paljon suurempi kuin Westvaco-kuidun "sykkyrät". "HPZ"-kuiduilla oli näkyvä hienorakenne, joka kuitenkin havaittiin suhteellisen jäykäksi ei-sitovaksi.

Mikrovalokuvat Buckeye 512 puuvillalintterimassasta osoitti "kiharaisten tankojen" läsnäolon, joissa oli yllättävän is 81131 suuri määrä fibrillejä, jotka pyrkivät sitomaan kuidut yhteen. Kuidut itsessään eivät olleet riittävän joustavia sitoutuakseen, kuten sulfaattimassojen ollessa kysymyksessä, mutta hienorakenne oli riittävän joustava koskettaakseen ja sitoakseen vierekkäiset kuidut.

Keksinnön olosuhteissa tuotetut kuidut olivat yleensä jäykempiä ja vähemmän mukautuvia kuin sulfaattikuidut. Ne jotka oli valmistettu korkeammissa höyrynpaineolosuhteissa olivat pinnaltaan hyvin sileitä. Fysikaaliselta ulkomuodoltaan keksinnön olosuhteissa valmistetut kuidut näyttivät enemmän Buckeye "HPZ":lta kuin mitkään muut tutkituista massakuiduista. Näin ollen kuten myöhemmin ilmenee, saatiin vastaava tai parempi suodatuskyky suodatusprosessissa suo-datinainetuotteissa, kun "HPZ"-kuidut korvattiin keksinnön olosuhteissa tuotetuilla kuiduilla. Tämä on tosiaan merkittävää, ottaen huomioon että esillä olevan keksinnön olosuhteissa valmistetun massan kuitusaanto on huomattavasti suurempi kuin saanto valmistettaessa suurtehokemiallisia massoja kuten "HPZ":aa.

Valmistettaessa massaa, jota lopuksi käytetään suodatusai-neissa, on ehkä kaikkein tärkein ominaisuus jauhautumisaste, joka on tavanomainen mitta massakuitujen rakenteen avoimmuu-desta. Tässä suhteessa esillä olevan keksinnön ja sen menetelmän vaatimissa olosuhteissa valmistetulla massalla on poikkeuksellinen jauhautumisaste, likipitäen 760 + 15 ml (CFS). Tätä voidaan edullisesti verrata Buckeye "HPZ":aan, joka on korkealuokkainen mutta kallis kaupallisesti saatava suodatusmassa, tyypilliseen jauhautumisastearvoon noin 750.

Tavanomaisia suodatinaineita, joita usein valmistetaan jatkuvan aineradan muodossa, on tavallista ja tavallisesti edullista yhdistää kahta tai useampaa massaa haluttujen ominaisuuksien yhdistelmän aikaansaamiseksi lopputuotteessa. Tämä pitää paikkansa myös parannetuille suodattimille, jotka on valmistettu käyttäen keksinnön määritellyissä olosuhteissa valmistettuja ligniinipitoisia massakuituja. Tässä suh- ie 81131 teessä on hyvän suodatinkuidun eräs ominaisuus sen suhteellisen ei-sitova luonne, mikä pyrkii johtamaan alhaiseen vetolujuuteen lopputuotteessa. Näin ollen on edullista yhdistää keksinnön ligniinipitoisia massakuituja tavanomaisempien suhteellisen halpojen äkkikuivattujen sulfaatti-massojen kanssa vetolujuuden lisäämiseksi. Lopullista rataa impregnoidaan joka tapauksessa tavallisesti jossakin määrin sideainehartsilla (tavallisesti fenoli-formaldehydi), joka aikaansaa tehokkaan kuitusidoksen käyttämättä itse aineen välitiloja.

Joskin ajatellaan, että keksinnön ligniinipitoisia kuituja käyttäviä suodatinaineita voidaan valmistaa käyttäen esimerkiksi ilmasedimentointimenettelytapoja, valmistetaan useimpia suodatinratoja nykyisin tavanomaisemmilla paperiradan valmistusmenetelmillä. Tähän tarkoitukseen on yleistä, että useita massoja yhdistetään holanterissa yhtenäisen seoksen aikaansaamiseksi, ennen kuin kuituliete levitetään pa-perinvalmistusviiralle. Keksinnön olosuhteissa valmistettu uusi massakuitu on erityisen edullinen tässä suhteessa, koska kuidut, sen lisäksi että niillä on korkea jäykkyys-aste, ovat voimakkaita ja sitkeitä eikä vesi vaikuta niihin paljon, kun taas kaupallisesti saatavat kuidut, jotka voivat olla jossain määrin samantapaisia haluttujen ominaisuuksien suhteen, ovat erittäin hauraita ja alttiina vakavalle hajoamiselle jauhatusprosessissa. Vaikka käytännössä suhteellisesti muutaman minuutin jauhatusaika voi olla riittävä, johtaa tavallinen tehdaskäytäntö tavallisesti tarpeettoman pitkään jauhatusaikaan ja sitä seuraavaan tuotteen hajoamiseen.

Tämä on erityisen vakava asia silloin kun käytetään sellaista sulputustuotetta kuin "HPZ", jonka suoritusominaisuuk-sia tavanomaiset jauhatustoimenpiteet vakavasti vahingoittavat.

Kuituradan alkumuodostuksen jälkeen on samoin toisinaan edullista puristaa rataa ennen impregnointia. Tämä voi myös huonontaa suurtehokemiallisia massoja ja voi aiheuttaa halvemmilla sulfaattimassoilla tuotettujen ratojen ei-toivottua i7 81131 tiivistymistä. Tällaisella puristuksella on toisaalta suhteellisen vähäinen vaikutus keksinnön olosuhteissa tuotettuihin ligniinipitoisiin kuituihin tai keksinnön edellyttämissä olosuhteissa tuotettujen massojen tiheyteen.

Keksinnön olosuhteissa valmistettujen valikoitujen lignii-nipitoisten kuitujen käytön etuna suodatinrata-aineessa on siten sen kyky kestää esijauhatusta ja puristustoimenpitei-tä huononematta merkittävästi ja ilman merkittävää tiivistymistä. Tavanomaisemmat suurtehomassakuidut kärsivät toisesta tai molemmista näistä haitoista.

Suodatinaineilla, jotka sisältävät prosentuaalisesti merkittäviä määriä keksinnön mukaisesti valmistettuja ligniinipi-toisia kuituja, on huomattavasti parempi "pölykapasiteetti" kuin vastaavilla tavanomaisia massoja käyttäen valmistetuilla suodatinaineilla, jopa suurtehokemialliset massat mukaanluettuna. Tämä johtuu massan hyvin korkeasta jauhautumis-asteesta ja vastaavasta alhaisesta näennäistiheydestä.

Kuten taulukoista I ja II hyvin kuvastuu,vaikuttavat esikuu-mennuksen ja jauhatuksen höyrynpaineolosuhteet merkittävästi massan jauhautumisasteeseen. 3,5 ata:n alapuolella ovat jauhautumisominaisuudet (CFS) selvästi alle 700 ja kuitu-kimppupitoisuus on suhteellisen korkea, kun taas 6,3 ja 8,4 atan:n paineessa valmistetun massan jauhautumisasteomi-naisuudet olivat suurempia kuin 750 ja jopa 770 ja kuitu-kasautumapitoisuus mahdollisimman pieni. Massalla, jolla on nämä erinomaiset jauhautumisastearvot yhdessä jäykkyys-, sitkeys- ja ei-sitovien ominaisuuksien kanssa, voidaan saada erinomainen suodatinaine, jolla on korkea puikki ja vastaavasti korkea pölykapasiteetti.

Esimerkkeinä valmistettiin testiarkkeja useilla kaupallisesti merkittävillä massoilla, joita käytetään suodatusainei-den valmistuksessa, JR-Berlin havupuusulfaattiselluloosa, Buckeye "HPZ" ja Alfa Pulp, kuten ITT-Rayonier'in markki- ie 81131 noiraaa "Placetate" mukaanluettuna. Jokaista arkkia jauhettiin 5 min tehdasolosuhteiden simuloimiseksi, mutta niitä ei puristettu. Alla olevassa taulukossa III on annettu arvoja neliömetripainolle kgrssa 600 m kohti, ratapaksuus mm:ssä, pölykapasiteetti g soina per kg, vetolujuus kg soina per m ja ontelofraktiot.

TAULUKKO III

Yksimassa-arkit, puristamattcmia, jauhatus 5 min (Keksinnön JR-Berlin mukainen Buckeye Alfa- havupuusul- arkki)_"HPZ"_massa_faattimassa

Arkkipaino 65 65 60

Paksuus (mm) 0,0010 0,00048 0,00051 0,00041 Pölykapasiteetti (g/kg) 3367 732 952 29,3

Vetolujuus 18 18 36 285

Qntelofraktio 0,89 0,83 0,85 0,75

Kuten selvästi ilmenee, on esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetun suodat inarkin pölykapasiteetti merkittävästi parempi kuin millään muulla kuidulla valmistettujen arkkien pölykapasiteetti. Tämä on erityisen merkittävää, koska pölykapasiteetti on suorassa suhteessa suodattimen käyttökelpoiseen elinikään. Ajatellaan esimerkiksi, että keksinnön mukaista suodatinainetta käyttävän automoottorin öljysuoti-men realistinen käyttökelpoinen elinikä voi olla 80 000 km.

Toinen merkittävä piirre keksinnön mukaisesti valmistetuissa suodatinaineissa ja joka ilmenee taulukosta'III, on keksinnön suodatinarkin poikkeuksellisen suuri paksuus tai puikki. Se on suurin piirten kaksinkertainen suurtehokemiallisista kuiduista valmistettujen arkkien paksuuteen nähden. Uuden suodatinaineen yhdistetyn poikkeuksellisen korkean paksuus-arvon ja pölykapasiteettiarvon monista seuraamuksista, on sen kyky aikaansaada paljon paksumpi ja sen vuoksi edullinen jäykempi suodatusrata määrätyllä neliömetripainclla, jolloin tällaisella radalla luonnollisesti on paljon parempi pölykapasiteetti kuin tavanomaisilla suodatinarkeilla.

i9 81131

Vaihtoehtoisesti on mahdollista alentaa kuidun paino mää-rätynpaksuisessa arkissa, jolloin saadaan arkki jolla vielä on parempi pölykapasiteetti kuin tavanomaisilla suodatinarkeilla.

Taulukon III esimerkkiarkit valmistettiin käyttäen yhtä ainoaa massakuitua. Kaupallisessa käytännössä kuitenkin suo-datinarkki tavallisemmin koostuu useista kuiduista, joista kukin myötävaikuttaa määrättyihin haluttuihin ominaisuuksiin, niin että suodat.inaine voidaan optimoida määrättyyn loppukäyttötarkoitukseen.

TAULUKKO IV

Tavanomaisen ja uuden suodatinaineen vertailuja

Standardikoostumus Koostumus jossa on LCF-kuitu

Massa/% HPZ/38,3 LCF/75

Massa/% W/VP/46,4 W/VP10

Massa/% Polyesteri/15,3 Polyesteri/15

Kovetettu neliömetripaino 126 128

Paksuus, mm 1,12 1,42 Läpäisevyys. Frazier 72,4 76,2 MD jäykkyys, mg 5950 6800 CD jäykkyys, mg 2500 2600 MD vetolujuus, kg/m2 390 320^ CD vetolujuus, kg/m2 170 128

Mullen, kp/αη2 2,0 1,1

Urasyvyys, im» 0,38 0,41

Hartsi, % 16 16

Haihtuvat ainesosat, % 5,6 6,0 MFP, mm 0,021 0,028 *Ligniinipitoinen kuitu (LCF) valmistettu keksinnön olosuhteiden mukaisesti.

20 81 1 31

TAULUKKO V

Tavallisen ja uuden suodatusaineen suodatuskykyvertailu

Standardi Uusi (LCF) 2

Neliömetripaino kg/600 m 126 128

Poimuleveys, mm 102,16 107,14

Korkeus, mm 19 19

Poimuja suotimessa 59 48

Pinta-ala, cm^ 2296 1960

Paksuus, mm 1,12 1,42

Uraleveys, mm 0,30 0,38

Suotimen ikä, h 15,7 20,9

Suotimen pölykapasiteetti, g 34,8 45,9 Pölykapasiteetti, /mg suodatinainetta, g 737 112 Pölykapasiteetti /cm^ suodatinainetta, g 0,015 0,023

Painatettu keskimääräinen tehokkuus 88,3 88,3

Taulukoissa IV ja V on esitetty kaksi erilaista suodatin-ainearkkia, vertailuarkki jossa on käytetty suurtehokemial-lista kuitua (Buckeye "HPZ") ja toinen arkki, jossa on käytetty samanlaista (vaan ei identtistä) kuituyhdistelmää, jossa suurtehokemiallinen kuitu oli korvattu täysin esillä olevan keksinnön olosuhteiden mukaisesti valmistetuilla ligniinipitoisilla kuiduilla (identifioitu taulukoissa IV ja V "LCF":ksi), muutoksilla muiden kuitujen suhteissa. Taulukossa IV suodatinarkkien ominaisuudet mitattiin sen jälkeen kun arkki oli kyllästetty fenolihartsilla ja kovetettu. Taulukoissa IV ja V esitetyssä arkissa vertailuarkin massareseptissä oli suurin piirtein 38,3 % "HPZ", suurin piirtein 46,4 % Westvaco havupuuta (Pinnacle Prime Pine) ja suurin piirtein 15 % polyesteriä (DuPont Dacron, 6,4 mm pitkiä ja 1,5-3,0 denieriä). "LCF"-kuidulla valmistetussa vertailuarkissa oli polyesterikuitupituus muuttumaton, Westvaco havupuukuitupitoisuus oli alennettu 10 %:iin ja jäljellä oleva 75 % koostumuksesta muodostui "LCF"-lignii-nipitoisesta kuidusta, joka oli valmistettu keksinnössä määritettyjen olosuhteiden mukaisesti.

2i 81131

Taulukossa V esitetyt arvot havainnollistavat "LCF"-kui-dusta valmistetun paperin erinomaisen paksuuden. Vertailu-paperi todettiin 1,12 mm:n paksuiseksi, kun taas "LCF"-kuidusta valmistettu paperi oli 1,42 mm paksu. Koska molemmilla papereilla oli sama neliömetripaino, oli "LCF"-kui-dusta valmistetun paperin ontelofraktio ilmeisesti paljon suurempi kuin vertailupaperin ontelofraktio. Ontelofraktio voidaan laskea kaavasta: V = 1 - (0,0000458 neliömetripaino/paksuus)

Kaavaa käyttämällä havaitaan, että vertailupaperin ontelo-fraktio on 0,869 kun ontelofraktio "LCF"-kuitua käyttäen valmistetussa paperissa on 0,895. Tämä ero ontelofraktiossa kytkeytyy "LCF"-pitoisesta koostumuksesta valmistetun paperin korkeampaan pölykapasiteettiin.

Molempien suodinainearkkien suorituskyky on koottu taulukkoon V. Tätä vertailua varten valmistettiin voiteluöljy-suodatuselementtejä poimuttamalla molempien paperien liuskoja. Vertailupaperia sisältävä elementti valmistettiin tavallisella lukumäärällä poimuja, joka on 59. Toisella paperilla varustettu elementti, joka sisälsi "LCF"-kuitua, sisälsi ainoastaan 48 poimua. Siten vertailupaperia sisäl- 2 tävan standardielementin suodatuspinta-ala oli 2300 cm , kun taas ligniinipitoisilla kuiduilla valmistetun elementin 2 pinta-ala oli ainoastaan 2000 cm , noin 15 %:n pinta-alan supistuminen.

Pienentyneestä suodatuspinta-alasta huolimatta, oli "LCF"- « kuitua sisältävällä elementillä 20,9 tunnin käyttökelpoinen elinikä, kun taas vertailupaperia sisältävän elementin käyttökelpoinen elinikä oli ainoastaan 15,7 h. Tämä ero vertailupaperin ja "LCF"-kuitua sisältävän paperin likaa pidättävän kapasiteetin välillä on paljon vaikuttavampi, kun tutkitaan likaa pidättävää kapasiteettia grammoina pölyä kg suodatusainetta kohti. Tällä tavoin tutkittuna "LCF":llä valmistettua paperia sisältävän elementin likaa 22 81131 pidättävä suhde on 1126 g likaa per kg paperia kun taas vertailupaperia sisältävän elementin likaa pidättävä suhde on 738 g/kg. Suodatusaineen saman painon perusteella "LCF"-kuidulla valmistettu elementti pidättäisi siten 152 % vertailukuitukoostumuksella valmistetun standardielementin pidättämästä pölystä. Tämä tosiasia on vieläkin vaikuttavampi, kun todetaan että esimerkin vertailuksi valittu paperi on parasta arkkilaatua, jota käytetään ainoastaan hyvin tehokkaissa voiteluöljysuodattimissa.

"LCF":ää sisältävällä reseptillä valmistetun paperin poikkeuksellisen suuri paksuus on arvokasta suodatustuotteissa hyvän likaa pidättävän kapasiteetin vuoksi, kuten on esitetty. Poikkeksellisen korkea paksuus edistää myös tuotteen ajettavuutta poimutusviivoilla ja johtaa haluttuun korkeaan jäykkyyteen lopullisessa tuotteessa. Useita suodatintuotteita jotka on valmistettu kuitukangasradoista, kuten paperi, poimutetaan ennen sovittamista suodatinelementtiin, koska poimutus tekee mahdolliseksi nestevirtaukselle alttiina olevan suodinpinta-alan lisäämisen. Menestyksekkään suoda-tinaineen eräs tärkeä ominaisuus on siten sen kyky poimut-tua. Kokemus on osoittanut, että paperilla on oltava tietty pienin paksuus ja jäykkyys, jos se on jaettava onnistuneesta kaupallisen poimutuslaitteen läpi. Useita suodatintuotteita valmistetaan yleisesti ottaen alhaisimmalla neliö-metripainolla, joka onnistuneesti poimuttuu. Paperit, jotka on valmistettu käyttäen reseptiä, joka sisältää uutta "LCF"-kuitua, ovat sekä paksumpia että jäykempiä kuin paperit, jotka on valmistettu reseptistä, joka sisältää kaupallisesti saatavaa kuitua. Siten on huomattavaA että "LCF":ää sisältävällä reseptillä valmistettu paperi omaa paremman poimuttuvuuden lisääntyneen paksuuden ja jäykkyyden ansiosta. On myös huomattu, että voidaan valmistaa neliömetripai-noltaan alhaisempaa reseptiä, joka sisältää tavanomaisia kaupallisesti saatavia kuituja. Käyttämällä "LCF"-kuitua paperissa, jolla on alempi neliömetripaino, voidaan siten valmistaa suodatinpaperia, joka poimuttuu hyvin, jolla on i 23 81 1 31 yhtä hyvä tai parempi pölykapasiteetti ja jolla on yhtä hyvä tai parempi paperin jäykkyys.

Tuotteen jäykkyys on hyvin tärkeä ominaisuus menestyksellisessä suodatinaineessa. Suodatinelementissä, joka on täytetty poimutetulla suodatinpaperilla, on aineen kyky vastustaa hydraulisen kuormituksen aiheuttamaa luhistumista suhteessa paperin jäykkyyteen. Paperiliuskan jäykkyys suhtautuu paksuuteen kolmannessa potenssissa. Koska "LCF"-kuitua sisältävästä reseptistä valmistettu paperi on paksumpi kuin paperi, joka on valmistettu tavanomaisista kaupallisesti saatavista kuiduista, on jäykkyys huomattavasti parempi.

Suodatinelementtejä arvioidaan tavallisesti niiden pölyka-pasiteetin ja niiden pölyä poistavan tehokkuuden perusteella. "LCF"-kuitua sisältävästä aineesta valmistettujen suotimien pölykapasiteetin on osoitettu olevan merkittävästi suurempi kuin tavanomaisia massoja sisältävistä aineista valmistettujen suotimien kapasiteetti. Suotimilla, jotka on valmistettu aineista, jotka sisältävät "LCF"-kuitua esillä olevan keksinnön mukaisesti, on ainakin 1960 g/kg pölykapasiteetti.

Itse asiassa voidaan suodatinaineita, joiden pölykapasiteetti on ainakin 2190 ja jopa 2930 g/kg tai enemmän, helposti aikaansaada esillä olevan keksinnön mukaisesti. Tällainen erinomainen pölykapasiteetti osoittaa esillä olevan keksinnön aineen poikkeuksellista soveltuvuutta suodatusproses-seihin.

Yleensä suuren pölykapasiteetin omaavan aineen suodatuste-hokkuus on alempi kuin sellaisten aineiden suodatustehokkuus, joilla on alhaisempi pölykapasiteetti. Tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa sellaisten suodatinelementtien kohdalla, jotka on valmistettu uudella "LCF"-kuidulla. On oletettu, että se lisäpaksuus, joka saadaan "LCF"-pitoisella reseptillä, lisää virtausradan pituutta. Tämä antaa osasille pidemmän ajanjakson olla ratarakenteessä, mikä vuorostaan lisää osasen ja kuidun välisen törmäyksen todennäköisyyttä 24 81 1 31 ja retentiota. On havaittu, että "LCF"-kuitupitoisella aineella valmistetuilla elementeillä on osasten poistotehok-kuus, joka vastaa tavanomaisilla kuiduilla valmistettujen elementtien tehokkuutta. Näin ollen suodatinprosessit, joihin liittyy esimerkiksi ilman, voiteluöljyn, polttoaineen tai lääkeaineiden suodatus johtamalla nämä suodatusaineen läpi, ovat erittäin tehokaita, kun käytetään esillä olevan keksinnön suodatinainetta.

Valmistettaessa suodattimia kaupalliseen käyttöön, on tavanomainen käytäntö yhdistellä määrätty massaseos, jolla on laskettu aikaansaatavan halutut ominaisuudet määrättyä loppukäyttöä silmälläpitäen. Massaseos valmistetaan tavallisesti, joskaan ei välttämättä lietteenä, jota jauhetaan riittävästi tasaisen jakaantumisen varmistamiseksi ja levitetään sen jälkeen märkänä paperinvalmistusviiralle. Samoin märkärata tavallisesti kuivataan ja impregnoidaan sen jälkeen sideainehartsilla. Radan valmistaja on tavallisesti ainoastaan osittain kovettanut hartsin. Lopullinen suodattimen valmistaja tavallisesti muuntaa rata-aineen haitaripal-jerakenteeksi, hyvin usein muodostaen haitaripaljesylinte-rin suodatettavan nestemäisen väliaineen yleensä säteittäi-sen virtauksen vastaanottamiseksi. Tuotannon tässä vaiheessa rata-aineessa oleva hartsi voidaan täysin kovettaen suhteellisen pysyvän muodon aikaansaamiseksi valmistajan rakenteelle. Tällainen suodatinainerakenne, jossa on haitaripal-jesylinteri ja jossa aine on impregnoitu sideainehartsilla, on hyvin tavallinen auton suodattimissa, esimerkiksi öljy-suotimissa, polttoainesuotimissa ja ilmasuotimissa.

Tyypillisesessä esimerkiksi auton ilmasuotimena käytettäväksi tarkoitetussa suodatinradassa tavanomainen massare-septi sisältää suurin piirtein 60 % suurtehokemiallista massaa, kuten "HPZ” ja noin 40 % äkkikuivattua mäntyä, kuten Westvaco "Pinnacle Prime" havupuuta. On ajateltu, että tällaisessa suodatinreseptissä suuri osa, edullisesti koko "HPZ"-aineosa voidaan korvata keksinnön määrittelemissä 25 81 1 31 olosuhteissa valmistetuilla ligniinipitoisilla kuiduilla.

Saatu ratatuote on suorituskyvyltään yhtä hyvä tai parempi.

Uuden suodatinaineen hämmästyttävän hyvä pölykapasiteetti on itse asiassa sellainen, että suodattimen kokonaisikää voidaan dramaattisesti pidentää olemassa oleviin tuotteisiin nähden.

Suurkuormitusilmasuotimena esimerkiksi maantien ulkopuolella käytettävissä ajoneuvoissa käytettäväksi tarkoitetussa suo-timessa voi tavanomainen resepti sisältää suurin piirtein 50 % äkkikuivattua eteläistä mäntyä ja suurin piirtein 50 % äkkikuivattua lehtipuuta, kuten Westvaco "Pinnacle Prime" lehtipuuta. On ajateltu, että tällaisessa reseptissä kumpikin äkkikuivattu ainesosa voidaan kokonaan tai osoittain korvata keksinnön olosuhteissa aikaansaaduilla ligniinipitoisilla kuiduilla, jolloin saadaan suodatintuote jolla on merkittävästi paremmat suoritusominaisuudet.

Muita kuitureseptejä käytetään tavallisesti auton öljysuo-timien suodatinradan valmistuksessa. Pitkäikäistä suurkuor-mituskäyttöä varten voi tavallinen resepti muodostua suurin piirtein 60 %:sta suurtehokemiallista massaa, kuten "HPZ", suurin piirtein 25 %:sta äkkikuivattua eteläistä mäntyä ja suurin piirtein 15 %:sta polyesteriä (DuPont Dacron, kuten edellä on selostettu). Laadultaan jonkin verran huonompi resepti sisältää suurin piirtein 45 % alfamassaa, kuten ITT Rayonier'in yllä määriteltyä tuotetta, suurin piirtein 50 % äkkikuivattua eteläistä mäntyä ja suurin piirtein 5 % polyesteriä. Laadultaan jonkin verran huonompi resepti sisältää suurin piirtein 50 % äkkikuivattua eteläistä mäntyä, suurin piirtein 45 % äkkikuivattua lehtipuuta ja suurin piirtein 5 % polyesteriä. Korkealaatuisemmissa resepteissä voidaan suurtehokemialliset massat ("HPZ", alfamassa) korvata olennaisilta osin tai kokonaan keksinnön olosuhteissa tuotetulla ligniinipitoisella kuitumassalla. Laadultaan huonommassa reseptissä voidaan äkkikuivattu etelän mänty korvata olennaisilta osin tai kokonaan ligniinipitoisilla kuiduilla. Korkealaatuisimmissa resepteissä korvaaminen * 26 81 1 31 johtaa yhtä hyvään tai jopa parempaan suodatuskykyyn, kun taas laadultaan huonommassa reseptissä korvaaminen johtaa dramaattiseen lisäykseen suorituskyvyssä.

Tavallinen auton polttoainesuodinresepti sisältää suurin piirtein 60 % äkkikuivattua eteläistä mäntyä ja suurin piirtein 40 % äkkikuivattua lehtipuuta. Tässä reseptissä äkki-kuivattu eteläinen mänty voidaan kokonaan tai olennaiselta osin korvata uudella ligniinipitoisella kuidulla, jolloin saadaan merkittävä lisäys suotimen suorituskyvyssä.

Farmaseuttiseen käyttöön tarkoitetut suotimet voivat tavallisesti sisältää suurin piirtein 60 % suurtehokemiallis-ta massaa kuten "HPZ" ja suurin piirtein 40 % puuvillalint-tereitä. Uusi ligniinipitoinen kuitu voi korvata jotkin tai kaikki nämä ainesosat tällaisissa suodatinresepteissä, jolloin saadaan yhtä hyvä tai parempi suodatuskyky dramaattisilla kustannussäästöillä.

Hydraulisissa ja/tai suurtehopolttoainesuotimissa voi tavallinen resepti sisältää suurin piirtein 30 % alfamassaa ja suurin piirtein 70 % äkkikuivattua lehtipuuta. Uusi ·_' kuitu voi korvata kaikki tai osan alfamassa-ainesosasta tällaisessa reseptissä yhtä hyvällä tai paremmalla suoritus-* kyvyllä.

Yllä olevat esimerkit on tarkoitettu havainnollistaviksi eikä millään tavoin rajoittaviksi. On oletettavissa, että erinomaisten suodatuskykyominaisuuksien ja edullisten tuotantokustannusten yhteensaattamisen johdosta, jotka aikaansaadaan keksinnön olosuhteissa valmistettua ligniinipitois-ta kuitua käyttävissä suotimissa, voidaan suunnitella ja rakentaa suodatinaineita uuden kuidun käytön maksimoimiseksi ja on oletettavissa, että suodatinreseptit ja suodatinai-neet voivat koostua täysin uudesta kuidusta joissakin tapauksissa.

► i 27 81 1 31

Eräs tärkeä taloudellinen etu, joka keksinnöllä aikaansaadaan, johtuu siitä erittäin suuresta kuitusaannosta, joka saadaan Asplund-tyyppisestä massaprosessista. Kuitusaanto voi siten olla jopa 95 % kuivasta puulähtöaineesta verrattuna kemiallisiin prosesseihin suurtehomassaa varten, jotka antavat ainoastaan 35 % käyttökelpoista kuitua. Tämä johtuu suureksi osaksi siitä, että keittoprosessin kuituulostu-lo pidättää olennaisesti kaiken alkuperäisen keittämättömön kuitulähteen ligniini- ja hemiselluloosapitoisuuden. Kemialliset prosessit toisaalta poistavat ligniinin ja hemisellu-loosan olennaisesti, mikä johtaa välittömään saantotappioon. Johtuen saadun kuitutuotteen olennaisesti hauraasta luonteesta seuraavassa käsittelyssä esiintyy lisäksi merkittäviä tappioita. Ligniinin ja ligniininsukuisten aineiden läsnäolo kuituulostulossa on merkittävän edullista lopullisessa suodatinaineessa, kun kuitutuotanto on aikaansaatu keksinnön mukaisissa olosuhteissa. Sopivissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa ligniiniaineet ovat siten plastisoidussa olotilassa jauhatuskäsittelyn aikana, mikä ei ainoastaan mahdollista suhteellisen pitkien ja suhteellisesti vahingoittumattomien kuitujen tuottamista vaan saadut kuidut ovat erittäin jäykkiä ja sitkeitä, suhteellisen suoria ja niillä on hyvin sileä ulkopinta ilman fibrillimuodostusta. Tämä rakenne on ihanteellinen suodatinainekäyttöä varten, koska sillä on poikkeuksellisen alhaisia sitomisominaisuuk-sia ja koska sen rakenne muistuttaa "keittämätöntä spagettia", johtaen hyvin huokoiseen pulkkimaiseen aineeseen kun se muodostetaan mielivaltaisessa muodossa, esimerkiksi märkä-tai ilmasedimentoimalla. Korkeaan pulkkiominaisuuteen liittyy suoranaisesti erittäin korkea jauhautumisaste, joka on alueella 760 ja yli. Tämä on yhtä hyvä tai ylittää kaikkein korkealaatuisimpien suurtehokemiallisten massojen jauhautu-misasteen.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetut suodatinai-neet, joille on luonteenomaista erittäin korkea puikki ja erittäin korkea jauhautumisaste, omaavat vastaavasti poik- 28 81 1 31 keuksellisen pölykapasiteetin, joka on standardimitta suo-datinaineen käyttökelpoisesta eliniästä. Suodatinaineval-mistuksella, jossa käytetään suodatinreseptin osana uutta ligniinipitoista kuitua, on hyvin paljon tuotantojoustavuutta. Johtuen massakuidun poikkeuksellisesta pulkista, on mahdollista valmistaa suodatinainetta, jolla on yhtä hyvät fysikaaliset ominaisuudet, yhtä hyvä tai parempi suorituskyky, käyttäen rata-ainetta jolla on merkittävästi alhaisempi neliömetripaino kuin ennen. Merkittävästi parempi suorituskyky voidaan vaihtoehtoisesti saada käyttäen aineita joilla on sama neliömetripaino. Kuten on ilmeistä tekee tämä joustavuus valmistajalle mahdolliseksi hyvin vapaasti säädellä tuotantokustannus/suorituskykyominaisuuksia.

Joskin keksinnön olosuhteiden mukaisesti tuotetulla ligniini-pitoisella kuidulla on suhteellisen alhainen kuitusidoslu-juusominaisuus, ylittää pölykapasiteetin lisäys lujuusmene-tyksen siten, että millä tahansa määrätyllä pölykapasiteet-titasolla on keksinnön mukaisella suodatinaineella suurempi lujuus kuin tavanomaisella suodatinaineella.

; Eräs toinen merkittävä ominaisuus keksinnön mukaisella ligniinipitoisella massakuidulla on sen olennainen jäykkyys. Tämä minimoi kuidun muodonmuutoksia varastoinnin ja minkä tahansa sitä seuraavan puristus- tai muun toimituksen aikana, valmistaen että lopullisella aineella on ja että se säilyttää hyvin korkean pulkkiominaisuuden. Kuidun ominaisuus on lisäksi kiekkoraffinööristä poistumisen ja sitä seuraava seulonnan aikana sellainen, että mitään sekundääristä jauhatusta ei tarvita. Mutta silloin kun on toivottavaa jauhattaa reseptiä, joka on eri kuitujen seos, havaitaan että ligniinipitoinen kuitu vahingoittuu vähemmän kuin kaupallisesti saatava suurtehokemiallinen kuitu.

Ehkä johtuen niiden korkeasta jäljellä olevasta ligniini-pitoisuudesta pysyvät keksinnön olosuhteissa valmistetut kuidut kemiallisesti hyvin aktiivisina. Tämä helpottaa massan valkaisua tai muuta kemiallista modifikaatiota, mikä 29 81 1 31 voi olla toivottavaa määrättyjä käyttötarkoituksia varten, kuten esimerkiksi auton ilmansuotimia varten, jossa valkoisen suodatinrata-aineen tummuminen käytössä osoittaa vaihdon tarpeelliseksi.

Keksinnön mukaisesti rakennetulle suodatinaineelle on lisäksi luonteenomaista erittäin korkea ontelofraktio, mikä johtaa aineeseen jolla on erittäin korkea läpäisevyys. Keksinnön mukaista LCF-kuitua sisältävällä rata-aineella valmistetuilla suotimilla on ontelofraktio tavallisesti ainakin 0,80, jolloin myös helpoti saavutetaan vähintään 0,85:n ja kaikkein edullisimmin jopa 0,89:n ontelofraktioi-ta. Tällainen korkea ontelofraktio on tietenkin edullinen suodatinaineessa, koska läpäisevyys on mitta siitä helppoudesta, jolla kaasu tai neste kykenee kulkemaan aineen läpi. Ontelofraktio antaa myös aineelle epätavallisen korkean kyvyn absorboida ja pidättää suuria nestetilavuuksia.

Joskin uuden massan kaikkein edullisin käyttö on suodatin-aineen valmistuksessa, tekevät ainutlaatuinen kuiturakenne ja massan muut ominaisuudet käyttökelpiseksi sen höydyntä-misen muissa tuotteissa, esimerkiksi sellaisissa tuotteissa joissa alhainen näennäistiheys on haluttu ominaisuus. Esimerkkejä tällaisista ovat ei-metallinen kartonki, imupaperi-aine, kyllästysharso, tulppa- ja reunasuodin, paristopahvi ja matrsiisipahvi. Lisäksi on olemassa monta muuta erikoispaperi tuotetta , joissa voi olla eduksi hyödyntää massan korkeaa pulkkia ja muita fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia. Esimerkkejä tällaisista lisätuotteista ovat: pyyhkeet, irrotuspohjät, leivontapannuvuoraus, liukumate-riaalit, verhottu aluskartonki, asiakirjakansio, puristus-pehmuste, tyhjöpussi, kyllästyssulfaattipaperit, paristo-eristeaine, kenkäpahvi, albumi, tulppakartonki, muotti-pyyhe, kovaääniskartio, rakennuspaperi ja asennuskartonki. Uudella massakuidulla on myös suuri kemiallinen reaktiivi-suusaste, jota voidaan hyödyntää määrätyissä myöhemmissä prosessitoiminnoissa.

30 81 1 31

Uuden massa-aineen sileän ligniinillä päällystetyn kuidun jäykkyys ja sitkeys antaa tärkeitä etuja erilaisissa pro-sessitoiminnoissa, joita voidaan korjata. Jos massasta esimerkiksi pitää poistaa vesi ja liettää markkinamassaa varten, massakuidut kärsivät pienimmästä mahdollisesta pilkkoutumisesta kun niitä puristetaan veden poistamiseksi ja sitä seuraavassa kuitukäsittelyssä. Samoin kun kuitua käytetään märkäaineen muodostuksessa märkäsedimentointiproses-seilla märkäpuristustoimenpiteet vaikuttavat vähän sekä kuiturakenteeseen että märän aineen poikkeuksellisen korkeaan pulkkiominaisuuteen. Uuden massa-aineen ligniinipääl-lysteiset kuidut voidaan myös kuumapuristaa lämpötilassa, joka riittää aikaansaamaan hemiselluloosan ja ligniinin määrättyä virtausta ja uudelleenjärjestelyä ja mahdollistaa kuitujen sitoutumisen jäykkän levymäisen rakenteen muodostamiseksi. Joskin keksintöä on selostettu viitaten edullisiin suoritusmuotoihin, on selvää, että voidaan turvautua vaihteluihin ja muunnoksiin, jotka ovat alan ammattimiehelle ilmeisiä. Tällaiset vaihtelut ja muunnokset ovat seuraa-vien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (5)

31 81131 Patentiivaatimukeet

1. Menetelmä hyvien ominaieuuksien ja korkean freeness- arvon omaavan massa-aineksen valmistamiseksi, joka menetelmä käsittää (a) kuitumaisen, oleellisesti delignifioimattoman, lig niiniä sisältävän raaka-aineen käyttämisen, jonka ligniini-pitoisuus on vähintään noin 10 %, <b) mainitun ligniiniä sisältävän materiaalin pienentämi sen yksittäisiksi palasiksi, joiden koko soveltuu levyjauha-tukseen, (c) ligniiniä sisältävien materlaa1ipalasten esikuumenta- misen ilmanpainetta korkeammassa paineessa osittain täytetyssä astiassa ilman merkittävää mekaanista jauhatusta ajanjakson ajan, joka riittää saamaan aikaan materiaalin kuumentumisen ia sen 1igniinisisä1lön pehmenemisen, Cd) syötetään esikuumennetut materiaalipalaset levyjauhi- meen, joka toimii oleellisesti saman paineen alaisena kuin esikuumentamisen aikana, tunnettu siitä, että (e) mainituista esikuumennetuista raaka-aineen materiaali- palasista johdetaan ligniiniä sisältäviä kuituja, joilla on suurin osa alkuperäisestä 1igniimpi toieuudeetaan, levyjauha- malla mainittua esikuumennettua raaka-ainetta yksittäisessä o o vaiheessa, samalla pitäen höyryn lämpötila noin 149 C - 177 C:ssa ja paine noin 345 kPa - noin 827 kPa ja käyttäen jauhatus laitteisto ja , joiden vaadittu keskimääräinen energiankäyttö ligniiniä sisältävän materiaalin jauhamiseksi on noin 568 - noin 2486 MJ/ADT <n. 8,9 - n. 39 HPD/ADT), (f) mainittu jauhatusvaihe suoritetaan massan jauhautu-neisuustason saavuttamiseksi, joka ei ole oleellisesti vähempää kuin 700 <CSF>, (g) muodostetaan liete levyjauhetusta materiaalista, joka on johdettu vaiheesta (e), ja suodatetaan mainittu liete ylisuurien kuitujen ja roskien poistamiseksi, (h) mainitun auodatinvaiheen käsittäessä lietevirran johtamisen kehämäisesti orientoituneita rakoja sisältävän sylinte-rimäieen suodattimen läpi, mainittujen rakojen leveyden 32 81 1 31 ollessa suunnilleen 0,15 mm, ja (i) otetaan suodattimen läpi kulkevat kuidut talteen käyttöä varten.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että <a) mainittu ligniiniä sisältävä materiaali käsittää pa per lpuutukkeja, <b> mainitut paperipuutukit kuoritaan aluksi ja sitten leikataan hakeosaslksi, joiden tyypillinen minimidimensio on noin 0,9 cm ja tyypillinen maksimidimensio noin 2,5 cm.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä valmistettu parannettiä, erittäin kuohkea ja korkean freeness-arvon omaava aines, tunnettu siitä, että sen jauhautunei-suustaeo ei ole oleellisesti vähempää kuin 700 ml (CSF), ja että se sisältää ligniinipitoisia kuituja, ja että sillä on pehmeä seinärakenne, joka on oleellisesti vapaa kuituja sitovista pintafibri11 eieta, ja joka ei oleellisesti itse sitoudu viereisiin kuituihin ilman korotettua lämpötilaa.

4. Menetelmä kuitumaisen suodatinmateriaa1 in valmistamiseksi nestemäisten aineiden suodattamiseksi, käyttäen patenttivaatimuksen 3 mukaista korkean freeness-arvon omaavaa massa-ainesta, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää (a) massa-aineksen valitsemisen, jonka jauhautuneisuus ei ole vähempää kuin noin 725 ml (CSF), <b> massakuitujen asettamisen satunnaisesti muodostamaan vapaa, huokoinen, levymäinen suodatinrakenne, jonka sisäinen sitoutuminen mainittujen ligniiniä sisältävien kuitujen välillä on minimissään, ja (c) riittävien sitoutumisominaisuuksien sisällyttämisen mainittuun kuitukerrokseen aikaansaamaan vähintään minimi si-toutumisaste kuitujen välillä kuitujen kosketusaluei11a.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukaisella menetelmällä tuotet tu kuitumainen suodatinmateriaali. 33 81 1 31