FI83348C - Foerfarande foer framstaellning av produkter ur lignocellulosamaterial - Google Patents

Description

a. 83348

MENETELMÄ LIGNOSELLULOOSAMATERIAALITUOTTEIDEN VALMISTAMISEKSI - FÖRFARANDE FÖR FRAMSTÄLLNING AV PRODUKTER UR LIGNOCELLULOSAMATERIAL

5 Keksinnön kohteena on menetelmä lignoselluloo- samateriaalituotteiden valmistamiseksi sekä niiden lujuus- ja vedenkesto-ominaisuuksien parantamiseksi suurimolekyylisiä ligniinijohdannaisia käyttäen. Tällaisia tuotteita ovat esim. paperi- ja kartonkiteollisuuden 10 sekä rakennusmateriaaleja valmistavan teollisuuden tuotteet, kuten aaltopahvi, kartonki, voimapaperi, paper ihylsyt, puristeina saat, kuitu- ja lastulevyt sekä eristysaineet. Menetelmällä voidaan parantaa ei ainoastaan priimakuiduista valmistettujen tuotteiden ominai-15 suuksia, vaan myös mahdollistaa korkealuokkaisten tuotteiden valmistus vähäarvoisemmista raaka-aineista kuten keräyspaperista.

Sellunvalmistusprosesseissa, joissa puuhaketta kuumennetaan keittoliuoksessa paineen alla, liukenee n. 20 puolet puusta muodostaen ns. jäteliemen. Jäteliemen eräänä orgaanisena pääkomponenttina on ligniini. Sul-fiittiprosessissa, jossa keittoliemenä on hapan bisul-fiitti-rikkidioksidiliuos, on ligniini jäteliemessä sulfonoituneessa muodossa, ns. lignosulfonaatteina. 25 Tässä muodossa ligniini on vesiliukoinen myös happamissa liuoksissa. Aikalisissä sellunvalmistusproseseeissa taas, kuten soodaprosessissa (keittoliuoksena NaOH), sulfaattiprosessissa (keittoliuoksena NaOH, NaaS, NaHS) tai happi-alkaliprosessissa (NaOH hapen läsnäollessa), 30 ligniini on jäteliemessä Na-suolan muodossa ja on vesiliukoinen aikalisissä liuoksissa.

On tunnettua, että esim. paperin, kartongin ja kuitulevyjen ominaisuuksia voidaan parantaa lisäämällä kuituihin ligniiniä, useimmiten jäteliemen muodossa. 35 Ongelmana on kuitenkin ollut näiden ligniinituotteiden huono retentio ts. tarttuminen kuituihin. Esim. aalto-pahvin lujuusominaisuuksia on saatu parannettua lisää- 2 83348 mällä sulppuun 6 p-% sulpun kuiva-aineesta laskettuna sulfiittijäteliemestä eristettyä, termisesti käsiteltyä ligniiniä (Zellstoff und Papier 24 (1975): 9, 269-70). Artikkelissa todetaan kuitenkin, että ligniinin käyttö 5 ei voi tulla kysymykseen, koska jäteveden BOD-arvot nousevat liian korkeiksi sen huonon retention johdosta.

Kanadalaisessa patenttijulkaisussa CA 729,140 käytetään ligniiniä sulfiittijäteliemen tai mustalipeän muodossa paperin lujuusominaisuuksien parantamiseen. 10 Mustalipeän kuiva-aineesta saatiin ainoastaan 26 p-% tarttumaan kuituihin. Menetelmän katsottiin silti olevan taloudellisesti edullinen, koska paperin concora-arvot nousivat 66,3 pisteestä 87,6 pisteeseen. Samansuuruiseen retentioon, n. 30 p-%, on päästy myös venäläisessä 15 tutkimuksessa (Bumazh Prom. _11_ (1984): 18-19), jossa sulfaattiligniiniä on saostettu alunalla paperikuitui-hin. Käytetty ligniinimäärä oli > 8 p-% ligniinikuiva- ainetta kuitujen kuiva-aineesta laskettuna. Huonosta retentiosta huolimatta saatiin paperin katkaisu-, puh-20 kaisu- ja jäykkyysominaisuuksia parannetuksi.

Sulfaattiligniinin vaikutusta jätepaperista valmistetun kuitulevyn lujuuteen on amerikkalaisessa tutkimuksessa (Forest Products J. „28. (1978): 10, 77-82) vertailtu fenoli-formaldehydihartsin vaikutukseen. 25 Käytetyn sulfaattiligniinituotteen kuiva-aineesta 54,8 p-% oli orgaanista ainetta ja 44 p-% oli epäorgaanista ainetta. Säädettäessä pH rikkihapolla 4,5:een saostui kuiva-ainetta ainoastaan 15 g 100 g:sta. Saostumista voitiin jonkin verran parantaa nostamalla saostamis-30 lämpötila 70 *C:een, kuitenkin sulfaattiligniiniä oli lisättävä 11 p-% laskettuna kuiva-aineena kuitujen kuiva-aineesta, jotta yhtä hyvät lujuusominaisuudet savutettaisiin kuin 3 p-% fenoli-formaldehydilisäyk- sellä. Suoritettu kustannuslaskelma osoitti, että feno-35 lihartsi oli jonkin verran edullisempi käyttää kuin ligniini johtuen ligniinin suuremmasta lisäysmäärästä ja hapon kulutuksesta sekä sen saostamisessa tarvit- 3 83348 tavasta lämmityksestä.

Liimapuristimella on Italiassa imeytetty ke-räyssulpusta valmistettuun aallotuskartonkiin NSSC-jäte-lientä sekä mustalipeää (XXII Eucepa Conference, Flo-5 rence, October 6-10, 1986, Proc. voi. II, 24: 1-31). Imeytyksen jälkeen kartonki kuivatettiin n. 100 - 140 *C:ssa. Jäteliemet olivat poppelipuu- ja olkikeitoista peräisin. Useimmissa kokeissa kartongin ominaisuudet paranivat impregnoinnin johdosta. Käytettäessä jäte-10 lientä kuiva-ainepitoisuudessa 20-30 p-% saatiin paremmat tulokset kuin käytettäessä niitä laimeina liuoksina, jolloin inpregnointi jouduttiin suorittamaan monessa vaiheessa. Jätelienten pH:n alentaminen aiheutti taas heikkenemistä kartongin lujuusominaisuuksissa. Olki-15 keitosta saadulla jäteliemellä impregnoitu kartonki imi kosteutta enemmän kuin käsittelemätön kartonki.

Ligniiniä on kemiallisesti modifioitu varsinkin sen vedenkesto-ominaisuuksien parantamiseksi. Sen on esim. annettu reagoida amiinien kanssa (Wochenblatt fur 20 Papierfabrlkation 94 (1966): 4, 107-110), jonka jälkeen se on saanut reagoida formaldehydin (US 3,079,353) tai peroksidin kanssa (SU 520,260). Alkaliligniiniä on esim. sulfonoitu ja käytetty tärkkelyksen kanssa keräyspaperista valmistetun linerin jäykkyyden nostamiseksi (US 25 3,644,167). Riisisoodakeiton mustalipeästä on valmistet tu syaanietyyliligniiniä ja aminoligniiniä, ja niitä on käytetty mm. paperin liimauksessa (Paperi ja Puu 62 (1980): 10, 589-592 614). Ligniiniä on myös lämpökäsitelty, esim. lignosulfonaatteja n. 250 300 *C:ssa ta-30 voitteena saattaa ne veteen liukenemattomaan muotoon (US 2,934,531 ja Zellstoff und Papier 18 (1969): 11, 328-332). Tällaisia tuotteita käyttämällä on aaltopahvin ja voimapaperin ominaisuuksia voitu parantaa.

Sulfaattiligniiniä, jonka keskimääräinen mooli-35 massa on 25.000 - 30.000, on käytetty kartongin, aalto-pahvin ja pakkauspaperin valmistuksessa (SU 681,140). Tämän julkaisun mukaan ligniini lisätään vesiseokseen, 4 83348 joka sisältää 2 - 40 p-% rasva- ja hartsihappoja, ja seos lämmitetään alkalissa 80-85 *C:asa ennen käyttöä. Seoksen kuiva-ainepitoisuus on n. 14-18 p-% ja pH 8- 9. Rasva- ja hartsihapot on todennäköisesti lisätty 5 hydrofobisten ominaisuuksien parantamiseksi. Lisättäessä seosta kartonkisulppuun 3 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta, parani kartongin puhkaisulujuus 5 % ja murtolujuus 18 %.

Suurimolekyylistä alkalista sulfaattiligniiniä 10 on lisätty 1-7 p-% laskettuna kuiva-aineena massan kuiva-aineesta paperin ja kartongin valmistukseen käytettävään massaan (SU 374,407). Ligniini lisätään alka-lisena vesiliuoksena sulppuun, ja tämän jälkeen siihen lisätään emulsiona 3 p-% divinyyli-styreeni-kumilatek-15 siä, joka sisältää 75 p-% styreeniä lateksin kuiva- aineesta. Tämän jälkeen komponentit seostetaan alumii-nisulfaatilla. Paperin ja kartongin jäykkyyttä voitiin näin parantaa verrattuna pelkällä lateksilla vahvistettuihin tuotteisiin. Lisäysmäärät ovat verrattain al-20 haiset, vain n. 1 - 7 p-% ligniiniä.

Parannettua imukykyistä, laminointiin sopivaa paperia voidaan valmistaa lisäämällä liimapuristimella paperiin rainanmuodostuksen jälkeen suurimolekyylistä ligniiniä, josta vähintään 50 p-% on moolimassaltaan 25 yli 5 000 (FI 58,961). Ligniinivalmiste voi olla lig- nosulfonaatteja tai sulfaattiligniiniä, ja lisäysmäärät ovat 0,1 - 10 p-% kuivan paperin painosta. Julkaisun mukaan ligniini nopeuttaa fenolihartsin imeytymistä paperiin, mutta ei vaikuta paperin vetolujuuteen.

30 Suomalaisessa patenttijulkaisussa FI 58788 käytetään ligniinijohdannaisia, joista vähintään 35 p-%, edullisesti 40 p-%, on moolimassaltaan yli 5 000. Se koittamalla niihin fenoli-formaldehydihartsia ja asettamalla sideaineen pH välille 8 - 14, edullisesti 9- 35 13, voidaan valmistaa vedenkestävää sideainetta las tu-, vaneri- ja kuitulevyjä varten.

Kuten edellä mainitusta ilmenee, suurimmat 5 83348 ongelmat käytettäessä ligniiniä erilaisten materiaalien vahvistusaineena on aiheuttanut ligniinituotteiden huono retentio, eli heikko tarttuminen kuituihin.

Patenttijulkaisussa SU 681,140 on käytetty 5 tietyn keskimääräisen moolimassan omaavaa ligniinituo-tetta (25.000 - 30.000). Koska ligniini ei ole raken teeltaan homogeenista, vaan koostuu moolimassoiltaan hyvin erilaisista ligniinijohdannaisista, annettu arvo keskimääräiselle moolimassalle ei itse asiassa kerro, 10 minkälainen käytetty ligniinituote on. Se voi koostua hyvin suurimolekyylisistä ja erittäin pienimolekyylisistä ligniinijohdannaisista erilaisissa suhteissa siten, että niiden moolimassojen keskiarvoksi tulee 25.000- 30.000. Todennäköisesti pienimolekyylisten ligniini-15 johdannaisten heikon kuituun tarttumisen takia oli mainitussa tapauksessa lisäksi käytettävä rasva- ja hartsihappoja hydrofobisten ominaisuuksien parantamiseksi.

d

Ligniinin retentiota sekä kuitumateriaalin 20 lujuus- ja vedenkesto-ominaisuuksia on yritetty parantaa myös kemiallisesti modifioimalla ligniiniä, tällöin kuitenkin menetelmän taloudellisuus on kärsinyt.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla saadaan aikaan ratkaiseva parannus edellä esitetyissä epäkohdis-25 sa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki-osassa.

Keksinnön tärkeimpänä etuna on, että sitä soveltaen voidaan valmistaa teknisesti ja taloudellises-30 ti muita menetelmiä edullisemmin mielekkäällä tavalla tuotteita erilaisista lignoselluloosamateriaaleista. Nyt keksittyä menetelmää käyttäen syntyy ligniinijohdannaisten ja lignosellusoosamateriaalin välillä vahvoja sidoksia, todennäköisesti vetysidoksia, joiden ansiosta 35 valmistetuilla tuotteilla on erinomaisia lujuus- ja vedenkesto-ominaisuuksia.

Koska ligniinin retentio lignoselluloosamateri- β 83348 aaliin nyt keksittyä menetelmää soveltaen on lähes täydellinen, voidaan lignoselluloosamateriaaliin kiinnittää ligniinä jopa 100 p-% laskettuna kuiva-aineena lignoselluloosamateriaalin kuiva-aineesta samalla tuot-5 teiden ominaisuuksia parantaen. Ligniinilisäyksen johdosta voidaan eräiden tuotteiden tuotantoa nostaa jopa 50 %.

Menetelmä mahdollistaa hinnaltaan edullisten toisarvoisten raaka-aineiden käytön esim. priimakuitujen 10 sijasta. Keksinnön mukaista menetelmää soveltaen voidaan toisarvoisista kuiduista valmistettujen tuotteiden lujuus- ja vedenkesto-ominaisuuksia parantaa priiroakui-tuihin perustuvien tuotteiden tasolle.

Menetelmä on edullinen myös sellutehtaan kan-15 naita, koska nykyisin polttoon menevä ligniini voidaan hyödyntää. Soodakattilakapasiteettia vapautuu, ja sellu-tuotantoa voidaan täten nostaa ilman uuden soodakattilan investointia. Suurimolekyylisen ligniinin poistaminen jäteliemestä mahdollistaa jäteliemen haihduttamisen 20 ennen soodakattilaa ilman viskositeettivaikeuksia korkeampaan kuiva-ainepitoisuuteen, kuin tällä hetkellä on mahdollista. Tällöin soodakattilassa veden haihduttamiseen käytettävä energia pienenee, koska siihen syötettävä vesimäärä on huomattavasti vähäisempi.

25 Menetelmä on lisäksi taloudellisesti edullinen esim. lignoselluloosatuotteita valmistavan tehtaan kannalta, koska useimmiten laimeana käytettyyn lignosel-luloosasuspensioon lisätään osaksi huomattavasti korkeamman kuiva-ainepitoisuuden omaavaa ligniiniliuosta, 30 -suspensiota tai -pulveria. Tällöin haihdutettavan veden määrä tuotetonnia kohti pienenee. Lisäksi ligniini on hinnaltaan edullista verrattuna esim. moneen märkäluja-hartsiin, kuten urea-formaldehydihartsiin tai polyetee-ni-imiiniin.

35 On huomattava, että keksinnön mukaisessa mene telmässä ei ole välttämätöntä ko-polymeroida ko. ligniini johdannaisia hartsien kanssa.

7 833-18

Ympäristönsuojelun kannalta esillä olevan keksinnön huomattavana etuna on se, että sitä sovellettaessa ligniini tarttuu lähes 100 % kuituihin. Edelleen tehtaan jätevesien BOD-arvot eivät nouse, kuten tapahtuu 5 epäpuhtaita, runsaasti orgaanisia happoja ja muita pienimolekyylisiä yhdisteitä sisältäviä ligniinituot-teita käytettäessä. Keksinnön mukaisia ligniinijohdannaisia käytettäessä myrkyllisiä pienimolekyylisiä rikki-yhdisteitä, kuten esim. rikkivetyä, ei vapaudu tuotteen 10 valmistusprosessin aikana, kuten esim. sulfaattijäte-liemestä happamissa oloissa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyt 15 suurimolekyyliset ligniinijohdannaiset eristetään esim. alkalisen sellunvalmistusprosessin jäteliemestä tai valkaisujäteliemestä sinänsä tunnetulla ligniinin frak-tiointimenetelmällä, kuten seostamalla hapolla tai ultrasuodattamalla. Suurimolekyylisistä ligniinijohdan-20 naisista vähintään 35 p-% tulee olla moolimassaltaan yli 5 000. Ligniinijohdannaisten moolimassajakaumat voidaan määrittää geelikromatografiaa käyttäen, kuten yksityiskohtaisesti on esitetty suomalaisessa patentissa 58788.

25 Ligniinin ns. puhtausasteella on tärkeä merki tys, sillä seostettaessa epäpuhtaita ligniinivalmisteita lignoselluloosamateriaaleihin epäpuhtaudet eivät tartu kuituihin, vaan joutuvat tehtaan jätevesikiertoon. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyistä ligniini-30 johdannaisista yli 70 p-% ligniinifraktion kokonais- kuiva-aineesta tulisi saostua 1-5 p-% liuoksesta 1 M suolahapolla pH:ssa 3 seostettaessa. Suolahapposaostuk-sen avulla saadaan ligniinifraktion puhtausaste selville, koska pienimolekyyliset fenoliyhdisteet ja muut 35 epäorgaaniset ja orgaaniset epäpuhtaudet eivät tässä määrityksessä saostu.

Keksinnön mukaisia ligniinijohdannaisia voidaan 8 83348 käyttää laimeana liuoksena, haihdutettuna väkevänä liuoksena, suspensiona tai jauheen muodossa esim. spray-kuivattuna. Niiden kuiva-ainepitoisuus käyttöhetkellä voi siten vaihdella tuotteen valmistusprosessista riip-5 puen välillä 0,1-100 p-%.

pH:n alentamiseen alle 7 tarvittava happomäärä voidaan lisätä ligniiniin, lignoselluloosamateriaaliin tai lignoselluloosa-ligniiniseokseen, riippuen siitä, mikä on kyseessä olevan valmistusprosessin kannalta 10 edullisinta.

Lignoselluloosamateriaaliin voidaan ligniinin lisäksi lisätä 2- tai 3-arvoisia metallisuoloja, kuten aluna, ferri- tai ferrosulfaattia tai ferrikloridia. Myös orgaanisia, yleisesti tunnettuja kationisia saos-15 tuskemikaaleja, kuten polyetyleeni-imiiniä voidaan käyttää. Saostuskemikaalin lisäysmäärä riippuu ligniini-johdannaisten ja lignoselluloosamateriaalin pH:sta ja on yleensä 0,5-20 p-% laskettuna kuiva-aineena ligniini-lignoselluloosaseoksen kuiva-aineesta, edullisesti n. 20 1-3 p-%

Lignoselluloosamateriaaliin lisättyjen suuri-molekyylisten ligniinijohdannaisten määrä vaihtelee yleensä välillä 1-100 p-%:n laskettuna kuiva-aineena lignoselluloosamateriaalin kuiva-aineesta tuotteelle 25 asetetuista vaatimuksista riippuen.

Ligniinijohdannaiset voidaan keksinnön mukaisesti lisätä esim. hienonnettuun lignoselluloosamateriaaliin, kuten kuituihin, lastuihin tai niistä valmistettuun vesisuspensioon ennen tuotteen valmistusprosessia 30 tai sen yhteydessä, esim. paperikoneella tai liimapuris-timellä. Ligniini voidaan keksinnön mukaisesti myös lisätä lignoselluloosamateriaalin tai siitä valmistetun tai valmistettavan tuotteen pinnalle, pinnoitteena tai pintaliimana tai se voidaan lisätä lignoselluloosamate-35 riaalin eri kerrosten väliin sideaineena. Lignoselluloo-samateriaali tai siitä valmistettu tuote voidaan myös impregnoida ligniiniliuoksella tai -suspensiolla, esim.

83348 9 eristysaineita valmistettaessa.

Haluttaessa voidaan keksinnön mukaiset ligniini johdannaiset myös kemiallisesti modifioida, esim. kondensoimalla formaldehydilla, hapettamalla ilmalla 5 tai sitomalla siihen amiiniryhmiä, mutta useimmissa tapauksissa saavutetaan tuotteissa täysin tyydyttäviä ominaisuuksia käyttämällä em. ligniinijohdannaisia sellaisenaan.

Seuraavat esimerkit kuvaavat esillä olevaa 10 keksintöä kuitenkaan sitä rajoittamatta.

Esimerkki 1. Ligniinin ominaisuuksien vaikutus sen retentioon sekä kerävskuldulsta valmistetun linerin ominaisuuksiin.

15 Sulfaattiselluprosessin jäteliemestä eristet tiin moolimassan mukaan ultrasuodatuksen avulla eri moolimassajakauman ja puhtaustason omaavia ligniini-johdannaisia. Taulukossa 1 on esitetty näille ligniini-fraktioille (Rs, R«, Rb, Rb, Ris, Raa ja Rsa) Sekä 20 sulfaattijäteliemelle määritetyt ominaisuudet ultra-suodatuksen jälkeen.

Taulukossa 1 ligniinijohdannaisten moolimassa-jakaumat (MWD) on määritetty suomalaisessa patenttijulkaisussa FI 58788 annetun menetelmän mukaan, ja ne 25 on ilmoitettu moolimassaltaan yli 5000 olevien ligniini-johdannaisten osuutena painoprosentteina kaikista ligniini johdannaisista. Saostuvan ligniinin osuus on ilmoitettu painoprosentteina ligniinifraktion kokonais-kuiva-aineesta seostettaessa ligniiniä liuoksesta, jonka 30 kuiva-ainepitoisuus on 1-5 p-%, IM suolahapolla pH:ssa 3. Natriumsulfidi, natrium sekä tuhkapitoisuus on ilmoitettu p-%:na ligniinifraktion kuiva-aineesta laskettuna.

ίο 83348

Taulukko 1.

Tutkittujen sulfaattiligniinifraktioiden sekä sulfaatti-jäteliemen ominaisuudet ultrasuodatuksen jälkeen.

5 ligniini· HVD saost. k.a. tiheys NaaS Ma tuhka vlsk.(23°C) fraktio M>5000 llgn. pit. (23°C) p-X p-X p-Jt g/cm3 p-X p-X p-X mPa*s jäte- liemi 21 31 27,0 1,1607 5,3 20,4 49,9 2 10 Rs 30 57 23,0 1,1248 2,4 15,7 36,7 3

Ra 32 65 25,5 1,1346 2,0 14,5 33,3 3

Rs 35 70 27.8 1,1435 1,6 13,2 31,4 3 R» 40 78 22,1 1,1028 0,6 10,9 25,2 5

Ris 46 82 19,7 1,0872 0,2 9,3 20,6 7 15 Rsa 49 87 17,0 1,0709 0,02 7,2 13,1 9

Rsa 54 89 21,1 1,0878 <0,01 7,3 15,9 10

Ligniinin puhtausasteen mittana voidaan pitää saostuvan ligniinin osuutta, joka, kuten taulukosta 1 20 ilmenee, vaihteli välillä 31 - 89 p-%. Epäpuhtaat fraktiot sisälsivät suuria määriä natriumsulfidia, joka muuttuu myrkylliseksi rikkivetykaasuksi alennettaessa pH happamalle puolelle. Jo tämä ilmiö on esteenä epäpuhtaiden, runsaasti pienimolekyylisiä yhdisteitä sisäl-25 tävien ligniini johdannaisten käytölle pH-alueella < 7. Käyttämällä suurimolekyylisiä, puhtaita ligniinijohdannaisia tämä haitta poistui. Suurimolekyyliset, puhtaammat fraktiot sisälsivät myös vähemmän natriumia kuin pienimolekyyliset fraktiot, mikä on edullista saostuk-30 seen käytetyn happo- ja/tai alunamäärän kannalta.

Taulukossa 1 mainittujen ligniinifraktioiden pH:t säädettiin rikkihapolla 6,6:een ja lisättiin keräyspaperista valmistettuun sulppuun, jonka sakeus oli 12,2 g/1 ja pH 6,9. Sulpun koostumus oli 55 p-% aika-35 kausilehteä, 30 p-% sanomalehteä ja 15 p-% kartonkia.

Ligniiniä lisättiin 5 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta. Ligniinilisäyksen jälkeen lisät- ^ 83348 tiin alunaa 3 % liuoksena 1,5 p-% laskettuna kuiva- aineena sulpun kuiva-aineesta. Tässä ja seuraavlssa esimerkeissä tarkoitetaan alunalla alumllnlsulfaattla, joka sisältää kidevettä: Ala(S04)3 16Ha0. Retentio, eli 5 kuituihin tarttuneen ligniinin osuus alkuperäisestä ligniinin määrästä, määritettiin sulppuveden ja alkuperäisen lignliniliuoksen UV-absorbansslmlttausten (Ά 280 nm) perusteella.

Sulpusta valmistettiin laboratoriossa arkkeja, 10 joiden neliömassat olivat n. 150 g/ma ja paksuudet n. 0,29 mm. Valmistetuista arkeista määritettiin tiheys, ilmanläpäisevyys (SCAN-P 19:78), purlstuslujuus, ns. SCT (SCAN-P 46-83) ja CCT (Corrugated Crush Test, SCAN-P 42:81), vetolujuus ja vetoindeksi (SCAN-P 16:76, veto-15 Indeksi - vetolujuus jaettuna nellömassalla) sekä veden absorboituminen arkkelhln ns. vesltlppa-menetelmällä (Drop of Water, TAPPI RC-70). Ominaisuudet sekä reten-tiot on ilmoitettu taulukossa 2.

20 Taulukko 2.

Sulfaattijätelientä sekä eri sulfaattiligniinifraktioita käyttämällä saadut arkkien ominaisuudet.

HUD saost. ra ten- tiheys Ilman- pur.luj. vato veto vasl- 25 H>5000 llgn. tlo llplls. CCT SCT luj. Ind. tippa XXX kg/m* a/100ml kH/m kN/m kN/m Nm/g a

Ilman ligniini· 507 75 1.54 2,19 4,5 35.5 13

Jtta- 30 Itaml 21 31 42 505 110 1,91 2,55 5.4 35.5 >300

Ra 30 57 77 510 131 1.95 2,55 5,5 35,2 " IU 32 55 51 522 140 2.01 2,55 5.0 39.0 " R· 35 70 94 539 155 2,01 3.07 5.1 39.9 "

Ra 40 75 95 515 147 1.55 2.90 5,5 40.0 M

35 Rta 46 62 97 525 165 2,02 3,14 5,9 39,9 M

Ra« 49 57 99 534 151 2,04 3.22 5,0 40,0 M

Raa 54 59 95 563 216 2.35 3.55 7.0 42.2 N

12 83348

Kuten taulukossa 2 annetuista retentioarvoista ilmenee, pienimolekyyliset ligniinijohdannaiset tarttuivat huonosti sulppuun. Yli 90 % retentiot saatiin fraktioilla, joista yli 35 p-% oli moolimassoiltaan > 5 000 5 ja joiden puhtausaste (saostuvan ligniinin osuus) oli yli 70 p-% kokonaisligniinistä.

Arkkien vedenkesto-ominaisuudet paranivat kaikilla ligniinifraktioilla verrattuna pelkästä sulpus-ta valmistettuihin arkkeihin, joihin vesitippa tunkeutui 10 n. 10 - 20 sekunnissa. Ligniiniä sisältävien arkkien kohdalla mittaukset lopetettiin ajan ylittäessä 300 s.

Arkkien kaikki ominaisuudet paranivat ligniinin moolimassan ja puhtausasteen kasvaessa. Jo pelkällä jäteliemellä saatiin ominaisuudet paranemaan, mutta sen 15 käytön kuten muidenkin epäpuhtaiden fraktioiden käytön tekee arveluttavaksi huono retentio, josta aiheutuisi tehtaille ympäristöongelmia. Hyvin tärkeä ominaisuus, puristuslujuus (SCT) parani merkitsevästi ligniinijoh-dannaisten moolimassojen noustessa £ 35 p-% >5000 ja 20 puhtausasteen noustessa yli 70 p-%. (Kuva 1).

Esimerkki 2. pH-säädön vaikutus kerävssulpusta valmistetun linerin ominaisuuksiin.

Suurimolekyylinen sulfaattiligniinifraktio, 25 josta 74 p-% oli moolimassaltaan yli 5000 ja jonka puhtausaste oli 89 p-%, eristettiin sulfaattijäteliemes-tä ultrasuodattamalla. Fraktion pH oli sellaisenaan 12,6.

Fraktio jaettiin 8 osaan, joiden pH:t lasket-30 tiin alueelle 3-10 rikkihapolla. Liuoksista, joiden pH:t olivat alle 6,5, osa ligniinistä oli liuoksessa saostuneessa muodossa suspensiona. Kaikkien liuosten/ suspensioiden kuiva-ainepitoisuudet olivat 3,0 p-%.

Keräyspaperista valmistettiin sulppu, jonka 35 sakeus oli 4 g/1. Sulppu jaettiin eriin, joiden pH:t säädettiin arvoihin 7, 5 ja 3. Sulppueriin lisättiin em. ligniiniliuokset/suspensiot siten, että ligniinin 13 83348 lisäysmäärä oli 30 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta.

Tämän jälkeen lisättiin alunaa 3 % vesiliuoksena 2 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-ainees-5 ta.

Ligniini-sulppuseoksesta valmistettiin liner-arkkeja, joiden neliömassat olivat 140-150 g/ma ja paksuudet n. 0,25 mm. Arkkien ominaisuudet on esitetty taulukossa 3.

10

Taulukko 3.

Keräyskuitusulpun, sulfaattiligniinin ja ligniini-kuitu-seoksen pH-arvojen vaikutus linerarkkien ominaisuuksiin.

15 sulpun SAtn sulp.+ tlh. ilman purlstusluj. veto- Cobbeo pH pH SA +al. läpftl- SCT CCT luj. arvo seoksen sevyys Indeksi pH kg/ma 8/100 ml kN/m kN/m Nm/g g/ms 20 ilman ligniiniä 505 126 2,81 1,77 36,2 151 7 12,6 12 546 304 2,74 1,85 38,5 102 " 9 7 536 208 3,03 1,95 41,7 56 " 8 7 480 208 2,94 1,70 41,0 54 25 " 6,5 6 566 320 3,02 2,02 41,7 21 " 5 5 682 382 3,58 2,11 40,3 22 " 4 5 615 487 3,79 2,14 42,2 21 " 3 4 579 525 3,75 2,19 41,8 25 30 5 12,6 10 526 193 2,92 1,72 40,0 197 " 10 7 520 188 2,95 1,77 39,3 94 " 8 6 532 213 3,07 1,96 39,7 25 " 6,6 6 540 233 3,31 2,02 42,6 22 " 5 5 733 302 3,48 2,97 37,4 17 35 " 4 4 549 314 3,69 2,08 42,6 17 1; 83348 14 3 12,6 9 596 182 2,93 2,12 38,7 182 " 10 6 541 217 3,14 1,96 39,1 30 " 8 5 566 254 3,52 2,03 41,7 18 " 6,6 4 602 332 3,69 2,09 39,9 19 5 " 5 4 581 308 3,50 2,06 37,4 28 " 4 4 634 279 3,68 2,11 37,9 19

Kuten taulukosta 3 ilmenee, sulppu-ligniini-alunaseoksen pH:n laskiessa alle 7, arkkien ominaisuu-10 det, varsinkin SCT-, CCT- ja Cobb-arvot paranivat huomattavasti .

Esimerkki 3. Ligniinin._hapon sekä saostuskemikaalin lisävsiäriestvksen vaikutus.

15 Esimerkin 2 mukaisen suurimolekyylisen sulfaat- tiligniinifraktion pH säädettiin 5:een rikkihapolla. Ligniiniliuoksen kuiva-ainepitoisuus oli 3 p-%. Yllä olevaan pH:n säätöön tarvittava rikkihappomäärä lisättiin toisessa kokeessa suoraan keräyskuiduista valmis-20 tettuun sulppuun, jonka sakeus oli 8 g/1 ja pH 6,8.

Tässä tapauksessa ligniini lisättiin sulppuun liuoksena, jonka pH oli 12,6. Ligniinin lisäysmäärä oli 30 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta. Saostus-kemikaalina käytettiin kokeissa alunaa, jota 3 p-% 25 liuoksena lisättiin 2 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta.

Kokeissa vaihdeltiin sulfaattiligniinin, rikkihapon ja alunan lisäämisjärjestystä sulppuun. Ligniini-sulppuseoksista valmistettiin arkkeja, joiden neliö-30 massat olivat 140-150 g/ma ja paksuus 0,25 mm. Ligniinin retentio sekä arkkien ominaisuudet on esitetty taulukos-sa 4.

15 83348

Taulukko 4.

Ligniinin (SA), hapon (HaSO*) ja saostuskemikaalin (aluna) lisäysjärjestyksen vaikutus arkkien ominaisuuksiin. Tapaukset, joissa rikkihappo lisättiin etukäteen 5 ligniiniin, on ilmoitettu merkinnällä (SA + HaSO«).

lisäämis- seok- re- tiheys ilman purlstusluj. vetoluj. Cobb«o Järjestys sen tentlo läpäls. SCT CCT Indeksi arvo sulppuun pH X kg/m* s/100ml kN/m kN/m Nm/g g/ma 10 sulppu 6,8 - 505 126 2,81 1,77 36,2 151 ilman llgn.

l)(SA+HaS0«) 6,3 99 585 539 3,77 2,18 40,2 18 15 2) aluna 1) aluna 6,1 99 601 594 3,88 2,24 39,9 19 2) (SA+HaSO*) ti 20 1) HaS0* 5,7 99 584 496 3,97 2,18 43,9 17

2) SA

3) aluna 1) aluna 5,7 99 571 544 3,92 2,39 44,0 17

25 2) SA

3) HaSO* 1) HaSO* 5,6 99 588 584 3,97 2,22 43,6 18 2) aluna

30 3) SA

1) SA 5,7 97 599 531 3,97 2,36 45,2 11 2) HaSO* 3) aluna 35 1) SCAN-P 12:64, ilmoittaa g/m*:na sen vesimäärän, jonka paperin tai kartongin pinta absorboi 60 sekunnissa sitä 1β 83348 peittävästä 1 cm:n korkuisesta vesipatsaasta.

Kuten taulukosta 4 ilmenee, saatiin ligniinin, hapon ja alunan lisäysjärjestyksestä riippumatta hyvät retentiot ja arkkien ominaisuudet paranivat kaikissa 5 tapauksissa pelkkään keräyskuituun verrattuna.

Esimerkki 4. Liqnlinilisävsmäärän vaikutus kerävskultu-llnerin ominaisuuksiin.

Keräyskuiduista valmistettuun sulppuun, jonka 10 pH oli n. 7 ja sakeus n. 10 g/1, lisättiin suurimolekyy-listä ligniiniä, josta 54 % oli moolimassaltaan > 5000: 0, 0,5, 2,5, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 ja 60 p-% kuiva-aineena laskettuna sulpun kuiva-aineesta. Lig-niiniliuoksen kuiva-ainepitoisuus oli 3 % ja sen pH oli 15 säädetty alle 7 ennen lisäämistä sulppuun. Ligniini-lisäyksen jälkeen lisättiin alunaa 3 % liuoksena 1,5-2 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta. Sulppu-ligniini-alunaseosten pH:t vaihtelivat välillä 5-6. Retentio oli kaikissa tapauksissa välillä 94-100 %. 20 Arkkien neliömassat olivat n. 150 g/ma ja paksuudet n. 0,25 mm, muut ominaisuudet ilmenevät taulukosta 5.

Taulukko 5.

Suurimolekyylisen ligniinin lisäysmäärän vaikutus ke-25 räyssulpusta valmistettujen linerarkkien ominaisuuksiin.

SA:n tih. Ilman purlstusluj. veto- veto- Cobbeo vesille. läpäis. SCT CCT lujuus Indeksi tippa X kg/ms s/100ml kN/m kN/ra kN/m Nm/g g/m* 30 ox 500 94 2,47 1,58 5,01 34,8 159 95 0,5 498 86 2,69 1,84 5,10 35,2 23 2,5 521 96 2,76 1,86 5,33 36,2 77 5 527 146 2,92 1,92 5,72 38,6 27 >300 35 7 520 95 2,82 1,88 5,74 37,5 >300 10 543 164 3,00 1,93 5,30 36,1 25 " 15 548 207 3,23 2,03 5,76 39,2 24 " 17 83348 20 574 244 3,49 2,16 5,80 39,5 24 · 25 593 274 3,73 2,37 6,30 41,2 * 30 592 537 3,73 2,20 6,01 40,9 20 "

40 595 373 3,98 2,43 5,91 39,4 22 M

5 50 602 396 3,96 2,36 5,92 40,8 32 n 60 614 477 3,97 2,26 5,72 40,9 19

Tulokset on esitetty myös kuvassa 2, jossa SCT-, CCT- ja vetolujuusarvot on laskettu prosentuaalΙ-ΙΟ sena parannuksena verrattuna arkkeihin ilman ligniiniä. Kuten kuvasta 2 ilmenee, SCT-arvot nousevat jopa 60 %. Cobb.o-arvot, eli miten paljon vettä kartonkiin imeytyy 60 sekunnissa, pienenivät 159 g/ma:stä n. 22 g/ma:iin, eli 86 % ligniinin lisäysmäärien noustessa yli 20 %:n.

15 Verrattaessa tuloksia priimakuiduista, esim.

sulfaattimassasta valmistettujen arkkien ominaisuuksiin, voidaan todeta, että lisäämällä keräyskuituun suuri-molekyylistä ligniiniä enemmän kuin 20 p-%, voidaan valmistaa arkkeja, joiden SCT-arvot ovat yhtä hyviä tai 20 parempia kuin sulfaattimassasta valmistettujen arkkien arvot (kuva 3).

Esimerkki 5. Ligniinin kuiva-ainepitoisuuden vaikutus sen tarttumiseen kuituihin.

25 Kuten taulukosta 6 ilmenee, valmistettiin 11 sulfaattiligniiniliuosta kuiva-ainepitoisuusalueella 0,1-20 p-%. Kaikkien liuosten pH oli 5 ja suurimolekyy-linen sulfaattiligniinifraktio oli sama kuin esimerkissä 2. Osa sulfaattiligniinistä pakastekuivatettiin hieno-30 jakoiseksi pulveriksi. Ennen kuivausta ligniinin pH säädettiin 5reen.

Ligniinin lisäysmäärä oli 30 p-% kuiva-aineena laskettuna keräyspaperista valmistetun sulpun kuiva-aineesta. Sulpun sakeus oli 8,5 g/1 ja pH n. 7. Lig-35 niinilisäyksen jälkeen lisätyn alunan määrä oli 2,0 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta ja se lisättiin 3,0 p-% vesiliuoksena. Määritetyt retentiot 18 83348 on esitetty taulukossa 6.

Taulukko 6.

Suurimolekyylisen sulfaattiligniinin kuiva-ainepitoisuu-5 den vaikutus sen retentioon.

ligniinin retentio sulppu-ligniini k. a.-pit. alunaseoksen % % sakeus g/1 10 0,10 98,4 3,1 0,15 97,1 4,1 0,20 96,0 4,9 0,40 97,8 6,8 15 0,60 98,5 7,7 0,80 98,5 8,4 l, 0 98,8 8,8 3.0 98,8 10,2 5.0 98,9 10,5 20 10,0 99,0 10,7 20.0 99,0 10,9 jauhe (n. 100 %) 93,7 11,0

Kuten taulukosta ilmenee, hyviä retentioita 25 saatiin koko kuiva-ainepitoisuusalueella 0,1 - 100 %.

Sopivan kuiva-ainepitoisuuden valitseminen riippuu siten lähinnä käytetystä valmistusprosessista sekä siitä, halutaanko veden käyttöä tuotetonnia kohti vähentää, jolloin mm. kuivatuskustannukset laskevat.

30

Esimerkki 6. Alunamäärän vaikutus retentioon ia linerin ominaisuuksiin.

Esimerkin 2 mukaista suurimolekyylistä sulfaat-tiligniiniä lisättiin 3 % vesiliuoksena keräyspaperista 35 valmistettuun sulppuun 30 p-% kuiva-aineena laskettuna sulpun kuiva-aineesta. Ligniiniliuoksen pH oli säädetty ennen lisäystä rikkihapolla n. 5:een. Sulpun pH säädet- 19 83348 tiin ennen ligniinilisäystä 5,3:een. Alunan lisäysmäärä vaihteli välillä 0-10 p-% (sulpun Jcuiva-aineesta).

Laboratoriossa valmistettiin 1inerarkkeja, joiden neliö-massa oli n. 150 g/ma ja paksuus n. 0,25 mm. Retentiot 5 sekä linerin ominaisuudet on esitetty taulukossa 7.

Taulukko 7.

Alunan lisäysmäärän vaikutus retentioon ja kuitumateriaalin ominaisuuksiin.

10 alun. reten- tiheys ilman- puristusluj. veto- veto- Cobbeo

Us. tlo läpäi- SCT CCT luj. ind. arvo sevyys X X kg/m3 a 100 ml kN/m kN/m kN/m Nm/g g/ma 15 ilman lign. 500 94 2,47 1,58 5,01 34,8 159 0 97,9 621 226 3,08 1,78 4,76 33,8 60 0,5 98,2 560 283 3,08 1,80 4,88 38,7 26 20 1 99,0 583 281 4,06 1,93 5,00 37,6 19 1.5 99,0 587 286 3,09 1,92 4,81 37,6 18 2 99,4 563 286 3,14 1,77 4,77 37,0 22 2.5 99,3 601 279 3,15 1,74 4,28 34,0 47 3 99,3 597 313 3,40 2,11 5,08 36,9 24 25 5 98,0 597 328 3,49 1,89 5,15 36,3 22 7 98,2 619 286 3,52 1,87 5,48 38,3 21 10 98,8 605 300 3,51 2,02 5,10 36,2 24

Kuten taulukosta 7 ilmenee, alunalisäys ei ole 30 välttämätön, mutta jo pienellä alunalisäyksellä sekä retentiot että arkkien ominaisuudet paranevat.

Esimerkki 7. Saostuskemikaalien vaikutus ligniinin retentioon.

35 2- ja 3-arvoisten metallien suoloja alunaa,

FeCls, Fea(SO*)3, FeSO«, polyalumiinikloridia (PAC), sekä kationista orgaanista saostuskemikaalia polyetylee- 20 83348 ni-imiiniä (Polymin SK, BASF) käytettiin saostuskemikaa-lina suurimolekyylisen ligniinifraktion saostamiseen keräyskuituihin. Ligniinin lisäysmäärä oli 30 p-% kuiva-aineena laskettuna sulpun kuiva-aineesta. Lig-5 niinifraktion puhtausaste oli 89 p-% ja 79 p-% oli moolimassaltaan > 5000. Ligniiniliuoksen pH oli säädetty 5:een rikkihapolla ennen saostusta ja sen kuiva-ainepitoisuus oli 3,0 %. Saostuskemikaaleja lisättiin 3 % liuoksena 2 p-% sulpun kuiva-aineesta ottaen huomioon 10 kemikaaliin mahdollisesti sisältyvän kideveden. Kemikaalien vaikutus ligniinin tartuttamiseen kuituihin ilmenee retentioarvoista, taulukko 8.

Taulukko 8.

15 Saostuskemikaalien vaikutus ligniinin retentioon.

saostus ligniinin sulppu-ligniini- kemikaali retentio saost.kemik.seoksen

% pH

20 92,3 6,7

HaS0« 99,5 3,5

Ala(SO*)a -16HaO 99,9 4,8

FeCla-6HaO 98,1 4,6 25 Fea(SO«)3 99,6 5,0

FeSO*7HaO 99,7 5,8 PAC 99,7 5,5

Polymin SK 99,7 6,3 30 Kuten taulukosta 8 ilmenee, voidaan erilaisia saostuskemikaaleja käyttäen nostaa retentiota lähelle 100 % lisäämättä merkitsevästi happamuutta, mikä usein on suotavaa tuotteen ominaisuuksia kuten esim. liimat-tavuutta ja painettavuutta ajatellen. Korkean retention 35 saavuttaminen on tärkeätä myös tehtaan jätevesiä ajatellen.

21 83348

Esimerkki 8. Suurimolekwllaen valkaisullaniInln käyttö linerin vahvlstusaineena.

Aikaiikeiton sellun valkaisusta peräisin olevasta kloorauksen jälkeisestä aikaiiuuttovaiheen jäte-5 liemestä eristettiin suurimolekyylinen ligniinifraktio, jonka moolimassajakauma oli 37 p-% > 5000, pH n. 8 ja kuiva-ainepitoisuus 17 p-%. Ennen saostusta ligniini-fraktio laimennettiin 3 p-%:iin ja pH säädettiin alle 3.

Keräyskuiduista valmistettuun sulppuun, jonka 10 pH oli 7, lisättiin 30 p-% ligniinifraktiota ja 5 p-% polyimiiniä, molemmat laskettuina kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta. Laboratoriossa valmistettiin arkkeja, joiden neliömassat olivat 130 g/ma ja paksuudet n. 0,22 mm. Arkeista määritetyt ominaisuudet on annettu taulu-15 kossa 9.

Taulukko 9.

Valkaisujäteliemestä eristetyn suurimolekyylisen lig-ί niinifraktion vaikutus keräyskuiduista valmistettujen 20 arkkien ominaisuuksiin.

tiheys huokol- puristuslujuus Cobbeo- vesi· suus SCT CCT arvo tippa kg/m3 s/100 ml kN/m kN/m g/m2 s 25 liman 531 184 2,35 1,34 215 13 ligniiniä valk. lign. 605 480 3,04 1,66 146 > 300 30 lisätty

Kuten taulukosta 9 ilmenee, saavutettiin hyviä ominaisuuksia myös valkaisujäteliemestä eristettyä suurimolekyylistä ligniiniä käyttäen.

22 83 3 48

Esimerkki 9. Ligniinin lisääminen kuiturainaan (pinnoitus) .

Käyttäen suurimolekyylistä sulfaattiligniiniä, josta 79 p-% oli moolimassaltaan yli 5000 valmistettiin 5 kuusi vesiliuosta/ joiden kuiva-ainepitoisuus oli 3 p-% ja pH 3. Viiden liuoksen pH:t säädettiin rikkihapolla arvoihin 3, 4, 5/ 7 ja 9. Näistä kolme ensimmäistä oli osittain suspension muodossa. Ligniiniliuokset/suspensiot lisättiin eräänlaisena pinnoitteena keräyskuitu-10 arkkeihin, joista suurin osa vedestä oli poistunut viiran läpi. Lisäysmäärä oli 30 p-% laskettuna kuiva-aineena kuitujen kuiva-aineesta. Saostuskemikaalina käytettiin alunaa 3 % liuoksena, lisäysmäärä oli 2 p-% laskettuna kuiva-aineena kuitujen kuiva-aineesta. Tulok-15 set on annettu taulukossa 10.

Taulukko 10.

Ligniinin lisäys pinnoitteena ja sen vaikutus keräys-kuitulinerin ominaisuuksiin.

20 llgn. tiheys liman purlstuslujuus veto- veto- CObbeo- pH lfipftls. SCT CCT luj. ind. arvo kg/m3 s/100 ml kN/m kN/m kN/m kN/m g/ma 25 3 458 321 3,92 2,35 5,6 35,9 58 4 653 448 3,71 2,37 5,7 37,3 58 5 641 485 3,98 2,58 6,3 44,6 31 7 473 131 2,24 1,25 4,5 39,2 163 9 479 150 2,12 1,27 4,4 38,4 161 30 13 531 184 2,35 1,34 4,6 35,7 215 liman llgn. 507 174 2,69 1,70 5,1 35,2 199

Kuten taulukosta 10 ilmenee, lisäämällä arkkien 35 pintaan ligniiniliuosta, jonka pH on säädetty alle 7, saatiin keräyskuiduista valmistetun linerin ominaisuudet paranemaan merkitsevästi verrattuna lineriin, johon ei 23 83348 lisätty ligniiniä.

Esimerkki 10. Ligniinin lisävsmäärän vaikutus sulfaatti-massasta valmistetun linerin ominaisuuksiin.

5 Sulfaattimassaan, jonka pH oli 8,55 ja sakeus 18 g/1 ennen saostusta, lisättiin 0-50 p-% kuiva-aineena laskettuna massan kuiva-aineesta esimerkin 2 mukaista suurimolekyylistä sulfaattiligniiniä, jonka pH oli ennen saostusta säädetty 5:een. Saostuskemikaalina käytettiin 10 alunaa 3 p-% liuoksena, jota lisättiin kuituihin 2 p-% laskettuna kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta. Valmistettujen linerarkkien nellomassa oli n. 150 g/ma ja paksuus n. 0,26 mm. Muut ominaisuudet, määritettyinä 50 % kosteudessa, ellei muuta mainita olivat seuraavat: 15

Taulukko 11.

Suurimolekyylisen sulfaattiligniinin vaikutus sulfaatti-massasta valmistetun linerin ominaisuuksiin.

v :

20 lign. tiheys ilman purlstuslujuus veto- veto- Cobbeo- B5X kost. lie. läpäls. SCI CCT luj. ind. arvo SCT

p-X kg/m* s/100ml kN/m kN/m kN/ra Nm/g g/m* kN/m 0 550 5,4 3,10 1,83 6,93 48,5 34 1,64 25 5 579 6,5 3,44 1,95 7,54 51,6 32 1,86 10 574 6,0 3,52 1,99 7,91 53,4 27 1,90 20 565 5,3 3,45 1,90 7,74 52,7 25 1,90 30 578 6,2 3,47 2,00 7,79 52,6 27 1,89 40 596 7,8 3,51 2,11 8,08 54,2 26 1,94 30 50 593 9,7 3,65 2,19 8,19 54,6 26 1,96

Kuten taulukosta 11 ilmenee, voidaan myös priimakuituja vahvistaa suurimolekyylisellä ligniinillä. SCT-arvot ovat tässä nousseet 20 % sekä 50 % että 85 % 35 ilman suhteellisessa kosteudessa. Ligniinin lisäysmäärä ilmaistuna laskettuna p-% kuiva-aineena sulpun kuiva-aineesta merkitsee, että esim. lisäysmäärän ollessa 50 24 83348 p-% sulppu-ligniiniseoksen koostumus on 33 p-% ligniini-ja 67 p-% sulppukuiva-ainetta.

Esimerkki 11. kuitulevyjen valmistus.

5 Kuitususpensioon, jonka sakeus oli 10 g/1, lisättiin suurimolekyylistä sulfaattiligniiniä 5 % liuoksena 1 ja 2,5 p-%. Ligniini seostettiin kuituihin alunalla, jota lisättiin 3 % liuoksena 1 p-% laskettuna kuiva-aineena kuitujen kuiva-aineesta.

10 Kuitulevyjen valmistusolot olivat: kuumapuris- tuslämpötila 205 *C, paine 0,5 N/mma ja puristusaika 6 - 7 min. Levyjä jälkikarkaistiin 160 'C:ssa 4 tuntia.

Levyjen ominaisuudet on annettu taulukossa 12, jossa on esitetty myös fenolihartsia käyttämällä saadut 15 kuitulevyjen ominaisuudet.

Taulukko 12.

Kuitulevyjen ominaisuudet.

20 sideaine lisäys- talv. veto· veden turpoa· määrä lujuus lujuus imeytym. mlnen

X N/mma N/mma 24 h, X 24 h, X

fenolihartsl 1 501 2,22 27,2 16,8 25 suurimolekyyl.

sulfaattllign. 1 612 2,56 23,6 15,3 " 2,5 546 2,65 26,6 16,7

Kuten taulukosta 12 ilmenee, ovat suurimolekyy-30 lisellä sulfaattiligniinillä saadut tulokset paremmat kuin fenolihartsilla. Näin voitiin kuitulevyjen lujuusominaisuuksia parantaa taloudellisesti edullisella tavalla.

Claims (16)

25 8 3 3 4 8

1. Menetelmä erilaisten lignoselluloosamateriäsi i tuotte iden valmistamiseksi ja niiden lujuus- sekä 5 vedenkesto-ominaisuuksien parantamiseksi lisäämällä (ligno)selluloosamateriaaliin suurimolekyylisiä lig niini johdannaisia, joista vähintään 35 p-% on moolimassaltaan yli 5000, tunnettu siitä, että lisäys tapahtuu vesiliuoksena, suspensiona tai jauheena, 10 ja että happamuus säädetään siten, että lignoselluloosa-ligniiniseoksen pH on alueella 2-7.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniinijohdannaisista vähintään 40 p-% on moolimassaltaan yli 5000.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ligniinijohdannaisten vesiliuoksessa vähintään 70 p-% kokonaiskuiva-ai-neesta saostuu 1 - 5 % liuoksesta 1 M suolahapolla * pH:ssa 3.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniinijohdan naisten vesiliuos hapotetaan siten, että pH on alle 7 ennen lisäystä lignoselluloosamateriaaliin.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen 25 menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloo- samateriaali neutraloidaan tai hapotetaan ennen ligniinin lisäystä.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloo- 30 samateriaaliin lisättävä ligniinimäärä on 1 - 60 p-% laskettuna ligniinin kuiva-aineena lignoselluloosamate-riaalin kuiva-aineesta.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suurimolekyy- 35 listen ligniinijohdannaisten kuiva-ainepitoisuus lignoselluloosamateriaaliin lisättäessä on alueella 0,1- 100 p-%. 83348

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniinijohdan-naiset lisätään lignoselluloosamateriaaliin siten, että ligniinijohdannaisten retentio on yli 90 %.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniinijohdannaiset ovat peräisin aikalisistä sellunvalmistusproses-seista.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukai- 10 nen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniini- johdannaiset ovat peräisin sulfaattisellun valmistusprosessista.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniini- 15 johdannaiset ovat peräisin sellun valkaisuprosessista.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloosamateriaaliin lisätään ennen ligniinilisäystä tai sen jälkeen 2- tai 3-arvoisia metallisuoloja, kuten 20 alunaa, ferri- tai ferrosulfaattia tai ferrikloridia, 0,5 - 10 p-% laskettuna kuiva-aineena ligniini-lignosel-luloosamateriaalin kuiva-aineesta.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignosel- 25 luloosamateriaaliin lisätään ennen ligniinilisäystä tai sen jälkeen kationisia, orgaanisia saostuskemikaaleja, kuten polyetyleeni-imiiniä, 0,5 - 10 p-% laskettuna kuiva-aineena ligniini-lignoselluloosamateriaalin kuiva-aineesta.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 1-13 mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniini-johdannaiset modifioidaan kemiallisesti, ennen lisäystä lignoselluloosamateriaaliin.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-13 mukai- 35 nen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniini modifioidaan kemiallisesti sen jälkeen, kun se on lisätty lignoselluloosamateriaaliin. 27 83348

16. Jonkin patenttivaatimuksista 1-15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniinjohdannaisia ei ko-polymeroida hartsien kanssa. 28 83348