FI86080B - Foerfarande foer behandling av bisulfitpappersmassa. - Google Patents

Description

1 86080

Menetelmä bisulfiittipaperimassan käsittelemiseksi Tämä keksintö liittyy kemialliseen käyttöön tarkoitettujen puuperäisen selluloosan valmistuksesta saatavien massojen valmistukseen ja käyttöön.

Puu on erilaisten komponenttien, joista tärkeimmät ovat ligniini, hemiselluloosat ja selluloosa, seosta. Tästä luonnossa esiintyvästä raaka-aineesta voidaan valmistaa erityyppisiä selluloosamassoja niiden ligniinipitoisuudesta riippuen. Näiden massojen koostumus ja niiden valmistusmenetelmä määräävät niiden käytön.

Niinpä kemialliseen käyttöön tarkoitetuilla massoilla tai liu-komassoilla tarkoitetaan etenkin tekstiilitekokuitujen, kalvojen ja kelmujen tai lakkojen valmistukseen tarkoitettuja raaka-aineita .

Paperinvalmistuksessa sen sijaan käytetyt kuituraaka-aineet ovat mekaanista massaa, joka on yksinkertaisesti hienoksi jau-hettua puuta sanomalehtipaperia valmistettaessa, tai valkaisematonta tai valkaistua kemiallista massaa kuten kraftpaperin valmistukseen käytettävä massa.

Yleisesti ottaen voidaan valmistaa sulfiittimassoja tai sul-faattimassoja.

Sulfiittimenetelmässa puuaine keitetään alkali- tai maa-alka-·:*·; libisulfiitti- ja rikkihappoliuoksella ja saatuja massoja käy- tetään saniteetti-, kemiallisiin tai paperinvalmistustarkoi-• tuksiin.

Kemialliseen käyttöön tarkoitettujen massojen valmistuksessa käytetään pääasiassa sulfiittimeneteliniä.

2 86080

Mutta massoilla, jotka ovat tarkoitetut tekstiilitekokuitujen valmistukseen, kuten esimerkiksi viskoosikuitujen valmistukseen, tulee päinvastoin kuin saniteettituotteiden tai paperin valmistukseen tarkoitetuilla massoilla olla erityisominaisuuksia: niiden sisältämän selluloosan tulee olla kemiallisesti erittäin puhdasta, selluloosaketjujen pituuksien tulee olla säännöllisiä ja niiden reaktiivisuuden tulee olla hyvä.

Näiden ominaisuuksien aikaansaamiseksi puun sisältämästä selluloosasta on kaikki sen muut aineosat saatava eroon. Tätä varten puulle suoritetaan tavallisesti pitkälle vietyjä kemiallisia käsittelyjä: nämä käsittelyt ovat vaikeita hallita ja ne saastuttavat luontoa. Etenkin todetaan molekyyliketju-jen pituuksien huomattavaa hajontaa samoin kuin saannon pienenemistä puuraaka-aineeseen nähden, mikä johtuu selluloosan lyhyiden molekyyliketjujen hajoamisesta.

Erityisesti viskoosikuitujen valmistamista varten massalle tulisi olla tunnusomaista korkea, 90-95 %:n, selluloosapitoi-suus, ja keskimääräisen polymeroitumisasteen (DPm) tulisi olla noin 700.

Massan huonot ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi tällaisesta massasta valmistettujen kuitujen ominaisuuksiin: mainittakoon esimerkiksi mekaanisen lujuuden huononeminen ja heikompi suodattuvuus.

Lisäksi tätä sovellutusta silmällä pitäen ei voida lähteä pa-perinvalmistusmassasta, koska sen selluloosa ei ole riittävän puhdasta. Siitä on vaikea saada kehrättävää liuosta, jollainen tarvitaan tekstiilitekokuitujen, kuten viskoosikuitujen, valmistuksessa. Paperinvalmistusmassassa on selluloosa yleensä puhdistettu delignifioimalla ja sen seiluloosakuidut ovat sopivasti valkaistuja, mutta niiden keskimääräinen polymeroi-tumisaste (DPm) ei ole samanlainen kuin kemialliseen käyttöön tarkoitettujen massojen.

Il 3 86080

Keksinnön tavoitteena on tuoda parannusta, ainakin osaksi, näihin kahteen haittatyyppiin: sitä voidaan siis soveltaa yhtä hyvin kemialliseen käyttöön tarkoitettuun massaan kehrättävän liuoksen valmistamiseksi tekstiilitekokuitujen, kuten vis-koosikuitujen, muodostamista varten kuin bisulfiittityyppi-seen paperinvalmistusmassaan.

Kun kysymys on tekstiilitekokuitujen ja etenkin viskoosikuitu-jen valmistuksesta kemialliseen käyttöön tarkoitetusta massasta, keksinnön tavoitteena on vaikuttaa edullisesti eri vaiheisiin, jotka tulevat kysymykseen kehrättävän liuoksen valmistuksessa muuttamatta kuitenkaan tavanomaisilla kemiallisilla käsittelyillä saatujen säikeiden mekaanista lujuutta.

Menetelmään viskoosikuitujen valmistamiseksi kemialliseen käyttöön tarkoitetusta selluloosamassasta sisältyy kaavamaisesti esitettynä selluloosamassan liuottaminen, sitten sen regeneroiminen tai koaguloiminen langoiksi, niin että saadut langat soveltuvat käytettäviksi tekstiiliteollisuudessa. Tärkeimmät vaiheet tässä ovat alkaliselluloosan valmistus saattamalla seiluloosapitoinen massa kosketukseen natriumin kanssa (juuri tämän vaiheen jälkeen esiintyy kypsytysvaihe, jolla hapettumisen avulla saadaan liian pitkät selluloosaketjut katkeamaan). Toinen päävaihe on viskoosin muuttaminen langaksi: alkaliselluloosa sulfuroidaan rikkihiilellä, saatu selluloo-saksantaatti liuotetaan natriumliuokseen; saatu kehrättävä liuos (viskoosi) homogenisoidaan, siitä poistetaan ilma, se suodatetaan ja kehrätään sitten suuttimien läpi regenerointi-kylpyyn, jossa regeneroitu viskoosilanka koaguloituu.

Tavallisesti tässä perinteisessä kaavassa kypsytysvaihe suoritetaan jakamalla massa jauhimien avulla hienojakoisiksi osasiksi, jotka varastoidaan useiden tuntien ajaksi siiloihin. Mutta käytettyihin menettelytapoihin liittyy useita haittoja, joista mainittakoon varsinkin kypsymisreaktioiden kestosta aiheutuva varastointikysymys.

λ 86080

Keksinnön tavoitteena on parantaa tätä perinteistä valmistuskaa-vaa.

Keksinnön eräänä tavoitteena on nopeuttaa kehrättävän liuoksen ja siis regeneroitujen lankojen valmistusprosessia.

Keksinnön eräänä toisena tavoitteena on pienentää liuotusnat-riumin hemiselluloosapitoisuutta sekä rikkihiilen määrää, joka tarvitaan selluloosaksantaatin muodostuksessa alkaliselluloosaa sulfuroimalla.

Tätä varten keksinnössä ehdotetaan uutta menetelmää bisulfiitti-paperimassan käsittelemiseksi, jolla on korkea keskimääräinen polymeroitumisaste, jossa menetelmässä annetaan sienisellulaasei-hin, joilla on aktiivisuus ja aktiivisuus Cx, aktiivisuuden ollessa maksimaalinen pH-alueella 1,5 - 7,5 alle 80°C:n lämpötilassa, perustuvan entsyymivalmisteen vaikuttaa paperimassaan, jolloin reaktioväliainetta jatkuvasti sekoitetaan pH:n ollessa 2-7 ja lämpötilan alle 80eC entsyymivalmisteen vaikutuksen aikana .

Tässä sovellutuksessa entsyymivalmiste vaikuttaa tunnetulla tavalla selluloosaan hydrolysoimalla sen ja alentamalla sen keskimääräistä polymeroitumisastetta.

. . Keksinnön tämä tunnusmerkki on erityisen edullinen, koska sillä saadaan paperinvalmistukseen tarkoitetulle massalle, kuten bisul-fiittiselluloosamassalle, keskimääräiset polymeroitumisominaisuu-det, jotka ovat samanlaiset kuin kemialliseen tarkoitukseen käytettävällä massalla, alentamalla selluloosan keskimääräistä j j j polymeroitumisastetta, ja tällöin voidaan valmistaa kehrättävä liuos, joka soveltuu tekstiilitekokuitujen, kuten viskoosikuitu-jen, muodostamiseen ilman tavallisesti tarvittavia hajottavia ja luontoa saastuttavia käsittelyjä.

Keksintö koskee siis menetelmää tekstiilitekokuitujen muodostami-·...* seen tarkoitetun kehrättävän liuoksen valmistamiseksi puuperäi- sestä selluloosamassasta, jossa kemialliseen käyttöön tarkoitettu massa korvataan paperinvalmistukseen tarkoitetulla bisulfiit-tiselluloosamassalla, johon edellä määritellyn entsyymivalmisteen 5 85060 annetaan vaikuttaa sekoittamalla reaktioväliainetta jatkuvasti, pHsn ollessa 2-7 ja lämpötilan alle 80°C entsyymivalmisteen vaikutuksen aikana.

Tällöin voidaan valmistaa kehrättävä liuos selluloosamassasta, joka on vähemmän kemiallisesti käsitelty kuin tavanomaiset tekstiiliteollisuuden käyttämät massat. Paperinvalmistukseen tarkoitetut bisulfiittiselluloosamassat ovat erityisen edullisia, sillä ne sisältävät vähemmän hajonneita selluloosakuituja kuin kemialliseen käyttöön tarkoitetut massat. Näiden massojen saanto on paljon parempi puuraaka-ainemäärään nähden ja ne ovat siten taloudellisempia.

Keksinnössä käytettävä entsyymivalmiste on sellulaasiperustainen, varsinkin sienisellulaasiperustainen, joka tunnettuun tapaan muodostuu eri aineosista ja eräillä niistä on erityisesti aktiivisuudet Ci ja Cx. Aktiivisuus Ci on sellobiohydrolaasin vaikutus, joka voidaan analysoida erittäin puhtaasta järjestyneen rakenteen omaavasta selluloosasta, jollaista pääasiassa tavataan puuvillakuiduissa. Tämä aktiivisuus ilmenee sellobioosin muodostumisena. Aktiivisuus Cx voidaan analysoida muuntoselluloosasta, karboksimetyyliselluloosasta, ja sen määrä voidaan mitata karbok-simetyyliselluloosan viskositeetin alenemisen tai pelkistävien päätteiden lisääntymisenä.

Kuten kaikissa menetelmissä, joissa käytetään entsyymejä, joudutaan tässäkin säätelemään tiettyä määrää olosuhteita, jotta :_ : menetelmä saadaan tehokkaaksi: niinpä esimerkiksi lämpötila, pH, entsyymikonsentraatio ja niiden vaikutusaika voidaan määrittää edullisiksi keksinnön suorittamista varten.

Keksinnön erään lisätunnusmerkin mukaan entsyymivalmistetta . . käytetään 0,05-2 %:n ja edullisesti 0,4-0,6 %:n konsentraationa kuivan selluloosamassan kokonaispainosta mitattuna.

Keksinnön muita tunnusmerkkejä ja etuja selviää seuraavasta selityksestä, jonka jälkeen esitetään taulukkoon 1 liittyen suoritusesimerkkejä. Keksinnön oleelliset tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

6 86080

Keksinnön puitteissa suoritetut esimerkit selitetään kiinnittäen huomiota eräisiin parametreihin, jotka vaikuttavat enemmän tai vähemmän menetelmän tehokkuuteen. Tarkastellut parametrit ovat seuraavat: sekoitustapa, sekoitusnopeus, lämpötila, pH, puskuriliuoksen konsentraatio.

Sekoitustavalla on erityisen tärkeä merkitys kaikissa teollisuuden prosesseissa. On voitu todeta, että sekoittaminen, jolle on luonteenomaista suuri pyöritysenergia ja suurien leikkausvoimien läsnäolo, edistää tulosten toistettavuutta. Tässä mielessä on edullista käyttää kaksivartista sekoitin-ta.

Sekoitusnopeuden tulee olla entsyymi-substraattikompleksin muodostumiseen riittävä, mutta se ei saa kuitenkaan olla liian suuri, koska entsyymivalmisteen tehokkuus saattaisi tällöin heikentyä.

Entsyymivalmisteiden aktiivisuus on suoraan sidoksissa lämpötilaan. Sen vuoksi menetelmän kaikki vaiheet, joissa entsyymejä käytetään, suoritetaan termostaateilla varustetuissa kylvyissä. Lisäksi vaikuttamalla lämpötilaan eli nostamalla reaktioväliaineen lämpötila 5 minuutiksi 100°C:een saadaan entsyymireaktio pysäytetyksi.

Entsyymivalmisteiden vaikutus liittyy voimakkaasti myös pH-arvoon. Entsyymit eivät kestä voimakkaita pH-muutoksia. On siis käytettävä sopivia pH-olosuhteita.

Eräs pH:n pysyttämiseen käytetty keino on puskuriliuoksen käyttäminen. On todettu, että puskuriliuoksen konsentraatio vaikuttaa entsyymin aktiivisuuteen. Edullinen puskuriliuoksen CH3 COONa/CH3 COOH konsentraatio on 0,01-0,2 M, joka sopii erityisesti keksinnön mukaan käytetyille entsyymeille.

:·.! Esimerkit koskevat paperinvalmistukseen tarkoitettuja masso- ja- ’ 86080

Taulukossa 1 on yhteenveto parametrien, jotka tulevat kysymykseen raion-massojen valmistuksessa tai esimerkkien 1-4 paperimassan käsittelyssä, arvoista: massan laatu, paperimassa (P), massan määrä liuoksen kokonaispainoon verrattuna, entsyymivalmisteen laatu, sellulaasi (C) tai maksatsyymi (M), entsyymin määrä, reaktiolämpötila (T°C), sekoitustapa (H: kierukkasekoitin), sekoitusnopeus (kierr./min.), reaktioaika tunteina (h) parametrien mittaushetkellä. Esimerkeistä 1-4 siihen on merkitty keskimääräinen polymeroitu-misaste.

Esimerkit 1-4

Entsyymien lisääminen paperinvalmistusmassaan Näissä esimerkeissä entsyymit lisätään, jotta paperinvaImis-tusmassalle saadaan kemialliseen käyttöön tarkoitetun massan ominaisuudet. Käytetty massa on pitkäkuituista valkaistua massaa, joka on valmistettu tunnetulla bisulfiittimenetel-mällä. Sillä on seuraavat ominaisuudet: korkea keskimääräinen polymeroitumisaste, noin 1100, alfa-selluloosapitoisuus noin 88 %. Tämä massa sisältää paljon vähemmän epäpuhtauksia, varsinkin hemiselluloosaa kuin kemialliseen käyttöön tarkoitettu massa.

Entsyymivalmisteen annetaan vaikuttaa tähän massaan valitsemalla sen maksimiaktiivisuutta vastaavat lämpötila- ja paineolosuhteet.

Suoritettiin eri kokeita erilaisilla entsyymikonsentraati-oilla: 0,05 %, 0,2 % ja 0,75 %. Näillä eri konsentraatioilla määritettiin keskimääräisen polymeroitumisasteen (DPm) kehittyminen reaktion aikana. Todetaan todellakin tämän keskimääräisen polymeroitumisasteen kasvava lasku entsyymi-. . konsentraation myötä, mikä ilmenee massan ominaisuuksien muuttumisena haluttuun suuntaan.

Kokeet tehtiin sellulaasilla, jota käytettiin kemialliseen tarkoitukseen käytettyihin massoihin, lämpötila- ja pH- 8 86080 olosuhteissa, jotka sopivat parhaiten tämän entsyymivalmisteen ominaisuuksiin.

Tällä tavoin käsiteltyä paperinvalmistusmassaa voidaan käyttää viskoosinvalmistusmenetelmään, joko klassillisella kemiallisella menetelmällä tai edullisesti keksinnön mukaisella entsyymimenetelmällä.

Taulukko 1

Esim. Massa % Entsyymi % pH T Sekoitin Kierr./ h DPm _ °C _min._ 1 P 2 C 0,2 4 40 H 500 1 760 2 P 6 C 0,2 4 40 H 500 1 750 3 P 4 C 0,05 4 40 H 500 4 780 4 P 4 C 0,75 4 40 H 500 4 680 * · • · ·

Claims (6)

9 86080

1. Menetelmä bisulfiittipaperimassan käsittelemiseksi, jolla on korkea keskimääräinen polymeroitumisaste, noin 1100, tunnettu siitä, että tarkoituksena on saada massalle aikaan kemialliseen käyttöön soveltuvan massan ominaisuudet, annetaan sienisellulaaseihin perustuvan entsyymivalmisteen, jolla on aktiivisuus ja aktiivisuus Cx, aktiivisuuden ollessa maksimaalinen pH-alueella 1,5-7,5, alle 80°C:n lämpötilassa, vaikuttaa paperimassaan, jolloin reaktioväli-ainetta jatkuvasti sekoitetaan ja pH pidetään välillä 2 ja 7 ja lämpötila alle 80"C entsyymivalmisteen vaikutuksen aikana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että entsyymivalmiste lisätään 0,05-2 %:n ja edullisesti 0,4-0,6 %:n konsentraationa selluloosamassan kokonais-kuivapainosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että entsyymivalmiste perustuu Basidiomycetes Sp. Poriasta johdettuun sellulaasiin.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioväliainetta sekoitetaan sekoit- . . timella, jolla on suuri pyörimisenergia ja jonka leikkaus- ; voimat ovat huomattavat.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioväliainetta sekoitetaan kaksivartisella sekoittimella.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, .·. : tunnettu siitä, että pH on 4-6 ja lämpötila 40-50°C. 10 86 080