FI92607B - Menetelmä lehtipuun hiertämiseksi paperimassatuotannossa - Google Patents

Description

92607

Menetelmä lehtipuun hiertämiseksi paperimassatuotannossa

Keksinnön tausta Tämä keksintö koskee menetelmää paperituotteiden 5 valmistamiseksi lehtipuupaperimassoja käyttäen. Erityisem min keksintö koskee menetelmää lehtipuumassojen käsittelemiseksi tuottamalla näin massaa, jolla on paperituotteeksi valmistettaessa parempi painettavuus.

Paperituotteita valmistetaan vaihtelevista kuitu-10 lähteistä. Yhdysvalloissa paperituotteet valmistetaan ta vallisesti joko lehtipuusta (hardwood) tai pehmeästä puusta (softwood). Pehmeät puut ovat ikivihreitä puita, jotka tunnetaan myös havupuina. Lehtipuut ovat lehtensä varistavia puita. Tyypillisiä lehtipuita ovat tammi, vaahtera, 15 poppeli, eukalyptus, koivu, kastanja, haapa, pyökki ja pähkinäpuu. Sekä havupuut että lehtipuut ovat hyviä kui-tulähteitä erilaisten paperituotteiden valmistuksessa. Havupuulähteillä on pitempi kuitu, noin 3-4 mm, verrattuna lehtipuiden kuituihin, jotka ovat noin 1 - 1,5 mm 20 pitkiä. Kuitenkin vaikka havupuiden kuiduilla on yleensä suurempi halkaisija, on lehtipuiden kuiduilla pienempi halkaisija ja ne antavat paperia, jolla on pehmeämpi rakenne. Paperituotteita valmistetaan havupuumassasta, lehtipuumassasta ja lehtipuu- ja havupuumassojen seoksista.

25 Tuotettavan tuotteen tyyppi ja saatavilla olevat massaläh-teet määräävät usein käytettävän massan koostumuksen.

Korkeampilaatuisen painopaperin valmistuksessa on edullista käyttää suurta lehtipuumassaosuutta johtuen sen ylivoimaisesta opasiteetista, kyvystään alentaa näennäis-30 tiheyttä, paremmasta formaatiostaan ja edullisesta taloudesta. Eräs ongelma lehtipuumassakuitujen käytössä on kuitenkin lehtipuiden perusrakenne. Lehtipuut sisältävät periaatteessa kahta solutyyppiä. Nämä ovat kuitusoluja ja johtosolukkosoluja. Johtosolukkosolut ovat se osa lehti-35 puukasvista, joka kuljettaa vettä ja ravinteita juuristos- 2 92607 ta ylös puuhun. Johtosolukkosolut eivät ole luonteeltaan kuitumaisia. Sen mukaisesti ne eivät lisää paperin lujuutta tai laatua. Päinvastoin nämä johtosolukot ovat edelleen keiton, valkaisun ja tavanomaisen hiertämisen jälkeen se-5 koittuneena paperituotteen sisällä ja pinnalla. Ongelman painon yhteydessä aiheuttavat johtosolukot, jotka jäävät paperituotteen pinnalle. Painotela poimii arkin pinnalla olevat suuret sitoutumattomat johtosolukot painamisen aikana. Tästä johtuen muste ei tartu kaikkiin paperin 10 osiin mihin sitä olisi lisättävä, ja syntyy myös ongelma näiden johtosolukkojen jäädessä painotelan pintaan aiheuttaen ei-toivottuja täpliä tai aukkoja seuraavia kopioita painettaessa. Nettotuloksena on painopaperi, jolla ei ole toivottua laatua.

15 Tämä paperituotteissa olevien johtosolukkojen pai non aikana tapahtuvan irtoamisen aiheuttama ongelma on pitkään tunnettu. Tämä ongelma havaittiin suuressa mittakaavassa 1950-luvulla, kun valkaistun lehtipuumassan käyttö painopapereissa kasvoi huomattavasti. Vuosien aikana on 20 yritetty useita ratkaisuja. Ainoa, jolla on ollut kaupallista menestystä, on paperiarkin päällystäminen tärkkelys- · liuoksella. Tärkkelysliuos muodostaa kalvon ja/tai tahnan, joka estää johtosolukkojen irtoamisen painamisen aikana. Tämä lisää kuitenkin kustannuksia, koska on lisättävä 25 toista ainetta paperin valmistuksen aikana. Nyt on keksitty, että tämä johtosolukkojen paperin pinnalta irtoamisen ongelmaa voidaan helpottaa käyttämällä erityistä hiertä-mistekniikkaa sen jälkeen, kun lehtipuu on muodostettu massaksi.

30 On keksitty, että jos sen jälkeen, kun lehtipuu on muodostettu massaksi mitä tahansa tunnettua termokemial-lista sellunkeittomenetelmää käyttäen, lehtipuumassa hierretään jauhimessa, jossa ainakin yhdellä jauhinlevyistä on hiertävä pinta, helpotetaan johtosolukkoihin liittyvää 35 ongelmaa. Tavanomaisessa käsittelyssä lehtipuun keiton 3 92607 jälkeen kuitu kuljetetaan jauhimeen, joka sisältää standardeja metallipintaisia levyjä. Nämä levyt, joiden pinnassa saattaa olla puikkoja, työstävät kuituja tasaisemman massan muodostamiseksi. Yhden tai useamman kulun jälkeen 5 hiertimen läpi massa pumpataan paperikoneen perä laatikkoon paperituotteeksi muuttamista varten.

Hiertäviä pintalevyjä sisältävät massajauhimet ovat tunnettuja alalla. US-patenttijulkaisu 4 372 495 esittää menetelmän ja laitteen puulastujen hienoksi jauhamiseksi 10 muodostamaan massaa, jolloin käytetään levyjauhinta, jossa on hiertäviä levyjä. Syöttömateriaali on puulastua ja lopputuote on hioketta. Tämän patentin esimerkissä Southern Pine -mäntylastut muutetaan termomekaaniseksi massaksi tämäntyyppistä levyjauhinta käyttäen. Tämä patentti esittää 15 paremminkin suurten puukappaleiden kuin keitetyn sellun levyhiertämisen.

US-patentti 3 117 603 esittää hiertäviä pintasekto-reita käsittävän laitteen, jota käytetään poisteen jauhamiseen kuten myös muuhun käyttöön. Siinä ei kuitenkaan 20 esitetä lehtipuista peräisin olevan massan hiertämistä.

US-patentti 3 827 934 esittää lehtipuulastujen keiton. Keittoa seuraa keittokuidutus ja pesun jälkeen seuraa hiertämisvaihe. Kumpaakaan näistä hiertämisvaiheista ei esitetä suoritettavaksi hiertäviä pintalevyjä käsittävällä 25 jauhimella.

US-patentti 1 814 587 esittää massanhiertämislait-teen, jossa on pari toistensa suhteen pyöriviä hierrinki-viä. Tässä patentissa ei kuitenkaan esitetä käytettävien massojen tyyppiä eikä mitään erityistä massassa ilmenevää 3 0 etua.

SU-patentti 730 916 esittää laitteen kuitususpen-sioiden jauhamiseksi paperinvalmistuksessa. Esitetään, että kuitumateriaali jauhetaan ensin metallirengaslavoilla ja sitten suspensio käsitellään keraamisen levyn ulokkeil- 35 la. Keraamisen levyn hiertävien jyvien kuvaillaan toimivan 4 92607 mikroveitsinä, jotka saattavat mikrotibrillit ulos. Tässä ei kuitenkaan esitetä lehtipuumassojen käsittelyä. Ei myöskään esitetä, että kuitususpensiosta olisi etua tässä menetelmässä.

5 Missään näistä patenteista ei esitetä etua, joka saadaan käsittelemällä lehtipuusta peräisin oleva massa jauhimessa, jossa on yksi tai useampia hiertävän pinnan omaavia levyjä. Mikään näistä patenteista ei myöskään ole suunnattu ratkaisemaan johtosolukkojen irtoamisen ongelmaa 10 lehtipuukuitulähteiden kannalta. Kuten edellä mainitaan, tekniikan tasolla turvaudutaan tärkkelyksen ja samantapaisten materiaalien käyttöön sitomaan johtosolukot paperin pinnalle. Tämä on tehokas ratkaisu muttei ihanteellinen. Tämän esityksen ratkaisu lähenee ihanteellista siinä, 15 että massa on hierrettävä joka tapauksessa. Tästä johtuen tämä ei ole lisävaihe. Massan hiertäminen erityisessä jauhimessa erityistä tekniikkaa käyttäen ratkaisee ongelman hyvin tehokkaasti.

Keksinnön lyhyt yhteenveto 20 Keksinnön kohteena on lehtipuumassan hiertäminen jauhimessa, jossa ainakin yhdellä levyistä on hiertävä pinta. Hiertävällä pinnalla tarkoitetaan, että levyn pinta, joka on tavallisesti tasainen, voi olla muun muotoi-. nen, ja siihen on lisätty umpimähkään dispergoitua hieno- 25 jakoista hiertävää materiaalia. Hiertävä materiaali voi olla karbidia kuten volframikarbidia tai piikarbidia, alumiinioksideja, zirkoniumoksideja, piioksideja tai timanttia. Olennaisesti mitä hyvänsä tunnettua hienojakoista hiertävää materiaalia voidaan käyttää. Hiertävän aineen 30 hiukkaskoko on edullisesti noin 20 - 120 mesh ja edullisimmin noin 30 - noin 40 mesh. Hiertävä aine peittää umpi-mähkäisesti hajallaan jakautuneena noin 10 - 90 % levyn pinnasta.

Lehtipuulähde, joka on tavallisesti lastuina, kei-35 tetään mitä hyvänsä tunnettua termokemiallista keitto- 5 92607 menetelmää käyttäen. Tämä voi olla sulfaatti-menetelmä, sulfidimenetelmä tai soodamenetelmä. Ligniinin poistamiseksi tapahtuneen keiton jälkeen massa sisältää erillisiä kuituja. Nämä erilliset kuidut hierretään sitten jauhimes-5 sa, joka käsittää ainakin yhden levyn, jolla on edellä kuvailtu hiertävä pinta. Edullisesti jauhin käsittää sarjan levyjä, jolloin yhdellä levyllä on hiertävä pinta ja vastakkaisella levyllä on metallipinta, jossa on joukko poik-kipuikkoja. Tässä joukon poikkipuikkoja sisältävässä le-10 vyssä ei tavallisesti ole hiertävää materiaalia pinnalla. Keitetyn lehtipuumassan hiertäminen sellaisessa jauhimessa pienentää johtosolukkojen kokoa kokoon, jossa ne sitoutuvat kuitujen kanssa ja pysyvät sen jälkeen kuitukehikon sisällä. Tästä massasta valmistetussa paperissa on irtoa-15 via johtosolukkoja alle noin 5, ja edullisesti alle noin 3/cm2. Tällaisesta massasta valmistetulla paperilla ei ole ongelmaa, jonka johtosolukko-osien irtoaminen paperilta painamisen aikana aiheuttaa. Tätä lehtipuumassaa voidaan käyttää paperituotteiden valmistuksessa yksinään tai se-20 koitettuna havupuumassan kanssa. Massaan lisätään usein mineraalipigmenttejä parantamaan paperin opasiteettia. Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus Tämän keksinnön aiheena on odottamaton keksintö, että lehtipuumassan johtosolukko-osien kokoa voidaan pie-• 25 nentää tehokkaasti ja sitoa kuituihin, jos lehtipuumassa hierretään jauhimessa, jossa ainakin yhdellä jauhimen levyistä on hiertävä pinta. On yleistä hiertää lehtipuumassaa kuten muitakin massoja ennen massan pumppaamista paperikoneen perälaatikkoon. Tavanomainen jauhin koostuu 30 laitteesta, joka sisältää kaksi tai useampia levyjä, jolloin levyissä on pintaan kiinnittyneinä puikkoja. Puikot ovat olennaisen pitkänomaisia puikkomaisia ulokkeita, jotka ovat kiinnittyneet levyn pinnalle ja suuntautuvat tästä pinnasta ulospäin niiden työstäessä täten levyjen välissä 35 kulkevia kuituja. Nämä puikot ovat tavallisesti muodoltaan 6 92607 suorakulmaisia. Tyypillisessä jauhimessa on yksi tai useampi kiinteästi asennettu levy ja yksi tai useampi pyörivä levy, tai vaihtoehtoisesti siinä on kaksi tai useampia pyöriviä levyjä. Perinteisessä jauhimessa kussakin näistä 5 levyistä on tavallisesti puikkoja, jotka ovat kiinnittyneet levyjen pintaan ja ulottuvat pinnasta ulospäin.

Tyypilliset levyjauhimet lehtipuumassojen käsittelyyn käytettäessä fibrilloivat massan lehtipuukuidut. Muodostuu käyttökelpoista massaa. Vaikka tästä massasta valio mistettu paperituote pintakäsitellään tärkkelyksellä tai jollain muulla aineella, esiintyy edelleen johtosolukko-osien pinnalta irtoamisen ongelma painon aikana. Hiertämällä lehtipuumassa jauhimessa, jossa ainakin yhdellä levyistä on hiertävä pinta, eli levy, jonka pinnalle on kii-15 nnittynyt umpimähkäisesti hajalleen dispergoitua hienojakoista hiertävää materiaalia, lehtipuumassassa olevat hienojakoiset johtosolukko-osat hajoavat pienemmiksi osasiksi, jotka sitoutuvat kuituihin ja joita kuidut pitävät yhdessä. Näiden osasten poimiutuminen paperituotteen pin-20 naita painamisen aikana estyy kuituihin sitoutumisesta johtuen. Tuloksena on korkeatasoinen painojälki pidemmillä toiminta-ajanjaksoilla painopuristimen puhdistusten välillä.

. Hierrettävä materiaali on lehtipuumassaa eikä leh- 25 tipuulastuja. Lehtipuumassa on lehtipuulastujen termoke-miallisen keiton tuote. Keitto poistaa ligniinin ja mahdollistaa kuitujen eroamisen. Mikäli lehtipuulastuja hierretään, on tuote hiokkeen pienten ja suurten kuitujen ja poistamattoman ligniinin seos. Ligniiniä saattaa olla jopa 30 noin 50 % materiaalista. Tämän hiokkeen Schopper-Riegler-jauhautuneisuus on yli 35 °SR. Sillä on hyvin huono veden poistuminen paperikoneella. Lisäksi edelleenhiertämisen jälkeenkään tämä hioke ei ole käytettävissä korkealaatuisten painopaperien valmistamiseen johtuen sen taipumuksesta 7 92607 kellastua ja haurastua ajan myötä. Tämä johtuu sen lignii-nipitoisuudesta.

Olennaisesti mitä hyvänsä levyjauhinta, jossa on ainakin yksi levy, jossa on hienojakoista umpimähkään ja-5 kautunutta hiertävää materiaalia pinnalla, voidaan käyttää tämän keksinnön toteuttamiseen. Eräs käytettävissä oleva levyjauhin on esitetty US-patenttijulkaisussa 4 372 495, joka liitetään tähän viitteenä. Tämä keksintö ei kuitenkaan ole rajoittunut tämän levyjauhimen käyttöön. Levyn 10 pinnalla oleva hienojakoinen hiertävä materiaali voi olla niin karheaa kuin 5 mesh tai niin hienojakoista kuin 200 mesh. 5 meshin kokoinen osa hiertävää materiaalia kulkisi juuri ja juuri 5 meshin seulan läpi, jossa on 4 mm:n aukot, kun taas 200 meshin materiaali kulkisi juuri ja juuri 15 200 meshin seulan läpi, jossa on 0,07 mm:n aukot. Edulli sesti hiertävän materiaalin koko on ainakin noin 20 - noin 120 mesh ja edullisimmin noin 30 - noin 40 mesh. Hiertävä materiaali voi olla olennaisesti mitä hyvänsä tunnettua hiertävää materiaalia. Näitä ovat karbidit kuten volframi-20 karbidi ja piikarbidi, alumiinioksidit, zirkoniumoksidit, piioksidit ja timantti. Hienojakoinen hiertävä materiaali peittää noin 10 - noin 90 %, ja edullisesti noin 30 - noin 70 % levyn pinta-alasta.

Nykyisten lehtipuumassojen tuotannossa lehtipuutu-25 kit kuljetetaan ensin hakkuriin tai sellaiseen laitteeseen tukkien koon pienentämiseksi noin 0,318 - noin 5,1 cm:n kappaleiksi. Edullisesti kappaleiden koko on noin 0,94 -noin 2,54 cm. Sitten nämä lehtipuulastut kuljetetaan ter-mokemialliseen keittoon, jossa käytetään sulfaatti-mene-30 telmää, sulfidimenetelmää tai soodamenetelmää. Mitä hyvänsä näistä menetelmistä voidaan käyttää valinnan riippuessa henkilökohtaisesta mieltymyksestä. Voidaan käyttää esimerkiksi menetelmää, joka on kuvattu US-patenttijulkaisussa 3 827 934. Kuidut pestään keiton jälkeen keittokemikaalien 35 poistamiseksi, ja saadaan ruskeaa paperimassaa. Sitten 92607 8 ruskea paperimassa valkaistaan olennaisesti mitä hyvänsä tunnettua valkaisukemikaalia ja valkaisujaksoa käyttäen. Tyypilliset valkaisukemikaalit käsittävät kloorin, kloori-dioksidin, natriumhypokloriitin, otsonin ja vetyperoksi-5 din. Myös muita perinteisesti käytettyjä massan valkaisu-aineita voidaan sisällyttää tai käyttää korvaamaan valkaisuprosessissa. Tarkoituksena on valmistaa massaa, jota voidaan käyttää tuottamaan valkoista paperituotetta tai, väriaineita lisäämällä, joukko värillisiä papereita. Valio kaisun jälkeen valkoinen massa hierretään kuitujen fibril-loimiseksi ennen kuidun pumppaamista paperikoneen perälaa-tikkoon. Juuri tässä vaiheessa lehtipuukuidut hierretään jauhimessa, jossa ainakin yhdellä jauhinlevyistä on hiertävää materiaalia, joka on umpimähkään jakautunut ainakin 15 osalle pinnasta.

Tämän keksinnön menetelmässä jauhimesta ulos tuleva valkaistu lehtipuumassa voidaan siirtää suoraan paperikoneen perälaatikkoon tai se voidaan sekoittaa havupuumassan kanssa ja siirtää seos paperikoneen perälaatikkoon. Sekoi-20 tettaessa havupuumassan kanssa havupuumassaa saattaa olla noin 5 - noin 95 % seoksen kuitusisällöstä. Samoin saattaa lehtipuumassan sisältö sellaisessa seoksessa olla noin 5 -noin 95 paino-% seoksen kuitusisällöstä. Haluttaessa havu-puumassa ja lehtipuumassa voidaan sekoittaa ennen hiertä-25 mistä ja yhdistetyt massat hiertää yhdessä jauhimessa, jossa on ainakin yksi levy, jossa on hiertävä pinta. On kuitenkin edullista hiertää lehtipuumassa erikseen ja yhdistää sitten havupuumassan kanssa.

Tulokseksi saatavan, tässä menetelmässä tuotetun 30 lehtipuumassan kuiva-ainepitoisuus on edullisesti noin 5 -noin 35 %, ja edullisimmin noin 10 - noin 15 %. Massan kuiva-ainepitoisuus on massan kiinteiden aineiden pitoisuus. Massan jauhautuneisuus kasvaa hiertovaiheen seurauksena. Mitä enemmän kuitua työstetään jauhimessa, sitä 35 enemmän massan jauhautuneisuus kasvaa. Massan jauhautunei- a * : 9 92607 suus on mitta nopeudesta, jolla vesi valuu paperista. Paperinvalmistuksessa veden valuminen on tärkeää. Useimpiin paperinvalmistussovellutuksiin massan jauhautuneisuuden eli °SR:n (Schopper-Riegler-luku) olisi oltava alle noin 5 40 °SR, edullisesti alle noin 35 °SR ja edullisimmin alle noin 30 °SR. Massoista, joilla on tätä suurempi jauhau-tuneisuus valuu vesi paperikoneella liian hitaasti aiheuttaen alentuneen tuottavuuden ja lisääntyneen energiankulutuksen arkkipaperituotteen lopullisessa kuivauksessa. Leh-10 tipuumassan jauhautuneisuus ennen hiertämistä on tavallisesti noin 20 °SR. Hiertämisvaiheen jälkeen, kun jauhimes-sa on ainakin yksi edellä kuvattu hiertävän pinnan omaava levy, massan jauhautuneisuus kasvaa, mutta pysyy alle noin 40 °SR:ssä ja edullisesti alle noin 35 °SR:ssä paperilla, 15 jolla on alhainen irtoavien johtosolukkojen lukumäärä. Käytettäessä tavanomaista jauhinta eli jauhinta, jossa on puikkopinta, nousee massan jauhautuneisuus yli noin 40 °SR:n valmistettaessa paperia, jossa johtosolukkojen irtoamisen ongelma paperista painon aikana on samoin pie-20 nentynyt.

Toinen tärkeä tekijä hiertämistoiminnan tehokkuuden määrittämisessä on akselitehopäivien määrä tuotettua ilma-kuivaa massatonnia kohden (BHPD/ADT). Määrä BHPD/ADT on noin 1 - noin 100. BHPD/ADT halutaan minimoida hyväksyttä-25 vän tuotteen tuottamiseksi. Nykyisessä menetelmässä kokonaisten johtosolukko-osasten määrä grammaa kohden vähenee merkittävästi tehoa lisättäessä kuten myös irtoavien joh-tosolujen määrä neliösenttimetriä kohden. Myös hiertävän materiaalin käyttö yhdellä tai useammilla jauhinlevyistä 30 alentaa kokonaisten johtosolukkojen määrää grammaa kohden alle puoleen tasosta, joka saavutetaan kun jauhimessa käytetään puukotetulla pinnalla varustettua levyä. Irtoavien johtosolujen lukumäärä/cm2 pienenee noin 28 %:lla käytettäessä jauhimessa puikoilla pinnoitettuja levyjä ja noin 96 35 %:lla käytettäessä tämän keksinnön hiertävän pinnan omaa- 10 92607 via levyjä. Tämä on merkittävä ero. Jauhimen jossa on ainakin yksi tämän keksinnön mukainen hiertävän pinnan omaava levy, antaa käyttöön paperituotteen, jolla on ylivoimaiset laatuominaisuudet. Haluttaessa hiertää lehtipuumas-5 saa näitä erilaisia jauhimia käyttäen samanarvoisen tuotteen saamiseksi, eli tuotteen, jonka kokonaisten joh-tosolukko-osien määrä on 100 000 tai alle, ja edullisesti 60 000 tai alle massagrammaa kohden ja johtosolukkojen irtoamisia 5 tai alle, edullisesti 3 tai alle, ja edulli-10 simmin 2 tai alle/cm2 paperin pinta-alaa, on käytetty akse-liteho noin 15 BHPD/ADT kun jauhimessa on yksi tai useampi hiertävällä aineella päällystetty levy, ja puolestaan yli 30 BDHD/ADT kun jauhimessa on tavanomaiset puikkopintaiset levyt. Tämä saa aikaan merkittävän säästön sähköenergiaku-15 lutukseen ilmakuivan paperituotetonnin tuottamisessa.

Lisäksi saadaan se etu, että kun tuotettavalla paperituotteella on tämä johtosolukkomäärä 60 000 tai alle massagrammaa kohden ja irtoavia johtosolukkoja 2 tai alle paperipinnan cm2:iä kohden, on jauhautuneisuus noin 40 °SR 20 tai alle, ja edullisesti 35 °SR tai alle, ja edullisimmin noin 30 °SR tai alle massalla, joka on hierretty jauhimessa, jossa on hiertävällä materiaalilla pällystettyjä levyjä, kun taas massalla, joka on hierretty jauhimessa, jossa on puikotettuja levyjä, on jauhautuneisuus yli noin 40 -25 noin 50 °SR. Tämän vuoksi paperituotteella lehtipuumassasta, joka on hierretty jauhimessa käyttämällä hiertävällä materiaalilla päällystettyjä levyjä, on parantunut veden valuminen paperikoneella verrattuna massaan, joka on hierretty puikoilla päällystetyllä jauhimella samalle joh-30 tosolukkomäärälle ja johtosolukkojen irtoamisen määrälle.

Lisäksi paperilla, joka on valmistettu tämän keksinnön mukaisista lehtipuumassoista, on suurempi vetolujuus määrättyä massan jauhautuneisuutta kohden. Massan jauhautuneisuusarvolla alle noin 30 °SR saadun paperin 35 vetolujuus on suurempi kuin 7,2 kg/25 mm. Tämä on merkit- 11 92607 tävä etu, että paperi, josta vesi valuu paremmin, tuottaa paperituotteen, jolla on suurempi lujuus.

On edelleen muita vielä havaitsemattomia etuja hierrettäessä lehtipuumassaa jauhimessa, joka käyttää yhtä 5 tai useampaa hiertävällä materiaalilla päällystettyä levyä. Sellaiset lehtipuumassaa hiertämällä saatavat edut kuuluvat kuitenkin tämän keksinnön piiriin.

Seuraavat esimerkit on esitetty edelleen osoittamaan ja kuvaamaan etuja, jotka saavutetaan hierrettäessä 10 lehtipuumassa jauhimessa, jossa ainakin yhdellä jauhinle-vyistä on hiertävä pinta.

Koemenetelmät

Johtosolukkojen lukumäärän laskeminen

Kokonaisten johtosolukko-osien lukumäärä lehtipuu-15 massassa laskettiin visuaalisesti mikroskooppia käyttäen. Kaikki massanäytteet värjättiin C-värillä (C-stain) ennen laskemista. C-väri on Institute of Paper Chemistry:n toimittama kemikaali auttamaan puukuitujen tutkimista näköhavainnolla. Luvut on ilmaistu kokonaisten johtosolukko-20 osien lukumääränä massagrammaa kohden.

Irtoavat johtosolukot

Johtosolukkojen irtoamiskoe suoritettiin hierretystä lehtipuumassasta valmistetuille käsin tehdyille arkeille. Nämä käsin tehdyt arkit valmistettiin menetelmällä: 25 Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI) Standard Procedure no. 205.

Johtosolukkojen irtoamiskokeessa käytettiin IGT Printability -koelaitetta, malli AC2. Paino tehtiin O/S Paper Test Jay Blue -värillä, toimittaja Capitol Ink Com-30 pany. Irtoamiset määritettiin visuaalisesti mikroskoopil la. Niiden lukumäärä ilmoitetaan irronneiden johtosolukkojen lukumääränä/cm2.

92607 12

Shopper-Riegler-j auhautuneisuus ° SR

Shopper-Riegler-jauhautuneisuus määritettiin käyttäen menetelmää: Technical Association of the Pulp and

Paper Industry Standard no. 227 — massan jauhautuneisuus.

5 Kuiva-ainepitoisuus

Kuiva-ainepitoisuus määritettiin menetelmällä: Technical Association of the Pulp and Paper Industry Standard no. 240 — massasuspension kuiva-ainepitoisuus (kon-sentraatio).

10 Vetolujuus

Paperin vetolujuus määritettiin menetelmällä: Technical Association of the Pulp and Paper Industry Standard no. 494 — paperin ja kartongin vedonkestävyysominaisuudet (vakionopeusvenytyslaitetta käyttäen) . Kaikki venytysarvot 15 määritettiin paperilla, jonka neliömetripaino oli 61 g/cm2.

Esimerkki l Tämä esimerkki esittää tyypillisen menetelmän valkaistun sulfaatti-lehtipuumassan valmistamiseksi tehtaassa käytettävällä tavalla. Lehtipuumassa valmistetaan lehti-20 puulähteestä, jossa on noin 65 % tammea ja noin 35 % muuta lehtipuuta. Tammilähde on etupäässä punaista tammea ja· valkoista tammea. Muut lehtipuut ovat enimmäkseen vaahteraa ja poppelia.

. Lehtipuulähteet lastutettiin noin 0,46 - 2,2 cm 25 paksuisiksi. Lastut kuivattiin uunissa ja 4 000 g näitä lehtipuulastuja lisättiin keittimeen. Keittoliuos valmistettiin yhdistämällä natriumhydroksidia, natriumsulfidia ja natriumkarbonaattia siten, että saatu liuos sisälsi noin 22 paino-% (pitäisi olla välillä 19 - 25 %). vaikut-30 tavaa emästä (laskettuna Na20:na), 20 % sulfiditeettia ja 80 % kaustisuutta. Keittoliuos/puu-tilavuussuhde oli 4:1.

Keitin tiivistettiin keittoliuoksen lisäämisen jälkeen ja lämpötila nostettiin 1 h aikana 166 °C:seen. Keitin pidettiin tässä lämpötilassa 1,5 h. Paine keittimessä 35 tässä lämpötilassa oli 760 kPa (7,6 bar).

• < 13 92607

Keiton jälkeen keitetystä kuidusta päästettiin vesi pois ilmakehän paineeseen ja keittokemikaalit valutettiin massasta. Valutettu massa pestiin vastavirtaan vesivirralla keittokemikaalien edelleen poistamiseksi ja valkaistiin 5 sitten. Massa valkaistiin kloori/alkali-uutto/natriumhypo- kloriitti/klooridioksidi-valkaisuvaihetta käyttäen. Valkaistu massa pestiin vedellä valkaisukemikaalien poistamiseksi. Valkaistun massan GE-valkoisuusaste on noin 83. Sitten tämä valkaistu massa pumpattiin paperikoneen perä-10 laatikkoon.

Esimerkki 2

Materiaali, joka valkaistiin tässä esimerkissä, oli tuotantolaitoksen tuotantoajosta otettua valkaistua kraft-lehtipuumassaa. Tämä lehtipuumassa hierrettiin Sprout-Wal-15 dron-jauhimessa, malli 105A. Tämä jauhin toimi nopeudella 1200 r/min ja ilmakehän paineessa. Hiertävää materiaalia sisältävä levy oli halkaisijaltaan 30,5 cm, ja siinä oli noin 36 meshin volframikarbidirouhetta plasmahitsauksella umpimähkään pinnalle kiinnitettynä.

20 Noin 50 - 60 % levystä on päällystetty hiertävän aineen rouheella. Hiertävän pinnan omaava levy on kiinteästi asennettu levy. Pyörivä levy on puikotettu levy. Puikotetut levyt ovat yleisesti puumassan hiertämiseen painopapereiksi käytettyä tyyppiä. Nämä levyt ovat halkai-25 sijaltaan 30,5 cm, ja niissä on pinnalla 3,8 - 8,9 cm pitkiä puikkoja säteittäisenä järjestelmänä. Käytetty akseli-teho oli alueella 0,5 - 15 BHPD/ADT. Tätä säädettiin lisäämällä tai pienentämällä kiinteän ja pyörivän levyn välistä etäisyyttä ja/tai muuttamalla massan kuiva-ainepi-30 toisuutta.

Taulukossa I on esitetty massan ominaisuudet ennen ja jälkeen käsittelyn jauhimessa, jossa oli edellä kuvail-* tu hiertävän pinnan omaavavan levyn järjestelmä. Kuten tästä taulukosta käy esille, alenee kokonaisten johtosolu-35 jen lukumäärä ja irtoavien solujen lukumäärä suuresti, ko- 14 92607 konaisten johtosolujen määrä 250 000:sta 60 000:een/g ja irtoavien solujen määrä 25:stä l:een/cm2. Mitä suurempi oli käytetty teho, sitä suurempi oli väheneminen. Tasolla 15 BHPD/ADT kokonaisten johtosolujen lukumäärä väheni 76 5 %:lla ja irtoavien solujen lukumäärä 96 %:lla.

Taulukko I

Lehtipuumassan ominaisuudet ennen ja jälkeen jauhamisen hiertävän pinnan omaavalla levyllä 10 käytetty akseliteho kokonaiset irtoavat BHPD/ADT* johtosolut/g johtosolut/cm2 0 250 000 25 5 140 000 22 10 110 000 10 15 15 60 000 1 ‘akseliteho päivässä/ilmakuiva tonni

Esimerkki 3

Tuotantolaitoksen tuotantoa josta otettua valkaistua kraft-lehtipuumassaa hierrettiin jauhimessa, joka oli va-20 rustettu esimerkissä 2 kuvatulla hiertävän pinnan omaavalla levyllä, ja toisessa samoin esimerkissä 2 kuvatussa jauhimessa, jossa oli vain tavanomaiset puikotetut levyt. Yksi puikotettu levy on kiinteä levy ja yksi on pyörivä . levy. Molemmat jauhimet toimivat nopeudella 1 200 r/min ja 25 ilmakehän paineessa. Vertailutulokset esitetään taulukossa II.

Kuten tästä taulukosta ilmenee, on hiertävän pinnan omaava levy tehokkaampi energiankäytöltään käyttäen puikotettu ja levyjä omaavaa jauhinta vähemmän tehoa, jolloin 30 sekä kokonaisten johtosolukkojen lukumäärä että irtoavien johtosolukkojen lukumäärä vähenevät. Tasolla 15 BHPD/ADT kokonaiset johtosolukot vähenevät 250 000:sta 60 000:een/g käytettäessä tämän keksinnön hiertävän pinnan omaavaa levyä ja 140 000:een/g puikotettuja pintoja omaavia levyjä 35 käyttäen. Vähennys hiertävällä pinnalla on 76 % ja puiko- 92607 15 tetulla pinnalla 44 %. Sama ilmenee irtoavien johtosoluk-kojen lukumäärässä. Käytettäessä hiertävän pinnan omaavaa levyä vähenevät irtoavat johtosolukot 25:stä l:een/cm2, jolloin väheneminen on 96 %, kun taas tavanomaisilla pui-5 kotetuilla levyillä irtoavat johtosolukot vähenevät 25:stä 18:aan/cm2, jolloin väheneminen on 28 %.

Taulukko II

Vertailu massan ominaisuuksien välillä Hiertävän pinnan omaava levy verrattuna puikote- 10 tuilla levyillä jauhamiseen lehtipuumassa hiertävä puikotettu "saadessa” pinta pinta käytetty akseli- 0 15 15 15 teho (BHPD/ADT)* kokonaisia joh- 250 000 60 000 140 000 tosolukkoja/g irtoavia johto- 25 1 18 solukkoja/cm2 20 ’akseliteho päivässä/ilmakuiva tonni

Esimerkki 4

Tuotantolaitoksen tuotantoa josta otettua valkaistua kraft-lehtipuumassaa hierrettiin samaa jauhinta käyttäen kuin esimerkissä 2. Hiertävällä pintalevyllä varustettu 25 jauhin ja puikotetulla pinnalla varustettu jauhin olivat samanlaiset kuin esimerkissä 2. Jauhimet toimivat nopeu della 1 200 r/min ja ilmakehän paineessa. Tulokset vaikutuksesta jauhautuneisuuteen on esitetty taulukossa III. Kuten edellä selitettiin, toivotaan jauhautuneisuuden ole-30 van paperinvalmistuksessa alle 35 °SR.

> · s 16 92607

Taulukko III

Saadun jauhautuneisuuden vertailu

Hiertävän pinnan omaava levy verrattuna puikotet-tuun levyyn

5 jauhautuneisuus °SR

tavoiteltu väheneminen hiertävä puikotettu pinta pinta kokonaisia johtosolukkoja 32 48 60 000 tai alle/g 10 irtoavia johtosolukkoja 33,5 45 2/cm2 tai alle paperin pinta-alalla

Kuten taulukosta III ilmenee, pystyivät molemmat 15 levytyypit alentamaan kokonaisten johtosolukkojen lukumäärään tavoiteltuun arvoon 60 000/massagramma tai alle. Puukotetuilla levyillä varustettu jauhin nosti massan jauhautuneisuuden kuitenkin hiertämättömästä arvosta 20 °SR arvoon 48 °SR. Tämä on selvästi yli toivotun massan jauhau-20 tuneisuuden maksimin 40 °SR, ja edullisen jauhautuneisuuden 35 0SR. Tässä kuvailtu hiertävällä pinnalla varustetun levyn omaava jauhin nosti jauhautuneisuuden saman kokonaisten johtosolukkojen määrän vähennyksellä vain 32 °SR:iin.

25 Molempia levytyyppejä, kuten taulukosta III ilme nee, voidaan käyttää alentamaan myös irtoavien johtosolukkojen määrää paperissa arvoon 2/cm2 paperinpinta-alaa tai alle. Jauhautuneisuus kasvaa tällöin jälleen. Puikotettuja levyjä omaava jauhin nosti jauhautuneisuuden hiertämättö-30 män massan arvosta 20 °SR arvoon 45 °SR. Tämä on jälleen yli toivotun jauhautuneisuuden maksimin 40 °SR ja edullisen jauhautuneisuuden 35 °SR. Tässä kuvatuilla hiertävillä levyillä varustettu jauhin nostaa jauhautuneisuuden vain arvoon 33,5 °SR.

17 92607

Esimerkki 5

Tuotantolaitoksen tuotantoa josta otettua valkaistua kraft-lehtipuumassaa hierrettiin käyttäen levyjauhinta, joka oli varustettu hiertävän pinnan omaavalla levyllä ja 5 puikotetun pinnan omaavalla levyllä. Levyt ja niiden järjestely olivat samat kuin esimerkissä 2. Jauhin toimi nopeudella 1 200 r/min kiinteällä levyjen välisellä etäisyydellä 0,0076 mm ja ilmakehän paineessa. Taulukossa IV esitetään massan kuiva-ainepitoisuuden vaikutus irtoavien 10 johtosolukkojen lukumäärään/cm2. Kuten tästä taulukosta il menee, mitä suurempi on kuiva-ainepitoisuus, sitä suurempi on irtoavien johtosolukkojen väheneminen. Tässä esimerkissä käytettiin 13 %:n kuiva-ainepitoisuutta ja irtoavien johtosolujen määrä vähennettiin tavoiteltuun arvoon 2/cm2 15 tai alle.

Taulukko IV

Lehtipuumassan kuiva-ainepitoisuuden vaikutus irtoavien johtosolukkojen määrän vähenemiseen käytettäessä hiertävän pinnan omaavaa levyä 20 kuiva-ainepitoisuus irtoavia johtosolukkoja/cm2 5 19 7 15 9 11 25 11 7 13 2

Esimerkki 6

Valmistettiin paperia valkaistusta kraft-lehtipuu-30 massasta, joka oli hierretty jauhimessa, joka oli varustettu esimerkissä 2 kuvatulla hiertävän pinnan omaavalla levyllä, ja toisessa jauhimessa, joka oli varustettu sa-' moin esimerkissä 2 kuvatuilla tavanomaisilla puukotetuilla levyillä. Jauhimet toimivat nopeudella 1 200 r/min ja il-35 makehän paineessa. Saatujen jauhautuneisuuksien ja vetolujuuksien vertailu on esitetty taulukossa V.

18 92607

Taulukko V.

Jauhautuneisuuden ja vetolujuuden vertailu. Hiertävän pinnan omaava levy verrattuna tavanomaiseen puukotettuun levyyn.

5 jauhautuneisuus vetolujuus (kg/25 mm) hiertävän pinnan omaava levy 23,5 7,2 25.0 7,6 10 26,9 8,2 28,4 8,6 32.0 9,6 puikotetun pinnan omaava levy 31.0 7,3 15 31,9 7,5 41.0 8,3 46.9 8,8 48.9 8,9

Kuten taulukosta V ilmenee, riippuu vetolujuus 20 hiertämisen aikana kehittyneestä jauhautuneisuudesta. Tässä esimerkissä jauhautuneisuuden, yksikössä °SR, kasvaessa lisääntyy vetolujuus. Yleisesti ottaen, mitä vahvempi on paperiarkki, sen parempi. Siksi on tärkeää, ettei mikään hiertotekniikka aiheuta vetolujuuden heikkenemistä. Liika 25 hiertäminen saattaa aiheuttaa lujuuden heikkenemistä.

Tutkittaessa arvoja kahdesta hiertämistekniikasta, erityisesti saatujen jauhautuneisuusarvojen vastaavuuksista havaitaan, että tietyllä jauhautuneisuuden tasolla hiertävällä pinnalla varustetun levyn omaavalla jauhimella 30 saavutettu vetolujuus on suurempi kuin puikotetuilla levyillä varustettu jauhin. Jauhautuneisuusarvolla 30 °SR hiertävällä pinnalla hierretystä massasta valmistetun arkin vetolujuus oli 9,0 kg kun taas puikotetuilla levyillä hierretystä massasta valmistetun massan vetolujuus oli 35 vain 7,2 kg.

19 92607

Hiertävällä levyllä hiertämisellä on selvä etu, jolloin saadaan suurempi vetolujuus alhaisemmalla jauhau-tuneisuusarvolla. Jauhautuneisuusarvot yli noin 40 °SR, ja edullisesti yli noin 35 °SR eivät ole toivottuja rutiinin-5 omaisessa paperinvalmistuksessa. Massalla, joka hierretään puikotetuilla levyillä vetolujuuteen 9 kg, olisi jauhau-tuneisuus 50 °SR. Näin korkean jauhautuneisuuden omaava massa ei soveltuisi rutiininomaiseen paperinvalmistukseen.

Claims (15)

92607

1. Menetelmä paperin parantamiseksi, joka valmistetaan paperimassasta, joka sisältää lehtipuista termokemi- 5 allisesti saatua massaa, tunnettu siitä, että lehtipuuta sisältävä massa hierretään jauhimessa, jossa on hienojakoista umpimähkään dispergoitua hiertävää materiaalia, joka on kiinnittynyt ainakin yhdelle jauhimen levyjen pinnoista, hiertävän materiaalin ollessa dispergoitunut 10 ainakin huomattavalle osalle mainittua levyn pintaa, joka kaikkein suorimmin tulee kosketuksiin massan kanssa hier-tämisessä, jolloin kokonaisten johtosolukkojen määrä grammassa ja irtoavien johtosolujen määrä/cm2 menetelmällä valmistettua paperia vähenee alempaan arvoon määrätyssä 15 jauhautuneisuudessa (°SR) kuin tapauksessa, jolloin ainakaan yhdellä jauhimen levyjen pinnoista ei ole hienojakoista umpimähkään dispergoitunutta hiertävää materiaalia ainakin huomattavalla osalla mainittua levyn pintaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperin 20 parantamiseksi, tunnettu siitä, että lehtipuut on valittu joukosta tammi, vaahtera, poppeli, koivu, kastanja, haapa, pyökki, eukalyptus, pähkinäpuu ja näiden seokset.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperin 25 parantamiseksi, tunnettu siitä, että jauhimessa on ainakin yksi kiinteä levy ja ainakin yksi pyörivä levy.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että jauhimessa on ainakin 2 pyörivää levyä.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että jauhin käsittää ainakin yhden puikotetulla pinnalla varustetun levyn.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä paperin 35 parantamiseksi, tunnettu siitä, että kaikkien le- 92607 vyjen kaikilla massan kanssa kontaktissa olevilla pinnoilla on umpimähkäisesti dispergoitunutta hienojakoista hiertävää materiaalia.

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä paperin 5 parantamiseksi, tunnettu siitä, että kukin levy, jolla on hiertävä pinta, sisältää hiertävää materiaalia, jonka mesh-koko on noin 5 - noin 200 mesh.

8. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että kukin levy, 10 jolla on hiertävä pinta, sisältää hiertävää materiaalia, jonka mesh-koko on noin 20 - noin 120 mesh.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että kukin levy, jolla on hiertävä pinta, sisältää hiertävää materi- 15 aalia, jonka mesh-koko on noin 30 - noin 40 mesh.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että levyllä oleva hiertävä materiaali on valittu joukosta volframikar-bidi, alumiinioksidit, zirkonigmoksidit, piioksidit, pii- 20 karbidi, timantti ja näiden seokset.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että kullakin hiertävällä materiaalilla päällystetyllä levyllä on hiertävää materiaalia, joka peittää noin 10 - 90 % levyn pin- 25 ta-alasta, joka on massan kanssa kontaktissa.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että kullakin hiertävällä materiaalilla päällystetyllä levyllä on hiertävää materiaalia, joka peittää noin 30 - 70 % levyn pin- 30 ta-alasta, joka on massan kanssa kontaktissa.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperin parantamiseksi, tunnettu siitä, että massan jauhautuneisuus on alle noin 35 °SR.

14. Parannettu paperi, joka käsittää paperia, joka 35 on valmistettu paperimassasta, joka sisältää lehtipuista « 92607 termokexniallisesti saatua massaa, tunnettu siitä, että massan lehtipuuaineosa on hierretty ainakin kerran jauhimessa, jossa on hienojakoista umpimähkään dispergoi-tua hiertävää materiaalia, joka on kiinnittynyt ainakin 5 yhdelle jauhimen levyjen pinnoista, hiertävän materiaalin ollessa dispergoitunut ainakin huomattavalle osalle mainittua levyn pintaa, joka kaikkein suorimmin tulee kosketuksiin massan kanssa hiertämisessä, jolloin paperilla on olennaisesti alentunut määrä irtoavia johtosoluja/cm2 salo maila, kun massan jauhautuneisuus säilyy arvossa alle noin 40 °SR.

15. Parannettu lehtipuumassa paperinvalmistukseen, joka käsittää termokemiallisesti saatua lehtipuumassaa, tunnettu siitä, että se on hierretty ainakin ker-15 ran jauhimessa, jossa on umpimähkään dispergoitua hienojakoista hiertävää materiaalia sisältävä pinta, joka on kiinnittynyt ainakin yhdelle jauhimen levyistä, hiertävän materiaalin ollessa dispergoitunut ainakin huomattavalle osalle mainittua levyn pintaa, joka kaikkein suorimmin 20 tulee kosketuksiin massan kanssa hiertämisessä, massan tuottamiseksi, jossa on olennaisesti alentunut määrä kokonaisia johtosolusegmenttejä grammassa massaa ja alhaisempi jauhautuneisuus kuin tapauksessa, jolloin ainakaan yhdellä jauhimen levyjen pinnoista ei ole hienojakoista umpimäh-25 kään dispergoitunutta hiertävää materiaalia. 92607