FI98083C - Selluloosamassoja, joilla on määrätty, paperin lujuutta parantava morfologia - Google Patents

Description

98083

Selluloosamassoja, joilla on määrätty, paperin lujuutta parantava morfologia

Tekniikan ala 5 Tämä keksintö koskee yleisesti selluloosamassoja; ja erityisemmin sellaisia selluloosamassoja, joilla on erilaisia fibrilloitumisasteita ja muita valikoivasti parannettuja fysikaalisia muotoja ja tiloja.

Keksinnön tausta 10 Sellaisten selluloosamassojen kysyntä on kasvanut, jotka sisältävät kuituja, jotka antavat paperirainoille parantuneen lujuuden. Kuidut, jotka tuottavat parantuneen lujuuden, antavat paperin tekijälle valinnan mahdollisuuden vähentää painoa tai sisällyttää kuitumaista tai ei-15 kuitumaista täyteainetta kustannusten vähentämiseksi ja/tai sellaisten paperin muiden ominaisuuksien, kuten optisten tai käsin kosketeltavien ominaisuuksien vahvistamiseksi. Koska ensiökuidun saatavuus maailmassa muuttuu yhä niukemmaksi ja kalliimmaksi, on lisäksi käynyt välttä-20 mättömäksi harkita alempia kustannuksia, runsaampia selluloosan lähteitä paperituotteiden valmistamiseksi. Tämä on aiheuttanut laajemman mielenkiinnon sellaiseen paperinvalmistukseen, jossa käytetään perinnäisestä laadultaan heikompia kuidun lähteitä, kuten runsaasti ligniiniä sisältä-25 viä kuituja ja lehtipuukuituja samoin kuin kiertoon palau tetusta jätepaperista saatuja kuituja. Pahaksi onneksi näistä kuidun lähteistä on tuloksena usein paperin lujuusominaisuuksien verrattain voimakas huonontuminen verrattuna tavanomaisiin ensiökuitua oleviin kemiallisiin massoi-30 hin.

Edellä mainituista syistä tunnetaan nykyisin suurta mielenkiintoa menetelmiä kohtaan, jotka parantavat kuitu-massojen lujuuspotentiaalia.

Eräs hyvin tunnettu menetelmä selluloosamassasta 35 valmistetun paperin vetolujuuden suurentamiseksi on raffi- 2 98083 noida massaa mekaanisesti ennen paperin valmistusta. Vaikkakin lisäraffinointi parantaa vetolujuutta, vähentää se kuitenkin aina sitä nopeutta, jolla vesi poistuu selluloo-sakuitukoostumuksen muodostaman maton läpi. Tällainen huo-5 nontunut veden poistuminen vähentää nopeiden paperikoneiden tehoa hidastamalla veden poistumista massasta ja sen jälkeen tapahtuvaa liikkuvan paperirainan kuivausta.

Eräs toinen menetelmä paperin lujuuspotentiaalin lisäämiseksi on lisätä kemiallisia, lujuutta parantavia 10 lisäaineita (esim. hartseja, latekseja, sideaineita jne.) kuitumassaan sen luonnollisen sitoutumisen parantamiseksi, jota tapahtuu selluloosakuitujen välillä paperin valmistuksen aikana. Vaikkakin tällaiset lujuutta parantavat lisäaineet ovat verraten menestyksellisiä, voivat ne lisä-15 tä huomattavasti paperinvalmistukseen käytettyjen raaka-aineiden kustannuksia ja niihin liittyy usein myöskin paperinvalmistuksen tehon heikkeneminen.

Tällä alalla on myöskin ehdotettu selluloosakuitujen fraktioimista sellaisten fraktioiden saamiseksi, jotka 20 ovat sopivimpia määrätyn tyyppisten paperien valmistamiseksi. Katso esimerkiksi Peschin US-patenttia 3 085 927, julkaistu 16. huhtikuuta, 1963, joka on sisällytetty tähän viittauksena. Pesch esittää kevätpuu- ja kesäpuukuitujen muodostamien heterogeenisten seosten erottamista sentrifu-25 gaalisesti fraktioiksi, jotka koostuvat pääasiallisesti jompaakumpaa tyyppiä olevista kuiduista. Lisäksi Peschin sentrifugaalinen erottaminen, joka suorittaa erottamisen niiden kuitujen välillä, joilla on erilainen näennäinen ominaispaino, voi tuottaa kevätpuumassaa, jolla on suurem-30 pi vetolujuus. Vaikkakin tällainen menetelmä on jossain määrin tehokas parantamaan vetolujuutta, ei vetolujuus suotautumisvastuksen ollessa määrätyn suuruinen parane suurestikaan.

Eräs toinen esimerkki esitetään Boltonin US-paten-35 tissa 3 791 917, julkaistu 12. helmikuuta, 1974. Bolton • 98083 3 esittää, että kerrostettua voimapaperia, jolla on parantuneita ominaisuuksia, voidaan valmistaa luokittelemalla kuidut pituuden perusteella ja sovittamalla jokainen pi-tuusluokka rakenteeseen omaksi kerrokseksi. Luokitusmene-5 telmät, jotka erottavat kuidut niiden perusteella, ovat tehokkaita antamaan erittäin lujan fraktion, s.o. pitkä-kuituisen fraktion. Pitkät kuidut aiheuttavat kuitenkin vaikeuksia paperinvalmistuksessa, koska niillä on suuri taipumus kietoutua, josta on seurauksena höytäleiden muo-10 dostuminen, jotka huonontavat paperin ulkonäköä ja heikentävät ominaisuuksia, jotka ovat herkkiä yhdenmukaisuuden osalta.

Niinpä olisi toivottavaa valmistaa selluloosamassaa, joka tarjoaa paremman yhdenmukaisuuden ja vetolujuu-15 den kulloisellakin suotautumisvastustasolla. Lisäksi olisi toivottavaa saavuttaa parannuksia lujuuden osalta tarvitsematta lisätä massaan kalliita kemikaaleja. Lopuksi olisi toivottavaa aikaansaada parannusta lujuudessa lisäämättä samanaikaisesti oleellisesti kuitupituutta.

20 Tämän keksinnön kohteena on sen vuoksi aikaansaada selluloosamassaa, jolla on parantunut lujuus.

Tämän keksinnön vielä eräänä kohteena on aikaansaada selluloosamassaa, joka antaa paperille paremman lujuuden määrätyllä suotautumisvastustasolla verrattuna tavan-25 omaisiin selluloosamassoihin.

Tämän keksinnön eräänä lisäkohteena on aikaansaada selluloosamassaa, joka antaa paperille paremman lujuuden määrätyllä suotautumisvastustasolla ja määrätyllä kuitupituudella verrattuna tavanomaisiin selluloosamassoihin.

30 Nämä ja muut kohteet saavutetaan käyttämällä esillä olevaa keksintöä, kuten seuraavasta selostuksesta käy ilmi .

Kaikki tässä esitetyt prosenttimäärät, suhteet ja osuudet ovat painoon perustuvia, ellei toisin ole ilmoi-35 tettu.

4 98083

Esillä oleva keksintö on selluloosamassa, joka antaa paperille parantuneen lujuuspotentiaalin ja joka sisältää morfologialtaan valittuja puukuituja ja jolle on tunnusomaista, että sen normalisoitu lujuusarvo suhteessa 5 keskimääräiseen kuitupituuteen täyttää yhtälön: NSV > (75 x L) + (150 xl), jossa NSV on normalisoitu lujuusarvo (normalized strength 10 value, g/2,54 cm/sek), L on keskimääräinen kuidun pituus (mm) ja I on dimensioton fibrilloitumisindeksi, arvon ollessa 0 S I S 1,0.

Puukuituja sisältävällä parannetulla selluloosamassalla on edullisemmin normalisoitu lujuusarvo, joka suh-15 teessä keskimääräiseen kuidun pituuteen täyttää yhtälön: NSV > (100 x L) + (150 xl).

Lyhyt piirustusten kuvaus 20 Kuvio 1 on kulkukaavio, joka kuvaa seulontaproses- sia, jossa kuitumassaliete erotetaan kahdeksi fraktioksi kuituja, joilla on erilaiset pituudet.

Kuvio 2 on kuitujen fraktiointia esittävä kulkukaavio, joka kuvaa menetelmää kuitujen erottamiseksi frak-25 tioiksi, joilla on erilaiset ominaispinnat, käyttämällä hydraulisia sykloneja.

Kuvio 3 on kuitujen fraktiointia kuvaava kulkukaavio, joka käsittää sekä seulan, että hydraulisen syklonin.

Kuvio 4 on kuitujen fraktiointia kuvaava kulkukaa-30 vio, joka kuvaa menetelmäsovitusta, jota voidaan käyttää selluloosamassojen valmistukseen esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Kuvio 5 on kuitujen fraktiointia kuvaava kulkukaavio, joka valaisee erästä vaihtoehtoista menetelmäsovitus- 98083 5 ta, joka kykenee tuottamaan esillä olevan keksinnön mukaisia selluloosamassoja.

Kuvio 6 on kuitujen fraktiointia koskeva kulkukaa-vio, joka valaisee erästä vaihtoehtoista menetelmäsovitus-5 ta, joka kykenee tuottamaan esillä olevan keksinnön mukaisia selluloosamassoja.

Kuvio 7 on kulkukaavio, joka valaisee erästä vaihtoehtoista prosessimenetelmää, joka kykenee tuottamaan esillä olevan keksinnön mukaisia selluloosamassoja.

10 Kuvio 8 on kaaviomainen esitys veden selkeytyslait- teesta, jota on käytetty kiinteiden aineiden poistamiseksi hienoja kuitufraktioita sisältävistä lietteistä.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Lyhyesti sanottuna esillä oleva keksintö on sellu-15 loosamassa, jolla on potentiaalia antamaan parantuneita lujuusarvoja paperirakenteissa veden erottuunisnopeuden ollessa määrätynlainen. Nämä tähän asti saavuttamattomat lujuusarvot ovat mahdollisia valitsemalla edullisen morfologian käsittävät kuidut selluloosamassalähteistä, joilla 20 on vaihtelevat fibrilloitumisasteet.

Tässä käytettynä tarkoittaa termi "morfologia" puu-kuitujen erilaisia fysikaalisia muotoja, joihin kuuluu sellaisia ominaisuuksia kuin kuidun pituus, kuidun leveys, kuituseinämän paksuus, karkeus, fibrilloitumisaste ja näi-25 den kaltaiset ominaisuudet, määritettynä massan keskimääräisten ominaisuuksien perusteella samoin kuin paikallisella eli jakelullisella perusteella. Termi "valittu morfologia" tarkoittaa kuituja, jotka on valittu yleisestä kuituluokasta parantuneen suorituskyvyn aikaansaamiseksi 30 vetolujuuden ja veden erottumisnopeuden osalta.

Tässä käytettynä tarkoittaa termi "fibrilloiminen" kuitujen pehmitystä ja joustavaksi tekemistä, sekä sisäisesti kuidun ultrarakenteen sisällä että ulkonaisesti kuidun pinnan osalta. Fibrilloitumisen laajuutta, sellaisina 35 asteina, jotka ovat relevantteja esillä olevalle keksin- 6 98083 nölle, osoitetaan joko selluloosakuitujen lujuuspotentiaa-lin avulla tai nopeudella, jolla vesi erottuu selluloosa-massan vesilietteistä, tai lujuuden ja veden erottumisno-peuden yhdistelmän avulla. Kolme fibrilloitumisastetta on 5 relevanttia esillä olevalle keksinnölle: ei-fibrilloitu, optimaalisesti fibrilloitu ja osittain fibrilloitu.

Tässä käytettynä tarkoittaa termi "ei-fibrilloitu" sellaista tilaa, jossa kuitujen fibrilloitumisaste on minimaalinen. Esillä olevan keksinnön tarkoituksia silmällä-10 pitäen luokitellaan kuidut ei-fibrilloiduiksi, jos niiden veden erottumisnopeus suhteessa niiden keskimääräiseen pituuteen täyttää yhtälön: PFR < 5,56 - (0,55 x L) 15 jossa PFR (pulp filtration resistance) on massan suotautu-misvastus (sek) ja L on keskimääräinen kuidun pituus (mm).

Tässä käytettynä tarkoittaa termi "optimaalisesti fibrilloitu" sellaisessa tilassa olevia kuituja, jossa 20 kuitujen kaikenlainen lisäfibrilloiminen on normalisoitua lujuusarvoa (NSV) heikentävä. Jos kuitunäytteellä on PFR-arvo, joka on suurempi kuin se, joka tyydyttää ei-fibril-loidun tilan, sitä voidaan edelleen luokitella suorittamalla siltä otetulle näytteelle lievä raffinointi labora-25 toriossa käytetyllä PFI-myllyllä, ja vertaamalla NSV-arvo-ja ennen raffinointia ja sen jälkeen. PFI-mylly on sileä pohjalaattatyyppinen jauhin; toimintamenetelmää selostetaan Canadian Pulp and Paper Associationin standardissa C.

7. Jos NSV pienenee lisäraffinoinnin vaikutuksesta, sil-30 loin katsotaan kuitunäytteen olevan tilassa, joka merkitsee optimaalista fibrilloitumista. Jos NSV suurenee lisä-raffinoinnin vaikutuksesta, silloin katsotaan näytteen olevan tilassa, joka merkitsee osittaista fibrilloitumista.

> .a .U I Hill IMU.. .

7 58083 Tässä käytettynä tarkoittaa termi "osittain fibril-loitu" sellaista tilaa, jossa kuitujen fibrilloitumisaste on suurempi kuin ei-fibrilloidun tilan, mutta pienempi kuin optimaalisen fibrilloitumistilan. Osittaista fibril-5 loitumisastetta kuvaa fibrilloitumisindeksi I (jäljempänä esitetään menetelmä I-arvon laskemiseksi).

Normalisoitu lujuusarvo (NSV) Tässä käytetty termi normalisoitu lujuusarvo (NSV) tarkoittaa paperin lujuuden suhdetta veden erottumiseen, 10 jolloin tällaista suhdetta kuvaa kaava: NSV = T/PFR, jossa T on käsin tehtyjen kevyiden koearkkien vetolujuus 15 (g/2,54 cm) ja PFR on veden erottumisnopeus (sek).

Vetolujuus (T)

Termi "vetolujuus", lyhennettynä kirjaimella "T" tässä esitetyissä algebrallisissa yhtälöissä tarkoittaa käsin tehtyjen kevyiden koearkkien lujuutta, jotka on val-20 mistettu jäljempänä esitetyistä selluloosamassoista.

Vetolujuutta mitataan käyttämällä kevyistä arkkiko-jearkeista leikattuja 2,54 cm:n levyisiä kaistaleita. Ve-tokiinnikkeiden välissä oleva näytteen väli on aluksi 10,16 cm ja elektronista testauslaitetta (esim. Thwing 25 Albert Intelect II Model 1450-24-A) käytetään näytteen venyttämiseen vakioisella venytysnopeudella 1,27 cm/min. Näytteet konditioidaan 50 %:n suhteellisessa kosteudessa ja 22,8 °C:ssa ennen koestamista ja tulokset korjataan niiden vaihtelujen osalta, jotka poikkeavat arvosta 16,5 30 paunaa/3 000 neliöjalkaa (26,9 g/m2).

Käsin tehdyt koearkit, joille nämä kokeet on suoritettu, on erityisesti suunniteltu simuloimaan kevytpainoi-sia, tiheydeltään alhaisia tissue-papereita. Käsiarkkien valmistusmenetelmä on samanlainen kuin TAPPI-standardissa 35 T 205 os 71:ssa on esitetty, paitsi että käytetään pienem- 98083 8 pää neliömetripainoa. Lisäksi on muunnettu menetelmää arkin siirtämiseksi muodostusviiralta sekä menetelmää paperin kuivaamiseksi. Muunnokset teollisuuden standardimenetelmästä esitetään jäljempänä.

5 Lisätyn massan määrää säädetään niin, että tulok sena on konditioitu neliömetripaino 26,9 g/m2.

Arkinsiirtomenetelmä on seuraavanlainen: Ensiksi muodostetaan arkki muoviselle seulakankaalle (84X76-M toi-minimeltä Appleton Wire Company, tai vastaavanlainen). 10 Kankaan orientoinnin tulee olla sellainen, että arkki muodostuu sille sivulle, jossa on näkyvät säikeet yhdessä suunnassa (kankaan toinen sivu on sileä molemmissa suunnissa). Esillä olevassa tapauksessa käytetään arkkikehi-löä, jonka mitat ovat 30,48 cm x 30,48 cm, tässä kuvatuis-15 sa testeissä (vaikkakin kooltaan vastaavanlaiset laitteet voisivat olla hyväksyttäviä). Käsiarkkimuotti on sellainen, että se kiinnittää kankaan arkinmuodostuksen aikana ja sen jälkeen sallii sen irrottamisen märän arkin ollessa koskemattomana sen pinnalla. Ylimääräinen vesi poistetaan 20 kohdistamalla kankaaseen, märän arkin ollessa sen pinnalla, tyhjö, jonka suuruus on 8,89 - 11,43 cm elohopeaa. Tyhjö kohdistetaan vetämällä kangasta imuraon poikki nopeudella noin 30,48 cm sekunnissa. Kuljetussuunta valitaan niin, että muodostuskangasta vedetään suuntaan, joka on 25 kohtisuorassa siinä olevia näkyviä säikeitä vastaan. Näin valmistettu arkki siirretään polyesterikankaalle (36 x 30) (esim. toiminimen Appleton Wire -valmistamalle 36-C-kan-kaalle, tai vastaavanlaiselle) imuraon yli tyhjön avulla, jonka suuruus on 24,13 - 26,67 cm elohopeaa. Arkin liike-30 suunta on sama molemmissa tyhjökäsittelyissä, ja 36 x 30-kangasta käytetään niin, että liikesuuntana käytetään sitä suuntaa, jossa on 36 säiettä.

Märkä arkki ja polyesterikangas kuivataan yhdessä kuumennetulla, ruostumatonta terästä olevalla kuivausrum-35 mulla, jonka leveys 45,72 cm ja halkaisija 30,45 cm. Rum- !* Mfc I * »-#* 98083 9 mun pintalämpötila pysytetään 110 °C:ssa ja rumpua pyöritetään nopeudella, joka on 0,85 - 0,95 kierrosta minuutissa. Märkä arkki ja polyesterikangas sovitetaan rummun pinnan ja huovan väliin, joka peittää pinnan ja on sovitettu 5 liikkumaan samalla nopeudella kuin rumpu. Käytetään huopaa, jonka paksuus on 0,3175 cm, tyyppiä nro 1044; Commonwealth Felt Company, 136 West Street Northhampton, MA 01060 (tai vastaavanlaista). Huopa on kääritty niin, että se peittää 63 % kuivausrummun kehästä. Märkä arkki kuiva-10 taan tällä tavalla kahdesti niin, että liikesuunta siirto-vaiheesta säilytetään kummallakin kerralla. Ensimmäinen kuivausvaihe täydennetään niin, että kangas on lähinnä kuivauslaitteen pintaa; toisessa vaiheessa arkki on lähinnä pintaa.

15 Sen johdosta, että valmistus arkkikojeella aiheut taa sen mahdollisuuden, että syntyy vähäistä anisotropiaa, suoritetaan kaikki testaukset molemmissa suunnissa ja tulos lasketaan keskiarvosta yksikertaisen arvon saamiseksi. Fibrilloitumisindeksi (I) 20 Fibrilloitumisastetta luonnehtii fibrilloitumisin deksi I. Edellä määritellyille, ei-fibrilloiduille kuiduille 1 =0. Edellä määritellyille optimaalisesti fibril-loiduille kuiduille I = 1,0. Edellä määritellyille osittain fibrilloiduille kuiduille 0 < I < 1,0. Fibrilloitu-25 misindeksi määritellään seuraavalla tavalla: I * [PFR - (5,26 - 0,55 x L)]/[PFR0MOF - (5,26 - 0,55 x L] jossa I on fibrilloitumisindeksi (dimensioton); PFR on 30 näytemassan suotautumisvastus (sek); PFR0MOF on PFR (sek) optimaalisen fibrilloitumisen ollessa minimissä; ja L on keskimääräinen kuidun pituus (mm).

Optimaalinen minimifibrilloituminen (MOF) Tässä käytetty termi optimaalinen minimifibrilloi-35 tuminen tarkoittaa sellaisten kuitujen tilaa, jotka esiin- 98083 10 tyvät alimmassa PFR-arvossa, jossa optimaalisen fibrilloi-tumistilan kriteeri on täytetty. Osittain fibrilloidut kuidut, joille on suoritettu lisäraffinointi, esittävät käyttäytymistä, joka osoittaa suurenevaa NSV-arvoa; sel-5 lainen piste, jossa NSV ei enää suurene, katsotaan optimaaliseksi minimifibrilloitumispisteeksi.

Massan suotautumisvastus (PFR) PFR on, samoin kuin Canadian Standard Freeness -arvo (CSF), menetelmä massalietteiden vedenerottumisnopeuden 10 mittaamiseksi. Uskotaan, että PFR on oivallinen menetelmä kuitujen luonnehtimiseksi niiden veden erottumisominai-suuksien osalta. Arviointitarkoituksia silmälläpitäen voidaan CSF-arvo suhteuttaa PFR-arvoon seuraavan kaavan avulla: 15 PFR = 11270/CSF - 10,77, jossa PFR on sekuntiyksikköinä ja CSF on millilitrayksik-köinä. Koska tämä suhde on altis virheille, tulee sitä 20 käyttää ainoastaan arviointitarkoituksiin. Tarkempi menetelmä PFR-arvon mittaamiseksi on seuraava.

PFR-arvo mitataan laskemalla kolme peräkkäistä erää sakeudeltaan 0,l-%:ista lietettä annostelulaitteesta ja suodattamalla seulan läpi, joka on yhdistetty annostelu-25 laitteen poistokohtaan. Aika, joka tarvitaan kunkin erän kokoamiseen, merkitään muistiin eikä seulaa poisteta tai puhdisteta suodatusten välillä.

Annostelulaite (saatu toiminimeltä Special Machinery Corporation, 546 Este Avenue, Cincinnati, OH 45232, 30 piirustuksen nro C-PP-318) on varustettu PFR-lisälaitteel-la (saatu myös toiminimeltä Special Machinery Corporation, piirustus nro 4A-PP-103, osa nro 8). PFR-lisälaite kuormitetaan puhtaalla seulalla [suulakkeen koko (die cut circle) 28,575 mm, samaa tyyppiä kuin valmistettaessa kä-35 sin arkkikojeella Appleton Wire 84X76M, käytetään ja kuor- ‘H ill I illii I i I II·! 98083 11 mitetaan niin, että arkkisivu on "ylöspäin" koestuslaitteessa] .

Desintergroidun massan sakeudeltaan 0,10-%:ista lietettä valmistetaan annostelulaitteeseen 17 litran tila-5 vuusmäärä PFR-lisälaitteen ollessa sovitettuna paikalleen. 100 ml:n vetoinen pullo sovitetaan PFR-lisälaitteen pois-tokohdan alapuolelle. Annostelulaitteen poistoventtiili avataan ja ajastin käynnistetään, venttiili suljetaan ja ajastin pysäytetään sillä hetkellä, kun mitta-asteikolla 10 varustettuun pulloon on kerääntynyt 100 ml (lisää nestettä vuotaa mahdollisesti pulloon sen jälkeen kun venttiili on suljettu). Aika merkitään muistiin 0,10 sekunnin tarkkuudella ja sitä merkitään kirjaimella "A".

Suodos heitetään pois, pullo pannaan paikoilleen, 15 ja toinen 100 ml:n erä kootaan samalla menetelmällä poistamatta tai puhdistamatta seulaa suodatusten välillä. Tätä aikaväliä merkitään kirjaimella "B".

Jälleen heitetään suodos pois, pullo pannaan paikoilleen, ja vielä yksi 100 ml:n erä kootaan samalla mene-20 telmällä poistamatta tai puhdistamatta seulaa suodatusten välillä. Tätä aikaväliä merkitään kirjaimella "C".

PFR-arvo lasketaan käyttämällä seuraavaa yhtälöä: PFR =l/( E) x(B + C- (2 x A) 25 v 1,5 jossa A, B ja C ovat muistiin merkittyjä aikavälejä, ja E on lämpötilan funktio, jota käytetään korjaamaan PFR siihen arvoon, joka olisi todettu lämpötilan ollessa 75 “F 30 (23,9 °C).

E = 1 + [0,013 x (T - 75)], jossa T on lietteen lämpötila mitattuna lähimpään 0F:seen 35 annostelulaitteessa viimeisen erän ottamisen jälkeen.

12 98083

Keskimääräinen kuidun pituus (L) Tässä käytetty termi "keskimääräinen kuidun pituus", lyhennettynä "L" tässä esitetyissä algebrallisissa yhtälöissä, tarkoittaa painotettua keskimääräistä kuidun 5 pituutta mitattuna ja laskettuna optiikkaan pohjautuvalla analysaattorilla, joka on Kajaanin valmistama (malli FS-100, varustettuna 0,4 mm:n kapillaarilla). Kajaani-ana-lysaattori laskee ja esittää kaksi keskimääräistä kuidun pituutta. "Kuidun pituuden aritmeettinen keskiarvo" laske-10 taan kaavan Σ η111/Ση1 mukaan, jossa nx on kuitujen lukumäärä luokassa i ja 1± on kuitujen keskimääräinen pituus luokassa i. Tämä keskiarvo ei ole teollisuuden yleisesti hyväksymä kuidun pituuden tarkkana mittana. Se painottaa liikaa lyhyiden kuitujen myötävaikutusta. Toisesta keski-15 määräisestä kuidun pituudesta käytetään nimitystä "painotettu keskimääräinen kuidun pituus". Tätä keskiarvoa käytetään yleisimmin kuidun pituuden mittana teollisuudessa. Se lasketaan Kajaani-kojeen avulla käyttämällä yhtälöä Ση1112/Ση111. Tätä painotettua keskimääräistä kuidun pituut-20 ta käytetään kaikissa niissä tämän selityksen sisältämissä kaavoissa, joissa esiintyy kuidun pituus L.

Esillä oleva keksintö on oleellisesti selluloosa-massa, joka tarjoaa parannetun paperin lujuuspotentiaalin, joka massa käsittää morfologialtaan valittuja kuituja ja 25 jolle on tunnusomaista, että sillä on normalisoitu lujuus-arvo suhteessa kuidun pituuteen seuraavan yhtälön mukaan: NSV > (75 x L) + (150 xl), 30 jossa NSV on normalisoitu lujuusarvo (g/2,54 cm/sek), L on keskimääräinen kuidun pituus (mm) ja I on dimensioton fib-rilloitumisindeksi.

Parannettu selluloosamassa koostuu edullisemmin puukuiduista, joilla on sellainen normalisoitu lujuusarvo, 98083 13 että sen suhdetta keskimääräiseen kuidun pituuteen kuvaa seuraava yhtälö: NSV > (100 x L) + (150 xl).

5

Parannettu selluloosamassa koostuu edullisimmin puukuiduista, joilla on sellainen normalisoitu lujuusarvo, että sen suhdetta keskimääräiseen kuidun pituuteen kuvaa seuraava yhtälö: 10 NSV > (125 x L) + (150 xl).

Kuidun pituus on tärkeä muuttuja paperinvalmistuksessa. Jos kuidut ovat liian lyhyitä, niin paperi ei voi 15 olla tyydyttävä energian absorptio-ominaisuuksien osalta, jollaisia ovat repäisy- tai puhkaisulujuus tai katkeamis-venymä. Jos kuidut ovat liian pitkiä, pyrkivät ne muodostamaan höytäleitä, josta voi olla seurauksena pilvisyyttä paperissa, ja ne voivat heikentää tärkeitä ominaisuuksia, 20 kuten vetolujuutta.

Edullinen painotettu keskimääräinen kuidun pituus-alue esillä olevan keksinnön mukaisille osittain ja optimaalisesti fibrilloiduille selluloosamassoille on välillä noin 1,0 - noin 2,2 mm. Keskimääräinen kuidun pituus on 25 edullisemmin välillä noin 1,3 - noin 2,0 mm.

Ei-fibrilloiduiksi (1=0) luokitelluille selluloosamassoille on edullinen keskimääräinen kuitupituusalue, joka soveltuu käytettäväksi esillä olevassa keksinnössä, välillä noin 1,0 - noin 3,5 mm.

30 Vaikkakin NSV on erittäin tärkeä parametri luonneh dittaessa esillä olevan keksinnön mukaisten kuitujen lu-juuspotentiaalia, on vetolujuus myös merkittävä parametri. Tässä käytetty termi "vetolujuuspotentiaali" tarkoittaa sellaisten kevytpainoisten, arkkikojeella valmistettujen 35 arkkien vetolujuutta, jotka on valmistettu edellä kuvatun 98083 14 menetelmän mukaisista puun kuiduista. Liian suuri vetolujuus voi toisinaan aiheuttaa paperin kovuutta sellaisia sovellutuksia silmälläpitäen, kuten tissue-paperi, kun taas riittämätöntä lujuutta ei aina voida parantaa raffi-5 noimalla.

Osittain fibrilloiduiksi luokiteltujen, esillä olevan keksinnön mukaisten selluloosamassojen vetolujuuspo-tentiaali on edullisesti välillä noin 1 200 g/2,54 cm -noin 4 000 g/2,54 cm. Vetolujuuspotentiaali on edullisem-10 min välillä noin 1 200 - noin 2 500 g/2,54 cm, ja edullisimmin on vetolujuuspotentiaali välillä noin 1 600 - noin 2 250 g/2,54 cm.

Optimaalisesti fibrilloiduiksi (s.o. I « 1,0) luokiteltujen, esillä olevan keksinnön mukaisten selluloosa-15 massojen vetolujuuspotentiaali on jonkin verran korkeampi.

Edullinen vetolujuuspotentiaali on välillä 1 500 - noin 5 000 g/2,54 cm. Vetolujuuspotentiaali on edullisemmin välillä noin 1 500 - noin 3 500 g/2,54 cm, ja edullisimmin vetolujuuspotentiaali on välillä noin 2 000 - 3 250 20 g/2,54 cm.

Ei-fibrilloiduiksi (s.o., I = O) luokiteltujen, esillä olevan keksinnön mukaisten selluloosamassojen vetolujuuspotentiaali on jonkin verran alempi. Vetolujuuspotentiaali pysytetään edullisesti välillä noin 500 - noin 25 2 000 g/2,54 cm, ja edullisemmin pysytetään vetolujuuspo tentiaali välillä noin 750 - noin 1 500 g/2,54 cm.

Tässä käytetty termi selluloosamassa tarkoittaa puusta saatua kuitumateriaalia käytettäväksi paperin tai muun tyyppisten selluloosatuotteiden valmistukseen. Eri 30 lähteistä saatuja selluloosapuukuituja voidaan käyttää selluloosamassojen valmistukseen, jotka ovat esillä olevan keksinnön esittämän mukaisia. Näitä ovat kemialliset massat, jotka ovat massoja, jotka on puhdistettu oleellisesti kaiken puuaineessa alunperin olleen ligniinin poistamisek-35 si.

98083 15 Näitä kemiallisia massoja ovat ne, jotka on valmistettu joko sulfiitti- tai kraft- (sulfaatti-) menetelmillä. Käyttökelpoiset puukuidut voivat myös olla peräisin mekaanisista massoista, kuten puuhiokemassoista, termome-5 kaanisista massoista, ja kernitermomekaanisista massoista, jotka kaikki sisältävät oleellisen määrän puuaineessa alkuaan olleesta ligniinistä. Voidaan käyttää sekä lehtipuu-massoja että havupuumassoja samoin kuin näiden kahden seoksia. Tässä käytetty termi lehtipuumassa tarkoittaa 10 kuitumassaa, joka on johdettu lehtipuiden puuaineesta; kun taas havupuumassat ovat kuitumassoja, jotka on johdettu havupuiden puuaineesta. Käyttökelpoisia esillä olevassa keksinnössä ovat myös kuidut, jotka ovat peräisin takaisin kiertoon palautetusta paperista, ja jotka voivat sisältää 15 jotain tai kaikkia edellä esitettyjä kategorioita samoin kuin muita ei-kuitumaisia aineita, kuten varsinaisen paperinvalmistuksen helpottamiseen käytettyjä täyteaineita ja liima-aineita.

Termi takaisin kiertoon palautettu paperi tarkoit-20 taa yleisesti paperia, joka on koottu tarkoituksella vapauttaa sen kuidut ja käyttää ne uudelleen. Nämä voivat olla sellaista paperia, joka ei ole joutunut kuluttajille, kuten sellainen, joka on peräisin paperitehtaan tai kirjapainon jätteestä, tai sellaista paperia, joka on ollut 25 kuluttajilla, kuten sellainen, joka on koottuna kotitalouksilta ja toimistoilta. Jätepaperin toimittajat lajit-televat jätepaperit niiden laadun mukaan niiden uudelleen käytön helpottamiseksi. Eräs esillä olevassa keksinnössä erityisen arvokas laatu on kirjoitus- tai painopaperi 30 (ledger paper) joko valkoinen tai värjätty. Nämä paperit koostuvat yleensä kemiallisista massoista ja niissä on lehtipuun ja havupuun suhde välillä noin 1:1 - 2:1.

Esimerkkejä näistä kirjoitus- ja painopapereista ovat bond-, kirja-, kserografiapaperi ja näiden kaltaiset. 35 Eräs toinen esillä olevassa keksinnössä käyttökelpoinen 98083 16 jätepaperilaatu on vanhat sanomalehtipaperit. Vanhat sanomalehtipaperit koostuvat tyypillisesti lähes kokonaan havupuista, niiden sisältäessä yleensä yli 70 % mekaanista massaa.

5 Kuviot 1-3 valaisevat aikaisemman tekniikan tason esittämiä kuitujen fraktiointimenetelmiä. Aikaisemmat fraktiointimenetelmät eivät valitettavasti ole tehokkaita antamaan kuituja, jotka voidaan aggregoida esillä olevan keksinnön mukaisiksi erityisiksi selluloosamassoiksi.

10 Kuvio 1 on kulkukaavio seulontaprosessista, jossa kuitumassaliete 1 erotetaan seulalla 2 kahdeksi kuitufrak-tioksi, joilla on erilaiset kuidun pituudet. Liete 3 sisältää kuituja, joiden keskimääräinen kuidun pituus ylittää lietteen 1 kuitujen pituuden, kun taas liete 4 sisäl-15 tää kuituja, joiden keskimääräinen kuidun pituus on pienempi kuin lietteen 1 kuitujen pituus. Useita aikaisemman tekniikan tason selostuksia löytyy kuituja sisältävien lietteiden seulonnan osalta. Katso esimerkiksi Lindhalin US-patenttia 4 938 843, julkaistu 3. heinäkuuta, 1990, 20 joka on sisällytetty tähän viittauksena ja joka kuvaa sitä, miten seulaa voidaan käyttää kuviossa 1 kuvatulla tavalla .

Kuvio 2 on kuitujen fraktioinnin kulkukaavio menetelmästä, jossa kuidut erotetaan käyttämällä hydraulisia 25 sykloneja. Kuviossa 2 esitetty sovitus pohjautuu siihen sovitukseen, joka on esitetty Coppickin ja muiden US-pa-tentissa 3 301 745, julkaistu 26. huhtikuuta, 1963, ja joka on sisällytetty tähän viittauksena. Kuitumassaliete 1 syötetään sykloniin 5 ja erotetaan lietteeksi 6, joka si-30 sältää kuituja, joiden ominaispinta on suurempi kuin lietteen 1 kuitujen, ja lietteeksi 7, joka sisältää kuituja, joiden ominaispinta on pienempi kuin lietteen 1 kuitujen. Osa lietteestä 7 voidaan ottaa talteen syöttämällä se toiseen sykloniin 8 ja erottamalla se suuren ominaispinnan 35 omaavaksi lietefraktioksi 9 ja alhaisen ominaispinnan 98083 17 omaavaksi lietefraktioksi 10 ja sekoittamalla sen jälkeen liete 9 lietteen 6 kanssa.

Kuvio 3 on kuitujen fraktiointia kuvaava kulkukaa-vio, johon sisältyy sekä seula että hydraulinen sykloni.

5 Esimerkki tällaisesta sovituksesta on esitetty edellä mainitussa US-patentissa 4 938 843. Kuitumassaliete 1 johdetaan ensiksi seulalle 2 ja erotetaan pitkäkuituiseksi lietteeksi 3 ja lyhytkuituiseksi lietteeksi 4. Lyhytkui-tuinen liete 4 johdetaan sen jälkeen hydrauliseen syklo-10 niin 11, jossa se erotetaan lietteeksi 12, joka sisältää kuituja, joiden ominaispinta on suurempi kuin lietteen 4 kuitujen, ja lietteeksi 13, joka sisältää kuituja, joiden ominaispinta on pienempi kuin lietteen 4 kuitujen. Lietteen 3 ja lietteen 12 kuidut yhdistetään sen jälkeen liet-15 teen 14 saamiseksi, jonka kuidut muodostavat seoksen, jossa on suhteellisen pitkiä ja suhteellisen suuren ominais-pinnan omaavia kuituja.

Vaikkakaan ei ole tarkoitus rajoittaa esillä olevaa keksintöä johonkin prosessivaiheiden yhdistelmään, valais-20 taan seuraavassa erilaisia menetelmiä selluloosamassojen valmistamiseksi, jotka menetelmät noudattavat esillä olevan keksinnön ratkaisuja. Nämä sisältävät kuitujen frak-tiointimenetelmiä yhdistämällä kuituja niiden koon ja muodon mukaan. Lisäksi esitetään eräitä menetelmiä, joissa 25 käytetään mekaanista esikäsittelyvaihetta ennen kuitujen fraktiontia koon ja muodon mukaan.

Kuviot 4-7 valaisevat erilaisia menetelmävaihei-den sovituksia, joita kaikkia voidaan käyttää määrätyissä olosuhteissa esillä olevan keksinnön mukaisten selluloosa-30 massojen valmistamiseksi. Kuvioiden 4-6 laitesovituksis-sa kuvatut menetelmät voidaan erottaa tekniikan tasosta siinä suhteessa, että ne esittävät fraktiointisekvenssejä, joissa on sekä hienoja kuituja poistavia vaiheita, että vaiheita fraktioinnin suorittamiseksi kuitujen ominaispin-35 nan perusteella. Kuvio 7 valaisee vielä erästä menetelmä- 98083 18 sekvenssiä, joka käsittää mekaanisen energian kohdistamisen kuituihin ennen niiden fraktiontia. Valitsemalla sopivasti selluloosan raakakuidut ja menetelmä mekaanisen energian kohdistamiseksi on mahdollista eliminoida kuvioi-5 den 4-6 syklonivaiheet ja yksinkertaistaa menetelmää kuviossa 7 yksityiskohtaisesti kuvatuksi menetelmäksi noudattamalla silti edelleen esillä olevassa keksinnössä spesifioituja lujuusarvoja.

Seuraavassa esitetään yksityiskohtaisemmin kuviois-10 sa 4 - 7 kuvattuja menetelmiä.

Kuvio 4 on kuitujen fraktiointia koskeva kulkukaa-vio, joka kuvaa erästä menetelmäsovitusta, jota voidaan käyttää selluloosamassojen valmistamiseksi esillä olevan keksinnön mukaan. Kuitumassaliete 1 johdetaan ensiksi seu-15 lalle 15 ja erotetaan lietteeksi 16, joka sisältää kuitu-fraktion, ja lietteeksi 17, joka sisältää hienojen kuitujen muodostaman fraktion. Kuitufraktion sisältävä liete 16 johdetaan sen jälkeen seulalle 18, joka antaa lietteen 19, joka sisältää pitkäkuituisen fraktion, ja lietteen 20, 20 joka sisältää lyhytkuituisen fraktion. Pitkäkuituisen fraktion sisältävä liete 19 johdetaan sen jälkeen sykloniin 21, joka erottaa sen edelleen lietteeksi 22, joka sisältää suhteellisen suuren ominaispinnan omaavia kuituja, ja lietteeksi 23, joka sisältää suhteellisen pienen 25 ominaispinnan omaavia kuituja. Mahdollisesti voidaan käyttää vielä yhtä syklonin 24 edustamaa syklonivaihetta antamaan lietteestä 20 suhteellisen suuren ominaispinnan omaavan fraktion 25 ja suhteellisen pienen ominaispinnan omaavan fraktion 26. Liete 22 sisältää ominaisuuksiltaan sel-30 laisia kuituja, jotka aggregaatissa täyttävät esillä olevassa keksinnössä kuvattujen selluloosamassojen kriteerit. Lietteet 23 ja 25 voidaan johtaa takaisin kiertoon johonkin syklonivaiheiden ylävirran puolella olevaan kohtaan niiden sisältämien kuitujen johtamiseksi takaisin johonkin 35 kolmesta poistolietevirrasta 17, 22 ja 26.

98083 19

Kuvio 5 on kuitujen fraktiointia kuvaava kulkukaa-vio, joka valaisee vielä erästä menetelmäsovitusta, joka kykenee antamaan selluloosamassoja, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit. Kuitumassaliete 1 johdetaan 5 ensiksi seulalle 15 ja erotetaan lietteeksi 16, joka sisältää kuitufraktion, ja lietteeksi 17, joka sisältää hienojen kuitujen muodostaman fraktion. Kuitufraktion sisältämä liete 16 johdetaan sen jälkeen sykloniin 27, joka antaa lietteen 28, joka sisältää suuren ominaispinnan 10 omaavan fraktion, ja lietteen 29, joka sisältää pienen ominaispinnan omaavan fraktion. Liete 28 sisältää kuituja, jotka aggregaatissa täyttävät esillä olevan keksinnön mukaisten selluloosamassojen kriteerit.

Kuvio 6 on kuitujen fraktiointia kuvaava kulkukaa-15 vio, joka valaisee vielä erästä menetelmäsovitusta, joka kykenee antamaan selluloosamassoja, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit. Kuitumassaliete johdetaan ensiksi säiliöön 30 sen täyttymiseen asti. Säiliön 30 sisältöä syötetään sen jälkeen johdon 31 kautta hydrauliseen 20 sykloniin 32 ja erotetaan lietteeksi 33, joka sisältää suuren ominaispinnan omaavan fraktion, ja lietteeksi 34, joka sisältää pienen ominaispinnan omaavan fraktion. Liete 33 johdetaan seulalle 35, joka antaa kuitufraktion, joka sisältyy lietteeseen 36, ja hienojen kuitujen muodostaman 25 fraktion, joka sisältyy lietteeseen 37. Kuitufraktio 36 johdetaan johdon 38 kautta takaisin säiliöön 30. Tätä prosessia jatketaan siksi kunnes lietteen 36 kuidut täyttävät toivotut lujuusominaisuudet, jona ajankohtana liete 36 johdetaan poistokohtaan johdon 39 kautta eikä johdeta ta-30 kaisin säiliöön 30. Johdon 39 kautta johdetussa lietteessä 36 olevien kuitujen ominaisuudet ovat sellaiset, että ne aggregaatissa täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit. Sillä välin kootaan syklonista 32 poistettu liete 34 säiliöön 40. Sen jälkeen kun lopullisen lietteen 36 antava 35 eräprosessi on suoritettu loppuun, johdetaan säiliön 40 98083 20 sisältö hydrauliseen sykloniin 42, joka antaa lietteeseen 43 sisältyvän suuren ominaispinnan omaavan fraktion, ja lietteeseen 44 sisältyvän pienen ominaispinnan omaavan fraktion. Liete 44 johdetaan takaisin säiliöön 40. Tätä 5 prosessia jatketaan siksi kunnes lietteessä 44 olevien kuitujen lujuuspotentiaali pienenee määrätylle kynnystasolle, jona ajankohtana se käännytetään johdon 45 kautta poistokohtaan eikä palauteta takaisin säiliöön 40. Lietteeseen 43 sisältyvät poistetut kuidut palautetaan takai-10 sin säilöön 30. Sen jälkeen kun eräprosessi on suoritettu loppuun, mikä kulminoituu johdon 45 kautta johdetun pois-tolietteen 44 tuottoon, täytetään säiliö 30 uudelleen lisäämällä kuitumassalietettä 1 säiliön täyttymiseen asti ja eräprosessit toistetaan.

15 Kuvio 7 on kaaviomainen diagrammi, joka esittää vielä erästä prosessia, joka kykenee antamaan esillä olevan keksinnön mukaisia selluloosamassoja. Kuitumassaliete johdetaan ensiksi laitteeseen 46, joka kohdistaa mekaanista energiaa lietteessä 1 oleviin kuituihin. Modifioitu 20 liete 47 johdetaan sen jälkeen seulalle 48, joka erottaa sen pitkiä kuituja sisältäväksi lietteeksi 46 ja lyhyitä kuituja sisältäväksi lietteeksi 50. Lietteen 49 kuiduilla on ominaisuuksia, jotka aggregaatissa täyttävät esillä olevan keksinnön mukaisten selluloosamassojen kriteerit.

25 Kuitujen mekaaniseen esikäsittelyyn kuviossa 7 käy tetty laite 46 voi käsittää yhden tai useamman erilaisen laitteen, jotka on luokiteltu tällä alalla raffinööreiksi tai sekoittimiksi. Esimerkkejä tällaisista laitteista ovat pyörivät jauhimet, kaksilevyjauhimet, kartiojauhimet, sul-30 puttimet ja sakeamassasekoittimet, kuten Frotapulper, jon ka valmistaja on Kamyr of Glens Falls, New York. Nämä laitteet aikaansaavat fibrilloitumisen ja/tai ne kihartavat kuituja niiden vedenerotusominaisuuksien muuttamiseksi.

98083 21

Kuvioiden 4-7 mukaisten seulojen ja syklonien toimintatapa on oleellisesti samanlainen kuin aikaisemmassa tekniikassa on esitetty. Tällaisia ovat vesimäärät, jotka tarvitaan lietteiden muodostamiseksi prosessin kus-5 sakin vaiheessa. Koska veden uudelleenkäyttö olisi normaalisti toivottavaa kaikissa kuvioissa 4-7 kuvatuissa pro-sessimenetelmissä, tarvitaan menetelmä hienojen kuitujen talteenottamiseksi käyttökelpoisen veden saamiseksi tarvitsematta johtaa hienoja kuituja takaisin prosessiin. 10 Esimerkkejä lietteistä, jotka sisältävät hienojen kuitujen muodostaman fraktion, ovat kuvion 4 liete 17, kuvion 5 liete 17, kuvion 6 liete 37 ja kuvion 7 liete 50. Kuvio 8 valaisee vedenselkeytysvaihetta, jota voidaan käyttää yhdistelmänä edellä esitettyjen menetelmien kanssa, joilla 15 tuotetaan selluloosamassoja, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit Kuvion 8 vedenselkeytyslaite voi olla jokin kirjallisuudessa esitetyistä monista tyypeistä. Eräs hyväksyttävä selkeytyslaite toimii sillä toimintaperiaatteella, että siinä suihkutetaan ilmaa ilmakuplien muodos-20 tamiseksi, jotka kiinnittyvät kiinteisiin osasiin ja saavat ne nousemaan pinnalle, josta ne voidaan koota. Tämä antaa oleellisesti kiinteistä aineista vapaata vettä, jota voidaan käyttää uudelleen lietteiden valmistamiseksi tarvitsematta johtaa hienoa ainetta takaisin kuvioissa 4-7 25 kuvattuihin fraktiointiprosesseihin. Kuviossa 8 sekoitetaan liete 51, joka on hienoja kuituja sisältävää lietettä, johdon 52 kautta sisäänjohdetun ilman kanssa. Tämä seos johdetaan tyynessä tilassa olevaan astiaan 53, jossa kiinteiden aineiden annetaan nousta pinnalle, jolloin ne 30 kuoritaan pinnalta sakeutuneen lietteen 54 muodossa, samalla kun oleellisesti kiinteistä aineista vapaata vettä poistuu johdon 55 kautta.

Haluamatta sitoutua johonkin teoriaan tai muulla tavoin rajoittaa esillä olevaa keksintöä tarjotaan seuraa-35 va selitys niille odottamattomille tuloksille, jotka saa- 98083 22 vutetaan ottamalla käytäntöön edellä esitetyt menetelmät selluloosamassojen valmistamiseksi, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit. Hienofibrillisillä ja ei-fib-rillisillä fragmenteilla on suhteellisen suuri vaikutus 5 selluloosamassojen veden erottumisen rajoittumiseen tarjoamatta samalla parannusta paperin lujuuteen. Vastakohtana tälle pyrkivät suhteellisen suuren ominaispinnan omaavat kuidut antamaan parantuneen lujuuden heikentämättä samanaikaisesti veden erottumista. Valikoimalla puukuitu-10 jen morfologisista muodoista suuren ominaispinnan omaavia kuituja, mutta sulkemalla syrjään ne suuren ominaispinnan omaavat kuidut, joilla on lyhyt kuidun pituus, voidaan saavuttaa uusia lujuusarvoja veden erottumisen funktiona. Vaihtoehtoisesti, aikaansaamalla riittävä fibrilloituminen 15 voi sellaisten suuren ominaispinnan omaavien kuitujen, joilla on lyhyt kuidun pituus, syrjäyttäminen olla yksistään riittävä ehto näiden uusien lujuusarvojen saavuttamiseksi .

Esillä olevan keksinnön mukaiset selluloosamassat 20 ovat sopivia käytettäviksi monenlaisiin papereihin ja pa-perinvalmistusmenetelmiin. Selluloosamassat ovat erityisen sopivia käytettäviksi paperien valmistamiseksi, joiden tiheydet ovat < 0,15 g/cm3. Paperit, joilla on tällainen alhainen tiheys (s.o., < 0,15 g/cm3) ja alhainen neliömet-25 ripaino (s.o. < 30 g/m2) ovat erityisen sopivia käytettäviksi tissue-paperina ja paperipyyheliinoina. (Tässä mainitut tiheysarvot määritetään mittaamalla näennäinen paksuus käyttäen 12,904 cm2:n suuruista levyä ja kohdistamalla voima, jonka suuruus on 32,5 g/6,452 cm2. Viiden paperiar-30 kin pino mitataan ja tulos jaetaan viidellä yksinkertaisen arkin paksuuden määrittämiseksi. Tiheys lasketaan sen jälkeen näennäisestä paksuudesta ja neliömetripainosta). Tällaisilla papereilla on suhteellisen alhainen kyky pidättää hienoja kuituja, mistä on seurauksena kiinteiden aineiden 35 suuri konsentraatio paperikoneen vesijärjestelmässä. Li- 98083 23 säksi on vaikeata saavuttaa tarvittavaa lujuutta tällaisissa papereissa, alhaisesta tiheydestä johtuvan kuitujen välisen vähäisen kosketuksen johdosta.

Esillä oleva keksintö voittaa molemmat edellä esi-5 tetyt rajoitukset. Koska esillä olevan keksinnön mukaiset massat ovat suuressa määrin vapaat hienoista kuiduista, ei niiden retentio ole mikään probleema. Esillä olevan keksinnön mukaiset massat tarjoavat lisäksi parantuneen lujuuden, vähentäen siten niitä haitallisia vaikutuksia, 10 jotka ovat tuloksena kuitujen välisistä vähäisistä kosketuspinnoista sellaisissa papereissa, joiden tiheys on alhainen.

Seuraavat esimerkit valaiset esillä olevan keksinnön käytäntöön soveltamista, mutta eivät ole tarkoitetut 15 sitä rajoittamaan.

Esimerkki 1 Tämä esimerkki valaisee menetelmää parannettujen selluloosamassojen valmistamiseksi, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit, prosessilla, joka koostuu 20 oleellisesti hienojen kuitujen poistamisesta ja hydrauli sista sykloneista. Tässä esimerkissä käytettyä menetelmää selluloosamassojen valmistamiseksi valaistaan kuviossa 6.

Seuraava on yksityiskohtaisempi kuvaus kuviossa 6 esitetystä menetelmästä: 25 1. Säiliöiden 30 ja 40 vetoisuus on kummassakin 3 785 litraa.

2. Liete 1 sisältää kuituja, jotka on saatu toimi-niineltä Ponderosa Fibres sen Oshkoshin tehtaalta. Massa on, sellaisena kuin se saatiin, märän massa-arkin muodos- 30 sa, jonka sakeus on noin 50 % kiinteitä aineita. Massa on puhdistettua jätepaperimassaa, joka käsittää kirjoitus- ja painopaperia.

3. Sykloniasemat 32 ja 42 käsittävät 10 syklonia, joiden halkaisija on 7,62 cm, rinnakkain sovitettuna, ja 35 ne on saatu toiminimeltä CE Bauer Company. Sykloneja käy- 98083 24 tetään niin, että sisääntulopaine on 5,25 kg/cm2 ja vasta-paine ylävirran puolella on 0,7 kg/cm2. Alavirta poistetaan ilmakehään syklonin alapäässä olevan aukon kautta, jonka halkaisija on 0,563 cm.

5 4. Seula 35 on CE-Bauer Micrasieve. Micrasieve on 60,96 cm:n yksikkö ja se on varustettu 100 mikronin rako-seulalla.

5. Käytettäessä sykloneja lietteen 33 saamiseksi, lisätään vettä syklonien sisääntulokohtiin sakeuden py- 10 säyttämiseksi eräoperaation alussa suunnilleen arvossa 1,2 %. Erän kokonaiskäsittelyaika on 44 minuuttia, ja sa-keus laskee jatkuvasti operaation aikana; aikajakson päättyessä on sykloniasemalle 32 tuleva sakeus noin 0,5 %. Säiliössä 30 oleva noin 113,4 kg:n suuruisen massan syöttö 15 pienenee noin 7,258 kg:n suuruiseksi eräksi, joka poistuu johdon 39 kautta.

6. Lietteen 44 valmistamiseksi lisätään vettä syklonien sisääntulokohtiin sakeuden pysyttämiseksi eräoperaation alussa suunnilleen arvossa 1,2 %. Erän käsittelyn 20 kokonaisaika on 26 minuuttia ja sakeus laskee jatkuvasti operaation aikana; aikajakson päättyessä on sykloniin 42 syötetyn lietteen sakeus noin 0,25 %. Säiliössä 40 olevan noin 113,4 kg:n suuruisen massan syöttö pienenee noin 3,269 kg:n suuruiseksi eräksi, joka poistuu johdon 45 25 kautta.

7. Kuvion 6 sekvenssiä muutetaan tässä esimerkissä kolmen liete-erän saamiseksi, jotka poistuvat johdon 45 kautta ennen kuin jatketaan liete-erän 36 tuottamista. Tämä vastaa sitä, että säiliön 40 sisällöt palautetaan 30 säiliöön 30 sen jälkeen kun lietteen 44 ensimmäinen ja toinen erä on tuotettu kussakin jaksossa.

Edellä kuvatulla menetelmällä saadun selluloosamassan suoritustiedot ovat johdon 39 kautta poistuvan lietteen 36 150 eräseoksen kumulatiiviset tulokset. Saatu sel-35 luloosamassa antoi seuraavat tulokset.

98083 25

Edellä kuvatun menetelmän mukaisesta selluloosamassasta valmistettujen kevytpalnoisten arkkien vetolujuus on 1 871 g/2,54 cm. Selluloosamassan PFR-arvo on 6,5 sek. Saadun NSV-arvon lasketaan olevan 257 g/2,54 cm/sek. Pai-5 notettu keskimääräinen Kajaan!-kuitupituus on 1,71 mm.

Maksimi-PFR-arvon tämän pituisille ei-fibrilloi-duille kuiduille lasketaan olevan 5,56 - (0,55 x 1,71), mikä vastaa lukua 4,6. Koska todettu PFR on suurempi kuin tämä arvo, katsotaan massan olevan joko osittain tai opti-10 maalisesti fibrilloitu.

Näytettä raffinoidaan välillä 500 - 4 000 kierrosta PFI-myllyllä ja alkusuureneminen NSV-arvossa todetaan, jota seuraa pieneneminen. Tämä sallii selluloosamassan luokittelun osittain fibrilloiduksi. PFI myllyllä raffi-15 noimalla saavutettu maksimi NSV-arvo saavutetaan lisäksi PFR-arvolla 8,6 sek. Tämä sallii fibrilloitumisindeksin I laskemisen seuraavalla tavalla: I = (6,5 - 4,6)/(8,6 - 4,6) 20 I = 0,47 NSV:n kynnysarvo, joka täyttää tämän keksinnön vaatimukset, lasketaan seuraavalla tavalla.

25 NSV:n kynnysarvo > (75 x L) + (150 xl); NSV:n kynnysarvo > (75 x 1,71) + (150 x 0,47) NSV:n kynnysarvo > 199

Koska havaittu NSV-arvo 257 g/2,54 cm/sek ylittää NSV:n 30 kynnysarvon 199 g/2,54 cm/sek, täyttää tässä esimerkissä valmistettu selluloosamassa esillä olevan keksinnön vaatimukset .

Tässä esitetyn menetelmän mukaan valmistetuille arkkikojearkeille mitataan tiheydeksi 0,11 g/cm3.

98083 26 Tämän esimerkin mukaan valmistetusta selluloosamassasta valmistetaan lisäksi paperisia kertakäyttöpyyhelii-noja valmistamalla ensiksi paperikoneella yksikerroksista paperia, joka sen jälkeen muutetaan kaksikerrokseksi pyy-5 heliinaksi laminoimalla. Selluloosamassa osoitti oivallista käsiteltävyyttä ja antoi oivallisen lujuuden kuivattaessa pyyhkeeseen.

Esimerkki 2 Tämä esimerkki valaisee parannettuja selluloosamas-10 soja, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit ja jotka on valmistettu menetelmällä, johon kuuluu oleellisesti mekaaninen esikäsittely ja sitä seuraava seulonta. Menetelmä, jota käytetään selluloosamassojen valmistukseen tässä esimerkissä, kuvataan kuviossa 7.

15 Seuraava on yksityiskohtaisempi kuvaus kuviossa 7 esitetystä prosessista: 1. Liete 1 muodostetaan pohjoisten havupuiden kraft-massan kuiduista, joka massa on saatu toiminimen Procter & Gamble Company Grande Prairie-tehtaalta.

20 2. Laite 46 on toiminimen Noble and Woodin labora torio jauhin, malli nro SO-81236. Noble and Woodin jauhin toimii jaksottaisesti erän suuruuden ollessa 1,588 kg massaa uunikuivaksi laskettuna. Tämä massa lietetään 53 litraan vettä ja lisätään jauhimeen. Kuormitus kytketään ja 25 näytettä jauhetaan 30 minuutin pituisen jakson ajan.

3. Liete 47 johdetaan seulalle 48 (76,2 cm:n SWECO-seulalle). Kun 1,588 kg:n (uunikuivaksi laskettuna) suuruinen lietteen 47 kuituerä johdetaan seulalle 48, johdetaan jatkuvasti vettä SWEC0:n yläosaan lietteen pysyttämi-30 seksi fluidisoituna. SWEC0 on varustettu 60 meshin seulalla. Se toimii 4 tunnin jaksolla. Kuituaine poistetaan seulan yläosasta lietteenä 49 (kuvio 7). Jäljelle jäävä hienojen kuitujen virta (liete 50) pestään seulan läpi ja heitetään pois.

35 Lietteen 49 kuituja testataan seuraavin tuloksin.

98083 27

Lietteestä 49 saadusta selluloosamassasta valmistettujen kevytpainoisten arkkikojearkkien vetolujuuden lasketaan olevan 3 244 g/2,54 cm. PFR-arvon lasketaan olevan 10 sek; laskettu NSV-arvo on 324 g/2,54 cm/sek. Paino-5 tettu keskimääräinen kuidun Kajaani-pituus on 1,97 mm.

Maksimi PFR-arvon tämän pituisille, ei-fibrilloi-duille kuiduille lasketaan olevan [5,56 - (0,55 x 1,97)], joka = 4,48. Koska todettu PFR-arvo ylittää tämän arvon, katsotaan selluloosamassan olevan joko osittain tai opti-10 maalisesti fibrilloitunut.

Näyte raffinoidaan laboratoriossa käytettävällä PFI-myllyllä välillä 500 - 1 000 kierrosta. NSV-arvon todetaan laskevan välittömästi raffinoimistasoa lisättäessä. Tämän vuoksi selluloosa katsotaan optimaalisesti fibril-15 loituneeksi ja sen I-arvo = 1,0.

NSV:n kynnysarvo, joka täyttää tämän keksinnön kriteerit, lasketaan seuraavalla tavalla: NSV:n kynnysarvo > (75 x L) + (150 x I), 20 NSV:n kynnysarvo > (75 x 1,97) + (150 x 1,0) NSV:n kynnysarvo > 298

Koska todettu NSV-arvo (s.o. 324) ylittää tämän kynnysarvon, täyttää tämän esimerkin mukaan valmistettu 25 selluloosamassa esillä olevan keksinnön kriteerit.

Esimerkki 3 Tämä esimerkki valaisee parannettuja selluloosamassoja, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön kriteerit ja jotka on valmistettu menetelmällä, johon kuuluu oleelli-30 sesti hienojen kuitujen poistaminen ja hydrauliset syklonit, jolloin kuituja käsitellään niin, että ne ovat ei-fibrilloidussa tilassa. Tämän esimerkin mukaisten selluloosamassojen valmistukseen käytettyä prosessia kuvataan kuviossa 5.

98083 28

Seuraava on yksityiskohtaisempi kuvaus kuviossa 5 esitetystä prosessista: 1. Liete 1 muodostetaan pohjoisten havupuiden kraft-massan kuiduista, joka massa on saatu toiminimen 5 Procter and Gamble Company Grande Prairie -tehtaalta.

2. Liete 1 johdetaan seulalle 15 (76,2 cm:n SWECO-seulalle). Kun 0,649 kg (uunikuivaksi laskettuna) lietteen 1 kuituerää johdetaan seulalle 15, johdetaan jatkuvasti vettä SWECO:n yläosaan lietteen pysyttämiseksi fluidisoi- 10 tuna. SWEC0 on varustettu 60 meshin seulalla. Se toimii 4 tunnin jaksolla. Kuidut poistetaan seulan yläosasta lietteenä 16. Jäljelle jäävä hienojen kuitujen virta (liete 17) pestään seulan läpi ja heitetään pois.

3. Liete 16 johdetaan sen jälkeen sykloniin 27 15 (1,27 cm:n sykloni, malli PC 051319, valmistaja Krebs

Engineering Company). Sykloni 27 toimii niin, että koko-naisvirtausnopeus on 6 litraa minuutissa, jolloin sisään-tulosakeus pysytetään suunnilleen arvossa 0,2 %. Lietteen 28 sakeutta säädetään ja se johdetaan syklonin läpi uudel-20 leen vielä kahdesti. Kolme lietteen 29 muodostamaa hyl-kyerää yhdistetään ja heitetään pois.

Lopullisen lietteen 28 kuituja testataan esillä olevan keksinnön mukaisesti ja tulokset ovat seuraavat:

Lietteestä 28 saadusta selluloosamassasta valmis-25 tettujen kevyiden arkkikojearkkien vetolujuudeksi mitataan 1 007 g/2,54 cm. PFR-arvon mitataan olevan 3,9 sek; NSV-arvon lasketaan tällöin olevan 256. Painotettu keskimääräinen Kajaani-kuitupituus on 2,63 mm.

PFR-arvon maksimin, joka vastaa ei-fibrilloituja 30 kuituja, lasketaan olevan [5,56 - (0,55 x 2,63)], joka = 4,11. Koska todettu PFR-arvo (3,9) on tätä arvoa pienempi, katsotaan lietteen 28 selluloosamassan olevan ei-fibril-loitua, jolloin I = 0,0.

NSV:n kynnysarvo, joka täyttää tämän keksinnön kri-35 teerit, lasketaan seuraavalla tavalla: 98083 29 NSV:n kynnysarvo (75 x L) + (150 x I), NSV:n kynnysarvo * (75 x 2,63) + (150 x 0,0) NSV:n kynnysarvo = 197 5 Koska todettu NSV-arvo (s.o. 256) on suurempi kuin tämä arvo, täyttää tämän esimerkin mukaan valmistettu selluloosamassa esillä olevan keksinnön kriteerit.

Edellä olevasta selostuksesta voi alan ammattimies helposti saada selville tämän keksinnön oleelliset ominai-10 suudet ja, poikkeamatta keksinnön ideasta ja piiristä, tehdä erilaisia muutoksia ja muunnoksia keksinnön soveltamiseksi erilaisiin käyttötarkoituksiin ja olosuhteisiin, joita ei ole erityisesti tässä mainittu. Tämän keksinnön puitteet ovat seuraavien patenttivaatimuksien määrittele-15 mät.

Claims (22)

3o 98083

1. Selluloosamassa, jolla on parannettu paperinlu-juuspotentiaali, mainitun selluloosamassan sisältäessä 5 puukuituja, joilla on normalisoitu lujuusarvo, jonka suhdetta keskimääräiseen kuidun pituuteen kuvaa yhtälö: NSV > (75 x L) + (150 xl), 10 jossa NSV on sellaisten kuitujen normalisoitu lujuussuhde (g/2,54 cm/sek), joiden keskimääräinen kuidun pituus on L (mm), ja I on dimensioton fibrilloitumisindeksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen selluloosamassa, jossa mainittujen puukuitujen keskimääräinen kuidun pituus 15 on välillä noin 1,0 - noin 2,2 mm.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen selluloosamassa, jossa mainittujen puukuitujen keskimääräinen kuidun pituus on välillä noin 1,3 - noin 2,0 mm.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen selluloosamassa, 20 jossa mainittujen puukuitujen vetolujuuspotentiaali on välillä noin 1 200 - noin 2 500 g/2,54 cm.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen selluloosamassa, jossa mainittujen puukuitujen vetolujuuspotentiaali on välillä noin 1 600 - noin 2 250 g/2,54 cm.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen selluloosamassa, jossa mainitut puukuidut koostuvat takaisin kiertoon palautetuista paperikuiduista.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen selluloosamassa, jossa mainitut takaisin kiertoon palautetut paperikuidut 30 koostuvat kiertoon palautetuista kirjoituspaperi- ja pai-nopaperikuiduista.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen selluloosamassa, jossa mainitut takaisin kiertoon palautetut kuidut koostuvat kiertoon palautetuista sanomalehtipaperikuiduista. 98083

9. Patenttivaatimuksen 3 mukainen selluloosamassa, jossa I = 1 ja jossa mainittujen puukuitujen vetolujuus on välillä noin 1 500 - noin 3 500 g/2,54 cm.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen selluloosamassa, 5 jossa mainittujen puukuitujen vetolujuuspotentiaali on välillä noin 2 000 - noin 3 250 g/2,54 cm.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen selluloosa, jossa mainitut puukuidut koostuvat takaisin kiertoon palautetuista paperikuiduista.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen selluloosamas sa, jossa mainitut takaisin kiertoon palautetut paperikui-dut koostuvat kiertoon palautetuista kirjoituspaperi- ja painopaperikuiduista.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen selluloosamas- 15 sa, jossa mainitut takaisin kiertoon palautetut paperikui- dut koostuvat kiertoon palautetuista sanomalehtipaperikuiduista.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen selluloosamassa, jossa I = 0 ja jossa mainittujen puukuitujen keskimääräi- 20 nen kuidun pituus on välillä noin 1,0 - noin 3,5 mm ja vetolujuuspotentiaali on välillä noin 500 - noin 2 000 g/2,54 cm.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen selluloosamassa, jossa mainittujen puukuitujen vetolujuuspotentiaali on 25 välillä noin 750 - noin 1 500 g/2,54 cm.

16. Patenttivaatimuksen 1 mukaisesta selluloosasta valmistettu paperi.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen paperi, mainitun paperin tiheyden ollessa pienempi kuin noin 0,15 g 30 kuutiosenttimetriä kohti.

18. Patenttivaatimuksen 6 mukaisesta selluloosamassasta valmistettu paperi.

19. Patenttivaatimuksen 6 mukainen paperi, mainitun paperin tiheyden ollessa pienempi kuin noin 0,15 g kuutio- 35 senttimetriä kohti. 98083

20. Patenttivaatimuksen 9 mukaisesta selluloosamassasta valmistettu paperi.

21. Patenttivaatimuksen 11 mukaisesta selluloosa-massasta valmistettu paperi.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen paperi, maini tun paperin tiheyden ollessa pienempi kuin noin 0,15 g kuutiosenttimetriä kohti. 98083