FI98840C

FI98840C - Valkaistujen korkeasaantomassojen valmistusmenetelmä

Info

Publication number: FI98840C
Application number: FI911118A
Authority: FI
Inventors: Michel Devic
Original assignee: Atochem
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1991-03-06
Publication date: 1997-08-25
Also published as: EP0446110A1; FI98840B; DE69111098D1; CA2037678C; JPH0660474B2; JPH04214491A; AU641478B2; US5143581A; FR2659363A1; NO178899C; PT96951B; ATE125013T1; AU7266891A; FR2659363B1; FI911118A0; NZ237310A; CA2037678A1; EP0446110B1; NO178899B; NO910865L

Description

98840

Valkaistujen korkeasaantomassojen valmistusmenetelmä

Esillä oleva keksintö koskee valkaistujen korkeasaantomassoj en valmistusmenetelmää.

5

Korkeasaantomassat valmistetaan alistamalla lähtökohtana oleva lignoselluloosa-aine, kuten esim. lastuina oleva puu mekaanistyyppiselle toiminnolle, johon on mahdollisesti yhdistetty kemiallista ja termistä tyyppiä olevia toimintoja.

10

Korkeasaantomassat tarjoavat teollisuudelle kiistattoman edun, sillä ne muodostavat huomionarvoisen kompromissin varsinaisten mekaanisten massojen ja kemiallisten massojen välillä.

15

Korkeasaannolla ymmärretään saantoa, kuivassa tilassa olevan massan painoa verrattuna kuivan alkuperäismateriaalin painoon, joka tavallisesti on vähintään 85 %, usein jopa 90 %.

20 Korkeasaantomassojen valkaisu, joka vaatii tällä alueella paperilta sekä vastaavilta tuotteilta edellytettyä laatua, toteutetaan vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa. Tällainen valkaisu sisältää kuitenkin niin teknisiä kuin taloudellisiakin ongelmia.

25 ., Jotta näet pienennettäisiin vetyperoksidin tehonhäviötä, joka johtuu sen epävakaisuudesta emäksisessä väliaineessa, lisätään natriumsilikaattia niin paljon, että se aiheuttaa moninaisia ja vakavia haittoja massan sekä paperin valmis-30 tuksen kuluessa, kuten esimerkiksi kiinteiden kerrostumien muodostumisen laitteille ja lignoselluloosakuidulle tai karhealta tuntuvan paperin tuottamisen. Tässä yhteydessä viitataan esimerkiksi C.W. Kutneyn artikkeliin, Pulp & Paper Canada, 86:12, (1985), 182-189. Toisaalta natriumsilikaatti - 35 määrää ei voi pienentää ilman, että sen seurauksena val-kaisutulokseen olisi vaikutuksia, joita ei voida hyväksyä.

Jotta tämä tulos pysyisi riittävän korkeana, voidaan valkaistava aines alistaa vielä esimerkiksi kahteen H202:lla 2 98840 tapahtuvaan valkaisuvaiheeseen yhden sijasta tai pyrkiä korvaamaan silikaatti jollain vastaavan tehon omaavalla vaiku-tusaineella, kuten esimerkiksi dieteenitriamiinipentametee-nifosfonihapolla (DTMPA), jonka vastaavuus natriumsilikaatin 5 kanssa toteutuisi Robert W. Allisonin mukaan ainoastaan erikoistapauksissa; Appita, Voi. 36, N° 5 Mars 1983, 362-370. Tällaiset ratkaisut eivät ole kuitenkaan taloudelliselta kannalta tyydyttäviä.

10 Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä antaa mahdollisuuden säilyttää vain yhden, vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa suoritettavan valkaisuvaiheen, poistaa natriumsilikaatista aiheutuvat haitat, ei tee toimenpiteestä taloudellisesti rasittavaa ja varmistaa kuitenkin valkais-15 tulle massalle korkean valkoisuusasteen sekä hyvät mekaaniset omina i suude t.

Esillä oleva keksintö käsittää vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa valkaistavien korkeasaantomassojen val-20 mistusmenetelmän, joka sisältää valkaistavan massan alistamisen peräkkäin: - esikäsittelyyn metalli-ioneja sekvestroivan aineen avulla sekä sitä seuraavan pesun, - käsittelyyn sulfiitin sekä jonkin sulfiitti-ionia sähkö-25 negatiivisemman pelkistinaineen avulla, jotka aineet vaikuttavat samanaikaisesti ja alkuperäisen pH-ympäristön ollessa välillä 7 - 12,5, mitä seuraa pesu sulfiitti-ionien sekä pelkistimen poistamiseksi, sekä - valkaisukäsittelyyn vetyperoksidin avulla emäksisessä vä-30 liaineessa.

Keksinnölle on erityisesti tunnusomaista se, että vetyperok-sidikäsittely suoritetaan silikaattipitoisuudessa, joka on alle 1 paino-% käsiteltävän massan kuivapainosta, ja edulli-35 sesti kokonaan ilman silikaattia.

Yllä annetussa keksinnön mukaisen menetelmän määritelmässä, samoin kuin kaikessa alla seuraavassa, jonkin yhdisteen määrä on, paitsi täsmennettynä tai selvissä tapauksissa, li 98840

O

ilmaistu painoprosentteina suhteessa kuivassa tilassa olevan massan painoon.

Yllä annetussa keksinnön mukaisen menetelmän määritelmässä, 5 samoin kuin kaikessa alla seuraavassa, ymmärretään: - massoilla: tämän esityksen alussa määritellyn kaltaisia massoja sekä myös puulastujen muodossa olevaa 1ignoselluloo-sa-ainesta. Jotain mekaanisen kyllästimen tyyppiä olevaa konetta, kuten esimerkiksi ranskalaisessa patentissa 2319737 10 esitettyä, tähän patenttiin liittyvässä ranskalaisessa lisä-todistuksessa 2436Θ44 esitettyä, ranskalaisissa patenteissa 2418295 ja 2451963 esitettyä, tai Impressafiner® -tyyppistä, joka on kuvattu esimerkiksi teoksessa Pulp & Paper Manufacture 3eme Edition, voi.2, Mechanical pulping, sivut 98,99, 15 voidaan käyttää keksinnön mukaisen menetelmäin toteuttamiseksi kokonaisuudessaan tai osittain mistä tahansa massasta, kuten tässä tehdään· Toisin sanoen keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa missä tahansa laitteistossa, joka yhdistää paperiteollisuudessa yleisesti käytettyjä laittei-20 ta, jotka soveltuvat esikäsittely-, pesu- ja valkaisukäsit-telytoimenpiteisiin, kuten esimerkiksi sekoittimia, suodattimia, puristimia, valkaisutorneja.

- massan esikäsittelyllä jonkin metalli-ioneja sekvestroivan 25 vaikutusaineen avulla: toimenpidettä, joka käsittää mainitun massan alistamisen jonkin yhdisteen, kuten esimerkiksi nat-riumtripolyfosfaatin; natriumtetrapyrofosfaatin; etikka-, nitrilotrietikka-, eteenidiamiinitetraetikka-, dieteenitri-amiinipentaetikka(DTPA)happojen natriumsuolojen vaikutuk-30 selle.

Sekvestroivaa ainetta käytetään suhteessa noin 0,1 % - 1 %.

Sekvestroivan vaikutusaineen välityksellä tapahtuva esikä-35 sittely toteutetaan useimmiten lämpötilassa, joka on välillä 20°C - 100°C ja edullisimmin välillä 50°C - 95°C, jottei jouduttaisi työskentelemään paineessa. Konsistenssi, ligno-selluloosa-ainesta olevan massan pitoisuus kuivassa tilassa, voidaan valita melko väljissä rajoissa, esimerkiksi väliltä 4 98840 noin 5 % - 50%.

- pesulla: toimenpidettä, joka tekee mahdolliseksi poistaa massasta enemmän tai vähemmän täydellisesti siinä olevan 5 nestefaasin, esimerkiksi tiivistämällä massa puristuksella suodattimen päällä, tai useimmiten vedellä tapahtuvalla massan laimennussarjalla, joka toistetaan tai ei, ja sen jälkeen massan tiivistyksellä esimerkiksi puristamalla suodattimen päällä: pesun tehokkuuden osoittaa ennen pesua 10 läsnä olleen nestefaasin poistumisaste, joka esitetään prosentteina.

Sekvestroivan vaikutusaineen välityksellä tapahtuvaa esikäsittelyä seuraava pesu samoin kuin sulfiitti-ionien sekä 15 pelkistimen poistamiseksi suoritettava pesu toteutetaan useimmiten laimennus-väkevöitys -sarjalla lämpötilassa, joka on tavallisesti suunnilleen välillä 20°C - 90°C, taloudellisista syistä usein välillä 20°C - 50°C. On edullista, että tällaisten pesujen tehokkuus on yli 90 %.

20 - sulfiitilla: natriumsulfiitti Na;SO; tai natriumbisulfiit-ti NaHSO:, tai yleisemmin jokin rikkidioksidin SO2 ja natri-umhydroksidin seos; viety sulfiittimäärä on sama, jota tavallisesti käytetään menetelmissä, jotka eivät sisällytä 25 keksintöä, vaan jotka tunnetaan siitä, että ne soveltuvat kemitermomekaanisen massan (CTMP-massat) valmistukseen, tämän määrän, joka on ilmaistu SOiina, ollessa niin muodoin useimmiten välillä noin 0,5 % - 6 %.

30 - pelkistinaineella, joka on sulfiitti-ionia SO H sähkönega- tiivisempi: yhdistettä, jota tarkoittaa kaikessa alla seu-raavassa pelkistinaine, joka valitaan useimmiten tiokarbami-didioksidin, formamidiinisulfiinihappo, natriumboorihydri-din, natriumbisulfiitin, natriumditioniitin joukosta.

35 Käytetyn pelkistinaineen määrä voi vaihdella sen luonteen mukaan. Tavallisesti se on välillä 0,1 % - 5 % tiokarbamidi-dioksidin tai ditioniitin ollessa kyseessä. Natriumboorihyd-ridia käytetään suhtessa noin 0,01 % - 0,5 %. Tätä pelkis-

II

98840 tintä on vaivatonta käyttää vesipitoisen liuoksen muodossa, kuten esimerkiksi liuoksena, joka sisältää 12 paino-% natri-umboorihydridia, jota myy Societe Ventron Corporation nimellä Borol®.

5

Sulfiitin ja pelkistinaineen yhteisvaikutus massaan, sul-fiitin sekä pelkistimen ollessa kosketuksissa massaan samanaikaisesti, tapahtuu suunnilleen välillä 20°C - 200°C olevassa lämpötilassa. On edullista valita se väliltä 60°C -10 140°C. Lämpötilan ollessa 100®C tai yli sulfiitin ja pel kistimen yhteisvaikutus tapahtuu kyllästetyn vesihöyryn paineessa.

Joskus voi olla edullista, että jokin sekvestroiva aine, 15 jonka luonne ja määrä ovat kuten esikäsittelyssä, on mukana sulfiitin ja peikistinaineen kanssa.

Konsistenssi sulfiitin ja pelkistimen yhteisvaikutuksen aikana on normaalisti välillä noin 5 % - 50 % toimenpiteen 20 suoritusmuodon mukaisesti, ja yleensä välillä 10 % - 30 %. Toimenpiteen kesto riippuu muista suoritusparametreistä, käytetty laitteistotyyppi mukaan lukien. Tavallisesti se ei ylitä yhtä tuntia, ja kestää yleensä muutamasta kymmenestä sekunnista 30 minuuttiin. Erittäin lyhyt kestoaika vastaa 25 toimenpiteen toteutusta puulastujen käsittelykoneessa, johon on yllä viitattu.

- valkaisukäsittely 1lä vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa: toimenpidettä, joka on toteutettu sitomalla 30 välillä 0,5 % - 10 %,, edullisimmin välillä 2 % - 6 % oleva määrä vetyperoksidia, silikaattia ollessa mukana noin 0 % -1 %, ja edullisimmin alle 1 %, pH-arvon ollessa noin välillä 9 - 11, välillä 40°C - 100°C olevaan lämpötilaan noin 0,5 - 6 tunnin ajan, konsistenssin ollessa välillä 10 % -35 30 %. Valkaisuliuos voi sisältää lisäaineita, kuten olen naisesti yhden tai useampia sekvestroivia vaikutusalueita, kuten esimerkiksi dieteenitriamiinipentaetikkahappo ja eteenidiamiinitetraetikkahappo natriumsuo1 ojen muodossa määränä, joka on tavallisesti noin välillä 0,1 % - 1 %.

98840 δ

Natriumhydroksidimäärä, joka yhdessä vetyperoksidin kanssa on läsnä valkaisukäsittelyssä, on yleensä 1 % - 6 % ja useimmiten 2 % - 3 %. Edullisin määrä on olennaisesti riippuvainen puun laadusta.

5 - silikaatilla: vesipitoista natriumsi1ikaatti1iuosta, jonka tiheys on 1,33.

Seuraavat esimerkit, jotka on annettu osoittavina mutta ei 10 rajoittavina esimerkkeinä, havainnollistavat keksintöä.

Esimerkkejä annetaan keksinnön mukaisen menetelmän vertaamiseksi yleisesti tunnettuihin menetelmiin.

Kaikissa esimerkeissä : 15 - vetyperoksidin avulla valkaistu korkeasaantomassa on aikaansaatu alistamalla keksinnön mukaiseen menetelmään tai johonkin yleisesti tunnettuun menetelmään sama mekaanisesti hiottu massa. Tämä alkuperäismassa sisältää havupuun 20 ia lehtipuun seoksen suhteessa 75/25 ja sen valkoisuusaste, mitattuna refraktometrialla 457 nanometrissä ISO-standardin mukaisesti, on 60,6° ISO.

- ainesmäärät ilmaistaan kuten edellä, paitsi täsmennetyissä 25 tai selvissä tapauksissa, painoprosentteina suhteessa kuivan massan painoon, - DTPA:ta käytetään natriumsuolan muodossa vesipitoisessa liuoksessa, jonka väkevyys on 40 paino-% ja suositeltava 30 määrä on tämän liuoksen määrä, , - natriumboorihydridia käytetään Borol© -muodossa ja suosi teltava määrä on tämän koestuksen määrä, 35 - natriumsi1ikaatti viedään, kuten on kerrottu, vesipitoisen natriumsi1ikaatti1iuoksen muodossa, jonka tiheys on 1,33 ja suositeltava määrä on tämän liuoksen määrä, - magnesiumia käytetään magnesiumsulfaatin muodossa ja sen li 98840 n määrä ilmaistaan Mcr:na.

- vetyperoksidi lasketaan 100 %:na kuten edellakin, 5 - pesujen tehokkuus sekvestroivalla aineella suoritetun esikäsittelyn jälkeen sekä sulfiitin ja pelkistimen yhteisvaikutuksen jälkeen on yli 90 %, - natriumhydroksidimäärä, joka on mukana Η;·0;·:η avulla 10 emäksisessä väliaineessa suoritetussa valkaisukäsittelyssä on se joka, muut parametrit huomioon ottaen, johtaa suurimpaan valkoisuusasteeseen, - valkoisuusaste mitataan valkaistusta massasta, joka on 15 viety pH-arvoon 6 SO;:n avulla, refraktometrialla 457 nano-metrissä ISO-standardin mukaisesti ja ilmaistaan ISO-asteena (•ISO).

Esimerkki 1 20

Perusmassa alistetaan ensiksi DTPA:n (0,5 %) avulla tapahtuvaan käsittelyyn 15 minuutin ajan 90 C-asteessa konsis-tenssilla 10 %, se pestään ja alistetaan sitten Na?SO=:n (5 %) ja Borol®:n (1 %) yhteisvaikutukselle 0,5 tunnin ajan 25 90 C-asteessa konsistenssi1 la 20 %,

Massa, joka näin on tuloksena metal 1i-ioneja sekvestroivan vaikutusaineen avulla tapahtuvan esikäsittelyn, pesun sekä sulfiitilla ja pelkistimellä tapahtuvan yhteiskäsittelyn 30 toisiaan seuraavista toimenpiteistä, pestään ja alistetaan lopuksi vetyperoksidin avulla valkaisukäsittelyyn emäksisessä väliaineessa 5 tunnin ajan 60 C-asteessa konsistenssi1-la 20 % , jossa on mukana 4 % H^O^ita, 4 % NaOK, 0 5 % DTPA:ta ja joka siis on ilman silikaattia.

Näin saadun valkaistun massan valkoisuusaste on 83,9°IS0.

35 98840 e

Esimerkki 2

Toistetaan esimerkki 1 paitsi, että valkaisukäsittely vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa toteutetaan niin, 5 että mukana on 1 % silikaattia.

Näin saadun valkaistun massan valkoisuusaste on 84,7 %.

Esimerkit 3 ja 4 (vertailuesimerkkejä) 10

Toistetaan esimerkki 1, paitsi että valkaisukäsittely vetyperoksidin avulla emäksisesä väliaineessa toteutetaan niin, että mukana on 2 % silikaattia esimerkissä 3 ja 4 % silikaattia esimerkissä 4.

15

Todetaan, että näistä kahdesta koestuksesta tuloksena olevan valkaistun massan valkoisuusaste on 84,9 % ja siis käytännöllisesti katsoen sama kuin esimerkissä 2 saatu.

20 Esimerkit 5, 6, 7, 8 (vertailuesimerkkejä)

Toistetaan esimerkki 1 poistamalla massan yhteiskäsittely sulfiitilla ja pelkistime1lä, ja säilyttämällä ainoastaan esikäsittely sekvestroivalla aineella, pesu mainitun esikä-25 sittelyn jälkeen sekä valkaisukäsittely vetyperoksidilla emäksisessä väliaineessa.

Viimeksi mainitussa silikaatti on poissa esimerkistä 5 ja on mukana suhteessa 1 % esimerkissä 6, 2 % esimerkissä 7 ja 30 4 % esimerkissä 8.

Massan valkoisuusaste on esimerkin 5 kohdalla 76 %, esimerkin 6 kohdalla 78,2 %, esimerkin 7 kohdalla 80,3 % sekä esimerkin 8 kohdalla 82,5 %.

35

Esimerkki 9 (vertailuesimerkki)

Sekvestroivalla aineella suoritetun esikäsittelyn sekä sitä seuraavan pesun jälkeen, jotka toteutetaan kuten esimerkissä

II

9 98840 1, pesty massa alistetaan ensimmäiseen valkaisukäsittelyyn H;0;:lla emäksisessä väliaineessa ilman silikaattia 60 C-asteessa konsistenssi1 la 20 % kuten esimerkissä 1, mutta 1,5 tunnin ajan niin, että mukana on 1,44 % H?0;:ta sekä 5 1,3 % NaOH:ta, sen jälkeen pesuun ja lopuksi toiseen vai- kaisukäsittelyyn H2Ö2:lla emäksisessä väliaineessa samoissa lämpötila- ja konsistenssiolosuhteissa kuin ensimmäisen kohdalla, mutta niin, että mukana on 2,56 % HjOjita, 3,1 % NaOH:ta sekä 0,05 % Mg:ta.

10

Saadun valkaistun massan valkoisuusaste on 62,5°ISO.

Ylläolevat esimerkit tuovat esiin keksinnön mukaisen menetelmän edullisuuden suhteessa yhteen vetyperoksidilla emäk-15 sisessä väliaineessa suoritettuun valkaisukäsittelyyn toteutettuna kuitenkin si 1ikaattimäärällä, joka vastaa suurinta si 1ikaattimäärää (4 %) sekä suhteessa kahteen peräkkäiseen valkaisukäsittelyyn vetyperoksidilla emäksisessä väliaineessa ilman silikaattia.

Claims

98840

1. Menetelmä valkaistujen korkeasaantomassojen valmistamiseksi vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa, joka menetelmä käsittää valkaistavan massan alistamisen peräk-5 käin: - esikäsittelyyn metalli-ioneja sekvestroivan aineen avulla sekä sitä seuraavaan pesuun, - käsittelyyn sulfiitin sekä jonkin sulfiitti-ionia sähköne-gatiivisemman pelkistinaineen avulla, jotka aineet vaikutta- 10 vat samanaikaisesti ja alkuperäisen pH-ympäristön ollessa välillä 7 - 12,5, mitä seuraa pesu sulfiitti-ionien sekä pelkistinaineen poistamiseksi, sekä - valkaisukäsittelyyn vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa, 15 tunnettu siitä, että vetyperoksidikäsittely suoritetaan silikaattipitoisuudessa, joka on alle 1 paino-% käsiteltävän massan kuivapainosta, ja edullisesti kokonaan ilman silikaattia .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että sekvestroiva aine valitaan natriumtripolyfosfaatin, natriumtetrapyrofosfaatin, etikka-, nitrilotrietikka-, eteenidiamiinitetraetikka- ja dieteenitriamiinipentaetikka-happojen natriumsuolojen joukosta. 25

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittely toteutetaan välillä 20°C - 100°C olevassa lämpötilassa, välillä 5 % - 50 % olevalla konsistens-silla jonkin sekvestroivan aineen avulla, jonka määrä on 30 välillä 0,1 % - 1 %.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfiitti ja sulfiitti-ionia säh-könegatiivisempi pelkistinaine vaikuttavat samanaikaisesti 35 lämpötilassa, joka on välillä 20°C - 200°C. li 98840

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila, jossa sulfiitti ja pelkistinaine vaikuttavat samanaikaisesti on välillä 60°C - 140°C.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfiittimäärä, joka on ilmaistu rikkidioksidina S02, on välillä 0,5 % - 6 %.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että sulfiitti-ionia sähkönegatiivisempi pelkistinaine valitaan karbamididioksidin, natriumbisulfii-tin ja natriumboorihydridin joukosta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että sulfiitin kanssa läsnä oleva karbamididioksidi-tai bisulfiittimäärä on välillä 0,1 % - 5 %.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfiitissa läsnä oleva natriumboorihydridimää- 20 rä on välillä 0,01 % - 0,5 %.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valkaisu vetyperoksidin avulla emäksisessä väliaineessa toteutetaan mainitun peroksidin määräl- 25 lä, joka on välillä 0,5 % - 10 %, pH-arvon ollessa välillä 9-11, lämpötilassa, joka on välillä 40°C - 100°C, ja kon-sistenssin ollessa välillä 10 % - 30 %. 98840