FI99153C

FI99153C - Menetelmä suursaantoisten paperimassojen vetyperoksidivalkaisuun

Info

Publication number: FI99153C
Application number: FI912073A
Authority: FI
Inventors: Dominique Lachenal
Original assignee: Atochem
Priority date: 1990-04-30
Filing date: 1991-04-29
Publication date: 1997-10-10
Also published as: AU640775B2; NZ237979A; FR2661430B1; US5169495A; ES2057804T3; AU7607191A; JPH04228692A; CA2041388A1; NO911490D0; PT97513A; NO177606B; PT97513B; NO177606C; FR2661430A1; FI912073L; FI912073A0; FI99153B; CA2041388C; EP0514608B1; JPH0726352B2

Description

99153

Menetelmä suursaantoisten paperimassojen vetyperoksidivalkaisuun - Ett förfarande för väteperoxidblekning av högut-bytespappersmassor 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä suursaantoisten paperimassojen valkaisemiseksi vetyperoksidilla alkalisessa ympäristössä.

10 Suursaantomassoilla tarkoitamme tässä massoja, joiden saan to painoprosentteina kuivana suhteessa lähtölignoselluloo-samateriaaliin, joka yleensä on hakkeen muodossa, kuivana laskettuna, on yli noin 85 %, usein vähintään 90 %.

15 Tällaisia massoja valmistetaan kuiduttamalla lähtömateriaa lista, tavallisimmin hakkeesta, levyjauhimella hiomalla sekä mahdollisesti kemiallista ja/tai lämpökäsittelyä käyttäen.

20 Paperiteollisuudessa ne jaetaan yleensä mekaanisiin, termo mekaanisiin ja kemitermomekaanisiin massoihin.

Niiden valkaisussa värjätään kemiallista reaktiota käyttäen puun ainesosista kromoforit ainesosia liuottamatta. Krorao-25 foriryhmät, jotka antavat massalle ruskean värin, ovat pää osin peräisin ligniinistä ja tietyistä orgaanisista yhdisteistä (tanniinit).

Värjäyksessä käytetään nykyisin kahdentyyppisiä menetelmiä: 30 . - ensimmäisessä saatetaan massa reaktioon pelkistävän ai neen kanssa, perinteisesti bisulfiitin kanssa pehmeissä olosuhteissa ja neutraalissa tai lievästi happamassa ympäristössä. Värjääntymisen aiheuttavien kemiallisten ryhmien 35 pelkistyminen saa aikaan osittaisen valkaisun, joka tie tyissä sovellutuksissa kuitenkin on riittävä, 2 99153 - toisessa menetelmässä hapetetaan värjäävät ryhmät vetyperoksidilla alkalisessa ympäristössä. Saavutettava vaaleus-aste on parempi kuin ensin mainitulla menetelmällä, ja pe-roksidimenetelmää käytetään kasvavassa määrin vastaamaan 5 papereille asetettuja nykyisiä laatuvaatimuksia.

Vetyperoksidi on kuitenkin kallis tuote, jonka stabiilisuus vähenee pH:n lisääntyessä. pH-arvot, joiden puitteissa vetyperoksidivalkaisu yleensä toteutetaan, on noin 9 - noin 10 11 ("The bleaching of pulp", TAPPI Press, SINGH ed., Atlan ta, USA, 1970, s. 227), ja teollisuuden kannalta on selvästi edullista parantaa vetyperoksidin käyttöä tällä alueella.

15 Parannuksessa täytyy lisäksi ottaa huomioon tunnettu massan muuttuminen ruskeaksi kun läsnä on natriumhydroksidin NaOH kaltaista alkalista ainetta ("alkalinen ruskettuminen"), ja jolta jo valkaistu massa suojataan happoa käyttäen, kuten kuvataan jo mainitun teoksen sivulla 229.

20 Tämän vuoksi on tuotu esiin vetyperoksidin käyttö vähintään kahdessa valkaisun eri vaiheessa.

Esimerkiksi patenttihakemuksessa WO-8402366 ehdotetaan käy-25 tettäväksi ensin ensimmäistä vaihetta, jossa emäksisyys on poikkeuksellisen voimakas kuitujen mekaanisen laadun parantamiseksi ja toista vaihetta, jonka aikana alkalisuus on normaali ensimmäisestä vaiheesta johtuvien valkaisuvirhei-den korjaamiseksi.

30 D. Lachenal (TAPPI Journal, Mars 1987, alkaen s. 119) kuvaa samoin kaksivaiheista menetelmää, mutta siinä toisessa vaiheessa käytetään normaalia ensimmäistä vaihetta huomattavasti suurempaa natriumhydroksidimäärää.

II

35 3 99153

Vielä mainittakoon patentti FR-2537177, jossa esiin tulevassa menetelmässä olosuhteet pyritään pitämään mahdollisimman yhtenäisinä koko valkaisun ajan perättäisissä erillisissä vaiheissa.

5

Kaikissa näissä menetelmissä vaiheet eroavat seuraavista siinä, että välillä tuotteet, joita edellisessä (ensimmäisessä) vaiheessa käytetään, erityisesti vetyperoksidi ja natriumhydroksidin kaltaiset alkaliset aineet, poistetaan 10 massasta, vähintään suurimmaksi osaksi, esimerkiksi 90-pro- senttisesti, tavallisesti pesemällä ja/tai puristamalla massa. Energiakustannukset ja vaadittavat investoinnit ovat niin suuret, ettei vetyperoksidia käyttäen saatu parannus saannossa ole enää niin merkittävä.

15 Tämänkin keksinnön mukaisessa menetelmässä on kaksi vaihetta, mutta niiden välillä ei tarvita minkäänlaista välivaihetta .

20 Kyseessä on suursaantomassojen valkaisu vetyperoksidilla alkalisessa ympäristössä, tunnettu siitä, että ainoa menetelmän kulkuun puuttuminen valkaisun alun ja lopun välillä on massan alkalisuuden muuttaminen lisäämällä alkalista ainetta silloin, kun vetyperoksidin lähtömäärästä on kulu-25 nut 40-75 % .

Yllä olevassa keksinnön mukaista menetelmää koskevassa kuvauksessa samoin kuin jatkossakin massalla tarkoitetaan kokonaisuutta, joka muodostuu kuivana lasketusta lignosel-30 luloosamateriaalista ja sen kanssa läsnäolevasta nesteestä.

Jatkossa, ellei toisin määritellä tai ole selvää, että tarkoitetaan muuta, materiaalimäärät on ilmoitettu painoprosentteina suhteessa kuivan massan painoon.

35 4 99153

On tullut esiin, että usein on edullista lisätä alkalista ainetta kun noin 50-60 % lähtövetyperoksidista on kulunut.

Valkaisun aikana massaan lisättävä alkalinen aine on taval-5 lisesti natriumhydroksidia, määrä yleisimmin 0,5 - 4 %, edullisesti 1-2 %.

On mahdollista lisätä muutakin alkalista ainetta kuin natriumhydr oksidi a , kunhan sen avulla saadaan aikaan sama 10 emäksisyyden muutos kuin natriumhydroksidilla, jonka se korvaa.

Valkaisun aluksi massaan käytettävän vetyperoksidin H202 määrä voi olla 1-6, edullisesti 2-4 %. Käytettävän vetype-15 roksidin kokonaismäärä, valkaisun alussa ja sen aikana kek sinnön mukaisesti lisättävä määrä, on yleisesti ottaen 1-5 %. Kuten tunnetuissa menetelmissä, valkaisussa voi olla läsnä natriumsilikaattia, esimerkiksi 2-6 %, useimmiten 3-5 %, natriumsilikaatin vesiliuosta, 40°Be, tiheys 1,38, 0,1 -20 0,5 % kompleksoivia aineita, esimerkiksi DTPA-vesiliuosta, joka sisältää 40 paino% dietyleenitriamiinipentaetikkahapon natriumsuolaa, ja valkaisu voidaan toteuttaa sakeuden ollessa esimerkiksi 5-40 %, useimmiten 10-20 %, ja lämpötilan ollessa 40-90 °C, useimmiten 50-80 "C. Massan pH pysyy 25 valkaisun aikana alueella 8,5 - 11,5, eli normaaleissa ar voissa .

Valkaisun kokonaiskesto riippuu valituista osatekijöistä.

Se voi olla esimerkiksi 4-6 tuntia kuten jäljempänä esiin 30 tulevissa esimerkeissä silloin kun tiedetään, ettei valkoi suus käytännöllisesti katsoen enää muutu.

Aika valkaisun alkamisen ja alkalilisäyksen välillä riippuu olennaisesti käytetystä vetyperoksidimäärästä ja valitusta 35 lämpötilasta. Suositeltavinta on, ettei kesto olisi pitem- 5 99153 pi kuin aika massan aiheutetusta alkalisuuden muutoksesta valkaisun loppuun.

Seuraavat esimerkit, jotka ovat suuntaa-antavia, eivät ra-5 joittavia, kuvaavat keksintöä. Muutamat niistä ovat ver tailevia.

Esimerkit 1-6

Valkaistaan jauhettua kuusipuumassaa, valkoisuusaste 10 59“ISO, vetyperoksidilla seuraavissa olosuhteissa: H202: 4 %, NaOH: 2,5 %, natriumsi1ikaatti: 3 %, DTPA: 0,25 %, sakeus: 15 %, lämpötila: 60 *C, kunnes x % vetyperoksidista on kulunut (x:n arvo vaihtelee esimerkistä toiseen), 15 massaan lisätään 1,5 % natriumhydroksidia ja valkaisu suo ritetaan loppuun asti, kokonaiskesto 6 tuntia.

Tulokset on koottu taulukkoon I.

99153 6

TAULUKKO I

5

Esimerkki n:o x (%) Valkaistu massa, vaal.aste (°ISO) 10 1* 0 80,5 vertaileva 2 37 80,7 vertaileva 15 3 49 81,3 4 56 81,6 20 5 61 82,2 6 63 81,9 25 * mainituissa lähtöolosuhteissa 6 tuntia valkaistu massa ilman 1,5 prosentin natriumhydroksidilisäystä valkaisun aikana

Esimerkki 7 (vertaileva 1 30 Esimerkissä käytetään samanlaista massaa kuin esimerkeissä 1-6 ja toteutetaan samaan tapaan kuin esimerkki 1, mutta ilman NaOH-lisäystä valkaisun aikana, 4 % NaOH 2,5 prosentin asemesta, eli NaOH-määrä on sama kuin keksinnön mukaisissa esimerkeissä 3-6 massaan valkaisun alussa ja sen ai- 35 kana lisätty NaOH yhteensä.

6 valkaisutunnin jälkeen massan vaaleusaste on 80,7'ISO, eli suurin piirtein sama kuin esimerkeissä 1 ja 2 ja siis vielä selvästi pienempi kuin mihin päästään keksinnön mu-40 kaan.

li 7 99153

Esimerkki 8 (vertaileva)

Samanlaista massaa kuin edellisissä esimerkeissä valkaistaan esimerkin 1 mukaisissa olosuhteissa kunnes 50 % vetyperoksidista on kulunut.

5

Massa puristetaan ja saatetaan taas sakeudeltaan 15-pro-senttiseksi lisäämällä vettä ja 1,5 % NaOH, ja valkaistaan kunnes valkaisun kokonaiskestoksi tulee 6 tuntia, jäämäve-typeroksidia 1,4 %.

10

Valkaistun massan valkoisuusaste on 81°ISO, eli tulos ei ole tämän keksinnön tuloksia parempi, sen sijaan kustannukset ovat suuremmat.

15 Esimerkki 9 (vertaileva)

Samanlaista massaa kuin edellisissä esimerkeissä valkaistaan esimerkin 1 mukaisesti, mutta 4 prosentin sijaan 2 % H202 ja siihen asti, että 80 % vetyperoksidista on kulunut. Massaan lisätään 1,5 % NaOH ja valkaisua jatketaan siihen 20 asti, että kokonaiskestoksi tulee 6 tuntia.

Massan valkoisuusaste on tällöin 72,2"ISO ja siinä on havaittavissa "alkalista ruskettumista". 1 2 3 4 5 6 35

Lisättävän NaOH-määrän pienentäminen ei muuta tulosta. Jos 2 esimerkiksi käytetään 0,5 % lisä-NaOH:a l,5:n asemesta, 3 valkaistun massan vaaleusaste on vain 76“ISO, arvo on pie 4 nempi kuin ilman NaOH-lisäystä 6 tunnin kuluttua saavutet 5 tava arvo 76,8"ISO.

6

Esimerkit 10-13

Kuusesta valmistettua kernitermomekaanista massaa (CTMP), jonka vaaleusaste on 61,2"ISO, valkaistaan seuraavissa olosuhteissa : 99153 8 H202: 4 %, NaOH: 2,5 %, natriumsilikaatti: 3 %, DTPA: 0,25 %, sakeus: 15 %, lämpötila: 60 °C, kunnes 52,5 % vetyperoksidista on kulunut.

5 Massaan lisätään y % NaOH (arvo vaihtelee esimerkistä toi seen) ja valkaisu suoritetaan loppuun asti, kokonaiskesto 6 tuntia.

Tulokset on koottu taulukkoon II.

10 TAULUKKO II 15

Esimerkki n:o y (%) Valkaistu massa, vaal.aste (°ISO) 20 10 0 80,9 vertaileva 25 11 1 81,2 12 1,5 81,7 13 2,5 79,0 30

Esimerkissä 13 massan "alkalinen ruskettuminen" on jo huomattavaa .

35 Annetuista esimerkeistä samoin kuin eri osatekijoitten vaihtelualueista, erityisesti mitä tulee lisättäviin alka-lisen aineen määriin ja kokonaismääriin, alan asiantuntija voi päätellä keksinnön edullisuuden. 1 li

Mainittakoon vielä, että keksinnön mukaisesti valkaisun aikana toteutettu alkalisen aineen lisäys nostaa massan pH-arvoa vähintään yhdellä yksiköllä.

Claims

99153

1. Menetelmä suursaantomassojen valkaisuun vetyperoksidilla alkalisessa ympäristössä, tunnettu siitä, että ainoa menetelmän kulkuun puuttuminen valkaisun alun ja lo- 5 pun välillä on massan alkalisuuden muuttaminen lisäämällä alkalista ainetta silloin, kun kuluneen vetyperoksidin määrä on 40-75 % vetyperoksidin lähtömäärästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- 10. u siitä, että massan alkalisuuden muuttaminen valkaisun aikana toteutetaan silloin, kun käytetyn vetyperoksidin määrä on 50-60 % vetyperoksidin lähtömäärästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n - 15. e t t u siitä, että massan alkalisuuden muutos valkaisun aikana toteutetaan natriumhydroksidilisäyksellä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että natriumhydroksidilisäyksen määrä on 0,5 - 20. paino% suhteessa massan kuivapainoon.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että natriumhydroksidilisäyksen määrä on 1-2 %.

6. Jonkin patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valkaisun toteuttamiseen käytettävän natriumhydroksidin kokonaismäärä on 1-5 paino% suhteessa massan kuivapainoon. 1

7. Jonkin patenttivaatimusten 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytettävän vetyperoksidin kokonaismäärä on 1-6 paino% suhteessa massan kuivapainoon. 99153