NO145141B - Fremgangsmaate til aa oeke styrken av fibroes lignocellulosg emasse fremstilt i det minste delvis ved mekanisk behandlin - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til ved kjemisk \ behandling å øke styrken av fibrøs lignocellulosemasse fremstilt i det minste delvis ved mekanisk behandling.

Lignocellulosemasse som er fremstilt ved mekaniske midler,

for eksempel sliping, er billigere å fremstille enn lignocellulosemasse fremstilt på kjemisk vei, for eksempel ved sulfatprosesser. En mekanisk prosess gir også et høyere utbytte av masse enn en kjemisk prosess. På grunn av disse fordeler er det ønskelig å bruke mekanisk masse ved papirfremstilling så langt dette er mulig. Bruken av mekanisk masse begrenses imidlertid av den lave papirstyrke disse masser gir.

Det ble nå funnet at styrken av mekanisk lignocellulosemasse kan økes ved at massen behandles med et klorholdig reagens, vaskes med vann, behandles med alkalihydroksyd i blanding med hydrogenperoksyd og vaskes med vann. Behandlingen gir en mar-kert forbedring i massens fysikalske egenskaper som vist ved målinger vedrørende sprengfaktoren, rivfaktoren (for løvtre), false- eller bretningstallet og avslitningslengden (slitlengden).

Hovedsiktemålet med oppfinnelsen er således å forbedre styrken av lignocellulose-fibermateriale fremstilt ved mekaniske metoder, men det er også av betydning at det oppnås god lyshet hos det behandlede materiale.

Ved behandling av lignocellulosemasse er det kjent å anvende klorholdige materialer, så som klorgass, klordioksyd, hypokloritt og lignende. Likeledes er det velkjent å benytte alkalier.

En rekke forskjellige kombinasjoner finnes beskrevet i litte-raturen.

Fra U.S.patent nr. 3 829 357 er det kjent en fremgangsmåte til fremstilling av papirmasse, hvor man først og fremst tar sikte på

å fjerne lignin selektivt, og hvor klordioksyd anvendes i relativt høye konsentrasjoner, og hvor bl.a. en alkalisk behandling inngår i prosessen. Peroksyd anvendes imidlertid ikke. - Fra U.S.

patent nr. 3 020 197 er det kjent en typisk fem-trinns blekesekvens som tar sikte på fjerning av restlignin fra kjemisk masse, så

som kraftmasser. Den er ikke beregnet for, og ville ikke være anvendbar på, mekanisk eller kjemisk-mekanisk masse, da dennes største fordel, det vil si høyt utbytte, ville gå tapt ved at det meste av ligninet og en betydelig del av hemicellulosen ville bli fjernet} samtidig ville prosessen resultere i at den største ulempen, lav styrke, ville bli bibeholdt på grunn av fiberskade

som følge av mekanisk separasjon av fibre som fremdeles er stive. - Fra britisk patent nr. 1 301 031 er det kjent å behandle ligninholdig, vegetabilsk fibermateriale med klordioksyd, vaske med vann, underkaste det vaskede materiale en ekstrak-sjonsbehandling med alakli, vaske med vann og igjen behandle med klordioksyd. I denne sekvens inngår imidlertid ikke peroksyd-behandling. - U.S. patent nr. 3 023 140 beskriver en fremgangsmåte til blekning av mekanisk masse samtidig med dennes fremstilling fra treflis i en raffinør. Det er åpenbart ikke formål og hensikt ifølge patentet å øke massens styrke. I spalte 3, linjer 13-17 i patentskriftet er det angitt noe som synes å innebære den lære at samvirkning mellom natriumhydroksydet og hydrogenperoksydet øker styrken av fibrene. Det som egentlig angis er at natriumhydroksyd reagerer med hydrogenperoksyd med den følge at blekningsreaksjonen fremskyndes (ikke med den følge at det oppnås en styrke-forbedring), og at natriumhydroksydet -

i tillegg til å delta i denne reaksjon - samtidig øker masse-fibrenes styrke. Det oppnås ingen styrkeproduserende samvirkning mellom natriumhydroksyd og hydrogenperoksyd. Faktisk er peroksyd nødvendig i det alkaliske trinn for å hindre drastisk reduksjon i lyshet og blekningsevne, som ville gjøre produktet ubrukbart for mange formål.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til å øke styrken av fibrøs lignocellulosemasse fremstilt i det minste delvis ved mekanisk behandling karakterisert ved de følgende trinn: 1) lignocellulosemassen behandles med et klorholdig reagens,

2) den behandlede masse vaskes med vann,

3) den vaskede masse behandles med alkali-hydroksyd i blanding med hydrogenperoksyd, og

4) den hydroksyd-peroksyd-behandlede masse vaskes.

- Det vil være klart for fagfolk på området at hydrogenperoksydet i ovennevnte trinn 3) helt eller delvis kan erstattes med alkali-metallperoksyd.

Det ligno0cellulosematerial<e> for hvilket den foreliggende fremgangsmåte er egnet, innbefatter masse fremstilt ved mekanisk desintegrering av tre i nærvær av vann, termomekanisk masse, kjemisk-mekanisk masse og halvkjemisk masse. Desintegreringen kan utføres ved stenmaling eller ved raffinører så som Bauers dobbeltskiveraffinør.

De foretrukne klorholdige reagenser er klor og klordioksyd. Imidlertid kan også alkaliklorater, -kloritter eller

-hypokloritter anvendes. Alkalikloratene og -klorittene kan anvendes i surt medium ved tilsetning av en syre så som saltsyre. En blanding av alkaliklorat, saltsyre og en katalytisk mengde

av vanadiumpentaoksyd kan anvendes. Også en blanding av alkali-kloritt og klor er blitt funnet effektiv.

I det første trinn av en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten blir en vandig masse ved en konsistens på 2,0-35,0 vekt%, fortrinnsvis 3,0-6,0 vekt%, behandlet med 0,5-8,0 vekt%, fortrinnsvis 0,5-4,0 vekt%, klordioksyd ved 25-90°C, fortrinnsvis 40-70°C, i 0,5-5 timer, fortrinnsvis 1-2 timer.

Den behandlede masse blir så vasket med vann.

I det tredje trinn av en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten blir en vandig masse ved en konsistens på

6,0-35,0 vekt%, fortrinnsvis 12,0-18,0 vekt%, behandlet med 2-16 vekt%, fortrinnsvis 4-8 vekt%, alkalihydroksyd og 0,2-4,0 vekt%, fortrinnsvis 0,5-2,0 vekt%, hydrogenperoksyd og eventuelt opp til 5,0 vekt% alkalisilikat og/eller opp til 1 vekt% av et magnesiumsalt ved 20-80°C, fortrinnsvis 20-40°C,

i 1-72 timer, fortrinnsvis 2-4 timer. Massen vaskes deretter med vann.

I det første trinn kan det anvendte reagens være klor, og massen behandles da fortrinnsvis ved en konsistens på 2,0-12,0 vekt% med 1,0-8,0% klor ved 10-60°C i 5-120 minutter.

Det foretrukne alkalihydroksydreagens i det tredje trinn

er natriumhydroksyd.

Fremgansgmåten ifølge oppfinnelsen gir en mekanisk masse med forbedret styrke ved papirfremstilling.

Oppfinnelsen illustreres ytterligere ved de følgende eksempler. De angitte fysikalske egenskaper ble målt som angitt nedenfor

EKSEMPEL 1

30 g (ovnstørr basis) av en hårdved-slipemasse bestående hovedsakelig av bomullstre ble plassert i en glassbeholder forsynt med lokk og røreverk. vann ble tilsatt til en konsistens på 3,3 vekt%, og røreren ble startet. En vandig løsning av klordioksyd ble deretter tilført under oppslemningens overflate i en mengde tilsvarende 1% klordioksyd beregnet på tremassens tørrvekt og en sluttkonsistens på 3,0 vekt%. Etter behandling i 60 minutter ved 40°C ble tremasseoppslemningen filtrert for fjerning av det meste av væsken, og materialet på filteret ble oppslemmet i 3 liter vann og igjen filtrert. Den partielt behandlede tremasse ble overført til en plastsekk, og en vandig løsning av natriumhydroksyd og hydrogenperoksyd og magnesiumsulfat ble tilsatt i mengder som gav et innhold av de tre kjemikalier på henholdsvis 0,8 vekt%, 1,0 vekt% og 0,05 vekt%, og sluttkonsistensen var 9 vekt%. Reaksjonen ble fortsatt ved 40°C i 3 timer, hvoretter oppslemningen ble filtrert og tremassen vasket to ganger med vann.

Den resulterende tremasse ble undersøkt med hensyn til utbytte, lyshet og mekaniske egenskaper, og disse resultater ble sammenlignet med dem man fant for en ubehandlet tremasse, som angitt i Tabell I nedenfor.

EKSEMPEL 2

40 g (ovnstørr basis) av en mykved-masse bestående hovedsakelig av gran og balsam ble behandlet på lignende måte som beskrevet i eksempel 1 med unntagelse av at klordioksyd-trinnet ble utført i 1 time ved 40°C, og tilført klordioksyd, natriumhydroksyd og hydrogenperoksyd var henholdsvis 2,0 vekt%, 4,0

vekt% og 1,0 vekt%. Dette forsøk ble utført seks ganger og gjen-nomsnittsresultatene utregnet. Disse resultater er i nedenstående Tabell I sammenlignet med de tilsvarende data for den ubehandlede tremasse.

EKSEMPEL 3

Fremgangsmåten i eksempel 2 ble gjentatt, med unntagelse" av at tilført klordioksyd, natriumhydroksyd og hydrogenperoksyd ble doblet til henholdsvis 4,0 vekt%, 8,0 vekt% og 2,0 vekt%. Resultatene er angitt i tabell I.

EKSEMPEL 4

30 g (ovnstørr basis) av en hårdved-masse bestående hovedsakelig av bomullstre ble plassert i en glassbeholder forsynt med lokk og røreverk. Vann ble tilsatt til konsistensen var 5,0 vekt% og røreren ble startet. En vandig løsning av klor ble så innført under oppslemningens overflate, idet mengden var tilstrek-kelig til å gi et klorinnhold tilsvarende 8,0% beregnet på tremassens tørrvekt og en sluttkonsistens på 3,0 vekt%. Etter behandling i 30 minutter ved 25°C ble tremassesuspensjonen filtrert for fjerning av det meste av vesken, og tremassen ble suspendert i tre liter vann og suspensjonen filtrert. Den partielt behandlede tremasse ble så overført til en plastsekk, og en vandig løs-ning av natriumhydroksyd og hydrogenperoksyd og magnesiumsulfat ble tilsatt i mengder som gav et innhold av de tre kjemikalier på henholdsvis 8,0 vekt%, 0,5 vekt% og 0,05 vekt%, og sluttkonsistensen var 12,0 vekt%. Reaksjonen ble fortsatt ved 40°c i tre timer, hvoretter massen ble filtrert og vasket to ganger med vann.

Den resulterende tremasse, ble undersøkt med hensyn til utbytte, lyshet og mekaniske egenskaper, og resultatene sammenlignet med resultatene for den ubehandlede tremasse, som angitt i tabell i.

EKSEMPEL 5

40 g (ovnstørr basis) av mykved-slipemassen i eksempel 2 ble plassert i en glassbeholder forsynt med lokk og røreverk. Vann ble tilsatt til en konsistens på ca. 4 vekt% og røringen startet. En vandig løsning av klor ble så tilført under oppslemningens overflate i tilstrekkelige mengder til å gi et klorinnhold tilsvarende 2% av tørrvekten av tremassen og en sluttkonsistens på 3,0 vekt%. Etter behandling i 30 minutter ved 25°C ble tremassesuspensjonen filtrert for fjerning av det meste av væsken, resuspendert i 3 liter vann og igjen filtrert. Den partielt behandlede tremasse ble så overført til en plastsekk, og en vandig løsning av natriumhydroksyd, hydrogenperoksyd og 41° Be natriumsilikat og magnesiumsulfat ble tilsatt slik at innholdet av de fire kjemikalier var henholdsvis 4%, 1%, 5% og 0,05% på vektbasis, mens sluttkonsistensen var 12,0 vekt%. Reaksjonen ble fortsatt ved 40°C i 3 timer, hvoretter tremassen ble filtrert og vasket to ganger med vann.

Den resulterende tremasse ble undersøkt med hensyn til utbytte, lyshet og mekaniske egenskaper. Resultatene er angitt i tabell II.

EKSEMPEL 6

Fremgangsmåten i eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse av at innholdet av klordioksyd, natriumhydroksyd og hydrogenperoksyd var henholdsvis 2,0%, 4,8% og 2,0%. Tremassens egenskaper er angitt i tabell II. Lysheten var 2 poeng høyere enn det som kunne oppnås ved blekning av den samme tremasse på kjent måte med 2,0% hydrogenperoksyd, 1,9% natriumhydroksyd, 5% 41° B.é natriumsilikat og 0,05% magnesiumsulfat.

EKSEMPEL 7

40 g (ovnstørr basis) av mykved-slipemassen fra eksempel 2 ble plassert i en glassbeholder. vann ble tilsatt til en konsistens på ca. 10%, og massen ble brutt opp ved omrøring. En vandig løsning av klordioksyd ble så tilsatt under oppslemningens overflate i slike mengder at innholdet av klordioksyd tilsvarte 4 vekt% av tremassen, mens konsistensen var 6,0 vekt%. Suspensjonen ble blandet ved kraftig rystning, og reaksjonen fikk fort-sette i 3 timer ved romtemperatur, hvoretter tremassen ble filtrert, resuspendert i 3 liter vann og igjen filtrert. Den partielt behandlede tremasse ble så overført til en plastsekk, og en vandig løsning av natriumhydroksyd ble tilsatt slik at innholdet av natriumhydroksyd tilsvarte 8 vekt% av tremassen, mens sluttkonsistensen var 12,0 vekt%. Reaksjonen ble fortsatt ved 80°C i 3 timer, hvoretter tremassen ble filtrert og vasket to ganger med vann. Dens egenskaper er angitt i tabell II.

EKSEMPEL 8

Fremgangsmåten i eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse av at hydrogenperoksyd og magnesiumsulfat ble sløyfet i det alkaliske trinn. Den resulterende tremassens egenskaper er angitt i tabell II.

EKSEMPEL 9

Fremgangsmåten i eksempel 5 ble gjentatt med unntagelse av at det ble anvendt 8% klor i det første trinn, og både hydrogenperoksyd, natriumsilikat og magnesiumsulfat ble sløyfet i det alkaliske trinn, som ble utført ved 60°C i to timer. Resultatene er angitt i tabell II.

EKSEMPEL 10

150 g kjemisk-mekanisk tremasse fremstilt i laboratoriet etter bisulfittmetoden med et utbytte på 88% ut fra mykvedflis som hovedsakelig besto av gran og balsam, ble behandlet som beskrevet i eksempel 2. Underprøver av den resulterende tremasse ble malt til forskjellige finheter i en PFI-laboratoremølle og deres egenskaper bestemt som funksjon av malegraden. I tabell III er de resulterende data sammenstillet og sammenlignet med tilsvarende data for den ubehandlede tremasse.

EKSEMPEL 11

150 g kjemisk-mekanisk tremasse fremstilt ved bisulfittmetoden med et utbytte på 82% ut fra hårdvedflis som hovedsakelig bestod av osp, ble behandlet som beskrevet i eksempel 10, med resultater som angitt i tabell III.

EKSEMPEL 12

1°50 g tremasse fremstilt i laboratoriet ved kold-soda-prosessen ut fra mykved-flis som hovedsakelig var gran og balsam, ble behandlet som beskrevet i eksempel 10. Den behandlede tremassens rivfaktor økte med økende malegrad, mens det motsatte var tilfelle for den ubehandlede tremasse. Ved en rivfaktor på 53 var den behandlede tremassens avslitningslengde 3,1 km, mens den ubehandlede tremassens avslitningslengde var 1,9 km.

EKSEMPEL 13

150 g kjemisk-mekanisk tremasse fremstilt i laboratoriet

med et utbytte på 85% ved nøytral-sulfitt-metoden ut fra flis som hovedsakelig besto av osp, ble behandlet som beskrevet i eksempel 10. Noen av den behandlede tremassens egenskaper er i tabell III sammenlignet med den ubehandlede tremassens egenskaper.

EKSEMPEL 14

150 g halvkjemisk tremasse fremstilt i laboratoriet med et utbytte på 79% ved alkali-sulfitt-metoden ut fra mykvedflis som hovedsakelig besto av, gran og balsam, ble behandlet som beskrevet i eksempel 10. Den behandlede og ubehandlede tremasses

egenskaper er sammenstillet i tabell III.

EKSEMPEL 15

150 g kommersielt fremstilt termomekanisk tremasse av grov mykved ble behandlet som beskrevet i eksempel 10. Den behandlede og den ubehandlede tremassens egenskaper er sammenstillet i tabell III.

EKSEMPEL 16

50 g kommersiell, siktet, termomekanisk tremasse ble behandlet som beskrevet i eksempel 1 med unntagelse av at klordioksyd -trinnet ble utført i 1 time ved 40°C, og at innholdet av klordioksyd, natriumhydroksyd og hydrogenperoksyd var henholdsvis 2,0%, 8,0% og 2,0% på vektbasis. ' Etter at det alkaliske trinn var utført, ble tremassen fortynnet til en konsistens på 2%, og pH ble justert til 5,0 ved tilsetning av en vandig løsning av svoveldioksyd. Deretter ble den filtrert og vasket med vann. Den resulterende tremasse er i tabell IV sammenlignet med den ubehandlede tremasse, med hensyn til visse egenskaper.

EKSEMPEL 17

50 g av en kommersiell mykved-slipemasse fra raffinator ble behandlet i henhold til fremgangsmåten i eksempel 2. Forsø-ket ble så gjentatt 3 ganger, idet man hver gang erstattet natriumhydroksydet i det alkaliske trinn med en ekvivalent mengde av en alternativ base. De anvendte mengder og baser var 3,5% NH^OH, 6,2% Na4C03.H20 og 3,7% Ca(0H)2. De fire resulterende tremasser, er i tabell V sammenlignet med den opprinnelige raffinator-slipemasse.

EKSEMPEL 18

50 g av en kommersiell mykved-slipemasse fra raffinator ble behandlet i henhold til fremgangsmåten i eksempel 2 med unntagelse av at det ble anvendt 4% klordioksyd i det første trinn og 8% natriumhydroksyd i det annet trinn. Forsøket ble så gjentatt fire ganger, idet man hver gang erstattet klordioksydet i det første trinn med en ekvivalent mengde av et alternativt oksyda-sjonsmiddel. Mengdene og oksydasjonsmidlene som ble anvendt, var som følger: (a) 6,7% NaCl02 med 3,2% HCl, (b) 5,4% NaCl02 med 2,1% Cl2, (c) 6,4% NaCl03 med 4% HCl og 0,032% V205 og (d) 10% NaOCl. De fem resulterende tremasser er i tabell VI sammenlignet med den opprinnelige raffinator-slipemasse.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til å øke styrken av fibrøs lignocellulosemasse fremstilt i det minste delvis ved mekanisk behandling, karakterisert ved de følgende trinn: 1) lignocellulosemassen behandles med et klorholdig reagens, 2) den behandlede masse vaskes med vann, 3) den vaskede masse behandles med alkali-hydroksyd i blanding med hydrogenperoksyd, og 4) den hydroksyd-peroksyd-behandlede masse vaskes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den fibrøse lignocellulosemasse er slipemasse, termomekanisk tremasse, kjemisk-mekanisk tremasse eller halvkjemisk tremasse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første trinn i prosessen omfatter behandling av vandig lignocellulosemasse ved en konsistens på 2,0-35,0 vekt% med 0,5-8,0 vekt% klordioksyd ved 25-90°C i 0,5-5 timer.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første trinn i prosessen omfatter behandling av vandig lignocellulosemasse ved en konsistens på 2,0-12,0 vekt% med 1,0-8,0 vekt% klor ved 10-60°C i 5-120 minutter.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det tredje trinn i prosessen omfatter behandling av den vaskede lignocellulosemasse i vandig medium ved en konsistens på 6,0-35,0 vekt% med 2,0-16,0 vekt% alkali-hydroksyd og 0,2-4,0 vekt% hydrogenperoksyd ved 20-80°C i 1-72 timer.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det anvendes som ytterligere reagens opp til 5 vekt% av et alkalisilikat.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det anvendes som ytterligere reagens opp til 1 vekt% av et magnesiumsalt.