NO145250B - Fremgangsmaate for aa frilegge cellulosefibre i et vannholdig lignocellulosemateriale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for uten kjemisk oppslutning eller mekanisk påvirkning å frilegge cellulosefibre i et vannholdig cellulosemateriale. Frilegning av cellulosefibre i lignocellulosematerialer utføres normalt enten ved kjemisk oppslutning eller ved mekanisk bearbeiding eller en kombinasjon åv disse metoder. Formålet med kjemisk oppslutning av lignocellulosematerialer er å fjerne bindemidlet lignin slik at cellulosefibrene frilegges. For at dette skal finne sted må høye trykk og høye - temperaturer anvendes. Oppslutningskjemikaliene reagerer imidlertid også med cellulosen i lignocellulosematerialet, og dette med-fører en forringelse av fibrenes styrke. Videre finner en ut-løsning av en stor del av vekstmaterialet sted som fører til lavt utbytte. De utløste substanser kan i likhet med resten av opp-slutningsk jemikaliene dessuten negativt påvirke miljøet. Til tross for disse ulemper er kjemisk oppslutning den hittil beste metode som er tilgjengelig for å erholde sterke fibre.

Frilegning av fibrene ved mekanisk bearbeiding foretas f.eks. ved bearbeiding av lignocellulosematerialet i form av ved i slipeanordninger, formaling av oppdelt cellulosemateriale i skivemøller, defibratorer eller lignende apparater og raffinering av defibrert materiale i raffinører. Ved denne behandling finner ingen utløsing av cellulose eller lignin sted, og dette medfører at prosessen gir et høyt utbytte og liten påvirkning av miljøet.

Det er imidlertid en ulempe at det under behandlingen fås en uønsket forkortning av fibrene, og dette gjør at den erholdte masse får dårlige styrkeegenskaper. Dessuten kreves store elektriske energimengder for frilegningen hvorav bare en liten del utnyttes for den egentlige frilegning av cellulosefibrene.

Ved kombinasjoner av kjemisk oppslutning og mekanisk bearbeiding fås et øket utbytte av cellulosemateriale sammenlignet med bare kjemisk oppslutning, og en høyere styrke for massen sammenlignet med ved ren mekanisk bearbeiding. Dessverre beholdes også

de ulemper som de to prosesser er beheftet med.

Det er også kjent fremgangsmåter hvor lignocellulosematerialer i oppdelt form utsettes for høye temperaturer (ca. 180-290°C) og et høyt trykk (ca. 8 MPa) i opp til 2 minutter, hvor-etter trykket hurtig oppheves. Derved ekspanderer vann som er innesluttet i lignocellulosematerialet, hurtig med fordampning og sprengning av materialet (den såkalte masonittprosess). De på denne måte frigjorte fibre blir imidlertid på grunn av de høye temperaturer dekket av myknet lignin slik at bindingsevnen mellom fibrene blir så lav at materialet bare blir egnet for fremstilling av bygningsplater etc. Dessuten oppstår en kraftig misfarvning av det frilagte fibermateriale på grunn av den forholdsvis lange be-handlingstid ved høy temperatur og høyt trykk, og det frilagte fibermateriale blir derved uegnet for fremstilling av masser med gode blekeegenskaper.

Mikrobølgeenergi i form av radiobølger er tidligere blitt anvendt innen den trebearbeidende industri for forskjellige formål. Fra US patentskrift nr. 3092536 er en fremgangsmåte kjent hvor ved eksempelvis i form av flis behandles med radiobølger slik at i det minste en del av vannet i veden fordampes og driver med seg luft ut av veden. Som neste trinn neddykkes flisen i den væske som flisen skal impregneres med (vanligvis kokevæske), og dette fører til kondensasjon av vanndampen i flisbitene med derav følgende inn-suging av impregneringsvæsken i flisbitene. Denne måte å impregnere vedflisen på er således et alternativ til den vanlige impregnerings-metode, dvs. ved hjelp av forhøyet temperatur og høyt trykk.

Fra US patentskrift nr. 3535795 er ytterligere en fremgangsmåte kjent hvor tre behandles med radiobølger. Behandlingen skjer på en slik måte at treets fuktighetsihnhold senkes til et lavere nivå. Denne fremgangsmåte er således et eksempel på en tørkemetode for ved.

Imidlertid utnyttes mikrobølgeenergien ikke ved noen av disse fremgangsmåter slik at en fiberfrilegging av vieden finner sted.

Det tas ved o<p>pfinnelsen sikte på å unngå de ovennevnte ulemper og å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for frilegging av fibre fra lignocellulosematerialer under erholdelse av en sterkere masse ved lavere tilførsel av energi enn tidligere mulig.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for å frilegge cellulosefibre i et vannholdig lignocellulosemateriale, og fremgangsmåten er særpreget ved at lignocellulosematerialet i oppdelt form, fortrinnsvis som flis, med et vanninnhold på 10-99%, fortrinnsvis 25-95%, helst 50-90%, beregnet på summen av vannets og lignocellulosematerialets vekt, behandles med elektromagnetiske bølger med en frekvens på 10-300 000, fortrinnsvis 200-50 000, helst 800-15 000 megahertz, i korte pulser som varer i mindre enn 0,1 sekund slik at vann som er tilstede i lignocellulosematerialet, fordampes så hurtig at en sprengvirkning oppstår som frilegger fibrene.

Kvantitativt skal derved ikke over 40%, fortrinnsvis ikke over.20%, av fibrene forkortes under behandlingen.

Den foreliggende fremgangsmåte gir et høyere utbytte enn ved kjemisk oppslutning, og det fås en masse med bedre styrke enn ved mekanisk frilegning av fibre. Metoden for tilførsel av energi gir en så høy virkningsgrad at energitilførselen ved den foreliggende fremgangsmåte blir lavere enn ved mekaniske prosesser, og dette gir derfor lavere energiomkostninger enn tidligere mulig.

Behandlingen ved fremgangsmåten ifølge op<p>finnelsen kan ut-føres under normalt trykk, overtrykk eller vakuum. I de fleste tilfeller anvendes normalt trykk, men i visse tilfeller kan det være gunstig å anvende undertrykk for å øke vanndampens sprengvirkning.

Det ifølge oppfinnelsen anvendte lignocellulosemateriale kan foreligge i oppdelt form, f.eks. som flis, men også ved hvis fibre er blitt delvis frilagt i en defibrator, eller kjemisk eller fysikalsk forbehandlet ved eller lignende materialer med det fore-

skrevne vanninnhold kan behandles.

Selv om en fullstendig teori for å forklare den iakttatte virkning ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ennu ikke kan fremsettes, er det trolig at den elektromagnetiske bølgestrål-ing hurtig absorberes av det i flisen forekommende vann som derved fordampes. Fordampningen foregår så hurtig at vanndampen ikke rekker å diffundere ut av plantematerialet, men ekspanderer i dette og derved sprenger fibrene fra hverandre. Da det materiale som holder fibrene sammen i plantematerialet, har et mykningspunkt på 120-200°C, vil det smelte ved den hurtige temperaturøkning. Derved vil plantematerialet sprekke istykker mellom fibrene og ikke inne i disse, hvilket ville ha ødelagt fibrene.

Den foreliggende fremgangsmåte kan kombineres med en for-varming av lignocellulosematerialet som utføres før behandlingen med de elektromagnetiske bølger, for å minske behovet av energi tilført ved hjelp av de elektromagnetiske bølger. Det er også mulig før behandlingen med de elektromagnetiske bølger å for-behandle lignocellulosematerialet med kjemikalier som reagerer med eller løser ut en del av ligninet.

Den foreliggende fremgangsmåte vil bli nærmere beskrevet

i det nedenstående utførelseseksempel.

Eksempel 1

Flismasse fra granved ble fremstilt ved hjelp av tre forskjellige metoder, dvs.

1. Kjemisk oppslutning ved sulfatmetoden.

2. Termomekanisk fremstilling, hvor 10 kg flis pr. minutt med et fuktighetsinnhold på 60%, beregnet på den samlede vekt, ble behandlet med vanndamp i 4 minutter ved en temperatur på 100°C og ble malt under et trykk på 0,32 MPa i en skive-mølle hvortil en effekt av 475 kW ble tilført. 3. 10 satser hver på 5 g granflis ble behandlet ved fremgangsmåten ifølge op<p>finnelsen ved at de ble plassert i en bølgeleder som var koblet til en generator for elektromagnetiske bølger som ga en effekt på 5 MW ved en frekvens på 2450 megahertz. Hver prøve ble bestrålt i 0,001 s. De anvendte prøver hadde ved begynnelsen av be-strålingen en temperatur på 100°C. Fuktighetsinnholdet i den tilførte flis var 70%, beregnet'på flisens samlede vekt.

Av de tre forskjellige masser ble laboratorieark fremstilt som ble undersøkt for å fastslå papiregenskapene.

Resultatene viser at massen fremstilt ifølge oppfinnelsen hadde gode styrkeegenskaper og at den ble erholdt i et meget godt utbytte. Energibehovet for fremstilling av massen var dessuten betraktelig lavere enn ved mekanisk frilegning.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å frilegge cellulosefibre i et vannholdig lignocellulosemateriale, karakterisert ved at lignocellulosematerialet i oppdelt form, fortrinnsvis som flis, med et vanninnhold på 10-99%, fortrinnsvis 25-95%, helst 50-90%, beregnet på summen av vannets og lignocellulosematerialets vekt, behandles med elektromagnetiske bølger med en frekvens på 10-300 000, fortrinnsvis 200-50 000, helst 800-15 000 megahertz, i korte pulser som varer i mindre enn 0,1 sekund slik at vann som er tilstede i lignocellulosematerialet, fordampes så hurtig at en sprengvirkning oppstår som frilegger fibrene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at lignocellulosematerialet forvarmes før behandlingen med elektromagnetiske bølger.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved at lignocellulosematerialet forbehandles med et kjemikalium som modifiserer eller løsner ut en del av ligninet før behandlingen med elektromagnetiske bølger.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at et vakuum anvendes under behandlingen med elektromagnetiske bølger for å øke vanndampens sprengvirkning.