NO151596B - Fremgangsmaate for fremstilling av raffinoermasse fra trefils ved hjelp av en mekanisk-kjemisk-termisk behandling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av mekanisk raffinørmasse ved en kombinert mekanisk-kjemisk-termisk behandling, hvor trevirket først fragmenteres til fliser, flisene impregneres med en alkalimetallsulfitt-løsning som har pH i området fra 7 til 12,5, underkastes oppvarming og til slutt defibreres i en skiveraffinør, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at

impregneringen av flisene foregår ved at de i en kort tid og uten anvendelse av trykk sprøytes med eller dyppes ned i sulfittsalt-løsningen slik at det opptas en mengde sulfittsalt på 1 til 10 % av ovnstørr vekt av flisene, og eventuelt overskudd av sulfittløsning får renne av,

at flisene oppvarmes ved direkte tilførsel av damp, til en temperatur i området 80 - 165°C, og holdes innenfor dette område i en periode fra 0,5 til 80 minutter, og at

flisene til slutt defibreres i en skiveraffinør til den ønskede raffinørmasse, idet flisene ikke neddykkes i væske etter den nevnte avrenning og før passeringen gjennom skiveraffinøren.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkra-vene.

Foreliggende oppfinnelse gjelder fremgangsmåte for fremstilling av mekaniske masser (slipmasser) ved bruk av skiveraffi-nører. I denne velkjente prosess mates trefliser mellom overflaten av motstående, nærliggende i forhold til hverandre, roterende skiver. Ved hjelp av en kompleks virkning av støt, avsliping og skjæring deles flisene opp i adskilte fibre og fragmenter slik at det dannes en masse med kommersielle brukbare egenskaper. Slik masse laget av myktreflis finner økende bruk ved fremstilling av avispapir. I tillegg til treflis kan også treavfall som f.eks. sagflis eller høyelspon anvendes for fremstilling av lignende masse, men med lavere kvalitet.

Masse som er laget på riktig måte fra myktreflis ved hjelp av raffinerer har bedre egenskaper enn masse som lages av samme tresorter ved hjelp av den gamle metoden hvor stammene slipes mot en roterende slipesten. Denne overlegenhet av mekanisk raffinørmasse gjør det mulig å fremstille avispapir med minsket andel av den sterkere og meget dyrere kjemiske masse som brukes for å øke både våt- og tørr-styrken hos masseblan-dingen, slik at den vil kunne kjøres med akseptabelt lavt antall papirbanebrudd både i papirmaskinen hvor det lages og i trykkpressen der det brukes. Avispapir har tidligere vært laget av mekanisk raffinørmasse uten tilsetning av kjemisk masse. I de senere: år har imidlertid papirmaskinhastigheten øket og kvaliteten på avispapiret steget, slik at avispapir laget av 100 % mekanisk raffinørmasse ikke lenger er ansett kommersielt konkurransedyktig.

Det er derfor et hovedformål med oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte ifølge hvilken det kan fremstilles mekanisk raffinørmasse med våt- og tørr-styrkeegenskaper som er forbedret slik at det kan lages konkurransedyktig avispapir av den uten tilsetning av kjemisk masse, med omtrent samme høye utbytte som oppnås ifølge den konvensjonelle, mekaniske raffinørmassefremgangsmåten. Det er også et formål med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen å forbedre kvaliteten i vesentlig grad hos masse som kan lages av sagflis og høvelspon og derved tillate mer utstrakt bruk av disse mindre kostbare og i stor grad ubrukte råmaterialer. Oppfinnelsen muliggjør å fremstille en lysere masse uten bruk av blekemidler enn det kan gjøres fra et gitt tremateriale ved den konvensjonelle, mekaniske raffinørmasseprosessen. Andre viktige fordeler når det gjelder produktkvalitet oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sammenlignet med konvensjonell, mekanisk raffinørmassefremgangsmåte. Masse fra fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har ved en gitt raffineringsgrad (frihet) et meget lavere innhold av rester og splinter og har lavere bulk (spes. volum). Den relativt høye bulkfaktor hos mekanisk raffinørmasse er et uheldig forhold, idet avispapirruller laget i hovedsak av slik masse ved en gitt diameter inneholder en mindre papirlengde. Det er et viktig trekk ved oppfinnelsen at de nevnte formål kan oppnås ved relativt enkle og billige modifikasjoner av konvensjonelle, mekaniske raffinørmassesystemer.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor en fremgangsmåte for fremstilling av en forbedret mekanisk raffinørmasse fra trepartikler.

Sulfittsaltet anvendes som et alkalimetallsalt, mest foretrukket natriumsulfitt. Treflisen er fortrinnsvis splittet opp hovedsakelig i partikler med dimensjoner i tverrfiberretningen på ikke over 4 mm.

Oppvarmingstiden ved dampoppvarmingen kan fordelaktig være 10 til 80 min., eller i visse tilfeller 15 til 80 min.

I en foretrukket utførelsesform av dette aspekt er det forhøyede temperaturområde 85 til 100°C, og oppholdstiden ved denne temperatur ca. 30 min. Det kan være ønskelig å gjennomføre denne utførelsesform slik at både koke- og raffineringstrinnene utføres ved atmosfærisk trykk. Sulfittsaltet tilsettes fortrinnsvis i en mengde i området 2 til 10 % (eller mer foretrukket 2 til 8 %) av ovnstørr vekt av flisen. Mest foretrukket er 2 til 4 vekt%.

I en utførelsesform separeres den sulfittløsning som renner av fra flisene under oppvarmingsperioden fra de oppvarmede flisene og forsterkes med konsentrert sulfittløsning for bruk ved behandling av ny flis. Kjølevann kan tilsettes til partiklene etter oppvarmingstrinnet og før partiklene føres gjennom raffinøren.

Når tverrfiberdimensjonen av partiklene ikke er over fire millimeter, skal den forhøyede temperatur og det forhøyede trykk fortrinnsvis bibeholdes i 0,5 til 5 minutter og mest foretrukket ca. 2 minutter.

Ved praktiseringen av oppfinnelsen er foretrukket pH-område for sulfittsaltløsningen. ca. 12, når natriumhydroksyd tilsettes til sulfittløsningen.

På tegningene, som illustrerer oppfinnelsen, er fig. 1 et skjema som viser fremgangsmåten. Fig. 2 gir sprengfaktor og restinnhold i masse laget ifølge foreliggende fremgangsmåte ved ca. 100°C med varierende oppvarmingstider. Fig. 3 viser sammenligning mellom foreliggende fremgangsmåte og den kjente, mekaniske raffinørfremgangsmåten, og det viser seg at det foreligger en forbedring i sprengfaktor og restinnhold avsatt mot frihet. Fig. 4 til 7 viser diagrammer over effekten av pH på sprengfaktor, restinnhold, lyshetsprosent, og masseutbytteprosent for noen eksempler. Data fremgår av tabell IV. Fig. 8 til 10 er diagrammer som viser virkningen av natrium-sulfittinnholdet på restinnhold, sprengfaktor og prosent tap av løselige vedstoffer. Data fremgår av tabell IV. Fig. 1 viser skjematisk og i prinsipp hovedelementene i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og som ved hjelp av de spesifikke betingelser som brukes, gjør det mulig å realisere de angitte formål.

Tremateriale, fortrinnsvis myktreflis for oppnåelse av optimal produktkvalitet, føres gjennom en flisoppmaler (tørr-riving) hvor det reduseres til grove flispartikler. Det oppdelte materialet faller så ned i en blandeinnretning (som kan være en skruetransportør) hvor en sterk natriumsulfitt-løsning (Na2S(>3) tilsettes til vedsubstansen på en måte som i det vesentlige gir jevn fordeling av løsningen på veden. Alternativt kan natriumsulfitt tilsettes til flisene i maleinnretningen hvor intens omrøring sikrer god dispergering av løsningen over trepartikkeloverflåtene. Veden og den kjemiske blandingen føres så til et oppvarmings- og lagrings-kar som tilføres damp for å bringe innholdet til den ønskede temperatur og hvor den oppvarmede blandingen oppbevares i nødvendig tid for å få optimal effekt av oppvarmingen. Etter passende holdetid tas den varme vedsubstansen ut og mates til en skiveraffinør hvor den omdannes til masse med ønskede egenskaper.

Fordelene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som viktigst er høyere våt- og tørrstyrke i forhold til masser laget ifølge konvensjonell, mekanisk raffinørmassefremgangs-måte, oppnås også når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen brukes på andre råmaterialer enn myktreflis. Sagflis brukes for fremstilling av mekanisk raffinørmasse. Kvaliteten av slik masse er imidlertid alltid vesentlig dårligere enn masse laget av samme tresort i vanlig flisform og varierer med grovheten av sagflisen, idet grovere sagflis gir bedre masse. Når det fremstilles masse av sagflis ifølge oppfinnelsen, er den forholdsvise forbedring av produktkvaliteten sammenlignet med mekanisk raffinørmasse laget av samme materiale, i hovedsak den samme som den forholdsvise forbedring som oppnås med vanlig flis. Lignende forholdsvise forbedringer oppnås ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på andre materialer som f.eks. høvelspon av myktre eller flis fra slike hårdtresorter som f.eks. bjerk og osp. Disse forholdsvise forbedringer, med bruk av sprengstyrke ved en gitt frihet som indeks, ligger i området fra ca. 50 til 100 % eller mer i forhold til vanlig, mekanisk raffinørmasse.

Slike forbedringer er av betydningsfull størrelse og

oppgraderer den økonomiske verdien av masse som kan lages av disse materialer og øker således antallet papirprodukter som massen kan brukes i. Til forskjell fra andre fremgangsmåter hvor en lignende forholdsvis forbedring kan oppnås, gir fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen disse forbedringer med meget lite tap i masseutbyttet i forhold til den konvensjonelle, mekaniske raffinørmassefremgangsmåten.

Et trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er tilsetningen av natriumsulfitt til tresubstansen. Tilsetning av natriumsulfitt til tresubstans fra hvilken det skal fremstilles mekanisk masse er ikke i og for seg ny. Slik tidligere bruk har ikke innbefattet den spesielle kombinasjon av betingelser som utgjør foreliggende oppfinnelse, og har ikke gitt de meget fordelaktige resultater som oppnås med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Gode resultater oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen når mengden tilsatt natriumsulfitt ligger i området 1 til 10 % av vekten av ovnstørr tresubstans. Natriumsulfitt kan tilsettes til tresubstansen ved å dyppe veden i en natriumsulfittløsning eller ved å sprøyte løsningen på veden. Jevn dekning av treoverflaten er ønskelig. Natriumsulfittløsningen kan fremstilles ved å oppløse det faste saltet. I dette tilfelle kan det fremstilles løsninger med opp til ca. 20 % sulfittkonsentrasjon med vann av romtemperatur. Dersom fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som det kan hende, skal brukes i en masse- og papirfabrikk der det lages kjemisk masse ved hjelp av en natriumbisulfitt-kokeprosess, kan den natriumsulfittløsning som skal brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen mest hensiktsmessig og billigst oppnås ved å tilsette natriumhydroksyd til kokevæsken i den mengde som er nødvendig for å omdanne saltet til sulfitt. I dette tilfelle vil det oppnås sulfittløsninger med 8-10 % konsentrasjon.

Når det brukes treflis i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan bare en begrenset mengde natriumsulfittløsning henge fast ved flisoverflaten. Enhver mengde utover denne begrensede mengde som tilsettes til. flisen, vil renne av. Den begrensede vannholdekapasitet hos flisoverflaten gjør det nødvendig å bruke natriumsulfittløsninger med høy konsentrasjon for at den nødvendige mengde natriumsulfitt skal holdes fast etter at eventuell avrenning har funnet sted. Dette faktum utelukker den eventuelle bruken av den mindre kostbare natriumsulfittløsning med lav konsentrasjon som lages fra kokevæske, som ovenfor beskrevet. I det etterfølgende trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen hvor flisen dampes, kondenseres dessuten damp på flisene, blander seg med og fortynner natriumsulfittløsningen og, på grunn av den begrensede væskeholdekapasiteten hos flisoverflaten, foregår det en avdrypping av noe av sulfittløsningen.

Flisen kan som nevnt oppdeles ytterligere før den tilsettes den nødvendige mengde natriumsulfittløsning. Oppdeling øker det totale overflateareal for vedsubstansen meget og øker i samme forhold mengden løsning som kan holdes fast av vedover-flaten. Denne forbedrede væskeholdekapasitet hos vedsubstansen på grunn av overflatearealets økning som følge av oppdeling økes ytterligere ved en kraftig økning i antall kontaktpunkter mellom vedfragmenter, hvilke kontaktpunkter utgjør steder hvor det dannes løsningsmeniscer, hvorved det holdes væske i tillegg til den som holdes på andre overflate-arealer av partiklene.

Mengden vann som holdes av overflaten av myktreflis er blitt målt og funnet å være i området 0,35 til 0,40 kg pr. kg ovnstørr vedsubstans. Samme type flis vil etter oppdeling på foretrukket måte holde 1,15 til 1,20 kg pr. kg vedsubstans. Vannholdekapasiteten for flis er omtrent den samme som mengden høykonsentrert natriumsulf ittløsning som kan bruke.s i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved de større tilsetnings-mengder av dette kjemikalium.

Den er også omtrent den samme som mengden dampkondensat som vil dannes på flisen i oppvarmingstrinnet i fremgangsmåten. Damp pluss kjemisk løsning vil da sammenlagt overstige det volum som kan holdes av flisoverflaten, og kondensatfortynnet kjemisk løsning vil renne vekk.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan brukes med uoppdelt grovere flis. Dersom imidlertid uoppdelt grovere flis brukes, vil endel av natriumsulfittløsningen som bemerket vaskes ut i damptrinnet.

I en stor fabrikk, hvor fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen brukes, vil verdien av det utvaskede natriumsulfitt være betydelig og dets gjenvinning viktig. Det vil derfor være nødvendig å tilveiebringe anordninger som vil separere denne utvaskede løsning fra flisen før den går til raffinøren og innretninger for forsterkning av løsningen til dens original-konsentrasjon for fornyet anvendelse. Det er et viktig resultat av den foretrukne utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen hvor slik grov flis oppdeles ytterligere at anvendelse av og kapitalkostnader for en slik resyklering av natriumsulfittløsning er eliminert.

En ytterligere fordel ved at grov flis oppdeles ytterligere er den mindre avstand som natriumsulfittløsningen må diffundere for å nå de fibre som er fjernest fra vedpartik-lenes overflate. Den mindre avstand resulterer i jevnere fordeling av kjemikalier blant fibrene og gir således forbedret massekvalitet.

Flisoppdelingstrinnet kan utføres ved hjelp av enhver passende oppdelingsmaskin (tørr-riving) der partikkelstørrel-sesreduksjonen i hovedsak gjennomføres ved å splitte vedpartiklene langs deres fiberretning med et minimum av tverrfiberbrudd som reduserer fiberlengden og den potensielle massekvalitet. Oppdeling kan utføres med en hammermølle eller en skiveknusemølle. En foretrukket type av skiveknuse-mølle er den flis-"Fractionator" som fremstilles av Sprout Waldron Inc. Flisoppdeling kan utføres ved hjelp av en slik "Fractionator" med et lavt energiforbruk på ca. 0,4 til 1,4 hk dag pr. tonn ovnstørr flis.

Oppdelingen av flisen gir et variert spektrum av partikkel-størrelser i produktet.. Det foretrekkes at flisen i oppdelingstrinnet reduseres til en oppdelt masse hvori det meste av partiklene er i størrelsesområdet 1 til 4 mm på tvers av vedfiberen, men det skal forståes at noen få partikler kan være mer enn 4 mm i tverrfiberretningen og mange vil være mindre enn 1 mm.

Passende oppdelingsgrad for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan uttrykkes ved den relative vannholdekapasiteten for den opprinnelige flisen og det oppdelte produktet. Vannholdekapasiteten for flis og oppdelt flis måles ved: 1) å plassere en veid prøve flis (eller oppdelt flis) i en tarert ståltrådnettingkurv,

2) å dyppe den fylte kurven ned i vann i 30 sek.,

3) å fjerne kurven fra vannet og ryste den for å fjerne vann som kan renne av fra innholdet, 4) å veie kurven og innholdet for å bestemme mengde tilsatt vann som tilbakeholdes, 5) å ovnstørke flisen (eller den oppdelte flisen) for å bestemme den ovnstørre vekten av vedsubstansen, og 6) å beregne tilbakeholdt tilsatt vann som del av den ovnstørre vekten av vedsubstansen.

For å oppnå best resultat med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen foretrekkes det at oppdelingen utføres slik at den oppdelte flisen får en vannholdekapasitet som er 60 til 300 % større enn vannholdekapasiteten for originalflisen. Under 60 % økning er det fare for utvasking av kjemikalier under dampbehandlingstrinnet som allerede forklart. Ved høy prosentuell økning av vannholdekapasiteten oppstår det tap av kvalitet i sluttproduktet på grunn av fiberskader grunnet for stor oppdelingspåvirkning.

I en test for påvirkning av virkningen av oppdelingsgraden på sluttproduktkvalitet, ble en flisprøve delt i to porsjoner. En del ble oppdelt ved en enkeltgjennomgang gjennom en knusemølle. Den andre ble oppdelt på lignende måte og det oppdelte material ble ført to ganger til gjennom knusemøllen for å oppnå et finere produkt. Enkelt- og trippelgjennom-gangsproduktene ble så underkastet identisk viderebehandling ifølge oppfinnelsen. De ferdige massene hadde følgende egenskaper, ved lik frihet på 100, som er gjengitt i den etterfølgende tabell.

Trippelgjennomgangsoppdeling har tydeligvis vært for kraftig, idet det er bevirket styrketap og økning i restinnhold i sluttproduktet. Oppdelingsgraden er derfor en viktig faktor i den utførelsesform av oppfinnelsen som omfatter et oppdelingstrinn.

Fig. 1 antyder en blandemaskin som kan brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Denne maskin brukes for å sammenblande tresubstanser, som skal behandles, med natrium-bisulfittløsningen. Forskjellige typer av enheter er egnet for denne funksjon. En enkel og tilfredsstillende type er en regulær skruetransportør som er utstyrt med en eller to sprøyteåpninger gjennom hvilke natriumsulfittløsning kan sprøytes på flisen mens den beveger seg langs skruen, hvilket øker omrøringseffekten og fremmer jevn fordeling av løsning på treoverflaten. Vedpartikler overføres ofte ved hjelp av luft og, på deres bestemmelsessted, skilles de fra luftstrøm-men ved hjelp av en syklonseparator hvorfra de tas ut ved å føres i spiral ned gjennom en avløpsledning. Sulfittløsning kan hensiktsmessig tilsettes ved å sprøyte den på trepartik-lene når flisen føres i. spiral ned gjennom avløpsledningen. Løsningstilsetning kan også utføres ved enkel neddypping av vedpartiklene i løsningen fulgt av avrenning. Denne tilsetningsmåte kan brukes i et kontinuerlig arbeidssystem dersom vedpartikler og løsning tilsettes til den nedre ende av en hellende skruetransportør hvor løsningen danner en dam ved den nedre ende og fra hvilken dam skruen løfter vedpartiklene, mens overskuddsløsning renner tilbake til dammen.

Mengden natriumsulfitt som tilsettes til veden ved utførelsen av oppfinnelsen er en viktig faktor for kvaliteten av den produserte masse. Kvaliteten på den fremstilte masse kan varieres ved å justere mengden natriumsulfitt i forhold til vedmengden. Det er derved mulig å fremstille masser med, for enhver gitt sluttanvendelse, en optimal balanse mellom deres styrkeegenskaper (som forbedres med økende mengde natriumsulfitt) og deres kostnad som også øker med økende mengder natriumsulfitt. Figurene 8, 9 og 10 viser data for en serie masser som er fremstilt ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og hvori bare forholdet mellom natriumsulfitt og ved ble endret. De vanlige behandlingstrinnene for hver mengde tilsatt natriumsulfitt var: 200 g ovnstørr gran-balsa-flis ble oppdelt. Det således behandlede materiale ble påsprøytet 1 1 av en natriumsulfittløsning. Det sprayede materiale ble dampet i 30 min. ved atmosfærisk trykk. Dampet materiale ble skiveraffinert ved flere gangers passering slik at det for testing ble oppnådd fire masser som spente over et passende frihetsområde.

Natriumsulfittløsningene hadde passende konsentrasjoner til å gi 1, 2, 4 og 10 % natriumsulfitt til de respektive andeler av oppdelt flis som de ble tilsatt til. Løsningene hadde pH på ca. 8,9. En annen 200 g prøve av oppdelt flis ble skiveraffinert uten tilsetning av natriumsulfitt eller damping slik at det ble oppnådd en konvensjonell, mekanisk raffinørmasse som sammenligningsprøve. Egenskapene for denne masse er avsatt på figurene 8, 9 og 10 ved 0 %-punktet for natriumsulfitt.

Fig. 8 viser restinnhold i massene interpolert til frihet 100 som funksjon av prosentuell mengde natriumsulfitt som er tilsatt til veden. Det vil sees at selv en 1 % tilsetning av natriumsulfitt, i kombinasjon med andre betingelser ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, har gitt omtrent 50 % reduksjon i restinnhold. i forhold til masse laget ifølge den konvensjonelle, mekaniske raffinørmassemetoden. Økende mengder natriumsulfitt reduserer restinnholdet ytterligere. Ved en tilsetningsgrad på 10 % natriumsulfitt var restinnholdet redusert med en faktor på mer enn 30 i forhold til den mekaniske raffinørmassen. Formen på kurven i fig. 8 viser, fordi restinnholdet allerede er meget lavt, klart at natriumsulfittmengder på mer enn 10 % bare kunne utvirke en svak, ytterligere reduksjon i restinnholdet. Natriumsulfitt-tilsetningsmengder over 10 % er ikke økonomisk rettferdig-gjort på basis av restinnholdsreduksjon.

Fig. 9 viser på lignende måte virkningen av mengden natriumsulfitt på bruddfaktoren for masser med frihet 100. Bruken av 1 % natriumsulfitt i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har økt sprengfaktoren med 25 %, og 4 % fordobler den nesten. Ytterligere styrkeøkning opptrer når mengden natriumsulfitt økes til 10 %. Styrkeøkningen pr. øket 1 % natriumsulfitt minsker imidlertid når den totale sulfitt-tilsetningen går mot 10 %.

Når det lages mekanisk masse, forekommer det alltid et utbyttetap på grunn av tap av vannløselige stoffer fra veden. Lignende tap opptrer ved massefremstilling ifølge oppfinnelsen og disse tap øker med mengden natriumsulfitt som anvendes. Tapet er den prosentuelle forskjell mellom vekten av tørr vedsubstans somi kommer inn i prosessen, og tørr, ferdig masse etter at den er vasket fri for løselige substanser. I fig. 10 vises slike tap for masser fremstilt ifølge oppfinnelsen ved bruk av natriumsulfitt-tilsetninger på 1 til 10 % og, avsatt på 0 %-punktet på natriumsulfitt-skalaen, for konvensjonell, mekanisk raffinørmasse.

Det vil sees at det medføres meget lite tilleggstap ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sammenlignet med den mekaniske raffinørfremgangsmåten ved sulfitt-tilsetninger opp til 4 %. Svinnet er 3,8 % for mekanisk raffinørmasse og 4,5 % for masse fremstilt ifølge oppfinnelsen når det brukes 4 % natriumsulfitt. Ved tilsetning av 10 % natriumsulfitt har svinnet øket til 6 % og øker tydeligvis raskere enn økningen av mengden tilsatt natriumsulfitt.

Den avtagende tendens når det gjelder sprengfaktorøkning og restinnholdreduksjon, og den stigende råmaterialkostnaden representert ved økende utbyttetap og mengde av natriumsulfitt, vil vanligvis sette en økonomisk øvre grense på ca. 10 % når det gjelder den mengde natriumsulfitt som brukes. Ved utførelsen av oppfinnelsen anvendes derfor fra 1 til 10 % natriumsulfitt (basert på ovnstørr ved) avhengig av kvaliteten på den ønskede massen. Et foretrukket område for natriumsulfitt-tilsetningen vil være i området på 2 til 4 %.

Som tidligere angitt kan flisen ikke være i stand til å tilbakeholde all tilsatt sulfittløsning pluss det kondensat som dannes på flisen under oppvarmingen, dersom det brukes hel flis og natriumsulfitt-løsningens styrke er lav. I slike tilfeller må mengden natriumsulfitt som tilsettes til flisen være større enn den mengde som det ønskes å ha tilgjengelig i varmebehandlingstrinnet og det vil være nødvendig å tilsette vesentlig mere kjemikalier enn angitt ovenfor.

Dé ekstra tilsatte kjemikalier som vaskes av med dampkonden-satet, kan separeres fra flisen, forsterkes med mer natriumsulfitt og brukes på nytt.

Selv om det hovedsakelig er referert til natriumsulfitt som det kjemikalium som brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan også kaliumsulfitt anvendes. Ammonium-sulfittløsninger er ikke egnet for bruk i oppfinnelsen. De gir meget mindre økning i massestyrke enn natriumsulfittløs-ninger og forårsaker reduksjon av massens lyshet. Når løsninger lages ved å løse et sulfittsalt, vil de vanligvis ha pH i området 8 til 10. Dersom løsningene lages ved tilsetning av en løsning av en base til en bisulfittløsning, slik det kan gjøres når det brukes bisulfittkokevæske som svovelkilde, vil slutt-pH i løsningen hovedsakelig være en funksjon av atomforholdet natrium : svovel. Det skal forståes at familien av løsninger som lages av natriumhydroksyd og svoveldioksyd utgjør et bredt kontinuerlig spektrum som i forskjellige forhold mellom natrium og svovel, inneholder forskjellige mengder av følgende ioner: hydrogen, natrium, bisulfitt, sulfitt og hydroksyl. Mengdeforholdene mellom de forskjellige ionene resulterer i en løsnings-pH som er karakteristisk for dette forholdet. Løsnings-pH er derfor en enkel, hensiktsmessig måte til å karakterisere slike løsninger når det gjelder deres natrium: svovelinnhold, og å identifisere i hvilken spesiell del av spektret en gitt løsning befinner seg i. Løsninger som er egnet for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er slike hvor en stor del av anionene er sulfitt og en beskjeden del er hydroksyl og bisulfitt. Slike løsninger vil ha pH-verdier i området mellom 7 og 12,5. Sulfittløsninger laget med natriumhydroksyd som er egnet for anvendelse i oppfinnelsen, kan derfor karakteriseres som slike som har pH-verdier i området 7 til 12,5.

De pH-verdier som det refereres til her måles ifølge vanlig industriell praksis ved å bruke et glasselektrode-pH-meter som er kalibrert mot standard bufferløsninger, idet målingene er korrigert til 25°C. De elektroder som brukes for pH-målinger her er i kombinasjon en "Beckman General Purpose Electrode" nr. 41263 og en "Beckman Fibre Junction Electrode" nr. 39170.

Det er kjent at pH-målinger utført på denne måte, noe som er vanlig i industriell praksis, kan avvike fra de verdier som ville vært oppnådd ved bruk av de strengeste vitenskapelige fremgangsmåter for bestemmelse av abs. pH. Avvikene fra de beste vitenskapelige pH-verdier som er resultat av målingene i kommersiell praksis, er en kompleks funksjon av natrium-ionekonsentrasjonen i den løsningen som testes, av temperaturen ved hvilken målingen utføres og av egenskapene for glasselektroden som brukes for målingen. For å unngå disse komplekse forhold uttrykkes pH-verdiene her ved hjelp av den beskrevne fremgangsmåte og den beskrevne elektrode.

Eksempelvis ble den øvre grense på 12,5 som ble målt her, bestemt til i virkeligheten å være ca. 13,7, når det ble tatt hensyn til denne faktor, noen ganger kalt "natriumionekonsen-trasjonseffekten". Heldigvis er denne effekt signifikant bare nær den øvre del av pH-området. Den synes å være neglisjerbar under pH omkring 10,5 til 11.

Selv om natriumsulfittløsninger bare er slike som inneholder natrium, svovel og oksygen i de forhold som tilsvarer formelen Na2S03, brukes her uttrykket natriumsulfitt slik at det omfatter andre løsninger som inneholder annet enn støkiometriske forhold mellom natrium og svovel og som gir løsninger med pH i området 7 til 12,5. For andre alkalisul-fitter anvendes på lignende måte uttrykket alkalisulfittløs-ninger slik at det omfatter løsninger som primært er sulfittløsninger, men som har alkali : svovelforhold som resulterer i løsninger med pH i området 7 til 12,5.

Effekten av natriumhydroksyd : svoveldioksydforholdene i de anvendte behandlingsløsningene ble undersøkt i en testserie. En stor prøve av flis ble oppdelt og alikvoter av oppdelt flis ble behandlet ifølge oppfinnelsen bortsett fra at noen av alikvotene var tilsatt behandlingsvæsker med pH (natrium-svovelforhold) utenfor området ifølge oppfinnelsen for å demonstrere de enestående, tydelige virkningene av pH-området for behandlingsvæskene som utgjør en del av oppfinnelsen.

En serie løsninger som alle inneholdt 7,6 % svoveldioksyd, sammen med mengder av natriumhydroksyd som varierte fra

løsning til løsning ble fremstilt. Disse løsninger hadde pH-verdier i området fra 3,7 til 13,0 og dekket således området fra en løsning som besto i hovedsak av oppløst natriumbisulfitt via en løsning i hovedsak av natriumsulfitt og tilslutt til en løsning av natriumsulfitt med en betydelig mengde fritt natriumhydroksyd. Hver alikvot av oppdelt flis ble

sprayet med en løsning med forskjellig pH i en mengde som ga en konstant tilsetning av svoveldioksyd på 3,8 % av ovnstørr vekt av vedsubstansen. Disse prøver ble videre behandlet på identisk måte ved først å dampbehandle dem i 30 min. ved 100°C og så å defibrere dem i en laboratorieskiveraffinør til mange raffineringsgrader for hver alikvot. Masser laget på denne måten ble testet på et antall egenskaper; testverdier for de enkelte masser ble avsatt mot deres frihet (raffineringsgrad) og testverdier som kunne ventes ved frihet 100 ble oppnådd ved interpolering fra slike avsetninger. Mange slike testverdier ved frihet 100 for forskjellige alikvoter er avsatt i figurene 4, 5, 6 og 7 som funksjon av de væskers pH som de var behandlet med.

Også vist i disse figurer, som horisontale linjer merket RMP, er testverdier oppnådd for en alikvot av oppdelt flis som ble raffinert uten bruk av den kjemiske tilsetning og dampbehandlingstrinnet ifølge oppfinnelsen - en standard mekanisk raffinørmasse - eller standard RMP (standard Refined Mechanical Pulp) er således sammenligningsgrunnlag.

Fig. 4 viser sprengfaktoren ved frihet 100 masser som er laget slik, avsatt mot pH i de væsker som er anvendt på de forskjellige alikvotene. Det vil sees at standardmassen hadde en sprengfaktor på 12. Når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ble fulgt, bortsett fra at pH i sulfittløsnin-gene var 3,7 og 5,6 og således under det pH-området som er spesifisert i oppfinnelsen, var de oppnådde sprengfaktorer bare 14,8. Det tredje punkt på kurven representerer en masse laget med en væske med pH 7,5 akkurat innenfor den lavere grense for spesifisert pH i henhold til oppfinnelsen. Her var sprengfaktoren 22,9. Det er tydelig at pH i behandlings-løsningen er kritisk i sin virkning på massestyrken og at forandring av pH fra 5,6 til 7,5 i sulfittløsningen har øket massens styrke betydelig. Det er således en kvalitativ

forandring i virkemåten og i de oppnådde resultater ved bruk av natriumsulfittløsninger med pH-verdier på ca. 7 sammenlignet med løsninger på ca. pH 5,6 og lavere. Høyere sprengfak-

torer på 26,8 og 30,2 ble oppnådd ved pH 10,4 og 12,2 respektive. En ytterligere, plutselig økning i sprengfaktoren til 38,7 ble oppnådd ved pH 13,0. Mens denne høyere sprengfaktor i og for seg er meget ønskelig, opptrer det andre egenskapsforandringer som skal beskrives ved 12,2 til 13,0 pH-området som er uheldige, og det foreskrives derfor en øvre pH-grense på 12,5 ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 viser restinnholdet som oppnås ved interpolering for frihet 100 masser avsatt mot.pH i behandlingsløsningen for de masser som er fremstilt som beskrevet ovenfor.

Det er også vist den tilsvarende verdi for konvensjonell, mekanisk raffinørmasse som er laget uten kjemikalietilsetning og uten dampbehandling. Restinnholdet er de deler av hver masse uttrykt i prosent som er for store til å passere siktspalter med 0,15 mm bredde og representerer en uønsket fraksjon som må fjernes for ytterligere størrelsesreduksjon. Den mekaniske raffinørmassen hadde over 18 % restinnhold ved frihet 100. Anvendelse av sulfittløsninger med pH 3,7 og 5,6, pluss dampbehandling, reduserte restinnholdet til 11,0 respektive 12 %, som er en moderat forbedring. Når den anvendte sulfittløsning hadde pH 7,5 var restinnholdet bare 1,7 %, mindre enn 10 % av restinnholdet i den konvensjonelle masse og bare 15,5 % av det som det var i den beste av de to masser som var laget med identisk behandling bortsett fra at de løsninger som ble brukt hadde lavere pH enn dem som anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. De andre punktene på kurven i fig. 5 viser fortsatt ytterligere liten, men signifikant reduksjon av restinnholdet når pH i behand-lingsløsningene økes til 13. Igjen er det tydelig en stor forbedring i produktkvalitet, her vist ved restinnholdet, forbundet med bruk av løsninger med pH over og omkring 7. Den .lille plateraffinøren som brukes for fremstilling av denne serie av masse, frembringer karakteristisk et stort restinnhold i forhold til større kommersielle enheter. Siden, alle masser imidlertid ble laget på samme raffinør, reflekte-rer den store reduksjonen av andelen rester oppnådd ved betingelsene ifølge oppfinnelsen på riktig måte fordelen ved oppfinnelsen når det gjelder dette forhold.

Fig. 6 viser masselyshet ved frihet iOO oppnådd som tidligere ved å avsette og interpolere testdata for masser laget ved behandling med løsninger med forskjellig pH. Diagrammet viser en mulig, liten indikasjon på økende lyshet med økende pH i behandlingsløsningen i området 3,7 til 12,2.

Mellom pH 12,2 og 13 er det en tydelig og meget stor minsking i lyshet. Masse laget med væske med pH 13 har altfor lav lyshet til å kunne anvendes i viktigere produkter der det brukes mekanisk masse. Det spesifiseres derfor i oppfinnelsen at pH i sulfittvæsken ikke skal ha høyere pH enn 12,5 for å unngå det plutselige fall i lyshet som opptrer ved høyere pH.

Fig. 7 er et diagram av masseutbyttet etter varmtvannsvasking som prosent av den opprinnelige vedsubstansen som innføres i prosessen. Igjen er det pH i den anvendte væsken som er den variable som påvirker utbyttet. Utbyttet minsker langsomt med økende pH i behandlingsvæsken. I forhold til det 96,2 % utbyttet ved konvensjonell, mekanisk raffinørmasse, minsker utbyttet av masse laget med sulfittløsninger langsomt til et tolererbart utbytte på 92,4 % for en løsning med pH 12,2. Når pH ble øket ytterligere til 13, minsket utbyttet kraftig og falt til 83,3 %. Det opptrer således en stor og uønsket forandring i utbyttet i området pH fra 12,2 til 13,0 i behandlingsvæsken.

Fra det foranstående vil det fremgå klart at det oppnås markert gode resultater ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bare når pH i sulfittløsningene som anvendes overstiger ca. 7 og det oppstår uønskede, uheldige egenskaper hos massen dersom løsningens pH er litt over 12,2. De enestående og ønskelige resultater ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppnås bare når de anvendte sulfittløsninger har pH i området fra 7 til 12,5. Fordi det oppstår uønsket massekvalitet med pH over eller under dette område, og fordi det i industrielle forhold sjelden er mulig å regulere pH på perfekt måte, og fordi massekvaliteten forbedres med økende pH opp til i det minste pH 12,2, anvendes det foretrukket løsninger med pH i området 10,5 til 11,5, hvorved det kan oppnås nær optimale kvaliteter i denne foretrukne utførelses-form, mens faren for å oppnå uheldige resultater som følge av en pH på 13 minskes.

Natriumsulfittløsninger kan også lages ved tilsetning av svoveldioksyd til løsninger av natriumkarbonat. Når en natriumsulfittløsning lages slik og har et natrium : svovel-forhold på 2, er løsningen i hovedsak den samme som den som oppstår, i samme forhold, ved tilsetning av svoveldioksyd til en natriumhydroksydløsning. Ved natrium til svovel-forhold som overstiger 2, vil overskudd bare foreligge som natriumkarbonat istedenfor natriumhydroksyd. Det er fastslått at et slikt overskudd av natriumkarbonat har samme virkninger ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som et ekvivalent overskudd natriumhydroksyd og derfor innbefattes slike løsninger i uttrykket natriumsulfittløsninger som tidligere definert.

Natriumkarbonat øker løsningens pH på samme måte som natriumhydroksyd gjør, dersom det foreligger i en mengde som er større enn den som er nødvendig for å gi et natrium : svovelforhold som er større enn 2. Virkningene av et slikt overskudd på egenskapene for masser fremstilt ifølge oppfinnelsen er i hovedsak identiske med dem som oppnås ved et like stort overskudd av natriumhydroksyd som beskrevet i det foregående. For stort overskudd av natriumkarbonat har samme virkninger som for stort overskudd av natriumhydroksyd, idet det forårsaker tap av lyshet og utbytte.

Da natriumkarbonat er en mindre basisk substans enn natriumhydroksyd, gir overskudd av natriumkarbonat natriumsulfitt-løsninger med lavere pH enn et kjemisk ekvivalent overskudd av natriumhydroksyd. Det er funnet at de uheldige virkningene av et for stort overskudd av natriumkarbonat opptrer ved pH-nivået over 10 istedenfor over ca. 12,5 som er tilfellet med natriumhydroksyd.

Etter tilsetningen av natriumsulfitt til vedpartiklene underkastes blandingen et termisk reaksjonstrinn hvori en vesentlig del av svovelet i natriumsulfitten reagerer kjemisk med ligninet i vedsubstansen slik at det in situ dannes et uløselig ligninsulfonat. Det er en hovedfordel og nyhet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen at det termiske reaksjonstrinnet kan gjennomføres ved bruk av meget milde betingelser som kan oppnås i kommersiell skala ved hjelp av enkle og

billige midler.

I en foretrukket utførelsesform' av oppfinnelsen plasseres de sulfittbehandlede vedpartiklene i et åpent kar, og damp tilsettes direkte til innholdet slik at deres temperatur bringes opp til 90 til 100°C. Innholdet holdes i dette temperaturområde i ca. 30 min. hvoretter det føres gjennom en skiveraffinør for å fremstille den forbedrede masse ifølge oppfinnelsen. Tiden i hvilken de sulfittbehandlede vedpartiklene holdes nær 100°C er ikke kritisk. Egenskapene for den produserte masse forbedres med økende oppvarmingstid opp til ca. 30 min. og forblir i det vesentlige uforandret deretter. Fig. 2 gir sprengfaktorer og restinnhold i masser, sammenlignet ved 100 Canadian Standard Freeness (male- eller frihetsgrader), laget ved å spraye oppdelt flis med natriumsulfitt, oppvarme ved ca. 100°C i forskjellige tidsperioder fra 0 til 80 min. og så fremstille masse ved hjelp av en skiveraffinør. Sprengfaktoren stiger fra 16,0 til 28,0 etter 10 min. dampbehandling, den stiger ytterligere til 31,5 etter 30 min. og forblir uforandret etter 80 min. dampbehandling. Restinnholdet, det grove materiale som må fjernes før massen brukes, var 5,6 % før oppvarming, 1,22 % etter 10 min. oppvarming, 0,56 % etter 30 min. oppvarming og falt litt til 0,41 % etter 80 min. oppvarming. Oppvarmingstrinnet i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også gjennomføres ved over-atmosfærisk trykk. Det er funnet at dampbehandling i 2 min. ved 142°C (tilsvarende ca. 2,8 kg/cm<5> damptrykk) gir i det vesentlige samme resultater som dampbehandling ved atmosfærisk trykk i 30 min. Andre tids-temperatur-kombina-sjoner kan brukes innenfor temperaturområdet 80 til 165°C og tidsområdet 80 til 0,5 min. Det er imidlertid en spesiell fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen at det termiske reaksjonstrinnet kan utføres ved enkel dampbehandling i en åpen beholder. Andre fremgangsmåter krever trykk-kar som er kostbare å bygge og krever trykklåseinnretninger gjennom hvilke veden skal innføres og fjernes. Slike trykklåser er vanligvis enten skruepresser som danner en tett plugg av inngående (eller utgående) vedmateriale som holder damptryk-ket, eller er roterende skovlventiler. Begge mekanismer er i industrien kjent for å ha store vedlikeholdskostnader og det er et viktig trekk ved oppfinnelsen at det nødvendige oppvarmingstrinn om ønsket kan utføres i et enkelt, åpent tårn og at trykklåser derfor ikke er nødvendige.

Mens det foretrekkes å utføre det termiske reaksjonstrinnet i et åpent kar ved ca. 100°C og det kan utføres i et overatmosfærisk kar ved temperaturer i området 125 til 165°C, kan dette trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også utføres ved mellomliggende temperaturer i 100 til 125°C-området ved å bruke oppvarmingstider på 30 min. eller mer til ca. 2 min. Selv om det er teknisk gjennomførbart har bruken av 100 til 125°C-området i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen de samme ulempene ved området over 125°C, idet det kreves trykk-kar og trykklåseinnretninger, og den har den ytterligere ulempe at det krever større oppvarmingskar fordi det kreves lengre oppvarmingstider. Mens bruk av 100 til 125°C fortsatt ligger innenfor oppfinnelsens område, vil det således vanligvis være mindre attraktivt kommersielt enn både 80 til 100°C-området og 125 til 165°C-området.

Etter den forannevnte behandling mates den behandlede vedsubstans til en skiveraffinør for ytterligere oppdeling til den frihet som ønsket for den fremgangsmåte produktmassen skal brukes til. En hvilken som helst av de kommersielt tilgjengelige skiveraffinører som brukes ved fremstillingen av mekanisk raffinørmasse, kan brukes i dette trinnet og oppdelingen kan utføres ved en eller flere gjennomføringer gjennom skiveraffinøren. Når masse laget på denne måten skal brukes som eneste tilførte masse ved fremstilling av avispapir, vil energitilførselen til skiveraffinøren vanligvis ligge i området 85 til 100 hk dag pr. ovnstørr tonn masse - det samme som brukes ved fremstilling av masse for avispapir ved de mekaniske raffinør- og termo-mekaniske masseprosessene.

Fordelene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, sammenlignet med den vanlige mekaniske raffinørmassefremgangsmåten, oppnås over et vidt område av raffineringsgrader slik det fremgår av fig. 3. En enkelt prøve flis ble delt i to deler. En del ble opparbeidet til masse ved hjelp av den mekaniske raffinørfremgangsmåten, den andre ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Prøver av hver fremgangsmåte ble uttatt etter forskjellige grader av raffinørvirkning. Sprengfaktorene og restinnholdene i disse masser vises i fig. 3 avsatt mot deres respektive friheter. I fig. 3 gir kurve A sprengfaktorene og A' restinnholdene i massene fra den mekaniske raffinøren; B og B' gir sammenlignbare data for masser fremstilt ifølge oppfinnelsen. På den sameksisterende delen av deres frihetsområder er sprengfaktoren for massen fremstilt ifølge oppfinnelsen fra 236 til 172 % av sprengfaktoren for den konvensjonelle massen, mens restinnholdet er bare 2,0 til 1,3%.

Best resultater ved raffineringstrinnet oppnås når det dampede materiale behandles ved relativt høy konsistens. Konsistensen av materialet som kommer inn i prosessen ligger fortrinnsvis i området 15 til 25 % og konsistensen når det kommer ut fra raffinørskivene er fortrinnsvis i området 18 til 55 %. Det vil forståes at den energi som tilføres massen av raffinøren i stor grad omdannes til varme og forårsaker fordampning av vann fra materialet som raffineres. Materia-let som kommer ut fra raffinøren vil derfor ha fastere konsistens enn når det kommer inn, forutsatt at det ikke tilsettes vann under raffineringen eller for andre formål.

Den overlegne massekvalitet som oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er ikke en enkel oppsummering av de enkelte virkninger i enkelttrinnene i fremgangsmåten, men oppnås av den synergistiske virkning ved kombinasjonen av trinnene i riktig rekkefølge. Dette kan vises ved sammenligning av resultatene av et antall tester i hvilke noen eller alle trinnene i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ble sammensatt i forskjellige rekkefølger. Virkningene av de forskjellige fremgangsmåtebetingelsene angis ved hjelp av sprengfaktorer og restinnhold i massene, interpolert til frihet 100 i tabell I.

I tabell I refererer oppdeling til oppdelingstrinnet for flisen som beskrevet tidligere. Raffinering betyr det tidligere beskrevne trinn der det skjer en findeling i en skiveraffinør. Damp refererer til oppvarming av vedsubstansen ved direkte dampbehandling ved atmosfæretrykk i 30 min. Tilsetning av sulfitt er det trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved hvilket en natriumsulfittløsning dispergeres over vedmaterialet.

Sammenligning av testene 1 og 2 viser ingen styrke(sprengfaktor) fordel ved det tillagte dampbehandlingstrinn i test nr. 2 og tilsynelatende en sterk økning i restinnhold. Når sulfitt tilsettes til det oppdelte og dampbehandlede materiale før raffinering (2 i forhold til 3), er det en beskjeden økning i sprengfaktor og et lite fall i restinnholdet. Sammenligning mellom 4 og 3 viser klart at ombytte av rekkefølgen for sulfitt-tilsetning og dampbehandling har, for 4, gitt en betydelig styrkeøkning og en kraftig reduksjon i restinnhold. Sammenligning mellom tester nr. 1 og 4 viser den store styrkeforbedring og restinnholdsreduksjon som oppnås ved bruk av alle trinnene i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i riktig rekkefølge.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal ytterligere beskrives ved hjelp av de spesielle eksempler som følger. Mens de faktiske trinnene som ble anvendt var av halvporsjonsvis natur, slik det var nødvendig på grunn åv de tilgjengelige hjelpemidler, vil det være klart at hvert trinn kan tilpasses til en kontinuerlig form og at de på hverandre følgende trinn lett kan bindes sammen til et kontinuerlig system for bruk av fremgangsmåten i kommersiell skala.

Eksempel 1

En porsjon av blandede gran- og balsaflis ble delt i to deler. En del ble oppdelt ved enkeltgjennomgang gjennom en "Sprout Waldron" 30,5 cm enkeltskiveraffinør utstyrt med tannplater med mønstret C-2975. 500 ml natriumsulfittløsning av 15 % konsentrasjon ble så påsprøytet på 1300 g (tørr basis) av oppdelt flis med håndblanding. Den kjemisk behandlede oppdelte treflis ble så plassert i ståltråd-nettingkurver og satt i en åpen beholder som ble tilført damp slik at innholdet ble bragt til en temperatur på 90°C til 100°C. Denne temperatur ble bibeholdt i 30 min. Det dampbehandlede, oppdelte materiale ble så ført gjennom den 30,5 cm store "Sprout Waldron"-raffinøren som nå var utstyrt med D2A508- og D2A502-mønstrede skiver. Raffineringen ble utført ved ca. 25 % matekonsistens. Materialet ble ført gjennom raffinøren et tilstrekkelig antall ganger til å fremstille en masse i det ønskede frihetsområde. Prøver som ble uttatt fra massen etter de tre siste gjennomgangene ble testet på de egenskaper som er oppført i tabell II. Testverdier for de forskjellige egenskapene ble avsatt mot tilsvarende kanadisk standard-frihet (Canadian Standard Freeness) for prøvene og av trendlinjene ble verdiene for de forskjellige egenskapene som ville oppnås ved en frihet på 100 avlest. Denne databehandlingsfremgangsmåte tillater å sammenligne egenskapene for masser som lages ved hjelp av forskjellige fremgangsmåter på samme basis. Egenskapene for masser laget som beskrevet ovenfor og interpolert til frihet 100 er angitt i kolonne B i tabell II.

Den andre delen av flis-porsjonen ble behandlet nøyaktig som den første bortsett fra at den etter oppdeling ikke ble tilsatt noe natriumsulfitt og det oppdelte materiale ble ikke dampbehandlet. Massen ble således fremstilt ifølge den normale, mekaniske raffinørmasseprosessen. Massens egenskaper slik de er oppnådd etter interpolering til frihet 100 er gjengitt i kolonne A i tabell II.

Massetester merket (1) ble utført ifølge standardmetodene fra Technical Section, Canadian Pulp and Paper Association. Restinnhold er et mål på uønsket, for stort materiale i massen angitt som prosentdel rest på en sikt med 0,15 mm brede spalter etter uttømmende vasking. Våtbruddlengde er et mål på våtstyrken hos massen og relaterer til evnen hos et vått papirark til å løpe på en papirmaskin uten å revne. Den testen som ble brukt er ikke standard, men ble hele tiden brukt på alle masser for å gi testverdier som viser deres relative styrke i våt tilstand.

Det vil fremgå at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen (kolonne B) har gitt et merkbart bedre produkt enn produktet fra den vanlige mekaniske raffinørmassefremgangsmåten (kolonne A). Produktet fra fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har ganske nær to ganger så stor sprengstyrke, en merkbart bedre rivfaktor, har ikke den uønskede store bulk i den raffinerte mekaniske masse, har et meget redusert restinnhold, er lysere og har oppnådd disse meget forbedrede egenskaper uten tap av utbytte.

Eksempel 2

Effekten av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen når den ble anvendt på flis av forskjellige hårdvedarter skal demonstre-res i dette eksempel. De tresorter som ble brukt var: gul bjerk, hvit bjerk og osp. Flis fra hver tresort ble behandlet nøyaktig som beskrevet i eksempel 1 bortsett fra at det ble laget tre sett masser av hver tresort. Disse var: A) mekanisk raffinørmasse uten tilsetning av natriumsulfitt og uten dampbehandling, B) masse fremstilt ifølge oppfinnelsen ved å bruke en moderat mengde natriumsulfitt, C) masse fremstilt ifølge oppfinnelsen ved bruk av en større mengde tilsatt natriumsulfitt. Kvalitetene for de oppnådde masser er angitt i tabell III og er interpolert som tidligere beskrevet, til verdier ved frihet 100.

Det er tydelig at disse hårde tresorter har gitt respons på fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på samme måte som og i det vesentlige i samme relative grad som myktresorten i eksempel 1 gjorde. Den tilsynelatende reduserte lyshet hos ospemassen C antas å være resultatet av testfeil.

Det vil fremgå at den største del av massekvalitetsforbed-ringen som oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppnås i B-kolonne-testene hvor ca. 2 % natriumsulfitt var tilgjengelig for veden.

Bruk av ca. 6 % sulfitt, som i kolonne C, har gitt en beskjeden ytterligere forbedring av masseegenskapene på bekostning av høyere kjemikaliekostnader og en liten reduksjon i utbyttet.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av mekanisk raffinørmasse ved en kombinert mekanisk-kjemisk-termisk behandling, hvor trevirket først fragmenteres til fliser, flisene impregneres med en alkalimetallsulfitt-løsning som har pH i området fra 7 til 12,5, underkastes oppvarming og til slutt defibreres i en skiveraf finør, karakterisert ved at impregneringen av flisene foregår ved at de i en kort tid og uten anvendelse av trykk sprøytes med eller dyppes ned i sulfittsalt-løsningen slik at det opptas en mengde sulfittsalt på 1 til 10 % av ovnstørr vekt av flisene, og eventuelt overskudd av sulfittløsning får renne av, at flisene oppvarmes ved direkte tilførsel av damp, til en temperatur i området 80 - 165°C, og holdes innenfor dette område i en periode fra 0,5 til 80 minutter, og at flisene til slutt'defibreres i en skiveraffinør til den ønskede raffinørmasse, idet flisene ikke neddykkes i væske etter den nevnte avrenning og før passeringen gjennom skiveraffinøren.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved ved at det som alkali-metallsulf itt anvendes natriumsulfitt.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at flisene forut for impregneringen underkastes en ytterligere fragmentering ved oppsplitting langs fiberretningen til fragmenter med dimensjoner på tvers av fiberretningen på hovedsakelig ikke over 4 mm.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at temperaturen ved dampoppvarmingen av fragmentene holdes innenfor området 80° til 100°C og holdes innenfor dette område i 2 til 80 min.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at det anvendes et forhøyet temperaturområde på 85° til 100°C som bibeholdes i omtrent 30 min.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at både koke- og raffineringstrinnene utføres ved atmosfærisk trykk.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 5, karakterisert ved at det sulfittsalt-løsningsholdige fragmenterte trevirke dampoppvarmes ved direkte damptilførsel ved overatmosfærisk trykk til en temperatur fra 125° til 165°C og holdes innenfor dette temperaturområdet i 0,5 til 20 min.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at den forhøyede temperatur og det overatmosfæriske trykk holdes i 0,5 til 5 min., spesielt i omtrent 2 min.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved atpHi sulfittsalt-løsningen holdes på omtrent 12.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at kjølevann tilsettes til det fragmenterte trevirke etter oppvarmingstrinnet og før det fragmenterte trevirket føres gjennom raffinøren.