NO166337B - Fremgangsmaate ved fremstilling av kjemimekanisk masse fralignocellulosemateriale. - Google Patents

Abstract

Fremstilling av kjemimekanisk masse fra lignocellulose-materiale ved en fremgangsmåte som innebefatter impregnering i to steg, det første steget i hovedsak med -lkali, og etter et mellomliggende drenerings- og reaksjonssteg, det andre impregneringssteget med i hovedsak vann eller med en opplsning inneholdende peroksyd. Mengdene peroksyd og alkali kan velges uavhengig av hverandre. Eventuellt følger deretter et drenerings- og reaksjonssteg, og deretter forvarming ved en temperatur mellom 50 og 100°C og raffinering i ett eller to steg.Den optimale lysheten på den endelige massen for en viss peroksydtilsetning oppnås ved en balansert oppdeling av peroksydtilsetningen mellom flisimpregneringen og blekingen.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art som er angitt i krav l's ingress.

Knappheten på passende ved for fremstilling av masse er stadig stigende og i fremtiden kommer anvendelse av masse av korte fibere for fremstilling av papir til å øke gjennom den minskede tilgangen på konvensjonelt langfibret råmate-riale. Videre stiger energikostnadene for fremstilling av masse også raskt. Således foreligger et tosidig probiem, behovet for å forbedre metodene for å muliggjøre bredere anvendelse av treslagg innenfor industrien og å fremskaffe mer økonomiske og effektive raffinerings- og blekningsme-toder.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å løse og/eller minke disse problemer for masse- og papirsindustrien. Dette skjer gjennom en ny fremgangsmåte for å forbehandle flis.

Fra begynnelsen fremstilles tremasse ved at en stokk presses mot en slipesten og treet finfordeles til fibermasse. På dette vis erholdes det et utbytte over 95% p.g.a. den resulterende masse inneholder alt lignin. En slik masse har høyt korkinnhold og lave styrkeverdier ved at fiberiengden sterkt reduseres ved slipningen.

For å få høyere kvaliteter på massen ble det utviklet de såkalte kjemiske metoder, sulfitt, sulfat og soda. Herved hugges veden til flis og flisen behandles med kjemikalier ved øket temperatur og øket trykk. Ved kokingen frigjøres ligninet sammen med en del av kullhydratene slik at masse-utbyttet vanligvis blir omkring 45 til 50%. Massene blekes siden i ulike sekvenser med klor, alkali, oksygen, klordi-oksyd, hydrogenperoksyd og hypokioritt for å fjerne rester-ende ligning og andre fargede forbindelser.

De kjemiske masser har meget gode styrkeegenskaper og høy lyshet men dette erholdes på bekostning av lavt utbytte og sterk negativ miljøpåvirkning i form av blekeriutslipp.

Dette har ført til intensivt utviklingsarbeide under senere år hvor målet har vært å fremstille mekaniske masser med høyt utbytte mindre eller lik 90% og høy lyshet men ved styrkeegenskaper opp mot de kjemiske massene samtidig som de mekaniske massenes unike opasitet og masseegenskaper be-vares .

Utviklingen har foreløpig gått stegvis via raffinørmasse (RMP), termomekanisk masse (TMP) til nåværende varianter av kjemimekaniske masser (CMP, CTMP). Slike masser anvendes i dag fortrinnsvis i fluff,- tissue- og kartongkvaliteter.

I foreliggende oppfinnelse angis en ny energibesparende fremgangsmåte å fremstille kjemimekanisk masse i høyt utbytte med tidligere ikke oppnådd sluttlyshet, og en slik masse har foruten de tradisjonelle anvendelsesområder også andre f.eks. i finpaplrskvaliteter takket være den høye lyshet som kan oppnås.

Som råvare anvendes lignocelluloseinneholdig fibermateriale som hugges eller oppdeles til flis, hakk eller grov fiber-mdsse, i fortsettelsen generelt kalt flis. Kjemikaliebehan-dlingen av flisen, impregneringen, har blitt utført i to steg med en vannoppløsning av alkali og en form av peroksy-der. Impregneringen i første steg har skjedd gjennom nedsenkning av flis i impregneringsløsning eller med anordn-inger av skrupresstype såsom Sprout-Waldrons pluggskruemater eller Sunds-Defibrators "Prex". Andre an-ordningstyper kan imidlertid komme på tale. Andre impreg-neringer utføres fortrinnsvis i apparatur av skrupresse-type. Flisen behandles med damp, og tilsette base med fordel før impregneringen men dette er ikke noen nødvendighet I or resul tatet.

Det er allerede tidligere kjent at en aikalibehandling av 1 ignocei1uloseholdig fibermateriale gir en mykning av materialet ved kjemisk påvirkning. Mykningen er en fordel ved at fibrenes opprinnelige geometriske utseende derved beva-res bedre under defibreringen. Fiberseparasjonen av et myk-gjort materiale skjer også mer fullstendig hvorved andelen

av ikke ønsket fiberrnateriale, kork, minskes.

Under den alkaliske mykgjøringen av fibermatenalet forbrukes en del av den tilførte alkali gjennom reaksjoner med sure komponenter i veden såsom uronsyre og acetylgrupper i hemicellulosen.

Det er kjent at al kal ibehandl ing mørkfarger lignocellulo.se-materialet. Mørkfargingen øker med stigende temperatur og alkaliinnholdet og blir meget besværlig ved temperaturer over 100°C. Om imidlertid det alkaliske mykgjøringsmiddei kombineres med et organisk eller uorganisk peroksyd motvirkes mørkfargingen samtidig som fibermaterialets potensial for lyshetsøkning under et blekesteg etter raffineringen forbedres vesentlig. Peroksydet i seg selv er også en inyk-gjører for fibermaterialet og således positiv også i dette henseendet.

Hydrogenperoksyden har sitt spaltningsmaksimum ved pH omkring 11,6. Om forholdet mellom alkali og peroksyd ved impregneringen velges slik at pH før under og like etter impregneringsfasen nærmer seg denne verdi kommer peroksydet til å spaltes under oksygengassutvikling. Lignende reaksjoner gjør impregneringen dårligere ved at dannede gass-bobler i fibermaterialets hulrom vanskeliggjør impregner-ingsløsningens inntrengning. Gassdannelse kan også lede til at allerede inntrengt impregneringsvæske presses ut av flisen .

Dette kan unnvikes om man først lar veden reagere med alkali i et separat impregneringssteg for å forårsake størstedelen av nødvendig vedmykning og nøytralisering av sure védkomponenter, hvilket i foreliggende oppfinnelse tilsvarer impregneringssteg 1. Ved å gjøre dette i et separat steg kan man fritt velge alkalitilsetning og temperatur i dette steg for å erholde god vedmykning men samtidig minimalisere lyshetstapet. I skruepressen etter første impregneringssteg avpresses siden meget av de fargede reaksjonsprodukter fra første impregneringssteg hvilke for en del bidrar til gode resultater med hensyn til lyshet som massen får etter raffinøren likesom det høye potensial for ytterligere lyshetsøkning gjennom tårnblekning som massen erholder.

Fremgangsmåten er således særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del, ytterligere trekk fremgår av kravene 2-11.

Videre kan man gjennom å balansere tilsetningen av alkali i impregneringssteg 1 avgjøre ved hvilken pH materialet skal gå inn i impregneringssteg 2 og dermed fremskaffe optimale betingelser for bleking av flisen (pH 8-10) uten å risikere at ovenfor nevnte fra impregneringssynspunkt negative reaksjoner inntreffer.

I impregneringssteg 2 tilføres peroksyd. Ved å velge tilsetning, temperatur og oppholdelsestid på lempelig vis kan man bestemme ved hvilken lyshet materialet kommer ut av raffinøren. Dette er mulig takket være peroksydens gode blekende egenskap. En del av peroksyden forbrukes i og umiddelbart etter impregneringsdel 2 før defibreringen hvorved kromofore grupper dannede i sammenheng med alkali-behandlingen elimineres. En stor del av peroksyden finnes imidlertid igjen i materialet og motvirker derved mørkfarg-ing forårsaket av den relative høye temperaturen ved malingen.

Impregneringen kan utføres med eller uten tilsetning av kompleksdanner såsom dietylentriaminpentaeddiksyre, DTPA, etyiendiamintetraeddiksyre, EDTA, NTA, Deguest e.l. i et eller begge impregneringssteg. Likeledes med eller uten tilsetning av noen form for kiselsyreforbindelser eksempelvis vannglassoppløsning. Iblanding av silikatholdig materiale kan imidlertid raskt gi opphav til beleggdannelse i prosessapparaturen spesielt på mateanordningene hvor temperaturen er høy og unngås derfor helst.

Etter impregneringen av lignocellulosematerialet får dette reagere opptil 60 minutter for hvert impregneringssteg fortrinnsvis mellom 5 og 30 minutter ved en temperatur mellom 20 og 100°C. i løpet av denne tid skjer ulike reaksjoner mellom lignocellulosematerialet og impregneringskjemikali-ene. Disse reaksjoner leder til mykgjøring av materiale hvilket resulterer i en bedre massekvalitet og et minsket energiforbruk ved malingen.

Oppfinnelsen skal beskrives ytterligere i form av et utfør-ingseksempel og i samband med medfølgende tegning som viser et blokkskjerna for sekvensiell impregnering.

Eksempel 1

SEKVENSIELL IMPREGNERING

Siktet, fersk bjørkeflis, Betula Verrucosa, ble dampet i en beholder 1 med vanndamp ved atmosfæretrykk (100°) i 10 minutter i et dampkammer 1 og ble umiddelbart viderebehand-let deretter i en tank 2 med impregneringsløsning bestående av en vannoppløsning av natriumhydroksyd. Temperaturen på løsningen var 20°C ved nedsenkningen og temperaturen bør opprettholdes mellom 15 og 60°C. lmpregneringstiden var 10 minutter.

Flisen ble drenert 4 i 15 minutter ved 20°C hvorved det alkaliske materialet fikk en forlenget reaksjonstid. Denne tid kan varieres mellom 5 og 60 minutter. Forbrukt impreg-neringsløsning ble derpå presset ut av flisen ved at den fikk passere komprimeringsskruen 3. Unntaket er her masse-prøve 1 i tabell 1 hvilken har gått direkte til oppvarmeren uten mellomliggende pressing. Impregneringen kan også ut-føres slik at flisen dreneres og komprimeres i skruepressen 3 og deretter får ekspandere i impregneringsløsningen.

Den alkali som tilsettes i impregneringssteget var stort sett forbrukt hvilket ble kontrollert ved analyse av av-presset oppløsning. Etter avpressing ble flisen impregnert med peroksyd i en skruepresse 9 med tilhørende impregner-ingskar, hvorved væskeopptaket var meget godt. Forsøk har blitt gjort med ulike mengder alkali og peroksyd og er sam-menholdt i tabell 1. For å få en referanse uten peroksyd har' masseprøve 5 blitt behandlet med vann.

Etter drenering 10 ved 20°C i 3 minutter ble flisen ledet til raffinørens forvarmer og ble forvarmet i 15 minutter ved 80°C. Viktig for forvarrningen er at temperaturen bør overstige 50°C for å gi noen effekt men den får ikke overstige 100°C. Etter forvarmingen ble flisen malt i en atmosfærisk dobbelskiveraffinør 6, "Sund-Bauer 36".

Det vektmessige forhold mellom impregneringsvæske og ved var 7,5 til 1 med vedvekten regnet som absolutt tørr flis. Alkalitilsetningen kan varieres mellom 0,3 og 8 vekt% NaOH eller tilsvarende mengder av andre alkaliforbindelser. Likeledes kan peroksyd tilsettes i mengder opptil 5 vekt% hydrogenperoksyd eller tilsvarende mengder av andre perok-syder, persulfat eller lignende. Massens tørrinnhoid etter, raffineringen var 22% og dens pH 7,0 til 7,8. Egenskapene til den ublekede masse (se tabell I) direkte etter raffineringen ble bestemt med unntak av lysheten ifølge SCAN metoder etter latensfjerning. Lyshetsmålingen ble foretatt på styrkeark utført i arkform hvilket gjør enkelte enheter lysere enn om målingen ble foretatt ifølge SCAN metoden på ark med høy flatevekt fremstilt på buchnertrakt. Deler av massene ble også bleket med hydrogenperoksyd etter latensfjerning.

Blekingene ble utført i laboratorieskala med varierende mengder hydrogenperoksyd samt natriumhydroksyd, vannglass og en organisk kompleksdanner, dietylentriaminpentaeddiksyre (DTPA) i slike mengder til tilsatt hydrogenperoksyd at maksimal lyshet ble oppnådd. Resultatene er sammenstilt i tabell II. Temperaturen ved laboratorieblekningene var 60°C, tiden 2 timer og massekonsentrasjonen 12%. Bleket masse ble også analysert ifølge SCAN-metodene med samme unntak for lyshet som ovenfor.

Eksempel 2

Masser bie fremstilt av siktet, fersk bjørkeflia ifølge oppfinnelsen og ved i hovedsak lik tilsetning av alkali (NaOH) i første impregneringssteg. I samtlige tilfeller med unntak av referanseprøven ble det tilført totalt 5% peroksyd ved f1isimpregnering og avsluttende blekning av masse, men med ulik fordeling av peroksyd mellom impregnering og sluttbleking. Fordeling av peroksyd og masselyshet etter sluttbleking fremgår av tabell ill.

Resultatene viser at om masse fremstilt ifølge oppfinnelsen gjennomgår en etterfølgende konvensjonell bleking så kan ved gitt total peroksydtilsetning en maksimal lyshet erholdes for den blekede masse om peroksydtilsetningen optimalt fordeles mellom impregneringssteg (flisforbehandling) og avsluttende blekesteg.

Peroksyd tilført ifølge oppfinnelsen på flis før defibrering og raffinering gir teknisk to avgjørende fordeler. Dels reduseres den mørkning av materialet som foregående alkali-impregnering har tilført, dels motvirkes den mørkfarging av materialet som den høye raffineringstemperaturen medfører. Begge disse gunstige faktorer bidrar også til at massens potensial for ytterligere lyshetsøkning gjennom konvensjonell peroksydbleking i etterfølgende steg vesentlig forbedres .

Om man ifølge oppfinnelsen tilfører peroksyd til flisen før defibrering men etter alkalibehandling og etterfølgende pressing kan man etter raffinøren uten tårnbleking erholde masser med lysheter over 70% ISO. Å produsere mekaniske masser med slik lyshet med dagens etablerte teknikk krever separat tårnbleking.

Systemet ifølge oppfinnelsen tillater at dette utføres ved moderate peroksydtilsetninger og uten nærvær av silikathol-dige stabilisatorer hvilket dels gjør prosessen billigere og dels eliminerer de avleiringsproblem som silikater kan gi opphav til både i masse og papirindustri.

Om fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kompletteres med konvensjonell tårnbleking kan man enten gjennom å optimalt fordele en gitt mengde peroksyd på impregnering av flis og tårnbleking av masse redusere den totale mengden peroksyd til gitt lyshet eller hvilket antas å være det mest inter-essante med små totale peroksydtilsetninger optimalt for-delte oppnå lysheter på ferdig masse som ligger vesentlig over det dagens etablerte teknikk tillater.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bygger på avansert im-pregneringsteknikk, hvilket gir mulighet til å utnytte konvensjonell fabrikkflis uten noen form for størrelsesredu-sering før impregnering. Videre gir avpressingen av urea-gert væske og reaksjonsprodukter fra første impregneringssteg før andre impregneringssteg et antall fordeler foruten hovedformålet å skape mulighet for den peroksydholdige opp-løsning å penetrere flisen.

Disse øvrige fordeler er delvis å føre bort fargeforbind-elser og oksygenforbrukende substans fra flisen hvilket ellers unødig kunne forbruke peroksyd idet dette blir til-ført samt å bortføre alkalisk væske fra flisen slik at dennes pH blir optimal for peroksydens blekende reaksjoner samtidig som risikoen for inhomogen peroksydimpregnering forårsaket av ikke blekende peroksydnedbrytning elimineres. Av verdi ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er også at de anvendte impregneringskjemikalier natriumhydroksyd og peroksyd reagerer optimalt ved temperaturer under 100°C. Dagens konvensjonelle teknikk bygger på anvendelse av kjemikalier hvis optimale reaksjonstemperatur for denne type anvendelse ligger vesentlig over 100°C.

Denne forskjell med hensyn på temperatur tillater ved til-lempning av oppfinnelsen en redusering av energitilførselen under impregneringsfasen og gir dessuten flisen slike egen-skaper at energibehovet under raffineringen blir lavt. 600

- 1200 kWt/tonn i frihetsintervallet 300-100 ml.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av kjemimekanisk masse fra lignocellulloseholdig materiale, eksempelvis flis, ved at materialet dampes, impregneres med alkali og peroksyd, dreneres, forvarmes ved en temperatur ved fra 5CC, men ikke høyere enn 100°C, raffineres i ett eller to steg og blekes, karakterisert ved at impregneringen skjer i to steg, det første steget med en løsning inneholdende kun alkali og etter et mellomliggende drenerings- og reaksjonssteg det andre impregneringssteget med en oppløs-ning inneholdende peroksyd, hvorved mengden peroksyd kan velges uavhengig av mengden alkali i steg 1, slik at peroksyd er tilstede under hele malingen, og etter et mellomliggende drenerings- og reaksjonssteg skjer forvarming før malingen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i første impregneringssteg tilføres materialet den alkaliske oppløsningen fortrinnsvis inneholdende natriumhydroksyd ved nedsenkning i opptil 20 minutter ved 15 til 60°C fortrinnsvis i 10 minutter.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet i første impregneringssteg får ekspandere i en alkalisk oppløsning fortrinnsvis inneholdende natriumhydroksyd etter komprimering i en drenert skruepresse.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-3, karakterisert ved at det mellomliggende drenerings- og reaksjonssteg holdes ved 5-60 minutter for å gi kjemikaliene tid til å virke på materialet og at tempe-råturen i det kar hvor reaksjonen foregår styres mellom 20 og 100°C, fortrinnsvis 60-90°C.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at materialet i andre impregneringssteg får ekspandere i en løsning inneholdende peroksyd etter komprimering og avpressing i en drenert skruepresse.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at raffineringen skjer i en åpen raffinør ved i hovedsak atmosfæretrykk.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at kjemikalietilset-ningen avpasses slik at materialet etter andre impregneringssteg har en pH på 7 til 11, fortrinnsvis 8-10.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at materialet tilføres alkali i en mengde tilsvarende 0,3 til 8 vekt% NaOH regnet på i hovedsak tørt materiale.

9 . Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at materialet tilføres peroksyd i en mengde opptil 5 vekt% H2°2 re9net på i hovedsak tørt materiale.

10- Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at totalt tilsatt peroksyd før impregnering og sluttbleking fordeles optimalt mellom impregneringssteg 2 og sluttblekningssteget slik at maksimal lyshet erholdes på den blekede massen.

11. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at en del av de for et etterfølgende sluttblekningssteg anvendelige kjemikalier tilføres allerede ved raffineringen via tilsetningsvannet.