NO166803B - Fremgangsmaate ved fremstilling av bleket masse. - Google Patents

Description

Knappheten på passende ved for fremstilling av masse er stadig stigende og i fremtiden kommer anvendelse av kort-fibret masse for papirfremstilling til å øke gjennom den minskende tilgangen på konvensjonelt langfibret råmateriale. Videre stiger energiomkostningene for fremstilling av masse også raskt. Således foreligger et tosidig problem: Behovet for å forbedre metodene for å muliggjøre en utbredning av anvendbare treslag innenfor industrien og å fremskaffe mer økonomiske og effektive raffinerings- og blekningsmetoder.

Målet for foreliggende oppfinnelse er å løse og/eller lette disse problemer som befinner seg i tremasse- og papirindustrien. Dette mål oppnås ved en ny metode for forbehandling av treflis.

Opprinnelig ble tremasse dannet ved å presse en stamme mot en roterende kvernstein eller malestein for å danne fint oppdelt fibermasse. P.g.a. det faktum at den resulterende masse inneholdt alt ligninet tilstede i stokken var utbyttet erholdt ved slike metoder i overkant av 95%. Massen hadde også et høyt fiberinnhold og lave styrkeverdier p.g.a. oppmalingen i stor grad reduserer lengden av fibrene.

For å øke kvaliteten av tremassen ble de såkalte kjemiske metoder, sulfitt, sulfat og soda utviklet. Disse metoder innebefatter oppdeling av treverket og behandle treflisen med kjemikalier ved høye temperaturer og trykk. Ligninet og også en del av karbohydratene tilstede frigjøres i den etterfølgende nedbrytningsprosess og masseutbyttet er nor-malt ca. 45 til 50%. Massen blir så bleket i forskjellige sekvenser med klor, alkali, oksygengass, klordioksyd, hydrogenperoksyd eller hypokloritt for å fjerne gjenværende lignin og andre fargede urenheter.

Kjemisk tremasse har svært gode styrkeegenskaper og en høy lyshetsverdi. Disse egenskaper erholdes imidlertid på be-kostning av lavt utbytte og den svært negative effekt dannet på miljøet av utløpet fra blekesteget.

Dette har i senere år ført til intenst utviklingsarbeide rettet mot dannelsen av mekanisk masse med høyt utbytte mindre eller lik 90%, og høye lyshetsverdier og med styrkeegenskaper som nærmer seg de til kjemisk masse mens på samme tid å erholde utgjennomskinneligheten og masseegen-skapene som er unike for mekanisk masse.

Dette utviklingsarbeid har gått fremover i steg via raffinert masse (RMP), termomekanisk masse (TMP) til de nåvær-ende varianter av kjemimekanisk masse (CMP, CTMP). Slike masser er i dag anvendt ved fremstilling av ull,- tøy- og papp.

Det er idag bl.a. kjent fremgangsmåter ved behandling av tremasse hvor massen impregneres med alkali og peroksyd, eldes, surgjøres og defibreres slik som angitt i norsk patentsøknad nr. 82.0336. Ulempen ved en slik fremgangsmåte er at den, i motseting til foreliggende oppfinnelse, omfatter et surgjøringstrinn. Surgjøring anvendes for å forhindre såkalt alkalimørkning av massen under alkali-impregneringen, men gjør også at peroksyden nedbrytes eller inaktiveres samtidig som massen får en lavere massestyrke og derved nedsatte styrkeegenskaper i det ferdige papirprodukt. Dette blir unngått ved foreliggende oppfinnelse som angår en fremgangsmåte for fremstilling av kjemimekanisk masse som angitt i krav l's ingress, og som ytterligere er særpreget ved de trekk som fremgår av krav 1's karakteriserende del.

Foreliggende oppfinnelse omhandler en ny, lavenergifrem-gangsmåte ved fremstilling av kjemimekanisk masse i høyt utbytte med en endelig lyshetsverdi som ikke tidligere er oppnådd og en masse som i tillegg til de tradisjonelle an-vendelsesområder også kan bli brukt for å danne f.eks. fint papir p.g.a. de høye lyshetsverdier som kan oppnås.

I henhold til oppfinnelsen kan startmaterialene som blir brukt, være lignocellulosefibermateriale som har blitt delt opp eller ødelagt for å danne flis, brokker eller grov fibermasse, heretter generelt referert til som flis. Den kjemiske behandling av flis, impregnering, har blitt utført med en vandig løsning av alkali og enkelte former for peroksyder. Impregnering utføres ved å senke flisen ned i en impregneringsoppløsning eller med anordninger av skru-presstype såsom en "Sprout-Waldrons" pluggskruemater eller en Sunds-Defibrators "Prex". Andre typer anordninger kan imidlertid også brukes. Flisen behandles fordelaktig med damp, dampet før impregnering, selv om det ønskede resultat ikke er avhengig av slik damping av flisen.

Det har lenge vært kjent at alkalibehandling av lignocellulosefibermateriale mykner materialet som et resultat av kjemisk interaksjon. Denne mykningen av materialet er gun-stig siden det opprinnelige geometriske utseendet av fibrene opprettholdes under raffineringsprosessen lettere enn hva som ellers ville vært tilfelle. Fibere kan også sepa-reres mer fullstendig fra et mykgjort materiale og derved redusere innholdet av uønsket fibermateriale såsom kork.

Under mykgj©ringsprosessen av fibermaterialet med alkali forbrukes noe av den tilførte alkali til prosessen ved reaksjon med syrekomponentene i treverket såsom uronsyregrupper og acetylgrupper tilstede i hemicellulosen.

Det er kjent at behandling med alkali mørkgjør lignocellu-losematerialet. Utstrekningen ved hvilken materialet mørk-nes øker med økende temperaturer og alkaliinnhold og er meget vanskelig ved temperaturer over 100°C. Imidlertid, når den alkaliske mykgjører er kombinert med et organisk eller uorganisk peroksyd, motvirkes denne mørkning av materialet mens potensialet til fibermaterialet for øket lyshet på samme tid blir meget forbedret under et blekesteg eller et raffineringssteg. Peroksydet i seg selv har også en mykgjørende effekt på fibermaterialet og er således positivt i dette henseendet.

Hydrogenperoksyd har sitt nedbrytningsmaksimum ved en pH på ca. 11,6. Hvis forholdet mellom alkali og peroksyd under impregneringsprosessen velges slik at pH nærmer seg denne verdi før eller under og umiddelbart etter impregnerings-fasen, vil peroksyden som er tilstede dekomponere under dan-nelse av oksygengass. Slike reaksjoner hindrer impregneringen p.g.a. at gassboblene som genereres i tomrommene som er tilstede i fibermaterialet gjør penetrering av impreg-neringsoppløsningen vanskelig. Denne gassutvikling kan også resultere i at impregneringsvæsken som allerede har kommet inn i flisen blitr trengt ut fra denne.

Det har også blitt funnet i henhold til oppfinnelsen at disse negative reaksjoner fra impregneringsaspektet kan elimineres ved å velge ut forholdet av alkali til peroksyd slik at pH til oppløsningen er markert forskjellig fra den optimale pH for peroksydnedbrytning.

Det er imidlertid ikke tilstrekkelig kun å velge forholdet mellom alkali og peroksyd slik at den rene impregnerings-oppløsning er stabil. Siden treverket inneholder et antall sure komponenter såsom uronsyregrupper og acetylgrupper hvor den kvantitative tilstedeværelse av disse varierer med type anvendt treverk, blir deler av det tilførte alkali meget raskt forbrukt i de påfølgende nøytraliseringsreak-sjoner. Hvis et overskudd av alkali tilføres i impregner-ingsoppløsningen for å holde pH til væsken som har pene-trert flisen over pH for maksimal dekomponering, selv om en viss mengde alkali har blitt forbrukt i nøytraliserings-reaksjonene, dvs. en pH over 12, er det mulig ved hjelp av konvensjonelle impregneringsanordninger å impregnere fab-rikkdelt flis med en blanding av natriumhydroksyd og peroksyd. I dette henseendet er det vanligvis krevet et vektforhold mellom natriumhydroksyd og tilsatt hydrogenperoksyd til systemet på større eller lik 2,5. Treverket bør da ha en pH på 7-11 fortrinnsvis 8-10 etter impregneringssteget.

Som et eksempel på effekten som forholdet mellom natriumhydroksyd og peroksyd har på blekeresultatet, har blekeresultatet blitt vist i tabell 1 nedenfor som mengde væske opptatt i liter pr. tonn tørr flis under impregnering av fersk bjerkeflis.

Tiden for å få i stand impregnering kan varieres mellom 2 og 60 minutter, fortrinnsvis mellom 2 og 10 minutter for å oppnå god penetrering av impregneringsvæsken i flisen.

Oppløsningen av impregneringskjemikalier kan videre stabi-liseres ved å tilsette en eller annen silisiumforbindelse såsom f.eks. vannglass. Imidlertid, siden tilstedeværelsen av silisiummateriale resulterer i avleiring på apparaturen, spesielt på de varme overflater av hamreapparatene, bør anvendelsen av slike materialer unngås siden forholdet under bleking mellom natriumhydroksyd og peroksyd i impreg-neringsoppløsningen, som angitt ved foreliggende oppfinnelse, gjør slik stabilisering unødvendig. Impregnering kan fås i stand enten med eller uten tilsetning av organiske kompleksdannere såsom EDTA, DTPA, Deguest eller lignende.

Etter å blitt impregnert tillates flisen å reagere i inter-valler fra 0 til 60 minutter, i enkelte tilfeller opptil 90 minutter, fortrinnsvis i perioder mellom 5 og 30 minutter, ved temperaturer mellom 20 og 100°C, fortrinnsvis mellom 60 og 90°C.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i større detalj under henvisning til en eksemplifisert utførelsesform derav og i sammenheng med den medfølgende tegning hvor den enkle figur er et blokkdiagram som viser koimpregnering med alkali og peroksyd.

EKSEMPEL 1

Siktet fersk flis dannet fra bjerk, Betula Verrucosa, ble dampet i et dampkammer 1 (se figur) med vanndamp véd atmosfærisk trykk (100°C) i en periode på 10 minutter og ble så umiddelbart behandlet med en impregneringsoppløsning på et antall forskjellige måter. I et første tilfelle ble flisen neddykket i en tank 2 inneholdende en impregnerings-oppløsning som bestod av en vandig løsning av natriumhydroksyd med eller uten hydrogenperoksyd. Temperaturen til oppløsningen ved tilføring av flisen var 20°C og bør holdes mellom 15 og 60°C. Impregneringstiden var 10 minutter. I et annet tilfelle ble flisen impregnert i en skruepresse 3.

Den impregnerte flis ble tappet, steg 4, i 3 minutter ved 20°C eller mer, og ble så ført til en forvarmer 5 av raffinatoren hvor den ble behandlet med varme ved 80°C i 15 minutter. Det er viktig at temperaturen ikke overstiger 100°C under forvarming av flisen. Etter å ha blitt for-varmet ble flisen slått i en toskive atmosfærisk raffinator 6, "Sund-Bauer 36".

Vektforholdet mellom impregneringsvæske og flis var 7,5 til 1, hvor treverket er regnet som tørr flis. Etter å ha blitt raffinert hadde massen et tørt faststoffinnhold på 22% og hadde en pH på 7,4 til 7,8 når natriumhydroksyd ble tilsatt i overskudd på 4 vekt% utregnet fra den tørre flisen. Egenskapene til den ublekede masse, med unntak av lyshet, ble umiddelbart bestemt etter raffinering av massen i samsvar med SCAN metoder etter fjerning av latens. Resultatene er vist i tabell 2. Lysheten av massen ble bestemt ved hjelp av et sterkt ark som gir en lyshetsverdi som er noen enheter lavere enn den erholdt ved bestemmelse av lyshet i samsvar med SCAN metoder av ark med høy vekt dannet i en buchnertrakt.

Deler av massen ble også bleket med hydrogenperoksyd etter latensfjerning. Massene ble bleket etter en laboratorie skala med varierende mengder hydrogenperoksyd og natriumhydroksyd, natriumsilikat og en organisk kompleksdanner, dietylentriaminpentaeddiksyre, DTPA, i slike mengder med hensyn til mengden av tilsatt hydrogenperoksyd for å erholde maksimal lyshet. Resultatene er angitt i tabell 3. Laboratorieblekeprosessen 7 ble utført ved en temperatur på 60°C i 2 timer med en massekonsentrasjon på 12%. Egenskapene til den blekede masse ble også analysert i samsvar med SCAN-metodene med unntak av lysheten som i foregående. Når flisen, i samsvar med oppfinnelsen, tilføres peroksyd før defibrering og raffinering av denne, erholdes to markerte tekniske fordeler. Den første av disse ligger i en reduksjon i mørkningen av materialet som tilsettes under impregnering av flisen med alkali, mens den andre ligger i motreaksjonen av mørkningseffekten av den høye raffiner-ingstemperatur til hvilken flisen utsettes. Begge disse gunstige faktorer virker også mot å vesentlig forbedre potensialet av massen for en ytterligere økning i lyshet når den utsettes for vanlig bleking ved peroksyd i et påfølgende steg.

Systemet i henhold til oppfinnelsen tillater dette å bli gjort med moderat tilføring av peroksyd og i fravær av silisiumstabilisatorer som gjør prosessen mindre kostbar og eliminerer også problemene med avleiring, et problem dannet av silikater både i masse og papirindustrien.

Ved å utstyre systemet i henhold til oppfinnelsen med kon-vensjonell tårnbleking, er det mulig ved å dele opp en gitt mengde peroksyd valgfritt mellom impregneringen av flis og tårnbleking av masse enten ved å redusere den totale mengde peroksyd til en gitt lyshet eller - som trolig er av større interesse - ved å tilsette moderate mengder peroksyd optimalt fordelt for å erholde en endelig masse som har en lyshet meget større enn den som kan erholdes ved hjelp av for tiden etablerte teknikker.

Systemet i henhold til oppfinnelsen er basert på avansert impregneringsteknikk som tillater bruk av konvensjonelle fabrikk-kuttet flis, uten å kreve at flisen reduseres i størrelse før impregneringen.

Et annet verdifullt aspekt med systemet i henhold til oppfinnelsen er at impregneringskjemikaliene som anvendes, natriumhydroksyd og peroksyd, reagerer optimalt med hensyn til deres respektive formål ved temperaturer under 100°C. For tiden anvendte teknikker er basert på bruk av kjemikalier hvis optimale reaksjonstemperatur ved denne type anvendelse ligger vesentlig over 100°.

Med hensyn til oppfinnelsen tillater denne forskjell i temperatur at tilført energi blir senket under impregnerings-fasen og gir også til flisen egenskaper slik at energibe-hovet under raffineringssteget også er lavt, 600-1000 kWt/tonn i et frihetsområde på 300-100 ml.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av kjemimekanisk masse fra lignocellulosemateriale f.eks. treflis ved å dampe materialet og å impregnere dette med alkali og peroksyd og påfølgende drenering, forvarming, raffinering og bleking av materialet, karakterisert ved at materialet impregneres i et første trinn med en oppløsning som inneholder alkali og peroksyd i et vektforhold lik eller større enn 2,5:1 og ved at etter å passere et mellomliggende drenerings- og reaksjonssteg forvarmes materialet ved en temperatur på fra 50°C men ikke over 100°C, fortrinnsvis ca. 80°C og ved at raffineringen av materialet utføres i ett eller to steg.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet impregneres ved å neddyppe materialet i impregneringsoppløsningen i en periode opptil 20 minutter, fortrinnsvis 10 minutter ved en temperatur på 15 til 60°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i impregneringssteget tillates materialet å ekspandere i impregneringsoppløsningen etter sammenpressing av materialet i en dreneringsskrue-presse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å holde det mellomliggende drenerings- og reaksjonssteg i en varighet på 0 til 60 minutter, fortrinnsvis 5 til 25 minutter for å gi kjemikaliene tid til å reagere med materialet i en kjele ved en kontrollert temperatur på mellom 20 og 100°C, fortrinnsvis 60 til 90°C.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å raffinere materialet i en åpen raffinator ved i hovedsak atmosfærisk trykk.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at mengden av tilsatte kjemikalier velges på en måte slik at etter forbehandling og før raffinering pH til materialet ligger mellom 7 og 11, fortrinnsvis mellom 8 og 10.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at peroksyd er tilstede under hele malingssekvensen.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at for impregnering og endelig bleking er den totale mengde tilsatt peroksyd optimalt . distribuert mellom impregnering og endelig bleking for derved å gi maksimal lyshet til den blekede masse.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at en del av kjemikaliene som kreves for et påfølgende endelig blekesteg tilsettes allerede under raffinering via fortynningsvannet.