NO302624B1

NO302624B1 - Absorberende kjemitermomekanisk masse og fremgangsmåte for fremstilling av denne

Info

Publication number: NO302624B1
Application number: NO923151A
Authority: NO
Inventors: Hans Hoeglund; Roland Baeck; Ove Danielsson; Bo Falk
Original assignee: Moelnlycke Ab
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1998-03-30
Also published as: JPH05503966A; WO1991012367A1; EP0572388A1; CA2073763A1; ES2072603T3; FI923605A0; SE9000515D0; BR9106034A; JP2915576B2; ATE122420T1; SE466060B; NO923151D0; NZ237067A; AU7327191A; DK0572388T3; SE466060C; NO923151L; AU647780B2; US6458245B1; FI99147C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en absorberende kjemitermomekanisk masse og en fremgangsmåte for fremstilling av denne.

Defibrering av flis med lav energiinnsats etter forvarming av flis under høyt trykk og ved høy temperatur (150 - 170°C), den såkalte Asplund-prosess, har hittil bare vært mulig å anvende i industrien for fremstilling av plater, for , ettersom massen som resulterer fra denne prosess har mørk farve og ikke kan blekes med rimelig kjemikalieforbruk. Videre blir fibrene belagt med en hinne av lignin og er derfor stive og ubøyelige, noe som resulterer i dårligere styrke og absorp-sjonsegenskaper. Som en konsekvens av dette har det bare vært mulig å fremstille kjemitermomekanisk masse (CTMP) med høy lyshetsgrad og god absorpsjonsevne ved forvarming og raffinering ved en temperatur som ikke overstiger 140°C. Høy grad av lyshet er spesielt viktig for produksjon av tissue-masse.

DE-A-2 714 730 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en kjemisk modifisert termomekanisk masse hvor tre-materialet forvarmes på en temperatur på 135 - 200°C i 1 - 30 minutter. Tiden som anvendes ifølge eksemplene er i størrel-sesorden 10 minutter. For å oppnå den ønskede fleksibilitet er det påkrevet med en energitilførsel på to ganger den normale tilførsel.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en kjemitermomekanisk masse som oppviser et lavt harpiksinnhold, et ekstremt høyt innhold av lange fibrer, et ekstremt lavt innhold av korte fibrer og et ekstremt °lavt flisinnhold. Slike masser er spesielt egnede for fremstilling av fluff og tissue. Det ekstremt lave innhold av flis er av spesiell viktighet ved produksjon av tissue-masse. Det ekstremt høye innhold av lange fibrer med tilsvarende høy freenessgrad er av spesiell viktighet for produksjon av fluff-masse.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for fremstilling av absorberende kjemiter-momekaniske masser med lav energiinnsats.

Oppfinnelsen angår således en absorberende kjemitermomekanisk masse fremstilt av lignocellulose-materiale med et treutbytte over 88%, et harpiksinnhold under 0,15%, beregnet på den mengde harpiks som kan ekstraheres i diklormetan, et høyt innhold av lange fibrer, et lavt innhold av korte fibrer og et lavt innhold av flis, idet massen er kjennetegnet ved at ved fraksjonering av massen ifølge Bauer McNett er innholdet av lange fibrer over 70%, fortrinnsvis over 75%, av fibrer som holdes tilbake på en vireduk med maskestørrelse 0,595 mm (28 mesh), og innholdet av korte fibrer er under 10%, fortrinnsvis under 8%, av fibrer som går gjennom en vireduk med maskestør-relse 0,074 mm (200 mesh) ifølge Bauer McNett; og ved at flisinnholdet er lavere enn 3%, fortrinnsvis lavere enn 2%, målt i henhold til Sommerville.

Massen bør ha en slik lyshet at den kan blekes med et akseptabelt forbruk av blekekjemikalier til en lyshet på minst65% ISO, fortrinnsvis 70%. Alternativt kan massen ha vært bleket til slik lyshet.

Denne masse er spesielt godt egnet for fremstilling av fluff og tissue.

Dersom massen er en fluff-masse, raffineres den fortrinnsvis til en freenessgrad på minst 740 ml, spesielt minst 750 ml og fortrinnsvis minst 760 ml CSF. En slik masse behøver ikke å blekes, og kan ha en lyshet på minst 45% ISO.

Dersom massen er en tissue-masse, er det egnet at den har en lyshet på minst 65% ISO, fortrinnsvis over 70%. Tissuemasse behøver ikke å ha en så høy freenessgrad som fluff-masse. Fortrinnsvis raffineres den til en freenessgrad på minst 650 ml

CSF.

Problemet ved fremstilling av masse egnet for fluff og tissue ved hjelp av en kjemitermomekanisk fremgangsmåte ligger i den ønskede kombinasjon av høy freenessgrad, høyt innhold av lange fibrer, lavt flisinnhold og høy lyshet. En økning i temperaturen ved forvarming vil fremme reduksjonen i flisinnhold, men samtidig gi en dårligere lyshetsgrad.

Det er nå overraskende blitt funnet at en kjemitermomekanisk masse som har de ønskede egenskaper kan fremstilles ved

a) impregnering av flisen med natriumsulfitt, natriumditio-nat, alkalisk peroksyd eller lignende, under tilsetning

av en kompieksdanner; b) forvarming av flisen; c) defibrering av flisen til masse i en raffinør ved i hovedsak de samme trykk og temperaturer som de som anvendes

i forvarmingsprosessen, og

d) vasking og awanning av massen til f.eks. en konsistens på 25 - 50%, idet, i henhold til oppfinnelsen, impregnering og forvarming av flisen gjennomføres i én og samme beholder med en samlet behandlingstid på ikke mer enn 2 minutter, spesielt ikke mer enn 1 minutt, fortrinnsvis ikke mer 0,5 minutter, og a) anvendelse av en varm impregneringsvæske med en temperatur på minst 100°C, fortrinnsvis minst 130°C og fortrinnsvis med i hovedsak samme temperatur som temperaturen i formvarmingsprosessen; b) forvarming av flisen til en temperatur på 150 - 175°C, fortrinnsvis 160 - 170°C, og c) gjennomføring av defibreringsprosessen med en energitil-førsel som ikke overstiger halvdelen av energitilførselen

som kreves for defibrering til samme flisinnhold i en tilsvarende raffinør dersom forvarming og defibrering gjennomføres ved 135°C.

Kompleksdanneren som anvendes ved impregneringsprosessen kan f.eks. være DTPA, som bidrar til en forbedring i massens lyshet.

Massen kan e) raffineres til en lyshet over 65% ISO, fortrinnsvis over 70%. For å oppnå dette med akseptabelt forbruk av blekekjemikalier må lysheten etter raffinering være minst 45% ISO, fortrinnsvis minst 50%. Slik bleking bør fortrinnsvis gjennomføres dersom massen er en tissue-masse.

For å kunne oppnå en masse med tilstrekkelig lyshet er det avgjørende at forvarming ved den foran angitte høye temperatur ikke får fortsette over en så lang tidsperiode som en normal forvarmingstid på ca. 3 minutter som anvendes ved fremstilling av kjemitermomekanisk masse av CTMP-type. For å muliggjøre at forvarmingstiden reduseres til ikke mer enn2minutter, fortrinnsvis ikke mer enn 1 minutt, er det nødvendig å anvende en impregneringsløsning som er oppvarmet til en temperatur på minst 100°C, spesielt minst 130°C og fortrinnsvis til vesentlig den samme temperatur som den som ble anvendt i forvarmeren. Videre skal ingen impregneringsvæske fjernes mellom impregnerings- og forvarmingstrinnet. Som en konsekvens av dette gjennomføres impregneringen i den samme beholder hvor forvarming av flisen fant sted og ved samme trykk og fortrinnsvis ved samme temperatur eller ved en temperatur som bare er litt lavere. Massens lyshet bevares på grunn av den svært korte oppholdstid ved den høye temperatur, slik at det i det følgende bleketrinn ikke er nødvendig med så store mengder blekekjemikalier, så som peroksyd. Videre er treutbyttet som på denne måte oppnås omtrent lik det treutbytte som oppnås ved forvarming av flisen på konvensjonell måte ved 130 - 140°C. Dessuten reduseres den nødvendige energitilførsel for defibreringsprosessen fra ca. 600 kWh/tonn ved 130"C til mindre enn 300 kWh/tonn ved 170°C når det raffineres til en freenessgrad som ligger like over 750 ml CSF. Disse verdier er blitt oppnådd i et pilotanlegg. Kommersielle verdier kan være forskjellige fra disse som er oppnådd i et pilotanlegg. Den relative forskjell mellom nivåene for flisinnhold, lyshet og energitilførsel oppnådd i pilotanlegget ved konvensjonell temperatur, hhv. ved temperaturen ifølge oppfinnelsen, skulle imidlertid forbli de samme i et kommersielt anlegg.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter de konvensjo-nelle trinn i form av basing, impregnering, forvarming, defibrering, vasking, siling, vasking, eventuell bleking, vasking og tørking. Mens en konvensjonell impregneringsprosess gjen-nomføres med kald væske i en beholder som er en annen enn den som anvendes for forvarmingsprosessen som gjennomføres i en tidsperiode på ca. 3 minutter og ved en temperatur på ca.130°C, idet impregneringsvæske i denne prosess fjernes mellom impregneringstrinnet og forvarmingstrinnet, kombineres impregnerings- og forvarmingsprosessene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i én og samme beholder og gjennomføres ved samme trykk og i hovedsak samme temperatur, hhv. 100 - 175°C og 150 - 175°C, i løpet av en samlet tidsperiode på ikke mer enn 2 minutter, mer egnet ikke mer enn 1 minutt og fortrinnsvis ikke mer enn 0,5 minutter.

Ettersom forvarming gjennomføres ved høy temperatur, krever raffineringsprosessen mindre energi. En lav energitil-førsel vil normalt resultere i høy freenessgrad og høyt flisinnhold. Et overraskende kjennetegn ved foreliggende oppfinnelse er at det ved lav energitilførsel lyktes å oppnå en kombinasjon av høy freenessgrad og lavt flisinnhold. Lav energitilførsel ville ellers ha resultert i et høyt innhold av flis.

Når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes ved for-søk i laboratoriemålestokk, ble det oppnådd en freenessgrad over 780 ml CSF med et akseptabelt flisinnhold. I noen tilfel-ler ble en freenessgrad på over 800 ml oppnådd. Dette kan sammenlignes med en freenessgrad på ca.650 -750 ml CSF ved normal fremstilling av CTMP-fluff.

Massen vaskes etter raffineringsprosessen, idet det er egnet å anvende trykk og høy temperatur, fortrinnsvis under utelukkelse av luft fra systemet og i direkte tilslutning til raffineringstrinnet. Massen avvannes til en konsistens på f.eks. 25 - 50%. Eventuell bleking gjennomføres med peroksyd eller annet blekemateriale. Om ønsket kan massen igjen vaskes etter blekeprosessen.

Ved fremstilling av fluff gjennomføres defibrering til en freenessgrad på 74 0 ml som den laveste, på egnet måte er den laveste freenessgrad 750 og fortrinnsvis er den laveste freenessgrad 780 ml CSF. Når det fremstilles tissue-masse, kan raffineringen gjennomføres til en freenessgrad på 650 ml CSF som den laveste.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det mulig å fremstille masse med et treutbytte på over 88%, fortrinnsvis over 90%, et harpiksinnhold på mindre enn 0,15%, beregnet på den mengde av harpiks som kan ekstraheres i diklormetan, og en lyshet over 65% ISO etter bleking.

Oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert under henvisning til de følgende utførelseseksempler og med henvisning til de vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 skjematisk viser et forsøksanlegg anvendt i ut-førelsene ifølge eksemplene;

fig. 2 er et diagram som viser flisinnhold i forhold til energitilførsel ved defibrering;

fig. 3 er et diagram som viser defibreringsenergien i forhold til forvarmingstemperatur;

fig. 4 er et diagram som viser innhold av lange fibrer i forhold til energitilførsel ved defibrering;

fig. 5 er et diagram som viser innhold av korte fibrer i forhold til energitilførsel ved defibrering;

fig. 6 er et diagram som viser nettverksstyrke i forhold til energitilførsel;

fig. 7 er et diagram som viser peroksydforbruk i forhold til o;.-tv * nnelig lyshet etter defibrering;

fig. 8 er et diagram som viser lyshet etter defibrering i forhold til peroksydforbruk, og

fig. 9 er et diagram som viser fiberlengde i forhold til energitilførsel etter defibrering.

Fig. 10 er et diagram som viser den lyshet som ble oppnådd etter defibrering i forhold til forvarmingstemperatur, og

fig. 11 er et diagram som viser lyshet etter defibrering i forhold til forvarmingstemperatur.

For å kunne studere muligheten for fremstilling av fluff-og tissue-masse i en høytemperatur-variant av en CTMP-prosess, ble det anvendt et forsøksanlegg som skjematisk er vist i fig.

1. Anlegget var konstruert på en slik måte at massene kunne

vaskes i direkte tilslutning til raffinering ved høy temperatur.

Flis føres inn i forvarmeren 2 ved hjelp av en tilfør-selsskrue 1 og impregneres ved inngangen til forvarmeren. De forvarmede flis føres så umiddelbart til raffinøren 3, hvor flisene defibreres under tilførsel av vann. Ved oppstart av anlegget og når prøven skal tas umiddelbart etter raffine ringstrinnet, føres den resulterende masse til cyklonen 4 hvor prøver kan tas i retning av pil 5. Forbindelses-rørledningen til cyklonen 4 frakobles så og blåseledningen 6 kobles i stedet inn, slik at massen fortynnes til en konsistens på ca. 3% under transport til en beholder 7 som er utstyrt med en pumpe som virker som en blander. Massen pumpes så til en nivåbeholder 8 som er direkte forbundet med en skruepresse 9. Hele systemet, fra impregnering til awanning i skruepressen, kan settes under et trykk på opptil 1 MPa.

Ved forsøkene ble det anvendt sagverksflis av gran. Flisen ble siktet på to forskjellige sikter for å fjerne spesielt grove flis og sagflis. Siktene hadde en hulldiameter på hhv. 35 mm og 8 mm. Ved alle forsøkene ble flisen impregnert med 50 kg natriumsulfitt og 3 kg DTPA pr. tonn flis, før trinnene for forvarming, raffinering og vasking.

Eksempel

Flis ble behandlet i anlegget som er vist i fig. 1 ved forskjellige temperaturer under forvarmings-raffineringsprosessen. Temperaturen fikk variere mellom 135 og 170"C. Impreg-neringsvæsken gjennomgikk en varmevekcling og ble brakt til forvarmerens temperaturnivå. Ved hvert temperaturnivå i raffi-nøren ble massen vasket ved en temperatur ca. 10°C under for-varmingstemperaturen og ved en temperatur på ca. 90°C under atmosfæretrykk. Oppholdstiden i forvarmeren ble holdt så konstant som mulig over en tidsperiode på ca. 1 minutt.

Etter impregnering med den samme kjemikalietilsetning som den som ble anvendt for øvrige masser, ble det fremstilt en CTMP-masse i en OVP-20 (open vertical preheater) ved en for-varmings- og raffineringstemperatur på 135"C, idet denne masse ble anvendt som referansemasse.

Resultatene av prøvene som ble gjennomført med massene er delvis vist i figurene 2 - 9 og i den følgende tabell. Det er her vist typiske resultater oppnådd i dette pilotanlegg for noen av de parametere som er av interesse for oppfinnelsen.

Følgende tabell I viser noen av de oppnådde resultater.

Det ble også gjennomført forsøk i laboratoriemålestokk i en 10-liters koker. Flisen ble baset ved atmosfæretrykk og så impregnert med en svak alkalisk sulfittløsning før dampbehand-1ingen under trykk og ved høy temperatur.

500 g granflis med et tørrstoff-innhold på 48,1% ble baset ved en temperatur på 100"C i en tidsperiode på 2 minutter. Impregneringsløsningen inneholdt 20 g/l natriumsulfitt og 3,2 g/l DTPA og hadde en temperatur på 100°C. Impregneringen ble gjennomført i 1 minutt under et nitrogentrykk på 7 bar. Etter fjerning av overskudd av impregneringsløsning ble flisen oppvarmet så hurtig som mulig til de respektive oppvarmingstempe-raturer. Kondensat ble avtappet under oppvarming. Tiden ved hver temperatur ble variert. Deretter ble flisen avkjølt i kaldt vann. Disse flis ble så raffinert og testet med henblikk på lyshet.

De oppnådde resultater er vist i den følgende tabell II og på figurene 10 og 11.

Claims

1. Absorberende kjemitermomekanisk masse fremstilt av lignocellulose-materiale med et treutbytte over 88%, et harpiksinnhold under 0,15%, beregnet som den mengde harpiks som kan ekstraheres i diklormetan, et høyt innhold av lange fibrer, et lavt innhold av korte fibrer og et lavt innhold av flis, idet massen har en lyshet som gjør at den kan blekes med peroksyd til en lyshet på minst 65% ISO, fortrinnsvis minst 70%,karakterisert vedat ved fraksjonering av massen ifølge Bauer McNett er innholdet av lange fibrer over 70%, fortrinnsvis over 75%, av fibrer som holdes tilbake på en vireduk med maskestørrelse 0,595 mm (28 mesh), og innholdet av korte fibrer er under 10%, fortrinnsvis under 8%, av fibrer som går gjennom en vireduk med maskestørrelse 0,074 mm (200 mesh), og ved at flisinnholdet er lavere enn 3%, fortrinnsvis lavere enn 2%, målt ifølge Sommerville.

2. Masse ifølge krav 1, karakterisert vedat innholdet av lange fibrer er over 78% og at innholdet av korte fibrer er under 6%.

3. Masse ifølge hvilket som helst av kravene 1 eller 2,karakterisert vedat den er en fluff-masse og at den er raffinert til en freenessgrad som på det laveste er740 ml CSF, spesielt lavest 750 ml og fortrinnsvis lavest 760 ml CSF.

4. Masse ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat den er en tissue-masse, og at den raffinert til en freenessgrad som på det laveste er 650 ml CSF.

5. Masse ifølge hvilket som helst av kravene 1 - 2 og 4,karakterisert vedat det er en tissue-masse, og at lysheten er over 65% ISO, fortrinnsvis over 70%.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av absorberende kjemitermomekanisk masse fra lignocellulose-materiale omfattende tre-flis med et treutbytte over 88% ved a) impregnering av flisen med natriumsulfitt, natriumditio-nat, alkalisk peroksyd eller lignende, under tilsetning av en kompleksdanner; b) forvarming av flisen; c) defibrering av flisen til masse i en raffinør ved i hovedsak de samme trykk og temperaturer som de som anvendes i forvarmingsprosessen, og d) vasking og awanning av massen til f.eks. en konsistens på 25 - 50%, karakterisert vedat impregnering og forvarming av flisen gjennomføres i én og samme beholder med en samlet behandlingstid på ikke mer enn 2 minutter, spesie.it ikke mer enn 1 minutt, fortrinnsvis ikke mer enn 0,5 minutter, og a) anvendelse av en varm impregneringsvæske med en temperatur på minst 100°C, egenet minst 130°C og fortrinnsvis i det vesentlige samme temperatur som ved forvarmingen; b) forvarming av flisen til en temperatur på 150 - 175°C, fortrinnsvis 160 - 170°C, samt c) gjennomføring av defibreringsprosessen med en energitil-førsel som ikke overstiger halvdelen av energitilførselen som kreves for defibrering til samme flisinnhold dersom forvarming og defibrering gjennomføres ved 135°C.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat massen blekes.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat en fluff-masse defibreres til en freenessgrad som på det laveste er 740 ml, spesielt lavest 750 ml og fortrinnsvis på det laveste 760 ml CSF.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat en tissue-masse defibreres til en freenessgrad som på det laveste er 650 ml CSF.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6, 7 og 9,karakterisert vedat en tissue-masse blekes med peroksyd eller lignende blekekjemikalier til en lyshet på minst 65% ISO, fortrinnsvis minst 70%.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-10,karakterisert vedat massen vaskes ifølge • trinn d) under trykk og ved høy temperatur, fortrinnsvis ved 150 - 170°C.

12. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-11,karakterisert vedat massen vaskes ifølge trinn d) under utelukkelse av luft fra systemet.