NO340824B1

NO340824B1 - Fremgangsmåte for maling av masse, og fremgangsmåte for fremstilling av masse

Info

Publication number: NO340824B1
Application number: NO20074293A
Authority: NO
Inventors: Shisei Goto; Hiromichi Tsuji; Keigo Watanabe; Takeshi Iimori
Original assignee: Jujo Paper Co Ltd
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2017-06-26
Also published as: KR20070110022A; CA2597401C; CN101705634B; RU2007133642A; CA2597401A1; EP1860232A4; CN101705634A; RU2401897C2; US20080078518A1; WO2006085598A1; NO20074293L; CA2757539A1; EP1860232B1; EP1860232A1; CA2757539C; EP2400054A3; KR101324673B1; US7967947B2; US20110226428A1; US8784608B2

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for maling av masse for bruk i fremstilling av trykkpapirer slik som bestrøkede og ubestrøkede papirer dannet av massen fremstilt ved hjelp av slike fremgangsmåter. Mer spesifikt vedrører den fremgangsmåter for fremstilling av voluminøs masse ved frembringelse av kavitasjon i en massesuspensjon ved bruk av en fluidstråle og aktiv innføring av de resulterende fine bobler i massesuspensjonen for å justere massesuspensjonen til en ønsket freenessgrad ved hjelp av støtkraften indusert ved kollaps av de fine boblene mens skade reduseres slik som fragmentering av massefibre i en prosess for fremstilling av masse ved anvendelse av kraftmasser eller mekaniske masser dannet av bartrefibre, løvtrefibre eller ikke-tre-fibre, og resirkulerte masser dannet av trykkede returpapirer slik som aviser, annonse/ reklame-flygeblader, tidsskrifter, dataregistreringspapirer, fotokopier, datamaskinutskrifter eller blandinger av disse trykksakene slik som returmagasinpapirer og kontorretur-papirer så vel som blandinger derav.

Det er også beskrevet fremgangsmåter for behandling av prosessvann inneholdende 50 vekt% eller mindre, basert på totale faste stoffer, av fraksjoner med lange massefibre i en prosess for fremstilling av masse og papir, som ikke faller innenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse. Mer spesifikt er det beskrevet, og som ikke faller innenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse, fremstilling av masse og papir med høyere kvalitet ved innføring av kavitasjonsbobler frembrakt ved hjelp av en væskestråle inn i prosessvann og stripping av forurensende stoffer avsatt på massefibre og/eller uorganiske partikler ved hjelp av støtkraften indusert ved kollaps av boblene for å redusere adhesjon og redusere mikroorganismer, idet kvaliteten av prosessvann derved forbedres.

Bakgrunnsteknikk:

I løpet av de siste årene har det vært økende behov for voluminøst og lett papir for formålet med ressurssparing eller kostnadsreduksjon ved fysisk fordeling og tilføring av høye verdier slik som kvalitetsfremtreden eller massefrem-treden. I teknikkens stilling har ulike metoder for for-bedring av bulk blitt forsøkt. For eksempel har de følgende metoder blitt foreslått: (1) å anvende tverrbundet masse (patentpublikasjon 1, patentpublikasjon 2), (2) å blande syntetiske fibre i masse (patentpublikasjon 3), (3) å fylle uorganiske materialer mellom massefibre (patentpublikasjon 4), (4) å tilsette hulrom-induserende skummingspartikler (patentpublikasjon 5), (5) å tilsette lett malte massefibre (patentpublikasjon 6), (6) å inkludere en mykkalandrerings-prosess (patentpublikasjon 7), (7) å tilsette volumgivende kjemikalier (patentpublikasjon 8), (8) mercerisering av masse (patentpublikasjon 9), (9) enzymatisk behandling av masse (patentpublikasjon 10), etc. Disse metodene har imidlertid ulemper slik som svikt med hensyn til å resirkulere masse; en betydelig reduksjon i papirstyrke eller -stivelse på grunn av inhiberingen av binding mellom fiber; uunngåelige kostnads-økninger på grunn av tilsetningen av forskjellige typer kjemikalier eller fyllstoffer til masse; uunngåelige nye problemer inkluderende økt skum eller limingstap under papirfremstillingsprosesser, etc.

Patentpublikasjon 1: JPANo. Hei 4-185791.

Patentpublikasjon 2: JPANo. Hei 4-202895.

Patentpublikasjon 3: JPANo. Hei 3-269199.

Patentpublikasjon 4: JPANo. Hei 3-124895.

Patentpublikasjon 5: JPANo. Hei 5-230798.

Patentpublikasjon 6: JPANo. Sho 58-24000.

Patentpublikasjon 7: JPANo. Hei 4-370293.

Patentpublikasjon 8: JPANo. Hei 11-350380.

Patentpublikasjon 9: JPANo. Hei 7-189168.

Patentpublikasjon 10: JPANo. Hei 7-54293.

I de senere år har forringelsen av kvaliteten av prosessvann blitt et anliggende i prosesser for fremstilling av masse og/eller papir med en økende tendens til å velge et system med svært lukket syklus for formålet med ressurssparing eller bevaring av det globale miljø. Forringelsen av kvaliteten refererer til en økning av forurensende stoffer og/eller en økning av slim på grunn av mikrobiell vekst eller lignende. Akkumulering og sirkulering av disse forurensende stoffene eller slimet i systemet påvirker i betydelig grad evnen til å renne og produktkvaliteten under fremstillingen av masse og papir.

En tilnærmingsmåte til dette ligger i å behandle resirkulert vann i en trykksatt flotteringstank eller lignende for å del-vis fjerne forurensende stoffer og deretter å returnere det inn i systemet, men dette resulterer i en reduksjon i utbyttet, som er en vesentlig ulempe i prosesser for fremstilling av masse og papir, fordi faststoffer fjernes ikke-selektivt. En annen tilnærmingsmåte ligger i å returnere vann inn i systemet etter at det er utsatt for en membran-behandling, men dette er ikke praktisk fordi det pådrar seg høye prosesskostnader.

Spesielt er prosessvann i resirkuleringsprosesser for returpapir de mest alvorlig forurensede blant prosesser for fremstilling av masse og papir, og påvirker i betydelig grad totalt resirkulert vann. Påvirkningen av prosessvann i resirkuleringsprosesser for returpapir på kvaliteten av masse og papir er i økende grad stigende på grunn av den propor-sjonale økning av resirkulert masse i lys av resirkulering.

Metoder for resirkulering av returpapir omfatter typisk trinnet med stripping av (trykk)farge/blekk fra massefibre og trinnet med fjerning av den strippede (trykk)fargen. Mer spesifikt omfatter den generelle metoden å fremme stripping av (trykk)farge fra massefibre og fragmentering derav ved hjelp av hydrodynamiske skjærkrefter eller friksjonskraften mellom massefibre i en pulper under basiske betingelser ved å tilsette en surfaktant i nærvær av natriumhydroksyd, natriumsilikat og oksyderende blekemidler og deretter å fjerne (trykk)farge/blekk ved flotasjon og/eller vasking.

Når returpapiret skal behandles ytterligere, velges en tilnærmingsmåte hvori masse behandles videre ved anvendelse av et utstyr for å fremme stripping/fragmentering av (trykk) farge ved hjelp av mekanisk kraft (trykk)fargestrippings-trinnet eller (trykk)fargefjerningstrinnet. En annen tilnærmingsmåte omfatter videre et (trykk)fargefjerningstrinn bestående av flotasjon og/eller vasking etter (trykk)farge-strippingstrinnet.

Rejekter (betegnet skum) frembrakt ved flotasjon eller dreneringsvann (betegnet bakvann) frembrakt under vasketrinnet har tidligere blitt blandet med masse-avløpsvann eller papirfremstillings-avløpsvann og tømmes i offentlige vannsoner etter passende behandlinger fordi de inneholder mye (trykk)farge og forurensende stoffer.

Skum eller bakvann har alternativt blitt returnert inn i systemet og gjenbrukt for å sikre vannvolum påkrevet for å forbedre utbyttet eller fremme en prosess med lukket syklus fordi det inneholder fibre og uorganisk stoff selv om forurensende stoffer inkluderende (trykk)farge er avsatt på fibrene og det uorganiske stoff.

Forurensende stoffer inkluderende (trykk)farge sirkulerer og akkumuleres i systemet, og har derved en tendens til å for-ringe kvaliteten på resirkulert vann og eventuelt å påvirke kvaliteten på produktene.

Når adhesive forurensende stoffer er inkludert, akkumuleres de på maskiner som inviterer til tap av evne til å renne slik som banebrudd eller til å danne fremmedlegemer på produktene, som i betydelig grad forringer fremtreden til produktet.

I tillegg er det forutsagt at avsetninger eller sedimenter betegnet slim vil øke ved mikrobiell vekst med økende nøy-tralisering av papir i fremtiden. En løsning på dette er å anvende slimbekjempelsesmidler for antimikrobielle formål, men denne prosessen medfører ytterligere kostnad og krever en strategi mot deres miljømessige utslipp.

Det ble således foreslått å ytterligere behandle skum eller bakvann i en separator og deretter å returnere det inn i systemet, men det er vanskelig å selektivt separere fibre og uorganisk stoff som forurensende stoffer inkluderende (trykk) farge er avsatt på fordi en slik separator er utformet til å separere materialer som allerede er dispergerte.

For å selektivt separere forurensende stoffer inkluderende (trykk)farge, er det foretrukket å separere dem etter at de er strippet fra fibre og aske som de er avsatt på. Strip-pingsutstyr slik som pulpere, knainnretninger og disperge-ringsinnretninger er kjente og anvendes hovedsakelig i resirkuleringsprosesser for returpapir. Alle disse er imidlertid effektive ved høy konsistens, og derfor ineffektive for behandling av vann med lav konsistens slik som skum eller bakvann.

JPB HEI-7-18109 (patentpublikasjon 1) foreslår en avsvertingsmetode ved anvendelse av støtet indusert ved ekspansjon/ kontraksjon av bobler frembrakt av ultralydbølger tilført i en beholder via en basisplate av avsvertingsutstyr fra en ultralydgenerator plassert ved bunnen av basisplaten.

JPA 2004-19025 (patentpublikasjon 2) foreslår en metode for stripping av (trykk)farge fra skum eller bakvann ved til-føring av ultralydbølger ved anvendelse av en ultralydtransducer.

Effekten tiltenkt ved den foreliggende oppfinnelse kan imidlertid ikke oppnås ved disse metodene fordi de frem-bringer kavitasjon med lav effektivitet på grunn av anvend-elsen av ultralydtransducere i åpne systemer og de arbeider i et smalt område på grunn av enkeltfrekvenser.

JPA 2004-19025 (patentpublikasjon 3) foreslår å resirkulere skum eller bakvann etter at (trykk)fargekomponenter har blitt separert ved hjelp av en løsningsmiddelbehandling, men det fører med seg sikkerhetsproblemer fordi kerosen eller n-heksan anvendes.

JPA 2004-263323 (patentpublikasjon 4) foreslår en metode for å forbedre lysheten av fibre og aske ved fiberknuteoppslåing av skum frembrakt ved flotasjon av masse oppnådd ved desintegrering av avløpsvann, men denne tilnærmingsmåten er nokså forskjellig fra den foreliggende oppfinnelse som tillater behandling ved lav konsistens.

Patentpublikasjon 1: JPB No. Hei 7-18109.

Patentpublikasjon 2: JPANo. 2004-19025.

Patentpublikasjon 3: JPANo. 2004-19024.

Patentpublikasjon 4: JPANo. 2004-263323.

WO 01/87471 Al tilveiebringer en metode for å blande to eller flere forskjellige fluider slik som gass og væske, idet metoden omfatter trinnene med å innføre ett fluid i det andre for å danne en blanding, indusere kavitasjon i blandingen for å redusere minst ett av fluidene til et større antall relativt små enheter, og fordele de små enhetene jevnt i blandingen.

Problemer som skal løses ved den foreliggende oppfinnelse: Når masse males ved hjelp av konvensjonelle malehollendere slik som dobbeltskiveraffinører, undergår den generelt endringer slik som en reduksjon av fiberlengde, en økning av mikrofibriller, en økning av krølling, etc, med en reduksjon av freenessgrad, og de resulterende ark utviser en økning av densitet.

Den foreliggende oppfinnelse har således som mål å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av stivere voluminøs masse ved en freenessgrad som kan sammenlignes med dem oppnådd ved mekaniske behandlinger for å forbedre voluminøsheten av produktpapir ved å søke etter en metode som er i stand til å justere freenessgrad idet skade på massefibre og intern fibrillering undertrykkes i en prosess for fremstilling av masse.

Det er også omtalt metoder for å strippe forurensende stoffer avsatt på massefibre og/eller uorganiske partikler for å redusere adhesjon av de forurensende stoffer og redusere mikroorganismer i en behandling av prosessvann inneholdende fraksjoner med lange massefibre i en prosess for fremstilling av masse og papir, idet prosessvannet klares og masse og papir med høy kvalitet således fremstilles, som ikke faller innenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse.

Midler i samsvar med den foreliggende oppfinnelse:

Idet det konstateres at massefibres egen bulk avtar svært mye under mekanisk maling, undersøkte vi nøye en metode for å oppnå voluminøs masse ved selektivt å tilføre en last på overflatene av massefibre for å justere freenessgrad uten å redusere bulken av massefibre men skade på fibrene og intern fibrillering undertrykkes, og som et resultat oppnådde vi den foreliggende oppfinnelse på grunnlag av det funn at freenessgrad kan justeres uten å påvirke massefibres egen bulk ved hjelp av støtkraften indusert ved kollaps av fine bobler frembrakt ved aktiv frembringelse av kavitasjon i en suspensjon av massefibre ved anvendelse av en fluidstråle.

Den foreliggende oppfinnelse er såledeskarakterisert vedat mer voluminøst og sterkere masse kan oppnås ved en freenessgrad som kan sammenlignes med dem for masse behandlet ved konvensjonelle målemetoder ved å aktivt innføre bobler frembrakt ved kavitasjon i en suspensjon av massefibre for å justere freenessgraden av masse, idet ekstern fibrillering av massefibre ved hjelp av støtkraften indusert ved kollaps av de fine boblene derved fremmes mens intern fibrillering undertrykkes for å justere freenessgraden.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte for fremstilling av voluminøs massekarakterisertved at masse med en ønsket freenessgrad oppnås ved å frembringe kavitasjon i en suspensjon inneholdende massefibre ved anvendelse av en fluidstråle i en prosess for fremstilling av masse bestående av et maletrinn og et blandetrinn i løpet av hvilket freenessgrad justeres og additiver slik som fyllstoffer tilsettes.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse frembringes kavitasjon ved hjelp av en fluidstråle, og massen kan bringes i kontakt med bobler ved å slippe ut selve massesuspensjonen som fluidstrålen.

Fluidet som danner strålen kan være hvilket eller hvilke som helst av væsker, gasser og faststoffer slik som pulver eller masse eller en blanding derav så lenge som den er i den fluide tilstand. Om nødvendig kan fluidet være kombinert med et annet fluid slik som et friskt fluid. Fluidet og det friske fluidet kan strømme ut som en homogen blanding eller strømme separat ut.

Fluidstrålen betyr en stråle av en væske eller et fluid inneholdende faste partikler eller en gass dispergert eller blandet i en væske, inkluderende en væskestråle inneholdende slurry av massefibre, fibrøse materialer og uorganiske partikler og bobler. Gassen her kan inkludere bobler frembrakt ved kavitasjon, og kan være tilsatt separat.

Massematerialer som skal behandles inkluderer kraftmasser eller mekaniske masser dannet av bartre- eller løvtre- eller ikke-tre-fibre eller resirkulerte masser dannet av returpapirer eller celluloseark-lignende materialer etc. Blandede materialer av masse med fibrøse materialer slik som kjemiske fibre kan også behandles.

Når kavitasjonsbobler kollapser frembringes et høyt støttrykk som når flere GPas i et lokalt område av størrelsesorden flere mikrometer og temperaturen stiger til flere tusen grader Celsius, som beskrevet i en bok av Katoh (New Edition Cavitation: Basics and Recent Advance, skrevet og redigert av Yoji Katoh, publisert av Makishoten, 1999). Som et resultat har kavitasjon skadelige innvirkninger slik som skade, oscillasjon og ytelsestap på fluidmaskineri og dette aspektet har er kjent som et teknisk problem som må løses. I de senere år har hurtige fremskritt i forskning på kavitasjon gjort det mulig å nøyaktig kontrollere området hvori kavitasjonen finner sted og til og med støtkraften ved anvendelse av hydrodynamiske parametere for kavitasjonsstråle som driftsfaktorer. Som et resultat oppstår forventninger om effektiv utnyttelse av den sterke energien for kavitasjon ved å kontrollere støtkraften indusert ved kollaps av bobler.

Det har således blitt mulig å nøyaktig kontrollere kavitasjon ved drift/justering basert på hydrodynamiske parametere. Dette viser at stabilitet av tekniske effekter kan opprett-holdes, og den foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedaktivt å innføre bobler frembrakt ved kontrollert kavitasjon i en massesuspensjon for å effektivt benytte dens energi snarere enn den konvensjonelle ukontrollerbart skadelige kavitasjon spontant frembrakt i fluidmaskineri.

De følgende ukrainske dokumenter (ikke-patentpublikasjoner 1-3) beskriver at en oppslått returkartongmasse eller lignende males ved kavitasjon ved anvendelse av en massestråle og hindringer med en roterende struktur, som derved fremmer intern fibrillering og forbedrer slitestyrke for fibre eller lignende. Disse teknikkene anvendes således på et forskjellig område og i effekter som er forskjellige fra dem i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og de er derfor hovedsakelig forskjellige fra den foreliggende oppfinnelse, fordi effektene oppnådd ved disse teknikkene stammer fra for-bedringen med hensyn til forlengelse på grunn av mykgjøring av massefibre med det resultat at voluminøs masse ikke kan oppnås ved disse teknikkene.

Ikke-patentpublikasjon 1:R.A. Solo_itsy_ et al., Bum Prom-st', 1987 (6), 22. Ikke-patentpublikasjon 2:R.A. Solo_itsy_ et al., Bum Prom-st', 1987 (6), 25. Ikke-patentpublikasjon 3:R.A. Solo_itsy_ et al., Bum Prom-st', 1986 (6), 24.

Som et resultat av nøye undersøkelser fant vi også en metode som er i stand til å oppklare problemene med stripping av forurensende stoffer slik som (trykk)farge avsatt på massefibre og/eller akse, som reduserer adhesjon og reduserer mikroorganismer ved hjelp av støtkraften indusert ved kollaps av fine bobler ved behandling av prosessvann inneholdende 50 vekt% eller mindre, basert på totale faststoffer, av fraksjoner med lengre massefibre anvendt i en prosess for fremstilling av masse og papir ved kavitasjon frembrakt ved en væskestråle, som ikke faller innenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse.

Det er følgelig også omtalt fremgangsmåter for behandling av prosessvann i en prosess for fremstilling av masse og papirkarakterisert vedat kavitasjonsbobler frembringes ved en væskestrøm og bringes i kontakt med prosessvann inneholdende 50 vekt% eller mindre, basert på totale faststoffer, av fraksjoner med lange massefibre for å strippe forurensende stoffer avsatt på massefibre og/eller akse, redusere adhesjon av de forurensende stoffer, og redusere mikroorganismer, som ikke faller innenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse.

Fordeler ved den foreliggende oppfinnelse:

Ved å benytte fremgangsmåten for fremstilling av masse i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, kan stivere voluminøs masse oppnås fordi freenessgraden for trebaserte masser slik som kraftmasser og mekaniske masser så vel som resirkulerte masser dannet av returpapirer eller celluloseark kan justeres mens skade på massefibre kontrolleres.

I samsvar med de beskrevne metoder som ikke faller innenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse, kan forurensende stoffer inkluderende (trykk)farge avsatt på massefibre og/ eller aske strippes, adhesjon av de forurensende stoffer kan reduseres og mikroorganismer kan reduseres ved behandling av prosessvann inneholdende 50 vekt% eller mindre basert på totale faststoffer, av fraksjoner med lange massefibre anvendt i en prosess for fremstilling av masse og/eller papir, og dessuten kan forurensende stoffer slik som (trykk) farge mer effektivt separeres i en separator i et etter-følgende trinn. Prosessvann med høy kvalitet kan således oppnås, og driftsproblemer eller produkteffekter på grunn av forurensende stoffer kan reduseres.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er et skjematisk diagram som viser kavitasjonsstråle-vaskeren anvendt i eksemplene. Figur 2 er et diagram som viser forholdet mellom (trykk) farge-fjerningsraten og rejektraten i skum fra fabrikk B. Figur 3 er et diagram som viser forholdet mellom (trykk) farge-fjerningsraten og rejektraten i bakvann fra fabrikk B.

Referanse i tegningene:

1: prøvetank

2: dyse

3: kavitasjonsstrålecelle

4: plungerpumpe

5: oppstrøms trykkreguleringsventil

6: nedstrøms trykkreguleringsventil

7: oppstrøms trykkmåler

8: nedstrøms trykkmåler

9: vanntilførselsventil

10: sirkulasjonsventil

11: dreneringsventil

12: temperaturføler

13: blander.

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse:

Masser som skal behandles i den foreliggende oppfinnelse er dannet av bartrefibre eller løvtrefibre eller ikke-tre-fibre, eller lignende. Mer spesifikt inkluderer de kjemiske masser slik som kraftmasser; mekaniske masser slik som slipmasser, termomekaniske masser og kjemitermomekaniske masser, eller resirkulerte masser dannet av returpapirer eller celluloseark-lignende materialer, etc. Returpapirer som den foreliggende oppfinnelse kan anvendes på for inkluderer f.eks. aviser, annonse/reklame-flygeblader, slipmassepapir-baserte tidsskrifter, bestrøket papir-baserte tidsskrifter, varme-følsomme papirer, trykkfølsomme papirer, similipapirer, tre-frie fargede papirer, fotokopieringspapirer, datamaskinut-skriftspapirer eller blandede returpapirer derav. Spesielt når den foreliggende oppfinnelse anvendes for kraftmasser (inkluderende resirkulerte masser fremstilt fra returpapirer basert på kraftmasser), har de resulterende masser egenskaper som er forskjellige fra dem for masse oppnådd ved konvensjonelle malebehandlinger. Den foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for blandinger av masse og høyt aspektforhold ikke-masse-fibrøse materialer slik som kjemiske fibre.

Når f.eks. malebehandlingen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse anvendes for kraftmasser, er reduksjonen i vannretensjonsverdi med reduksjonen i freenessgrad for massen mildere enn den observert med masser utsatt for konvensjonelle malebehandlinger. Denne fenomenet viser at ekstern fibrillering av massefibre forløp videre enn intern fibrillering ved en kavitasjonsbehandling. Mer voluminøse og sterkere papirark kan således oppnådd sammenlignet med masser som har like freenessgrader oppnådd ved konvensjonelle malebehandlinger .

Når malebehandlingen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse anvendes for mekaniske masser, kan flis (bundede fibre) reduseres sammenlignet med masser med lik freenessgrad oppnådd ved mekaniske behandlinger slik som raffinører. Med andre ord kan egnethet for papirfremstilling forbedres fordi freenessgraden av masse oppnådd ved mekaniske behandlinger kan økes for således å redusere flis.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse males en masse ved hjelp av en kavitasjonsbehandling som omfatter anvendelse av en fluidstråle for å justere den til en ønsket freenessgrad. Freenessgraden for massen som har undergått kavitasjonsbehandlingen varierer i overensstemmelse med det tiltenkte formål og er ikke begrenset, men er omtrent 200-600 ml Canadian Standard Freeness for løvtre-kraftmasser, 200-600 ml Canadian Standard Freeness for bartre-kraftmasser, 50-300 ml for mekaniske masser, og 50-400 for resirkulerte masser.

Kavitasjonsbehandlingen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse kan anvendes på et hvilket som helst sted i masse-fremstillingstrinnet og blandetrinnet, men foretrukket i trinnet i løpet av hvilket fibrøse materialer har blitt desintegrert til en massetilstand.

Normalt utføres massemaling ved mekanisk behandling. Spesifikt refererer den mekaniske behandlingen til en behandling som anvender et apparat med et metallstykke eller et blad som virker på massefibre rundt omdreiningsaksen slik som en raffinør, malehollender, PFI-mølle, knaingsinnretning eller dispergeringsinnretning; eller ved anvendelse av frik-sjon mellom massefibre. Spesielt når en konvensjonell malebehandling ved anvendelse av en mekanisk malehollender og en malebehandling ved anvendelse av kavitasjon i samsvar med den foreliggende oppfinnelse kombineres, kontrolleres egenskaper til massefibre og mer ønskelig papirkvalitet kan oppnås fordi malebehandlingene utføres ved hjelp av forskjellige mekanis-mer. Om ønsket kan natriumhydroksyd, natriumsilikat og andre alkaliske kjemikalier, avsvertingsmidler, oksyderende blekemidler og reduserende blekemidler kan også tilsettes. Om ønsket kan fargestoffer, fluorescerende hvitemidler/lys-gjøringsmidler, pH-modifiseringsmidler, skumdempingsmidier, bekkontrollmidler, slimkontrollmidler eller lignende også tilsettes uten problemer. Malehollenderen eller behandlings-betingelsene som anvendes er ikke spesifikt begrenset. Trinnet med fjerning av fremmedsubstanser eller et bleketrinn alminnelig anvendt i prosessene beskrevet ovenfor kan også være inkludert hvis det er nødvendig for å fjerne fremmedsubstanser eller for å sikre høy lyshet.

Midler for frembringelse av kavitasjon i den foreliggende oppfinnelse anvender en væskestråle. Andre kjente metoder inkludrer en ultralydtransducer, en kombinasjon av en ultralydtransducer og en hornforsterker, og laserbestråling. En væskestråle anvendes og den er mer effektivt for massefibre fordi kavitasjonsbobler effektivt frembringes og kavitasjonsbobleskyer med en sterkere støtkraft ved kollaps dannes. Kavitasjonen frembrakt ved metoden beskrevet ovenfor er klart forskjellige fra den ukontrollerbart skadelige kavitasjon som spontant frembringes i konvensjonelt fluidmaskineri.

Når kavitasjon frembringes ved hjelp av en væskestråle i den foreliggende oppfinnelse, kan massesuspensjonen og boblene bringes i kontakt ved å slippe ut massesuspensjonen som væskestrålen. En fluidstråle kan være en væskestråle, og det forurensende stoffet kan være (trykk)farge. Fluidet som danner strålen kan være hvilket eller hvilke som helst av væsker, gasser og faststoffer slik som pulver eller masse eller en blanding derav så lenge som det er i den fluide tilstand. Om nødvendig kan fluidet kombineres med et annet fluid som et friskt fluid. Fluidet og det friske fluidet kan strømme ut som en homogen blanding eller strømme ut separat (beskrivelsen i dette avsnittet gjelder også for andre metoder som er omtalt her).

Væskestrålen betyr en stråle av en væske eller et fluid inneholdende faste partikler eller en gass dispergert eller blandet i en væske, inkluderende en væskestråle inneholdende masse, en slurry av uorganiske partikler og bobler. Gassen her kan inkludere bobler frembrakt ved kavitasjon (beskrivelsen i dette avsnittet gjelder også andre metoder som er omtalt her).

Ved kavitasjon er strømningshastigheten og trykket spesielt viktig fordi det finner sted når en væske akselereres og et lokalt trykk blir lavere enn damptrykket for væsken. Det grunnleggende dimensjonsløse tall som uttrykker en kavita-sjonstilstand, kavitasjonstall 5 (Cavitation Number 5) er derfor definert som følger (New Edition Cavitation: Basics and Recent Advance, skrevet og redigert av Yoji Katoh, publisert av Makishoten, 1999).

hvor ps: trykk av normal strømning, Us: strømningshastighet av normal strøm, pv: damptrykk av fluid, p: densitet av fluid.

Hvis kavitasjonstallet her er høyt, betyr det at strømnings-stedet er under en vanskelig tilstand å frembringe kavitasjon. Spesielt når kavitasjon frembringes gjennom en dyse eller en dyseslange som i tilfellet med en kavitasjonsstråle, kan kavitasjonstallet 5 omskrives ved hjelp av den følgende ligning (2) hvor pi: dyse-oppstrømstrykk,P2: dyse-nedstrøms-trykk, pv: mettet damptrykk for prøvevann, og kavitasjonstallet 5 kan anslås som vist i den følgende ligningen (2) i tilfellet med en kavitasjonsstråle på grunn av den store trykkforskjellen mellom pi, p2og pvsom resulterer i pi>>P2>>pv (H. Soyama, J. Soc. Mat. Sei. Japan, 47 (4), 381 1998).

Kavitasjonsbetingelser i den foreliggende oppfinnelse er som følger: kavitasjonstallet 5 definert ovenfor er ønskelig 0,001 eller mer og 0,5 eller mindre, foretrukket 0,003 eller mer og 0,2 eller mindre, spesielt 0,01 eller mer og 0,1 eller mindre. Hvis kavitasjonstallet 5 er mindre enn 0,001, oppnås liten fordel på grunn av den lille trykkforskjellen mellom kavitasjonsbobler og omgivelsene når boblene kollapser, men hvis det er større enn 0,5 er det mindre sannsynlig at kavitasjon finner sted på grunn av den lille trykkforskjellen i strømmen.

Når en utstrømmende væske slippes ut via en dyse eller en dyseslange for å frembringe kavitasjon, er trykket av den utstrømmende væsken (oppstrømstrykk) ønskelig 0,01 MPa eller mer og 30 MPa eller mindre, foretrukket 0,7 MPa eller mer og 15 MPa eller mindre, spesielt 2 MPa eller mer og 10 MPa eller mindre. Hvis oppstrømstrykket er mindre enn 0,01 MPa oppnås liten fordel på grunn av den lille trykkforskjellen mellom oppstrømstrykk og nedstrømstrykk. Hvis det er større enn 30 MPa inntreffer kostnadsulemper fordi spesialpumper og trykk-tanker er nødvendig og energiforbruk øker. På den annen side er trykket i tanken (nedstrømstrykk) foretrukket 0,05 MPa eller mer og 0,3 MPa eller mindre uttrykt i statisk trykk. Forholdet mellom trykket i tanken og trykket av den ut-strømmende væsken er foretrukket i området 0,001-0,5.

Stråle-strømningshastigheten til den utstrømmende væsken er ønskelig i området 1 m/sek eller mer og 200 m/sek eller mindre, foretrukket i området 20 m/sek eller mer og 100 m/sek eller mindre. Hvis stråle-strømningshastigheten er mindre enn 1 m/sek oppnås liten fordel fordi trykkfallet er for lite til å frembringe kavitasjon. Hvis den er større enn 200 m/sek inntreffer imidlertid kostnadsulemper fordi høyt trykk er nødvendig og spesialutstyr derfor er påkrevet.

Stedet hvor kavitasjon frembringes i den foreliggende oppfinnelse kan velges fra, men er ikke begrenset til, innsiden av en beholder slik som en tank eller innsiden av et rør. Behandlingen kan være en operasjon med en passering, men effekten kan ytterligere økes ved å gjenta et nødvendig antall kjøringer. Behandlingen kan utføres i parallell eller i serie ved anvendelse av multiple genereringsmidler.

Utstrømming for frembringelse av kavitasjon kan finne sted i en beholder som er åpen mot atmosfæren slik som en pulper, men foretrukket i en trykktank for å kontrollere kavitasjon.

I fremgangsmåten for frembringelse av kavitasjon ved hjelp av en væskestråle i den foreliggende oppfinnelse inkluderer væskene som kan strømme ut til massesuspensjonen, men er ikke begrenset til, springvann, resirkulert vann utvunnet under papirfremstillingsprosesser, masseavvanningsvann, bakvann og selve massesuspensjonen. Foretrukket strømmer selve massesuspensjonen ut for å tilveiebringe en større fordel fordi ikke bare kavitasjon frembringes rundt strålen men også en hydrodynamisk skjærkraft oppnås når en stråle slippes ut fra en dyse eller en åpning ved et høyt trykk.

Faststoffinnholdet i den tilsiktede massesuspensjon hvori kavitasjon skal frembringes ved utstrømming av en væske er foretrukket 5 vekt% eller mindre, mer foretrukket 4 vekt% eller mindre, enda mer foretrukket 0,1-3 vekt% hva angår den boblefrembringende effektivitet. Når faststoffinnholdet i mål-væsken er 5 vekt% eller mer og 20 vekt% eller mindre, kan en fordel oppnås ved å justere konsistensen av utstrømmings-fluidet til 4 vekt% eller mindre.

pH i massesuspensjonen er foretrukket 1-13, mer foretrukket 3-12, enda mer foretrukket 4-11. Hvis pH er mindre enn 1 inntreffer problemer slik som korrosjon av utstyr, som er ufordelaktig hva angår materialer og vedlikehold eller lignende. Hvis pH overstiger 13 inntreffer imidlertid alkalisk misfarging av massefibre som utfordelaktig nedsetter lyset. Basiske betingelser er ønskelige fordi massefibre er svært svellede og mer OH-aktive radikaler produseres.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse øker strømnings-hastigheten av den utstrømmende væsken ved å øke utstrøm-mingstrykket for væsken, hvilket resulterer i et trykkfall og frembringelse av sterkere kavitasjon. Dessuten er beholderen som mottar mål-væsken dessuten trykksatt for å øke trykket i området hvor kavitasjonsbobler kollapser, hvilket resulterer i en økning i trykkforskjellen mellom bobler og omgivelsene, hvorved bobler kraftig kollapser med en sterkere støtkraft. Kavitasjon påvirkes av mengden av gass i væsken, og hvis gass er i overskudd kolliderer bobler med hverandre og forenes til å danne en dempende effekt slik at støtkraften ved kollaps absorberes av andre bobler og støtkraften avtar. Behand-lingstemperaturen er således foretrukket 0°C eller mer og 70°C eller mindre, spesielt 10°C eller mer og 60°C eller mindre i betraktning av påvirkningen av oppløst gass og damptrykk. I betraktning av at støtkraften normalt er maksimal ved midtpunktet mellom smeltepunktet og kokepunktet, er temperaturer rundt 50°C foretrukne i tilfellet med vandige oppløsninger, selv om høye effekter kan oppnås så lenge som temperaturen er innenfor området beskrevet ovenfor fordi der ikke er noen innvirkning av vanndamp selv ved lavere temperaturer.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse kan energien som er nødvendig for frembringelse av kavitasjon reduseres ved tilsetning av en surfaktant. Surfaktanter som anvendes inkluderer, men er ikke begrenset til, kjente eller nye surfaktanter, f.eks. ikke-ioniske surfaktanter, anioniske surfaktanter, kationiske surfaktanter og amfolytiske surfaktanter slik som fettsyresalter, høyere alkylsulfater, alkylbenzensulfonater, høyere alkoholer, alkylfenoler, alkylenoksyd-addukter av fettsyrer, etc. Disse kan tilsettes som enkeltkomponenter eller blandinger av to eller flere komponenter. Mengden som skal tilsettes kan være hvilken som helst mengde som er nødvendig for å nedsette overflate-spenningen av den utstrømmende væsken og/eller mål-væsken. Massen fremstilt gjennom prosessen beskrevet ovenfor inneholder stive fibre med liten skade slik at den er voluminøs og kan anvendes til å fremstille voluminøst papir.

Eksempler som ikke faller innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse, men som er egnet for en bedre forståelse av denne er beskrevet.

Prosessvann som skal behandles refererer til servicevann anvendt eller produsert i en prosess for fremstilling av en masse og/eller papir og normalt inneholdende 5 vekt% eller mindre av faststoffer og 50 vekt% eller mindre, basert på totale faststoffer, av fraksjoner med lange massefibre. Fraksjonene med lange massefibre her refererer til massefibre tilbakeholdt på en 150-mesh (cplOO um) sil.

Prosessvann inkluderer spesifikt, men er ikke begrenset til, bakvann, servicevann, vann av industriell kvalitet, resirkulert vann, industrielt vann, vasket vann fra vaskere, dreneringsvann fra dreneringssystemer (f.eks. DNT-vaskere, ekstraktorer, skruepresser, etc.), skum eller rejekter fra fIotasjonstanker, skum og akseptorer fra trykksatte fIotasjonsutstyr, dusjvann, vaskevann fra filt eller lignende, fortynnet vann av råmaterialer produsert eller anvendt i en prosess for fremstilling av masse og/eller papir, eller disse vannene som har undergått en separasjonsbehandling slik som flotasjon, skumseparasjon, sedimenteringsseparasjon, membranseparasjon, sentrifugering, flokkuleringsseparasjon, etc.

Som anvendt heri, refererer massefibrene til cellulosefibre av kjemisk masse eller mekanisk masse eller returpapirmasse. Kjemiske fibre eller glassfibre eller lignende kan også være inkludert. De uorganiske partiklene refererer til materialer som er tilbake som aske etter forbrenning av papir, slik som pigmenter tilsatt internt under papirfremstilling eller inneholdt i bestrykningslag. Spesifikt inkluderer de, men er ikke begrenset til, kalsiumkarbonat, talkum, kaolin, titan-dioksyd, etc.

Som anvendt heri, refererer de forurensende stoffer til fremmedsubstanser avsatt på massefibre og/eller uorganiske partikler, inkluderende f.eks. rester av bestrøkede lag slik som (trykk)farger, fluorescerende fargestoffer eller vanlige fargestoffer, bestrykningsfarger, stivelser og syntetiske harpikser; rester av bearbeidede lag slik som laminater; adhesjonsmidler og selv-adhesjonsmidler, limingsmidler, etc. Andre eksempler inkluderer, men er ikke begrenset til, interne papirfremstillings-tilsetningsstoffer anvendt under papirfremstilling slik som utbytte-forbedringsmidler, freenessgrad-forbedringsmidler, papirstyrke-økende midler og interne limingsmidler.

Faststoffer og bobler kan bringes i kontakt med hverandre ved å slippe ut prosessvann i seg selv som en væskestråle når kavitasjon frembringes av væskestrålen.

Når kavitasjon frembringes ved utstrømming av en væske, er faststoffinnholdet i mål-prosessvannet foretrukket 0,01 vekt% eller mer og 5 vekt% eller mindre, mer foretrukket 0,1 vekt% eller mer og 3 vekt% eller mindre hva angår den boblefrembringende effektivitet. Når faststoffinnholdet i mål-væsken er 5 vekt% eller mer og 20 vekt% eller mindre, kan med fordel oppnås ved å justere konsistensen av den utstrømmende væsken til 5 vekt% eller mindre. pH i massesuspensjonen er ønskelig basisk fordi mer OH-aktive radikaler produseres.

Mekanisme for den foreliggende oppfinnelse:

Årsaken til at intern fibrillering av massefibre undertrykkes og ekstern fibrillering fremmes i den foreliggende oppfinnelse kan forklares som følger. Når fine bobler frembrakt ved kavitasjon kollapser, dannes en sterk energi i et lokalt område av størrelsesorden flere mikrometer, som beskrevet ovenfor. Når fine bobler eller bobleskyer kollapser ved eller nær massefiberoverflater, kommer støtkraften ved massefiber-overflatene direkte eller via væske og blir absorbert inn i et amorft område av cellulosedannende massefibre, idet ekstern fibrillering og svelling av massefibre derved fremmes. Boblene er svært små i forhold til massefibre slik at støtkraften ikke er så sterk at den skader alle massefibrene. Massefibre absorberer dessuten overskuddsenergi som kinetisk energi for fibrene per se selv om en svært sterk støtkraft induseres ved kontinuerlig kollaps av bobleskyer fordi de er dispergert i væske men ikke fiksert. Det menes således at fremgangsmåtene i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan redusere skade slik som fragmentering av massefibre og undertrykke intern fibrillering sammenlignet med målemetoder basert på mekanisk virkning.

Mekanisme for andre metoder som ikke faller innenfor rammen til den foreliggende oppfinnelse: Årsaken til at forurensende stoffer inkluderende (trykk) farge avsatt på massefibre strippes kan forklares som følger. Når fine bobler frembrakt ved kavitasjon kollapser dannes en sterk energi i et lokalt område av størrelsesorden flere mikrometer, som beskrevet ovenfor. Når fine bobler eller bobleskyer kollapser ved eller nær massefiberoverflater, kommer støtkraften ved massefiberoverflåtene således direkte eller via væske og blir absorbert inn i et amorft område av cellulosedannende massefibre, som derved fremmer ekstern fibrillering og svelling av massefibre og på samme tid stripping av forurensende stoffer slik som (trykk)farge.

Årsaken til at adhesjonen av forurensende stoffer avtar kan forklares ved det faktum at hydroksyradikaler produseres når fine bobler frembrakt ved kavitasjon kollapser og de produ-serte hydroksyradikaler virker på overflatene av adhesjons-middel-forurensende stoffer for å hydrofilisere disse.

Årsaken til at mikroorganismer avtar kan forklares ved det faktum at mikrobielle celler ødelegges ved den sterke støt-kraften som beskrevet ovenfor.

Eksempler

De følgende eksempler illustrerer ytterligere den foreliggende oppfinnelse, imidlertid uten å begrense oppfinnelsen der-til .

[Eksempler 1-4]

Et kommersielt tilgjengelig bleket løvtre-kraftmasseark ble desintegrert i en lav-konsistens-pulper for å fremstille råmaterial A (freenessgrad 666 ml CSF). Råmaterial A ble justert til en ønsket konsistens, og deretter behandlet i en kavitasjonsstrålevasker (dysediameter 1,5 mm) vist i figur 1 ved et utstrømmende væsketrykk (oppstrømstrykk) på 7 MPa (stråle-strømningshastighet 70 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedstrømstrykk) på 0,3 MPa i varierende perioder for å modulere freenessgraden. En massesuspensjon med en konsistens på 1,1 vekt% ble anvendt som en utstrømmende væske for å behandle massesuspensjonen (konsistent 1,1 vekt% (i beholderen ved kavitasjon. Den behandlede massen ble testet med hensyn på vannretensjonsverdi, silanalyse, og Canadian Standard Freeness (CSF), og resultatene er vist i tabell 1.

-Vannretensjonsverdi: bestemt i overensstemmelse med J. TAPPI

No. 26.

-Silanalyse: bestemt i overensstemmelse med JIS P 8207: 1976. -Canadian Standard Freeness (CSF): bestemt i overensstemmelse med JIS P 8121: 1995.

Deretter ble fem håndark fremstilt fra den behandlede massen i overensstemmelse med JIS P 8209. Håndarkene ble målt med hensyn på tykkelse og flatevekt ved hjelp av metodene beskrevet nedenfor og deres densitet og bulk ble beregnet derfra. Håndarkene ble videre testet med hensyn på slitlengde og slit-bruddforlengelse, rivindeks, sprengindeks, lyshet og fargetone, opasitet, spesifikk spredningskoeffisient, og spesifikk absorpsjonskoeffisient ved hjelp av metodene beskrevet nedenfor. Resultatene er vist i tabeller 2-3.

-Tykkelse: målt i overensstemmelse med JIS P 8118: 1998. -Flatevekt: målt i overensstemmelse med JIS P 8124: 1998 (ISO 536; 1995). -Densitet og bulk: beregnet fra den målte verdi for tykkelsen og flatevekten av hvert håndark. -Slitlengde og slitbruddforlengelse: målt i overensstemmelse med JIS P 8113: 1998. -Rivindeks: målt i overensstemmelse med JIS P 8116: 2000. -Sprengindeks: målt i overensstemmelse med JIS P 8112: 1994. -Lyshet og fargetone: målt ved hjelp av et kolorimeter (fra Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) i overensstemmelse med JIS P 8148. -Opasitet: målt i overensstemmelse med JIS P 8149: 2000. -Spesifikk spredningskoeffisient, spesifikk absorpsjonskoeffisient: målt ved hjelp av et kolorimeter (fra Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) i overensstemmelse med TAPPI T425om-91.

[Sammenligningseksempler 1-5]

Råmaterial A ble malt ved en konsistens på 10% og en male-spalt på 0,2 mm i en PFI-mølle for varierende antall tellinger for å modulere freenessgraden. Den malte massen ble testet med hensyn på vannretensjonsverdi, silanalyse og Canadian Standard Freeness, og resultatene er vist i tabell 1. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser, og resultatene er vist i tabell 2-3. Som vist i tabell 1, avtok vannretensjonsverdiene i eksemplene sammenlignet med sammenligningseksempler ved omtrent like freenessgrader. Vannretensjonsverdier kan anvendes som indikatorer på intern fibrillering, og de reduserte vannretensjonsverdier ved like freenessgrader tyder på at ekstern fibrillering har fortsatt. Ingen forskjell ble observert i silt fibersammensetning på grunn av den korte fiberlengden til løvtre-kraftmasse.

Som vist i tabell 2, viste eksemplene en mindre økning i densitet og forbedringer i slitlengde, rivindeks og sprengindeks sammenlignet med den ubehandlede kontrollen (sammenligningseksempel 1). Sammenligningseksempler 2-5 oppnådd ved mekanisk maling kunne forbedres med hensyn til papirstyrke, men deres densiteter økte betydelig.

Som vist i tabell 3, viste eksempel 4 relativt høyere lyshet og opasitet enn dem i henhold til sammenligningseksempel 2 ved omtrent like freenessgrader.

Det kan således sides at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for maling av masse hvori bulk-tapet som fører til et tap i masse-freenessgrad reduseres ved å fremme ekstern fibrillering.

[Eksempler 5-8]

Råmaterial B bestående av termomekanisk masse av Pinus radiata som har undergått sekundærraffinering ved hjelp av en praktisk fabrikkmaskin (freenessgrad 288 ml CSF) ble behandlet i en kavitasjonsstrålevasker på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 ved et utstrømmende væsketrykk (opp-strømstrykk) på 7 MPa (stråle-strømningshastighet 70 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedstrømstrykk) på 0,3 MPa i varierende perioder for å modulere freenessgraden. Den resulterende massen ble testet med hensyn på vannretensjonsverdi, silanalyse og Canadian Standard Freeness og resultatene er vist i tabell 4. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser, og resultatene er vist i tabeller 5 og 6.

[Sammenligningseksempler 6-10]

Råmaterial B ble malt i en PFI-mølle på den samme måten som beskrevet i sammenligningseksempel 1 i varierende antall tellinger for å modulere freenessgraden. Den malte massen og håndarkene fremstilt derfra ble testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 5, og resultatene er vist i tabeller 4, 5 og 6. Som vist i tabell 4, viste eksemplene kun små endringer i silt fibersammensetning når freenessgraden av ubehandlet masse (sammenligningseksempel 6) ble nedsatt ved kavitasjon. Sammenligningseksempler 7-10 viste imidlertid en vesentlig reduksjon i forholdet av lange fibre tilbakeholdt på en 24-mesh sil ved PFI-møllebehandling, og en økning i forholdet av kortere fibere. PFI-møller er generelt kjent for å kutte fibre mindre hyppig enn praktiske malehollendere, og derfor syntes det som om freenessgraden kan kontrolleres ved å hindre fragmentering av fibre i eksemplene. Det skal bemerkes at vannretensjonsverdien var mindre påvirket fordi lignin blir værende i mekanisk masse.

Som vist i tabell 5, viste eksemplene liten økning i densitet forårsaket av tap i freenessgrad og opprettholdt deres bulk. Imidlertid økte densiteten og bulken avtok med reduksjonen i freenessgrad i sammenligningseksemplene. Dessuten avtok riv-indeksen med reduksjonen i freenessgrad i sammenligningseksemplene, hvilket indikerer at de ble påvirket av frag-menteringen av fibre.

Som vist i tabell 6, økte opasitet, spesifikk spredningskoeffisient og spesifikk absorpsjonskoeffisient i eksemplene sammenlignet med sammenligningseksempelet selv om de har omtrent den samme lysheten. I sammenligningseksemplene avtok opasitet og spesifikk spredningskoeffisient med reduksjonen i freenessgrad, hvilket indikerer at de var påvirket av økning-en i densiteten av papir.

Det kan således sies at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for maling av masse hvori bulktap reduseres og freenessgrad kontrolleres mens skader slik som fragmentering av fibre reduseres.

[Eksempler 9-11]

Til en returpapirblanding bestående av returavispapir, retur-annonse/reklame-flygeblader, bestrøket tidsskrift-returpapir og slipmasse-tidsskriftreturpapir i et vektforhold på 40/30/ 15/15 ble tilsatt 1,0 vekt%, basert på masse, av natriumhydroksyd, og blandingen ble justert til en massekonsistens på 15 vekt% med vann og deretter desintegrert ved 40°C i 6 min ved anvendelse av en pulper for å fremstille råmaterial C. Råmaterial C ble justert til en ønsket konsistens og deretter behandlet i en kavitasjonsstrålevasker på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 ved et utstrålende væsketrykk (oppstrømstrykk) på 7 MPa (stråle/strømningshastighet 70 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedstrømstrykk) på 0,3 MPa i varierende perioder for å modulere freenessgraden. De resulterende fraksjoner ble målt med hensyn på Canadian Standard Freeness og den behandlede massen ble grundig vasket på en 150-mesh wire. Den vaskede massen ble fremstilt til håndark på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser, og resultatene er vist i tabell 7 og 8. Clark-stivhet ble også målt ved hjelp av metoden beskrevet nedenfor, og resultatene er vist i tabell 7. - Clark-stivhet: målt i overensstemmelse med JIS P 8143: 1996.

[Sammenligningseksempler 11-16]

Råmaterial C ble malt i en PFI-mølle på den samme måten som beskrevet i sammenligningseksempel 1 for varierende antall tellinger for å modulere freenessgraden. Den malte massen og håndarkene fremstilt derfra ble testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 5, og resultatene er vist i tabeller 7 og 8. Råmaterial C ble videre knadd i en laboratorie-dobbeltarm-knainnretning for varierende kjøringer for å modulere freenessgraden. Den behandlede massen og håndarkene fremstilt derfra ble testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 5, og resultatene er vist i tabeller 7 og 8. Som vist i tabell 7, viste eksemplene svært lave densiteter og høy bulk sammenlignet med sammenligningseksemplene ved omtrent like freenessgrader. De vist også forbedret papirstyrke sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 11) og forbedret rivindeks sammenlignet med sammenligningseksempler 12-16. Clark-stivhet økte også, og gir derved høy stivhet til ark.

Som vist i tabell 8, økte lyshet i eksemplene sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 11) og mekanisk behandlede prøver (sammenligningseksempler 12-16). Det er generelt kjent at mekanisk maling/knaing i nærvær av (trykk)farge i fremstillingen av resirkulert masse resulterer i det såkalte (trykk)fargepenetrasjonsfenomen hvori små partikler av (trykk)farge penetrerer inn i lumener eller porer i fibre hvorved lyshet avtar. I eksemplene avtok freenessgrad uten (trykk)fargepenetrasjon, som bevist ved økt lyshet. Det er således vist at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fremgangsmåter for maling av masse hvori bulktap reduseres uten (trykk)fargepenetrasjon.

[Eksempler 12-15]

Til en returpapirblanding bestående av tonertrykk, bestrøket retur-tidsskriftpapir, karbonfritt kopipapir og varmefølsomt papir i et vektforhold på 40/40/10/10 ble tilsatt 1,0 vekt%, basert på masse, av natriumhydroksyd, og blandingen ble justert til en massekonsistens på 15 vekt% med vann og deretter desintegrert ved 40°C i 6 min ved anvendelse av en pulper for å fremstille råmaterial C. Råmaterial D ble justert til en ønsket konsistens ved tilsetning av vann, og deretter behandlet i en kavitasjonsstrålevasker på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 ved et utstrømmende væsketrykk (oppstrømstrykk) på 7 MPa (stråle-strømningshastighet 70 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedstrømstrykk) på 0,3 MPa for varierende perioder for å modulere freenessgraden. En del av den resulterende massen ble grundig vasket på en 150-mesh wire, og den vaskede massen ble fremstilt til håndark på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser, og resultatene er vist i tabeller 9 og 10.

[Sammenligningseksempler 17-21]

Råmaterial D ble malt i en PFI-mølle på den samme måten som

beskrevet i sammenligningseksempel 1 for varierende antall av tellinger for å modulere freenessgraden. Den malte massen og håndarkene fremstilt derfra ble testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 12, og resultatene er vist i

tabeller 9 og 10.

Som vist i tabell 9, viste eksemplene lavere densiteter og høyere bulk sammenlignet med sammenligningseksemplene ved omtrent like freenessgrader. Papirstyrke var nær sammenlignbar mellom eksemplene og sammenligningseksemplene ved den samme freenessgraden, og både slitlengde og rivindeks var forbedret i eksemplene sammenlignet med sammenligningseksemplene ved den samme densiteten.

Som vist i tabell 10, økte lyshet merkbart ved kavitasjon og økte ytterligere med reduksjonen i freenessgrad i eksemplene. Dette ble tilskrevet fremmet (trykk)fargestripping fra fibere. Lyset avtok imidlertid med reduksjonen i freenessgrad ved PFI-møllebehandling i sammenligningseksemplene, hvilket antyder at (trykk)fargepenetrasjon fortsatte.

Det kan således sies at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for maling av masse hvori bulktap reduseres og papirstyrke forbedres med lite eller uten (trykk)fargepenetrasjon.

[Eksempler 16-18]

Råmaterial E bestående av finmalt (finished) resirkulert avispapirmasse justert til en massekonsistens på 3,6 vekt%, og deretter behandlet i en kavitasjonsstrålevasker på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 ved et utstrømmende væsketrykk (oppstrømstrykk) på 7 MPa (stråle-strømnings-hastighet 60 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedstrøms-trykk) på 0,1 MPa for varierende perioder for å modulere freenessgraden. Den resulterende massen ble målt med hensyn på Canadian Standard Freeness så vel som fiberlengde og krølling ved hjelp av FiberLab (fra Metso Automation, Inc.), og resultatene er vist i tabell 11. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser, og resultatene er vist i tabell 12. Overflatejevnhet og gasspermeasjonsmotstand ble også målt ved hjelp av en Okens overflatejevnhet og gasspermeabilitet-prøveapparat i overensstemmelse med Japan TAAPI Paper and Pulp Test Method No. 5-2: 2000, og resultatene er vist i tabell 12. Skitt på håndarkene ble påvist ved hjelp av en bildeanalysator (handelsnavn: Spee Sean 2000 fra Apogee Technology, Inc.) for å bestemme de totale arealer av fraksjoner med skitt som har en diameter som overstiger 100 um og skitt som har en diameter som overstiger 250 um, og resultatene er vist i tabell 11.

Ren bøyemotstand: målt ved hjelp av et prøveapparat for ren bøying (handelsnavn: JTC-911BT fra SMT Co., Ltd.) på et prøvestykke skåret til 10 cm x 10 cm.

[Sammenligningseksempel 22]

Råmaterial E ble testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 16, og resultatene er vist i tabell 11. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 16, og resultatene er vist i tabell 12.

Som vist i tabell 11, avtok skittarealene til tross for mindre skade på massefibre som bevist ved en reduksjon i

fiberfragmentering og ingen økning i krølling i eksemplene forekom sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 22). Som vist i tabell 12, viste eksemplene forbedringer med hensyn til styrke så vel som ren bøyemotstand, overflatejevnhet og gasspermeasjonsmotstand sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 22).

[Eksempler 19-21]

Råmaterial F bestående av finmalt resirkulert trefri papirmasse ble justert til en massekonsistens på 2,1 vekt% og deretter behandlet i en kavitasjonstrålevasker på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 ved et utstrømmende væsketrykk (oppstrømstrykk) på 7 MPa (stråle-strømningshastighet 60 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedstrømstrykk) på 0,1 MPa i varierende perioder for å modulere freenessgraden. Den resulterende massen ble målt med hensyn på Canadian Standard Freeness så vel som fiberlengde og krølling ved hjelp av FiberLab (fra Metso Automation, Inc.), og resultatene er vist i tabell 13. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser, og resultatene er vist i tabell 14. Overflatejevnhet og gasspermeasjonsmotstand ble også målt ved hjelp av et Okens overflatejevnhet- og gass-permeabilitet-prøveapparat i overensstemmelse med Japan TAAPI Paper and Pulp Test Method No. 5-2: 2000, og resultatene er vist i tabell 14. Skitt på håndarkene ble påvist ved hjelp av en bildeanalysator (handelsnavn: Spee Sean 2000 fra Apogee Technology, Inc.) for å bestemme de totale arealer av fraksjoner med skitt som har en diameter som overstiger 100 um og skitt som har en diameter som overstiger 250 um, og resultatene er vist i tabell 13.

[Sammenligningseksempel 23]

Råmaterial F ble testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 19, og resultatene er vist i tabell 13. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet på hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 19, og resultatene er vist i tabell 14. Som vist i tabell 13, avtok skittarealene til tross for mindre skade på massefibre som bevist ved en reduksjon i fiberfragmentering og ingen økning i krølling i eksemplene forekom sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 23). Som vist i tabell 12, viste eksemplene forbedringer i styrke så vel som ren bøyemotstand, overflatejevnhet og gasspermeasjonsmotstand sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 23).

[Eksempler 23-25]

Råmaterial G bestående av termomekanisk masse (en blanding av Picea jezoensis, Abies sachalinensis og Pinus radiata) som har undergått sekundærraffinering ved hjelp av en praktisk fabrikkmaskin ble rengjort ved hjelp av en sil og en virvel-sorterer (freenessgrad 132 ml CSF) og justert til en massekonsistens på 2,6 vekt%, og deretter behandlet i en kavitasjonsstrålevasker på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 ved et utstrømmende væsketrykk (oppstrømstrykk) på 7 MPa (stråle-strømningshastighet 70 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedtrømstrykk) på 0,1 MPa for varierende perioder for å modulere freenessgraden. Den resulterende massen ble målt med hensyn på Canadian Standard Freeness som vel som fiberlengde og krølling ved hjelp av FiberLab (fra Metso Automation, Inc.), og resultatene er vist i tabell 15. Antallet flis ble målt ved hjelp av PQM1000 (fra Metso Automation, Inc.) for hver av de ulike flisene (bredde 75 um eller mer, lengde 0,3 mm eller mer) brede flis (bredde 150 um eller mer, lengde 0,3 mm eller mer), og lange flis (bredde 75 um eller mer, lengde 1,5 mm eller mer), og vist som antallet per gram masse i tabell 15. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser, og resultatene er vist i tabell 16 og 17.

[Sammenligningseksempel 24]

Råmaterial G ble testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 23, og resultatene er vist i tabell 15. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser som dem i 23, og resultatene er vist i tabell 16 og 17.

[Sammenligningseksempel 25]

Råmaterial G ble justert til en massekonsistens på 3,5 vekt%, og deretter behandlet i en dobbeltskive-raffinør (DDR) og testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 23, og resultatene er vist i tabell 15. Deretter ble håndark fremstilt på den samme måten som beskrevet i eksempel 1 og testet med hensyn på lignende størrelser som dem i eksempel 23, og resultatene er vist i tabell 16 og 17. Som vist i tabell 15, avtok antallet flis i eksemplene sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 24). Antallet flis i eksemplene avtok også sammenlignet med DDR-behandling (sammenligningseksempel 25) til tross for mindre skade på massefibre som bevist ved en reduksjon i fiberfragmentering og ingen økning i krølling. Som vist i tabell 16, viste eksemplene forbedringer med hensyn til styrke og ren bøyemotstand sammenlignet med den ubehandlede kontroll (sammenligningseksempel 24) og DDR-behandling (sammenligningseksempel 25). Som vist i tabell 17, var overflatejevnhet og gass-permeas j onsmotstand også forbedret.

Eksempler utenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse:

(Forsøk med hensyn til (trykk)fargestripping)

[Eksempler 26-27]

Skum fra fabrikk A og et modell-bakvann (dreneringsvann oppnådd ved desintegrering av bestrøket papir i en lavkonsistens-pulper etterfulgt av filtrering gjennom en 80-mesh filterduk i et laboratorium) ble behandlet i en kavitasjonsstrålevasker (dysediameter 1,5 mm) vist i figur 1 ved et utstrålende væsketrykk (oppstrømstrykk) på 7 MPa (stråle-strømningshastighet 70 m/sek) og et trykk i mål-beholderen (nedstrømstrykk) på 0,3 MPa i 15 minutter. Det behandlede skum og modell-bakvann ble behandlet i en laboratorie-fIotasjonscelle til å nå den samme rejektrate. Fem håndark på 60 g/m<2>ble fremstilt for hver prøve før og etter flotasjon i overensstemmelse med Tappi standardmetoden. Grovkornet (trykk)farge på håndarkene ble bestemt ved påvisning av skitt med en partikkeldiameter på 100 um eller mer på de fem forskjellige håndarkene ved bildebehandling ved anvendelse av en skitt-analysator (Spee Sean 2000 fra Apogee Technology, Inc.). Resultatene er vist i tabell 18.

[Sammenligningseksempler 26-27]

Skum fra fabrikk A og et modell-bakvann ble behandlet i en laboratorie-fIotasjonscelle til den samme rejektrate uten å behandles i en kavitasjonsstrålevasker. Prøver før og etter flotasjon ble testet med hensyn på grovkornet (trykk)farge på den samme måten. Resultatene er vist i tabell 18.

Som vist i tabell 18, har skittpartiklene i eksempler 26 og 27 mindre gjennomsnittlige partikkelstørrelser før flotasjon enn dem i sammenligningseksempler 2 6 og 27, hvilket indikerer at de har blitt fragmentert. Dessuten avtok antallet skittpartikler etter flotasjon i eksempler 2 6 og 27 betydelig sammenlignet med antallet skittpartikler i de tilsvarende sammenligningseksempler, hvilket viser at skittfjerningsrater var merkbart forbedret. Det kan således sies at stripping og fragmentering av skitt fra massefibere og/eller aske ble fremmet i eksemplene, hvorved skitt kan enkelt fjernes ved flotasjon.

(Forsøk vedrørende (trykk)fargefjerning 1)

[Eksempler 28-30]

Skum fra fabrikk B ble behandlet i en kavitasjonsstrålevasker ved et oppstrømstrykk på 7 MPa og et nedstrømstrykk på 0,3 MPa i 10 minutter. Det behandlede skum ble behandlet i en laboratorie-fIotasjonscelle i varierende perioder for å nå varierende rejektrater. Prøvene som forlater fIotasjonscellen ble testet med hensyn på lyset i overensstemmelse med metoden i JIS P 8148 ved anvendelse av et kolorimeter (fra Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.). Resterende (trykk)farge ble også evaluert ved bestemmelse av finkornet (trykk)farge som ERIC (effective residual ink concentration) verdi ved anvendelse av en analysator (Color Touch: fra Technidyne Corporation) for resterende (trykk)farge for å beregne lyshets økning og (trykk)farge-fjerningsrate. Resultatene er vist i tabell 19 og figur 2.

[Sammenligningseksempler 28-30]

Skum fra fabrikk B ble behandlet i en laboratorie-fIotasjonscelle i varierende perioder til å nå varierende rejektrater uten å behandles i en kavitasjonsstrålevasker. Prøvene som forlater fIotasjonscellen ble målt med hensyn på lyshet og finkornet (trykk)farge på den samme måten for å beregne lyshetsøkning og (trykk)farge-fjerningsrate. Resultatene er vist i tabell 19 og figur 2.

Som vist i tabell 19 og figur 2, økte (trykk)farge-fjernings-ratene i eksempler 28-30 (kavitasjonsbehandling i figur 2) merkbart sammenlignet med sammenligningseksempler 28-30 (ubehandlet i figur 2) ved like rejektrater. Lyshetsøkning økte også.

(Forsøk vedrørende (trykk)fargefjerning 2)

[Eksempler 31-33]

Bakvann fra fabrikk B ble behandlet på den samme måten som beskrevet i eksempler 28-30. De behandlede prøvene ble målt med hensyn på lyshet og finkornet (trykk)farge på den samme måten for å beregne lyshetsøkning og (trykk)farge-fjerningsrate. Resultatene er vist i tabell 20 og figur 3.

[Sammenligningseksempler 31-33]

Bakvann fra fabrikk B ble behandlet på den samme måten som beskrevet i sammenligningseksempler 28-30. De behandlede prøvene ble målt med hensyn på lyset og finkornet (trykk)farge på den samme måten for å beregne lyshetsøkning og (trykk)farge-fjerningsrate. Resultatene er vist i tabell 20 og figur 3.

Som vist i tabell 20 og figur 3, økte (trykk)farge-fjernings-ratene i eksempler 31-33 (kavitasjonsbehandling i figur 3) merkbart sammenlignet med sammenligningseksempel 31-33 (ubehandlet i figur 3) ved lik rejektrate, og lyshetsøkning økte.

(Forsøk vedrørende adhesjon)

[Eksempler 34-35]

Skum fra fabrikk A og skum fra fabrikk B ble behandlet i en kavitasjonsstrålevasker ved et oppstrømstrykk på 7 MPa og et nedstrømstrykk på 0,3 MPa i henholdsvis 15 og 10 minutter. Fem 10 cm kvadratpolystyrenfilmer ble anbrakt i de behandlede skum-mene, som deretter ble sakte omrørt i 10 minutter. Etter 10 minutter ble filmene fjernet og tørket, og deretter veiet for å beregne forskjellen mellom vektene før og etter omrøring og rapportere den som polystyrenavsetning.

[Sammenligningseksempler 34-35]

Polystyrenavsetningen ble bestemt med hensyn på skum fra fabrikk A og skum fra fabrikk B uten å behandle dem i en kavitasj onsstrålevasker.

Som vist i tabell 21, avtok polystyrenavsetninger i eksempler 34 og 35 betydelig sammenlignet med sammenligningseksempler 34 og 35 svarende til disse. Det syntes som om adhesjon av fine adhesjonsmiddelmaterialer avtok i eksemplene fordi adhesjonsmiddelmaterialer generelt har en tendens til å adhere til hydrofobe overflater slik som polystyren.

(Forsøk vedrørende reduksjon av mikroorganismer)

[Eksempel 36]

Skum fra fabrikk B ble behandlet i en kavitasjonsstrålevasker ved et oppstrømstrykk på 7 MPa og et nedstrømstrykk på 0,3 MPa i 10 minutter. En prøvemengde av det behandlede skum ble anbrakt i en beholder og lagret i mørket ved romtemperatur. Propagasjonen av mikroorganismer ble ukentlig observert visuelt og evaluert som bedømmelser 1 til 4.

[Sammenligningseksempel 36]

En prøvemengde av skum fra fabrikk B ble anbrakt i en beholder og lagret i mørket ved romtemperatur uten å behandles i en kavitasjonsstrålevasker. Propagasjonen av mikroorganismer ble evaluert på den samme måten.

Råmaterialer inneholdende avsvertet masse og råmateriale for papirfremstillingsprosesser er generelt ømtålige og tilbøyelige til mikrobiell propagasjon fordi de inneholder mye organiske materialer slik som stivelse. Som vist i tabell 22, propagerer sopper eller lignende eller væsken blir råtten åpenbart raskere i eksempel 36 sammenlignet med sammenligningseksempel 26, trolig fordi mikroorganismer ble drept ved behandlingen i eksempelet.

(Forsøk vedrørende katalase)

[Eksempel 37]

Skum fra fabrikk B ble behandlet i en kavitasjonscelle ved et oppstrømstrykk på 7 MPa og et nedstrømstrykk på 0,3 MPa i 10 minutter. En 50-ml prøvemengde av det behandlede skum ble anbrakt i et beger og omrørt sammen med hydrogenperoksyd i 35 minutter, hvoretter det resterende hydrogenperoksydinnhold ble bestemt.

[Sammenligningseksempel 37]

Det resterende hydrogenperoksydinnhold i skum fra fabrikk B ble evaluert på den samme måten uten å behandle det i en kavitasj onscelle.

Enkelte arter av mikroorganismer er kjent for å utskille katalase som har evnen til å nedbryte hydrogenperoksyd, og blekingseffektiviteten vil avta hvis mikroorganismer som produserer katalase propagerer i prosess. Dette resulterer fra hydrolyse av hydrogenperoksyd. Forholdet av hydrogenperoksyd som er tilbake i eksempel 37 økte sammenlignet med sammenligningseksempel 37. Det syntes således som at tapet i blekingseffektivitet forårsaket av mikroorganismer og/eller inhibitorer avledet fra mikroorganismer kan reduseres.

Claims

1. Fremgangsmåte for maling av masse i en prosess for fremstilling av masse hvori massen justeres til en ønsket freenessgrad ved frembringelse av kavitasjon i en massesuspensjon,karakterisert vedat en fluidstråle anvendes som et middel for frembringelse av kavitasjon.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av masse som omfatter et massefremstillingstrinn og et blandetrinn hvori, i et maletrinn, blir massen justert til en ønsket freenessgrad ved frembringelse av kavitasjon i massesuspensjonen, karakterisert vedat en fluidstråle anvendes som et middel for frembringelse av kavitasjon.

3. Fremgangsmåte for maling av masse, henholdsvis fremgangsmåte for fremstilling av masse som angitt i krav 1 eller 2, hvori massesuspensjonen slippes ut som fluidstrålen.

4. Fremgangsmåte for maling av masse, henholdsvis fremgangsmåte for fremstilling av masse som angitt i ett av kravene 1-3, hvori mål-massen er en bartre- eller løvtre-kraftmasse.

5. Fremgangsmåte for maling av masse, henholdsvis fremgangsmåte for fremstilling av masse som angitt i ett av kravene 1-4, hvori mål-massen er en mekanisk bartre- eller løvtremasse.

6. Fremgangsmåte for maling av masse, henholdsvis fremgangsmåte for fremstilling av masse som angitt i ett av kravene 1-4, hvori mål-massen er en resirkulert masse avledet fra returpapir.