NO760232L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte ved fremstilling av mekanisk masse med hdy styrke og lyshet.

Mekanisk masse er ikke noe enhetlig definert begrep, men i det etterfølgende betegner mekanisk masse raffinormasse, termomekanisk masse, kjemimekanisk masse og halvkjemisk masse, dvs. masser fremstilt med et utbytte hoyere enn 75%, regnet på vedråstoffet.

Ved at mekanisk masse kan fremstilles med meget hoyt utbytte regnet på vedråstoffet, blir den billig og dermed meget attraktiv, og meget arbeid er nedlagt for å forbedre egenskapene og dermed mulighetene for i visse tilfelle å anvende mekanisk masse isteden-for den dyrere kjemiske masse. Således kan for tiden mekanisk masse blekes -eksempelvis med ditionitt eller peroksyder til lyshet er på 8 2-84% SCAN for lovved og 74-76% SCAN for barved.

Den storste ulempen ved mekanisk masse er imidlertid at styrkeegenskapene er dårligere enn for den kjemiske masse. Likeledes er også absorpsjonsegenskapene og mykheten dårligere, hvilket imidlertid er av mindre betydning i de fleste tilfeller.

Grunnen til den dårligere styrken for den mekaniske massen er i det vesentlige den samme som grunnen til det hoyere utbytte, nemlig at fibrene inneholder en stor del av vedens lignin, hvilket innebærer at fleksibiliteten og bindingsevnen blir tilsvarende dårligere.

En annen faktor som bidrar til styrkenedsettelsen, er at fibrene

i stor grad er forkortet ved avklipning og maling til mellignende fragmenter under defibreringen av veden. Visse' lipofile bestanddeler, såsom harpiks og fettsyrer og ytterligere de såkalte eks-

traktivstoffer, kan i visse tilfeller finnes tilbake i massen og påvirker styrkeegenskapene for det ferdige papir» i negativ retning.

For å lose disse problemer, anvendes forskjellige metoder for å myke opp veden og dermed de bindinger som holder de enkelte fibre sammen, forst og fremst midtlamelligninet, for derved å oppnå en mer skånsom defibrering, hvilket resulterer i lengre og mykere fibre.

Ved den termomekaniske prosess oppvarmes veden således med damp

og mykgjores på denne måte for defibrering. Dette kan også kom-bineres med en samtidig tilsetning av forskjellige kjemikalier, såsom sulfittopplosninger med forskjellig pH eller peroksyder.

En annen måte å myke opp veden på er med kjemikalier og en oppvarming begrenset til hva som er nodvendig for å få en rimelig reaksjonstid. Som kjemikalier kan anvendes sulfittopplosninger med forskjellig pH, alkalimetallkarbonat og/eller -hydroksyd, og hvor spesielt alkalimetallhydroksyd er meget effektivt med hensyn til oppmykning av veden. Avhengig av reaksjonstiden, kjemikalie-mengden og temperaturen oppnås forskjellige egenskaper og utbytter av massene. Disse masser innbefatter kjemimekaniske og halv-kjemiske masser, inklusive koldsodamasse.

I praksis kan denne kjemikaliebehandling utfores på forskjellig måte, og den enkleste er å besprute veden, vanligvis i form av flis, med kjemikaliene umiddelbart for defibreringen. Selv på denne enkle måte får man gode resultater med hensyn til styrkeegenskapene, slik som eksempelvis beskrevet i svensk patentansok-ning nr. 1850/7 2.

En annen måte er å behandle veden i et separat trinn for defibreringen. Derved kan de mykgjorende kjemikaliers inntrengning i veden forbedres, og tiden, temperaturen og trykket kan variere innen vide grenser. Eksempler på en slik fremgangsmåte er kald-sodaprosessen samt de fremgangsmåter som beskrives i de svenske patentskrifter nr. 303 088 og 226 593 samt i de amerikanske patentskrifter nr. 3 069 309 og 3 023 140.

Felles for både termisk og kjemisk mykgjoring av veden for defibrering er at den resulterende masse morkner sterkt. Skal massen deretter blekes på kjent måte etter mykgjoring, blir forbruket av blekekjemikalier sterkt foroket.

Det er mulig, og i visse tilfeller også fordelaktig, å tilsette blekemidler under den termiske og/eller den kjemiske behandling, og de ovenfor gitte patentskrifter beskriver slike fremgangsmåter.

Vanskeligheten med å kombinere termisk eller kjemisk mykgjoring og bleking er at de optimale betingelser for mykgjoringen sjelden eller aldri faller sammen med de optimale betingelser for blekingen. De mest egnede pH-verdier for impregneringsvæsken er 11,0-13,5 for mykgjoring, mens de mest passende pH-verdier for peroksyd-bleking ligger i området 8,5-11.

Om således prosessen rettes på en maksimal mykgjoring, skjer det en kraftig peroksydspaltning som folge av den hoye hydroksydion-konsentrasjon, og dette må kompenseres med en oket peroksydmengde for at den tilsiktede lyshet skal oppnås. Om derimot den samme oppmyking av veden erholdes ved kjemisk behandling uten samtidig tilsetning av blekemiddel og ved den samme hoye pH-verdi, blir lysheten av den resulterende masse så lav at man som regel må anvende en ennå storre peroksydmengde enn i det kombinerte tilfelle for å oppnå den samme lyshet.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å tilveiebringe en alka-lisk oppmykning av veden under de for mykgjoringen optimale betingelser, uten at massens lyshet derved senkes. Helt overraskende har det nemlig vist seg at allerede små tilsetninger av peroksyd i form av hydrogenperoksyd, organiske peroksyder eller natriumperoksyd er tilstrekkelig for å inhibere eller i alle fall i betyde-lig grad forhindre morkning av massen innenfor det for mykgjoringen optimale pH-intervall.

Summarisk kan det sies at oppmykningen i et forste trinn med sterkt alkali gir en sterk masse, men uten oppmykning slås fibrene i styk-ker under defibreringen og massen blir svakere. Tilsettes en liten mengde hydrogenperoksyd til luten, forebygges morkfargingen, og den etterfolgende blekning ved en lavere pH-verdi lettes.

Det har naturligvis tidligere vært kjent at en hoy pH medforer peroksydspaltning, hvorfor det har vært en naturlig forholds-regel å dele opp peroksydtilsetningen mellom mykgjorende forbehandlingstrinn og defibreringen. Slike forsok er utfort og beskrevet i de ovenfor nevnte patentskrifter samt også i Pulp and Paper Magazine of Canada, vol. 73, 1972, side 80, men man har tidligere tilsatt minst 75% av den totale peroksydmengde i forbehandlingstrinnet og resten i et separat bleketrinn eller til raffinoren etter mykgjoringstrinnet. I samtlige tilfeller har man oversett delprosessenes helt forskjellige pH-optima.

Det overraskende ved foreliggende-oppfinnelse er således ikke at det tilsatte peroksyd utnyttes bedre om man deler det opp i flere trinn, men at peroksydtilsatsen i forbehandlingstrinnet kan hol-des lavt. Den beste effekt oppnås nemlig allerede ved en tilsats på 10 - 30% av den totalt nodvendige peroksydmengde til mykningstrinnet, og ikke i noe tilfelle har det vist seg motivert å gå så hoyt opp som til 75%.

Forbehandlingen skjer nå frem til det punkt der en synkende pH-verdi gjor den virkelige bleking mulig, og det er derfor fordelaktig å sette et bleketårn direkte etter raffinoren for ferdig-bleking1 av massen. Den nodvendige pH-senkningen fra mykningstrinnet til bleketrinnet kan i de fleste tilfeller erholdes ved kun å regulere oppholdstiden og temperaturen under forbehandlingen slik at rett pH for blekingen innstiller seg. Selvsagt kan også pH-senkningen ved behov også oppnås ved tilsetning av en syre, eksempelvis en sulfittopplosning, svovelsyre eller surt bakvann fra et annet fabrikasjonstrinn. For å oppnå en effektiv innblanding av blekemidlet, kan dette tilsettes for raffinoren, da denne virker som en meget effektiv blandeanordning.

Ved at peroksydtilsetningen til forbehandlingstrinnet er så lav, blir restperoksydene fra det etterfolgende bleketrinn ofte tilstrekkelig for tilsetning til forbehandlingstrinnet. For en effektiv bleking må det nemlig anvendes et overskudd på 15-20% hydrogenperoksyd i bleketrinnet.

Grunnen til at en så liten mengde hydrogenperoksyd trengs under forbehandlingen er ikke fullstendig klarlagt, men det kan bero på at utloste karbohydratsyrer ved forbehandlingstrinnet, og om ti lbakesir kuler ing anvendes, også fra bleketrinnet,* fungerer som kompleksdannere for de i veden tilstedeværende tungmetaller og derved stabiliserer peroksydene. En tilbakesirkulering av avluten fra bleketrinnet til forbehandlingstrinnet reduserer også kraftig mengden av utloste, oksygenforbrukende substanser.

Med utgangspunkt i det ovenfor angitte, er det gjort forsok med tilsetning av ytterligere kompleksdannere til hydrogenperoksyden under forbehandlingstrinnet. Blant annet er de fra vaskemiddel-området kjente kompleksdannere undersokt, NTA, EDTA, DTPA, dvs. nitrilotrieddiksyre, etylendiamintetraeddiksyre og dietylentri-aminopentaeddiksyre samt tripolyfosfat.

En optimal styrke for massen erholdes således ifolge oppfinnelsen med et forbehandlingstrinn som gjennomfores uten lyshetstap og med en minimal peroksydmengde. Den etterfolgende bleking utfores deretter på kjent måte i raffinoren og/eller i et bleketårn, og da massen for det egentlige bleketrinn allerede har en hoy lyshet, og da bleketrinnet ytterligere kan skje under optimale betingelser, erholdes en hoy lyshet ved maksimal styrke av massen med et mini-malt peroksydforbruk.

Mulighetene for å styre tilsetningen,av lut og hydrogenperoksyd uavhengig av hverandre gjor at alle reaksjonsbetingelsene kan hol-des på optimale nivåer. Ifolge tidligere fremgangsmåter har man anvendt lut og hydrogenperoksyd i et konstant forhold, og eksempelvis en tilsetning av kun natriumperoksyd i et konstant forhold på 1/2 mol hydrogenperoksyd pr. mol natriumhydroksyd.

Oppfinnelsen belyses i det etterfølgende utforelseseksempel, hvor den samme, forsoksmetodikk er tilpasset alle forsokene. De forskjellige variabler er sammenstilt i den etterfolgende tabell, og i hvilken forsokene 1-10 vedrorer granved og forsokene 11-14 ved-ror er lovved. Forsokene 1, 2, 5, 7, 13 og 14 er sammenlignings-eksempler ifolge tidligere kjent teknikk, mens de ovrige forsok er utfort i henhold til foreliggende, oppfinnelse.

Samtlige forsok er gjort med fyrstikkflis med en dimensjon på 25

x 5 x 3 mm plassert i et stålkar som deretter evakueres. Kjemi-

kaliene sammen med vann ble insugd i veden, og deretter pålegges et hydraulisk overtrykk på 6 bar. Der intet annet .er angitt var impregneringstiden 1 h og impregneringstemperaturen 45°C. I forbindelse med alkalitilsetningen tilsettes i samtlige tilfeller 41° BG vannglass i en mengde tilsvarende 4,5 vektprosent regnet på veden.

Etter forbehandlingen defibreres flisen i en laboratoriedefibra-tor til 10 ml CSF.

Bleketrinnet ble utfort ved at ytterligere kjemikalier tilsettes delvis i defibratoren under defibreringen og delvis separat etter defibreringen. Massekonsentrasjonen under blekingen var 15% både ved defibratorblekingen og ved den separate bleking. Ved den separate bleking etter defibreringen var oppholdstiden 2 h og temperaturen 70°C. Når blekingen ble utfort som defibrator- eller raffinorbleking, ble massen lagret ved 70°C etter defibrering slik at den totale oppholdstid var 2 h.

x For å få rett initial-pH i bleketrinnet xx Tilbakesirkulerende restperoksyder fra eksempel nr. 6

xxx Forbehandling ved 110°C og 0,5% S03~2 tilsatt, tid ca. 5 min.

Avhengig av ved, vedtypen og den onskede massetype kan kjemikalie-tilsetningene varieres innen vide grenser, og eksemplene har til hensikt å vise lyshetsvariasjonene ved sammenlignbare blekemiddel-tilsetninger. De erholdte styrkeverdier henforer seg til prover fremstilt i laboratorieraffinorer og må derfor betraktes som en påvisning av den påfallende styrkeforbedring som oppnås når alka-liteten i mykningstrinnet okes.

Av forsoksserien fremgår tydelig den betydelige lyshetsokning som erholdes ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen, til tross for den hoye alkalitilsetning. Det skal særskilt påpekes at i forsokene 8 og 9 ble peroksydbehovet til mykningstrinnet fullstendig dekket av restperoksydene i avluten fra sluttblekningstrinnet.

Av forsok 11 fremgår det at oppfinnelsen kan tillempes også for termomekanisk masse.

Foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til utforelsesformen med noe spesielt forbehandlingsapparatur. Derfor påtenkes behand-lingsapparaturen å være vedimpregneringsutrustning med eller uten oppvarming, såsom cellulosekokere, trykkar med eller uten skrue-matning, flisvask med sluttet vaskevæskesystem, pulserende flis-behandling av typen "live bottom bin", etc. Tilpasningen kan og-så skje ved mykgjoring direkte i et forste defibreringstrinn og viderebleking i et andre raffineringstrinn eller alternativt med et separat bleketrinn eller kombinasjon av andre raffinor- og bleketrinn. Dette er vist i forsokene 9, 10 og 11. Det vesentlige er at oppmykningen skjer ved en pH hoyere enn 11 i nærvær av relativt små mengder peroksyd og at den endelige bleking deretter skjer ved en pH som maksimalt er 11 under tilsetning av ytterligere peroksyd.

Også på utslippet av oksygenforbrukende bestanddeler, BS7, fra prosessen, har oppfinnelsen en gunstig virkning. Ved bleking av to prover av raffinormasse ble således anvendt halvparten av bak-vannet fra det forste forsok som utspedningsvann i den andre prove. Ved forsoket ble det dosert 4% hydrogenperoksyd, 4% vannglass og 1,4% natriumhydroksyd. Bleketemperaturen var 60°C, bleketiden 2 h og massekonsentrasjonen 10%. De erholdte verdier for oksy genforbruket fremgår av den etterfølgende tabell 2.

Av verdiene fremgår det således at nydannelse av oksygenforbrukende substans avtar til ca. halvparten ved anvendelse av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen.

Også andre lignocellulosematerialer enn barved og lovved kan anvendes for massefremstilling ifolge oppfinnelsen, nemlig gress, bambus, bagasse, etc.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av bleket,' mekanisk masse med hoy styrke og lyshet, ved en mekanisk oppdeling av lignocellulose-holdig materiale, mykgjort ved termisk og/eller kjemisk behandling og bleking i nærvær av et peroksydholdig blekemiddel, under dannel-se av små mengder oksygenforbrukende bestanddeler i avluten, karakterisert ved at veden mykgjores i et forste trinn ved hoy pH.ved tilsetning av 10-30% av den for blekingen totalt nodvendige peroksydmengde, som kun er nødvendig for å forhindre at massen morkner under mykgjoringstrinnet, og at det etterfølgende

bleketrinn utfores ved lav pH under tilsetning av resten av... peroksydet.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at pH-verdien i det forste trinn er 11-13,5 og i det andre trinn 8,5-11.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at det som peroksydinneholdende blekemiddel anvendes hydrogenperoksyd.

4. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at veden defibreres i forbindelse med mykgjoringen.

5. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at peroksydbehovet i det forste trinn dekkes av tilbakesirkulerende, uforbrukt blekemiddel fra det andre trinn.