NO771171L - Fremgangsm}te for } fremstille masse av lignocelluloseholdig fibermateriale. - Google Patents

Abstract

remgangsmåte for å fremstille masse av 1ignocelluloseholdig fibermateriale"

Description

Foreliggende oppfinnelse går ut på en fremgangsmåte for

■.i '■ f abr ikkmåles tokk å fremstille mekanisk ' raf f inørmasse. av høy kva-.iltet av 1ignocelluloseholdig fibermateriale, som er mykgjort på kjemisk og termisk vei før raffineringen. Som eksempel på an-vendelsesområdet kan nevnes liner, sekkpapir, trykkpapir, kartong,

og forskjellige absorberende, kvaliteter..

Det er.kjent at defibrering av forskjellig slags vedmateriale.lettes hvis fibermaterialet forvarmes med damp, fortrinnsvis ved forhøyet, trykk og temperatur i en viss tid. En process som bygger på dette prinsipp, den.såkalte termomekaniske masseprpsess, gir masser som kan anvendes f. eks. til trykkpapir, silkepapir, fluff, kartong etc. Disse.ra ffinørmasser oppnåes i alminnelighet

.med høyt utbytte (;> 95%) og med, god lyshet (55-60%).

For at prosessen skal, gi masser med disse egenskaper

"må imidlertid' forvarmningstemperaturen være relativt lav .( <C.140°C) og forvarmningstiden kort ( -C. 5 min). Den mykgjøring av fibermaterialet som denne forbehandling.medfører er derfor begrenset. .Det styrkenivå som man kan' .nå f6r disse masser er betydelig lavere enn for såkalte, kjemiake mass.er>ved hvis fremstilling imidlertid bare 50-60% av vedmaterialet utnyttes. Disse prosesser gir slanke, fleksible fibere, hvis styrke-' g6dt kan hyttes 1 et papirark etter lett konvensjonell maling.

I utbytteintervalet 60-95% er flere rnasseprosesser kjenti Disse kalles halvkjemiske (utbytte 60-80%) eller kjemimekaniske (utby tte(80-95%) .Masseproséssene erkarakterisert vedat den

.' normale kokeprosess (sulfat-, sulfit-, sodamasse koking etc.) 'avbrytes ved ønsket utbyttenivå, • hvoretter den noe oppmyknete

flis raffineres. Energinivået ved raffineringen er i alminnelighet 'øket i takt med utbytteøkningen i kokeprosessen. Energiinnsatsen har vært lavere enn ved fremstilling av mekanisk raffinørmasse.

Den halvkjemiske fibers egenskaper likner den kjemiske

ved lavt utbytte, men erkarakterisert vedhøyere utbyttenivå

av dårligere bindeevne, lavere fleksibilitet og renhet (høyt flisinnhold). Massen anvendes nesten utelukkende for fremstilling av .det bølgeformete mellomskikt i bølgepapp, hvor den lave fleksibilitet og høye fl is innhold.er av mindre betydning.

De kjemimekaniske prosesser er. hovedsakelig blitt utvik-let for at. man skal kunne fremstille mekanisk raffinørmasse av vedslag som er mindre egnet for raffinørmassefremstilling, f. eks. forskjellige typer av løvved. Forbehandlingen av flisen'er begrenset slik at den fremstilte masse i gunstige, tilfeller har fått samme

karakter■som mekanisk masse fra ved av bartrær, egnet som blande-masse i trykkpapir. En trykkpapirmasse må foruten visse styrkeegenskaper ha gode lysspredende egenskaper. Det sistnevnte for å

kunne danne et ugjennomsiktig (opakt) ark. Øket kjemisk forbehandling har økt styrken, men senket lysspredningen. Den mykgjørende kjemiske forbehandling er derfor begrenset slik at den fremstilte masses optiske egenskaper ikke skal forringes i altfor høy grad. Energiinnsatsen ved etterfølgende ra ffinering.har vært lavere enn vanlig uten kjemisk forbehandling. Det har vært nødvendig å be-grense energiinnsatsen ved raffineringen, da massens drenerings-égénskaper ellers ville bli forringet,' slik at det ville blitt prak-tisk talt umulig å anvende massen i en papirmaskin. Massen har der-ved ikke fått. tilstrekkelige . styrkeegenskaper til å kunne anvendes

i. mere kvalifiserte papirprodukter.

For å kunne fremstille rene (på det nærmeste flisfri)

raffinørmasser med høyt utbytte 90%) med styrkeegenskaper på nivå med de. kjemiske masser og med avvanningsegenskaper som er

' ' ' S o

slik at de kan utnyttes i én papirmaskin, ma man anvende en mere effektiv kombinasjon av kjemisk og termisk mykgjøring, etterfulgt av en.dertil avpasset raffinering enn det hittil har vært kjent.

Foreliggende oppfinnelse går ut på én kombinasjon av kjemisk og termisk mykgjøring samt raffinering med forholdsvis høy energiinnsats, som. har vist seg å gi masser med overordentlig gode styrkeegenskaper og med e t' :fl is innhold vanligvis lavere enn ved kjemiske masser. Sil ing. og.hvirvelrensing av massen turde derfor i mange tilfeller være unødvendig.

For' at disse høye styrkeverdier skal oppnåes uten at massens avvanningsegenskaper forringes i altfor høy grad, må myk-g.jøringen av flisen være så effektivt utført at vedmaterialet lar seg . def ibrere lett uten at andelen a:v dannet f inmateriale blir for stor. Med defibrering menes oppdeling av flisen til enkelte fibere.

De defibrerte fibere må deretter bearbeides til høyere fleksibilitet enn det er mulig ved fremstilling av termomekaniske, kjémi-mekaniske og halvmekaniske masser. Den nødvendige energiinnsats "ved'raffinering'til den ønskede fiberfleksibilitet blir derfor sam-■ .menlikningsmessig høyere.ved massens avvanningsevne enn det er

.kjent ved fremstilling av andre massetyper.

•. Det har vist seg at en effektiv mykgjøring av vedmateri-alefc kan oppnåes ved impregnering av flisen med ligninmykgjørende kjemikalier i form av svakt alkaliske oppløsninger, pH 7-12, hvil-^ket muliggjør en termisk forbehandling ved høy temperatur (135- ■ 2 00°Q) ' uten' at tap av utløst védsubstans.. behøver å overstige 10%,. hvis den termiske forbehandlingstid velges mellom 1 og 30 minutter. Egnete kjemikalier ved forbehandlingen er f. eks. Na2S03, NaOH

og Na^ CO^, eller kombinasjoner av disse. Impregneringen utføres hensiktsmessig før for.varmningen. Trykk og temperatur under impregneringen er hensiktsmessig lavere enn, eller lik trykket og temperaturen under- f orvarmningen.

Oppfinnelsen skal. i det følgende beskrives nærmere under henvisning til figurene. Fig. 1 viser massens avvanningsevne som funksjon av energiinnsatsen. Fig. 2 viser massens slitelengde som funksjon av utbyt-. tet med tilsatt mengde Na^SO^ -som -parameter. Fig. 3 viser massens flisinnhold som funks.jon av avvan- ningseynen. Fig i- 4 viser massens' langf iberf raks jon som funksjon av avvanningsevnen.

..Fig. 5 viser massens slitelengde som funksjon av avvanningsevnen.-

Fig. 6 viseri massen absorbert Na2S0.jsom funksjon av

-tilsatt mengde.

Fig. 7 viser massens slitelengde som funksjon av. andelen svovel i massen resp.. sul-f oner ingsgraden.

Ved raffinering av. den kjemisk og termisk mykgjorte fiber kan bearbeidingen under optimale betingelser skje slik at-en eksepsjonelt ren masse oppnåes (lavt flisinnhold)/ tiltrots for at andelen langf-ibere er høyere enn f. eks-., ved' normal termo-■kjemisk masse-fremstilling, fig. 3 resp. 4. Den kjemisk og termisk, mykgjorte fiber tåler å bearbeides, raffineres til høy fleksibili tet uten at det dannes finmateriale i like høy grad som ved bear-beidirtgav f .'. eks .' bare termisk mykgjort flis som ved fremstilling av termok jemisk-.masse . Da andelen finmafériale i høy grad bestem-mer en masses avvanningsegenskaper, er det således mulig etter den ovenfor beskrevne mykgjøring å bearbeide fibrene, med større energi-mengde og til høyere fleksibilitet enn f. eks. ved dén termokje-miske masseprosess,. Og likevel få samme avvanningsegenskaper for-dé to; mass-etype.r. Raf f ineringen skal således utføres, rried en energi innsats . som i relasjon til den fremstilte raffinørmasses avvanningsévne faller innenfor området ABCD, fortrinnsvis innenfor EBCFi' diagrammet på fig,. 1, som viser massens avvariningsevne målt i CSF (Canadian Standard Freeness), som funksjon av energiinnsatsen målt. i kWh per ton absolut tørr- masse. Linjen AD representerer den energiinnsats i relasjon tii avvanningsavnen som energiinnsatsen for normal, termomekanisk ma.ssefremstilling ligger under.

'Med den økte fiber.fleksibilitet øker mulighétene for å ta vare på fiberens styrke i et papirark. Den kjemiske massefibers høye fleksibilitet, som oppnåes ved at nesten den. halve opprinne-lige f ibermasse er kokt bort, resulterer ved papirfremstillingen i ark, blant annetkarakterisert vedhøy styrke og tetthet. Samme egenskaper, karakteriserer den beskrevne raffinørmasse, fremstilt av flis som er mykgjort i overensstemmelse med ovenstående .og raffinert under optimale betingelser og med høy energiinnsats. For å tilveiebringe en. effektiv raffinering bør man • hensiktsmessig innføre materialet i raffinøren ved fiberkonsentra-sjonen 15-35% og. ved lavere trykk'og temperatur enn ved fo.rvarm-hingen, f. eks. 100 - 120°C og tilsvarende damptrykk, hvilket muliggjør anvendelsen . av en. åpen raffinør, og raf f inering ' i ett trinn. For visse massekvaliteter er energiforbruket så høyt at raffineringen hensiktsmessig utføres i to trinn.

Det ér imidlertid.mulig ved raffinering i flere trinn

å bibeholde trykket og . temperaturen fra, f orvarmningen i det første

raf f ineringstr i-nn. Ved raffinering i flere trinn utføres raffine-- .'ringen etter det' første trinn ved- a tmo sfære trykk . og temperatur. ..'under 100°C. Under de beskrevne' forhold ved raffineringen er det 'mulig å bearbeide, fibrene med høy effektivitet. Fibrene kan, bear-,'beides til så høy fleksibilitet at papirark med styrkeegenskaper og tetthet- i nivå med papirark formet av kjemiske fibere kan opp-■nåes .

EKSEMPEL.

FLis av. granved behandles ved impregnering med Na^ SO^-oppløsninger.méd forskjellig innhold av Na^ SO^ og med pH-verdi 10.

Etter impregneringen forvarmes, flisen ved dampbehandling •i.10 minutter ved' maksimum temperatur 135 resp. 170°C. Den etter-følgende raffinering ble utført i åpen raffinør ved en temperatur noe over 100°C.

På fig..2 er vist den således fremstilte masses styrkeegenskaper målt som slitelengde som funksjon av utbyttet med tilsatt mengde Na^SO^som parameter. Massen var raffinert til en avvanningsévne av 400 ml CSF. Av figuren fremgår.at styrke-egenskapene forbedres ved økende Na2S02_tilsetning. Ved den høye-ste sulfittilsetning'(18%) og høyeste forvarmningstemperatur (170°C) er dog styrken øket ubetydelig og på bekostning av utbyttet. En 'tilsetning av 12% Na2SO^er åpenbart den høyeste tilsetning som kan være av interesse i kombinasjon med høy fOrvarmningstemperatur for bibehold av et høyt utbytte.

Utviklingen av massens slitelengde i et lavere free-nessområde. ved tre forskjellige forbehandlinger, fremgår av fig. 5.

Etter impregnering med 6,resp. 12% ^250^ e*" flisen dampbehandlet i 10 minutter ved maksimum temperatur 135°C resp. 170 C. Til sammenlikning er også. slitelengden for konvensjonelt fremstilt termo-mekanisk masse markert.

En karakteristisk egenskap hos massen fremstilt etter oppfinnelsen er dens meget lave- flisinnhold også ved høy avvanningsevne, hvilket fremgår av fig. 3, som.viser flisinnholdet målt i % mlnishivés som en funksjon av avvanningsevnen målt i ml CSF. Til sammenlikning er verdiene, for en' masse fremstilt ifølge kon-censjonell tér.momekanisk raffinering markert.

Av den tilsatte mengde Na2S0^.absorberes bare en del i ' ma.ssef iberen. Forskjellen mellom tilsatt og absorbert mengde fremgår av fig. 6. Det er' således mulig å tilbakeføre en stor del av sulfiten fra.massevaskingen til impregneringskaret ifølge foreliggende oppfinnelse.

Mengden av tilsatt 1ignin-mykgjørende kjemikalier som absorberes i massen, kan også måles som andel svovel i absolut tørr masse etter vasking resp. som sulfoneringsgrad. Sulfonerings-graden er innholdet av sterkt sure grupper i massen som. kan be-stemmes ved måling av mengden Na- ioner som kan tas opp av en^ricvc<p>,^om er mettet med ioner ved behandling med 0.1-N salt- syre'(HCl) og deretter vasket. Fig. 7 viser at massens slitelengde målt i.km ved CSF 400 ml øker med økende sulfoneringsgrad malt .'.i milliekvivalenter per gram absolut tørr masse. Forvarmnings-temperaturer' 135 resp. 170°C..

Claims (8)

1 .F remgangsmåte for fremstilling av en kjemisk modifisert termo-mekanisk raffinørmasse fra vedmateriale med et utbytte som overstiger 90% med høyt langfiberinnhold og hvor fibrene har en høy bindingsevne og fleksibilitet, idet vedmateria let først myk-gjøres ved behandling med 1igninmyknende kjemikaslier i kombinasj-' med forvarmning ved høy temperatur, karakterisert v e d at materialet deretter raffineres, idet raffineringen skjer med en energi-ihnsats som i relasjon til den fremstilte raffinør-masses avvanningsévne faller innenfor området ABCD , fortrinnsvis innenfor EBCF i diagram på fig. 1.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at materialet innføres i raffinøren ved lavere try og temperatur enn ved forvarmningen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at vedmaterialet forvarmes ved 135-200°C i 1-30 nutter og at temperaturen ved innføringen i raffinøren går opp t:; 100-120°C.

4. Fremgangsmåte som angitt i de foregående krav, kara terisert ved at den kjemiske mykgjøringen frembringes impregnering med 2-12% Na^O^ ved .pH 7-12.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at impregneringen skjer med 4-8% Na^O^ ved pH 9-12.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakteri sert v e d at den. kjemiske mykgjøringen og forvarmningen uti ved'samme trykk og temperatur.

7.F remgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, kara terisert ved at den kjemiske mykgjøringen utføres før forvarmningen ved en temperatur som er lavere enn forvarmningstemperaturen.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den del av de tilsatte lign <;> myknende kjemikalier, som ikke absorberes av vedmateria let vaskr av massen og føres tilbake til forbehandlingstrinnet.