NO813039L - Anvendelse av polyalkylenoksyder for separasjon av cellulosefibere. - Google Patents

Description

ANVENDELSE AV POLYALKYLENOKSYDER FOR SEPARASJON AV CELLULOSEFIBERE

Foreliggende oppfinnelse vedrører kjemisk separasjon av cellulosefibere og mere spesielt vedrører den anvendelse av høymolekylære polyalkylenoksyder for separasjon av ublekede sulfatfibere fra blandede cellulosemasser. Oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med resirkulering av sekundære fibere, utskudd etc. for en etterfølgende fremstilling av papir, papp, kartong og lignende produkter.

Papir, papp, kartong etc. fremstilles hovedsakelig fra de følgende massetyper: mekansik masse innebefattende masse fremstilt ved rent mekaniske midler og termomekanisk masse, sulfitt og sulfatmasser, halvkjemiske sulfittmasser, eksempelvis NSSC-masse. Mekaniske og termomekaniske masser inne-holder i det vesentlige alt av de opprinnelige bestanddeler av trevirke eller råmateriale, mens for de andre massetyper er ligning og andre ikke-cellulosehoIdige bestanddeler fjer-net i varierende grad under massefremstillingen. Avhengig av det påtenkte anvendelsesområdet så underkastes massene ytterligere behandling i form av bleking. Bleking er en betegnelse anvendt for kjemisk behandling av masser med forskjellige kjemikalier, eksempelvis klor, klordioksyd, hypokloritt, peroksyd, oksygen, ditionitt etc. for å frem-stille en lysere masse og innebefatter hovedsakelig fjerning og/eller kjemisk modifisering av ligninet.

Ved fremstilling av flerlaget papir eller kartong anvendes forskjellige masser i forskjellige lag og avfall og bakvann fra disse prosesser vil således inneholde blandinger av fibere. Blandede masser erholdes også ved en tiltagende håndtering av avfallspapir. I henhold til foreliggende oppfinnelse kan blandede masser fra slike prosesser bearbeides til to forskjellige fraksjoner og deretter utnyttes med forbedret økonomi og på forbedret teknisk måte. Utskudd og gjenvunnene fibere fra produksjon av papir, kartong og lignende produkter hvori forskjellige massetyper generelt anvendes i integrerte systemer uten en foregående separasjon. Store mengder høykvalitetsmasse egnet for fremstilling av produkter med høy økonomisk verdi blir såiedes utnyttet på en meget uøkonomisk måte. Betydelige økonomiske fordeler kan oppnås ved å omdanne masseblandinger til rene massefraksjoner. Oppgradering av masseblandinger gir ytterligere fordeler ved at en etterfølgende fremstilling av papirprodukter kan kontrol-leres på en bedre måte med hensyn til kjemiske-og prosess-variable enn for systemer med uspesifiserte og varierende blandinger. Som eksempler på systemer hvor forskjellige masser utnyttes og hvor gjenvinning av utskudd og fiberopp-slemninger er nyttige kan nevnes eksempelvis fremstilling av bølgepapp hvori bølgelaget fremstilles fra NSSC og/eller re-sirkulerte massefibere, mens ytterarkene (linerboard) fremstilles fra ubleket sulfatmasse.

Ytterligere kan det nevnes flerlagsprodukter hvori et eller flere av lagene er fremstilt fra bleket masse for å oppnå et bedre utseende og for å forbedre fruktbarheten, men som inne-holder lag av ubleket sulfat, slik at produktene vil utvise den nødvendige styrke.

Ved håndtering av avfallspapir hvor papir eller kartong etter anvendelse gjenvinnes og etter oppslåing og eventuell trykk-fargefjerning igjen anvendes for fremstilling av papirprodukter, så vil det inngående avfallsmaterialet inneholde blandinger av forskjellige massetyper og også i dette tilfellet er det meget ønskelig at materialet i størst mulig grad kan sorteres og klassifiseres for å oppnå den beste utnyttelse. Kildene for avfallsmaterialet varierer i stor grad eksempelvis fra husholdninger hvor den største andel utgjøres av avis- og magasinpapir til industrier og kontorer hvor avfallet er .en blanding av trykk- og skrivepapir, kartong, sekker, aviser og lignende. Innsamlet avfallspapir . blir hvis det blir sortert, sortert manuelt og det er åpen-bart at en slik sortering ikke kan gi en total gradering av alle materialer til ensartede grupper. En større andel av materialet vil bli klassifisert som "blandet" Og anvendt for eller delvis for produkter med lavere kvalitetskrav, eksempelvis som midtlag i kartong. Selv for mengder av avfallspapir med relativt stor ensartethet vil blandinger av cellu-

losemasse naturlig være tilstede og det er umulig å oppnå

en total separasjon av disse ved manuell sortering. Selv små mengder av en fremmed massetype kan gjøre et ellers høykvali-tetsråmateriale uegnet for den påtenkte utnyttelse og en ytterligere separasjon vil være av største viktighet også

i dette tilfellet.

Det er nå funnet at polyalkylenoksyder er i stand til å flokkulere ublekede sulfatfibere (ubleket sulfat eller kraftmasse) selektivt fra blandede trefiberbaserte masser.

Det er kjent å anvende.høymolekylære polyalkylenoksyder innen papirindustrien. På samme måte som andre vannoppløselige polymere såsom polyakrylamid og polyetylen, har de vært anvendt som retensjonsmidler og avvanningsmidler. Disse midler settes til papirmassen for å gi en forbedret retensjon av fibere, finstoff, pigmenter, fyllstoffer etc. på viren og de bør samtidig fremme avvanningen og således forøke produk-sjonskapasiteten. Polyalkylenoksyder har ytterligere vært anvendt for rensning av prosessvann i papirindustrien og de har blitt tilsatt bakvannssystemet i flottasjonstypesystemer for å forbedre den totale flottasjon av fibere og andre sus-penderte materialer, slik som beskrevet i US patent nr. 3.141.816.

Det er nå funnet at høymolekylære polyalkylenoksyder kan flokkulere ublekede sulfatfibere i det vesentlige selektivt og det er således oppnådd en mulighet for kjemisk å separere og oppgradere blandinger av masser i gjenvunnene fibere fra gjenvinningsenheter, i utskudd og annet sekundært fiberrå-materiale for å forbedre økonomien ved deres ytterligere anvendelse slik at de kan anvendes for fremstilling av produkter hvor kravene til kvalitet og jevnhet er høyere enn det som generelt er tilfelle.

Oppfinnelsen vedrører således anvendelse av høymolekylære polyalkylenoksyder for separasjon av ublekede sulfatfibere fra fiberblandinger som er suspendert i vann. Ved tilsetning av polyalkylenoksyder til slike systemer vil det er holdes en selektiv flokkulering av ublekede sulfatfibere og de dannede flokker kan deretter separeres ved hjelp av kjente separasjonsmetoder, såsom sedimentasjon, flottasjon, filtrering etc.

Polyalkylenoksydene som anvendes ved foreliggende fremgangs-måte er vannoppløselige, ikke-ioniske polyalkylenoksyder hvori alkylgruppene er lavere alkylengrupper såsom etylen-, propy-len-, butylengrupper eller blandinger av disse. Fortrinnsvis anvendes polyetylenoksyder. Molekylvekten for polyalkylenoksydene bør overstige 50 000 og kan være så høye som 20 x 10 . Den er passende over 100 000 og fortrinnsvis over 500 000. Molekylvekten kan passende ligge i området 500 000

6 6 6

til 20 x 10 og fortrinnsvis i området 10 -20 x 10 .

Den totale massekonsentrasjon i systemene hvori polyalkylenoksydene anvendes bør ikke være for høy da det ellers er en risiko for at nettverk av fibere spontant vil dannes på mekanisk måte. Konsentrasjonen ved hvilken nettverk av fibere dannes varierer med fibertypen og malningsgraden. Dannelse av fibernettverk kan motvirkes ved dannelse av skjær-krefter eller turbulens i systemet for å dispergere fiberene før tilsetning av polymeren. I de fleste tilfeller er det passende at massekonsentrasjonen ved separering i henhold til oppfinnelsen ikke overskrider. 0,9 vekt-% og bør fortrinnsvis være under 0,5 vekt-%.

Mengden av polyalkylenoksyd som er nødvendig for å oppnå god separasjon varierer i det vesentlige med pH og ionestyrken for systemet og en høyere dose er generelt nødvendig ved en høy pH og/eller lav ionestyrke. En tilsetning på 0,001-

3,0 vekt-% regnet på mengden av ubleket sulfatmasse i fiberblandingen er egnet for de fleste systemer og tilsatt mengde ligger fortrinnsvis innen området 0,01-0,5 vekt-%.

For hvert individuelt system kan mengden justeres med hensyn til pH og ionestyrke og overdosering bør unngås da flokkulering av de ublekede sulfatfibere da vil skje for raskt og det vil være en fare for rent mekanisk inneslutning av andre fibertyper i flokkene. Overdoseringer bør også unngås i den hensikt å unngå et for stort innhold av fremmede kjemikalier i de erholdte massefraksjoner. Da mengdene av tilsatte alkylenoksyder er liten<p>g da polyalkylenoksydehe er ekst-remt viskøse er det mest egnet å tilsette disse i form av meget fortynnede oppløsninger. Med hensyn til forholdet mellom tilsatt mengde og pH for erholdelse av den ovenfor nevnte gode separasjon er det passende at systemet har en lav pH, fortrinnsvis under 7 og fortrinnsvis innen området 3-5.

Når de ublekede sulfatfibere er flokkulert fra massebland-ingene under anvendelse av polyalkylenoksyder i henhold til foreliggende oppfinnelse kan de erholdte flokker separeres på kjent måte, eksempelvis ved flottasjon, filtrering, sedi-mentering etc. hvoretter den erholdte masse gjenvinnes. Når de flokkulerte sulfatfiberene er separert bør turbulensen i systemet ikke være for høy for å unngå fare for at fiberflok-kene bryter opp. Som eksempel på en egnet metode for separasjon kan nevnes såkalt mikroflottasjon under anvendelse av luftbobler med en mindre størrelse enn den som normalt anvendes ved flottasjon og hvor de stigende luftbobler mekanisk oppfanger de dannede flokker. Den mekanisk separasjon kan fremmes ved tilstedeværelse av overflateaktive midler, såsom skumningsmidler.

Ublekede sulfatfibere betegner cellulosemasse ved konven-sjonell behandling i henhold til sulfatprosessen. Denne massetype omtales også som kraftmasse p.g.a. styrken som utvises av de produkter som er fremstilt av slik masse. Koking utføres til forskjellige utbytter i forhold til den opprinnelige vekt av råmaterialene og betegnelsen sulfatmasse er ment å omfatte såvel lavutbyttesmasse som høyut-byttesmasse.

I henhold til oppfinnelsen kan ubleket sulfatmasse separeres fra andre trebaserte masser, fra blekede masser av forskjellige typer, bleket sulfatmasse, bleket sulfittmasse, blekede mekaniske masser, fra ubleket sulfittmasse, mekanisk og termo mekaniske masser og såkalte NSSC-masser (nøytral sulfitt halvkjemisk) og blandinger av slike masser. Hver gang ublekede sulfatfibere er tilstede i blandinger så kan disse fibere separeres i henhold til foreliggende oppfinnelse og en fraksjonering av slike blandinger kan således erholdes og dette betyr at en etterfølgende utnyttelse forbedres både med hensyn til tekniske og økonomiske faktorer. Polyalkylenoksydene anvendes fortrinnsvis for separasjon av ublekede sulfatfibere fra fiberblandinger som erholdes fra sekundære fiberråmaterialer og utskudd samt fra gjenvunnene fibermate-rialer fra produksjon av to eller flerlagede papirprodukter i integrerte systemer.

Eksempel 1

I en "screening-test" ble flokkuleringseffekten for polyetylenoksyd på forskjellige fibertyper undersøkt.

Polyetylenoksyd med en midlere molekylvekt på 4 x 10^ (i henhold til fabrikanten) ble tilsatt fibersuspensjoner og flokkuleringseffekten ble bestemt visuelt. Ved forsøkene ble mengden av tilsatt polyetylenoksyd variert opptil 1 vekt-%, regnet på de tørre fibere, pH varierte mellom 3 og 9 og konsentrasjonen av NaCl mellom 0 og 0,1 molar. De følgende masser ble undersøkt: 1. Ubleket sulfatmasse (kokt til et utbytte på 47%, regnet på ved) 2. Ubleket sulfatmasse (kokt til et utbytte på 59%, regnet på ved)

3. Slipemasse, blanding av bleket og ubleket

4. Termomekanisk masse, blanding av bleket og ubleket

5. Halvbleket sulfatmasse

6. Sulfittmasse, blanding av ubleket og bleket

7. NSSC-masse

Det ble funnet at polyetylenoksydet ikke hadde noen flokku-leringseffekt på massene 3.-7., mens i alle tilfeller flokkulerte den de ublekede sulfatmassene nr. 1. og 2.

Eksempel 2

Separasjonseffekten for forskjellige polyetylenoksyder på

ublekede sulfatfibere under varierende betingelser ble under-søkt i et prøveapparat. Apparatet bestod av en glass-sylin-der med en diameter på ca. 10 cm og en høyde på 20 cm og som i sin nedre del var forsynt med en glassfilterskive gjennom hvilken nitrogengass ble boblet for flottasjon.

Massesystemet var en 50/50 blanding av bleket sulfat og ubleket sulfat hvorav den sistnevnte var kokt til et utbytte på 47% regnet på veden og begge hadde fiberlengder innen 30-50 mesh fraksjonen. Den totale fiberkonsentrasjon i systemet var 200 mg/l.

Etter flottasjon i 20 min. ble fiberblandingen i flottatet målt ved hjelp av kappatallsbestemmelse i henhold til SCAN-C 1:77, modifisert for måling av små mengder.

Resultatene av separasjonsforsøkéne er vist i de etterføl-gende tabeller.

Claims (5)

1. Anvendelse av høymolekylære polyalkylenoksyder for separasjon av ublekede sulfatfibere fra vandige suspensjoner av fiberblandinger inneholdende disse.

2. Anvendelse ifølge krav 1, karakterisert ved at polyalkylenoksydet anvendes i en mengde på 0,001-3 vekt-%, regnet på tørrstoff og basert på mengden av tørr ubleket sulfatmasse i suspensjonen.

3. Anvendelse ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at polyalkylenoksydet er et polyetylenoksyd med en molekylvekt over 50 000.

4. Anvendelse av polyafkylenoksyd i henhold til kravene 1-3 i systemet hvori den totale fiberkonsentrasjon av suspensjonen ikke overstiger 0,9 vekt-%.

5. Anvendelse av polyalkylenoksyd i henhold til kravene 1-4 i systemet hvori suspensjonens pH er under 7.