NO884398L - Fremgangsmaate for bleking av mekanisk masse. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for bleking

av mekanisk masse.

Mekanisk masse dannes ved fysisk nedbrytning av ved til fiber som inneholder cellulose og lignin, i stedet for kjemisk å løse opp ligninet i veden for å etterlate bare en rest av cellulosefibre. Fordi i det vesentlige hele ved blir omdannet til masse som egner seg til fremstilling av papirprodukter, ansees de mekaniske massefremstillings-metodene som ønskelige, både på grunn av det høye utbytte av masse basert på den veden som anvendes som råmateriale, og fordi det fremstilles i det vesentlige lite avfall som må tas vare på.

Mekanisk masse kan fremstilles ved nedmaling av tømmeret mot et "sten"-hjul (slipemasse) eller ved maling av veden med

et metall raffineringsblad enten kaldt (raffinert masse) eller varmt (termomekanisk masse).

Det råmaterialet som anvendes til raffinert mekanisk masse og til termomekanisk masse er vanligvis dårligere enn det tømmeret som anvendes for produksjon av slipemasse. En stor

del av den veden som anvendes for raffinert og termomekanisk masse er flis fra sagbruks-avfall, og dette råmaterialet inneholder mere bark (og urenheter) enn avbarket tømmer.

Selvom blekbarheten av massen ikke påvirkes av disse forurens-ningene, vil hvitheten av både den ublekte og den blekte massen lide.

Det anvendes to prinsipielle metoder for bleking av mekanisk masse: reduserende og oksyderende bleking. Disse to metodene kan anvendes enkeltvis eller sammen i en to-trinns blekesekvens med oksyderende bleking i første trinnet og reduserende i det andre trinnet. De reduserende blekemidlene er bisulfitt, hydrogensulfitt og borhydrid. Det viktigste oksyderende blekemiddel her hydrogenperoksyd. Hydrogensulfitt-bleking er den reduserende blekemetoden som anvendes mest. Natriumhydrogensulfitt (Na2S204) er den foretrukne form. Sinkhydrogensulfitt anvendes i en viss utstrekning. Det er mere stabilt enn natriumformen, og kan fremstilles på fabrikk-stedet, men ulempen er at det er toksisk for fisk. Hydrogen-sulf itt-bleking blir vanligvis utført ved lav konsistens.

Maksimal blekerespons oppnås ved om lag 4 % konsistens.

Maksimum hvithet oppnås vanligvis mellom pH 5 og pH 6. Hydrogensulfitt kan fremstilles ved å redusere et sulfitt med natriumborhydrid (kommersielt tilgjengelig som en løsning "Borol").

Alle prosentsatser som refereres heri er vektprosenter. Konsistensen er prosenten av ovnstørr vekt av masse i en vandig oppslemming. Additiver rapporteres som vektprosent basert på den ovnstørre vekten av masse, dersom intet annet spesielt er bemerket.

Natriumborhydrid er et sterkt reduksjonsmiddel, men blekeeffekten er overraskende lav sammenlignet med hydrogen-sulf itt. Borhydridsaltet danner en alkalisk løsning, men denne alkaliniteten er ikke tilstrekkelig til å holde pH over det kritiske området for selvdekomponering av borhydrid under blekingen. Noe bedre resultater oppnås med høyere alkalinitet og høy konsistens. Tilstedeværelsen av et.kompleksdannende middel (DTPA) og natriumsilikat synes også å forbedre blekingen. Natriumborhydrid er vanligvis for dyrt å anvende som sådant til bleking av masse, men anvendes ofte til fremstilling av natriumhydrogensulfitt på stedet.

Oksyderende bleking med et peroksyd har visse fordeler

over reduserende bleking med hydrogensulfitt. Økningen i hvithet som oppnås med oksyderende bleking kan være svært mye høyere enn med hydrogensulfitt-bleking, og korrosjonsproblemene er mindre for masse som er bleket med peroksyd enn med hydrogen-sulf itt. Flere oksydasjonsmidler er blitt forsøkt for bleking av mekanisk masse, men peroksyd er den eneste som er anvendt til bleking av mekanisk masse, først og fremst som hydrogenperoksyd.

En enkel blanding av hydrogenperoksyd og alkali vil ikke

gi de beste bleke-resultatene. Ett eller flere ytterligere kjemikalier blir vanligvis tilsatt for å forbedre resultatet. Den mest vanlige kjemikalien som brukes er natriumsilikat;

andre omfatter magnesiumsulfat og kompleksdannende midler, så som DTPA og fosfater.

Natriumsilikat har en buffer-virkning i pH området hvor peroksyd er mest aktivt som blekemiddel. En annen virkning av natriumsilikat er å inaktivere metall-ioner. Magnesiumsulfat har en lignende inaktiverende virkning, og er spesielt virksom når vannets hardhet er lav. Natriumsilikat og magnesium synes å virke synergetisk, men mekanismen for dette er ikke kjent. Kalsium har virkning som ligner virkningen av magnesium.

Ganske store mengder natriumsilikat anvendes til peroksydbleking av mekanisk masse. Vanligvis anvendes en 40 % løsning av natriumsilikat og om lag 5 vekt% av denne løsningen blir tilsatt, basert på massevekten (2,0 % natriumsilikat på massevekten). Magnesiumsulfat (Epsom salt) anvendes i små mengder, vanligvis 0,05 % til 0,2 % basert på massen.

Konsistensen ved blekingen er avhengig av awannings-utstyret og det utstyret som anvendes til blanding av massen og blekemiddelet. En konsistens mellom 10 og 20 % blir anvendt og 15 % er omtrent middels. Retensjonstiden er vanligvis fra 1,5 til 3 timer. Ved bunnen av tårnet blir massen fortynnet med vann til en konsistens mellom 3 og 4 %. Da massen er alkalisk, må pH i oppslemmingen reduseres for å unngå fargeomslag. Vanligvis blir pH senket til omlag 5,5, som er det samme som for ubleket masse. Dersom svoveldioksyd eller bisulfitt anvendes for å senke pH, vil rest-peroksyden også bli forbrukt.

Kjemisk masse blir vanligvis bleket i mere enn ett trinn, og en flertrinns prosess anvendes også for mekanisk masse dersom det kreves høye hvithetsverdier. Oksyderende bleking med peroksyd etterfulgt av reduserende bleking med hydrogen-sulf itt, er den fremgangsmåten som brukes kommersielt for flertrinns-bleking av mekanisk masse. Fordi peroksydblekingen blir avsluttet før all peroksyden er forbrukt, bør rest-peroksydet ødelegges før hydrogensulfitten blir tilsatt. En justering av pH i massen må også gjøres før hydrogensulfitten blir tilsatt. Svoveldioksyd og sulfittlut er egnet for begge formål. Den reduserende/oksyderende blekesekvensen, som anvender hydrogensulfitt i det første trinnet og peroksyd i det andre trinnet, antas å være dårligere enn en blekesekvens med peroksyd i det første trinnet. Den grunnen som gis er at noen av de kromofore grupperne som reduseres av hydrogensulfitten, deretter blir oksydert av peroksyd, hvilket i en viss grad reduserer fordelen med den reduserende blekingen.

To-trinns oksyderende/reduserende bleking med enten hydrogensulfitt eller borhydrid etterfulgt av peroksyd, vil gi høye hvithets-verdier. Borhydrid og peroksyd kan også anvendes sammen ved ett-trinns bleking; det er ganske overraskende, men disse to kjemikaliene reagerer ikke med hverandre under vanlige blekebetingelser. Virkningen er ikke så god som den som oppnås med to-trinns bleking med de samme kjemikalier, men den er bedre enn med peroksyd alene. Ved bleking i tre-trinn med borhydrid-peroksyd-hydrogensulfitt, er oppnådd hvithetsverdier på 87 til 88 %.

Foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for bleking av mekanisk masse i en vandig oppslemming som omfatter (a) å kontakte en vandig oppslemming av den mekaniske massen med et reduserende blekemiddel i et første trinn, (b) å vaske oppslemmingen av massen fra det første trinnet for i hovedsak å fjerne eventult gjenværende reduserende blekemiddel, (c) å justere konsistensen av den vaskede masseoppslemmingen til minst 10 %, og (d) å tilsette til masseoppslemmingen fra trinn (d) en tilstrekkelig mengde av en peroksygen blekeløsning til å gi en konsentrasjon av minst 1 % hydrogenperoksyd basert på den ovns-tørre vekten av massen i oppslemmingen, og holde temperaturen på masseoppslemmingen ved høy temperatur i tilstrekkelig tid til å øke hvitheten av massen i oppslemmingen.

Betingelsene ved det reduserende bleketrinnet med hydrogen-sulf itt er fortrinnsvis de betingelsene som vanligvis brukes, fortrinnsvis ved en pH mellom 5 og 6, ved lav konsistens fortrinnsvis mellom 2 og 5 %, helst om lag 4 %. Temperaturen bør være over 40°C, fortrinnsvis 50°C til 100°C, helst 60°C til 100°C. Vanligvis er blekeresponsen tilfredstillende etter 10 minutter, en svak økning i hvitheten fortsetter likevel i omlag 2 timer.

Normalt anvendes fra 0,5 til 1 % hydrogensulfitt basert på tørr masse, skjønt mindre mengder er effektive. Mer enn 1 % gjør ingen skade, men blekeresponsen avtar.

Kompleksdannende midler kan brukes for å eliminere tunge metaller fra massen. Vanligvis anvendes kommersielt salter av etylendiamintetraacetat (EDTA), pentanatriumdietylentriamin- pentaacetat (DTPA), nitriltriacetat (NTA), natriumtripolyfosfat, natriumcitrat og lignende.

For raffinert masse eller termomekanisk masse kan bleke-løsningen tilsettes sammen med flisen som mates til raffinøren. For slipemasse er det ønskelig å tilsette bleke-kjemikaliene til masseoppslemmingen.

Natriumborhydrid anvendes helst for å danne natriumhydrogensulfitt ved å reagere det med svoveldioksyd eller et sulfitt. Det kan likevel anvendes uten å danne hydrogen-sulfittet ved en pH på 10 til 11 ved en konsistens på 4 % eller mer.

Peroksygenbleking bør foregå ved en konsististens på 10 til 20 % med temperaturen fortrinnsvis mellom 40 og 60°C, hvorved tilstrekkelig bleking kan oppnås i løpet av 1,5 til 3 timer. Normalt tilsettes omlag 1 til 3 % natriumsilikat og 0,05 til 0,2 % magnesiumsulfat basert på masseveksten til blekeløsningen. Kompleksdannende midler så som DTPA eller 2-hydroksyetyl-etylendiamintriacetat (HEDTA) kan anvendes for å forbehandle massen før peroksygen-bleketrinnet.

Peroksyd-innholdet i blekeløsningen bør være tilsvarende minst 1 % H202, fortrinnsvis 3 til 10 %. Hvilken som helst kilde for hydrogenperoksyd kan anvendes, så som 35 til 70 % H202, natriumperoksyd, natriumkarbonatperoksyd eller lignende.

Den beste fremgangsmåten for å praktisere oppfinnelsen vil være åpenbar for en fagmann på området fra følgende ikke-begrensende eksempler.

Massen ble vanligvis forbehandlet med 0,25 % DTPA ved 4 % konsistens. En ekvivalent på 50 g masse, ovnstørket (O.D.) ble veiet ut, og konsistensen justert som ønsket ved bruk av 60°C (140°F) av-ionisert vann.

Natriumhvdrogensulf itt- blekinq

Massen ble justert til en konsistens på 4 %, og ble plassert i en lukket beholder. pH ble justert til 6 med en løsning av svoveldioksyd i vann straks før tilsetning av den nødvendige mengde natriumhydrogensulfitt. Kontakten mellom natriumhydrogensulfitt og luft ble gjort så liten som mulig ved å tilsette natriumhydrogensulfitt-løsningen under overflaten av væskenivået i krukken med en pipette. Krukken ble øyeblikkelig forseglet og rystet for hånd for å oppnå god blanding. Den behandlede massen ble holdt ved 60°C i 1 time. Deretter ble massen filtrert, vasket og justert til den ønskede konsistensen for neste operasjon.

Natriumborhydrid- bleking

Natriumborhydrid-bleking ble utført på samme måten som ovenfor, untatt at pH var på den basiske siden (10-11) og massen ble justert til en konsistens på 4 %. Blekingen ble også utført på kortere tid.

Bleking med hydrogenperoksyd

Etter vasking av massen fra et eventuelt tidligere reduserende trinn, ble blekingen med hydrogenperoksyd utført på den vanlige måten. Prøvene ble bleket ved 12 % konsistens.

Massen ble oppvarmet til ønsket temperatur i mikrobølgeovn, og blekevæsken (fremstilt ved å tilsette natriumsilikat, kaustisk soda, magnesiumsulfat og hydrogenperoksyd) ble tilsatt til den forvarmede massen og blandet inngående. Masseblandingen ble plassert i et beger dekket med glass og oppvarmet i et termostatisk kontrollert bad.

Prøvene ble uttatt periodisk for hvithets-bestemmelse.

Manuell ark- fremstilling for hvithets- måling

En prøve på 6 O.D. gram masse ble uttatt for hver bestemmelse. Prøven ble fortynnet med av-ionisert vann til omlag 0,75 % konsistens. pH for denne oppslemmingen ble justert til 4,5 med en vandig løsning av svoveldioksyd. En Waring blande-maskin med høy hastighet ble brukt til å fjerne fiberklumper før danningen av prøvearkene i en 16 cm TAPPI prøveform ifølge Appendix til TAPPI Standard T218 05-69. Arkene ble tørket over natten og hvitheten bestemt på en Data Color Model 2000 reflektans måler. Enhetene er uttrykt som % Elrepho eller ISO hvithet.

EKSEMPEL 1

En to-trinns blekesekvens ble anvendt ved bruk av hydrogenperoksyd i det første trinnet og natriumhydrogensulfitt i det andre trinnet. Massen var en 50/50 blanding av hardved/bløtved TMP. Betingelsene og resultatene er vist i tabell I.

EKSEMPEL 2

Den samme masse-porsjonen som ble brukt i eksempel 1 ble bleket i motsatt rekkefølge, et natriumhydrogensulfitt-trinn etterfulgt av et hydrogenperoksyd-trinn. Resultatene er vist i tabell il.

For sammenligning ble utført et enkelt hydrogenperoksyd-bleketrinn hvor de andre betingelsene var de samme som i eksempel 3. Hvitheten var 85 % og hele mengden på 7 % av hydrogenperoksyd ble brukt.

EKSEMPEL 3

Natriumborhydrid ble brukt som reduserende blekemiddel for en sydlig termomekanisk bløtvedmasse. I eksperiment 1, ble oksydasjonstrinnet først etterfulgt av reduksjonstrinnet. I eksperiment 2 ble reduksjonstrinnet først etterfulgt av oksydasjonstrinnet. Eksperiment 3 var reduksjonstrinnet alene ved bruk av natriumborhydrid som reduksjonsmiddel.

Det uventet at en to-trinns blekesekvens som bruker et reduksjonsmiddel som et første trinn skulle være bedre enn den vanlige oksyderende/reduserende sekvensen, tatt i betraktning referansene til det motsatte i teorien ifølge tidligere teknologi. Bare ett publisert eksempel på en reduserende/- oksyderende blekesekvens som bruker slipemasse, er rapportert i literaturen, Barton, R.W., "Bleaching of Groundwood with Combinations of Peroxide and Hydrosulfite", TAPPI, Vol. 41(3), sider 161A-165A. Enkelt-eksempelet brukte bare 0,4 % H202(2 % Na202).

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for bleking av mekanisk masse som foreligger i en vandig oppslemming, karakterisert ved (a) å kontakte en vandig oppslemming av den mekaniske massen med et reduserende blekemiddel valgt fra natriumhydrogensulfitt, sinkhydrogensulfitt og natriumborhydrid i et første trinn, (b) å vaske den oppslemmede massen fra det første trinnet for i det vesentlige å fjerne eventuelt gjenværende reduserende blekemiddel, (c) å justere konsistensen av den vaskede masse-oppslemmingen til minst 10 %, og (d) å tilføre til masse-oppslemmingen fra trinn (d) en tilstrekkelig mengde av en peroksygen-blekeløsning til å gi en konsentrasjon på minst 1 % hydrogenperoksyd basert på den ovnstørkede vekten av massen i oppslemmingen, og holde temperaturen på masseoppslemmingen ved høy temperatur i tilstrekkelig tid til å øke hvitheten av massen i oppslemmingen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det reduserende blekemiddelet er tilstede som en vandig løsning av 0,5 % til 1 % hydrogensulfitt som natriumhydrogensulfitt ved en pH på 5 og 6.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det reduserende blekemiddelet er natriumborhydrid ved en pH på 10 til 12.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det reduserende blekemiddelet er en vandig løsning av 0,5 til 1 % hydrogensulfitt som sinkhydrogensulfitt ved en pH på 5 og 6.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at peroksygen-blekeløsningen omfatter en løsning som omfatter en vandig løsning som inneholder minst 1 % hydrogenperoksyd ved en pH på 10 til 11 og som inneholder 1 til 3 % natriumsilikat og 0,5 % til 0,2 % magnesiumsulfat.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at peroksygen-blekeløsningen omfatter en løsning som omfatter en vandig løsning som inneholder minst 1 % hydrogenperoksyd ved en pH på 10 til 11, og som inneholder 1 til 3 % natriumsilikat og 0,5 til 0,2 % magnesiumsulfat.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at peroksygen-blekeløsningen omfatter en løsning som omfatter en vandig løsning som inneholder minst 1 % hydrogenperoksyd ved en pH på 10 til 11, og som inneholder 1 til 3 % natriumsilikat og 0,5 til 0,2 % magnesiumsulfat.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at peroksygen-blekeløsningen omfatter en løsning som omfatter en vandig løsning som inneholder minst 1 % hydrogenperoksyd ved en pH på 10 til 11, og som inneholder 1 til 3 % natriumsilikat og 0,5 til 0,2 % magnesiumsulfat.