SE454186B - Sett for framstellning av kemimekanisk massa - Google Patents

Description

. 15. 20. 25. 30. 35. 454 186 2 Detta har lett till intensivt utvecklingsarbete under senare år, där målet har varit att framställa mekaniska massor med högt utbytešš9O 2 och hög ljushet men med styrkeegenska- per upp mot de kemiska massornas, samtidigt som de mekaniska massornas unika opacitet- och bulkegenskaper bevaras.

Utvecklingen har härvid gått stegvis via Raffinörmassa (RMP), Termomekanisk massa (TMP) till nuvarande varianter av Kemi-mekaniska massor (CMP,CTMP). Sådana massor används idag företrädesvis i fluff,- tissue- och kartongkvaliteter.

I föreliggande uppfinning anges ett nytt, energisnâlt sätt att framställa kemimekanisk massa i högt utbyte med tidigare icke uppnådd slutljushet, och en sådan massa har förutom de traditionella användningsområdena också andra t ex i finpapperskvaliteter tack vare den höga ljushet, som kan uppnås.

Som råvara användes lignocellulosahaltigt fibermaterial som huggits eller sönderdelats till flis, hack eller grov fibermassa, i fortsättningen generellt kallat flis. Kemi- kaliebehandlingen av flisen, impregneringen, har utförts i tvâ steg med en vattenlösning av alkali och någon typ av peroxider. Impregneringen i första steget har skett genom neddoppning av flis i impregneringslösning eller med apparatur av skruvpresstyp, såsom Sprout-Haldrons plugg- skruvmatare, eller Sunds-Defibrators "Prex". Andra apparat- typer kan emellertid ifrâgakomma. Andra impregneringen utföres med fördel i apparatur av skruvpresstyp. Flisen behandlas med ånga, basas, med fördel före impregneringen men detta är icke någon nödvändighet för resultatet.

Det för uppfinningen kånnetecknande anges i kravet 1, medan övriga krav anger särskilt fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen.

Det är sedan gammalt känt, att en alkalibehandling av ligno- cellulosahaltigt fibermaterial ger en mjukning av materialet genom kemisk påverkan. Mjukningen är av godo genom att fib- rernas ursprungliga, geometriska utseende därigenom bevaras . ...__- 10 15 20 25 30 35 454 186 bättre under defibreringen. Flberseparationen av ett mjukgjort material sker också fullständigare. varigenom andelen icke önskvärt fibermaterial. spetor. minskas.

Under den alkaliska mjukningen av fibermaterialet förbrukas en del av det tillförda alkalit genom reaktioner med sura kompo- nenter i veden. slsom uronsyra- och acetylgrupper i hemi- cellulosan.

Det är känt att alkalibehandling mörkfärgar liqnocellulosa- -materialet. Hörkfärgningen ökar med stigande temperatur och alkalihalt och blir mycket besvärande vid temperaturer över l00°C. Om emellertid den alkaliska mjukgöraren kombineras med en organisk eller oorganisk peroxid motverkas mörkfärgningen samtidigt som fibermaterialets potential för ljushetsökning under ett bleksteg efter raffineringen avsevärt förbättras.

Peroxiden i sig själv är också en mjukgörare för fibermate- ríalet och således positiv även i detta avseende.

Väteperoxiden har sitt sönderfallsmaximum vid pH omkring 11.6.

Om förhållandet mellan alkali och peroxid vid impregneringen väljes så att pH före. under och strax efter impregnerings- fasen närmar sig detta värde kommer peroxiden att sönderdelas under syrgasutveckling. Dylika reaktioner försämrar impreg- neringen genom att bildade gasbubblor i fibermaterialets häl- 'rum försvårar impregneringslösningens intrângning. Gasbildning kan också leda till att redan inträngd impregneringsvätska pressas ur flisen.

Detta kan undvikas om man först låter veden reagera med alkali i ett separat impregneringssteg. för att åstadkomma största delen av nödvändig vedmjukning och neutralisering av sura ved- komponenter. vilket i föreliggande uppfinning motsvaras av impregneríngssteg 1. Genom att göra detta i ett separat steg kan man fritt välja sin alkalisatsning och sin temperatur i sagda steg för att erhålla god vedmjukning, men samtidigt 'minimera ljushetsförlusterna. I skruvpressen efter l:a impreg- neringssteget avpressas sedan mycket av de färgade reaktions- produkterna från första impregneringssteget, vilket till en 10 15 20 25 30 35 454 186 del bidrar till de goda resultat med avseende på ljusnet som massan tår efter raffinören liksom den höga potential för ytterligare ljusnetsökning genom tornblekning som massan erhåller. o- Vídare kan man genom att balansera satsningen av alkali i impregneringssteg 1 avgöra med vilket pH materialet skall gå in i impregneringssteg 2 och därmed åstadkomma optimala betingelser för blekning av_flisen (pH 8-10) utan att riskera att ovan nämnda, ur impregneringssynpunkt negativa reaktioner inträffar.

I impregneringssteg 2 tillföres peroxid. Genom att välja sats- ning. temperatur och uppenâllstíd på lämpligt sätt kan man bestämma vid vilken ljushet materialet kommer ut ur ratfi- nören. Detta är möjligt tack vare peroxidernas goda blekande förmåga. En del av peroxiden förbrukas i och omedelbart efter impregneringssteg 2. före defibreringen. varvid kromotora grupper. bildade i samband med alkalibenandlingen. elimineras.

En stor del av peroxiden finns dock kvar i materialet och mot- verkar därigenom mörkfärgning orsakad av den relativt höga temperaturen vid malningen.

Impregneringen kan göras med eller utan tillsats av komplex- bildare. såsom dietylentriaminpentaättiksyra, DTPA. etylen- diamintetraättiksyra. EDTA, NTA. Dequest. eller liknande i endera eller båda impregneringsstegen. Likaledes med eller utan tillsats av någon form av kiselsyraföreningar exempelvis vattenglaslösning. lnblandning av silikathaltigt material kan dock ge snabbt upphov till inkrustbildningar i processappara- turen, särskilt på malorganen där temperaturen är hög, och undvikes därför helst.

Efter impregneringen av lignocellulosamaterialet får det rea- gera upp till 60 minuter för varje impregneringssteg. före- trädesvis mellan 5 och 30 minuter, vid en temperatur mellan 20 och l00°C. Under denna tid sker olika reaktioner mellan ligno- cellulosamaterialet och impregneringskemikalierna. Dessa reak- tioner leder till mjukníng av materialet, vilket resulterar i 10 15 20 25 30 35 454 186 en bättre massakvalítet och en minskad energiförbrukning vid malningen.

Uppfinningen skall beskrivas utförligare i form av_gtt utföringsexempel och i samband med den åtföljande ritningen. som visar ett blockschema för sekvenriell impregnering.

Exempel l SEKVENTIELL IMPREGNERING . - Sállad, färsk flis av björkved. Betula Verrucosa, basades i en behållare 1 med vattenånga vid atmostärstryck (l0O°C) i lO minuter i en basningskammare l och vidarebehandlades omedel- bart därefter í en tank 2 med impregneringslösning bestående av en vattenlösning av natríumhydroxid. Temperaturen på lös- ningen var 20°C vid nedsänkningen och temperaturen bör hållas mellan 15 och 60°C. Impregneríngstiden var 10 minuter.

Flisen dränerades 4 i 15 minuter vid 20°C varigenom alkalit fick en förlängd reaktionstid. Denna tid kan varieras mellan 5 och 60 minuter. Förbrukad impregneringslösning pressades sedan ut ur flisen genom att den fick passera den komprimerande skruven 3. Undantaget är här massaprov l i tabell I. vilken har gått direkt till förvärmaren utan mellanliggande press» ning. lmpregneringen kan också göras så att flisen dräneras och komprimeras i skruvpressen 3 och därefter får expandera i impregneringslösningen.

Det alkali som tillsatts i impregneringssteget var i stort sett förbrukat. vilket kontrollerades genom analys av avpres- sad lösning. Efter avpressning impregnerades flisen med peroxid i en skruvpress 9. med tillhörande impregneringskärl varvid vätskeupptagningen var mycket god. Försök har gjorts med olika mängder av alkali och peroxid och sammanställts i tabell I. För att få en referens utan peroxid har massaprov 5 behandlats med vatten. .

Efter dränering 10 vid 20°C i 3 minuter leddes flisen till raffinörens förvärmare och förvärmdes i 15 minuter vid 80°C.

Viktigt för förvärmníngen är att temperaturen bör överstiga 10 454 186 50°C för att ge någon effekt men den får inte överstiga 100°C.

Efter iörvärmningen maldes flísen i en atmostärlsk dubbel- skíveraiiínör 6. “Sund-Bauer 36".

Det víktmässíga förhållandet mellan impregneríngsvätska och ved var 7.5 till l. med vedvíkten räknad som absolut torr flis. Alkalitíllsatsen kan varieras mellan 0,3 och 8 vikt! NaOH eller motsvarande mängder av andra alkalier. Líkaledes kan peroxíd tíllsättas i mängder upp till 5 vikt! väteperoxïd. eller motsvarande mängder andra peroxider, persulfat e.d.

Kassans torrhalt efter raffineríngen var 22 8 och dess pH 7.0-7.8. 454 186 6.2 Mïmw mi: omm nå Nåm og o fm m íN 92. flï. än ...m NJN 33 Nå wå w Nä Nå.. ßåm E; NJ QS 3.3 wå ærm m mä mä.. 0.3 omm .him mxä 32 To mä ~ 93 _12. 0.3 .än Nå 0.2 å? .. wå F ÉQNE mvQNE owï met! mVQNeZ måszv. d.. ooïàmo 3G JÅ. 3G .på ë 2:8 x m uwnmsfin umuflmcmo xmwcfiåm xwncfimmuo :Ouïšx wa wuxfl» wa wuxfi.. mvmmcflflmnmnm NO~m Ummumm momz wmmumw ...Mmmma uxmfino H Émnma 10 15 454 186 Egenskaperna hos den oblekta massan (se tabell I) direkt efter rattineríngen bestämdes med undantag för ljusheten enligt SCAN metoder efter latencyborttagning. Ljushetsmätningen gjordes på styrkeark tillverkade i arkform. vilket ger några enheters lägre ljushet än om mätningen göres enligt SCÅN-metoden på ark med hög ytvikt tillverkade på büchnertratt. Delar av massorna blektes också med väteperoxid efter latencyborttagning.

Blekningarna gjordes i laboratorieskala med varierande mängder väteperoxid samt natriumhydroxid. vattenglas och en organisk komplexbildare. díetylentriaminpentaättiksyra. (DTPA). i sådana proportioner till satsad väteperoxid att maximal ljus- het erhölls. Resultaten är sammanställda i tabell II. Tempe- raturen vid laboratorieblekningarna var 60°C. tiden 2 h och massakoncentrationen 12 t. Blekt massa analyserades också enligt SCAN-metoderna med samma undantag för ljusheten som ovan. 454 186 mm_o m.æ~ m.@> own F.m m.w~ ~.o w m.~ m Num PÅ Ümw mf: own o.m NÅN NS v .fo m :m . _w.o m.F« >.vw cow m.m -.mm ~.o « >.« v mfiw mw.ø o.~v m.mm omm o.n ~.v~ ~.o v m.P m Nuv mw.o m.Pw m.-m own _.m ~.m~ ~.o w ~.~ ~ Pnw mwå sån mÅm cow F; män NS v o- v mum mmå o~ov mLNæ o: o; ßfiw NS v må m Num 0.- m_°« P.°@ own _.« @.- ~.o v o._ N _"m wm.o m_m~ o_~æ own m_m _.w~ ~_o v m._ m ~"~ o... w.m~ æQL. omm min m~m~ ~.o v mÄ m få.. ”__ «.°m m.m> owm ~.m m.f~ ~.Q « M.. m N". m._ _.m~ m.~ß own m_m m.m~ ~.o Q >.o m _"~ mx\~E wx\NE own» mE\mx mx\NEz mx\Ezx mmmmë .u.m mamma .u.m mmwmfi .u.m mmmmfi .u.m un >oum x m uwswsfiq umvflwnwn xmflc«>«m xmucfimmuo mm æux«> wa æux«> wa æux«> wa æux«> ~o~= m~w»~w ansa flmmußmmflfimflfluvgvmmumm mOwZ flmmumm mcflcxwflm HH flfiwnme 10 15 20 25 454 186 \0 EXQIHQGI 2 Massor framställdes av sallad. färsk björkflis enligt uppfin- ningen och vid i huvudsak lika satsning av alkali (NÃÖH) i första impregneringssteget. I samtliga fall med undantag av referensprov tillfördes totalt 5\ peroxid vid flisinpregnering och avslutande blekning av massa. men med olika fördelning av peroxid mellan inpregnering och slutblekning. Fördelning av _ peroxid och nassaljushet efter slutblekning franglr av tabell III.

Tabell III SatSaÖ HZOZ Sâtfiâd 14202 vikt-t av vikt-t av Slut- a.t. flis vid a.t. nassa vid ljushet Försök flisimpregnering slutblekning \ISO A (referens) 0 5 74 B 1,4 sp 'la C 216 2|4 az D s ' o 72 Resultaten visar. att om massa framställd enligt uppfinningen genomgår en efterföljande konventionell blekning. så kan vid given total peroxidsatsning en maximal ljushet erhållas för den blekta massan om peroxidsatsningen optimalt fördelas nel- lan impregneringssteg (flisförbehandlíng) och avslutande blek- steg. 10 15 20 25 30 Ü” 454 186 I"' ,-_ Peroxid. applicerad enligt uppfinningen på flis före defibre- ring och raffinering ger tekniskt två avgörande fördelar. Dels reduceras den märkning av materialet som föregående alkali- impregnering har introducerat, dels motverkas den mörkfårgníng av materialet som den höga raffineringstemperaturen medför.

Båda dessa gynnsamma faktorer bidrar också till att massans potential för ytterligare ljushetsökning genom konventionell peroxidblekning i efterföljande steg väsentligt förbättras.

Om man i enlighet med uppfinningen tillför peroxid till flisen före defibrering men efter alkalibehandling och efterföljande pressning kan man efter raffinören. utan tornblekníng. erhålla massor med ljusheter över 70 t ISO. Att producera mekaniska massor med sådana ljushet med dagens etablerade teknik kräver separat tornblekning.

Systemet enligt uppfinningen tillåter att detta görs vid mode- rata peroxidsatsningar och utan närvaro av silikathaltiga stabilisatorer. vilket dels gör processen billigare och dels eliminerar de inkrustproblem som silikater kan ge upphov till både i massa- och pappersbruk.

Om systemet enligt uppfinningen kompletteras med konventionell tornblekning kan man antingen. genom att optimalt fördela en given mängd peroxid på impregnering av flis och tornblekning av massa. reducera totala mängden peroxid till given ljushet eller. vilket torde vara det mest intressanta. med måttliga totala peroxidsatsningar, optimalt fördelade, uppnå ljusheter på färdig massa som ligger avsevärt över vad dagens etablerade teknik tillåter.

Systemet enligt uppfinningen bygger på en avancerad impreg- neringsteknik, vilket ger möjlighet att utnyttja konventionell fabriksflis utan någon form av storleksreducering före impreg- nering. Vidare ger avpressningen av oreagerad vätska och reak- tionsprodukter från första impregneringssteget, före andra impregneringssteget. ett antal fördelar förutom huvudsyftet att skapa möjlighet för den peroxidhaltiga lösningen att pene- trera flisen. 10 15 454 186 ' Kl Dessa övriga fördelar är att delvis bortföra färgade före ningar och syretörbrukande substans ur tlisen vilka annars i onödan skulle förbruka peroxid då denna tillföres. samt att bortföra alkalisk vätska ur flisen så att dess pH blir opti- malt för peroxidens blekande reaktioner samtidigt som risken för inhomogen peroxidinpregnering orsakad av icke blekande peroxidsönderfall elimineras. Av värde i systemet enligt upp- finningen år också att de använda impregneringskemikalierna. natriumhydroxid och peroxid. reagerar optimalt för sitt ändå- mâl vid temperaturer under l00°C. Dagens konventionella teknik bygger på användning av kemikalier vars optimala reaktions- temperatur för denna typ av applikationer ligger avsevärt över 100°C.

Denna skillnad med avseende på temperaturer tillåter. vid tillämpning av uppfinningen. en reducering av energiinsatsen under impregneringsfasen och ger dessutom ílisen sådana egen- skaper att energibehovet under raffineringen blir lågt. u 600-1200 kwn/ton 1 freenessintervallet 300-100 ml.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 B 454 186 Patentkrav

1. Sätt för framställning av kemimekanisk massa från ligno- cellulosahaltigt material, exempelvis flis, genom att materia- let basas, impregneras med alkali och peroxid, dräneras, för- värmes vid en temperatur av från ca 50°C men inte överstigan- de 100°C, raffineras i ett eller två steg och blekes, k ä n- n e t e c k n a t av att impregneringen sker i två steg, det första med en lösning innehållande enbart alkali, och efter ett mellanliggande dränerings- och reaktionssteg, det andra impreg- neringssteget med en lösning innehållande peroxid, varvid mäng- den peroxid kan väljas oberoende av mängden alkali i steg 1, så att peroxid finnes närvarande under hela raffineringen, och att efter ett mellanliggande dränerings- och reaktionssteg förvärmningen före raffineringen sker vid en temperatur av omkring 80°C.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att i första impregneringssteget tillföres materialet den alkaliska lös- ningen, företrädesvis innehållande natriumhydroxid, genom ned- doppning i upp till ca 20 minuter vid 15-60°C, företrädesvis i 10 minuter.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att i första impregneringssteget materialet får expandera i en alkalisk lös- ning, företrädesvis innehållande natriumhydroxid, efter kompri- mering i en dränerad skruvpress.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att de båda mellanliggande dränerings- och reaktionsstegen hålles vid 5-60 minuter för att ge kemikalierna tid att verka på materialet, och att i det kärl där reaktionen sker tempera- turen styres mellan 20 och 100°C.

5. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att i det andra impregneringssteget materialet får expandera i en lösning innehållande peroxid efter komprimering och avpressning i en dränerad skruvpress. 10 15 20 25 454 186 W

6. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att raffineringen sker i en öppen raffinör vid i huvudsak atmosfärstryck.

7. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att kemikaliesatsningen avpassas så att materialet efter det andra impregneringssteget har ett pH 7-11, företrä- desvis 8-10.

8. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k -_ n a t av att materialet tillföres alkali i en mängd motsva- rande 0,348 vikt% NaOH räknat på i huvudsak torrt material.

9. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att materialet tillföres peroxid i en mängd upp till 5 vikt% H2O2 räknat på i huvudsak torrt material.

10. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att för impregnering och slutblekning totalt satsad 5 peroxid fördelas optimalt mellan impregneringssteg 2 och slut- blekningssteg, så att maximal ljushet erhålles på den blekta maSSaD .

11. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - É n a t av att en del av de för ett efterföljande slutbleknings- steg erforderliga kemikalierna tillföras redan vid raffine- ringen via spädvattnet. V