SE465377B - Barrvedssulfatmassa, foefarande foer dess framstaellning och anvaendning av massan - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 465 377 2 funktion av dragindex skall förhålla sig pâ ett visst sätt.

I de flesta fall gäller att malgraden, dvs. °SR, skall öka så lite som möjligt vid malning.

Kraven på nämnda egenskaper beror på användning och massatyp. Sålunda är de olika för sulfatmassa, slipmassa, termomekanisk massa, sulfitmassa etc.

För blekning av barrvedssulfatmassa, t.ex. med syrgas, har man ansett att goda pappersegenskaper varit oförenliga med gränsviskositeter under 900 cm3/g. Vanligtvis är kappatalet hos massan (tvättad och silad) efter kokningen 20-40. För att klara viskositeten och ta bort ytterligare lignin, har blekning därför skett stegvis med olika blek- kemikalier. Som exempel kan nämnas HClO/C10-. Qlz, 02, 03, C102, 11202, Ball", szoqz”. N02 etc. vilka var och en fordrar sina specifika betingelser (t.ex. olika pH och tillsats av' protektorer för cellulosa). NO syftar främst pâ aktivering av masssa med NO 2 (1 närvaro av H+ och N03_) och eventuellt med närvarâ av syrgas för att överföra bildad NO till N02. Klor är en klassisk blekkemikalie, men har nackdelen att den ger klororganiska föreningar vilka giftiga. Klororganiska föreningar som blir kvar i massan efter upparbetning kan förorsaka nedbrytning av cellulosa och eftergulning. Vanligt är att indela blekmedel i klorinnehâllande och icke-klor- innehâllande. En annan indelningsgrund är reducerande blek- medel och oxiderande blekmedel. Av ovan nämnda blekmedel är BH4_ och 82042- oxiderande. betraktas som reducerande medan övriga är Det har länge funnits ett intresse att fraktionera och studera massafraktioner. Dessa studier har främst varit inriktade på s k högutbytesmassor, dvs. termomekanisk massa (TMP), stenslipmassa (SGW). kemi- termomekanisk massa (CTMP) etc. Industriellt har fraktione- ring utförts i silerier och inneburit att man anrikat långa egenskaperna hos olika fm 10 15 20 25 30 465 377 fibrer och s k spetor vilka efter behandling i en skivraffi- nör åter blandats med den ursprungliga massan. Man har även utfört fraktionering för att framställa tvâ olika massa- kvaliteter ur en ursprunglig massa (en med längre och en med kortare fibrer). För fraktionering av högtubytesmassa se SE-B-444 825, 441 282 och 435 941. För fraktionering av andra massatyper se t.ex GB-A-l 402 516, US-A-l 809 312 och US-A-4 781 793. I SE-A-8300460-6 lättde- fibrerad fluffmassa framställes genom att man från t.ex. barrvedssulfat avlägsnar huvuddelen av finmaterialet, dvs. det som passerar mesh 200 enligt ASTM. beskrives hur att man från barrved via t.ex. efter Det har nu visat sig, sulfatkokning, kan malning uppfyller gängse krav för tillverkning av papper med samtidigt accepterande av ett lägre värde på gränsviskosi- såsom ner till 600 cm3/g. Eftersom de viktiga egenskaperna vid papperstillverkning är i klass med vanlig barrvedssulfat, kan uppfinningens cellu- losamassor utnyttjas vid papperstillverkning utan att det ger någon väsentlig kvalitetsförsämring. Det har också visat sig att man ur barrvedssulfatmassa kan erhålla cellulosa- ersätta kortfibrig lövvedssulfatmassa vid pappersframställning. framställa cellulosamassor som teten. som utnyttjas massa som kan Uppfinningens massatyper kan framställas med nya kombi- nationer av känd teknik applicerad på cellulosamassa av barrsulfattyp. Potentiellt kan inte uteslutas att även ny teknik kan användas för massornas framställning.

Ett ändamål med uppfinningen är att erbjuda starka barr- sulfatcellulosamassor som kan användas vid tillverkning av olika typer av papper och som kan ersätta tidigare kända massor avsedda för samma ändamål. 10 15 20 25 30 465 377 4 Ett andra ändamål med uppfinningen är att erbjuda barr- sulfatmassor som är tillverkade enligt miljövänliga metoder med användande av en minimal mängd elementärt klor eller inget klor alls.

Ett tredje ändamål med uppfinningen är att erbjuda barr- vedssulfatmassor vilka potentiellt har ett lågt innehåll av i vatten olösliga klororganiska föreningar, vilka massor därmed har en låg tendens till eftergulning.

Ytterligare miljövänliga processer för att framställa uppfinningens nya massatyper. ändamål med uppfinningen är karaktäriseras av att deras kappatal är under 12, företrädesvis under 10 och helst under 8. I de kommersiellt mest intressanta av uppfinningens massakvaliteter är kappatalet i huvudsak 0, dvs. 0-0,5 (helblekta, slutblekta massor).I beskrivning och krav avses att kappatal skall vara mätt enligt SCAN-C 1:59.

En massa enligt uppfinningen karaktäriseras dessutom av, att Uppfinningens barrsulfatcellulosamassor dess innehåll av fibrer som passerar genom en vira med mask- storleken 200 meshv enligt Bauer McNett är mindre än 10. såsom mindre än 5, vikts-% av massans totala fibervikt, och att innehållet av fibrer som fastnar på 30 mesh är över 60, såsom över 70, vikts-% (långfiberfraktion, högre andel långa fibrer utförandeform är innehållet av fibrer som kvarhâlles på 30 mesh enligt Bauer McNett under 40, såsom under 30, vikts-% och innehållet av fibrer som passerar genom 200 mesh över 10, såsom över 15, vikts-% (kortfiberfraktion, högre andel korta fibrer än i normala barrsulfatmassor). I detta stycke angivna %-värden är beräknade på totalfibervikt 1 respektive massa (=fraktion). Bestämning av %-satser är enligt SCAN-M 6:69. I långfiberfraktionen är spethalten <0.05% och i kort- fiberfraktionen i huvudsak 0% (dvs. <0.0l%) (Sommerville). än i normala barrsulfatmassor). I en alternativ 10 15 20 25 30 465 377 Som ytterligare karakteristikum gäller att massornas gräns- viskositet är över 600 cma/g, men under 1100, såsom under 1000 eller under 900 cm3/g.

Uppfinningens långfiberfraktion är en cellulosamassa som kan fås med oväntat hög styrka i förhållande till sin visko- sitet. Sålunda kan dess rivindex (SCAN-P 11:75) vara större än 6 mNmz/g. såsom större än 7 mNmz/g, efter malning vid 4000 varv i PFI-kvarn.

Uppfinningens cellulosamassor är framställda med konven- tionella bleknings- och fraktioneringsförfaranden vilka kom- binerats på ett nytt sätt. Efter det att veden (lignocellu- losamaterialet) uppslutits via t.ex. sulfatprocessen, even- tuellt defibrerats, tvättats och silats, kan uppfinningens cellulosamassor erhållas via olika bleksekvenser. Grundsek- vensen är ett eller flera steg innebärande oxidativ' eller reduktiv blekning med i och för sig kända blekkemikalier (se ovan). Mellan respektive steg kan finnas tvättsteg som even- tuellt är alkaliska för att underlätta delignifieringen och behandling för att stabilisera cellulosamolekylen. Exempel på populära bleksekvenser är: 0-C-E-D-D, NOX-O-D-E-D-D där 0 står för syre. C för klor, E för en alkaliextraktion (exempelvis Na0H), D för klordioxid, NO! för behandling med kväveoxider som är aktiva vid delignifiering.

Kombinationen av blekning och fraktionering definierar uppfinningens förfarande. Denna aspekt av uppfinningen handlar således om upparbetning av cellulosamassa efter vedens uppslutning. Det karakteristiska draget i denna upparbetning är: (i) att man via en hleksekvens med ett eller flera kon- sekutiva initiala bleksteg pâ i och för sig känt sätt 1 det/de initiala bleksteget(en) sänker massans kappatal till under 12, såsom 10 eller därunder. med hjälp av icke-klorinnehâllande oxiderande blekmedel, 10 15 20 25 30 465 377 s och (ii) att man före, under eller efter bleksekvensen har ett separat steg innebärande fraktionering av massan. så att en lângfiber- och en kortfiberfrak- tion erhålles, varvid tillses att respektive frak- tion får en fibersammansättning som överensstämmer med ovan givna definitioner av uppfinningens cellu- losamassor.

I bleksekvensen, som nämns i punkten (i) finns, företrädes- vis ett eller tvâ initiala konsekutiva steg. Blekmedlet kan vara 02 i det ena eller i båda av dessa stegen. En för framtiden potentiellt mycket intressant variant är. att ett av de initiala stegen utnyttjar s.k. aktivering av cellu- losamassan innebärande, att massan bringas i kontakt med kvävedioxid, vätejoner och nitratjoner och eventuellt syrgas (för att överföra bildad kvävemonoxid till kvävedioxid), företrädesvis följt av ett separat 02-steg. Genom att utnyttja aktiva kväveoxider pâ ifrågavarande sätt 1. kombi- nation med 02 i :det efterföljande steget kan man nå kappatal på 8 och därunder (såsom under 5), samtidigt som viskositeten hos den blekta massan ligger inom uppfinningens ram. Generellt gäller att reduktionen i kappatal med hjälp av icke-klorinnehâllande blekmedel i dessa initiala steg totalt skall vara mer än cirka 45% av kappatalet hos massan efter kokning och tvättning. Efter det (de) initiala steget/stegen kan massan blekas med andra blekmedel såsom angivits ovan.

Av praktiska skäl kan det vara lämpligt att placera fraktioneringssteget i slutet av en bleksekvens, t.ex. efter sista bleksteget. Detta utesluter inte, att fraktione- ringen kan ske redan före eller efter ett initialt bleksteg.

Vid val av position för fraktioneringen bör beaktas, att den helst skall ske vid en massakoncentration av 0,5-5%, dvs. gärna i samband med silning av massan. n,- “a 10 15 20 25 30 \1 .Jä- Ch (71 m w -1 Fraktionering sker i konventionella silerier uppbyggda av exempelvis vibrations-, tryck- och centrifugalsilar och genom att b1.a. anpassa flöden, hâlstorlek och slitsvidd kan man på för silning i och för sig känt sätt erhålla frak- tioner som uppfyller fiberstorleksfördelningen hos upp- finningens cellulosamassor. Se t.ex. Wochenblatt für Papier- fabrikation 30 (1988) s. 883-892.

Efter det att massan enligt uppfinningen slutblekts av- vattnas och torkas den, alternativt spädes, till önskad torrhalt respektive massakoncentration. Detta innebär att torrhalten kan variera mellan 0,5-95,5 vikts-%. För pump- massa vid integrerade pappersbruk innebär detta en torrhalt på 0,5-5 vikts-% och för avsalumassa en torrhalt på 85-95.5 vikts-%.

Beroende på framställningssätt (t ex bleksekvens) kan uppfinningens massor erhållas med varierande halt icke- cellulosamaterial. Speciellt gäller, att massor framställda enligt uppfinningens förfarande karakteriseras av sin halt av i vatten olösliga klorföreningar, bestämt som massans klorhalt efter det att den urlakats med vatten innehållande nitrat (Stevens B J et al; Tappi Journal 181-3 [l989]). För både långfiber- och kortfiberfraktion enligt uppfinningen är denna klorhalt normalt under 300 milligram per kilo torr massa och kan i de föredragna utförandeformerna sjunka till under 200 milligram per kilo torr massa, såsom i intervallet 50-200 milligram per kilo torr massa eller under 50 milli- gram per kilo torr massa (halter mätta enligt Stevens B J et al). Som regel gäller, att, om en lângfiberfraktion och en kortfiberfraktion härstammar från en och samma ursprungs- massa, blir klorhalten högre 1 den senare, t ex l-25 vikts-% större.

Uppfinningens massor kan att tillverka papper, inklusive kartong. Efter behov mals aktuell cellu- losamassa för att sedan blandas in i mälden till den användas för 10 15 20 25 30 465 377 8 pappersbana som skall formeras. I mälden kan cellulosamassor från olika trädslag ingå, t.ex. lövvedsmassa, liksom massa- typer såsom sulfitmassa, kemitermomekanisk massa, (CTMP), termomekanisk massa (TMP), och slipmassa (SGW) etc. För papper, inklusive kartong, bestående av flera fiberskikt, där respektive skikt innehåller cellulosamassor med olika storleksfördelning av fibrer, har uppfinningen ett poten- tiellt stort användningsområde (jfr. US-A-4 781 793). Detta beror på att man enligt uppfinningen från ett och samma barrvedssulfatkok kan få en lângfibrig massa och en kort- fibrig lövvedssulfatliknande massa. Liknande fördelar gäller även för tillverkning av papper där fibermaterialet normalt utgörs av en blanding löv- och barrsulfatmassa. Preliminära försök visar, att den av uppfinningens massor som har en förhöjd kortfiberandel eventuellt ej behöver malas, när den användes i papper homogent blandad med cellulosamassor av lângfibriga vedslag. Detta innebär en elenergibesparing som kan uppgå till minst 10%.

Exempel på produkter i vilka uppfinningens cellulosa- massor kan utnyttjas är trähaltigt och träfritt papper såsom journalpapper, finpapper, kartong (homogen kartong, fals- kartong och liner), mjukpapper, fluff, isolermaterial etc.

Uppfinningen âskâdliggöres i följande exempel och defi- nieras ytterligare i bifogade patentkrav som utgör en del av beskrivningen.

Utföringsexempel Referens Tallsulfatmassa, vars kappatal var 26.7 viskositet 1155 dms/g och. DKM-extrakthalt 0.04% underkastades konven- tionell syrgasdelignifiering. Således blandades massan med 2.3% NaOH vid 26% massakoncentration. Den alkaliska massan fördes till ett tryckkärl vari den uppvärmdes till lO5°C.

Vid denna temperatur tillfördes syrgas så att trycket i kär- 10 15 20 25 -Iš- (JN çn _ let blev 6 kP/cmz. Efter 40 minuter avbröts reaktionen genom reducering av trycket till atmosfärstryck. Efter ut- spädning med vatten till 10% mk uppmättes pH till 10.7.

Efter tvätt med vatten torkades massan till en torrhalt av 9l.0%.

Försök enligt uppfinningen Från samma parti av tallsulfatmassa, referensförsöket, uttogs massa som behandlades i enlighet med uppfinningen. Vid förfarandet enligt uppfinningen in- blandades 5.0% NaOH i massan vid 26% mk. I tryckkärlet upp- värmdes massan till llO°C. Syrgas tillfördes så att trycket steg till 6 kp/cmz. Efter en reaktionstid av 60 min avbröts behandlingen genom reducering av övertrycket. Efter utspädning till 10% mk uppmättes pH till 9.8. Massan tvätta- des med vatten och en del av massan torkades till en torr- halt av 92.0%. som användes vid Både referensmassan och försöksmassan analyserades med ap. kappatal (SCAN-C 1:77), extrakthalt (SCAN-C 7:62) och viskositet. Resultaten har sammanställts i Tabell 1.

Ej torkad massa (A) framställd enligt uppfinningen utspädes med vatten till O,3% mk och erhâllen massasuspen- sion pumpades genom s.k. virvelrenare för uppdelning av massan i en A-kortfiber- resp. A-lângfibermassa (-fraktion).

Vid försöket blev viktsandelen (räknat på ingående massa- vikt) korta fibrer 15% medan viktsandelen av anrikade långa fibrer blev 85%. Erhâllna massor analyserades med avseende pâ kappatal, extrakthalt och viskositet. Resultaten har sammanförts i Tabell 1. 10 465 377 io Tabell 1 Kappatal Extrakthalt viskositet DKHI- uns/g Referens, OZ-delign. 15.7 0.04 953 OZ-deïign. enl. uppf. (A) 9.8 0.04 735 A-Kortf i bermassa 9. 7 0. 10 695 A-Långf i bermassa 9. 7 0. 02 736 Som framgår av resultaten i Tabell l har massan som 02-delignifierats till lågt kappatal erhållit betydligt lägre viskositet än referensmassan. Samtidigt kan observeras att långfibermassan utvunnen från försöksmassan erhållit högre viskositet än kortfibermassan. Vidare bör noteras den överraskande låga extrakthalten i lângfibermassan.

För att kontrollera massornas papperstekniska egenskaper har utförts laboratorietester. en PFI-kvarn (SCAN-C 24:67) före tillverkning av provark (SCAN-C 26:67). I Tabell 2 har sammanställts viktigare resultat. För jämförelsens skull har också medtagits data för en björksulfatmassa.

Således har massorna malts i 0"! OJ \J" \a 11 46 Tabell 2 Egenskaper efter PFI-malning, 2000 malvarv.

Referens. Enl. uppfinningen Björk- 0 -de1ign. Kort- Lång- sulfat- 2 fiber fiber massa Ha1grad, °SR (SCÅN-C 19165) 16.3 38.3 16.0 21.6 Densitet, kg/maßCÅN-P 7175) 740 783 733 825 Dragbrottsindex N11/g (SCAN-P 38:80) 100 86 102 94 Rivindex, IINnZ/g (SCAN-P 11:73) 10.9* 7.1 10.0* 7.3 Ytråhet, m1/m1n (SCÅN-P 21:67) 197 60 220 16 Töjnïng, 1» (SCÅN-P 16:67) 3.4 3.5 3.1 3.4 * vid 4000 varv 9.7 uNnZ/g ** vid 4000 varv 8.9 nNnZ/g Av ovanstående resultat kan genast konstateras att det överraskande nog är möjligt att syrgasdelignifiera tall- sulfatmassa till extremt lågt kappatal och bibehålla viktiga egenskaper för papper. Annu mera intressant är att kortfiberfraktionen från massan med lågt kappatal har 1 stort sett samma egenskaper som björksulfatmassa.

Claims (9)

10 15 20 25 12 465 377 PATENTKRAV
1. l. Barrvedssulfatmassa, k ä n n e t e c k n a d av att den (i) har en gränsviskositet som är under 900 cm3/g (ii) har ett kappatal som är under 12. företrädesvis under 10 såsom under 8. och (iii) har enligt Bauer McNett en sådan fiberstorleksfördelning (a) att fibrer passerar genom 200 mesh och att >60 vikts-%, företrädesvis >70 vikts-%. av dess fibrer fastnar pâ 30 mesh, och att dess spethalt är <0.05 vikts-%, eller (b) att <4O vikts-%, företrädesvis <30 vikts-%, av dess fibrer kvarhâlles pâ 30 mesh och >l0 vikts-%, före- trädesvis >l5 vikts-%, av dess fibrer passerar 200 mesh, och att dess spethalt är i huvudsak 0 vikts-%.
2. 2. Barrvedssulfatmassa enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att storleksfördelningen av dess fibrer är enligt (a).
3. 3. Barrvedssulfatmassa enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att storleksfördelningen av dess fibrer är enligt (b).
4. 4. Barrvedssulfatmassa enligt kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att dess kappatal är i huvudsak 0, dvs. i intervallet 0-1.
5. 5. Barrvedssulfatmassa enligt något av kraven 2 och 4, k ä n n e t e c k n a d av att dess rivindex är >6 mNm2/9.
6. 6. Barrvedssulfatmassa enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att den har en torrhalt som är 85-95.5 vikts-%. 10 15 20 13 465 577
7. 7. Förfarande för att framställa blekt sulfatmassa av barrved, k ä n n e t e c k n a t av att man i ett eller flera konsekutiva initiala bleksteg med icke-klorinnehâllande blekmedel sänker massans kappatal till under 12, företrädes- vis 10 och därunder, med tillåtande att gränsviskositeten blir under 900 cm3/g. samt att massan fraktioneras, före- trädesvis efter det att massan slutblekts, på sådant sätt att man erhåller (a) en lângfiberfraktion med vis <5 vikts-%, fibrer som passerar genom 200 mesh och med >6O vikts-%, företrädesvis >7O vikts-%, fibrer som fastnar pâ 30 mesh, och med en spethalt som är <0.05 vikts-%, och (b) en kortfiberfraktion med <4O vikts-%, företrädes- vis <30 vikts-%, av dess fibrer kvarhâlles på 30 mesh och >l0 vikts-%, företrädesvis >l5 vikts-%, av dess fibrer passerar 200 mesh, och med en spethalt som är i huvudsak O vikts-%. företrädes-
8. 8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att massan efter fraktionering och eventuella ytterligare bleksteg avvattnas och torkas till en torrhalt på 85-95,5 vikts-%. enligt något av
9. 9. Användning av barrvedssulfatmassa kraven 1-6 för att framställa en pappersprodukt.