FI113670B

FI113670B - Menetelmä painopaperin valmistamiseksi

Info

Publication number: FI113670B
Application number: FI992642A
Authority: FI
Inventors: Taisto Tienvieri; Markku Gummerus
Original assignee: Upm Kymmene Corp
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2004-05-31
Also published as: US20030006016A1; FI19992642A; EP1266078A1; CA2393783A1; JP2003516480A; US6818099B2; WO2001042557A1

Description

1 113670

Menetelmä painopaperin valmistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on kuitumassa, menetelmä sen valmista-5 miseksi, kuitumassan käyttö painopaperin, erityisesti sanomalehtipaperin, raaka-aineena ja painopaperi. Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu kuitumassa sopii erilaisten paperien raaka-aineeksi, esimerkiksi superkalanteroitujen SC- (engl. supercalendered) käsittäen sekä offset- että syväpainolaadut, alhaisen neliömassan omaavan 10 päällystetyn LWC- (engl. light weight coated) käsittäen sekä offset- että syväpainolaadut, sanomalehti- (engl. newsprint) tai vastaavien painopaperien valmistukseen. Sanomalehtipaperilaatu käsittää muihinkin kuin sanomalehtiin käytettyjä paperilaatuja, esim. luetteloiden painopapereita ja syväpainopapereita. Englanninkieliset termit on lisätty 15 selvennykseksi, koska niitä käytetään yleisesti ko. paperilaaduista puhuttaessa.

Tunnettu menetelmä mekaanisen massan valmistamiseksi esitellään patenttijulkaisussa US 5 145 010, jota vastaa kansainvälinen hakemus 20 WO 8906717 ja ruotsalainen patenttijulkaisu SE 459924. Menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: — hakkeen käsittely vedellä ja kemikaalilla, — käsitellyn hakkeen jauhaminen, ' [· — jauhetun massan erottaminen hyväksyttyyn ja hylättyyn massaan, . ; * 25 jolloin hylätty massa sisältää 15—35 % jauhetusta massasta, — hylätyn massan jauhaminen kahdessa vaiheessa, jolloin sakeus ensimmäisessä vaiheessa on 20—35% ja toisessa vaiheessa :'V: noin 5%, ja — em. massa fraktioidaan hyväksyttyyn ja hylättyyn massaan. Lajit- 30 telu tapahtuu sihdillä.

! Tunnettu menetelmä mekaanisen massan valmistamiseksi esitellään patenttijulkaisussa US 4 938 843. Prosessissa valmistetaan kemi-termomekaanista massaa. Kemikaaleilla ja lämmöllä käsitelty hake jau-35 hetaan freeness-arvoon 100—700 ml CSF yleensä kaksivaiheisessa jauhatuksessa ja lajitellaan ensimmäiseen hyväksyttyyn ja ensimmäi-! seen hylättyyn kuitumassaan siten, että vähintään 30 % tulee hylättyyn kuitumassaan. Sakeus lajittelun aikana on noin 2%. Ensimmäinen 113670 2 hyväksytty kuitumassa lajitellaan toiseen kertaan, jolloin muodostuu toinen hyväksytty kuitumassa ja toinen hylätty kuitumassa. Ensimmäinen ja toinen hylätty kuitumassa yhdistetään, jolloin prosessista saadaan pitkäkuituinen fraktio, jonka freeness-arvo on 200—750 ml CSF, 5 joka voidaan käyttää erikseen karkeakuituisten tuotteiden, esimerkiksi pahvin valmistuksessa, tai se voidaan jauhaa edelleen ja palauttaa ensimmäiseen lajitteluun.

Eräs tunnettu menetelmä on tämän hakemuksen patenttivaatimuksen 1 10 johdanto-osan mukainen menetelmä kuitumassan valmistamiseksi, joka on sellainen, jossa prosessi aloitetaan kaksivaiheisella jauhatuksella. Hake syötetään ensimmäiseen jauhimeen, josta se jauhamisen jälkeen syötetään toiselle jauhimelle. Toisen jauhimen jälkeen kuitumassan freeness-arvo on noin 120 ml CSF. Sakeus on tyypillisesti ensimmäi-15 sellä jauhimella 50% ja toisella jauhimella 45%. Ensimmäisen jauhimen jälkeen mitattu keskimääräinen kuitupituus kuusta raaka-aineena käytettäessä on likimain 1,7 mm, toisen jauhimen jälkeen keskimääräinen kuitupituus on samaa raaka-ainetta käytettäessä likimain 1,5 mm. Toisen jauhimen jälkeen on latenssisäiliö, jossa kuidut suoristetaan lai-20 aientamalla sakeus 1—2 %:iin. Kuituja käsitellään latenssisäiliössä 1 h. Kuidut johdetaan ensimmäiselle lajittimelle, joka lajittelee hyväksyttävän massan ja rejektimassan. Hyväksytyn massan freeness on noin 20 ml CSF. Rejektimassasta poistetaan vettä siten, että saavutetaan 45 %:n sakeus. Rejektimassa, jota on 40—50 % kokonaiskuitumassasta, joh-'·; 25 detaan kolmannelle jauhimelle, josta se johdetaan edelleen 1 %:n ;!· sakeuteen laimennettuna toiselle lajittimelle. Jälleen tapahtuu kuitu- : massan fraktiointi hyväksyttävään ja rejektimassaan. Rejektimassa ohjataan veden poiston jälkeen 45 %:n sakeudessa neljännelle jauhi-melle ja edelleen 1 %:n sakeuteen laimennettuna kolmanteen lajitteli-30 jaan. Tämän lajittimen rejektimassa syötetään uudelleen neljännelle jauhimelle. Prosessista saadun kuitumassan freeness on 30—70 ml CSF, edullisesti noin 50 ml CSF. Jauhimilla käytetty paine on 350— / 400 kPa. Prosessi kuluttaa energiaa noin 3,3MWh/t (raaka-aineena : : : kuusi), josta 0,3MWh/t kuluu sakeuden säätöön sopivaksi kutakin : * ·.: 35 prosessivaihetta silmällä pitäen.

tl·»·

Edellä mainitussa prosessissa sakeuden säätö sopivaksi kuluttaa 9— :···: 10% prosessissa käytetystä kokonaisenergiasta. Sakeudella tarkoite- I » 3 113670 taan, kuinka paljon massaa on painoprosentteina massan ja veden seoksessa. Vesi voi olla joko höyrystyneessä tai nestemäisessä olomuodossa.

5 Jauhatuksen jälkeen tarvitaan kuitujen suoristamiseksi latenssisäiliö, jossa kuidut viipyvät. Sakeuden säätöön tarvitaan sopivaa laitteistoa, esimerkiksi puristimia veden pois puristamiseen tai pumppuja veden pumppaamiseksi prosessiin. Tällöin prosessiaika pitenee ja prosessi-laitteisto on monimutkainen. Lisäksi tunnettujen prosessien ongelmia 10 ovat korkea energiankulutus, saatavan kuitumassan suhteellisen lyhyt keskimääräinen kuitupituus ja pääosin siitä johtuvat puutteet kuitu-massasta valmistetun painopaperin veto- ja repäisylujuudessa.

Keksinnön mukaisilla kuitumassan valmistusmenetelmällä, kuitu-I 15 massalla, kuitumassan käytöllä painopaperin valmistukseen ja paino paperilla voidaan edellä mainittuja ongelmia vähentää. Keksinnön mukaiselle kuitumassan valmistusmenetelmälle on tunnusomaista, että kuitumassa lajitellaan vähintään 10%:n sakeudessa. Keksinnön mukaiselle kuitumassalle on tunnusomaista, että vähintään 40 paino-% 20 kuiduista ei läpäise Bauer-McNettin sihtiä, jonka rakokoko on 28 mesh. Keksinnön mukaiselle painopaperille on tunnusomaista, että sen valmistukseen on käytetty keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettua kuitumassaa tai kuitumassaa, jonka kuitujakauma on vastaava kuin keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun kuitumassan.

. : 25 • ·

Keksinnön mukaisessa kuitumassan valmistusmenetelmässä kuitu-" : massan lajittelu tapahtuu suuressa sakeudessa, jolloin jauhimen ja lajit- timen välillä ei tarvita sakeuden muuttamista kuhunkin vaiheeseen r · sopivaksi, vaan jauhatus ja lajittelu voidaan suorittaa oleellisesti v : 30 samassa sakeudessa. Tällöin se energiamäärä, joka kuluu veden : pumppaamiseen prosessiin ja veden puristamiseen pois kulumassasta, säästetään. Uutta lajittelutapaa käytettäessä prosessissa ei tarvita jau-T: hatus- ja lajitteluvaiheiden välillä pumppuja veden pumppaamiseen, puristimia veden poistamiseksi ja latenssisäiliötä, jolloin prosessi yksin-35 kertaistuu.

* · • *

Uudentyyppistä, korkeassa sakeudessa lajittelevaa lajitinta käytettäessä massan laatu paranee, koska läjitin erottelee tehokkaasti karkeat » · 113670 4 lisäjauhatusta tarvitsevat kuidut hylkyjakeeseen ja taipuisat, pitkät kuidut menevät hyväksyttyyn massaan. Tällöin pitkäkuituisesta kuitu-massasta valmistetun painopaperin formaatio on hyvä. Pihka jää hienoainekseen, koska se ei pysty korkean sakeuden vuoksi levittäyty-5 mään kuitujen pinnalle.

Läjitin on yksinkertainen eikä sisällä liikkuvia osia, joten valmistus- ja huoltokustannukset ovat alhaisia. Lajittimen koko on pieni, koska lajittelu tapahtuu suurella nopeudella. Pienestä koosta johtuen lajittimen 10 valmistuskustannukset ovat pienet. Läjitin voi käyttää jauhimessa syntyvää höyryä lajittelevana voimana, joten erillisiä voimanlähteitä ei välttämättä tarvita.

Lisäksi johtuen uudentyyppisestä jauhatusprosessista energian kulutus I 15 on pienempi kuin aiemmin tunnetuissa menetelmissä, joissa pää määränä on sama freeness-taso. Freeness-arvolla tarkoitetaan tässä hakemuksessa Canadian Standard Freeness -arvoa, jonka yksikkö on ml CSF. Freeness-arvoa voidaan käyttää massan jauhatusasteen ilmaisemiseen. Freeness-arvon ja kuidun ominaispinta-alan välillä 20 vallitsee kirjallisuuden mukaan seuraava riippuvuus: A = —3,03 In (CSF) + 21,3, jossa A = massan kokonaisominaispinta-ala (yksikkö rr^/g).

\i 25

Edellä mainitun kaavan mukaan massan kokonaisominaispinta-ala kasvaa freeness-arvon pienentyessä eli freeness-arvolla saadaan selvä indikaatio jauhatusasteesta, koska hienojakeen osuuden nous- • · ;//· tessa kuitujen ominaispinta-ala kasvaa.

: 30 * I · : Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan mekaanista kuitu- massaa, jossa pitkien kuitujen suhteellinen osuus on suuri. Mekaani-T: sella massalla tarkoitetaan tässä hakemuksessa puuraaka-aineesta, kuten hakkeesta, jauhamalla valmistettua kuitumassaa. Jauhamisen . 35 yhteydessä puuraaka-ainetta ja/tai kuitumassaa lämpökäsitellään puu- • : raaka-aineen pehmentämiseksi, jolloin kyseessä on termomekaanisen < l«( < massan valmistusprosessi. Puuraaka-ainetta voi olla käsitelty lämpö- t * ·»·

> I

5 113670 käsittelyn lisäksi ennen jauhamista myös kemikaaleilla, jolloin kyseessä on kemitermomekaanisen massan valmistusprosessi.

Koska uudella menetelmällä valmistetun kuitumassan keskimääräinen 5 kuitupituus on pitempi ja siten myös tästä tuorekuiduista (primaarikuiduista) muodostuvasta kuitumassasta valmistetun paino-paperin veto- ja repäisyominaisuudet paranevat. Pitkien kuitujen suhteellinen osuus on kuitumassassa suurempi kuin aiemmin tunnetuilla menetelmillä valmistetuissa kuitumassoissa, kuten edellä kuvatusta, 10 lähimmäksi tekniikan tasoksi esitetystä prosessista saatavassa kuitu-massassa. Lyhyiden kuitujen osuus pysyy uudessa menetelmässä suurin piirtein samana kuin tunnetuissakin menetelmissä, mutta keski-pituisten kuitujen suhteellinen osuus vähenee uudella menetelmällä saadussa kuitumassassa.

15

Kuitumassasta voidaan valmistaa painopaperia, kuten sanomalehtipaperia, jonka neliömassa voi olla nykyistä kevyempi ja silti paperin ominaisuudet säilyvät hyvinä. Kuitumassasta voidaan valmistaa sanomalehtipaperia, jonka neliömassa voi olla 30—40 g/m2 mitattuna 23°C:n 20 lämpötilassa ja 50 %:n suhteellisessa kosteudessa.

Koska keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä voidaan saavuttaa lopputuotteena hyvät lujuusominaisuudet omaavaa paperia, täyteaineita voidaan käyttää korvaamaan kuitua nykyistä enemmän. Super-25 kalanteroidulle paperille voidaan käyttää noin 30%:n täyteaine-pitoisuuksia ja sanomalehtipaperille 7—15 %:n, edullisesti noin 10 %:n täyteainepitoisuuksia. On merkittävää, että kuitumassasta voidaan valmistaa painopaperia, jonka neliömassa voi olla alhaisempi kuin nykyisin normaalisti käytössä olevan painopaperin ja samalla täyte- • » 30 ainepitoisuutta voidaan nostaa, vaikka täyteaineet huonontavat paperin lujuutta. Täyteaineet ovat halvempia kuin kuituraaka-aine ja parantavat paperin valonsirontakerrointa ja opasiteettia.

I « t > a • a T: Puulajit, joita tässä hakemuksessa on esitetty sopivina käytettävinä ; 35 raaka-aineina, ovat kuusi (Picea abies), mänty (Pinus sylvestris) ja * 'I etelän mänty (suku Pinus, useita eri lajeja). On myös mahdollista, että puuraaka-aineesta valmistettu kuitumassa sisältää ainakin kahdesta eri puulajista saatua kuitumassaa ja/tai ainakin kahdella tavalla valmistet- t · 6

11367C

tua kuitumassaa, jotka sopivassa valmistuksen vaiheessa sekoitetaan keskenään. Esimerkiksi superkalanteroiduissa ja alhaisen neliömassan omaavissa päällystetyissä papereissa on yleensä raaka-aineena myös kemiallisen keiton kautta saatua sellua, sanomalehtipaperissa sitä ei 5 yleensä ole. Superkalanteroiduissa papereissa on yleensä kemiallista massaa 10-20 % ja alhaisen neliömassan omaavissa päällystetyissä papereissa 20 - 50 % massakoostumuksesta. Massakoostumuksella tarkoitetaan paperin valmistukseen käytettävien kuitujen kokonaiskuitumassaa.

10

Sanomalehtipaperilaadulta, joka on eräs tärkeä tässä hakemuksessa esitetyn kuitumassan käyttökohde, edellytettäviä tärkeitä ominaisuuksia ovat ajettavuus, painettavuus ja ulkonäkö. Hyvä ajettavuus on sitä, että paperi voidaan johtaa painokoneen läpi ilman ratakatkoja. Ajettavuu-15 teen vaikuttavia paperin ominaisuuksia ovat mm. repäisylujuus, formaatio, vetolujuus, venymä ja neliömassan vaihtelu.

Painettavuudella tarkoitetaan paperin kykyä vastaanottaa painatus ja pitää se. Painoväri ei saa irrota hangattaessa, se ei saa siirtyä arkista 20 toiseen eikä saa näkyä paperin läpi. Painettavuuteen vaikuttavia paperin ominaisuuksia ovat mm. sileys, absorptiokyky, kosteussisältö, formaatio, opasiteetti, vaaleus, huokoisuus ja huokosten kokojakauma.

Paperin ulkonäköä voidaan arvostella optisten ominaisuuksien suhteen, 25 mm. vaaleuden, valkoisuuden, puhtauden ja opasiteetin suhteen.

* 1 » «1 1

Keksinnön mukaisen kuitumassan valmistusmenetelmän perusajatus on tuottaa yksinkertaisella ja energiaa säästävällä prosessilla kuitu-massaa, jossa pitkien kuitujen suhteellinen osuus on suuri. Menetel-30 mällä saavutetaan noin 10% pitempi keskimääräinen kuitupituus kuin aiemmin käytetyllä menetelmällä. Puuraaka-ainetta jauhetaan jauhatuksen ensimmäisessä vaiheessa korkeassa lämpötilassa, edullisesti v : 165—175°C:n lämpötilassa, ja yli 400kPa:n ylipaineessa, edullisesti 600—700 kPa:n ylipaineessa, vain lyhyen ajan, jolloin kuitumassa jää ,·’ : 35 jauhatuksen ensimmäisen vaiheen jälkeen melko karkeaksi. Ylipaineel- * I 1 [ la tarkoitetaan painetta verrattuna normaalin ilmakehän paineeseen.

Syötettävän raaka-aineen keskimääräinen viipymäaika korkeapaine!- # · 1 * · *»· 113670 sessa jauhimessa on vain 5—10 sekuntia. Jauhatuksen aikainen lämpötila määräytyy kylläisen höyryn paineen mukaan.

Jauhatuksen ensimmäisen vaiheen jälkeen kuitumassa lajitellaan 5 ensimmäiseen hyväksyttyyn kulumassaan ja ensimmäiseen hylättyyn kulumassaan. Kun kuitumassa on lajiteltu ensimmäiseen hyväksyttyyn kulumassaan ja ensimmäiseen hylättyyn kulumassaan, prosessin jatkamiseksi on erilaisia menettelytapoja, esimerkiksi 10 - 1-portainen ensimmäisen hylätyn kuitumassan käsittely, jossa hy lätty kuitumassa jauhetaan ja lajitellaan yhdessä portaassa. Hyväksyttyjä kuitumassoja poistetaan prosessista kunkin lajitteluvai-heen jälkeen ja/tai hyväksyttyjä kuitumassoja uudelleenlajitellaan, tai 15 2- portainen ensimmäisen hylätyn kuitumassan käsittely, jossa hylätty kuitumassa jauhetaan ja lajitellaan kahdessa portaassa. Hyväksyttyjä kuitumassoja poistetaan prosessista kunkin lajitteluvai-heen jälkeen ja/tai hyväksyttyjä kuitumassoja uudelleenlajitellaan, 20 tai 3- portainen ensimmäisen hylätyn kuitumassan käsittely, jossa hylätty kuitumassa jauhetaan ja lajitellaan kolmessa portaassa ja hy-väksyttyjä kuitumassoja poistetaan prosessista kunkin lajitteluvai- 25 heen jälkeen, tai - eteenpäin kytketty 2- tai 3-portainen hylätyn kuitumassan käsittely, jolla tarkoitetaan hylätyn kuitumassan käsittelyä ensin kahdessa ' tai kolmessa portaassa ja hyväksyttyjen kuitumassojen poistamista :: : 30 prosessista kunkin lajitteluvaiheen jälkeen, ja sen jälkeen viimeksi jääneen hylätyn kuitumassan jauhamista esimerkiksi matalasa--}'· keusjauhimessa ja koko matalasakeusjauhimessa käsitellyn kui- : i *: tumassan poistamista prosessista.

; : 35 Edellä mainituissa vaihtoehdoissa yksi porras käsittää peräkkäiset jau- himen ja lajittelijan. Jäljempänä esitetään em. sovellusmuodot yksityis-j kohtaisesti. Prosessin eri vaiheista saatavat hyväksytyt kuitumassat :··: yhdistetään ja sekoitetaan toisiinsa, mahdollisesti valkaistaan ja käyte- 8 113670 tään paperikoneella paperin valmistuksen raaka-aineena. Kuitumassan valmistuslaitteisto voi käsittää useita rinnakkaisia valmistuslinjoja, joista saadut hyväksytyt kuitumassat yhdistetään toisiinsa.

5 Jauhatuksen ensimmäinen vaiheessa, ns. pääjauhatuksessa, on edullisesti käytössä vain yksivaiheinen jauhatus. Samassa vaiheessa olevia jauhimia voi olla kuitenkin monia rinnakkain. Jauhin voi olla kartio- tai levyjauhin, edullisesti se on kartiojauhin. Kartiojauhimella saadaan pitkäkuituisempaa kuitumassaa kuin levyjauhimella. Jauhatuksen 10 ensimmäisen vaiheen jälkeen kuitumassa lajitellaan ensimmäiseen hyväksyttyyn kuitumassaan ja ensimmäiseen hylättyyn kuitumassaan. Lajittelu tapahtuu suuressa sakeudessa, vähintään 10 %:n sakeudessa. Edullisemmin lajittelu tapahtuu vähintään 20 %:n sakeudessa ja edullisimmin vähintään 40%:n sakeudessa. Toisaalta lajiteltavan 15 aineksen sakeus saa olla korkeintaan 90 %, edullisemmin korkeintaan 80 % ja edullisimmin korkeintaan 60 %.

Massan syöttö lajittimeen tapahtuu joko erillisen voimanlähteen, esimerkiksi paineilman, avulla tai käyttäen hyväksi jauhimen ulostulopai-20 netta, joka on jauhatuksen ensimmäisessä vaiheessa yli 400 kPa, edullisesti 600—700 kPa, ja jauhatuksen ensimmäistä vaihetta seuraavissa jauhatusvaiheissa joko yli 400 kPa, edullisesti 600—700 kPa, tai korkeintaan 400 kPa, edullisesti 300—400 kPa. Jauhimesta poistuva : ·; massa on höyryn ja kuitujen seos, jonka sakeus on 40—60 %. Vesi on :· 25 höyrystyneessä muodossa.

. , : Prosessin lopputuloksena saavutetaan kuitumassaa, jonka freeness- . arvo on 30—70 ml CSF. Tällainen kuitumassa on sopivaa painopape- ..t rien valmistukseen ja koska kulumassassa mukana on myös erittäin 30 pitkiä kuituja, saavutetaan lujuusominaisuuksiltaan hyvää paperia. Saatavan paperin painatusominaisuudet ovat myös hyviä.

• · · • · : : Valmiin kuitumassan kuitujakauma mitattuna Bauer-McNettin menetel- . . : mällä on seuraava: • · * 40—50 % kuiduista ei läpäise sihtejä, joiden aukkojen koko on 16 mesh ja 28 mesh, * • * · · · * 9 35 113670 9 15—20% kuiduista läpäisee 16meshin ja 28 meshin sihdit, mutta ei läpäise sihtejä, joiden aukkojen koko on 48 mesh ja 200 mesh, ja 35—40 % kuiduista läpäisee 48 meshin ja 200 meshin sihdit eli nämä kuidut läpäisevät kaikki käytetyt sihdit (—200 mesh).

5 16 meshin sihdille jääneiden kuitujen keskimääräinen kuitupituus on 2,75 mm, 28 meshin sihdille jääneiden kuitujen keskimääräinen kuitu-pituus on 2,0 mm, 48 meshin sihdille jääneiden kuitujen keskimääräinen kuitupituus on 1,23 mm ja 200 meshin sihdille sihdille jääneiden kuitu-10 jen keskimääräinen kuitupituus on 0,35 mm. (J. Tasman: The Fiber Length of Bauer-McNett Screen Fractions, TAPPI, Voi. 55, No. 1 (January 1972)) Tällöin saatu kuitumassa sisältää 40—50% kuituja, joiden keski-15 määräinen kuitupituus on yli 2,0 mm, 15—20 % kuituja, joiden keskimääräinen kuitupituus on yli 0,35 mm ja 35—40 % kuituja, joiden keskimääräinen kuitupituus on alle 0,35 mm.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla kuviin 1—6.

20

Kuvat 1—5 esittävät periaatteellisia prosessikaavioita kuitumassan valmistamiseksi, jotka ovat kaikki ovat saman keksinnön eri sovellusmuotoja, ja * · 25 kuva 6 esittää erästä mahdollista lajitinrakennetta, jossa kuva6a esittää lajitinta sivukuvantona ja kuva 6b lajitinta päältä katsottuna.

Ennen hakkeen syöttämistä kuvan 1 mukaiseen prosessiin haketta esi-‘ ‘ * 30 käsitellään kuumassa höyryssä paineen alaisena, jolloin hake pehmiää.

Paine esikäsittelyssä on edullisesti 50—800 kPa. Hakkeen esikäsitte-: : lyyn voidaan käyttää myös kemikaaleja, esimerkiksi alkaaliperoksidia tai : sulfiittikäsittelyjä, kuten natriumsulfiittikäsittelyjä. Ennen jauhimia on myös yleensä höyryn erotteluun tarkoitettuja laitteita, esimerkiksi syklo- I » : 35 neja.

Kuvani mukaisessa prosessissa hake syötetään 40—60 %:n, esi-·:··: merkiksi noin 50%:n sakeudessa jauhimellel, josta saadun kuitu- 113670 10 massan freeness-arvo on 250—700 ml CSF. Kuusta (Picea abies) raaka-aineena käytettäessä keskimääräinen kuitupituus jauhimen 1 jälkeen on vähintään 2,0 mm. Jauhimella 1 käytettävä paine on korkea, yli 400 kPa.n ylipaine, edullisesti 600—700 kPa. Jauhin 1 voi olla kartio-5 tai levyjauhin, edullisesti se on kartiojauhin. Kartiojauhimella saadaan kuitumassaa, jonka kuitupituus on pitempi verrattuna levyjauhimella saatuun kuitumassaan. Energiankulutus jauhimella 1 on 0,3—1,1 MWh/t silloin, kun haketta ei ole käsitelty kemikaaleilla.

10 Koitumassa syötetään Iajittimeen2 oleellisesti samassa sakeudessa kuin jauhimelle 1 eli 40—60 %:n sakeudessa, edullisesti noin 50 %:n sakeudessa.

Lajittimelta 2 saadaan ensimmäinen hyväksytty kuitumassa A1, jonka 15 freeness-arvo on 20—50 ml CSF. Ensimmäiseen hylättyyn kuitu- massaan R1 menee 60—90%, edullisesti noin 80% kokonaiskuitu-massasta. Ensimmäinen hylätty kuitumassa R1 syötetään 30—60 %:n sakeudessa, edullisesti noin 50 %:n sakeudessa jauhimelle 3 ja siitä edelleen oleellisesti samassa sakeudessa lajittimelle 4. Energian-20 kulutus jauhimella 3 on 0,4—1,7 MWh/t.

Lajittimelta 4 saadaan toinen hyväksytty kuitumassa A2 ja toinen hylätty kuitumassa R2, jota on 60—80 % lajittimella 4 lajittelussa olleesta edel-’··; lisen vaiheen hylätystä kuitumassasta R1. Toinen hylätty kuitumassa ;:· 25 R2 johdetaan 30—60%:n sakeudessa, edullisesti 50%:n sakeudessa jauhimelle 5 ja siitä edelleen oleellisesti samassa sakeudessa lajitti-. : melle 6, josta saadaan kolmas hyväksytty kuitumassa A3 ja kolmas . :·! hylätty kuitumassa R3, joka palautetaan jauhimen 5 syöttöön. Ener- λ. giankulutus jauhimella 0,4—1,7MWh/t. Kokonaiskuitumassan, joka * * 30 saadaan yhdistämällä hyväksytyt kuitumassat A1, A2 ja A3, freeness- arvo on 30—70 ml CSF.

: Jauhimilla 3 ja 5 paine voi olla korkea, vähintään yli 400 kPa, edullisesti 600—700 kPa, tai se voi olla normaalia tasoa, korkeintaan 400 kPa, ....: 35 edullisesti 300—400 kPa.

113670 11

Valmiin kuitumassan, joka on saatu yhdistämällä ja sekoittamalla hyväksytyt kuitumassat A1, A2 ja A3, kuitujakauma Bauer-McNett -menetelmällä mitattuna on seuraava: 5 40—50 % kuiduista ei läpäise sihtejä, joiden aukkojen koko on 16 mesh ja 28 mesh, 15—20% kuiduista läpäisee 16meshin ja 28 meshin sihdit, mutta ei läpäise sihtejä, joiden aukkojen koko on 48 mesh ja 200 mesh, ja 35—40 % kuiduista läpäisee 48 meshin ja 200 meshin sihdit.

10

Kuvassa 2 on esitetty keksinnön eräs sovellusmuoto. Prosessin alkuosa on kuvassa 1 esitetyn kaltainen, mutta kolmas hylätty kuitumassa R3 johdetaankin jauhimelle 7 ja siitä edelleen lajittimelle 8. Lajittimelta 8 saatu neljäs hyväksytty kuitumassa A4 johdetaan yhdistettäväksi mui-15 den hyväksyttyjen kuitumassojen A1, A2 ja A3 kanssa. Neljäs hylätty kuitumassa R4 johdetaan takaisin jauhimen 7 syöttöön. Tällainen järjestely saattaa olla tarpeen silloin, kun pyritään alhaiseen freeness-tasoon, esimerkiksi tasoon 30 ml CSF.

20 Kuvassa 3 on esitetty keksinnön eräs sovellusmuoto. Prosessin alkuosa on kuvassa 2 esitetyn kaltainen, mutta neljäs hylätty kuitumassa R4 johdetaan matalasakeusjauhimelle LC. Matalasakeusjauhimelle LC syötettävän kuitumassan R4 sakeus on 3—5 %. Saadut hyväksytyt \i kuitumassat A1, A2, A3, A4 ja A5 yhdistetään ja sekoitetaan valmiiksi 25 kuitumassaksi.

• .7: Kuvassa 4 on esitetty keksinnön eräs sovellusmuoto. Lajittimelta 2 saatu hylätty kuitumassa R1 johdetaan jauhimelle 3 ja siitä edelleen ' lajittimelle 4. Lajittimelta 4 saatu hylätty kuitumassa johdetaan takaisin t * · 30 jauhimen 3 syöttöön. Lajittimelta 4 saatu hyväksytty kuitumassa A2 johdetaan pois prosessista.

• · ♦ ·' * Lajittimelta 2 saatu hyväksytty kuitumassa A1 johdetaan uudelleen- : lajitteluun lajittimelle 10. Lajittimelta 10 saatu hyväksytty kuitumassa 35 A11 johdetaan pois prosessista. Lajittimelta 10 saatu hylätty kuitu- massa R11 johdetaan jauhimelle 11 ja siitä edelleen lajittimelle 12. Lajittimelta 12 saatu hylätty kuitumassa R12 johdetaan takaisin jauhi-men 11 syöttöön. Lajittimelta 12 saatu hyväksytty kuitumassa A12 12 113670 johdetaan pois prosessista yhdistettäväksi muiden hyväksyttyjen kuitu-massojen A11 ja A2 kanssa.

Kuvassa 5 on esitetty keksinnön eräs sovellusmuoto. Prosessi on 5 muuten kuvassa 1 esitetyn prosessin kaltainen, mutta lajittimelta 2 saatu hyväksytty kuitumassa A1 johdetaan uudelleenlajitteluun lajittimelle 13. Lajittimelta 13 saatu hyväksytty kuitumassa A13, lajittimelta 4 saatu hyväksytty kuitumassa A2 ja lajittimelta 6 saatu hyväksytty kuitumassa A3 yhdistetään ja sekoitetaan. Lajittimelta 13 10 saatu hylätty kuitumassa R13 yhdistetään hylättyihin kuitumassoihin R2 ja R3 ja yhdistetty kuitumassa johdetaan jauhimelle 5.

Edellä kuvatuissa, kuvien 1—5 mukaisissa prosessissa käytetty puuraaka-aine voi olla mitä tahansa puuta, mutta yleensä se on havupuuta, 15 edullisesti kuusta, mutta myös esimerkiksi mänty ja etelän mänty ovat käyttötarkoitukseen nähden sopivia puuraaka-aineita. Kun puuraaka-aineena käytetään kuusta ja haketta ei ole esikäsitelty kemikaaleilla, prosessin kokonaisenergiankulutus on noin 2,5MWh/t. Tällöin kuitumassalle saavutetaan freeness-arvo, joka on 30—70 ml CSF. 20 Kuvan 1 mukaista prosessia käytettäessä energian kulutus jauhamisen ensimmäisessä vaiheessa on 0,3—1,1 MWh/t, jauhamisen toisessa vaiheessa 0,4—1,7 MWh/t ja jauhamisen kolmannessa vaiheessa 0,4—1,7 MWh/t. Mäntyjen vaatima prosessointienergia on suurempi : kuin kuusen, esimerkiksi etelän männyn prosessointi vaatii noin :· 25 1 MWh/t enemmän energiaa kuin kuusi. Myös hakkeen koon ; muuttaminen vaikuttaa energiankulutukseen. Yllä mainitut . . .· energiankulutusarvot on saatu, kun on käytetty haketta, joka on . V. koeseulonnan mukaan keskimitaltaan 21,4 mm ja keskipaksuudeltaan .. 4,6 mm.

30

Edellä selostetuilla, kuvien 1—5 mukaisilla suoritusmuodoilla valmistet-: : : tua kuitumassaa käytetään painopaperien valmistuksen raaka-aineena, v : Pitkien kuitujen suhteellinen osuus kuitumassassa on suuri, joten pitkät . . : kuidut pystyvät muodostamaan paperiin lujuutta antavan verkoston.

35 Paperin formaatio on kuitenkin hyvä, joten paperille saadaan hyvät painatusominaisuudet.

I · ·

> I

13 1 1367G

Kuvassa 6 on esitetty eräs mahdollinen ratkaisu prosessissa käytettäväksi lajittimeksi. Prosessissa käytettävä läjitin on uudentyyppinen läjitin, jolla on mahdollista lajitella helposti suhteellisen pitkän kuitu-pituuden omaavaa kuitumassaa. Lajittimen muodostaa sylinterimäinen 5 kammio 21, jonka halkaisijan suhde vaipan pituuteen on välillä 1—10. Lajittimen halkaisija on siten suurempi tai yhtäsuuri kuin vaipan pituus. Vaipan pituudella tarkoitetaan sylinterimäisen kammion levymäisten sivuseinien 26 ja 27 kohtisuoraa etäisyyttä toisistaan. Tyypillinen kammion halkaisija on noin 1 m ja vaipan pituus 0,2 m. Lajittimen 10 sisässä voi olla lajittelua tehostava elin, esimerkiksi sihtirumpu, mutta sitä ei välttämättä tarvita.

Kuitumassa johdetaan jauhimelta tangentiaalisesti syöttöputken kautta lajittimen syöttökohdasta 23 kammioon 21, jossa massa saa pyörteisen 15 liikkeen johtuen paineen alenemasta. Spiraalimaisesti pyörivässä massavirrassa keskellä kulkevan massan nopeus on suurempi kuin laidoilla, jolloin hyväksytty massa joutuu lajittimen keskelle ja hylätty massa lajittimen sylinterin sisäkehälle tai sen välittömään läheisyyteen lajittimen sisällä. Lajittelu tapahtuu kuitujen massan, koon ja kuidun 20 pinta-alan perusteella. Hyväksyttyä ja hylättyä massaa varten lajitti-messa on poistokohdat. Hyväksytty massa poistetaan sylinterin keskeltä poistoputkea 24 myöten ja hylätty massa poistetaan sylinterin kehältä 25 poistoputkea myöten. Syöttö- ja poistoputki voivat olla asen-nettuina erilaisiin asemiin sylinterin vaipan pituussuunnassa tai syöttö-* 25 ja poistoputkia voi olla useampia. Läjitin voidaan sijoittaa niin, että sylin- ;: terimäinen osuus kammiosta on joko pysty- tai vaakasuorassa.

I ·

Jauhimelta tulevan kuitu/höyryseoksen nopeus kiihdytetään sopivaan, toivotun lajittelutuloksen tuottavaan nopeuteen, edullisesti nopeuteen 30 200—800 m/s, valitsemalla sopivasti syöttöputken halkaisija tai lisää- mällä syöttöputkeen sopivia suuttimia virtauksen säätämiseksi. Tällai-sella nopeudella karkeat partikkelit ajautuvat lajittelevan sylinterin :' reunoille ja taipuisat, notkeat kuidut keskelle.

:35 Lajittimia voidaan sijoittaa useita peräkkäin, jolloin seuraavan vaiheen ,v. hylätty massa palautetaan edellisen vaiheen syöttöön. Siten hylätty massa tulee tarkoin erotetuksi hyväksytystä massasta ja vain se 113670 14 massa, joka todella tarvitsee uudelleen jauhamista, kuljetetaan uudelleen jauhettavaksi.

Keksintö ei ole rajoittunut puuraaka-aineen osalta mainittuihin puul-5 ajeihin, vaan muutkin puulajit tulevat kyseeseen, joskin esimerkiksi prosessin energiankäyttö ja saatu keskimääräinen kuitupituus vaihtele-vat puuraaka-aineesta riippuen. Kuitumassa voi sisältää eri puulajien kuituja.

10 Keksinnön mukainen menetelmä kuitumassan valmistamiseksi ei ole rajoittunut pelkästään menetelmiin, joissa jauhamisen ensimmäinen vaihe suoritetaan yli 400 kPa:n paineessa, vaan se voi sisältää myös menetelmät, joissa jauhaminen tapahtuu alemmassa paineessa.

15 Menetelmä kuitumassan valmistamiseksi voi vaihdella jauhamisen ensimmäisen vaiheen jälkeen. Kuitumassasta voidaan valmistaa erilaisia painopapereja. Keksinnön ydin on, että tietyllä uudella tavalla jauhettu ja lajiteltu kuitumassa soveltuu painopaperien raaka-aineeksi ja tekee mahdolliseksi entistä edullisemman painopaperien valmistuksen.

20 Pääasia on, että kuitumassa lajitellaan vähintään 10 %:n sakeudessa.

* » « I · t • I · · • t « · • t a • « · » · a • · · • · · • · · » k a I a a » · · • » a i a a » a i * a a a a a * · a ( a » · · a a a

Claims

1. Menetelmä mekaanisen massan, kuten termomekaanisen tai kemi-termomekaanisen kuitumassan, valmistamiseksi käytettäväksi paino- 5 paperin raaka-aineena, jonka valmiin kuitumassan freeness-arvo on 30—70 ml CSF, ja jossa menetelmässä jauhettua kuitumassaa lajitellaan useassa vaiheessa hyväksyttyyn ja hylättyyn kuitumassaan, tunnettu siitä, että kuitumassa lajitellaan vähintään 10 %:n sakeudessa lajittimella, jonka halkaisijan suhde vaipan pituuteen on 1—10. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitumassa lajitellaan 30—60 %:n sakeudessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että kuitumassan lajittelu tapahtuu oleellisesti samassa sakeudessa kuin jauhaminen.

4. Patenttivaatimuksen 1—3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puuraaka-aine jauhetaan yli 400 kPa:n ylipaineessa, edullisesti 600— 20 700 kPa:n ylipaineessa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhetun kuitumassan freeness-arvo on 250—700 ml CSF. ·· 25

6. Patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että .·. jauhatuksen jälkeen kuitumassa lajitellaan hyväksyttyyn (A1) ja hylät- tyyn kuitumassaan (R1). «* * ·

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että '* * 30 hyväksytyn kuitumassan (A1) freeness-arvo on 20—50 ml CSF. .li’

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 1...: että hyväksytty kuitumassa (A1) johdetaan pois prosessista. !···. 35

9. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytty kuitumassa (A1) johdetaan uudelleenlajitteluun. * * * 113670

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytty kuitumassa (A1) uudelleenlajitellaan hyväksyttyyn toisio-kuitumassaan (A11) ja hylättyyn toisiokuitumassaan (R11).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytty (A11) kuitumassa johdetaan pois prosessista.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty kuitumassa (R11) johdetaan jauhettavaksi, jonka jälkeen se 10 lajitellaan hyväksyttyyn (A12) ja hylättyyn kuitumassaan (R12).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytty kuitumassa (A12) johdetaan pois prosessista.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty kuitumassa (R12) johdetaan takaisin jauhettavaksi.

15. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty kuitufraktio (R1) käsittää 60—90 % lajittelussa mukana olleesta 20 kuitumassasta painoprosentteina.

15 113670

16. Patenttivaatimuksen 6 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty kuitumassa (R1) johdetaan jauhamisen toiseen vaiheeseen, :·josta saatu kuitumassa lajitellaan toiseen hyväksyttyyn kuitumassaan 25 (A2) ja toiseen hylättyyn kuitumassaan (R2).

» · · :\\ 17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen hyväksytty kuitumassa (A2) johdetaan pois prosessista. * 1 1 * 1 · » 1 ·

18. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen hyväksytty kuitumassa (A1) lajitellaan hyväksyttyyn toisiokuitumassaan (A13) ja hylättyyn toisiokuitumassaan (R13).

> · · : 19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 35 hyväksytty toisiokuitumassa (A13) johdetaan pois prosessista. • I I · · I f I 113670

20. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty toisiokuitumassa (R13) johdetaan jauhamisen kolmanteen vaiheeseen.

21. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen hylätty kuitumassa (R2) käsittää 60—80 % toisessa lajittelussa mukana olleesta kuitumassasta painoprosentteina.

22. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että toinen hylätty kuitumassa (R2) johdetaan takaisin jauhamisen toiseen vaiheeseen.

23. Patenttivaatimuksen 16, 17 tai 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen hylätty kuitumassa (R2) johdetaan jauhamisen kolman- 15 teen vaiheeseen, josta saatu kuitumassa lajitellaan kolmanteen hyväksyttyyn kulumassaan (A3) ja kolmanteen hylättyyn kulumassaan (R3).

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolmas hyväksytty kuitumassa (A3) johdetaan pois prosessista. 20

25. Patenttivaatimuksen 11, 13 tai 24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A11, A12, A3) yhdistetään ja sekoitetaan valmiiksi kuitumassaksi. • > · • I · • :* 25

26. Patenttivaatimuksen 23 tai 24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, : että kolmas hylätty kuitumassa (R3) johdetaan takaisin jauhamisen : ·· kolmanteen vaiheeseen.

» > # : 27. Patenttivaatimuksen 8, 17 tai 24 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A1, A2, A3) yhdistetään ja sekoite-taan valmiiksi kuitumassaksi. » ·

28. Patenttivaatimuksen 17, 19 tai 24 mukainen menetelmä, tunnettu ; siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A2, A13, A3) yhdistetään ja 35 sekoitetaan valmiiksi kuitumassaksi. » I I • t

29. Patenttivaatimuksen 23 tai 24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolmas hylätty kuitumassa (R3) johdetaan jauhamisen neljänteen vaiheeseen, josta saatu kuitumassa lajitellaan neljänteen hyväksyttyyn kuitumassaan (A4) ja neljänteen hylättyyn kuitumassaan (R4). 11367C

30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 neljäs hyväksytty kuitumassa (A4) johdetaan pois prosessista.

31. Patenttivaatimuksen 29 tai 30 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neljäs hylätty kuitumassa (R4) johdetaan takaisin jauhamisen neljänteen vaiheeseen. 10

32. Patenttivaatimuksen 8, 17, 24 tai 30 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A1, A2, A3, A4) yhdistetään ja sekoitetaan valmiiksi kuitumassaksi.

33. Patenttivaatimuksen 29 tai 30 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neljäs hylätty kuitumassa (R4) johdetaan matalasakeusjauhimeen (LC).

34. Patenttivaatimuksen 33 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 matalasakeusjauhimessa jauhettu viides hyväksytty kuitumassa (A5) johdetaan pois prosessista.

35. Patenttivaatimuksen 8, 17, 24, 30 tai 34 mukainen menetelmä, : tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A1, A2, A3, A4, A5) yhdis- 25 tetään ja sekoitetaan valmiiksi kuitumassaksi. * * ' · 113670