FI79358C - Massaframstaellningsfoerfarande. - Google Patents

Description

1 79358

Massanvalmistusmenetelmä Tämän keksinnön kohteena on menetelmä puumassan valmistamiseksi, jota voidaan käyttää paperinvalmistuksessa 5 ja muihin tarkoituksiin.

Puuhakkeen valmistuksessa hake keitetään ensin emäksisissä, happamissa tai neutraaleissa olosuhteissa.

Sulfaattimenetelmässä puuhaketta käsitellään (keitetään) korkeassa lämpötilassa natriumhydroksidin, 10 natriumsulfidin ja natriumkarbonaatin seosta sisältävässä emäksisessä liuoksessa ligniinien sulfidoimiseksi ja siten niiden liuottamiseksi. Sulfiittimenetelmässä ligniini liuotetaan sulfiitteja ja bisulfiitteja sisältävässä happamassa tai neutraalissa liuoksessa. Menetelmät toteutetaan 15 yleensä siten, että hakkeen kemiallinen käsittely alkaa lämpötilassa alle 100°C ja jatkuu lämpötilan kohotessa vähitellen alueelle 150 - 180°C.

Tunnettu ongelma on, että kemikaalit tunkeutuvat hakkeeseen hitaasti ja epätäydellisesti. Tämä saattaa joh-20 taa siihen, että osa ligniinistä ehtii polymeroitua ennen "" liukenemistaan, jolloin massan ligniinipitoisuus (kappa- luku) tulee suureksi ja muodostuu huomattava määrä keit-tymättä jäänyttä kuitua (sihtirejektiä). Esim. sulfaatti-menetelmässä tunkeutuminen optimoidaan antamalla lämpötilan 25 vähitellen kohota 1,5-3 tuntia. Näinkin toimien ongelma on yhä jäljellä ja hyväksyttävän pienen kappaluvun ja pienen sihtirejektimäärän saamiseksi on kompensoitava siten, että keittoaikaa maksimilämpötilassa pidennetään muutamalla tunnilla, mikä merkitsee hiilihydraattien hajoamista 30 ja massasaannon pienenemistä.

Aikaisemmin on ehdotettu tensidin käyttöä paranta maan kemikaalien tunkeutumista puunrakenteeseen. Mutta toistaiseksi ei ole pystytty parantamaan massanvalmistus-menetelmiä tensidilisällä ja nykymenetelmissä tällaisia 35 aineita ei käytetäkään.

2 79358 Tämän keksinnön eräänä tehtävänä on tarjota lisäaineita, joiden voidaan osoittaa parantavan kemikaalien tunkeutumista ja ligniinin liukenemista siten, että hiilihydraatteja ei hajoa normaalia enemmän ja keitto tapahtuu 5 huomattavasti lyhyemmässä ajassa. On yllättäen havaittu, että halutut edut saavutetaan olennaisessa ja taloudellisesti hyvin tärkeässä määrin lisäämällä keittoliemeen pieniä määriä amfoteerista tensidiä.

Niinpä keksintö koskee yleisesti ottaen massan-10 valmistusmenetelmää, jossa keittoliemeen sisällytetään yksi tai useampi amfoteerinen tensidi.

Keittoliemenä voi olla mikä tahansa massanvalmistuksessa tavanomainen keittoliemi ja se voi olla emäksinen, hapan tai neutraali. Niinpä liemenä voi olla emäksinen 15 liemi, kuten sulfaatti- eli soodaliemi tai hapan tai neutraali sulfiitti- tai bisulfiittiliemi. Massanvalmistajat tuntevat tarkoin näiden liemien kemiallisen koostumuksen, joka on kuvattu esim. teoksessa S.A. Rydholm, "Pulping Processes" (Interscience Publishers, 1965).

20 Keksinnön menetelmä on edullisimmin sovellettavissa ; emäksisiin keittoliemiin ja erityisesti sulfaattimenetel- mässä normaalisti käytettyihin liemiin.

Käytetyn tensidin on tietenkin oltava stabiili ja liukoinen keittoliemeen.

25 Mieluiten tensidi on tyyppiä, joka on yleistä kaa vaa (I) tai (II), erityisesti edellistä kaavaa: R-(CO) -(0CH.CH.CH_) -(N-(CHR1) ) -N-Q (I) z 2. I λ n , x y ,

B B

30 ® R-(CO)z-(OCH2CH2CH2)n-(N-(CHR1)x)y-N-Q (II)

B B

joissa R on Cg-C2Q-hiilivetyradikaali, valinnaisesti subs- tituoituna, R"*- on H tai C^-C^-alkyyli, B on H, alkyyli, 35 substituoitu alkyyli tai alla määritelty ryhmä Q, Q on anioninen osa, x on 2-6,y on 0-5,z on 0-1 ja n on 0 tai 1 (z on 0, kun n on 1).

3 79358 Näissä yhdisteissä R voi esim. olla suora tai haarautunut alkyyli- tai alkenyyliryhmä tai sykloalkyylialkyyli-ryhmä (esim. sykloheksyylialkyyli), aralkyyli- tai aralke-nyyliryhmä (esim. fenalkyyli tai fenalkenyyli), jossa alkyy-5 li- tai alkenyyliosa sisältää vähintään kuusi hiiliatomia; tai hiilivetyradikaaliosana hartsihapossa, jossa on vähintään kaksi fuusioitunutta rengasta, esim. kolmirenkaisissa mäntyhartsihapoissa, kuten abietiinihapossa. R on mieluiten C^Q-C^g-alkyyliryhmä, esim. C^-ryhmä. R voi esim. olla 10 hiilivetyradikaaliosana lauriini- tai kookospähkinärasvaha-possa, jotka molemmat sisältävät runsaasti C12-komponentte-ja. Esimerkki tyydyttymättömästä ryhmästä R on oleyyli ja esimerkki haarautuneesta ryhmästä C^gH^^CH(CH^)-. R:n ali-faattinen osa voi olla esim. substituoitu hydroksilla, kuten 15 hydroksistearyylissä, tai ryhmällä -COOH (esim. 2-asemassa).

R^ on tavallisesti vetyatomi, mutta se voi olla alkyyliryhmä, kuten metyyli.

Kun B on alkyyliryhmä, se voi sisältää 1-6, mieluiten 2-4 hiiliatomia ja mieluiten se on suoraketjui-20 nen ryhmä. Tällaisten ryhmien esimerkkejä ovat metyyli ja etyyli. Alkyyliryhmä voi olla substituoitu esim. hydroksilla, kuten 2-hydroksietyylissä, tai aminolla.

2 2

Ryhmä Q voi olla esim. kaavaa -R COOM, jossa R on C^-Cg-alkyleeniryhmä (esim. metyleeni tai etyleeni) ja 25 M on vety tai alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium-tai substituoitu ammoniumioni (esim. mono-, di- tai trihyd-roksietyyliammonium). M on mieluiten natrium ja R on mieluiten metyleeni.

x on mieluiten 2 ja y on mieluiten 0 tai 1.

30 Kaavaa (II) olevissa tensideissä assosioitunut anioni voi olla esim. halogenidi (esim. kloori tai bromi).

Siten tensidillä on mieluiten jokin seuraavista kaavoista: 4 79358

RCO-NH-CH2CH2NCH2COOM CE^CH OH

RN(CH2CH2COOM) 5 RNH-CH2CH2COOM (esim. RaCH(CH3)NH-CH2CH2COOM, jossa

RaCH(CH3) on ryhmä R)

RNH-CH(CH3)CH2COOM

10 rn+(ch3)2 rn+(ch2ch2oh) rco-nh-(ch2)3n+(ch3)2

CH2COOM CH2COOM CH2COOM

Menetelmässäni voidaan keittoliemen lisäaineena käyttää yhtä tai useampaa amfoteerista tensidiä. Amfotee-15 risia tensidejä voidaan myös käyttää yhdistelmänä yhden tai useamman muun tyyppisen tensidin, esim. ionoitumatto-mien tai fluorattujen tensidien kanssa. Tämän jälkimmäisen näkökohdan mukaisesti voi amfoteerinen tensidi toimia liuottavana tensidinä muille yleistyyppisille tensideille, jotka 20 ovat keittoliemessä stabiileja, mutta eivät normaalisti liukene siihen.

Tensidin tai tensidien käyttömäärä voi yleensä olla esim. kahteen prosenttiin saakka (esim. 0,01 - 2,0 %) keittoliemestä laskettuna ja suositeltava määrä on 0,1 -^ 0,6 paino-%.

On huomattava, että tensidilisäystä lukuunottamatta keittoprosessi suoritetaan yleensä tavanomaiseen tapaan, esim. kuten yllä viitteenä mainitussa teoksessa "Pulping

Processes" on kuvattu. Mutta keittoaikaa voidaan kuitenkin 30 lyhentää alla kuvatulla tavalla, erityisesti emäksisissä olosuhteissa.

- - Kokeet ovat osoittaneet, että esim. 0,5 %:n lisäys tämän tyyppistä tensidiä keittoliemestä laskettuna vähentää tuntuvasti tarvittavaa keittoaikaa ja sihtirejektin prosentuaalista osuutta sulfaattimenetelmässä ja myös sul- 35 5 79358 fiittimenetelmässä. Ei ole selvinnyt, miksi keksinnön tensidit ovat parempia kuin aikaisemmin kokeillut. Yritykset korreloida vaikutus pintajännityksen alenemiseen eivät ole olleet menestyksellisiä ja voidaan olettaa, että ko.

5 mekanismit ovat monimutkaisia.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä.

Esimerkki 1

Suoritettiin sarja sulfaattikeittokokeita autoklaaveissa keksinnön lisäaineiden kera ja ilman niitä. Käytetyt 10 lisäaineet olivat amfoteerisia tensidejä, jotka olivat yleistä kaavaa I ja joita valmistaa Rexolin Chemicals, Helsingborg, Ruotsi, kauppanimillä Rexoteric XCE ja XJO. Käyttömäärä oli 0,5 % keittoliemestä (valkolipeästä) laskettuna. Jotta voitaisiin osoittaa lisäaineiden edullinen 15 vaikutus kemikaalien hakkeeseen tunkeutumiseen, aika, joka tarvittiin lämpötilan kohottamiseksi asteittain maksimi-lämpötilaan ja joka normaalisti oli 2,5 tuntia, oli kaikissa kokeissa vain 45 minuuttia. Kun keittoa oli jatkettu halutun kappaluvun saavuttamiseksi tarvittavan ajan, ilmeni, 20 että käytettäessä mainittua lisäainetta oli kappaluvulla 60 keittymättömien kuitujen muodostama jäännös (sihtire-jekti) 0,9 %. Samalla kappaluvulla ilman lisäainetta jäännös oli 4 %. Kappaluvulla 70 ja käytettäessä keittoliemessä lisäaineita, keittymättömiä kuituja oli 1,1 % ja tämä arvo 25 oli 6 %, kun keittoliemessä ei käytetty lisäaineita. Kappaluvulla 35 ja lisäaineiden kera sihtijäännös oli 0,5 % ja ilman lisäaineita 1,5 %.

Esimerkki 2

Suoritettiin sarja sulfiittikeittokokeita käyttäen 30 lisäaineena 0,5 % esimerkissä 1 mainittua Rexoteric XJO;ta happamasta keittoliemestä laskettuna. Vertailun vuoksi suoritettiin kokeita ilman lisäainetta. Lämpötila kohotettiin 1,5 tunnissa 20°C:sta 105°C:seen ja lisäaineen vaikutuksen osoittamiseksi viipyminen 105°C:ssa, jota normaalisti käy-35 tetään hyvän tunkeutumisen saavuttamiseksi, jätettiin pois.

6 79358

Sen sijaan jatkettiin kuumentamista ja lopullinen keitto-lämpötila 132°C saavutettiin yhdessä tunnissa.

Kun keittoa oli jatkettu halutun kappaluvun saavuttamiseksi tarvittavan ajan, ilmeni, että käytettäessä 5 mainittua lisäainetta oli kappaluvulla 50 keittymättömien kuitujen muodostama jäännös 2,8 %. Sama jäännös oli 5,5 % ilman lisäainetta.

Claims (2)

7 79358

1. Menetelmä kemiallisen massan valmistamiseksi, tunnettu siitä, että alkaliseen keittoliemeen lisä- 5 tään yhtä tai useampaa pinta-aktiivista ainetta, jonka kaava on R-(CO)z-(OCH2CH2CH2)n-(N-(CHR1)χ)y-N-Q (I) B B 10 jossa R on Cg_2Q-hiilivetyryhmä, joka voi olla substituoitu, R^ on H tai C^.g-alkyyliryhmä, B on H tai substituoitu tai substituoimaton alkyyliryhmä tai ryhmä Q, Q on anioninen ryhmä, x on 2-6, y on 0-5, z on 0 tai 1 ja n on 0 tai 1 15 sillä edellytyksellä, että kun z on 0, niin n on 1.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinta-aktiivisen aineen määrä keitto-liemessä on enintään 2 paino-%.