FI93749C - Menetelmä mekaanisen massan valmistamiseksi - Google Patents

Description

93749

Menetelmä mekaanisen massan valkaisemiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä mekaanisen massan valkaisemiseksi, jossa massaa käsitellään vetyperoksidilla alkalisen aineen ja kyllästetyn vesihöyryn läsnäollessa. Mekaanisella massalla tarkoitetaan paperin valmistuksessa ja sen tapaisilla aloilla käytettäviä mekaanisia, termomekaanisia, kemimekaanisia ja kemitermomekaanisia massoja. Seuraavassa kaikkia näitä massoja kutsutaan "mekaanista alkuperää oleviksi massoiksi".

Teollisesti mainittuja massoja valmistetaan useimmiten käyttäen puuta, yleensä hakkeen muodossa, lignosellu-loosamassan mekaanisella kuidutuksella esimerkiksi hiomakoneessa tai kaksikiekkojauhimessa ja käsittelyyn saattaa liittyä, halutun massan mukaisesti, esikäsittely vesihöyryllä ja/tai jollain kemiallisella reagenssilla, kuten natriumsulfaatilla.

Kuiva-ainesaanto on tällaisessa menetelmässä aina korkea ja voi olla 90 %, jopa yli 90 %.

Mekaanista alkuperää olevat massat, joita voidaan nimittää myös "suursaantomassoiksi", täytyy valkaista tehokkaasti materiaalihukan ollessa minimaalinen, jotta saatavat tuotteet vastaisivat teollisuudelle asetettuja laadun ja taloudellisuuden vaatimuksia.

Mekaanista alkuperää olevia massoja valkaisuun on tunne- 2 93749 tusti käytetty jotain hapettavaa ainetta kuten vetyperoksidia alkalisessa ympäristössä.

On yleisesti tunnettua, että tällaisen tavanomaisen vety-peroksidivalkaisun optimaalinen toteutuslämpötila on noin 60 - 70 °C, katso esimerkiksi C. W. Dence ja S. Omori,

Tappi Journal, Oct. 1986, 120-125 ja FR patenttijulkaisu 2371544. Lämpötilan ollessa 100 °C tai sen yli tehokasta valkaisua on mahdotonta toteuttaa.

Yli 100 °C:ssa valkaisun vaikutus voi jopa hävitä yhtaikaisen vetyperoksidin erittäin nopean hajoamisen ja vesihöyryn erityisen vahingollisen vaikutuksen vuoksi kuten ilmenee esimerkiksi jo mainitusta FR-patenttijulkaisusta ja artikkelista: W. E. Lunan, K. B. Miles ja W. D. May,

Proceedings Tappi, 1983 Pulping Conference, (Book 1), 239-253.

Edelleen aiemmin mainitun FR-patenttijulkaisun mukaan kelvollista valkaisua ei voida toteuttaa lämpötilan ollessa 100 - 150 eC, vesihöyryilmakehässä, vetyperoksidia käyttäen, jonkin alkalisen aineen läsnäollessa, muutoin kuin silloin, jos vetyperoksidin vaikutus valkaistavaan aineeseen on samanaikainen kuitujen mekaanisen jauhatuksen vaikutuksesta tapahtuvan hajottamisvaikutuksen kanssa vain jonkin sekunnin murto-osan ajan.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan aikaan tehokas <( 93749 3 valkaisu, vaikka siinä on vaiheita, jotka tunnetusti ovat estäneet hyvään tulokseen pääsyn.

Keksinnössä on kyse mekaanista alkuperää olevien massojen valkaisumenetelmästä, jossa vetyperoksidi vaikuttaa alka-lisen aineen ja kyllästetyn vesihöyryn läsnäollessa. Menetelmälle on tunnusomaista se, että massaa käsitellään metalleja kompleksoivalla tai sekvestroivalla aineella pH-.ssa, joka on 9 tai sen alle, pestään sitten pesutehok-kuuden ollessa yli 95 % ja saatetaan lopuksi vetyperoksidin vaikutuksen alaiseksi lämpötilassa 145-245°C, kyllästetyn vesihöyryn paineessa kyseisessä lämpötilassa 1-30 minuutin ajaksi, vetyperoksidikäsittelyn tapahtuessa eri aikaan kuin mekaaninen kuidutus.

Kompleksoivalla tai sekvestroivalla aineella suoritetussa käsittelyssä tätä ainetta käytetään määrinä, jotka vastaavat 0,1 - 1 painoprosenttia kuivan massan painosta. Ilman erillistä mainintaa edempänä kaikki aineiden määrät on samoin ilmaistu painoprosentteina kuivan massan pai-: nosta.

Kompleksoiva tai sekvestroiva aine valitaan useimmiten ryhmästä, jonka muodostavat natriumtripolyfosfaatti, nat-riumtetrapyrofosfaatti ja sitruuna-, nitrilotrietikka-, etyleenidiamiinitetraetikka- tai dietyleenitriamiinipen-taetikkahappoj en natriumsuolamuodot.

Käsittely kompleksoivalla tai sekvestroivalla aineella suoritetaan yleensä pH-arvon sijoittuessa välille 4-8, i 4 93749 sopivasti välille 6-8. Kuitenkaan keksinnön mukaisen menetelmän tulos ei ole riippuvainen tästä pH-arvosta.

Menetelmä toteutetaan lämpötilan ollessa mieluiten alle 100°C, mutta yleensä yli 20°C, esimerkiksi 50 - 95°C, jotta kompleksointi- tai sekvestrointinopeus säilyisi ilman paineen käyttöä.

Sakeus, kuivan massan painoprosenttimäärä käsittely-ympäristössä, voi, kun apuna käytetään käsittelyä komplek-soivalla tai sekves.troivalla aineella, vaihdella melkoisesti, noin 5 - 30 %. Useimmiten se sijoittuu välille 10 - 15, jotta myöhemmin seuraavan pesun taloudellisuus ja tehokkuus olisivat hyvät.

Keskimääräinen käsittelyaika kompleksoivalla tai sekve-stroivalla aineella riippuu muista osatekijöistä. Yleensä se vaihtelee noin 5 minuutista 2 tuntiin.

• a ·:· Pesulla tarkoitetaan operaatiota, jossa poistetaan enem män tai vähemmän täydellisesti, ja tässä tehokkaasti, massassa läsnä oleva vesi. Poistaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi puristamalla massaa suodattimia vasten tai massan mahdollisesti toistuvalla laimennuksella ja puris-·' tamisella, jolloin laimentimena useimmiten käytetään vet tä.

Kompleksoivalla tai sekvestroivalla aineella suoritetun käsittelyn jälkeen suoritetu pesu toteutetaan yleensä 20 93749 5 - 90 °C:ssa, usein pääasiassa taloudellisista syistä 20 -60 °C:ssa.

Tehokkuudella tarkoitetaan, prosentteina ilmaistuna, ennen pesua massassa läsnä olevan nestefaasin poistumisastetta.

Massaa puristettaessa sakeuden muuttuminen 10 %:sta 20 %: iin vastaa pesutehokkuutta 55,5 %, siitä siirtyminen 10 %:n pitoisuuteen diluoimalla ja 20 %:iin puristamalla vastaa alkuperäisen massan 80 %:n pesutehokkuutta.

Edelleen taloudellisista syistä, mutta myös jotta valkaisun tehokkuus olisi varmemmin taattu, lämpötila, jossa vetyperoksidi keksinnön mukaisessa menetelmässä vaikuttaa, saisi mieluiten olla yli 120 °C, esimerkiksi 140 °C tai enemmän.

Käytettävän vetyperoksidin määrä on sama kuin mekaanista alkuperää olevien massojen tavanomaisessa valkaisussa hyväksytyt määrät eli noin 0,5 - 10 %, useimmiten yli noin 2 %.

Vetyperoksidin kanssa läsnä oleva keksinnön toteuttamiseen sopiva aikaiinen aine on natriumhydroksidi, käyttömäärä yleensä noin 0,25 - 5 %, natriumhydroksidin ja vetyperoksidin painosuhde mieluiten 0,2 - 1.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä vetyperoksidin vaikutuk-r sen kesto on toisaalta tarpeeksi pitkä, jotta aineen vai- 6 93749 kutus on mahdollisimman tehokas sekä toisaalta edullisesti lyhyempi kuin tavanomaisessa valkaisussa. Yleensä se ei kestä 15 minuuttia kauempaa ja usein jopa vain 5 minuuttia.

Kuten jo todettiin, vetyperoksidin vaikutus tapahtuu ympäristössä, jossa paine on käytännöllisesti katsoen sama kuin kyllästetyn vesihöyryn paine valitussa lämpötilassa.

Paine on useimmiten 2-40 absoluuttista baaria.

Massan sakeudeksi vetyperoksidin läsnäollessa valitaan mieluiten korkein mahdollinen toteutettaessa seosta, jossa massa on tyydyttävän homogeenisessa muodossa muiden läsnä olevien aineiden kanssa. Tästä seoksen ominaisuudesta johtuen sakeus rajoittuu yleensä alle 30 3»: iin, jopa vain 25 %:iin. Se on kuitenkin harvoin alle noin 10 %.

Tämän keksinnön avulla saadaan valkaistaessa mekaanista alkuperää olevia massoja parempia tuloksia ilman että vetyperoksidia stabiloivien yhdisteiden läsnäolo olisi välttämätön vetyperoksidin tehokkuutta ajatellen. Tehokkuus saattaa kuitenkin parantua jos läsnä on sellaisia yhdisteitä kuin esimerkiksi natriumsilikaattia, useimmiten 2 -6 %, magnesiumsulfaatin kaltaisia magnesiumsuoloja, yleensä 0,05 - 0,5 %, tai poly(<*-hydroksiakryyli>hapon johdannaisia, tavallisesti 0,05 - 2 %, esimerkiksi Clarene R.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa jatkuvana 93749 7 tai ei-jatkuvana missä tahansa laitteistossa, jossa on sekoitin, tavallisesti vaivaimen tyyppinen, jossa voidaan suorittaa käsittely kompleksoivalla tai sekvestroivalla aineella ja lähtömassan sekoittaminen tai pesu vetyperoksidilla ja alkalisella aineella, pesulaite, esimerkiksi suodattimia, puristimia ja myöskin, vetyperoksidin vaiku-tusvaihetta varten, laite, joka on paineenkestävä ja vesihöyryt! ivis, esimerkiksi putkireaktori, jossa on ruuvi-tyyppinen massan kuljetussysteemi ja autoklaavi.

Seuraavien kuvaavien ei-rajoittavien esimerkkien valossa voidaan tarkastella keksintöä. Jotkut esimerkit ovat vertai luesimerkkejä.

Esimerkeissä: - reaktioon osallistuvien aineiden määrät on annettu kuten aiemmin ilmoitettiin painoprosentteina suhteessa kuivaan massaan, * .

- dietyylitriamiinipentaetikkahappoa (DTPA) käytetään natriumsuolamuodossa vesiliuoksessa 40-painoprosenttisena, määrä tarkoittaa liuoksen määrää, - silikaatilla tarkoitetaan natriumsi1ikaatin vesiliuosta, tiheys 1,33 , määrä tarkoittaa tätä liuosta, - lyhenne LS tarkoittaa Clarene R:a, i 95749 8 - vetyperoksidia käytetään vesiliuoksena, 35 painoprosenttia peroksidia puhtaana vetyperoksidina ilmaistuna, samoin on laita käytetyn vetyperoksidin, - valkaistavalle massalle suoritetaan mahdollisesti käsittely kompleksoivalla aineella ja pesu ennen vetyperoksidin vaikutukselle altistamista. Kielteisessä tapauksessa esimerkki on annettu vertailun vuoksi ja se on merkitty c:llä. Jos käsittely suoritetaan, eli noudatetaan keksinnön mukaista menetelmää, massan käsittely suoritetaan se-koittimessa, 0,5 % DTPA:ta, kesto 15 minuuttia, lämpötila 60 °C esimerkeissä 1-11, 90 °C esimerkeissä 12-14, pH kaikissa tapauksissa 4-8, sama kuin eräässä annetussa esimerkissä ja esimerkissä, joka on annettu vertailun vuoksi, sakeus 10 %. Myöhemmin seuraava pesu, jonka tehokkuus on aina yli 95 %, toteutetaan 60 °C:ssa, laimennus vedellä ja DTPA-käsitellyn massan suodatinpuristus, - lähtömassa tai DTPA-käsittelyn jälkeen pesty massa sekoitetaan yhdessä vetyperoksidin, natriumhydroksidin ja vesimäärän kanssa halutun sakeuden, tässä 20 % saavuttamiseksi, tarvittaessa silikaatin tai Clarene R:n kanssa, sekoitetaan vähintään 5 minuuttia 20 - 25 °C:ssa kun massa ensin on altistettu vetyperoksidin vaikutukselle paineenkestävässä autoklaavityyppisessä reaktorissa, jossa on massan sisäänsyöttöväline ja joka on valitussa lämpötilassa T paineen aikaan saavan kyllästetyn vesihöyryn kestävä, 11 93749 9 - autoklaavin paineenpoiston ja nopean jäähdytyksen jälkeen saadun massan valkoisuusaste mitataan (457 nm) prosentteina käyttäen Elrepho-tyyppistä Carl Zeiss -spektro-fotometriä.

Esimerkit 1-11

Jokaisessa esimerkissä valkaistaan 100 g mekaanisesti jauhettua pihkapitoista puuta, valkoisuusaste 53,7 % ja kuivapaino 38,2 g.

Jokaisessa esimerkissä olosuhteet, joissa vetyperoksidi vaikuttaa keksinnön mukaisessa menetelmässä tai vertailun vuoksi annetussa menetelmässä, samoin kuin saadut tulokset nähdään seuraavalla sivulla olevasta taulukosta I: ♦ * * 93749 10 \

TAULUKKO I

Koe T Kesto ΗζΟζ NaOH Si li- LS Valkoisuus- Käytetty n:o °C min. kaatti aste H2O2 1 145 5 5 2 78,5 2,55 2 145 5 5 2 4 80 2,3 3 145 5 5 4 0,5 81 3,2 4 145 15 5 2 77 3 5 180 2 3 2 75, 5 1,8 5c 180 2 3 2 70 2,45 6 180 2 5 2 77 2,4 7 180 2 10 2 78,5 4 7c 180 2 10 2 75,5 4 8 180 2 10 4 79 8 9 180 2 10 4 0,5 82,5 4,7 10 245 1 5 2 77,5 3,05 11 245 1 54 0,5 79 3,25

Yllä olevista esimerkeistä voidaan nähdä, että keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä saadaan selvästi parantunut valkoisuusaste, joka voi olla noin 80 % ja jopa huomattavasti sen ylittäväkin toteutusta suosivissa olosuhteissa.

93749 11 Tämän parannuksen myötä myös vetyperoksidin kulutus pienenee huomattavasti tai ainakaan se ei kasva.

Valkoisuusaste on saavutettu huomattavalla vetyperoksidin säästöllä.

Keksinnön mukaisissa esimerkeissä ei ole huomattavissa selvää vaihtelua massan kuiva-ainepainossa.

Esimerkit 12-14

Jokaisessa esimerkissä valkaistaan 100 g kemitermomekaa-nista sulfiittimassaa, valkoisuusaste 59,6 % ja kuivapaino 40 g.

Jokaisessa esimerkissä olosuhteet, joissa vetyperoksidi vaikuttaa keksinnön mukaisessa menetelmässä tai vertailun vuoksi annetussa menetelmässä, samoin kuin saadut tulokset nähdään seuraavalla sivulla olevasta taulukosta II: ί 12 93749

TAULUKKO II

Koe T Kesto HzOz NaOH LS Valkoisuus- Käytetty n:o °C min. aste HzOz 12 150 2 5 4 0,5 78 3 13 180 2 5 4 0,5 79 3,3 13c 180 2 5 4 0,5 74,5 4

Kokeiden 1-11 perusteella tehdyt huomiot pitävät edelleen paikkansa.

Claims (10)

1. Menetelmä mekaanisen massan valkaisemiseksi, jossa massaa käsitellään vetyperoksidilla alkalisen aineen ja kyllästetyn vesihöyryn läsnäollessa, tunnettu siitä, että massaa käsitellään metalleja kompleksoivalla tai sek-vestroivalla aineella pH:ssa, joka on 9 tai sen alle, pestään sitten pesutehokkuuden ollessa yli 95 % ja saatetaan lopuksi vetyperoksidin vaikutuksen alaiseksi lämpötilassa 145 - 245°C, kyllästetyn vesihöyryn paineessa kyseisessä lämpötilassa 1-30 minuutin ajaksi, vetyperok-sidikäsittelyn tapahtuessa eri aikaan kuin mekaaninen kuidutus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompleksoivan tai sekvestroivan aineen määrä on 0,1 - 1 %.

3. Patenttivaatimuksen l tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittely kompleksoivalla tai sekve-stroivalla aineella toteutetaan pH:n ollessa 6-8.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittely kompleksoivalla tai sekve-stroivalla aineella toteutetaan lämpötilan ollessa 50 -95 °C.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pesu toteutetaan lämpötilan ollessa 20 - 90°C.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vetyperoksidin määrä on 2 - 10 %.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vetyperoksidin vaikutuksen aikana läsnä oleva alkalinen aine on natriumhydroksidi, jota käytetään 0,25 - 5 % ja jonka painosuhde vetyperoksidiin on 0,2 - 1. 93749

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aika, jonka vetyperoksidi vaikuttaa, on alle 15 minuuttia.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vetyperoksidi vaikuttaa kun läsnä on yhdistettä, jolla on siihen nähden stabiloiva vaikutus.

9 '5 Ί 4 9

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhdiste, jolla on stabiloiva vaikutus, valitaan ryhmästä, jonka muodostavat natriumsilikaatti, magnesiumin suolat ja poly(a-hydroksiakryyli)hapon johdannaiset .