NO143298B - Friserapparat. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av cellulosemasse.

Foreliggende fremgangsmåte angår en

fremgangsmåte til fremstilling av cellulosemasse, slik som trecellulose ved kokning av lignocelluloseholdige materialer med alkaliske væsker. Særlig angår oppfinnelsen kokning av slike materialer i

nærvær av et middel som øyensynlig hindrer forbruk av alkaliske reaksjonsmidler i slike reaksjoner hvor alkali forbrukes uten at lignin oppløses, slik at de alkaliske reaksjonsmidler gjøres mere effektive som m ass ek okinlngs materialer.

Ved vanlige masseprotester kokes: en

charge av lignocelluloseholdige materialer, slik som treflis, strå, bambusflis og liknende, i et lukket kar ved en forhøyet temperatur i området fra 150° C til 190° C, og ved tilsvarende trykk, vanligvis i området fra 4,6—12,0 kg/cm<2>. Den alkaliske fremgangsmåte utføres, som navnet sier, ved en alkalisk pH-verdi. Natriumhydroksyd kan være det eneste oppslutningsmiddel som er tilste-de, slik som i den såkalte soda-prosess. Blandinger av natriumhydroksyd og natriumsulfid sammen med en viss mengde na-triumkarbonat anvendes ved kraft- eller sufatprosessen. Det anvendes normalt mellom 30 og 90 gram pr. liter av disse midler, beregnet som Na.,0, og uttrykt på en annen måte, er mengden av aktivt reaksjonsmid-del i væsken vanligvis mellom 15 og 20 % og oftest mellom 16 og 18 %, beregnet som Na.,0, og beregnet på den tørre vekt av det lignocelluloseholdige materiale, for fremstilling av masser som skal blekes.

Ved de forskjellige alkaliske prosesser

og modifikasjoner av disse har den kombi-nasjon av høy alkalitet og forhøyede temperaturer og trykk som anvendes ved kok-

ningen visse uheldige innvirkninger som er mer eller mindre akseptert som nødvendig onde. Skjønt ligninet omdannes til fjern - bar form og cellulosefibrene frigjøres, opp-løses samtidig under disse kraftige betingelser visse ønskede materialer, slik som hemi-cellulosene, og disse går derved tapt. Ligninavbygningsproduktene som. er til stede i treet og tremassemediet blir delvis overført til mørkfargede legemer som inn-virker på cellulosens farge, og cellulosekje-dene blir til en viss grad hydrolysert eller brutt. Som et resultat fjernes mere materiale enn nødvendig, og utbyttet er lavt i et område fra 43 % til 48 % blekbar masse, beregnet på vekten av det anvendte tre. Hvis kokningen var mindre drastisk, ville mindre av hemi-cellulosen fjernes og færre av de mindre molekylkarbohydrater ville spaltes til kortere kjedelengder, og som et resultat kunne det oppnås høyere utbytter av masse. Det skulle være mulig i tilfelle av fullstendig kokte masser å øke utbyttet til 50 % — 60 % etter prosessen og fremdeles

ha. en masse med sammenlignbar styrke og utseende. Tilbakeholdelse av mere av hemi-cellulosen ville være fordelaktig, da et slikt materiale hjelper til ved maling av massen og utvikling av styrkeegenskaper for papi-ret. Videre ville, hvis masseprosessen kunne modifiseres for å minske eller unngå dan-nelse av fargede legemer, fibrene være lettere å bleke. Dessuten hvis mindre kraftige betingelser kunne anvendes, kunne en avgjort forbedring i massens styrke oppnås. Det ville bli mindre degradering av cellulosen med bedre kjedelengder, slik som vist ved høyere dispergerings- og viskositets-verdier.

Skjønt det er -kjent at en mild kokning kan sikres ved å redusere kaustikkinnhol-det, må dette ordinært kompenseres av en vesentlig øket kokesyklus. Ved teknisk drift er det ikke ønskelig av økonomiske grunner å øke koketiden unødvendig.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor en forbedret fremgangsmåte til massedannelse av cellulosematerialer, slik som trecelluilose.

En annen hensikt med foreliggende oppfinnelse er en forbedret fremgangsmåte for massefremstilling av nåletrær.

En videre hensikt med foreliggende oppfinnelse er en massefremstilMng for lig-nocellluloseholdige materialer som krever betydelig nedsatt mengde alkali.

En videre hensikt med oppfinnelsen er en massefremstillingsprosess for lignocelLu-losehdldige mterialer, hvilket resulterer i øket masseutbytte.

Andre hensikter med foreliggende oppfinnelse fremgår av det følgende.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det bliitt funnet at en tilsetning av hydrazin til alkaliske oppslutningsvæsker i visse mengder betydelig øker utbyttet av delig-niferte fibre og derti! gir en masse av used-vanlig høy viskositet og forbedret lyshet. Ved å erstatte en del av det vanlige alkaliske reaksjonsmidlet med hydrazin, resulterer den mindre drastiske kokning i mindre fjernelse av hemi-cellulose og mindre spaltning av de mindre molekylkarbohydrater.

Skjønt det ikke fullstendig forståes hvorfor bruken av hydrazin i en alkalisk kokevæske resulterer i sterkt forbedrede massieproisesser, antas det å skrive seg fra hydrazinets affinitet til karbonylgrupper i cellulosen. Denne affinitet resulterer i sta-bilisering av cellulosen på en slik måte at det gjør kaustikkmaterialene selektive i dets virkning like overfor lignln. Øyensynlig får hydrazinet alkaliet til først å reagere med lignin og andre lett fjernbare materialer, og etterlater cellulose og hemi-cellulose in-takt. I denne henseende er det ved forsøk med en fullstendig bleket masse fastslått at hydrazin ikke hindrer alkali fra å an-gripe cellulose. På grunn av dette synes det som om det undertrykker en slak virkning inntil alt ikke-celluloseholdig materiale eller mer lettreaktive materialer som er til stede i flisen er oppløst. Skjønt et antall reduserende midler er blitt fore-slått i litteraturen som middel til å lette massefremstilllng, gir ingen av disse en så betydelig modifikasjon med hensyn til bå-de utbytte- og masseegenskaper som det som oppnås ved bruk av hydrazin. Av denne grunn synes det som om virkningen av hiydrazin i et alkalisk massefremstillings-system ikke bare skriver seg fra dets reduserende egenskaper.

Hydrazinet og alkaliet må anvendes i visse forhold i massefremstillingsvæsken f ot å oppnå en fordelaktig kodning av massen. Hvis hydrazin. anvendes i en masse-fremstiilingsvæske med full styrke inne-holdende de vanlige 15—20 % aktivt alkali beregnet som Na„0 og basert på den tørre vekt av treet, realiseres ikke den fullsten-dige beskyttelsesvirkning for karbonylgrup-pene av hydrazinet. Av denne grunn er hydrazinet vanligvis effektivt bare når det anvendes ikke mer enn 13 % aktivt alkali, beregnet som Na,,0 og basert på den tørre vekt av treet. Det er blitt funnet at et maksimum utbytte av masse med de mest ønskelige egenskaper vanligvis oppnås når Na,0-innholdet ikke overskrider 10 %. Da treflisen ikke defibreres fullstendig når det anvendes mindre enn 7 % alkali, vil det vanligvis være ønskelig å arbeide innenfor det spesielle effektive område på 7—10 % alkali. Hvis det er ønskelig med en halv-kjemisk massefreimigangsmåte, er det mulig å anvende 3—7 % alkali etterfulgt av mekanisk defibrering. Hydrazinet vil vanligvis, anvendes i området 12—30 %, beregnet på den tørre vekt av flisen. Mengder i overskudd >av 30 %, silik som opp til 40 % gir vanligvis liten eller ingen ekstra fordel. Under 12 % hydrazin fåes en gradvis man-gel i fullstendig beskyttelse av cellulosen mot kaustikken.

Under 8 % har hydrazinet liten eller

ingen virkning.

Massefremstillingsvæsken vil innehol-de vann, den vanlige alkali og andre bestanddeler i tillegg til hydrazinet og treflisen. Natriumhydroksyd som er lett til-gjengelig, er det foretrukne alkali, skjønt det kan- anvendes andre alkalimetallhy-droksyder, slik som kaliumhydroksyd. Na-triums'ulfid og andre sulfider kan være til stede i væsken som anvendes i sulfatprosessen. Inerte bestanddeler som vanligvis er til stede i koke- eller «hvit-luten» og som anvendes i sulfatprosessen, er natriumkar-bonat, natriumsulfat, natriumsulfitt etc. Hydrazinhydrater kan anvendes i stedet for hydrazin, forutsatt at mengden av NH2NH3 til stede for reaksjonen ligger innenfor de angitte mengder.

Utbyttet av masse fremstillet med al-kalihydrazinvæsker ifølge foreliggende oppfinnelse, er generelt i området fra 50— 56 % og leilighetsvis så høyt som 60 %,

basert på den opprinnelige mengde treflis eller ca. 10—15 % høyere enn det som opp-

nås med vanlig kraftvæske. Det økede utbytte av masse og behovet for å anvende vesentlig mindre enn den vanlige mengde alkali, resulterer i en meget effektiv prosess.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er særlig nyttig ved nåletrær, særlig furu, da disse byr på et langt større problem i forbindelse med å oppnå høyt utbytte av et produkt med ønskede egenskaper. Det er generelt langt mindre van-skelighet med hårde tresorter ved å oppnå høye utbytter som har de ønskelige P.N.-verdier og tilsvarende egnede viskosi-tetar.

Da (furu normalt behandles ved hjelp av kraft- eller sulfatprosessen, idet det anvendes en blanding av natriumhydroksyd og natriumsulfid, er hydrazinet særlig nyttig i dette tilfelle. En videre grunn til bruken av natriumsulfid er at det tjener som gift for ioner som ellers kan katalysere den farlige og eksplosive spaltning av hydrazin i et alkalisk system.

Betingelsene for massefremstillingsprosessen, bortsett fra det reduserte alkali-innhold, er generelt de samme som anvendt ved vanlige prosesser. Ordinært tillater nærvær av hydrazin bruk av temperaturer og trykk som er noe lavere emn det normale område på 150° C — 190° C og 4,6—12,0 kg/ cm-. Endog med hydrazin resulterer bruken av temperaturer og trykk som ligger langt under minimum av disse områder i ufullstendig fjernelse av lignin. Hvor det imidlertid bare kreves en delvis kokning, kan det anvendes mindre drastiske betingelser. Forholdet mellom alkalisk hydrazin-væske til celluloseholdig materiale, slik som treflis, skal være innenfor det normale område på 3:1 til 5:1. Sulfiditetinnholdet for kraftmassefremstillingsvæsker skal vanligvis ikke overskride 40 vektsprosent basert på det totale alkali, og oftest skal det være i området 15—35 %.

Standarduttrykkene som er anvendt for å angi kjemikalier i en kokning, er slike som er definert av Technical Association of the Pulp and Paper Industry. Det totale kjemikalieinnhold i en kokning er vekten av alle natriumsalter uttrykt som NaaO. Det totale alkali er vekten av NaOH + Na„S + Na,oCO;i + Na.SO,, alle uttrykt som Na^O. Det aktive alkali er vekten av NaOH + Na.,S angitt som Na.O. Aktivitet er lik vekten av aktivt alkali dividert med vekten av titrerbart alkali (NaOH -f Na,CO.( -f Na2S, alle uttrykt som NaaO). SUlfiditeten er vekten av sulfid uttrykt som Na20 dividert med den totale vekt av titrerbart alkali. Hydrazinet betraktes som en bestanddel av væsken når det uttrykkes forhold mellom væske og flis.

En videre fordel med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er forbedret kvalitet av massen med hensyn til den mengde middel som kreves for å bleke det. Ved vanlig kokning av treflis utføres kokningen til et punkt hvor utbyttet av massen beregnet på tørt tre før blekning, er mellom 43 % og 48 % og permanganat-tal-let (P.N.) er mellom 16 og 20 for mykt tre. P.N. er en indikasjon på oksygenbehovet for ubleket masse (brun masse) som igjen er en indikasjon på den mengde lignin og andre reduserende stoffer som er tilbake på fibrene og som må fjernes veid blekning. Med andre ord, jo høyere P.N.-tallet er, jo større mengde klor (og andre blekemidler) behøves. P.N. er ikke strengt kvantitativt, men er bare en indikasjon for et masse-fremstilllngs- eller blekesystem.

Masse fremstillet ifølge foreliggende oppfinnelse har generelt P.N.-verdier som er litt lavere enn slike som framstilles ved vanlig fremgangsmåte. Dessuten bleker en masse som er fremstillet ved denne oppfinnelse i virkeligheten lettere enn en vanlig kraftmasse som har liknende P.N., dvs. en lyshet på 80 kan vanligvis oppnås i fire trinn istedenfor de normale fem eller seks trinn. Hydrazinmasser karakteriseres derfor ved blekeletthet.

Et annet viktig trekk ved hydrazin-massefremstillingsprosessen er at styrken av massen ikke materielt senkes, slik som det gjøres i vanlige masseprosesser. Et mål for styrken av massen er cuprietylendi-amin-dispergerlngsviskositeten av massen, TAPPI Standard — :T-230 mm-50. Denne dispergerimgsviskositet er et mål for kjede-lengden for cellulosemolekyliene til stede i fibrene, og er en indikasjon av mengde degradering som opprinnelig skriver seg fra massefremstillingsprosessen, og senere skrivar seg fra bleknlngen. Den overlegne viskositet for hydrazinmasser gjenspeiler seg i bedre mullen og bretteverdier før blekning og delvis utvikling av disse egenskaper umiddelbart ved blekning.

Lyshetsverdier som er gitt her ble målt

på en General Electric lyshetsmåler.

Følgende eksempler vil tjene til videre å illustrere oppfinnelsen.

Eksempel 1:

En prøve på blandet furuflis behandles ved hjelp av kraftprosessen (idet det anvendes natriumhydroksyd og natriumsulfid som aktivt alkali) som følger:

Prøvene kokes i en lukket koker ved 177° C i 100 minutter etter at det har tatt 60 minutter å oppnå denne temperatur. Det iakttas at prøven som inneholder hydrazin utviklet litt større trykk emn den som ikke inneholder hydrazin,

Det kan sees fra dette eksempel at bruken av hydrazin med redusert Na20-innhold skaffer nesten en 10 %'s økning i utbyttet, skjønt massefremstillingen fore-går i det vesentlige til samme hårdhet, dvs. ca. 15. I tillegg har hydrazinmasisen en langt større lyshet og viskositet enn kon-trollprøven som er massebehiandiet i fravær av hydrazin.

Den ublekede hydrazinmasse ifølge eksempel! 1 krever i virkeligheten en mindre periode for maling i kulemølle eller hydratisering for å oppnå en masse som har den mest egnede mullen-, rive- og bretteegenskap enn kontrollen eller vanlig masse. Ved denne kortere hydratiseringsperiode er de respektive egenskaper for hy-drazinmassen lik eller overlegen like overfor egenskapene for vanlig masse, endog ved dets forlengede hydratiseringsperiode. Hydratiseringsevnen for hydrazinmasse er endog videre fremhevet ved blekning.

Idet det anvendes både på kontroll og prøve I en vanlig seksibrinns-blekning i en rekkefølge med (% av totalt klor beregnet som Cl2): (1) 53 % klor, (2). 33 % kalsium-hypoktoritt, (3) natriumhydroksydekstrak-sjon, (4) 10 % kalsiumhypokloritt, (5): na-triumhydroksydekstraksjon, og (6) 4 % kalsiumhypokloritt, oppnåddes følgende re-sultater:

Eksempel 2:

Kontroll A viser at hydrazin i fravær av alkali ikke letter massefremstillingen. Kontroll B viser en normal sodamassefrem-stiliing imed en karakteristisk lav viskositet og dårlig utbytte. I prøve 1 oppnås en masse i et øket utbytte med utmerket P.N. og viskositet, idet det bare er blitt anvendt halvparten, av den inormale mengde alkali. Selv om effekten av hydrazin ikke er så betydelig i fravær av sulfid, er det allikevel klart at effekten av massebehandlingen økes ved nærvær av dette.

Eksempel 3:

Dette eksempel illustrerer effekten av variasjoner av hydrazin- og kjemikalieinnhold (NaOH + Na,S) i flere kokninger. Alle prøver er kokt ved et 4:1 væske till flis forhold, i en periode på 60 minutter for å oppnå 177° C, og deretter i en periode på 100 minutter ved 177° C. Treet er igjen flis av furu fra Sydstatene.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en celluloseholdig masse, hvor et celluloseholdig materiale kokes med en vandig alka-likoke væske, karakterisert ved at kokevæsken, inneholder en meinigde hydrazin, som er minst 8 vektprosent basert på den tørre vekt av det celluloseholdige materiale.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at den vandige alkalikokevæske inneholder ikke mer enn 13 % aktivt alkali beregnet som Na20 og basert på den tørre vekt av celliulosemate-rialet.

3. Fremgangsmåte til fremstilling av tremasse, karakterisert ved at treflis behandles med en alkalisk kokevæske ved forhøyet temperatur og trykk, idet den nevnte væske inneholder 7—13 % aktivt alkali, beregnet som Na,0 og basert på den tørre vekt av flisen, og 8—30 vektprosent hydrazin, basert på flisens tørre vekt.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 3, karakterisert ved at den nevnte væske har et sulifiditetsinnhold på 15—40 %.