NO300901B1 - Fremgangsmåte for å bevare de mekaniske styrkeegenskaper for kjemisk papirmasse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bevare de mekaniske styrkeegenskaper for kjemisk papirmasse under behandling av disse masser med det formål å delignifi-sere eller bleke dem. Mer spesielt angår den en prosess hvor delignifiseringen eller blekebehandlingen av disse masser omfatter en sekvens av to etterhverandre følgende trinn med en peroksydisk reagens, idet det første trinn gjennomføres i et surt medium og det andre trinn i et alkalisk medium.

Det er kjent å behandle ublekede kjemiske papirmasser oppnådd ved koking av lignocellulosematerialer, ved hjelp av en sekvens av delignifiserings- og/eller blekebehandlings-trinn, som omfatter anvendelse av oksyderende kjemiske produkter. Blant disse kjemiske produkter har klor og klorholdige oksydasjonsmidler, så som klordioksyd og natriumhypo-kloritt, alltid vært og er fremdeles mest utbredt anvendt på grunn av de delignifiserende og blekende egenskaper med henblikk på fremstilling av masser som har høy hvithetsgrad og høy grad av mekanisk styrke, og som er tiltenkt anvendelse for fremstilling av kvalitetspapirtyper.

De forskningsarbeider som er blitt gjennomført i de senere år når det gjelder beskyttelse av miljøet, har vist den forurensende effekt av flytende avløp som inneholder organiske klorrester, spesielt slike fra blekeanlegg i papir-massefabrikker. Ny lovgivning dukker opp i mange land, hvor det av og til pålegges alvorlige begrensninger på mengden av organisk, klorholdig avfall i industrielle avløp. Dette resulterer i forskningsaktivitet når det gjelder papirindu-strien, for å oppnå mindre forurensende massebehandlings-sekvenser og som fører til prosesser som har et redusert forbruk av klorholdige reagenser eller slett ikke noe forbruk av slike.

Blant de mulige substitutter for klor og klorholdige reagenser, er peroksydiske produkter de materialer som velges på grunn av disse materialers harmløshet ovenfor miljøet.

Delignifiseringssekvenser for kjemiske masser, hvor det anvendes to etter hverandre følgende trinn som omfatter peroksydiske reagenser, er kjente. TAPPI-dokumentene fra 1982 International Pulp Bleaching Conference, s. 145 - 151, D. Lachenal, C. de Choudens, L. Soria og P. Monzie "Optimization of bleaching sequences using peroxide at first stage" be-skriver på s. 146, tabell 3, en sekvens hvor det anvendes to trinn med hydrogenperoksyd, det første i et surt medium og det andre i et alkalisk medium. I denne prosess anvendes bare ubetydelige mengder hydrogenperoksyd (0,5 vekt% i forhold til tørr masse) i hvert av trinnene. Dersom mengden av hydrogenperoksyd som anvendes økes for å oppnå en mer gjennomgående delignifisering tilsvarende den som oppnås med de tradisjonelle bleke-/delignifiseringssekvenser hvor det er involvert klorholdige reagenser, blir det funnet en hurtig minsking i selektiviteten for delignifiseringen, noe som viser seg ved at viskositeten for massen som behandles på denne måte avtar.

Oppfinnelsen overvinner denne ulempe ved kjente prosesser ved å tilveiebringe en ny delignifiserings- og/eller blekeprosess for kjemiske papirmasser, idet denne prosess fører til at det oppnås høye grader av delignifisering samti-dig som den indre kvalitet for cellulosen og vektutbyttet av produsert masse opprettholdes.

For dette formål angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å bevare de mekaniske styrkeegenskaper for en kjemisk papirmasse under en 2-trinns delignifiserings- og/eller blekebehandling ved hjelp av en peroksydisk reagens, idet det første trinn gjennomføres i et surt medium og det andre trinn i et alkalisk medium, og denne prosess er det karakterisert ved at en behandling med en reduserende forbindelse gjennom-føres mellom de to trinn.

Ifølge oppfinnelsen skal det ved en kjemisk papirmasse forstås masse som har gjennomgått en delignifiseringsbe-handling i nærvær av kjemiske reagenser, så som natriumsulfid i et alkalisk medium (kraft-koking eller sulfat-koking), svoveldioksyd eller et metallsalt av svovelsyrling i et surt medium (sulfitt-koking), et surt salt av svovelsyrling i et nøytralt medium (nøytral sulfitt-koking, også kalt NSSC-koking).

Oppfinnelsen beskjeftiger seg spesielt med masser som har gjennomgått en kraft-koking, og hvor rest-lignininnholdet etter koking er i størrelsesorden av kappatall mellom 15 og 35, avhengig av de trebestanddeler som massene kommer fra, og av kokeprosessens effektivitet. Alle tretyper som anvendes for fremstilling av kjemiske masser er egnet for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og spesielt de som anvendes for kraft-masser, nemlig harpiksholdige tretyper, så som f.eks. de forskjellige arter av furu og gran, og hardtre-sorter, så som f.eks. bøk, eik og agnbøk.

Den peroksydiske reagens skal forstås å bety enhver uorganisk eller organisk reagens som i sitt molekyl inneholder to oksygenatomer bundet til hverandre med en kovalent binding. De peroksydiske forbindelser kan velges fra gruppen som omfatter hydrogenperoksyd, metallperoksydene, og spesielt alkalimetallperoksydene eller jordalkalimetallperoksydene, så som natriumperoksyd, uorganiske persalter, så som perborater, perkarbonater og persulfater, uorganiske persyrer, så som monoperoksysvovelsyre (Caros syre) og diperoksysvovelsyre, organiske persyrer, og spesielt de som har 2-7 karbon-atomer, så som peroksyeddiksyre og peroksypropionsyre samt salter av disse, og organiske hydroperoksyder og peroksyder. Gode resultater er blitt oppnådd med hydrogenperoksyd, monoperoksysvovelsyre og natriumsaltene av disse, peroksyeddiksyre og natriumperoksyacetat. Det er uvesentlig hvorvidt den peroksydiske reagens er identisk i de to prosesstrinn eller ikke er den samme i det sure trinn og i det alkaliske trinn. De beste resultater ble oppnådd med en sekvens med Caros syre/alkalisk hydrogenperoksyd (symbolisert i det følgende med initialene Ca-P) og også med en sekvens hydrogenperoksyd/alkalisk hydrogenperoksyd (symbolisert i det følgende med initialene Pa-P)•

pH-verdien i det første trinn med en peroksydisk forbindelse ifølge oppfinnelsen, er sur og generelt under 5. Fortrinnsvis er denne pH-verdi mellom 0,5 og 3,5.

pH-verdien i det andre trinn med en peroksydisk forbindelse må være alkalisk og som oftest over 9. Fortrinnsvis er pH-verdien mellom 10,5 og 13,5.

I henhold til oppfinnelsen kan den reduserende forbindelse i det mellomliggende trinn være ethvert reduserende produkt som anvendes i industrien for bleking av papirmasse. Eksempler på slike reduserende produkter er formamidin-sulfinsyre (FAS) og ammonium, alkalimetall eller jordalkali-metallsalter av denne, borhydridene, hydrosulfittene, sulfittene eller bisulfittene av ammonium, et alkalimetall eller jordalkalimetall. FAS og natriumborhydrid har gitt gode resultater. FAS er foretrukket på grunn av den bedre virk-ning .

Mengden av reduserende middel som anvendes i det mellomliggende trinn er generelt mellom 0,05 og 1,5 vekt% i forhold til den tørre masse. De foretrukne mengder er mellom 0,08 og 1,0%. Selv en mengde på 0,1% gir gode resultater.

Mellom det første trinn med den peroksydiske forbindelse og det mellomliggende reduserende trinn kan det gjennomføres vasking av massen med vann, fulgt av en oppkonsentrering til et tørrstoffinnhold som er identisk med tørrstoffinnholdet i det første trinn. En fordelaktig variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at det ikke gjennomføres noen vasking av massen mellom det første trinn med den peroksydiske forbindelse og det mellomliggende trinn med den reduserende forbindelse. Likeledes er det mulighet for å gjennomføre vasking og gjenkonsentrering av massen etter det mellomliggende reduserende trinn, før massen behandles med den alkaliske peroksydiske forbindelse. Her igjen er en fordelaktig variant ikke å gjennomføre noen vasking mellom det mellomliggende reduserende trinn og trinnet med den alkaliske peroksydiske forbindelse.

Det er uvesentlig hvorvidt pH-verdien i det mellomliggende reduserende trinn er på den sure eller alkaliske side. Gode resultater er blitt oppnådd med en alkalisk pH-verdi mellom 10,5 og 13,5.

Varigheten, temperaturen og konsistensen i det mellomliggende reduserende trinn er ikke kritisk. De må imidlertid velges omhyggelig i hvert enkelt tilfelle som en funksjon av forskjellige parametere, så som tretypens natur og arten av den reduserende forbindelse, kappatallets størrelse, etc. Valget av disse betingelser bestemmes ved hjelp av systema-tiske laboratorieforsøk som ligger innenfor kvalifikasjonene for enhver fagmann som vil optimalisere reaksjonsparametrene. Som en generell regel vil varigheten være mellom 10 og 120 minutter, temperaturen vil være mellom 40 og 90°C og konsistensen vil være mellom 5 og 3 0 vekt%. Betingelser på 20 minutter, 60°C og 15% konsistens har gitt gode resultater i tilfelle av en harpiksholdig masse med kappatall 3 0 (ubehand-let, ubleket masse fra kraft-koking).

En fordelaktig variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i at det før de tre behandlingstrinn: Sur peroksydisk forbindelse - reduserende forbindelse - alkalisk peroksydisk forbindelse, gjennomføres et for-delignifiseringstrinn. I dette for-delignifiseringstrinn er det likegyl-dig hvilken delignifiserende reagens som anvendes, og den kan være klor, klordioksyd eller en blanding av disse to reagenser, den kaustiske soda/antrakinon-blanding, oksygen eller en blanding av oksygen og hydrogenperoksyd. Av økologiske grun-ner er det ofte ønskelig ikke å anvende noen klorholdig reagens i dette for-delignifiseringstrinn. Av denne grunn er det generelt foretrukket å anvende oksygen eller kombinasjo-nen av oksygen/hydrogenperoksyd som den delignifiserende reagens.

I en annen variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, dersom det er ønsket å oppnå en høy hvithetsgrad, kan det andre trinn med en alkalisk, peroksydisk forbindelse etterfølges av en sekvens av tradisjonelle bleketrinn som omfatter eller ikke omfatter klorholdige reagenser. Det følgende er eksempler på slike trinn: Klordioksyd, natrium-hypokloritt, ekstraheringer med kaustisk soda i nærvær eller i fravær av hydrogenperoksyd.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er svært godt egnet for fremstilling av halvblekede masser fri for organiske klorrester. Av denne grunn kan den anvendes for fremstilling av masser som anvendes ved fremstilling av innpakningspapir for anvendelse i næringsmiddelindustrien.

De følgende eksempler er gitt for å illustrere oppfinnelsen.

Eksempel IR (ikke i henhold til oppfinnelsen)

En prøve av kjemisk furumasse som har gjennomgått en kraft-koking (opprinnelig lyshet 27,4°ISO målt i henhold til standard ISO 2470, kappatall 29,3, målt i henhold til standard SCAN Cl:59) ble blandet med 1 vekt% H202 og 1 vekt% H2S04, i forhold til tørr masse. Det ble tilsatt deionisert vann i den mengde som var nødvendig for å oppnå en konsistens på 15%, og prøven som inneholdt reagensene ble anbrakt i en polyetylenpose, som etter omhyggelig knaing ble neddykket i et vannbad som termostatisk var regulert til 60°C. Etter 2 timers reaksjon ble massen vasket i et volum deionisert vann som tilsvarte 40 ganger dens tørre vekt. Etter filtrering over et Buechner-filter ble massen overført til en annen polyetylenpose og behandlet med 1 vekt% H202 og 2 vekt% NaOH, i forhold til tørr masse. Deionisert vann ble så tilsatt for å regulere konsistensen til 12%, og massen ble knadd for å homogenisere reagensene, og fikk så reagere i 1 time i et vannbad termostatisk regulert til 60°C.

Etter reaksjonen ble massen vasket i et volum av deionisert vann som tilsvarte 40 ganger massens tørre vekt og fil-trert over et Buechner-filter. Dette ble etterfulgt av en be-stemmelse av den behandlede masses viskositet i henhold til den prosedyre som er beskrevet i standard TAPPI T 23 0.

Resultatet av viskositetsmålingen var 13,2 mPa-s.

Eksempel 2 (i henhold til oppfinnelsen)

Eksempel IR ble gjentatt, idet det mellom de to H202-trinn ble anordnet et reduserende behandlingstrinn, hvor 0,1 vekt% formamidin-sulfinsyre og 1,5 vekt% NaOH ble anvendt ved en konsistens på 15% i 20 minutter og ved 60°C. Etter det mellomliggende reduksjonstrinn ble det gjennomført vasking av massen ved de samme betingelser som i eksempel IR, og massen ble så behandlet med alkalisk hydrogenperoksyd. Mengden av NaOH i det alkaliske hydrogenperoksyd var imidlertid redusert til 0,5% for å anvende den samme totale mengde NaOH som i eksempel IR.

Resultatet av viskositetsmålingen av den behandlede masse var 15,1 mPa-s.

Eksempel 3R (ikke i henhold til oppfinnelsen) og

eksempel 4 (i henhold til oppfinnelsen)

Eksempler IR og 2R ble gjentatt med en annen furu-kraftmasse med kappatall 23. Ved slutten av behandlingen ble kappatall ene (i henhold til standard SCAN Cl:59) og rive-styrketallet (i henhold til standard TAPPI T 414) målt.

De oppnådde resultater var som følger:

Eksempel 5R (ikke i henhold til oppfinnelsen) og

eksempel 6 (i henhold til oppfinnelsen)

Eksempler IR og 2R ble gjentatt med den samme furu-kraftmasse med kappatall 2 9,3, idet det første trinn med surt hydrogenperoksyd ble erstattet av et trinn med Caros syre i en mengde på 2 vekt% av Caros syre, i forhold til tørr masse.

Resultatene av måling av polymerisasjonsgraden var:

Eksempel 7R (ikke i henhold til oppfinnelsen) og eksempler 8 og 9 (i henhold til oppfinnelsen)

En furu-kraftmasse med kappatall 23 ble behandlet ved hjelp av en delignifiserings-/lavklor-blekesekvens med føl-gende karakteristikker:

Følgende resultater ble målt:

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for bevaring av de mekaniske styrkeegenskaper for en kjemisk papirmasse under en 2-trinns delignifiserings- og/eller blekebehandling ved hjelp av en peroksydisk reagens, hvor det første trinn gjennomføres i et surt medium og det andre trinn i et alkalisk medium, karakterisert ved en behandling med en reduserende forbindelse gjennomføres mellom de to trinn.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den reduserende forbindelse velges fra formamidin-sulfinsyre og borhydridene, hydrosulfittene, sulfittene eller bisulfittene av ammonium, et alkalimetall eller et jordalkalimetall.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den reduserende forbindelse er formamidin-sulfinsyre.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den reduserende forbindelse er natriumborhydrid.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at den reduserende forbindelse anvendes i et alkalisk medium.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at den peroksydiske forbindelse i det første trinn er peroksymonosvovelsyre (Caros syre).

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at den peroksydiske forbindelse i det første trinn er hydrogenperoksyd. -

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at den peroksydiske forbindelse i det andre trinn med peroksyd er hydrogenperoksyd.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at det før de tre trinn for behandling med en sur peroksydisk forbindelse - reduserende forbindelse - alkalisk peroksydisk forbindelse, gjennomføres et for-delignifiseringstrinn fritt for klorholdig reagens.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at for-delignifiserings-trinnet er et oksygentrinn eller et trinn med kombinasjon av oksygen og hydrogenperoksyd.