PL238047B1 - Sposób wytwarzania papierniczych mas celulozowych niebielonych siarczanowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania papierniczych mas celulozowych niebielonych siarczanowych o liczbie kappa (l. k.) 20-55 jedn., przeznaczonych zwłaszcza do wytwarzania papierów i tektur opakowaniowych.

Znany sposób wytwarzania papierniczych mas celulozowych siarczanowych, przeznaczonych do wytwarzania papierów i tektur opakowaniowych, polega na tym, że surowiec w postaci zrębków drewna drzew iglastych i liściastych poddaje się roztwarzaniu w roztworze wodnym roztworu wodorotlenku sodu i siarczku sodu, zawierającym te alkalia czynne w ilości umożliwiającej roztworzenie drewna na masy celulozowe o l.k. odpowiednio 15-20 jedn. oraz 25-65 jedn., to jest o zawartości ligniny resztkowej odpowiednio 2,25-3% oraz 3,75-9,75% (Przegląd Papierniczy 37, 3-7,1981), przy siarczkowości ługu warzelnego równej 25-35%, w temperaturze 150-172°C w czasie 60-120 minut. Po zakończeniu roztwarzania ług powarzelny odciąga się, roztworzone surowce włókniste rozwłóknia, a uzyskaną masę celulozową myje się w urządzeniach myjących i następnie sortuje w celu oddzielenia nieroztworzonych cząstek drewna (niedowarków) od dobrych włókien.

Z czasopism Bioresource 10(4), 8552-8564 oraz z czasopisma Cellulose Chemistry and Technology 52(3-4), 283-289 jest znany sposób wytwarzania mas celulozowych miskantowych przeznaczonych do bielenia, o l.k. około 15 jedn., z łodyg miskanta olbrzymiego pociętych na odcinki o długości 310 mm, polegający na roztwarzaniu surowca w wodnym roztworze NaOH i Na2S zawierającym te alkalia w ilości 18,5-18,6% wagowych w stosunku do b.s. masy łodyg miskanta, przy siarczkowości roztworu 25% w temperaturze 165°C w czasie 90 min.

Sposób wytwarzania papierniczych mas celulozowych niebielonych siarczanowych o liczbie kappa 20-55, przeznaczonych zwłaszcza do wytwarzania papierów i tektur opakowaniowych, z łodyg miskanta olbrzymiego (Miscanthus gigateus), polegający na roztwarzaniu jego łodyg w roztworze wodnym wodorotlenku sodu i siarczku sodu o siarczkowości 25% w temperaturze 165°C, następnie oddzieleniu ługu powarzelnego i poddaniu roztworzonego surowca włóknistego kolejno myciu, odsączeniu, rozwłóknieniu i sortowaniu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pozbawione liści łodygi miskanta olbrzymiego, pocięte na odcinki o długości 2-3 cm, roztwarza się w roztworze wodnym wodorotlenku sodu i siarczku sodu zawierającym te alkalia w ilości 10-15,5% wagowych w stosunku do b.s. masy łodyg miskanta, w czasie 120 minut.

Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie mas celulozowych siarczanowych przeznaczonych zasadniczo do wyrobu papierów pakowych i tekturowych, a także mas celulozowych przeznaczonych do bielenia.

Sposób wg wynalazku ilustruje następujący przykład z powołaniem się na rysunek, na którym przedstawiają:

Fig. 1 - wykresy ilustrujące wydajności warnikowe mas celulozowych bardzo miękkich, miękkich, normalnych i twardych siarczanowych miskantowych (oznaczonych jak M), siarczanowej sosnowej (oznaczonej jako S) i siarczanowej brzozowej (oznaczonej jako B), o l. k. 10-65, w funkcji tej liczby, fig. 2 - wykresy ilustrujące wydajności przesortowanych mas siarczanowych miskantowych, brzozowych i sosnowych, o l. k. 10-65, w funkcji l. k., fig. 3 - wykresy ilustrujące zawartość niedowarków w masach celulozowych siarczanowych warnikowych miskantowych, brzozowych i sosnowych, o l. k. 10-65, w funkcji l. k., fig. 4 - wykresy ilustrujące zawartość pęczków włókien w masach celulozowych siarczanowych miskantowych, brzozowych i sosnowych przesortowanych, o l. k. 10-65, w funkcji l. k., fig. 5 - wykres ilustrujący smarność Schopper-Rieglera w funkcji czasu mielenia mas celulozowych miskantowych o l. k. 10-56, w funkcji czasu mielenia w młynku Jokro, fig. 6 - wykres ilustrujący wskaźniki wytrzymałości na zerwanie mas celulozowych siarczanowych miskantowych o l. k. 10-56, w funkcji ich smarności, fig. 7 - wykres ilustrujący odporność na przedarcie mas celulozowych siarczanowych miskantowych o l. k. 10-56, w funkcji ich smarności, fig. 8 - wykres ilustrujący rozciągliwość mas celulozowych siarczanowych miskantowych o l. k. 10-56, w funkcji ich smarności, fig. 9 - wykres ilustrujący wskaźniki pochłaniania energii podczas rozciągania (wskaźniki TEA) mas celulozowych siarczanowych miskantowych, w funkcji ich smarności, fig. 10 - wykres ilustrujący wskaźniki przepuklenia mas celulozowych siarczanowych miskantowych, w funkcji ich smarności,

PL 238 047 B1 fig. 11 - wykres ilustrujący opory przepływu powietrza mas celulozowych siarczanowych miskantowych, w funkcji ich smarności.

P r z y k ł a d

Do badań użyto łodygi miskanta olbrzymiego pocięte na odcinki 2-3 cm, a także zrębki drewna brzozy i sosny, które przeszły przez sito laboratoryjnego sortownika o średnicy >23 mm i zatrzymały się na sicie o otworach 12 mm.

Roztwarzanie surowców włóknistych przeprowadzono w warniku obrotowym Santa-salo-Sohlberg w autoklawach o pojemności 300 cm³. W badaniach, w których porównywano wydajność mas celulozowych siarczanowych miskantowych i mas z drewna brzozy i sosny, a także zawartość w tych masach nieroztworzonych części drewna i pęczków włókien, użyto ługów warzelnych zawierających do roztwarzania miskanta, brzozy i sosny odpowiednio 10-20,5%, 15-22% i 16-26% wagowych alkaliów w stosunku do b.s. surowca włóknistego. Do badań właściwości mas celulozowych siarczanowych miskantowych użyto masy celulozowe miskantowe o l. k. 55,9, 39,1,29,5, 23,0 i 13,0, uzyskane w wyniku poddania łodyg miskanta roztwarzaniu metodą siarczanową z użyciem ługu warzelnego zawierającego odpowiednio 10, 12, 13, 15,5 i 19% wagowych alkaliów czynnych w stosunku do b.s. masy tych łodyg. Siarczkowość ługu warzelnego, moduł ciecz warzelna: surowiec, czas podgrzewania do temperatury maksymalnej i czas roztwarzania w tej temperaturze były we wszystkich próbach takie same i wynosiły odpowiednio: 25%, 4, 120 minut, 120 minut i 165°C. Po zakończeniu roztwarzania odciągnięto ług warzelny, roztworzone surowce włókniste przemyto wodą destylowaną w lejku Buchnera, myto dyfuzyjnie wodą destylowaną przez 16 godzin w wiadrze, odsączano, rozwłókniono w rozwłókniaczu laboratoryjnym, 1 a następnie poddawano sortowaniu w sortowniku laboratoryjnym Weverk wyposażonym w szczeliny o szerokości 0,2 mm.

Następnie oznaczano stopień roztworzenia (liczbę kappa) według normy TAPPI 236 om-13, wydajność mas celulozowych miskantowych, brzozowych i sosnowych z niedowarkami (wydajność warnikowa) i bez niedowarków (wydajność masy przesortowanej), zawartość niedowarków w masach warnikowych, a także zawartość pęczków włókien w masach celulozowych przesortowanych z tych surowców.

Zbadano również podatność na mielenie mas celulozowych siarczanowych z miskanta oraz ich właściwości w postaci arkusików papieru, istotne z punktu widzenia zastosowania tych mas w stanie bielonym i niebielonym, takie jak wytrzymałość na zerwanie, odporność na przedarcie, rozciągliwość, przepuklenie, wskaźnik pochłaniania energii (wskaźnik TEA) oraz przepuszczalność powietrza. Mielenie mas wykonano w młynku Jokro według normy PN-EN 25264-3 (1999), natomiast smarność Schopper-Rieglera oznaczono według normy PN-EN ISO 5267-1 (2002), Pozostałe badania wykonano odpowiednio wg PN-EN ISO 1924-2-2008 (Wytrzymałość na zerwanie, rozciągliwość, TEA), PN-EN ISO 1974-2012 (odporność na przedarcie), PN-EN ISO 2758-2004 (przepuklenie), ISO 5636-5-2003 (opór przepływu powietrza).

Z wykresów stanowiący fig. 1-4 rysunku wynika, że:

- wydajność warnikowa mas celulozowych siarczanowych miskantowych jest z reguły porównywalna z wydajnościami mas celulozowych brzozowych i znacznie wyższa od wydajności mas celulozowych sosnowych,

- wydajność mas celulozowych przesortowanych z miskanta jest z reguły wyższa od wydajności przesortowanych mas celulozowych brzozowych i sosnowych,

- zawartość nieroztworzonych części drewna w masach celulozowych warnikowych miskantowych, jest niższa niż w masach celulozowych z drewna,

- zawartość pęczków włókien w masach celulozowych warnikowych miskantowych, jest niższa niż w masach celulozowych z drewna sosnowego, a zwłaszcza brzozowego.

Z wykresu stanowiącego fig. 5 wynika, że masy celulozowe siarczanowe z miskanta osiągają określoną smarność mniej więcej po tym samym czasie mielenia w młynku Jokro.

Z wykresu stanowiącego fig. 6 rysunku wynika, że masy celulozowe z miskanta, po mieleniu w młynku Jokro do smarności 30°SR, osiągają wytrzymałość na zerwanie równą 65-70 N-m/g. Aby charakteryzowały się one wyższą wytrzymałością na zerwanie, na przykład 75-95 N-m/g należy zemleć je do smarności 50°SR.

Z wykresu stanowiącego fig. 7 rysunku wynika, że odporność na przedarcie mas celulozowych miskantowych rośnie wraz ze wzrostem ich smarności do 50°SR. Przy tej smarności odporność na przedarcie mas miskantowych wynosi od 8 do prawie 10 mN-m²/g.

PL 238 047 B1

Jak widać na wykresie stanowiącym fig. 8 rysunku, maksymalna rozciągliwość arkusików przygotowanych w warunkach laboratoryjnych z mas celulozowych miskantowych wynosi 2,5%, co jest wartością zbliżoną do rozciągliwości mas celulozowych wytworzonych z drewna brzozy.

Z wykresu stanowiącego fig. 9 rysunku wynika natomiast, że masy celulozowe siarczanowe z miskanta, o odpowiednim stopniu roztworzenia (I. k.) i po odpowiednim zmieleniu mogą osiągać stosunkowo wysoką zdolność do pochłaniania energii podczas rozciągania (wysoki wskaźnik TEA)-cechę ważną dla papierów workowych. Na przykład w przypadku arkusików papieru z masy celulozowej miskantowej o l. k. 39,3, wartość wskaźnika TEA wynosiła 90 J/m² (tj. 1,2 J/g), co jest wartością tej cechy zbliżoną do wartości TEA zwykłego papieru workowego, natomiast w przypadku arkusika papieru z masy celulozowej miskantowej miękkiej, wskaźnik TEA wynosił około 125 J/m² (1,6 J/g).

Jak widać z wykresu stanowiącego fig. 10 rysunku, wskaźnik przepuklenia mas celulozowych miskantowych rośnie wraz ze wzrostem smarności tych mas. Wskaźnik ten zwiększa się wraz ze zmniejszeniem l. k. mas celulozowych. Wskaźnik przepuklenia mas celulozowych miskantowych jest porównywalny z wartościami tego wskaźnika mas celulozowych z drewna liściastego.

Z wykresu stanowiącego fig. 11 rysunku wynika, że opór przepływu powietrza mas celulozowych miskantowych, po ich zmieleniu, jest wyższy od oporu powietrza standardowego papieru workowego z masy celulozowej z drewna iglastego, który wynosi < 20 sekund. Jest on jednak porównywalny z oporem przepływu powietrza masy celulozowej siarczanowej brzozowej, podanym w literaturze równym 100-310 sekund.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania papierniczych mas celulozowych niebielonych siarczanowych o liczbie kappa 20-55, przeznaczonych zwłaszcza do wytwarzania papierów i tektur opakowaniowych, z łodyg miskanta olbrzymiego (Miscanthus gigateus), polegający na roztwarzaniu jego łodyg w roztworze wodnym wodorotlenku sodu i siarczku sodu o siarczkowości 25%, w temperaturze 165°C, następnie oddzieleniu ługu powarzelnego i poddaniu roztworzonego surowca włóknistego kolejno myciu, odsączeniu, rozwłóknieniu i sortowaniu, znamienny tym, że pozbawione liści łodygi miskanta olbrzymiego, pocięte na odcinki o długości 2-3 cm, roztwarza się w roztworze wodnym wodorotlenku sodu i siarczku sodu zawierającym te alkalia w ilości 10-15,5% wagowych w stosunku do b.s. masy łodyg miskanta, w czasie 120 minut.