NO174723B - Fremgangsmaate for fremstilling av tremasse - Google Patents

Description

Papir eller papp fremstilles ved at man danner en vandig cellulosesuspensjon (ofte kalt en tynnsuspensjon), avvanner suspensjonen for fremstilling av et ark som deretter tørkes. Awanningen og tørketrinnene utformes slik at arket har de ønskede egenskaper for det endelige sluttprodukt enten dette er papir eller papp, og den videre bearbeidingen innbefatter ka-landrering eller andre typer overflatebehandlinger for å gi tilfredsstillende glatthet og andre egenskaper til arket.

For å optimalisere prosessen har det i mange år vært standard praksis å tilsette forskjellige kjemiske additiver til suspensjonen, og kationiske polymerer har vært meget anvendt for dette formål. I begynnelsen brukte man alltid naturlige eller modifiserte naturlige polymerer, så som kationisk stivelse, men i de senere år er det blitt mer og mer vanlig å bruke syntetiske kationiske polymerer. Deres formål er å virke som retensjons(hjelpe)midler og/eller som awanningsmidler, og polymerene velges ut fra disse kriterier. Et retensjons(hjel-pe) middel tjener til å holde tilbake de fine fibrene og fine fyllpartiklene i arket. Et awanningsmiddel tjener til å øke awanningshastigheten og for å øke tørkehastigheten etter av-vanningen. Disse to formål vil ofte stå i konflikt med hver-andre og det har derfor vært utført betydelig arbeid i de senere år for å få en optimal avsiling og awanning.

Alle papirfabrikanter har i de senere år brukt ett eller flere retensjonsmidler og/eller awanningsmidler for å bedre kvaliteten på det ferdige papirproduktet, for å unngå tap av fibrer eller fine fyllpartikler (f .eks. av forurensningshensyn) og for å få en optimal awanning.

Forskning på disse felter har ført til at man bruker forskjellige forbindelser eller materialer i samme prosess, og hvor disse forbindelsene eller materialene tilsettes i visse bestemte rekkefølger. En slik fremgangsmåte er bl.a. beskrevet i U.S. patent 4.388.150 og er blitt kommersialisert under varemerket Composil (varemerke) , og innbefatter at man tilsetter en kationisk stivelse og deretter en kolloidal kiselsyre.

En spesielt vellykket fremgangsmåte er kommersialisert under varemerket Hydrocol (varemerke), og er beskrevet i EP 235893. Denne fremgangsmåten innbefatter tilsetning av en syntetisk kationisk polymer hvoretter suspensjonen utsettes for skjærkraftpåvirkning, fulgt av en bentonitt-tilsetning. Denne fremgangsmåten er spesielt verdifull ved fremstilling av fine papirkvaliteter.

De vandige cellulose-suspensjoner som er brukt som utgangsmateriale i alle disse prosesser, og som har vært tilsatt forskjellige retensjonsmidler og/eller awanningsmidler, er i alle tilfeller fremstilt ved å danne masse av et fibrøst cellulosemateriale, vanligvis tre. Massedannelsen innbefatter opp-deling eller maling, og deretter suspenderes de resulterende fibre i vann, og det er vanligvis nødvendig å vaske og filtrere massen flere ganger. Filtreringen blir normalt utført ved av-vanning gjennom et nett eller en sil.

Enkelte moderne fabrikker består av et integrert anlegg som tjener som både masse- og papirfabrikk, dvs. tre eller et annet utgangsmateriale omdannes til masse som deretter vaskes og filtreres i forskjellige trinn og deretter fortynnes til en tynnmasse for så å awannes for fremstilling av papir eller papp. I integrerte anlegg av denne typen er det unødvendig å tørke massen på noe som helst trinn, ettersom den i det sammme anlegg igjen skal resuspenderes i vann. Det er i slike anlegg et viktig mål å kunne sikre at awanningen skjer raskt mellom hvert vaskings- og filtreringstrinn. I praksis vil tilfredsstillende awanning skje uten at man tilsetter et awanningsmiddel og normalt vil man ikke tilsette kationiske polymerer til massetrinnet i et slikt integrert anlegg, skjønt man vil tilsette betydelige mengder og ofte flere forskjellige typer kationiske polymerer i papirtrinnet i anlegget.

Den mer tradisjonelle fremgangsmåten for fremstilling av papir og papp (og som stadig brukes i stor skala over hele verden) innbefatter at man har separate anlegg for fremstilling av masse og papir. Således blir trevirket eller et annet fib-røst cellulosemateriale omdannet i et masseanlegg til et tørr-produkt som vanligvis er kjent som "tørrmarkedsmasse". Denne tørre massen blir så brukt som utgangsmateriale i et papiranlegg for fremstilling av den vandige cellulosesuspensjonen som så blir avvannet for fremstilling av papir eller papp. I mange tilfeller vil den tørre massen først bli dispergert i vann til en tykk masse som så senere fortynnes til en tynn masse.

Massefremstillingstrinnene i et masseanlegg vil vanligvis være de samme som i et integrert anlegg, men ved slutten av vasketrinnene er det nødvendig å avvanne massen og deretter tørke den ved hjelp av varme. Denne awanningen blir normalt utført i en maskin som ofte kalles en "omgangsmasse-maskin".

Det ha-r selvsagt i mange år vært kjent at awanningen på dette og de etterfølgende trinn kan akselereres ved å tilsette et awannin<g>shj elpemiddel, men til tross for tilsetning av kom-pliserte awannings- og retensjonssystemer i papiranlegg, har man hittil ikke funnet det nyttig å tilsette noen slike syste-mer i masseanlegg. En grunn til dette er at awanningsmidler har en tendens til å redusere retensjonen, og ettersom awanningen i alle tilfeller er relativt rask, vil ulempene ved å redusere retensjonen av fine fibrer ikke stå i et forhold til fordelen ved å ha en akselerert awanning. På samme måte har man vanligvis funnet det unødvendig å tilsette et retensjonsmiddel fordi tilbakeholdelse av fine fibre vanligvis er tilfredsstillende under normale awanningsbetingelser. En annen ulempe ved awanningshjelpemidlene er at de har en tendens til å forlenge varmetørkingen som skal utføres etterpå. De vil således akselerere den frie awanningen, men de resulterer i et ark som inneholder en større mengde innesluttet vann, slik at det er nødvendig med ytterligere energikrevende varmetørking.

Vanlig praksis er derfor at man bruker kationiske syntetiske polymerer (enten alene eller sammen med andre materialer) under selve papirfremstillingen, mens man i alt vesentlig ikke bruker noen kationiske polymerer under fremstillingen av masse som senere skal brukes for papir, fordi dette ikke gir økono-miske fordeler, men vil ofte forverre snarere enn forbedre selve massefremstillingen.

Ikke desto mindre vil det selvsagt være ønskelig å kunne øke fremstillingshastigheten av tremasse, og spesielt å øke produksjonshastigheten av tørrmarkedsmasse og/eller å redusere den mengde varmeenergi som er nødvendig for å tørke massen.

Til tross for at det i mange år har vært en sameksistens av additivfrie massefremstillings-prosesser og additiv-innbe-fattende papirfremstillingsprosesser, og til tross for alle kontra-indikasjoner som skulle motsi en tilsetning av additiver i en massefremstillingsprosess, har man nå funnet et spesielt sett additiver som gir bemerkelsesverdige og fordelaktige for-bedringer ved fremstillingen av tørrmarkedsmasse.

I en massefremstillingsprosess ifølge foreliggende oppfinnelse vil således fibrøst cellulosemateriale bli bearbeidet for fremstilling av en vandig suspensjon av cellulosemateriale, hvoretter denne suspensjonen underkastes ett eller flere skjærtrinn, hvoretter suspensjonen avvannes gjennom et nett eller en sil for fremstilling av et masseark eller plate som deretter tørkes for fremstilling av tørrmarkedsmasse, og hvor en vann-oppløselig polymer tilsettes suspensjonen før skjærtrinnet eller før et av skjærtrinnene, og et uorganisk materiale tilsettes suspensjonen etter dette skjærtrinnet. Polymeren er en som fremmer awanning av suspensjonen gjennom nettet og velges fra gruppen bestående av kationisk stivelse, og i alt vesentlig lineære syntetiske kationiske polymerer. Det uorganiske materialet velges fra kolloidal kiselsyre og bentonitt.

Polymeren kan være en kationisk stivelse som beskrevet i U.S. patent 4.388.150.

Det er imidlertid foretrukket at polymeren er en i alt vesentlig lineær syntetisk kationisk polymer. Den bør ha en molekylvekt på over 500.000, fortrinnsvis over 1 million og ofte over 5 millioner, f.eks. i området fra 10 til 30 millioner eller mer.

Polymeren kan være en polymer av en eller flere etylenisk umettede monomerer, vanligvis akryliske monomerer som består av eller innbefatter en kationisk monomer.

Egnede kationiske monomerer er dialkylaminoalkyl(met)-akrylater eller -(met)akrylamider, enten som syresalter, eller fortrinnsvis som kvarternære ammoniumsalter. Alkylgruppene kan hver inneholde fra 1 til 4 karbonatomer, og aminoalkylgruppene kan inneholde fra 1 til 8 karbonatomer. Spesielt foretrukket er dialkylaminoetyl(met)akrylater, dialkylaminometyl(met)akryl-amider og dialkylamino-1,3-propyl(met)akrylamider. Disse kationiske monomerer er fortrinnsvis kopolymerisert med en ikke-ionisk monomer, fortrinnsvis akrylamid. Andre egnede kationiske monomerer er polyetyleniminer, polyaminepiklorhydrin-polymerer, andre polyaminer, polycyandiamidformaldehyd-polymerer og homopolymerer eller kopolymerer, vanligvis med akrylamid, av monomerer så som diallyldimetylammoniumklorid.

De foretrukne polymerer har en grenseviskositet over

4 dl/g. Grenseviskositeter slik begrepet er brukt her, er målt på standard måte ved å bestemme oppløsningsviskositeten ved hjelp av et opphengt nivå-viskometer på oppløsninger ved 25°C

i 1 Molar NaCl bufret til pH ca. 7 ved hjelp av natriumfosfat.

Polymeren bør være lineær i forhold til den kuleformede strukturen på en kationisk stivelse. Den kan være totalt lineær eller kan være svakt tverrbundet slik det er beskrevet i EP 202780. Den kan f.eks. være et forgrenet produkt så som det polyetylenimin som selges under varemerket Polymin SK.

Vanligvis vil molekylvekten og kjemisk type av polymer velges slik at polymeren vil fremme awanning av suspensjonen gjennom silen eller nettet. Vanligvis vil dette bety at polymeren er en som er egnet som et retensjonsmiddel eller avsi-lings/awanningsmiddel under papirfremstilling.

Den kationiske polymeren har fortrinnsvis en relativt høy ladningstetthet, f.eks. over ca. 0,2, fortrinnsvis minst 0,35 og mest foretrukket fra 0,4 til 2,5 eller flere ekvivalenter kationisk nitrogen/kg polymer.

Det uorganiske materialet kan være kolloidal kiselsyre som kan være en modifisert kiselsyre slik det er beskrevet i W086/5826, eller kan være et annet uorganisk partikkelformet materiale, f.eks. bentonitt. Det er foretrukket at det uorganiske materialet har ekstremt liten partikkelstørrelse, og partiklene bør være av pigmentstørrelse og det er foretrukket at de sveller i vann.

Når polymeren er kationisk stivelse er det ofte foretrukket å bruke kolloidal kiselsyre. Når polymeren er syntetisk vil de foretrukne stoffer eller materialer være bentonitter, dvs. leirer av bentonitt-typen, f.eks. anioniske svellende leirer kjent som sepialitter, attapulgitter og mest foretrukket montmorillonitter. Egnede montmorillonitter innbefatter Wyo-ming bentonitt og Fullers Earth. Leirene kan være umodifiserte eller kjemisk modifiserte, f.eks. ved alkalibehandling for å omdanne kalsiumbentonitt til alkalimetall-bentonitt.

Generelt bør polymerene og bentonittene være som beskrevet

i EP 235893.

Det er viktig at man tilsetter bentonitten eller et annet silikat eller et annet uorganisk materiale etter skjærkraftpåvirkning og at polymeren tilsettes før skjærkraftpåvirkning. Massefremstillingsprosésser innbefatter vanligvis ett eller flere skjærtrinn, f.eks. rense-, blande-og pumpetrinn, noe som f.eks. kan skje ved hjelp av sentrifugering, virvelrensing, bruk av viftepumper og blandepumper. Polymeren må tilsettes før et av disse trinnene og bentonitten og annet uorganisk materiale i et senere trinn. Vanligvis vil bentonitten tilsettes etter det siste skjærtrinnet og polymeren i et av de første trinnene, f.eks. like før det siste skjærtrinnet. Således kan polymeren tilsettes den vandige massen som forlater det nest siste skjærtrinnet og like før den går inn i det siste skjærtrinnet (f.eks. en sentrifugalpumpe eller en viftepumpe), hvoretter bentonitten eller et annet uorganisk materiale tilsettes idet massen føres ut for videre awanning. Således kan bentonitten tilsettes i fødeboksen eller like før denne eller til omgangsmassemaskinen fulgt av en tilstrekkelig blanding for å blande bentonitten med massen, uten at man anvender særlig betydelige grad av skjærkrefter på dette trinnet.

Denne behandlingen før omgangsmassemaskinen har to fordelaktige effekter. For det første kan den øke awanningshastigheten. For det andre, og dette er det mest viktige, kan det awannede arket eller platen lettere tørkes enn når man bare bruker den kationiske polymeren. Som et resultat av dette kan massearket føres gjennom tørkeren raskere (eller en tykkere plate eller ark kan føres gjennom med samme hastighet), hvorved det er mulig å øke produksjonshastigheten i masseanlegget og/eller redusere den energi som er nødvendig for varmetørkingen samtidig som man fremstiller en tørrmarkedsmasse med egnede egenskaper for normal papirfremstilling. Denne masse vil da være i form av et grovt ikke-kalandrert ark med en fibervekt som typisk vil ligge i området fra 100 til 1000 g/m<2>.

Den mengde polymer som tilsettes vil være avhengig av massetypen. Vanligvis vil man bruke minst 0,005 % og normalt er å bruke minst 0,01 eller 0,02 %. Skjønt mengder over 0,1 % vanligvis er unødvendig, kan man bruke større mengder (typisk 0,2, 0,3 eller endog opp til 0,5 %) . Foretrukne mengder lig-ger imidlertid i området fra 0,02 til 0,1 % (200 til 1000 g polymer pr. tonn tørr masse).

Mengden av uorganisk materiale vil velges avhengig av mas-setype og den mengde og type polymer som er brukt og type av uorganisk materiale. Egnede mengder spesielt når det uorganiske materialet er bentonitt, er vanligvis over 0,03 %, vanligvis over 0,1 %, men mengder over 0,5 % er vanligvis unødven-dig. De foretrukne fremgangsmåter bruker fra 1000 til 2500 g bentonitt pr. tonn tørr masse.

Den vandige masse som polymeren tilsettes vil vanligvis være fremstilt på vanlig kjent måte fra tremateriale eller annet utgangsmateriale. Bleket avfallspapir kan brukes som en del av utgangsmaterialet. For eksempel kan trevirket være av-barket og deretter malt eller slipt, bearbeidet kjemisk eller ved varme, f.eks. for fremstilling av en mekanisk masse eller en termo-mekanisk masse eller en kjemisk masse. Massen kan deretter vaskes og avvannes og igjen vaskes med vann eller en annen vandig vaskevæske før den når det endelige tørketrinnet på omgangsmassemaskinen. Tørrmarkedsmassen er vanligvis fri eller i alt vesentlig fri for fyllstoff, men hvis det er ønskelig kan et fyllstoff være tilsatt.

Etter awanning gjennom silen på omgangsmassemaskinen vil det resulterende våtarket eller platen så underkastes tørking på vanlig måte, f.eks. gjennom en tunneltørker eller over tør-kesylindre eller begge deler.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er det mulig å øke produksjonshastigheten av tørrmarkedsmasse med konstant vann-innhold med fra 10 til 20 %, eller endog opptil 30 % eller mer.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

Eksempel 1

En massefabrikk opereres på vanlig måte for fremstilling av kjemo-termomekanisk masse ved hjelp av vanlig kjent teknikk, og som ender i at man pumper massen gjennom en pumpe til toppen av en omgangsmassemaskin, hvoretter massen avvannes gjennom silplaten på denne maskinen og tas av silplaten og tørkes ved hjelp av varme til tørrmarkedsmasse. Uten polymertilsetning og uten bentonitt og med en konsistens på toppen av omgangsmassemaskinen på 1,42 %, kan anlegget ha en hastighet på 81,1 m/min slik at man får fremstilt 7,3 tonn/time av tørket ark som veier 566 g/m<2> og som har en tørrhet etter tredje presse på 43,8 %. Dampbehovet er 6,6 tonn/time.

I foreliggende fremgangsmåte ble 700 g/tonn av en kopolymer bestående av 70 vekt% akrylamid og 3 0 vekt% dimetylamino-etyl-akrylatmetylklorid kvarternært salt med en grenseviskositet på 10 dl/g, tilsatt like før pumpen og 2 kg/tonn bentonitt ble tilsatt på toppen av omgangsmassemaskinen. Konsistensen på dette tidspunkt var 1,36 %. Maskinen hadde en hastighet på 83,7 m/min og produserer 9,1 tonn pr. time tørrmarkedsmasse med en vekt på 677 g/m<2> og med en tørrhet etter tredje presse på 46 %. Dampbehovet er 9,5 tonn/time. Således gir foreliggende fremgangsmåte en forbedring med hensyn til produksjon på 25 %, mens man reduserer dampbehovet (pr. tonn masse) og øker tørr-heten.

Når man gjentar fremgangsmåten men bruker bare halvparten av polymermengden, vil produksjonsøkningen være mindre, men stadig ca. 10 % over en fremgangsmåte hvor man ikke bruker polymer og bentonitt.

Eksempel 2

For å vise effekten av varierende mengde av polymer og bentonitt, tilsatte man en masse bestående av fibre med en freenessgrad på 450 en viss mengde polymer, hvoretter blandin-gen ble underkastet blanding under høye skjærkrefter ca. 1 min.; bentonitt ble så tilsatt og et standardvolum av massen ble underkastet en standard avvanningsbedømning i et awan-ningsrør hvor man brukte et standard maskinnett. Tiden ble angitt i sekunder. Verdien bør være lav.

Fremgangsmåten ble gjennomført ved å bruke masse A som er en peroksyd-blandet kjemo-termomekanisk masse og masse B som er en bleket sulfittmasse. Fremgangsmåten ble gjennomført med polymer C som er en kopolymer med grenseviskositet fra 8 til 10 dl/g og inneholdende 70 vekt% akrylamid og 30 vekt% dimetylami-noetylakrylat kvarternisert med metylklorid, og med polymer D som er fremstilt fra de samme monomerer men i et vektforhold på 76:24 og med en grenseviskositet fra 6 til 8.

Resultatene er vist i den følgende tabell hvor de tilsatte mengder av polymer og bentonitt er gitt i kg/tonn tørr masse og hvor avvanningstiden er målt i sekunder.

Fordelene ved en sekvensmessig tilsetning av polymer og bentonitt i forhold til en fremgangsmåte, hvor det ikke gjøres noen tilsetning av polymer eller bare polymer, fremgår klart fra ovennevnte tabell.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av tremasse hvor fibrøst cellulosemateriale bearbeides for fremstilling av en vandig suspensjon av det celluloseholdige materialet, hvoretter suspensjonen underkastes ett eller flere skjærtrinn, hvoretter den skjærbehandlede suspensjonen avvannes for fremstilling av et ark eller en plate-hvoretter massearket tørkes for fremstilling av tørrmarkedsmasse, karakterisert ved at en vannoppløselig polymer tilsettes suspensjonen før skjærtrinnet eller før et av skjærtrinnene, og et uorganisk materiale tilsettes suspensjonen etter nevnte skjærtrinn, og hvor polymeren fremmer awanningen av suspensjonen gjennom sikten eller silplaten og velges fra kationisk stivelse og i alt vesentlige lineære syntetiske kationiske polymerer, og det uorganiske materialet velges fra kolloidal kiselsyre og bentonitt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at polymeren er en kationisk i alt vesentlig lineær, syntetisk polymer med en molekylvekt på 500.000.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at polymeren velges fra polyetylenimin, polyaminepiklorhydrinprodukter, polyaminer, polydicyandiamidformaldehyd-polymerer, polymerer av diallyldimetylammoniumklorid og polymerer av akryl-monomerer som innbefatter en kationisk akryl-monomer.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at polymeren er en kationisk polymer med en grenseviskositet over 4 dl/g og fremstilt fra akryl-monomerer som innbefatter dialkylaminoalkyl(met)-akrylat eller -akrylamid, som syre eller kvarternært salt.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at det uorganiske materialet er bentonitt.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at ett eller flere av skjærtrinnene velges fra rense-, blande- og pumpetrinn som kan innbefatte en sentrifugalsikt, en virvelrenser, en viftepumpe eller en blandepumpe.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at det uorganiske materialet tilsettes suspensjonen umiddelbart før awanningen gjennom sikten.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at polymeren tilsettes suspensjonen som deretter underkastes skjærkrefter og så føres til toppen av en omgangsmassemaskin med en awanningssikt, og hvor det uorganiske materialet tilsettes på toppen av nevnte maskin hvoretter suspensjonen awannes gjennom nevnte sikt for fremstilling av massearket.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at polymeren tilsettes i mengder fra 0,01 til 0,5 %, mens det uorganiske materialet tilsettes i mengder fra 0,03 til 0,5 %, basert på suspensjonens tørrvekt.

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav hvor fibrøst cellulosemateriale blir bearbeidet til en vandig suspensjon inneholdende det celluloseholdige materialet, hvoretter suspensjonen underkastes ett eller flere skjærtrinn valgt fra rense-, blande- og pumpetrinn som innbefatter en sentrifugalsikt, en virvelrenser, en viftepumpe eller en blandepumpe, hvoretter den skjærbehandlede suspensjonen føres til toppen av en omgangsmassemaskin med en awanningssikt, hvoretter suspensjonen awannes gjennom sikten for fremstilling av et masseark, som deretter tørkes for fremstilling av tørrmarkedsmasse, karakterisert ved at fra 0,01 til 0,5 tørr-vekt% av en vannoppløselig kationisk polymer tilsettes suspensjonen før det siste skjærtrinnet, og ved at polymeren velges fra polyetylenimin, polyaminepiklor-hydrin-produkter, polyaminer, polydicyandiamidformaldehyd-polymerer, polymerer av diallyldimetylammoniumklorid og polymerer av akryl-monomerer som innbefatter en kationisk akryl-monomer, og ved at fra 0,03 til 0,5 tørrvekt% av bentonitt tilsettes suspensjonen på toppen av nevnte omgangsmassemaskin.