NO781361L - Fremgangsmaate for forbedring av en termomekanisk masses egenskaper - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for forbedring av en termomekanisk masses egenskaper .

Description

Oppfinnelsen vedrører en- fremgangsmåte for forbedring av en termomekanisk masses egenskaper, hvilken masse fremstilles i en massekvern, hensiktsmessig i en massekvern som er utstyrt med midt imot hverandre beliggende og i forhold til hverandre roterende maleskiver.

I de senere år er det blitt utviklet en ny mekanisk metode for fibrering av trematerialer. Den nye metode beror på det allerede i lang tid kjente faktum at oppmyking av ligninet ved hjelp av varme muliggjør utvinning av lange, smidige og ube-skadede fibre. Denne fibreringsmetode gir som sluttprodukt en ny mekanisk massekvalitet, såkalt termomekanisk masse. Ved fremstilling av slik masse er utbyttet, på samme måte som ved fremstilling av slipemasse gjennom sliping mot roterende slipe-stener, nesten 100 % av treråvarens vekt. En forskjell mellom kjemisk masse og termomekanisk. masse er at ligninet er tilbake i den termomekaniske masse. Papir som fremstilles av termomekanisk masse inneholder altså lignin.

Som bakgrunn for foreliggende oppfinnelse beskrives

heretter fremstillingen av termomekanisk masse i korhet.

Fremstillingen av termomekanisk masse skjer vanligvis

i to malingstrinn. Primærmalingen skjer i overtrykk i en kvern. Trykket varierer herved mellom 1,5 og 3,5 bar (absolutt), og temperaturen i kvernen er den samme som temperaturen av mettet damp ved ovennevnte trykk. Sekundærmalingen skjer i normalt atmosfæretrykk.

Ved fremstillingen av termomekanisk masse innmates vannvasket flis ved hjelp av en skrue eller en annen mateanord-ning i en forvarmer, i hvilken flisbitene oppvarmes ved hjelp av damp. I forvarmeren hersker det samme trykk som i primærkvernen. Fra forvarmeren mates flisen inn i primærkvernen ved hjelp av en skrue, og fra denne kvern blåses de frilagte fibre ved hjelp av i kvernen dannet damp videre til følgende maletrinn. Før sekundærmalingen skilles damp og fibre fra hverandre ved hjelp av en syklon..

Fra syklonen mates fibrene inn ved hjelp av skruer i sekundærkvernen, fra hvilken fibrene vanligvis ledes ned i en under kvernen beliggende pumpebeholder, i hvilken den malte masse utspes til egnet tykkelse og fra hvilken massen pumpes videre til siling. Etter dette utgjør den malte masse ferdig utgangsmateriale for papir.

Tremateriale inneholder som kjent 20 - 30 % lignin,

som er et aromatisk stoff med stor molekyl. Ligninet minner om lim og fester fibrene i trematerialet til hverandre. Ligninets andel i trematerialet er størst ved midtlamellene mellom fibrene. Hvis ligninet på den ovenfor angitte måte oppvarmes og oppmykes, kan fibrene løsgjøres fra hverandre relativt ubeskadiget.

Med hensyn til forskjellene mellom slipemasse og termomekanisk masse kan det generelt sis at slipemassen inneholder mer nullfibre, at slipemassens lange fibre tildels :er,. skadet samt at det i slipemassen forekommer typiske fiberbunter. I den termomekaniske masse er dessuten de lange fibre mer hele og lengre enn i slipemassen. Ifølge de seneste forskningsresulta-ter synes dessuten termomassen å dannes av lange, smidige og åpne fibre, som kan danne et stort antall bindinger i et ark som dannes av massen. Massens fine bestanddeler består i det vesentlige av lange fibriller eller fibrilldeler, som medvirker ved dannelsen av bindinger mellom de lange fibre.

Ved fremstilling av avispapir har man bare frem til

den aller seneste tid benyttet ca. 75 % ved sliping mot slipe-stener fibrert mekanisk masse og for forbedring av denne masse-kvalitets styrke ca. 25 % kjemisk fremstilt masse. En ulempe med kjemisk fibrering er dog at masseutbyttet er bare ca. 50 %

av den benyttede veds vekt. For å eliminere denne ulempe har

man foreslått at. avispapir skal fremstilles av bare termomekanisk masse. Papiret får dessuten bedre trykkegenskaper enn tidligere hvis det er fremstilt at bare termomekanisk masse. Ved anvendelsen av termomekanisk masse har man dessuten kunnet utvikle en ny avispapirkvalitet, hvis flatevekt er vesentlig mindre enn flatevekten for tidligere kjent benyttet avispapir, hvis flate-

vekt har vært i størrelsesordenen 50 g/m 2. En annen fordel med termomekanisk masse er at det som råmateriale delvis kan benyttes slike materialer som f. eks. sagspon, som tidligere ikke egnet seg for fremstilling av papirmasse generelt og mekanisk masse spesielt.

Fordelene med termomekanisk masse er blant annet-følgende: Ved massefremstillingen kan det benyttes dårlig trevirke, sag-flis og annet sagavfall,

ved'fremstillingen kan det benyttes furu- og bjerkeved, som ikke., er mulig ved fremstillingen av slipemasse,

ved fremstillingen kan det benyttes tørr ved som råmateriale ettersom flisen kan fuktes,

fremstillingsprosessen kan reguleres på enkel måte og massens kvaltiet kan altså holdes jevn,

anlegget opptar forholdsvis liten plass og driftspersonalet er lite,

papirets styrke og bulk blir bedre hvis slipemassen erstattes med termomekanisk masse, mengden av kjemisk masse kan reduseres og til og med utelates helt og holdent,

avvanningen av massebanen blir bedre og papirmaskinens hastighet kan delvis økes av denne grunn.

Av de ulemper som anvendelsen av termomekanisk masse og slipemasse fører med seg kan det nevnes at ligninet ved høy temperatur blir plastisk, og som følge av dette fremkommer i forbindelse med kalandreringen mørkere partier på papiret. Dette beror på at papiret på visse steder blir mer gjennomskinn-lig, og for øyet synes disse partier å være mørkere enn de om-givende partier. En annen ulempe er at papir som fremstilles av termomekanisk masse har en gulaktig farve, som dessuten blir klarere ved solens påvirkning når papiret blir eldre. Denne ulempe forekommer dog generelt også i forbindelse med vanlig slipemasse.

Til tross for at betydelige fremskritt er gjort i den senere tid i forbindelse med fremstillingen av mekanisk masse er ennu et stort antall problemer uløste. Et slikt prob-lem er bleking av den mekaniske masse og bibeholdelse av den oppnådde lyshet.

Mineralske fyllstoffer anvendes i papir fremfor alt av den grunn at de forbedrer papirets trykketekniske egenskaper. Tilsetningen av fyllstoffer skjer på to forskjellige måter, nem-lig ved tilsetning,, i massen eller ved bestrykning. Foreliggende oppfinnelse vedrører den førstnevnte metode. Ved tilsetning i massen tilsettes fyllstoffet i form av slam i malemassen før denne kommer til selve papirmaskinen. Dette skjer f. eks. ved å mate inn fyllstoffet i form av en 30 - 40 % vannoppslemming i en blandingsbeholder som er beliggende foran beholderen for tykkmasse.. Talkum kan f. eks." tilsettes i form av vannslam på sugesiden av den såkalte innløpspumpe.

Vekten av de ved tilsetning i massen benyttede stoff-mengder varierer i avhengighet av papirkvaliteten mellom 2 og 40 % av det ferdige papirs vekt. Vanligvis ligger fyllstoff-innholdet mellom 5 og 20 %. De vanligste fyllstoffer er talkum, leire (kaolin), kritt eller lignende. I den senere tid har anvendelsen av høyverdige fyllstoffer, såsom titanoksyd og sinksulfid, øket. Disse fyllstoffer øker særlig opaciteten i stor grad. Når fyllstoffet benyttes, blir papirets opacitet og lyshet bedre. Dessuten forbedres papirets absorbsjon av trykksverte samt papirflatens glatthet og jevnhet.

Av de ulemper som anvendelsen av fyllstoffet fører med seg kan nevnes at fyllstoffene innvirker forverrende på papirets styrke. Dessuten synker fyllstoffene, særlig i talkum, hurtig nedover i en blanding, hvorved det er vanskelig å opp-rettholde en homogen fyllstoffblanding.

En ulempe ved tidligere kjente metoder for tilsetning av fyllstoffer har vært at fyllstoffet hefter dårlig fast til papirmassen. Dette har gitt en dårlig rentensjon, dvs. en viss del av fyllstoffene følger med det fra banen fjernede vann gjennom viren. Den dårlige vedhefting tilveiebringer dessuten ulikesidig fordeling av fyllstoffene i det ferdige papir og støvdannelse fra papiret.

Formålet med oppfinnelsen er generelt å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken de ovenfor angitte ulemper unngås. Et særlig formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken betydelige mengder fyllstoffer på en ny måte fås til å hefte seg ved termomekanisk masse. Et annet formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken massens lys het og opacitet kan økes. En videre særskilt hensikt er å redusere det av termomekanisk masse fremstilte papirs tilbøyelig-het til å svartne når det kalanderes ved over 10 - 11 % fuktig-hetsinnhold. Et formål er også å redusere papirets ulikesidighet og støvavgivning. Et siste formål med oppfinnelsen er å redusere energitapene ved oppmalingsprosessen, da det ved.fremstillingen av termomekanisk masse tilveiebringes som kjent alt-for meget varmeenergi. Fjerning av denne overløpsenergi har medført problemer. • For å oppnå de ovenfor,angitte og ytterligere hensik---ter er oppfinnelsen i det vesentlige kjennetegnet ved at papirmassen ved innvirkning av i nevnte massekvern tilveiebragte friksjon eller annen lignende på i og for seg kjent måte oppvarmes og herved oppmykes og plastifiseres massens bestanddeler, såsom lignin, hemicellulose eller andre lignende deler, hvorved fibrene i massen ihvert fall delvis løsner fra hverandre, at det inn i papirmassen som behandles eller skal behandles på ovenfor angitte måte, mates i forbindelse med massekvernen eller foran den ett eller flere som fyllstoffer i papiret i og for seg kjente stoffer, såsom talkum, leire, kritt eller lignende, og at de nevnte fyllstoffer tillates å blande seg effektivt med og feste seg effektivt fast til det plastiske lignin, hemicellulosen eller lignende.

Av de bestanddeler i tremateriale eller lignende som blir plastiske når temperaturen stiger til ca. 100 - 170°C fremholdes i beskrivelsen særlig lignin. Det er dog grunn til å betone at visse papirmasser inneholder andre bestanddeler,

f. eks. hemicellulose, som blir plastiske på samme måte som ligninet i den mening som skal forstås ved oppfinnelsen. Også disse bestanddeler inngår altså i oppfinnelsen. Papirmasser fremstilt av løvtre og bagasse inneholder betydelige mengder hemicellulose, som hva oppfinnelsen angår opptrer på i det vesentlige den samme måte som lignin.

Ovenfor er det angitt at det inn i papirmassen i forbindelse med massekvernen eller før denne mates et som fyllstoff i papiret i og for seg kjent stoff. Med dette menes at fyllstoffet innmates i massen enten foran massekvernen, i massekvernen eller i det vesentlige umiddelbart etter massekvernen. Hvis fyllstoffenes tilstedeværelse i selve maleprosessen for- styrrer malingen, kan fyllstoffene innmates i prosessen på den sistnevnte måte umiddelbart etter malingen, mens ligninet eller lignende enda befinner seg i plastisk tilstand, hvorved virk-ningen ifølge oppfinnelsen oppnås.

Som fyllstoffer kan ifølge oppfinnelsen benyttes hvilke som helst i forbindelse med papirmasse generelt benyttede fyllstoffer, og selv om det i beskrivelsen nevnes spesielle fyllstoffer, er oppfinnelsen ikke på noen måte begrenset til-disse. Generelt kjente fyllstoffer i forbindelse med fremstilling -av papirmasse, som altså kan Éenyttes for å oppnå oppfinnel-sens formål, er blant annet kaolin,'. talkum, gips, kalk, utfelt kalciumkarbonat, bariumsulfat i form av sylindriske granulater kjent som "blanc fix", bariumsulfat i ortorombisk form kjent

som "baryt", siliciumdioksyd, titandioksyd (anatas eller rutil), sinksulfid eller lignende.

Den mengde fyllstoffer som tilsettes ifølge foreliggende oppfinnelse varierer i avhengighet av papirets endelige anvendelse på samme måte som den tilsatte mengde av fyllstoffer ved vanlige prosesser. Generelt varierer mengden av fyllstoffer i massesuspensjonen, uttrykt i askeinnhold, mellom 1 og 7 vektprosent, og mengden er som ovenfor nevnt avhengig av papirets endelige anvendelsesområde.

Den vann-masseblanding som utsettes for maling ved fremstillingen av termomekanisk masse ifølge oppfinnelsen inneholder 20 - 25 % faste bestanddeler. Denne mengde faste bestanddeler har vist seg å være den mest egnede ved praktisk anvendelse av oppfinnelsen. Fyllstoffmengden i massesuspensjonen varierer altså generelt mellom 0,2 og 18 vektprosent ved maling, selv om andre verdier kan være mulige i avhengighet av fyllstof-fets type, årsaken til tilsetningen av fyllstoffer og papirets endelige anvendelsesområde. Fyllstoffene benyttes for å for-bedre papirets forskjellige egenskaper, blant annet trykkeegen-skapene, opaciteten, lysheten, absorbsjonen av trykksverte, overflatejevnheten og grepet. Det fyllstoff som benyttes be-stemmes av hvilke egenskaper som er viktigst og naturligvis også av prisen.

Oppfinnelsen beskrives i det følgende under henvisning til en på tegningen vist utførelsesform. Oppfinnelsen er dog ikke på noen måte begrenset til denne utførelsesform. Fig. 1 viser et blokkdiagram av prosessen ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser en utførelsesform av prosessen ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 og 2 viser M^nmassens innmating i prosessen og Mout<m>assens utmating av prosessen. Blokken 20 an-gir forvarming av massen, blokken 21 et første malingstrinn og blokken 22 et andre malingstrinn. Fra det andre malingstrinn 22 føres massen til et silings- og rensingstrinn 23, og det re-jekt som fremkommer i dette trinn.-fører til et nytt malingstrinn 25, hvorfra■rejektet tilbakeføres (forbindelsen c) til silings- og rensetrinnet 23. Etter det andre egentlige maletrinn 22 forekommer en tilbakeføringsforbindelse b, via hvilken en del av massen føres tilbake til det andre malingstrinns 22 inngangsside.

Blokken 24 illustrerer tilsetningen av fyllstoffer i prosessen, og fra blokken 24 utgår forbindelser a^, a^» a^ og . Ifølge fig. 1 tilsettes fyllstoffene i prosessen ved et sted 26 mellom det første og det andre maletrinn. Dette illustreres av forbindelsen a^. De med stiplede linjer betegnede forbindelser a.^ og a^illustrerer at en del av eller hele fyll-sto<f>fmengden kan innmates i massen i den første massekvern ( 3l^) eller foran denne (a-^). Av grunner som har fremgått av oven-stående kan fyllstoffene også innmates i prosessen umiddelbart etter de egentlige maletrinn 21 og 22. Dette illustreres av den med stiplede linjer betegnede forbindelse a^.

Ifølge fig. 2 benyttes ved fremstillingen av termomekanisk masse en massekvern 10, som omfatter to midt imot hverandre og på en bestemt liten avstand A fra hverandre beliggende maleskiver 11 og 12, som roteres i motsatte retninger ved hjelp av elektriske motorer 15 og 16. Massen, tvinges inn i massekvernen 10 ved hjelp av en skruetransportør 13. Inne i skrue-transportøren 13 mates også fyllstoffene på et med henvisnings-tallet 26 betegnet sted (blokken 24 og forbindelsen a^).

Ifølge fig. 2 innmates råmaterialet for massen, f. eks. flis, i forvarmeren 20 via en rotorventil 29. I forvarmeren 20 oppvarmes flisen til ca. 100 - 130°C. Forvarmeren 20 danner en skruetransportør, og flisen forlater forvarmeren 20 via en rotorventil 19 og ledes deretter via en dampavskiller 17 inn i skruetransportøren 13 og ved hjelp av denne tvangsmates flisen inn i massekvernen 10. Skruetransportøren 13 er slik an-ordnet at damp kan ledes i motstrøm mot flisens bevegelsesret-ning *

Ny damp innmates ved behov i prosessen via en reguleringsventil 28. Trykket i forvarmeren 20 og dampavskilleren 17 reguleres ved hjelp av en reguleringsventil 27.

Som det fremgår av fig. 2 utsettes flisbitene og/eller sagflispartiklene for en kraftig mekanisk behandling i mel-lomrommet A mellom de i motsatte. retninger roterende maleskiver 11 og 12, delvis når de gnis mot de'hurtig roterende maleskivers flate, men i det vesentlige når de gnis mot hverandre. Den tilveiebragte friksjon oppvarmer flisen eller sagsponet, hvorved ligninet (hemicellulosen eller lignende bestanddel i trematerialet) oppmykes og blir plastisk. Ligninet mykner lettere jo fuktigere trematerialet er.

I massekvernen 10 blander fyllstoffene seg med det plastiske lignin og fester seg på dettes flate og danner en ugjennomskinnlig lys masse av ligninet og trematerialets andre plastiske bestanddeler. Fyllstoffene kan mates inn i massekvernen 10 f. eks. oppblandet med vann. Vann innmates jo som kjent allerede for å utjevne den forpressede flisens fuktighets-innhold.

Fyllstoffene kan utgjøres av i og for seg kjente fyllstoffer, såsom leire (kaolin), talkum, kritt eller lignende.. Som et spesielt egnet fyllstoff for tilsetting i papirmassen kan nevnes talkum, som er et særlig mykt, fettaktig og hvitt mineral som forekommer i form av sten. Talkum er særlig egnet på grunn av dets slippevne, og anvendelsen av talkum reduserer energitap ved maleprosessen. Dessuten kan man anta at trefibre-ne herved bedre bibeholdes ubeskadiget ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse kan i prinsippet anvendes i forbindelse med de papirkvaliteter som allerede tidligere er fremstilt av termomekanisk masse, og særlig i forbindelse med slike papirkvaliteter som allerede tidligere inneholdt fyllstoffer. Slike er blant annet flere papirkvaliteter for dyp- og offsettrykk.

Oppfinnelsen kan altså også anvendes i forbindelse

med slike papirkvaliteter som tidligere ikke inneholdt fyllstoffer, men som på grunn av de fordeler oppfinnelsen medfører

.nu kan utstyres med fyllstoffer. Slike kvaliteter er f. eks. avispapir, særlig hvis man forsøker å redusere avispapirets flatevekt, noe man for tiden generelt etterstreber. Denne reduksjon av flatevekten muliggjøres særlig av at papirets opaci-

tet blir bedre.

Oppfinnelsen er ikke på noen måte begrenset til de ovenfor som eksempler beskrevne...utf ørelsesf ormer, men oppfinn-eisens detaljer kan variere.innenfor rammen av den i kravene de-finerte oppfinnelsestanke.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for forbedring av en termomekanisk papirmasses egenskaper, hvilken masse fremstilles i en massekvern, hensiktsmessig i en massekvern som er utstyrt med midt imot hverandre beliggende og i forhold til hverandre roterende maleskiver (11, 12), karakterisert ved at papirmassen ved innvirkning av i nevnte massekvern dannet friksjon eller på annen i og for seg kjent måte oppvarmes og herved oppmykes og plastifiseres massens bestanddeler, såsom lignin, hemicellulose eller andre lignende bestanddeler, hvorved fibrene i massen, ihvert fall delvis, løsner fra hverandre, at det inn i papirmassen som behandles eller skal behandles på ovenfor angitt måte, mates i forbindelse med massekvernen (10) eller foran den ett eller flere som fyllstoffer i papir i og for seg kjente stoffer, såsom talkum, leire, kritt eller lignende, og at nevnte fyllstoff eller fyllstoffer tillates å blande seg effektivt med og hefte seg effektivt fast til det plastiske lignin, hemicellu-lo-sen eller lignende.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fyllstoffet innmates i papirmassen i massekvernen (10) .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det inn i papirmassen mates en betydelig mengde fyllstoffer på en slik måte at fyllstoffet eller fyllstoffene, foruten at det eller de blander seg med det plastiske lignin, også hefter fast ved ligninpartiklenes flate og danner av ligninet og eventuelt andre plastiske bestanddeler i trematerialet en ugjennomskinnlig lys masse, som øker den termomekaniske masses lyshet og opacitet.

Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, k a r a k-': terisert ved at man benytter et fyllstoff, såsom talkum, som har slippevne og reduserer energitapene i maleprosessen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at fremgangsmåten benyttes for forbedring av fyllstoffenes retensjon ..og/eller reduksjon av papirets . ulikesidighet og støvavgivning..•'

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2, 3, 4 eller 5, karakterisert ved at fyllstoffene ved anvendelse av totrinnsmaling innmates i prosessen foran det andre maletrinn (22) og etter det første maletrinn (a^ ).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2, 3, 4 eller 5, karakterisert ved at fyllstoffene innmates i prosessen, ihvert fall delvis, etter malingen på et slik sted hvor ligninet eller annet lignende materiale befinner seg i det vesentlige i plastisk tilstand ved påvirkning av den forangående malebehand-ling.