Способ получения химико-механической древесной массы
Способ касается получения химико-механической древесной массы из сырья, содержащего древесную щепу, и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Способ осуществляют следующим образом. Древесное сырье подвергают деаэрации. Для этого его пропаривают при температуре 80-100°С для удаления воздуха из древесной щепы. Затем пропаренную щепу пропитывают щелочным пропиточным раствором. При этом на стадии пропитки поддерживают температуру пропиточного раствора ниже температуры пропарки. В этих условиях щелочь проникает в древесную щепу. Полученную массу древесной щепы размалывают до желаемой садкости. Пропитку осуществляют при избыточном давлении. Техническим результатом является уменьшение количества щелочи, используемой для пропитки, увеличение светорассеяния массы без увеличения содержания неразмолотых волокон, а также увеличение удельного объема массы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.
Настоящее изобретение относится к способу получения химико-механической древесной массы из древесного сырья, содержащего древесную щепу, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
В соответствии с указанным способом древесная щепа, содержащая сырье, приводится в контакт со щелочным пропиточным раствором в условиях, при которых раствор проникает в щепу, пропитывая ее, и щепа, пропитанная пропиточным раствором, размалывается для получения механической древесной массы.
Настоящее изобретение также относится к химико-механической древесной массе в соответствии с п.14 формулы изобретения.
Химико-механическую древесную массу получают путем размола древесной щепы, обработанной химическими реагентами, обычно щелочным раствором, до желаемой садкости. Химическая обработка упрощает размол и улучшает свойства механической древесной массы. В процессе химической варки древесная щепа также обрабатывается щелочными растворами для упрощения разделения на волокна.
Для получения как механической, так и химической древесной массы, особенно важно, чтобы химические реагенты абсорбировались массой хорошо и равномерно. Неравномерная абсорбция приводит к высокому содержанию неразмолотых волокон в древесной массе, что, в свою очередь, снижает прочностной потенциал.
Два механизма, а именно проникновение (пенетрация) и диффузия, обеспечивают абсорбцию древесиной жидкости и химических реагентов. Проникновение осуществляется в результате разности давлений, а диффузия соответственно в результате разности концентраций. В начале этапа пропитки разность между давлением, преобладающим внутри древесной щепы, и соответственно давлением снаружи является фактором, запускающим процесс проникновения, до момента выравнивания давлений. Когда вся древесная щепа заполняется жидкостью, вступает в действие диффузия, как средство, при помощи которого химические реагенты перемещаются в древесную щепу, а продукты реакции из нее.
Существуют два вида проникновения: естественное и вынужденное. При естественном проникновении разность давлений создается капиллярными силами, в то время как при вынужденном проникновении разность давлений создается наружным давлением или путем создания вакуума внутри древесной щепы.
Щелочные пропиточные растворы расширяют стенки волокон и, следовательно, сужают капилляры. Это уменьшает продольное проникновение. Однако, в то же время, щелочные растворы также растворяют компоненты волокна, в результате чего проникновение ускоряется.
Диффузия протекает значительно медленнее, чем проникновение. Повышение температуры увеличивает скорость диффузии, но известно, что скорость реакции увеличивается значительно быстрее, чем скорость диффузии. Так в соответствии с литературными источниками, например, во время процесса сульфатной варки расчеты, использующие коэффициенты диффузии и энергию активации, показывают, что скорость диффузии при температуре 170°С приблизительно в 4 раза выше, чем при температуре 100°С. В то же время, скорость реакции увеличивается в 900 раз (Talton, J. The diffusion of sodium hydroxide in wood at high pH as a function of temperature and degree of pulping, M.Sc. Thesis, North Carolina State University, 1986, 45 s).
При увеличении скорости реакции увеличивается также расход щелочи.
Количество щелочи и размер древесной щепы, в свою очередь, оказывают влияние на диффузию. Во избежание образования большего количества отходов при увеличении толщины древесной щепы должно увеличиваться количество щелочи. При увеличении количества щелочи щелочной градиент между древесной щепой и окружающим раствором также увеличивается (при том же соотношении жидкость/древесина), и, таким образом, скорость диффузии увеличивается.
Следует также заметить, что добавление щелочи для пропитки является важнейшим фактором, влияющим на выход химико-механической древесной массы (ХММ). Потеря волокна, главным образом, происходит в результате разрушения уксусной кислоты, а также в результате растворения лигнина и кислых полисахаридов, причем все это вызывается воздействием щелочи. Добавление щелочи оказывает большее влияние на лиственную древесину, чем на хвойную, и особенно сильно влияет на осиновую древесину. Если количество щелочи (например, количество NaOH) увеличивается с 0,5% до 3%, выход из осиновой древесины линейно уменьшается с приблизительно 95% до 89% при обычном процессе.
Часть потерь выхода происходит уже в процессе пропитки, а часть только на следующем этапе размола при высокой температуре.
На практике для обеспечения максимальной пропитки должно использоваться большое количество щелочи. Проникновение щелочного раствора в древесную щепу осуществляется медленно, и щелочь имеет тенденцию поглощаться наружными частями древесной щепы, в результате чего остается недостаточное количество щелочи для внутренней части щепы. На этапе размола это выражается в более высоком содержании неразмолотых волокон.
Щелочь оказывает негативное воздействие на светорассеивающие свойства химико-механической древесной массы. Светорассеивающие свойства ухудшаются с увеличением количества щелочи и при одинаковой степени помола светорассеяние всегда меньше при большем количестве щелочи. Кроме того, отбеливание дополнительно уменьшает светорассеяние. Для изготовления высококлассной типографской бумаги необходимы хорошие светорассеивающие свойства и показатели белизны древесной массы. Можно получить хвойные ХММ с высокой степенью белизны, даже до 88% по международному классификатору стандартов (ISO).
Задачей настоящего изобретения является устранение, по меньшей мере, некоторых недостатков, связанных с известной технологией, и предложение нового способа получения химико-механической древесной массы.
Настоящее изобретение основано на том, что при получении химико-механической древесной массы пропитка щепы осуществляется при избыточном давлении.
Richardson и LeMahieu раскрыли способ получения высококачественной древесной массы, в соответствии с которым осиновая щепа перед размолом пропитывается при температуре приблизительно 75°С и давлении 4 бар с использованием смеси гидроксида натрия и сульфита натрия (Tappi 1965 (48), no 6, p.344-346). В соответствии с указанной статьей увеличение концентрации щелочи может увеличить прочность древесной массы, и, в то же время, уменьшить потребление энергии. Однако недостаток известного решения состоит в том, что добавление щелочи ухудшает белимость древесной массы.
В связи с настоящим изобретением было неожиданно обнаружено, что при сочетании эффективной деаэрации щепы, предпочтительно осуществляемой путем пропарки, и пропитки под давлением можно повысить эффективность пропитки и значительно уменьшить количество щелочи. При сравнении с обычной пропиткой без приложения давления при одинаковой степени помола можно использовать значительно меньшее количество щелочи для достижения такого же или даже более низкого содержания неразмолотых волокон, и, в то же время, повышается светорассеяние массы.
Способ в соответствии с настоящим изобретением осуществляется в оборудовании, где последовательно расположены следующие установки: установка деаэрации щепы, установка пропитки щепы и установка размола щепы, причем установка пропитки содержит закрытый сосуд, внутри которого пропитка может осуществляться при избыточном давлении.
Более конкретно способ в соответствии с настоящим изобретением в основном характеризуется признаками, содержащимися в отличительной части п.1 формулы изобретения.
Древесная масса в соответствии с настоящим изобретением характеризуется признаками, содержащимися в отличительной части п.14 формулы изобретения.
Настоящее изобретение позволяет получить значительные преимущества. Так, предварительные испытания показали, что использование пропитки под давлением может уменьшить количество щелочи на 50% или более. Кроме того, настоящее изобретение позволяет улучшить светорассеивающие свойства древесной массы: при испытаниях светорассеяние неожиданно оказалось выше, чем у термомеханической древесной массы (ТММ) (содержание щелочи 0%). Также следует отметить, что появилась возможность увеличить светорассеяние, не увеличивая содержания неразмолотых волокон. При одинаковой степени помола увеличивается также удельный объем.
При лабораторных испытаниях пропитка под давлением обеспечила степень проникновения более 95%. Для контрольных образцов, использованных в испытаниях, максимальная степень проникновения составляла 63-74%. В процессе контрольных испытаний также оказалось возможным уменьшить концентрацию щелочи с обычного уровня, составляющего 0,8-1,2%/Adt (Adt - тонна воздушно-сухой массы), даже до уровня 0,25%/Adt без повышения содержания нерасщепленных волокон. Для всех экспериментальных образцов светорассеяние было явно выше, чем для контрольного образца.
Пропитка под давлением позволяет улучшить качество химико-механической рафинерной древесной массы для различного конечного применения.
Ниже настоящее изобретение будет рассмотрено более подробно с помощью детального объяснения и со ссылками на примеры применения, приведенные ниже.
На прилагаемом чертеже представлено в упрощенном виде оборудование, используемое в способе в соответствии с настоящим изобретением.
Как было указано выше, способ в соответствии с настоящим изобретением включает в себя следующие три этапа:
- во-первых, удаление по меньшей мере большей части воздуха, имеющегося в древесном сырье, содержащем древесную щепу (т.е. деаэрация древесной щепы);
- во-вторых, пропитка полученного таким образом сырья щелочным раствором при избыточном давлении для эффективной абсорбции щелочи древесной щепой;
- и, в-третьих, размол обработанной древесной щепы до достижения предварительно заданных значений садкости.
Как видно из вышесказанного, древесную массу получают химико-механическим способом. В соответствии с настоящим изобретением получение химико-механической древесной массы означает по существу способ, включающий в себя как химическое, так и механическое дефибрирование, как описано выше. Способ получения химико-механической древесной массы и способ получения химико-термомеханической древесной массы являются химико-механическими способами. Согласно химико-механическому способу (ХМС) древесное сырье обрабатывают в рафинере при нормальном атмосферном давлении, в то время как в химико-термомеханическом способе (ХТМС) древесное сырье обрабатывают в рафинере под давлением. Поскольку при использовании ХМС применяются большие количества химических реагентов, его выход обычно меньше (менее 90%), чем при использовании ХТМС. В обоих случаях химическая обработка древесины обычно осуществляется при помощи сульфита натрия (сульфирование), при этом лиственная древесина может обрабатываться также гидроксидом натрия. В этом случае обычное количество химических реагентов в ХТМС составляет приблизительно 0-4% сульфита натрия и 1-7% гидроксида натрия, и температура составляет приблизительно 60-120°С. В ХМС, напротив, количество химических реагентов составляет 10-15% сульфита натрия и/или 4-8% гидроксида натрия (из расчета сухой древесины), и температура составляет 130-160°С и 50-100°С соответственно.
Согласно химико-механическому способу щепа может пропитываться также щелочно-перекисным раствором. Количество перекиси составляет в основном 0,1-10% (по массе сухой древесной массы), обычно приблизительно 0,5-5%. Количество подаваемой щелочи, такой как гидроксид натрия, примерно такое же, т.е. приблизительно 1-10% по массе.
Настоящее изобретение относится в основном к химико-термомеханическому способу, в соответствии с которым щепу, поступающую после пропитки, подвергают дефибрированию с использованием способа получения рафинерной механической древесной массы под давлением.
Исходным материалом для способа в соответствии с настоящим изобретением является щепа, содержащая материал из мягкой или твердой древесины. В частности, используется лиственная щепа, получаемая из березы (в основном древесных пород из рода Betula (березовые) или древесных пород из рода Populus (тополиные) или из их смеси. В качестве примеров подходящих древесных пород из рода Betula можно привести B. pendula (береза поникшая) и В. pubescens (береза пушистая), и примерами древесных пород из рода Populus являются главным образом следующие: Р. tremula (осина обыкновенная), Р. tremuloides (осина американская), Р. balsamea, Р. balsamifera (тополь бальзамический), Р. trichocarpa (тополь волосистоплодный), Р. heterophylla (тополь разнолистный), Р. deltoides (тополь дельтовидный) and P. grandidentata (тополь крупнозубчатый). Осины (Европейская осина, Р. tremula; Американская осина, Р. tremuloides), осины, полученные в результате скрещивания разных видов, гибридные осины (например, Р. tremula × tremuloides, Р. tremula × tremula, Р. deltoides × trichocarpa, Р. trichocarpa х deltoides, P. deltoides х nigra, P. maximowiczii × trichocarpa) и другие виды, созданные посредством генных технологий, наряду с тополями считаются наиболее предпочтительными.
Помимо древесных пород родов Betula и Polulus в качестве сырья могут использоваться и другие лиственные породы, такие как эвкалипт и смесь тропических лиственных пород. Из хвойных деревьев следует упомянуть ель (Picea abies) и сосну (Pinus silvestris), а также другие виды, относящиеся к родам Picea и Pinus.
В соответствии с одним из примеров применения получаемая химико-механическая древесная масса содержит до 100% волокон мягкой древесины. Однако настоящее изобретение позволяет получать химико-механическую древесную массу, состоящую из смеси волокон твердой и мягкой древесины и содержащую по меньшей мере 5% волокон мягкой древесины, например, она может содержать 50-99% волокон твердой древесины и 1-50% волокон мягкой древесины. Использование волокон мягкой древесины, особенно волокон ели, позволяет увеличить удельный объем, прочностные характеристики и жесткость древесной массы.
Размер древесной щепы древесного сырья в основном составляет приблизительно 20-50 мм × 1-10 мм, обычно приблизительно 35-40 мм × 3-5 мм.
Сначала из древесной щепы удаляют воздух, насколько это возможно. В основном желательно удаление по меньшей мере 70%, в частности приблизительно 80-100% воздуха, содержащегося в щепе. Обычно воздух находится в газообразном состоянии. Как видно из прилагаемой схемы технологического процесса, эта деаэрация может осуществляться путем пропарки щепы в испарителе 1. В соответствии со способом, технологическая схема которого представлена на чертеже, щепа исходного материала подается при помощи винтового конвейера 2 в пропарочный бункер 1, в который пар подается или из одного подающего сопла или, как показано на чертеже, из нескольких сопел 3а-3с для равномерной обработки щепы паром в бункере.
Целью пропарки является удаление воздуха из древесной щепы. В то же время, пар остается в древесной щепе.
Пропарка может осуществляться, например, в испарителе 1 непрерывного действия, представленном на чертеже, в котором древесная щепа перемещается через пропарочный бункер 1, где она находится в контакте с насыщенным или близким к насыщенному паром в течение приблизительно 0,5-20 минут, в частности приблизительно 1-10 минут. Пропарка может осуществляться при избыточном давлении, но обычно пропарка при нормальном атмосферном давлении полностью удовлетворяет требованиям. Часто используются повышенные температуры, например приблизительно 50-100°С, в частности приблизительно 80-100°С в зависимости от степени насыщенности используемого пара.
Вместо пропарки деаэрация может осуществляться при низком давлении/в вакууме, или эффективность пропарки можно повысить при помощи вакуумной обработки.
Обработанную щепу удаляют из пропарочного бункера через выпускное отверстие 4, после чего наиболее предпочтительно щепу сжимают в шнековом прессе 5. После этого этапа обычно по меньшей мере 95%, предпочтительно по меньшей мере 98% воздуха удаляется, и, в то же время, удаляется также часть пара.
Для полноты картины следует упомянуть, что пропарка щепы используется как для получения сульфатной целлюлозы, так и для получения химико-механической рафинерной древесной массы. Однако до появления настоящего изобретения никогда не предлагалось использовать сочетание пропарки древесной щепы и пропитки под давлением для получения химико-механической древесной массы.
После этапа деаэрации древесная щепа проходит этап пропитки 6. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения пропаренная древесная щепа, находящаяся все еще при температуре пропарки, направляется на этап пропитки, который осуществляется в абсорбере 6. Температура пропиточного раствора, используемого на этапе пропитки, поддерживается более низкой, чем температура пара на этапе пропарки.
На практике этап пропитки осуществляется в закрытом сосуде, т.е. в сосуде высокого давления, установленном после аппарата для обработки паром. Абсорбер, представленный на чертеже, главным образом содержит удлиненный абсорбер, продольная ось которого проходит по существу вертикально и который имеет верхнюю и нижнюю части, причем древесная щепа, поступающая из установки деаэрации, может подаваться в верхнюю часть абсорбера и удаляться через его нижнюю часть. В абсорбере в соответствии с настоящим изобретением обычно можно создавать абсолютное давление, составляющее по меньшей мере 1,5 бар, предпочтительно приблизительно 1,5-15 бар.
Если древесная щепа быстро подается в пропиточный сосуд, перед началом этапа пропитки ее температура максимально может понижаться приблизительно на 10-20°С.
Абсорбер 6 содержит верхний сепаратор 7. Через его входное отверстие 7а щепа подается в абсорбер, и в сепараторе жидкость отделяется от древесной щепы. Эта жидкость возвращается в выходной поток пропарочного бункера 1.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения пропаренная древесная щепа подается на этап пропитки вместе с пропиточными химическими реагентами, причем пропиточные химические реагенты подаются через отдельные входные отверстия 10а-10с в трубопровод 11, соединяющий выпускное отверстие 4 аппарата для обработки паром 1 и входное отверстие 7а абсорбера 6. Для создания давления в трубопроводе наиболее подходящими являются насосы 20, 21 или подобные устройства.
На этапе пропитки используется пропиточный раствор, содержащий водный раствор щелочи, раствор также может содержать сульфирующие химические реагенты. Обычно используется водный раствор либо гидроксида щелочного металла, такого как NaOH или KOH, либо гидроксида щелочно-земельного металла, такого как гидроксид магния Mg(OH)2 или гидроксид кальция, или их смесь. При желании этот раствор содержит, например, также сульфитные соединения, такие как сульфит натрия. Количество гидроксида щелочного металла обычно составляет приблизительно 2-12 кг/Adt (Adt - тонна воздушно-сухой древесной массы), однако предпочтительно максимально составляет приблизительно 6 кг/Adt, более предпочтительно максимально составляет приблизительно 4 кг/Adt. Гидроксиды щелочно-земельных металлов используются в (молярно) соответствующих количествах. Значение рН раствора составляет приблизительно 9-11. Расход сульфитного соединения составляет приблизительно 1-20 кг/Adt, для твердой древесины наиболее предпочтительно максимально 3 кг/Adt.
Помимо чистых растворов для пропитки также могут использоваться водные растворы, содержащие щелочные соединения, такие как варочная жидкость, полученная от варки целлюлозы, например белый или зеленый щелок. Температура на стадии пропитки составляет приблизительно 30-95°С, предпочтительно 40-90°С, что может достигаться по меньшей мере частично, за счет тепла, поступающего со щепой. Обычно температура на стадии пропитки ниже, чем температура стадии деаэрации. В соответствии с настоящим изобретением значение абсолютного давления на стадии пропитки составляет приблизительно 1,5-15 бар, предпочтительно приблизительно 2-10 бар. В результате при пропитке используется избыточное давление по меньшей мере приблизительно 0,5 бар. Отношение между древесиной и жидкостью (в частях) обычно составляет приблизительно от 1:20 до 1:4, в частности приблизительно от 1:15 до 1:6.
Количество пропиточных химических реагентов может регулироваться в зависимости от щепы, предназначенной для обработки, и при необходимости может быть увеличено.
Продолжительность пропитки составляет приблизительно 1-240 минут, предпочтительно приблизительно 5-120 минут, более предпочтительно приблизительно 10-60 минут.
На этапе пропитки древесина пропитывается щелочью до максимально возможной степени. Обычно по меньшей мере 85%, предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 95% объема пор древесной щепы должно быть заполнено пропиточным раствором.
Пропитка может осуществляться в один или в несколько этапов, причем по меньшей мере один из этапов пропитки осуществляется при избыточном давлении. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения горячая щепа сначала пропитывается при избыточном давлении при указанных условиях, после чего процесс пропитки продолжается еще в открытой емкости или сосуде при той же или при другой температуре. Приблизительно 10-80% времени пропитки может осуществляться под давлением. В примере, описанном ниже, продолжительность обработки под давлением и продолжительность обработки без применения давления равны, причем общая продолжительность составляет 40 минут.
Древесная щепа, поступающая после этапа пропитки, удаляется через выпускное отверстие 6a. Позицией 6b обозначен выпуск абсорбера. При помощи этого выпуска могут быть удалены отходы, скопившиеся на дне устройства. После этого щепа подается на этап 12 размола обычной химико-механической древесной массы, который может осуществляться, например, в рафинерах, оборудованных рифлеными дисками. Древесное сырье размалывается до предварительно заданных значений садкости, составляющих 50-500 мл согласно Канадскому стандарту CSF (CSF - Canadian Standard Freeness), более предпочтительно приблизительно 90-150 мл CSF.
На чертеже представлено как на практике поток щепы, полученный после стадии пропитки, может быть дополнительно обработан перед размолом. Соответственно лишний пропиточный раствор сначала удаляется в винтовом прессе 13, после чего воздействие химических реагентов может продолжаться в реакционном бункере 14 до транспортировки щепы для размола при помощи винтовых конвейеров 15a и 15b. Время реакции в реакционном бункере 14, если такой бункер используется, обычно составляет приблизительно 0,1-10 часов.
В винтовом прессе 13 можно отделить примеси и неподходящий для размола волокнистый материал, и они удаляются через фильтр 16 в трубопровод для удаления отходов. Жидкая фаза 17, образованная в винтовом прессе, может возвращаться в трубопровод 10, возможно, в сочетании с подачей свежей воды.
Позициями 22 и 23 обозначены насосы, установленные для подачи жидкой фазы. Как показано на чертеже, пропиточный раствор наиболее предпочтительно возвращается, и концентрация щелочи в нем может регулироваться (увеличиваться) при помощи подачи свежей щелочи.
Следует отметить, что два важнейших признака настоящего изобретения состоят в том, что перед соединением пропиточного раствора со щепой достигается хорошая деаэрация, и что пропитка осуществляется под давлением. Совместно эти два признака обеспечивают эффективное проникновение пропиточного раствора в древесную щепу. Продолжительность пребывания и температура в сосуде высокого давления выбираются так, чтобы можно было регулировать время диффузии и продолжительность реакции. Должно быть достаточно времени для осуществления диффузии, скорость реакции не должна быть слишком высокой.
Описанная выше химико-механическая древесная масса имеет исключительно хорошие свойства. Как указано во вступлении, светорассеивающие свойства древесной массы улучшаются, и это улучшение достигается без увеличения содержания неразмолотых волокон. Следовательно, при одинаковой степени помола светорассеивающие свойства древесной массы в соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере на 5%, даже на 10% лучше по сравнению с контрольным образцом, обработанным большим количеством щелочи. В то же время, содержание неразмолотых волокон в древесной массе в соответствии с настоящим изобретением ниже, чем содержание неразмолотых волокон в контрольном образце ТММ, и неожиданно даже ниже, чем в контрольном образце, обработанном большим количеством щелочи. При одинаковой степени помола также увеличивается удельный объем, вплоть до 5%.
Заслуживает внимания то, что светорассеяние ХТММ, полученной из осины, может превышать 45 м2/кг, и содержание неразмолотых волокон может составлять менее 0,3%. Соответственно из березы можно получить древесную массу, имеющую светорассеяние более 45 м2/кг и содержание неразмолотых волокон менее 1,5%. В настоящем описании приведены лишь примеры свойств механической древесной массы, и следует отметить, что в пределах настоящего изобретения производитель механической древесной массы может легко получить желаемый уровень светорассеяния или содержания неразмолотых волокон и с помощью настоящего изобретения достичь значительного улучшения одного из параметров.
Древесная масса в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для изготовления бумажной и картонной продукции.
Следовательно, после описанного выше размола древесная масса обычно отбеливается с использованием, например, перекиси водорода в щелочной среде до степени белизны, составляющей приблизительно 75-88%.
При желании можно заранее задать свойства исходного материала путем смешивания механической массы с целлюлозой, таким образом, чтобы получить распускаемый в воде исходный материал, содержащий, однако, достаточное количество (по меньшей мере, 30% по массе) химико-механической древесной массы. В качестве целлюлозы предпочтительно используется хвойная целлюлоза, и, в этом случае, ее содержание составляет 1-50% от сухого остатка волокон сырья. Однако таким образом можно использовать только химико-механическую древесную массу из осины.
Бумажная масса сначала распускается до соответствующей консистенции по существу известным способом (обычно до содержания твердой фазы 0,1-1%), после чего она наносится на сетку, где волокна сплетаются, образуя бумажное или картонное полотно. В волокнистую массу может добавляться наполнитель, такой как карбонат кальция, обычно в количестве приблизительно 1-50% по массе волокна.
Бумажное полотно может иметь поверхностную проклейку и/или снабжено покрытием и, при желании, каландрировано. Могут использоваться покрывающие пасты для однослойного покрытия, для грунтования и для поверхностного слоя. Также возможны трехслойные покрытия. Обычно покрытие в соответствии с настоящим изобретением содержит 10-100 частей по массе по меньшей мере одного пигмента или смеси пигментов, 0,1-30 частей по массе по меньшей мере одного связующего вещества и 1-10 частей по массе других по существу известных добавок.
Описанным выше способом в соответствии с настоящим изобретением можно получить из бумажной массы полотно, имеющее превосходные печатные свойства, хорошую гладкость и высокую непрозрачность и белизну. Примерами являются высокосортная бумага, типографская бумага с покрытием и брошюрная бумага, и наружный слой многослойного картона.
Настоящее изобретение иллюстрируют приведенные ниже не ограничивающие примеры.
Пример 1
ХТММ из осины получают в лаборатории при следующих условиях. Осиновую древесную щепу пропаривают при температуре 100°С в течение 2-5 минут, пропитывают в закрытой емкости разными количествами гидроксида натрия при давлении 5 бар (а) и температуре 80°С в течение 20 минут. После этого пропитку продолжают в течение еще 20 минут в открытом реакционном бункере при температуре 80°С.
Для определения свойств древесной массы используют, среди прочих, следующие характеристики:
- удельный объем (см3/г): EN 20534;
- рассеяние (м2/кг): ISO 9416;
- садкость согласно Канадскому стандарту - CSF (мл): ISO 5267-2;
- щепа: "Pulmac shives", количество образца 3 г и зазор между размалывающими дисками 0,08 мм для массы с садкостью 150 мл CSF и 0,10 мм для массы с садкостью 325 мл CSF.
В Таблице 1 показано, что происходит, когда осиновую щепу, обработанную указанным образом, размалывают до значения садкости 150 мл CSF.
| Таблица 1 | ||||
| Количество NaOH,% | NaOH, г/л | NaOH, моль/л | Рассеяние, м2/кг | Содержание щепы, % |
| 1,2 | 4,8 | 0,12 | 53,5 | 0,43 |
| 0,42 | 1,68 | 0,042 | 58,5 | 0,07 |
| 0,33 | 1,32 | 0,033 | 56,4 | 0,04 |
| 0,23 | 0,92 | 0,023 | 59,0 | 0,14 |
| 0 | 0 | 0 | 57,3 | 0,62 |
Как видно из таблицы, использование настоящего изобретения позволяет уменьшить количество гидроксида щелочи, и при этом рассеяние явно увеличивается без увеличения содержания неразмолотых волокон. По сравнению с использованием обычного количества щелочи рассеяние увеличивается более чем на 10%. Неожиданно было обнаружено, что содержание неразмолотых волокон оказалось даже меньше, чем в контрольном образце с 1,2% щелочи.
В Таблице 2 приведен удельный объем указанных древесных масс.
| Таблица 2 | |
| Количество NaOH, % | Удельный объем, см3/г |
| 1,2 | 2,66 |
| 0,42 | 2,70 |
| 0,33 | 2,81 |
| 0,23 | 2,74 |
| 0 | 2,83 |
Можно видеть, что удельный объем также несколько лучше при одинаковом уровне CSF.
Испытания были повторены с березовой щепой. Пропитка под давлением березовой щепы (80°С, 5 бар, 20 мин) при уровне CSF 325 мл дала следующие значения рассеяния:
| Таблица 3 | ||||
| Количество NaOH, % | NaOH, г/л | NaOH, моль/л | Рассеяние, м2/кг | Содержание щепы, % |
| 1,1 | 4,4 | 0,11 | 41,3-42,5 | 2,24 |
| 0,42 | 1,68 | 0,042 | 45,1 | 1,40 |
В этом случае также было получено значительное улучшение светорассеяния, хотя содержание неразмолотых волокон при испытании осталось высоким. Однако оно оказалось на одну треть меньше, чем в контрольном образце.
В случае с березой уменьшение количества щелочи не оказало существенного влияния на удельный объем.
Пример 2
Пропитка в лабораторных условиях
В лабораторных условиях пропитку осины и березы осуществляют при нормальном атмосферном давлении с использованием щелочи 2,5, 5 и 10 кг NaOH/Adt щепы. Отношение древесина/жидкость составляет 1:8, и температура 80°С.
Образцы пропиточного раствора берут через следующие промежутки времени от начала процесса пропитки: 15 минут, 30 минут, 1 час и 3 часа. Содержание органических веществ, растворенных в пропиточном растворе, существенно увеличивается с увеличением количества щелочи и в зависимости от времени пропитки. В то же время, содержание растворенного химически потребляемого кислорода (ХПК) значительно повысилось.
Ниже в таблице приведены полученные при испытаниях результаты воздействия определенного количества щелочи на потерю волокна при пропитке осины в лабораторных условиях в течение 40 минут.
Следует также отметить, что потеря волокна определялась для пропиточного раствора перед размолом. Размол увеличивает количество растворенного материала, и соответственно увеличивает потерю волокна, причем, чем больше количество щелочи, тем больше потеря.
| Таблица 4 | |||
| Количество NaOH, % | NaOH, г/л | NaOH, моль/л | Потеря волокна, % |
| 1 | 1,43 | 0,035 | 2 |
| 0,5 | 0,71 | 0,017 | 1,1 |
| 0,25 | 0,36 | 0,009 | 0,65 |
1. Способ получения химико-механической древесной массы из древесного сырья, содержащего древесную щепу, в соответствии с которым:
древесную щепу приводят в контакт со щелочным пропиточным раствором на стадии пропитки при условиях, при которых пропиточный раствор проникает в древесную щепу, и
размалывают древесную щепу, обработанную пропиточным раствором, до желаемых значений садкости с получением древесной массы, отличающийся тем, что:
древесную щепу подвергают деаэрации, и
полученную таким образом деаэрированную древесную щепу пропитывают щелочным пропиточным раствором при избыточном давлении, таким образом, что пропиточный раствор эффективно абсорбируется древесной щепой перед ее размолом.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что древесное сырье пропаривают при повышенной температуре, в частности при температуре приблизительно 80-100°С, для удаления воздуха из древесной щепы.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что:
пропаренную древесную щепу по существу при температуре пропарки направляют на стадию пропитки, и
на стадии пропитки поддерживают температуру пропиточного раствора ниже, чем температура на стадии пропарки.
4. Способ по любому из п.2 или 3, отличающийся тем, что пропаренную древесную щепу подают на стадию пропитки через шнековый пресс.
5. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что на стадии пропитки используют пропиточный раствор, содержащий гидроксид щелочного металла, максимальное количество которого составляет приблизительно 6 кг на тонну воздушно-сухой массы, предпочтительно максимально приблизительно 4 кг на тонну воздушно-сухой массы.
6. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве пропиточного раствора используют водный раствор гидроксида щелочного металла, такого как гидроксид натрия, варочную жидкость, полученную от варки целлюлозы, например, белый или зеленый щелок, или сульфитные соединения, такие как сульфит натрия, или их смесь.
7. Способ по любому п.п.1 или 3, отличающийся тем, что древесную щепу пропитывают щелочным пропиточным раствором в течение приблизительно 1-240 мин, предпочтительно приблизительно 5-120 мин, более предпочтительно приблизительно 10-60 мин.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что древесное сырье размалывают до значений садкости, составляющих 50-500 мл, согласно Канадскому стандарту, предпочтительно приблизительно 90-150 мл, согласно Канадскому стандарту.
9. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что температура на стадии пропитки составляет приблизительно 30-95°С, предпочтительно приблизительно 40-90°С.
10. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что значение абсолютного давления на стадии пропитки составляет приблизительно 1,5-15 бар, предпочтительно приблизительно 2-10 бар.
11. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что на стадии пропитки по меньшей мере 85%, предпочтительно по меньшей мере 90%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 95% объема пор древесной щепы заполняют пропиточным раствором.
12. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что пропитку осуществляют в несколько этапов, причем по меньшей мере один из этапов осуществляют при избыточном давлении, и по меньшей мере один из этапов осуществляют при нормальном атмосферном давлении.
13. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что пропарку древесной щепы осуществляют по меньшей мере по существу при нормальном атмосферном давлении с использованием насыщенного или близкого к насыщенному пара.
14. Химико-механическая древесная масса, полученная способом по любому из пп.1-13.
