FI113552B

FI113552B - Menetelmä painopaperin valmistamiseksi

Info

Publication number: FI113552B
Application number: FI992641A
Authority: FI
Inventors: Taisto Tienvieri; Markku Gummerus
Original assignee: Upm Kymmene Corp
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2004-05-14
Also published as: DE60038316D1; DE60038316T2; WO2001046516A1; FI19992641A; EP1266072B1; CA2393858C; US6878236B2; JP2003518207A; CA2393858A1; US20030015305A1; EP1266072A1

Description

113552

Menetelmä painopaperin valmistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on kuitumassa, menetelmä sen valmista-5 miseksi, kuitumassan käyttö painopaperin, erityisesti sanomalehtipaperin, raaka-aineena ja painopaperi. Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu kuitumassa sopii erilaisten paperien raaka-aineeksi, esimerkiksi superkalanteroitujen SC- (engl. supercalendered) käsittäen sekä offset- että syväpainolaadut, alhaisen neliömassan omaavan 10 päällystetyn LWC- (engl. light weight coated) käsittäen sekä offset- että syväpainolaadut, sanomalehti - (engl. newsprint) tai vastaavien painopaperien valmistukseen. Sanomalehtipaperilaatu käsittää muihinkin kuin sanomalehtiin käytettyjä paperilaatuja, esim. luetteloiden painopa-pereita ja syväpainopapereita. Englanninkieliset termit on lisätty sel-15 vennykseksi, koska niitä käytetään yleisesti ko. paperilaaduista puhuttaessa.

Tunnettu menetelmä mekaanisen massan valmistamiseksi esitellään patenttijulkaisussa US 5,145,010, jota vastaa kansainvälinen hakemus 20 WO 8906717 ja ruotsalainen patenttijulkaisu SE 459924. Menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: hakkeen käsittely vedellä ja kemikaalilla, .. - käsitellyn hakkeen jauhaminen, - jauhetun massan erottaminen hyväksyttyyn ja hylättyyn massaan, ' 25 jolloin hylätty massa sisältää 15-35 % jauhetusta massasta, I · , - hylätyn massan jauhaminen kahdessa vaiheessa, jolloin sakeus *; / ensimmäisessä vaiheessa on 20-35 % ja toisessa vaiheessa noin : 5 %, ja v : - em. massa fraktioidaan hyväksyttyyn ja hylättyyn massaan.

30

Tunnettu menetelmä mekaanisen massan valmistamiseksi esitellään patenttijulkaisussa US 4,938,843. Prosessissa valmistetaan kemiter-' ; momekaanista massaa. Kemikaaleilla ja lämmöllä käsitelty hake jauhe- taan freeness-arvoon 100-700 ml CSF yleensä kaksivaiheisessa 35 jauhatuksessa ja lajitellaan ensimmäiseen hyväksyttyyn ja ensimmäi-.: seen hylättyyn kulumassaan siten, että vähintään 30 % tulee hylättyyn kuitumassaan. Ensimmäinen hyväksytty kuitumassa lajitellaan toiseen 2 113552

Kertaan, jolloin muodostuu toinen hyväksytty kuitumassa ja toinen hylätty kuitumassa. Ensimmäinen ja toinen hylätty kuitumassa yhdistetään, jolloin prosessista saadaan pitkäkuituinen fraktio, jonka freeness-arvo on 200-750 ml CSF, joka voidaan käyttää erikseen karkeakuituisten 5 tuotteiden, esimerkiksi pahvin valmistuksessa, tai se voidaan jauhaa edelleen ja palauttaa ensimmäiseen lajitteluun.

Eräs tunnettu menetelmä on tämän hakemuksen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä kuitumassan valmistamiseksi, 10 jossa menetelmässä prosessi aloitetaan kaksivaiheisella jauhatuksella. Hake syötetään ensimmäiseen jauhimeen, josta se jauhamisen jälkeen syötetään toiselle jauhimelle. Toisen jauhimen jälkeen kuitumassan freeness-arvo on noin 120 ml CSF. Sakeus on tyypillisesti ensimmäisellä jauhimella 50 % ja toisella jauhimella 45 %. Ensimmäisen jauhimen 15 jälkeen mitattu keskimääräinen kuitupituus kuusta raaka-aineena käytettäessä on likimain 1,7 mm, toisen jauhimen jälkeen keskimääräinen kuitupituus on samaa raaka-ainetta käytettäessä likimain 1,5 mm. Toisen jauhimen jälkeen on latenssisäiliö, jossa kuidut suoristetaan laimentamalla sakeus 1—2 %:iin. Kuituja käsitellään latenssisäiliössä 20 1 h. Kuidut johdetaan ensimmäiselle lajittimelle, joka lajittelee hyväksyt tävän massan ja rejektimassan. Hyväksytyn massan freeness on noin 20 ml CSF. Rejektimassasta poistetaan vettä siten, että saavutetaan 45 %:n sakeus. Rejektimassa, jota on 40-50 % kokonaiskuitumassasta, :·*: johdetaan kolmannelle jauhimelle, josta se johdetaan edelleen 1 %:n :· 25 sakeuteen laimennettuna toiselle lajittimelle. Jälleen tapahtuu kuitu- : f: massan fraktiointi hyväksyttävään ja rejektimassaan. Rejektimassa oh- .· . : jataan veden poiston jälkeen 45 %:n sakeudessa neljännelle jauhimelle ja edelleen 1 %:n sakeuteen laimennettuna kolmanteen lajittelijaan. Tämän lajittimen rejektimassa syötetään uudelleen neljännelle jauhimel- * ’ 30 le. Prosessista saadun kuitumassan freeness on 30-70 ml CSF. Jau- himilla käytetty paine on 350-400 kPa. Prosessi kuluttaa energiaa noin v : 3,3 MWh/t (raaka-aineena kuusi), josta 0,3MWh/t kuluu sakeuden : säätöön sopivaksi kutakin prosessivaihetta silmällä pitäen.

• · 35 Edellä selostetun tekniikan tason mukaisen prosessin ongelmia ovat mm. korkea energiankulutus, saatavan kuitumassan suhteellisen lyhyt keskimääräinen kuitupituus ja pääosin siitä johtuvat puutteet kuitumas-sasta valmistetun painopaperin veto- ja repäisylujuudessa. Keksinnön 3 113552 mukaisilla kuitumassan valmistusmenetelmällä, kulumassalla, kuitu-massan käytöllä painopaperin valmistukseen ja painopaperilla voidaan edellä mainittuja ongelmia vähentää.

5 Keksinnön mukaiselle kuitumassan valmistusmenetelmälle on tunnusomaista, että puuraaka-aine jauhetaan jauhamisen ensimmäisessä vaiheessa yli 400 kPa:n (yli 4 barin) ylipaineessa kuitumassaksi, jonka freeness-arvo on 250-700 ml CSF. Keksinnön mukaiselle kulumassalle on tunnusomaista, että vähintään 40 paino-% kuiduista ei läpäise 10 Bauer-McNettin sihtiä, jonka rakokoko on 28 mesh. Keksinnön mukaiselle painopaperille on tunnusomaista, että sen raaka-aineena on käytetty patenttivaatimusten 1-35 mukaisella menetelmällä valmistettua kuitumassaa ja/tai patenttivaatimuksen 40 mukaista kuitumassaa.

15 Keksinnön mukaisen kuitumassan valmistusmenetelmän perusajatus on tuottaa mekaanista kuitumassaa, jossa pitkien kuitujen suhteellinen osuus on suuri. Mekaanisella massalla tarkoitetaan tässä hakemuksessa puuraaka-aineesta, kuten hakkeesta, jauhamalla valmistettua kuitu-massaa. Jauhamisen yhteydessä puuraaka-ainetta ja/tai kuitumassaa 20 lämpökäsitellään, jolloin kyseessä on termomekaanisen massan valmistusprosessi. Puuraaka-ainetta voi olla käsitelty lämpökäsittelyn lisäksi ennen jauhamista myös kemikaaleilla, jolloin kyseessä on kemi-termomekaanisen massan valmistusprosessi.

25 Menetelmällä saavutetaan noin 10% pitempi keskimääräinen kuitupi-: tuus kuin aiemmin käytetyillä menetelmillä. Lyhyiden kuitujen osuus py- syy kulumassassa suurinpiirtein samana kuin aiemminkin, mutta kes-. :·. kipitkien kuitujen suhteellinen osuus vähenee ja pitkien kuitujen suh- teellinen osuus kasvaa. Yllättäen tällaisesta pitkän keskimääräinen 30 kuitupituuden omaavasta kuitumassasta voidaan valmistaa paperia, jonka formaatio on hyvä ja jonka ominaisuudet täyttävät painopaperille asetettavat korkeat vaatimukset. Perinteisesti pitkä keskimääräinen v : kuitupituus ja hyvän formaation omaava kuitumassa ovat olleet vai- keasti saavutettavissa samaan tuotteeseen, koska ei ole tunnettu tapaa 35 jauhaa kuituja hienoiksi samalla säilyttäen suhteellisen pitkän kuitupi-tuuden. Lisäksi keksinnön mukaisessa kuitumassan valmistusmenetel-···' mässä energian kulutus on pienempi kuin aiemmin tunnetuissa mene- telmissä, joissa päämääränä on sama freeness-taso. Freeness-arvolla 4 113552 tarkoitetaan tässä hakemuksessa Canadian Standard Freeness -arvoa, jonka yksikkö on ml CSF. Freeness-arvoa voidaan käyttää massan jau-hatusasteen ilmaisemiseen. Freeness-arvon ja kuidun ominaispinta-alan välillä vallitsee kirjallisuuden mukaan seuraava riippuvuus: 5 A = -3,03 In (CSF) + 21,3, jossa A = massan kokonaisominaispinta-ala (yksikkö m2/g).

Edellä mainitun kaavan mukaan massan kokonaisominaispinta-ala 10 kasvaa freeness-arvon pienentyessä eli freeness-arvolla saadaan selvä indikaatio jauhatusasteesta, koska hienojakeen osuuden noustessa kuitujen ominaispinta-ala kasvaa.

Johtuen pitkien kuitujen suhteellisen suuresta osuudesta tästä tuore-15 kuiduista (primaarikuiduista) valmistetusta kuitumassasta valmistetun painopaperin veto- ja repäisyominaisuudet paranevat. Lujuusominaisuuksien paranemisen myötä voidaan valmistaa neliömassaltaan kevyempää painopaperia. Paperiin voidaan myös lisätä aiempaa enemmän täyteaineita korvaamaan hinnaltaan kalliimpia kuituja ja/tai tuo-20 maan lisäominaisuuksia painopaperille. Superkalanteroidulle paperille voidaan käyttää noin 30 %:n täyteainepitoisuuksia ja sanomalehtipaperille 7-15 %:n, edullisesti noin 10 %:n täyteainepitoisuuksia. Täyteaineet huonontavat paperin lujuutta, mutta ovat halvempia kuin kuituraa-• ·· ka-aine ja parantavat esimerkiksi paperin valonsirontakerrointa ja 25 opasiteettia.

, Kuitumassasta voidaan valmistaa esimerkiksi sanomalehtipaperia, jonka neliömassa on 30-40 g/m2 mitattuna 23°C:n lämpötilassa ja ’ 50 %:n suhteellisessa kosteudessa. Sanomalehtipaperilaadulta edelly- 30 tettäviä tärkeitä ominaisuuksia ovat ajettavuus, painettavuus ja ulkonäkö. Hyvä ajettavuus on sitä, että paperi voidaan johtaa painokoneen : läpi ilman ratakatkoja. Ajettavuuteen vaikuttavia paperin ominaisuuksia : j : ovat mm. repäisylujuus, formaatio, vetolujuus, venymä ja neliömassan .·! : vaihtelu.

35

Painettavuudella tarkoitetaan paperin kykyä vastaanottaa painatus ja pitää se. Painoväri ei saa irrota hangattaessa, se ei saa siirtyä arkista 5 113552 toiseen eikä saa näkyä paperin läpi. Painettavuuteen vaikuttavia paperin ominaisuuksia ovat mm. sileys, absorptiokyky, kosteussisältö, for-maatio, opasiteetti, vaaleus, huokoisuus ja huokosten kokojakauma.

5 Paperin ulkonäköä voidaan arvostella optisten ominaisuuksien suhteen, mm. vaaleuden, valkoisuuden, puhtauden ja opasiteetin suhteen.

Puulajit, joita tässä hakemuksessa on esitetty sopivina käytettävinä raaka-aineina, ovat kuusi (Picea abies), mänty (Pinus sylvestris) ja 10 etelän mänty (suku Pinus, useita eri lajeja). On myös mahdollista, että puuraaka-aineesta valmistettu kuitumassa sisältää ainakin kahdesta eri puulajista saatua kuitumassaa ja/tai ainakin kahdella tavalla valmistettua kuitumassaa, jotka sopivassa valmistuksen vaiheessa sekoitetaan keskenään. Esimerkiksi superkalanteroiduissa ja alhaisen neliömassan 15 omaavissa päällystetyissä papereissa on yleensä raaka-aineena myös kemiallisen keiton kautta saatua sellua, sanomalehtipaperissa sitä ei yleensä ole. Superkalanteroiduissa papereissa kemiallista massaa on yleensä 10-20 % ja alhaisen neliömassan omaavissa päällystetyissä papereissa 20 - 50 % massakoostumuksesta. Massakoostumuksella 20 tarkoitetaan paperin valmistukseen käytettävien kuitujen kokonaiskuitumassaa.

Kuitumassan valmistaminen keksinnön mukaisella menetelmällä käsit- • '· tää sopivan puuraaka-aineen pääjauhatuksen ja sitä seuraavia jauha- i* 25 tus- ja lajitteluvaiheita. Ns. pääjauhatus eli jauhatusprosessin ensim- : mäinen vaihe suoritetaan korkeassa, 165-175 °C:n, lämpötilassa ja » « korkeassa, 600-700 kPa:n (6-7 barin), paineessa lyhyen ajan, jolloin . :·! kuitumassa jää pääosin melko karkeaksi. Syötettävän raaka-aineen ... keskimääräinen viipymäaika korkeapaineisessa jauhimessa on vain 5- 30 10 sekuntia. Jauhatuksen aikainen lämpötila määräytyy kylläisen höy ryn paineen mukaan.

v : Jauhatuksen ensimmäinen vaiheessa on edullisesti käytössä vain ;·.*: yksivaiheinen jauhatus. Samassa vaiheessa olevia jauhimia voi 35 kuitenkin olla monta rinnakkain. Jauhatuksen ensimmäisen vaiheen jälkeen kuitumassan freeness-arvo on 250-700 ml CSF. Jauhatuksen ···' ensimmäisen vaiheen jälkeen kuitumassa lajitellaan ensimmäiseen hyväksyttyyn kuitumassaan ja ensimmäiseen hylättyyn kuitumassaan.

6 113552

Kun kuitumassa on lajiteltu ensimmäiseen hyväksyttyyn kuitumassaan ja ensimmäiseen hylättyyn kuitumassaan, prosessin jatkamiseksi on erilaisia menettelytapoja, esimerkiksi 5 - 1-portainen ensimmäisen hylätyn kuitumassan käsittely, jossa hy lätty kuitumassa jauhetaan ja lajitellaan yhdessä portaassa. Hyväksyttyjä kuitumassoja poistetaan prosessista kunkin lajitteluvai-heen jälkeen ja/tai hyväksyttyjä kuitumassoja uudelleenlajitellaan, tai 10 2- portainen ensimmäisen hylätyn kuitumassan käsittely, jossa hylätty kuitumassa jauhetaan ja lajitellaan kahdessa portaassa. Hyväksyttyjä kuitumassoja poistetaan prosessista kunkin lajitteluvai-heen jälkeen ja/tai hyväksyttyjä kuitumassoja uudelleenlajitellaan, 15 tai 3- portainen ensimmäisen hylätyn kuitumassan käsittely, jossa hylätty kuitumassa jauhetaan ja lajitellaan kolmessa portaassa ja hyväksyttyjä kuitumassoja poistetaan prosessista kunkin lajitteluvai- 20 heen jälkeen, tai eteenpäin kytketty 2- tai 3-portainen hylätyn kuitumassan käsittely, jolla tarkoitetaan hylätyn kuitumassan käsittelyä ensin kahdessa • ·'; tai kolmessa portaassa ja hyväksyttyjen kuitumassojen poistamista 25 prosessista kunkin lajitteluvaiheen jälkeen, ja sen jälkeen viimeksi . ·. jääneen hylätyn kuitumassan jauhamista esimerkiksi matalasa- keusjauhimessa ja koko matalasakeusjauhimessa käsitellyn kui-’ . * tumassan poistamista prosessista.

' ' ' 30 Edellä mainituissa vaihtoehdoissa yksi porras käsittää peräkkäiset jau- himen ja lajittelijan. Jäljempänä esitetään em. sovellusmuodot yksityis-kohtaisesti. Prosessin eri vaiheista saatavat hyväksytyt kuitumassat : yhdistetään ja sekoitetaan toisiinsa, mahdollisesti valkaistaan ja käyte- ’ : tään paperikoneella paperin valmistuksen raaka-aineena. Kuitumassan ' 35 valmistuslaitteisto voi käsittää useita rinnakkaisia valmistuslinjoja, joista saadut hyväksytyt kuitumassat yhdistetään toisiinsa.

7 113552

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla kuviin 1-5, jotka esittävät periaatteellisia prosessikaavioita kuitumassan valmistamiseksi, jotka kaikki ovat saman keksinnön eri sovellusmuotoja.

5 Ennen hakkeen syöttämistä kuvan 1 mukaiseen prosessiin haketta esi-käsitellään kuumassa höyryssä paineen alaisena, jolloin hake pehmiää. Paine esikäsittelyssä on edullisesti 50-800 kPa. Hakkeen esikäsittelyyn voidaan käyttää myös kemikaaleja, esimerkiksi alkaaliperoksidia tai sulfiittikäsittelyjä, kuten natriumsulfiittikäsittelyjä. Ennen jauhimia on 10 myös yleensä höyryn erotteluun tarkoitettuja laitteita, esimerkiksi sykloneja.

Kuvan 1 mukaisessa prosessissa hake syötetään 40-60 %:n, esimerkiksi noin 50 %:n sakeudessa jauhimelle 1, josta saadun kuitumassan 15 freeness-arvo on 250-700 ml CSF. Kuusta (Picea abies) raaka-aineena käytettäessä keskimääräinen kuitupituus jauhimen 1 jälkeen on vähintään 2,0 mm. Jauhimella 1 käytettävä paine on korkea, yli 400 kPa.n ylipaine (yli 4 barin ylipaine), edullisesti 600-700 kPa. Ylipaineella tarkoitetaan ylipainetta normaalin ilmakehän paineeseen verrattuna. Jau-20 hin 1 voi olla kartio- tai levyjauhin, edullisesti se on kartiojauhin. Kartio-jauhimella saadaan pitempää kuitua kuin levyjauhimella. Energiankulutus jauhimella 1 on 0,4-1,2 MWh/t.

Kuitumassa syötetään latenssisäiliön 2 kautta lajittimeen 3. Latenssi-25 säiliössä 2 jauhatuksen aikana käyristyneet kuidut oikenevat, kun niitä pidetään kuumassa vedessä noin yhden tunnin ajan. Latenssisäiliössä 2 sakeus on 1-5 %.

• » *

Lajittimelta 3 saadaan ensimmäinen hyväksytty kuitumassa A1, jonka : : : 30 freeness-arvo on 20-50 ml CSF. Ensimmäiseen hylättyyn kulumas saan R1 menee 60-90 %, edullisesti noin 80 % kokonaiskuitumassas-ta. Ensimmäinen hylätty kuitumassa R1 syötetään vedenpoiston jälkeen :T: 30-60 %:n sakeudessa, edullisesti noin 50 %:n sakeudessa jauhimelle ‘ ; 4 ja siitä edelleen 1—5 %:n sakeudessa lajittimelle 5. Energiankulutus ‘ 35 jauhimella 4 on 0,5-1,8 MWh/t.

» · ’·’*/ Lajittimelta 5 saadaan toinen hyväksytty kuitumassa A2 ja toinen hylätty :··: kuitumassa R2, jota on 60-80 % lajittimella 5 lajittelussa olleesta edelli- 8 113552 sen vaiheen hylätystä kuitumassasta R1. Toinen hylätty kuitumassa R2 johdetaan 30-60 %:n sakeudessa, edullisesti 50 %:n sakeudessa jau-himelle 6 ja siitä edelleen 1-5 %:n sakeudessa lajittimelle 7, josta saadaan kolmas hyväksytty kuitumassa A3 ja kolmas hylätty kuitumassa 5 R3, joka palautetaan jauhimen 6 syöttöön. Energiankulutus jauhimella 0,5-1,8 MWh/t. Kokonaiskuitumassan, joka saadaan yhdistämällä hyväksytyt kuitumassat A1, A2 ja A3, freeness-arvo on 30-70 ml CSF.

Edellä esitetyt, kuvan 1 mukaista prosessia koskevat 10 energiankulutusarvot ovat energian kulutus silloin, kun haketta ei ole käsitelty kemikaaleilla eli kyseessä on TMP-massa.

Jauhimilla 4 ja 6 paine voi olla korkea, vähintään yli 400 kPa (yli 4 bar), edullisesti 600-700 kPa (6-7 bar), tai se voi olla normaalia tasoa, kor-15 keintaan 400 kPa, edullisesti 300-400 kPa.

Veden poisto ennen jauhimia, jotta saavutettaisiin 30-60 %:n sakeus, edullisesti noin 50 %:n sakeus, suoritetaan ruuvipuristimilla tai vastaavilla laitteilla, joilla on mahdollista poistaa vettä prosessista niin paljon, 20 että saavutetaan mainittu suuri sakeus. Kuitumassan laimentaminen ennen lajittelua taas suoritetaan pumppaamalla prosessiin vettä tarkoitukseen sopivilla pumpuilla.

Kuitumassa lajitellaan tunnetuilla menetelmillä, lajittimissa voidaan 25 käyttää esimerkiksi rakosihtiä, jonka rakokoko on 0,10-0,20 mm ja joi- */’·. den profiilin korkeus on valittu sopivasti lajittelutilannetta ja haluttua » · lopputulosta silmällä pitäen. Useampia lajitteluvaiheita käsittävässä ‘ prosessissa sihtien rakokoko yleensä kasvaa prosessin loppua kohti mentäessä. Sihtien ominaisuudet pitää valita siten, että ne eivät tuk-: : : 30 keudu epänormaaleissa ajotilanteissa, esimerkiksi prosessia käynnistettäessä. Sakeus rakosihtejä käytettäessä on yleensä 1-5 %.

• * · • » » :T: Eräs mahdollisuus kuitumassan lajittelemiseksi on pyörrepuhdistin, jota ; käytettäessä sakeus täytyy säätää alhaisemmaksi kuin rakosihtiä käy- < *» * ’. 35 tettäessä. Sakeus pyörrepuhdistinta käytettäessä on edullisesti noin 0,5%.

*:*·: Valmiin kuitumassan, joka on saatu yhdistämällä ja sekoittamalla hy- 9 113552 väksytyt kuitumassat A1, A2 ja A3, kuitujakauma Bauer-McNett -menetelmällä mitattuna on seuraava: 40-50 % kuiduista ei läpäise sihtejä, joiden aukkojen koko on 16 mesh 5 ja 28 mesh, 15-20 % kuiduista läpäisee 16 ja 28 meshin sihdit, mutta eivät läpäise sihtejä, joiden aukkojen koko on 48 mesh ja 200 mesh, ja 35-40 % kuiduista läpäisee 48 ja 200 meshin sihdit eli nämä kuidut menevät läpi kaikista käytetyistä sihdeistä (-200 mesh).

10 16 meshin sihdille jääneiden kuitujen keskimääräinen kuitupituus on 2,75 mm, 28 meshin sihdille jääneiden kuitujen keskimääräinen kuitupituus on 2,0 mm, 48 meshin sihdille jääneiden kuitujen keskimääräinen kuitupituus on 1,23 mm ja 200 meshin sihdille sihdille jääneiden kuitu-15 jen keskimääräinen kuitupituus on 0,35 mm. (Lähde: J. Tasman: The Fiber Length of Bauer-McNett Screen Fractions, TAPPI, Voi. 55, No. 1 (January 1972)) Tällöin saatu kuitumassa sisältää 40-50 % kuituja, joiden keskimääräi-20 nen kuitupituus on yli 2,0 mm, 15-20 % kuituja, joiden keskimääräinen kuitupituus on yli 0,35 mm ja 35-40 % kuituja, joiden keskimääräinen kuitupituus on alle 0,35 mm.

*: ·: Kuvassa 2 on esitetty keksinnön toinen sovellusmuoto. Prosessin alku- j. 25 osa on kuvassa 1 esitetyn kaltainen, mutta kolmas hylätty kuitumassa . \ R3 johdetaankin jauhimelle 8 ja siitä edelleen lajittimelle 9. Lajittimelta 9 saatu neljäs hyväksytty kuitumassa A4 johdetaan yhdistettäväksi mui- I * · den hyväksyttyjen kuitumassojen A1, A2 ja A3 kanssa. Neljäs hylätty ' kuitumassa R4 johdetaan takaisin jauhimen 8 syöttöön. Tällainen järjes- 30 tely saattaa olla tarpeen silloin, kun pyritään alhaiseen freeness-tasoon, esimerkiksi tasoon 30 ml CSF.

• · 1 » · v : Kuvassa 3 on esitetty keksinnön kolmas sovellusmuoto. Prosessin al- : kuosa on kuvassa 2 esitetyn kaltainen, mutta neljäs hylätty kuitumassa

35 R4 johdetaan matalasakeusjauhimelle LC. Matalasakeusjauhimelle LC

* · . syötettävän kuitumassan R4 sakeus on 3-5 %. Saadut hyväksytyt kui- •»· tumassat A1, A2, A3, A4 ja A5 yhdistetään ja sekoitetaan valmiiksi kui-tumassaksi.

10 113552

Kuvassa 4 on esitetty keksinnön neljäs sovellusmuoto. Lajittimelta 3 saatu hylätty kuitumassa R1 johdetaan jauhimelle 4 ja siitä edelleen la-jittimelle 5. Lajittimelta 5 saatu hylätty kuitumassa johdetaan takaisin 5 jauhimen 4 syöttöön. Lajittimelta 5 saatu hyväksytty kuitumassa A2 johdetaan pois prosessista.

Lajittimelta 3 saatu hyväksytty kuitumassa A1 johdetaan uudelleenlajit-teluun lajittimelle 10. Lajittimelta 10 saatu hyväksytty kuitumassa A11 10 johdetaan pois prosessista. Lajittimelta 10 saatu hylätty kuitumassa R11 johdetaan jauhimelle 11 ja siitä edelleen lajittimelle 12. Lajittimelta 12 saatu hylätty kuitumassa R12 johdetaan takaisin jauhimen 11 syöttöön. Lajittimelta 12 saatu hyväksytty kuitumassa A12 johdetaan pois prosessista yhdistettäväksi muiden hyväksyttyjen kuitumassojen A11 ja 15 A2 kanssa.

Kuvassa 5 on esitetty keksinnön viides sovellusmuoto. Prosessi on muuten kuvassa 1 esitetyn prosessin kaltainen, mutta lajittimelta 3 saatu hyväksytty kuitumassa A1 johdetaan uudelleenlajitteluun 20 lajittimelle 13. Lajittimelta 13 saatu hyväksytty kuitumassa A13, lajittimelta 5 saatu hyväksytty kuitumassa A2 ja lajittimelta 7 saatu hyväksytty kuitumassa A3 yhdistetään ja sekoitetaan ja johdetaan käyttäväksi paperinvalmistusprosessissa. Lajittimelta 13 saatu hylätty ·: ** kuitumassa R13 yhdistetään hylättyihin kuitumassoihin R2 ja R3 ja 25 yhdistetty kuitumassa johdetaan jauhimelle 6.

* * > *

« I

Prosessissa käytetty puuraaka-aine voi olla mitä tahansa puuta, mutta yleensä se on havupuuta, edullisesti kuusta, mutta myös esimerkiksi mänty ja etelän mänty ovat käyttötarkoitukseen nähden sopivia puuraa- I * » ' ' * 30 ka-aineita. Kun puuraaka-aineena käytetään kuusta ja haketta ei käsitellä kemikaaleilla, energiankulutus on noin 2,8 MWh/t, josta noin I · t v : 0,3 MWh/t kuluu sakeuden säätöön sopivaksi kutakin prosessivaihetta ·./»’: silmällä pitäen. Energian kulutus käyttäen kuvan 1 mukaista prosessia .·! ; on jauhamisen ensimmäisessä vaiheessa 0,4-1,2 MWh/t, jauhamisen ft I * 35 toisessa vaiheessa 0,5-1,8 MWh/t ja jauhamisen kolmannessa vaiheessa 0,5-1,8 MWh/t. Mäntyjen vaatima prosessointienergia on * · · suurempi kuin kuusen, esimerkiksi etelän männyn prosessointi vaatii ‘i*'i noin 1 MWh/t enemmän energiaa kuin kuusi. Myös hakekoon u 113552 muuttaminen vaikuttaa energiankulutukseen. Yllä mainitut energiankulutusarvot on saatu kokeista, joissa hake oli koeseulonnan mukaan keskimitaltaan 21,4 mm ja keskipaksuudeltaan 4,6 mm.

5 Seuraavaksi esitellään keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetusta kuitumassasta valmistetun painopaperin ominaisuuksia esimerkkien avulla. Painopaperien ominaisuuksien testauksessa on käytetty mm. seuraavia menetelmiä: 10 Freeness-arvo SCAN-M 4:65

Neliömassa SCAN-C28:76/SCAN-M8:76 Täyteainepitoisuus SCAN-P 5:63 (Paperin ja kartongin tuhka)

Vetolujuus SCAN-P 38:80 15 Palstautumislujuus TAPPI Useful Method 403 (RD- laitteen ohje)

Vetoindeksi SCAN-P 38:80

Venymä SCAN-P 38:80

Repäisyindeksi SCAN-P 11:96 20 Repäisylujuus SCAN-P 11:96

Taivutusjäykkyys Edanan testi (vastaa BS 3356:1982)

Bulkki SCAN-P 7:96

Beta-formaatio Laitteen käyttöohjeet . Normeerattu Beta-formaatio Laitteen käyttöohjeet 25 Huokoisuus SCAN-P 60:87 • · ; Bentsen-karheus SCAN-P 21:67 : Opasiteetti SCAN-P 8:93 ·: ISO vaaleus SCAN-P 3:93 LY-arvo SCAN-P 8:93 30 Valonabsorptiokerroin SCAN-P 8:93

Valonsirontakerroin SCAN-P 8:93 : PPS-karheus SCAN-P 76:95 :·. Esimerkki 1.

’·: 35 Lopputuotteen ominaisuuksien vertailemiseksi valmistettiin sanomaleh- :‘: tipaperiksi sopivaa painopaperia. Tunnetulla, hakemuksen alussa kuva- .*··. tulla menetelmällä valmistetusta kuitumassasta, jossa oli mukana 42 % .!!!: siistausmassaa, valmistettiin näyte 1 ja keksinnön mukaisella menetel- • · 12 113552 mällä valmistetusta tuorekuitumassasta valmistettiin näyte 2. Näytteessä 1 on käytetty täyteaineena täyteainekaoliinia, näytteessä 2 on käytetty täyteaineena jauhettua kalsiumkarbonaattia. Näytteistä mitatut koetulokset ovat taulukossa 1.

5 » · • § • · • · « · • »· • » · • · · • 1 • · · ,3 113552

Taulukko 1. Tunnetulla menetelmällä valmistetusta kulumassasta valmistetun kalanteroimattoman painopaperin (näyte 1) ja keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetusta kulumassasta valmistetun kalanteroimattoman painopaperin (näyte 2) ominaisuudet.

5 _ Näyte__1_2_

Kuitumassan freeness-arvo (ml CSF) 61 50 näytteenotto perälaatikosta___

Tjeliömassa (g/m2) 40,0 37,7 Täyteainepitoisuus (%)_6,6 9,7

Vetolujuus (kN/m) keskimääräinen 0,82 1,06 konesuunta 1,24 1,68 _poikkisuunta_ 0,39 0,44

Vetolujuussuhde 3,32 3,23 (konesuunta/poikkisuunta)___

Palstautumislujuus (Scott Bond)__105 100

Repäisylujuus (mN) keskimääräinen 208 223 konesuunta 138 143 __poikkisuunta_ 278 302

Bulkki (cm^/g) 2,66 2,66

Beta-formaatio (g/m )_3,1 2,7

Normeerattu Beta-formaatio_0,490 0,440

Huokoisuus (ml/min)_2292 1596

Bendtsen-karheus keskimääräinen 879 909 (ml/min) yläpinta 941 823 _alapinta_ 817 995

Opasiteetti (%) keskimääräinen 88,3 89,3 yläpinta 87,7 89,3 . _alapinta_ 88,8 89,4 : ISO-vaaleus (%) keskimääräinen 64,2 62,3 :· yläpinta 64,5 62,6 _alapinta_ 63,8 62,0 ·[ Y-arvo (%) keskimääräinen 72,8 67,8 yläpinta 73,0 68,0 _alapinta_72,5 67,6 ; , Valonabsorptioker- keskimääräinen 3,4 4,4 : roin (m2/kg) yläpinta 3,2 4,4 _alapinta_3,5 4,5 ... Valonsirontakerroin keskimääräinen 66,1 57,5 ·’ * (m2/kg) yläpinta 64,7 57,8 _alapinta_67,4 57,3 ’ Tuloksista nähdään, että keksinnön mukaisesta kuitumassasta valmis tettu painopaperi saavuttaa hyvät ominaisuudet, vaikka neliömassa on alempi ja täyteainemäärä suurempi kuin vertailu näytteessä.

14 1 13552

Esimerkki 2.

Kalanteroidun painopaperin ominaisuuksien vertaisemiseksi valmistet-5 tiin tunnetulla menetelmällä valmistetusta kuitumassasta ja keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetusta kuitumassasta näytteet.

Taulukko 2. Tunnetulla menetelmällä valmistetusta kuitumassasta valmistetun painopaperin (näyte 5) ja keksinnön mukaisella menetelmällä 10 valmistetusta kuitumassasta valmistetun painopaperin (näyte 6) ominaisuudet.

Näyte__5_6_

Tieliömassa (g/m2) ~ 42,1 36,8

Bulkki (ma/kg) 1,50 1,73 PPS-karheus (pm) yläpinta 4,03 4,17 _alapinta_4,18 4,13

Bendtsen-karheus yläpinta 131,5 119,0 (ml/min)_alapinta__140,5 128,5

Huokoisuus (ml/min)_ 262,0 686,0 ISO-vaaleus (%) yläpinta 61,90 61,60 _alapinta_ 61,30 61,00

Opasiteetti (%) yläpinta 89,30 91,00 _alapinta_ 89,10 90,40 Y-arvo (%) yläpinta 69,10 66,00 _alapinta_ 68,60 65,50

Valonsirontakerroin yläpinta 61,40 60,60 : (m2/kg)_alapinta_ 59,10 57,60

Valonabsorptioker- yläpinta 4,30 5,30 roin (m2/kg)_alapinta_4,20 5,30 : Vetoindeksi (Nm/g) konesuunta 43,1 50,7 _poikkisuunta__12,0 11,6

Venymä (%) konesuunta 0,82 0,99 v ' _poikkisuunta_ 2,33 2,25 ·' Vetolujuus (kN/m) konesuunta_2,42 1,87

Repäisyindeksi konesuunta 3,85 3,52 (mNm2/g)_poikkisuunta_ 5,67 6,74 ' Repäisylujuus (mN) poikkisuunta_ 260,82 248,33

Taivutusjäykkyys konesuunta 60 58 .· , (mm)_poikkisuunta_[37_[31_ 1R 113552 15

Tuloksista nähdään, että keksinnön mukaisesta kuitumassasta valmistettu painopaperi saavuttaa hyvät ominaisuudet, vaikka neliömassa on alempi kuin vertailunäytteessä.

5 Edellä selostettu ei rajoita keksintöä, vaan keksinnön suojapiiri vaihte-lee patenttivaatimusten puitteissa. Keksintö ei ole rajoittunut puuraaka-aineen osalta mainittuihin puulajeihin, vaan muutkin puulajit tulevat kyseeseen, joskin esimerkiksi prosessin energiankäyttö ja saatu keskimääräinen kuitupituus vaihtelevat puuraaka-aineesta riippuen. Sama 10 kuitumassa voi sisältää eri puulajien kuituja.

Menetelmä kuitumassan valmistamiseksi voi vaihdella jauhamisen ensimmäisen vaiheen jälkeen. Kuitumassasta voidaan valmistaa erilaisia painopapereita. Keksinnön ydin on, että tietyllä uudella tavalla jauhettu 15 kuitumassa soveltuu painopaperien raaka-aineeksi ja tekee mahdolliseksi entistä edullisemman painopaperien valmistuksen.

• · ·

Claims

1. Menetelmä mekaanisen massan valmistamiseksi käytettäväksi painopaperin raaka-aineena, jonka valmiin kuitumassan freeness-arvo on 5 30-70 ml CSF, ja jossa menetelmässä puuraaka-aine jauhetaan jau hamisen ensimmäisessä vaiheessa kuitumassaksi, jonka freeness-arvo on 250-700 ml CSF, tunnettu siitä, että jauhamisen ensimmäisestä vaiheesta saatu kuitumassa lajitellaan hyväksyttyyn kuitumassaan (A1), jonka freeness-arvo on 20-50 ml CSF ja joka hyväksytty kuitumassa 10 poistetaan prosessista tai johdetaan uudelleenlajitteluun ja hylättyyn kuitumassaan (R1), joka johdetaan jauhamisen toiseen vaiheeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puuraaka-aine jauhetaan jauhamisen ensimmäisessä vaiheessa yli 400 15 kPa:n ylipaineessa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puuraaka-aine jauhetaan 600-700 kPa:n ylipaineessa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhatus tapahtuu 165-175°C:n lämpötilassa. * «»·

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytty kuitumassa (A1) uudelleenlajitellaan hyväksyttyyn toisiokui-25 tumassaan (A11) ja hylättyyn toisiokuitumassaan (R11). ,y

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytty toisiokuitumassa (A11) johdetaan pois prosessista, (kuva 4)

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty toisiokuitumassa (R11) johdetaan jauhettavaksi, jonka jälkeen se lajitellaan hyväksyttyyn (A12) ja hylättyyn kuitumassaan (R12). I

· ; ·· 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hy- .··· 35 väksytty kuitumassa (A12) johdetaan pois prosessista, (kuva 4) II» * · 113552

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty kuitumassa (R12) johdetaan takaisin jauhettavaksi, (kuva 4)

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hylätty kuitumassa (R1) käsittää 60-90 % lajittelussa mukana olleesta kuitumassasta painoprosentteina.

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että hylätty kuitumassa (R1) johdetaan jauhamisen toiseen vaiheeseen, josta saatu kuitumassa lajitellaan toiseen hyväksyttyyn kuitumassaan (A2) ja toiseen hylättyyn kuitumassaan (R2).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 toinen hyväksytty kuitumassa (A2) johdetaan pois prosessista, (kuvat 1-5)

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitumassa (A1) lajitellaan hyväksyttyyn toisiokuitumassaan (A13) ja 20 hylättyyn toisiokuitumassaan (R13).(kuva 5)

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että .., i hyväksytty toisiokuitumassa (A13) johdetaan pois prosessista, (kuva 5) * • i * *»

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen menetelmä, tunnettu ;' i * siitä, että hylätty toisiokuitumassa (R13) johdetaan jauhamisen kolman- : ·. · teen vaiheeseen, (kuva 5)

16. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 toinen hylätty kuitumassa (R2) käsittää 60-80 % toisessa lajittelussa mukana olleesta kuitumassasta painoprosentteina. * » * · • I » :·.

17. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen menetelmä, tunnettu • a ;‘i’ siitä, että toinen hylätty kuitumassa (R2) johdetaan takaisin jauhamisen * .“· 35 toiseen vaiheeseen, (kuva 4) * $« t · » »»

18. Patenttivaatimuksen 11, 12 tai 16 mukainen menetelmä, tunnettu • i I l... siitä, että toinen hylätty kuitumassa (R2) johdetaan jauhamisen kolman- 18 113552 teen vaiheeseen, josta saatu kuitumassa lajitellaan kolmanteen hyväksyttyyn kuitumassaan (A3) ja kolmanteen hylättyyn kuitumassaan (R3).

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 kolmas hyväksytty kuitumassa (A3) johdetaan pois prosessista, (kuvat 1-3, 5)

20. Patenttivaatimuksen 6, 8 tai 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A11, A12, A3) yhdistetään ja sekoite- 10 taan valmiiksi kuitumassaksi.

21. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolmas hylätty kuitumassa (R3) johdetaan takaisin jauhamisen kolmanteen vaiheeseen, (kuvat 1 ja 5) 15

22. Patenttivaatimuksen 1, 12 tai 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A1, A2, A3) yhdistetään ja sekoitetaan valmiiksi kuitumassaksi.

23. Patenttivaatimuksen 12, 14 tai 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A2, A13, A3) yhdistetään ja sekoite-•: ’: taan valmiiksi kuitumassaksi.

24. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen menetelmä, tunnettu .·. : 25 siitä, että kolmas hylätty kuitufraktio (R3) johdetaan jauhamisen neljän teen vaiheeseen, josta saatu kuitumassa lajitellaan neljänteen hyväk- : . syttyyn kuitumassaan (A4) ja neljänteen hylättyyn kuitumassaan (R4).

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 neljäs hyväksytty kuitumassa (A4) johdetaan pois prosessista, (kuvat 2 ja 3)

26. Patenttivaatimuksen 24 tai 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neljäs hylätty kuitumassa (R4) johdetaan takaisin jauhamisen 35 neljänteen vaiheeseen, (kuva 2) • I » 113552

27. Patenttivaatimuksen 1,12,19 tai 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A1, A2, A3, A4) yhdistetään ja sekoitetaan valmiiksi kuitumassaksi.

28. Patenttivaatimuksen 24 tai 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neljäs hylätty kuitumassa (R4) johdetaan matalasakeusjauhi-meen (LC). (kuva 3)

29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 matalasakeusjauhimessa jauhettu viides hyväksytty kuitumassa (A5) johdetaan pois prosessista, (kuva 3)

30. Patenttivaatimuksen 1, 12, 19, 25 tai 29 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hyväksytyt kuitumassat (A1, A2, A3, A4, A5) yhdis- 15 tetään ja sekoitetaan valmiiksi kuitumassaksi.

31. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sakeus jauhatuksen aikana on 30-60 %.

32. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että sakeus lajittelun aikana on 0,5-5 %. 20 113 5 5 2