NO309012B1 - FremgangsmÕte for Õ hindre avleiring av uorganisk materiale pÕ papirmaskinfilt - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for behandling av papirmaskinfilt som kontinuerlig sirkulerer mellom papirarkkontakttrinnet og et sugebokstrinn for å opprettholde porøsiteten i filtene.

Fremstillingen av papir omfatter bearbeidingen av en vandig fibersuspensjon for å produsere et uniformt tørt papirark. Ved drift i forbindelse med papirfremstilling er man alltid opptatt av problemet med å kontrollere avleiringer, spesielt i trinnet for arkpressing der papirduken passerer gjennom presser som er dekket med porøs pressfilt for å ekstrahere gjenværende vann fra duken. Det er viktig å ekstrahere så mye vann som mulig fra papirduken før den entrer tørkeseksjonen, idet den mekaniske fjerning av vann gjennom pressfiltene er en mer kostnads-effektiv fremgangsmåte for å tørke papirduken enn å frembringe damp for tørkere. Moderne pressfilt fremstilles ikke lenger av naturlige ull-materialer, men er av syntet-iske fibre, såsom nylon og polyesterblandinger. Følgende egenskaper er ønskelige for en pressfilt:

- tettes ikke igjen,

- blir ikke ru,

- gjennomtrengelighet for vannbevegelse,

- en ikke-sammenpressbar base som gir hulrom,

- en glatt overflate som hindrer uregelmessigheter i papiroverflaten.

En ren filt, som har små porer som er relativt åpne, er spesielt ønskelig for effektiv papirfremstilling idet dette muliggjør effektiv fjerning av vann fra papirarkene uten å etterlate merker eller uregelmessigheter i papiret. Imidlertid blir filt i presseksjoner fylt eller tettet igjen med forurensninger og krever derfor ofte periodiske nedstenginger, og behandling med kaustiske løsninger (dvs. utkoking), eller eventuell erstatning. Tetting av filt har blitt et stort problem i moderne papirfremstillingsprosesser på grunn av økt anvendelse av resirkulert vann og økt anvendelse av resirkulert papir, samt et ønske om å redusere porestørrelsen for å minimere filt-avmerking.

Forurensninger som tetter filt består primært av uorganiske tetningsstoffer, såsom leire, utfelt kalsiumkarbonat, kalsiumkarbonat fra grunn, og titaniumdioksider. I tillegg danner ionisk ladete, vannløselige polymerer med relativt høy molekylvekt, som anvendes for å forbedre retensjon av cellulosefibre, støv, og uorganiske fyllmasser, flokkulerte partikkelmaterialer som kan overføres fra overflaten av arket til pressfilten. De flokkulerte partikler kan ikke passere gjennom den fine, porøse struk-tur i moderne pressers filt og blir derfor inkorporert deri.

Partikler fra lateksbeleggingsbindemiddel, såsom polyvinylacetat eller gummi av styren-butadien finnes også ofte i tilstoppet pressfilt. Andre typer av forurensninger kan inkludere stivelse, naturlig bek fra trevirke (fettestere, fett- og harpikssyrer/salter) , finfordelte cellulosefibre, mikrobiologiske forurensninger og absorbanter, såsom talk eller bentonitt, oljebaserte skumnedsettere, klebremidler og uløselige metall-hydroksider. Alle disse forurensninger kan foreligge i noen grad basert på en rekke forskjellige faktorer, såsom temperaturen i papirmaskinsystemet, trefibrene og vann-kildene, årstid, graden/kvaliteten på det fremstilte materiale, type og kvantitet av tilsetningsstoffene i systemet, produksjonsfremgangsmåter for massen, hvordan utstyret er konstruert og dets kapasitet. Dersom ikke filtene kontrolleres ved anvendelse av adekvate filt-forbedringsmetoder, så vil de uorganiske tetnings-materialer og agglomererte partikkelsubstanser sterkt for-verre pressfiltens evne til å absorbere vann, og dermed redusere produksjonshastigheter og korte ned levetiden for filtene.

Fremgangsmåter for å nedsette avleiringen av forurensninger i papirmaskinfilt er kjent innen fagfeltet. US-patent 4.715.931 beskriver en fremgangsmåte for å inhibere avleiring av aluminiumhydroksid i papirfremstillings-systemer omfattende å tilsette til filtene en hydroksylert karboksylsyre. Anvendelse av karboksylsyren sammen med surfaktanter, såsom oktylfenoletoksylater, nonylfenoletoksylater og andre som er listet deri, inhiberer avleiring av aluminiumhydroksid og assosierte organiske forurensninger.

US-patent 4.861.429 beskriver en fremgangsmåte for å inhibere avleiringer av hvit bek i filt ved å behandle filtene med en organisk, anionisk polyelektrolytt.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en fremgangsmåte for å behandle papirmaskinfilt for å inhibere avleiringen av partikkel-forurensninger deri, og dermed opprettholde porøsiteten i filten.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å eliminere eller redusere "off-line" rensing av filt (utkoking) med ødeleggende kaustiske eller sure løsninger.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en fremgangsmåte for behandling av papirmaskinfilt for å inhibere avleiringen av uorganiske partikler som stammer fra fyllmateriale anvendt i fremstillingen av fin-papir og/eller skrivepapir.

Et ytterligere formål ifølge oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte for å redusere eller eliminere avleiringen av uorganiske partikler som stammer fra av-fallspapir inneholdende fyllmassepartikler.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er der til-veiebrakt en fremgangsmåte som omfatter å behandle filtene i løpet av papirfremstillingsoperasjonen med et vandig filt-bearbeidingspreparat som i det vesentlige består av et pH-kontrollerende middel og en ikke-ionisk eller anionisk surfaktant, hvor pH-kontrollmidlet foreligger i en mengde som er tilstrekkelig til å frembringe en pH i området 9 til 13, og hvor surfaktanten foreligger i et konsentrasjonsområde fra 30 ppm til 2.000 ppm på vektbasis, og hvor filtene settes i kontakt med filt-bearbeidingspreparatet ved et punkt etter at filtene ikke lenger er i kontakt med papirark og ved et punkt før filtene går inn i suge-bokstrinnet.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en forbedret fremgangsmåte for behandling av pressfilt som ned-setter eller hindrer avleiringen av partikkelsubstanser på pressfilt. Pressfilt-behandlingene ifølge foreliggende oppfinnelse opprettholder filt-porøsitet, dvs. de hindrer at filtene blir mer kompakte, de reduserer tap av tykkelse i filtene som ellers forårsakes av slitasje og sammen-pressing, og dermed reduseres frekvensen for rensemetoder som krever nedstenging.

Surfaktantene ifølge foreliggende oppfinnelse som har blitt vist å frembringe uventet effektivitet idet de kombineres med pH-kontrollmidler ifølge oppfinnelsen inkluderer dodecylbenzensulfonater, lauryletersulfonater, natriumxylensulfonat, lineære olefinsulfonater, fett-aminoksider, fosfatestere, samt blandinger derav. Andre egnede surfaktanter inkluderer, men er ikke begrenset til, oktylfenoletoksylater, nonylfenoletoksylater, dodecylfenoletoksylater, primære alkoholetoksylater, sekundære alkoholetoksylater, etoksylerte polyoksypropylenglykoler, dialkylfenoletoksylater, polyoksyetylensorbitanmonoester og lineære alkybenzensulfonsyrer. Disse er nærmere beskrevet i US-patent 4.861.429. Egnede surfaktanter inkluderer også amfoteriske surfaktanter, såsom fettimidazoler og deres karboksylerte og sulfonerte derivater, fettamidobetaner, fettsulfoamidobetaner. Idet disse surfaktanter er kationiske under sure pH-betingelser, er de anioniske under normale betingelser i forbindelse med papirfremstilling.

Egnede pH-kontrollmidler inkluderer, men er ikke begrenset til, meta-silikater, fosfater, karbonater og lignende, og blandinger derav. Foretrukne pH-kontrollmidler inkluderer natriummeta-silikat, natriumfosfat og natriumkarbonat, og mest foretrukket er natriummeta-silikat .

Den vandige filt-behandlingsløsning fremstilles ved å fortynne surfaktantene i vann til en sluttkonsentrasjon i området 100 til 2.000 ppm, og deretter tilsette pH-kontrollmidlene i en mengde som er effektiv til å frembringe en pH i området 9 til 13, fortrinnsvis 10 til 12, og mest fortrinnsvis 11 til 12. Alternativt kan surfaktanten og pH-kontrollmidlet blandes på forhånd i et forholdstall som gir den ønskete pH og surfaktant-konsentrasjon ved fortynning med vann. Ferskt vann kan anvendes for å fremstille den vandige filt-behandlings-løsning, eller valgfritt kan resirkulert bakvann anvendes. Den vandige filt-behandlingsløsning inneholder generelt mellom 30 ppm og 2.000 ppm surfaktant, fortrinnsvis fra 50 ppm til 1.500 ppm.

Filt-behandlingspreparatene kan valgfritt inkludere et solubiliserende middel for å øke fuktighet, og/eller ett eller flere chelater for å forbedre anvendelse i vann med høy hardhetsgrad. Egnede solubiliserende midler inkluderer glykoler, såsom f.eks. heksylenglykol eller dietylenglykol, glykoletere, såsom f.eks. etylenglykolmono-butyleter. Egnede chelater er de som er i stand til å stabilisere kalsiumioner under høye pH-betingelser og inkluderer, men er ikke begrenset til, etylen-diamintetraeddiksyre (EDTA), nitrilotrieddiksyre (NTA), dietylentriaminpentaeddiksyre (DTPA) og lignende.

Det beskrives også en fremgangsmåte for å inhibere avleiringen av forskjellige organiske og uorganiske forurensninger i en filt i en presseseksjon i et papir-fremstillingssystem hvori filten lett rammes av slike avleiringer. I samsvar med foreliggende oppfinnelse, påføres filt-behandlingspreparatene ifølge oppfinnelsen ved "metering" eller spraying av pressfiltene i fersk-vannsdusjsystemet, fortrinnsvis en dusj med lavt trykk. Disse filt-behandlingspreparater påføres generelt til arksiden av filtene, fortrinnsvis ved en vifte-dusj. Filt-behandlingspreparatene sprayes fortrinnsvis på ved lavt trykk, dvs. i området 2 til 7 kg/cm<2>, fortrinnsvis 3 til 5 kg/cm<2>.

Det vurderes som et viktig trekk ifølge foreliggende oppfinnelse at filt-behandlingspreparatene ifølge oppfinnelsen påføres ved metering i én eller flere fersk-vannsdusjer som dirigeres til pressfilt i et område der filten ikke lenger er i kontakt med papirarket eller sugeboksen, fortrinnsvis mellom presseklemmen og sugeboksen (Uhle) som utnyttes for å fjerne vann fra filten. Påføring av en vandig løsning av et pH-kontrollmiddel og én eller flere ikke-ioniske eller anioniske surfaktanter på pressfilt i dette område har blitt funnet å produsere en uventet effektiv filt-behandling basert på behandlings-effekten til disse filt-behandlingspreparater i andre om-råder eller på de enkelte komponenter.

For typiske papirfremstillingsprosesser, kan filt-behandlingspreparater ifølge oppfinnelsen sprayes eller meteres periodisk i løpet av papirfremstillingsoperasjonen, typisk 2 til 3 ganger per dag, med en aktiv konsentrasjon på fra 1 til 5 vekt%. Alternativt kan filt-behandlingspreparater sprayes eller meteres kontinuerlig med en aktiv konsentrasjon på 0,01 til 0,2 vekt%, fortrinnsvis med en aktiv konsentrasjon på 0,1 vekt%.

Den totale doseringsmengde av vandig filt-behand-lingsmiddel påført filtene er også vurdert som et viktig trekk av foreliggende oppfinnelse. Generelt har de beste resultater blitt oppnådd når minst 6 liter filt-behand-lingsmiddel påføres per kvadratmeter filt per minutt (l/m<2>/min.), fortrinnsvis mellom 6 til 10 l/m^/min.

Filt-behandlingspreparatene ifølge oppfinnelsen er spesielt anvendelig for behandling av filt anvendt i fremstillingen av papirkvaliteter som har inkorporert fyllmasse-materialer, såsom f.eks. finpapir eller skrivepapir. Disse papirkvaliteter inneholder typisk store mengder av uorganiske fyllmasser, såsom leire, kalsiumkarbonat, titaniumdioksid og lignende. Filt-bearbeidingspreparatene som er beskrevet er også effektive i papirfremstillings-systemer som anvender termomekanisk masse (TMP) som typisk har et høyt nivå av finfordelt støv som er kjent å tette til pressfilt.

De påfølgende eksempler er inkludert for å illustrere foreliggende oppfinnelse i samsvar med prinsippene i oppfinnelsen, men skal ikke på noen måte oppfattes som begrensende for oppfinnelsen. Alle deler og prosenter er oppgitt på vektbasis dersom ikke annet er indikert.

Eksempel 1

Dette eksempel viser effektiviteten til behandlinger med filt-bearbeidingspreparatet ifølge oppfinnelsen for å opprettholde porøsiteten i filtene i den presseseksjon i papirfremstillingsmaskinen som fremstiller papir av trykkvalitet. Papirmaskinen ifølge eksempelet anvendte 100% kraftmassemateriale. Materialet inneholdt en relativt høy doseringsmengde av leire som fyllmasse. Før kontakt med papiret, ble åpenheten i papirmaskinfilt målt ved å passere filten over en vakuumboks for å fjerne overskudd av vann. Vakumm-avlesningene, som er nødvendig for å trekke luft gjennom filten, er representative for åpenheten i papirmaskinfilt. Typiske vakuum-avlesninger for ren filt er normalt ca. 12 tommer Hg. Vakuum-avlesninger større enn 12 tommer Hg indikerer generelt at kaustisk rensing av filten er nødvendig. En vandig filt-bearbeid-ingsløsning ble fremstilt inneholdende 4,5% natrium-meta-silikat, 14,5% av en blanding anioniske surfaktanter (natriumdodecylbenzensulfonsyre og lauryletersulfat), 55 chelatmiddel (EDTA) og 4% fuktemiddel (dietylenglykol). Filt-behandlingspreparatet ble oppmålt og fylt i en trykk-sprøyte før den første Uhle-boks med et trykk på 2 til 4 kg/cm<2> og en vannstrøm på 40 liter/min.

Tilstander før behandlingsprogrammet

Før behandling med filt-bearbeidingspreparatet, ble papirmaskinen avstengt i gjennomsnitt hver andre eller tredje dag for kaustisk rengjøring av filten for fjerning av leire. De gjennomsnittlige produksjonstap per avstenging for kaustisk rensing var 12 tonn.

Tilstander etter behandlingsprogrammet

Den innledende prøveperiode var 20 dager, og i løpet av denne periode var det påkrevd med tre nedstenginger for kaustisk rensing. To av disse nedstenginger var et direkte resultat av avbrytelsen av spraypåføringen av filt-behandlingspreparatet ifølge oppfinnelsen. En 18-dagers periode ble gjennomført uten nedstenging med en kontinuerlig spray-påføring av filt-bearbeidingspreparatet. Uhle-boks-vakuum ble holdt under 16 tommer Hg gjennom hele 18-dagers perioden. Alle andre papirmaskin- og ark-standarder ble holdt konstant.

Scanpro-testing involverer bestemming av vanninnholdet i filtene i gram H20/m<2> i filten. Et høyere mål på vanninnhold i filten indikerer en høyere filt-porøsitet. I tillegg er Scanpro-testingen et mål på uniformiteten av vanninnholdet over hele tverrsnittet av filten. Det er vurdert som viktig at pressfilt har en uniform vanninn-holdsprofil over filten. Scanpro-testing ble utført på de behandlede filt og ble sammenlignet med tidligere resultater på andre ubehandlete filt, og indikerer at de behandlede filt ikke bare hadde et høyere vanninnhold, dvs. en signifikant forbedring av porøsiteten over de tidligere ubehandlete filt, men indikerte også en mer uniform vann-innholdsprofil over filten enn de tidligere ubehandlete filt. På det tidspunkt filten ble skiftet ble den rappor-tert å være i god stand.

Eksempel 2

Dette eksempel viser effektiviteten av filt-bearbeid-ingspreparatløsninger ifølge foreliggende oppfinnelse for å opprettholde filt-porøsitet i pressfilt i papirmaskiner anvendt for å fremstille forskriftsmessig klassifisert papir. Materialet omfattet 40% stenslipmasse, 50% termomekanisk masse (TMP) og 10% Kraft-masse. Papir-tilset-ningsstoffer inkluderte talk og stivelse.

Fremgangsmåten i eksempel 1 ble gjentatt i dette eksempel.

Tilstander før behandlingsprogrammet

Denne papirmaskin var i gjennomsnitt avstengt 4 37 timer per år for kaustisk vasking av filtene for å fjerne støv, noe som krevde et forbruk på ca. 10.000 kg kaustiske kjemikalier per år. Ved en gjennomsnittlig produksjons-hastighet på 125 tonn per dag (TPD), fører denne avstengte tid til et betydelig tap i produksjonen. I tillegg til produksjonstap på grunn av at maskinen er ute av drift, så skyldtes et produksjonstap på ca. 250 tonn per år (TPY) uregelmessige fuktighetsprofiler over filtene. Høytrykks-dusjer (8 til 12 kg/cm<2>) var påkrevd for å fjerne støv fra filtene. Den gjennomsnittlige levetid for de 13 filtene var 36,5 dager.

Tilstander etter behandlingsprogrammet

Behandling av papirmaskinfiltene resulterte i en fullstendig eliminering av behovet for avstenging utenom programmet for kaustisk rensing. Den kaustiske rensing av filtene ved den andre presseksjon ble redusert med 50%. Avlesningene i vakuum-boksen forble konstant gjennom hele prøveperioden, og Scanpro-resultatene indikerte uniforme vanninnholdsprofiler, noe som førte til at det ikke ble noe tap i papirproduksjonen. Trykket i høytrykksdusjene ble redusert til 8 kg/cm<2>. Levetiden for filtene økte til 57 dager.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for behandling av papirmaskinfilt som kontinuerlig sirkulerer mellom papirarkkontakttrinnet og et sugebokstrinn for å opprettholde porøsiteten i filtene, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter å behandle filtene i løpet av papirfremstillingsoperasjonen med et vandig filt-bearbeidingspreparat som i det vesentlige består av et pH-kontrollerende middel og en ikke-ionisk eller anionisk surfaktant, hvor pH-kontrollmidlet foreligger i en mengde som er tilstrekkelig til å frembringe en pH i området 9 til 13, og hvor surfaktanten foreligger i et konsentrasjonsområde fra 30 ppm til 2.000 ppm på vektbasis, og hvor filtene settes i kontakt med filt-bearbeidingspreparatet ved et punkt etter at filtene ikke lenger er i kontakt med papirark og ved et punkt før filtene går inn i suge-bokstrinnet.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at surfaktanten er valgt fra gruppen som består av dodecylbenzensulfonater, lauryletersulfonater, oktylfenoletoksylater, nonylfenoletoksylater, dodecylfenoletoksylater, primære alkoholetoksylater, sekundære alkoholetoksylater, etoksylerte polyoksypropylenglykoler, dialkylfenoletoksylater, polyoksy-etylensorbitanmonoestere, lineære alkybenzensulfonsyrer, natriumxylensulfonat, lineære olefinsulfonater, fettamin-oksider, fosfatestere, fettimidazoler, karboksylerte derivater av fettimidazoler, sulfonerte derivater av fettimidazoler, fettamidobetaner, fettsulfoamidobetaner og blandinger derav.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at pH-kontrollmidlet er valgt fra gruppen som består av meta-silikater, fosfater, karbonater og blandinger derav.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert ved at pH-kontrollmidlet er valgt fra gruppen som består av natrium-meta-silikat, natriumkarbonat og natriumfosfat.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at pH er i området 10 til 13.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at pH er i området 11 til 13.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det vandige filt-behandlings-preparat påføres til filtene i løpet av papirproduksjonen med en periodisk spraying, 2 til 3 ganger per dag med en aktiv konsentrasjon på 1 til 5 vekt%.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det vandige filt-bearbeidingspreparat påføres filtene i en kontinuerlig spraying med en aktiv konsentrasjon på 0,01 til 0,2 vekt%.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at det vandige filt-bearbeidingspreparat sprayes med en hastighet på minst 6 liter per kvadratmeter filt per minutt.