專(zhuān)利名稱(chēng)：一種生產(chǎn)機(jī)制和化學(xué)機(jī)制紙漿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從含有木質(zhì)纖維素的原料以85%以上的產(chǎn)出率生產(chǎn)用于制造紙張或紙板產(chǎn)品的機(jī)制和化學(xué)機(jī)制紙漿。
目前機(jī)制紙漿(如TMP)或化學(xué)機(jī)制紙漿(如CTMP)是用幾種不同的工藝方案來(lái)生產(chǎn)的，其中是把經(jīng)蒸汽加工的粉碎原料放在各種類(lèi)型的盤(pán)形勻料機(jī)中進(jìn)行勻料。在生產(chǎn)用于不同印刷紙或紙板型包裝材料的紙漿時(shí)，通常，勻料加工以一個(gè)或多個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行。一般，第一步是加壓，即，在高于100℃的溫度下，往往是在稍低于或就在所謂木質(zhì)素的軟化溫度(Tg)下進(jìn)行勻料加工。迄今，在后續(xù)的各勻料加工步驟中都是把壓力和溫度選擇得保持在與第一個(gè)勻料步驟相同的水平，或者在不加壓的系統(tǒng)中進(jìn)行后續(xù)的勻料步驟，即在低于初始步驟的溫度下，通常是在木質(zhì)素的軟化溫度下或低于該溫度下進(jìn)行。
最近幾十年來(lái)，在對(duì)多種有關(guān)類(lèi)型的木材進(jìn)行了大量科學(xué)試驗(yàn)之后，已經(jīng)確定，在機(jī)制和化學(xué)機(jī)制紙漿生產(chǎn)工藝中，木質(zhì)素的軟化溫度對(duì)粉碎原料的勻料加工是一個(gè)重要的變量。在試驗(yàn)研究中，一直是使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和傳統(tǒng)的測(cè)量原理來(lái)確定粘彈性參數(shù)。對(duì)于木材，與對(duì)于其它的粘彈性材料一樣，軟化溫度隨測(cè)量時(shí)的載荷頻率變化。在較高的載荷頻率下，軟化溫度增高。在通常施加于勻料機(jī)的加工頻率下，針葉樹(shù)木材的軟化溫度已確定為在125℃和145℃之間，盡管其證明為對(duì)于我們最常用的硬木類(lèi)型的木材是稍低了一點(diǎn)。通過(guò)添加不同的化學(xué)品可以使軟化溫度偏移。例如，在用亞硫酸鹽型的常用木質(zhì)素軟化化學(xué)品浸漬了之后，可以降低軟化溫度。
生產(chǎn)上述類(lèi)型的紙漿需要相當(dāng)高的總電能消耗。例如用針葉樹(shù)木材生產(chǎn)用于新聞紙的紙漿，電耗可能達(dá)2000千瓦小時(shí)/噸紙漿。在最近進(jìn)行的以降低電耗為目的的TMP工藝過(guò)程研究中發(fā)現(xiàn)，在不同的工藝方案中和對(duì)于形成的紙漿的性質(zhì)，初始工藝階段對(duì)總能耗似乎是至關(guān)重要。盡管勻料工藝過(guò)程中的總電耗中僅有一小部分是用于纖維分離本身，即用于從粉碎原料脫離的單體纖維的轉(zhuǎn)變(也稱(chēng)為纖維脫離)，但這似乎是適用的。
然而，由于富含木質(zhì)素的粉碎原料方面的有效的熱或化學(xué)軟化而達(dá)到的纖維分離能量有效性本身并不證明為是總能耗將會(huì)降低的一種保障。相反，已證明，以能耗低的纖維溫和分離開(kāi)始的TMP工藝方案往往需要很高的總能量輸入。
這種情況似乎是由以下事實(shí)引起的通過(guò)在高于木質(zhì)素的軟化溫度的溫度下進(jìn)行纖維脫離而得到的中度分離但未處理好的纖維難以在勻料工藝中的繼續(xù)加工過(guò)程中形成原纖維。這種原纖化對(duì)于把纖維的柔軟性提高到所需要的程度和生產(chǎn)出有良好TMP質(zhì)量的優(yōu)良材料是必要的。另一方面，在一開(kāi)始和在繼續(xù)的勻料工藝過(guò)程中在低于木質(zhì)素的軟化溫度下進(jìn)行的強(qiáng)烈的處理容易導(dǎo)致長(zhǎng)纖維含量降低，從而使紙漿的強(qiáng)度特性降低。從質(zhì)量的觀點(diǎn)來(lái)看，在許多情況下，這是不能接受的。從已確立的TMP工藝過(guò)程的能耗水平再降低能耗，照例關(guān)系到所得到的紙漿的某些質(zhì)量特性的降低，例如，長(zhǎng)纖維含量低、撕裂強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度低以及木質(zhì)下腳含量高。因此，目前的TMP和CTMP工藝的高能耗一直是達(dá)到所希望的紙漿特性所必需的。
現(xiàn)在出乎意料地發(fā)現(xiàn)，在機(jī)制或化學(xué)機(jī)制紙漿制造工藝中可以達(dá)到低能耗而又能保持質(zhì)量特性。本發(fā)明就是涉及這樣一種方法，其中機(jī)制工藝過(guò)程，例如勻料以至少兩個(gè)步驟進(jìn)行。按照本發(fā)明，原料送入第一個(gè)工藝步驟時(shí)的溫度低于木質(zhì)素的軟化溫度，而在送入至少一個(gè)后續(xù)工藝步驟時(shí)其溫度高于木質(zhì)素的軟化溫度。下面參照一些合適的實(shí)施例和例子結(jié)合

圖1～8更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
在本發(fā)明的TMP工藝中，勻料以至少兩個(gè)步驟進(jìn)行。第一步，把粉碎原料送入溫度低于木質(zhì)素軟化溫度的勻料機(jī)中，然后在相對(duì)強(qiáng)烈的條件下進(jìn)行處理，例如，在雙盤(pán)勻料機(jī)中以至少1200轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，或者，在單盤(pán)勻料機(jī)中以高的盤(pán)間相對(duì)速度(至少1800轉(zhuǎn)/分，最好是至少2400轉(zhuǎn)/分)進(jìn)行處理。第一步中的能量輸入選擇在這樣一種低的水平，即，使紙漿中的長(zhǎng)纖維含量不會(huì)明顯地減少，因?yàn)殚L(zhǎng)纖維含量對(duì)于在以后的勻漿中增加強(qiáng)度有潛在的好處。因此，在第一步驟之后，紙漿的脫離度(freeness)(CSF)將是高的，最好＞500ml。下一個(gè)勻料步驟要在纖維原料的木質(zhì)素充分軟化的狀態(tài)下進(jìn)行。于是把纖維原料送入溫度高于木質(zhì)素軟化溫度的勻料機(jī)中。在原料是由未經(jīng)化學(xué)處理的針葉樹(shù)木材組成的情況下，溫度應(yīng)該高于150℃，合適的是高于160℃，且最好是高于170℃。如果原料經(jīng)過(guò)化學(xué)處理，溫度應(yīng)高于135℃，合適的是高于150℃，且最好是高于160℃。至于溫度上限，為防止纖維變黑，應(yīng)該避免超過(guò)200℃。在處理充分軟化了的纖維原料時(shí)，處理頻率最好高一些(相對(duì)速度至少2400轉(zhuǎn)/分)，從能量觀點(diǎn)來(lái)看，這是特別有利的。
原料送入第一個(gè)工藝步驟時(shí)的溫度和送入隨后一個(gè)工藝步驟時(shí)的溫度之差應(yīng)當(dāng)至少為15℃，合適的是至少25℃，最好是至少35℃。
在本發(fā)明的工藝中，原料中的碎屑和碎屑表征物首先引入纖維壁中不富含木質(zhì)素的各層。那么，在最后的勻料過(guò)程中，可以利用這一已知事實(shí)，即，在富含木質(zhì)素的區(qū)域可以在高于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下以低的能量輸入來(lái)分離纖維料。由于碎屑已在初始時(shí)被導(dǎo)入不富含木質(zhì)素的區(qū)域，因而可避免得到僅具有木質(zhì)素覆蓋表面的難以形成原纖維的纖維料。這是以前在嘗試用高于木質(zhì)素軟化溫度的勻料溫度生產(chǎn)印刷用紙或紙板產(chǎn)品的機(jī)制紙漿時(shí)一直存在的大問(wèn)題。在后續(xù)勻料步驟中也容易在高于木質(zhì)素的軟化溫度的溫度下從最初的碎屑區(qū)域和富含木質(zhì)素的纖維中間層之間的區(qū)域分離出精細(xì)的料，這可以解釋本發(fā)明的這一工藝步驟和整個(gè)工藝中對(duì)一定脫離度(CSF)只需低的總能耗的原因。而精細(xì)料的生產(chǎn)卻是采用傳統(tǒng)技術(shù)的機(jī)制紙漿生產(chǎn)工藝中最耗能的部分。
例子在一裝備良好的試驗(yàn)裝置的20″單盤(pán)勻料機(jī)中進(jìn)行了兩個(gè)步驟的勻料之后從云杉木粉碎料生產(chǎn)了加熱機(jī)制紙漿。第一個(gè)步驟(纖維脫離)是在對(duì)粉碎料以115℃(即以一低于木質(zhì)素軟化溫度的溫度)預(yù)加熱約3分鐘之后進(jìn)行的。勻料機(jī)由一3000rpm的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，以確保初始纖維脫離不是在太緩和的條件下進(jìn)行。在第一步中的有效輸入為640千瓦小時(shí)/噸，產(chǎn)出了脫離度(CSF)為518ml的紙漿。在第二勻料步驟中，條件是按下表改變的
※預(yù)加熱和送入勻料機(jī)時(shí)的溫度圖1-6示出了變化的條件的作用，其中評(píng)價(jià)了紙漿的最重要的性質(zhì)，對(duì)這些性質(zhì)評(píng)價(jià)如下圖1示出了脫離度與能耗的函數(shù)關(guān)系。它顯示出，通過(guò)在高于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下進(jìn)行第二勻料步驟，與傳統(tǒng)的在低于木質(zhì)素軟化溫度下進(jìn)行。勻料的第二步驟相比較(請(qǐng)比較試驗(yàn)A和B)，可以顯著地降低勻料到某一脫離度的能量輸入。另外，如果速度從1500rpm增加到3000rpm，能量的降低也較大(請(qǐng)把試驗(yàn)B與試驗(yàn)C和D相比較)。
圖2示出了木質(zhì)下腳含量與能耗的函數(shù)關(guān)系。它顯示出，在某一能量輸入下在高于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下進(jìn)行勻料的第二步驟產(chǎn)出的木質(zhì)下腳含量明顯地低于在低于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下進(jìn)行的勻料所產(chǎn)生的木質(zhì)下腳含量(請(qǐng)將試驗(yàn)A與試驗(yàn)B～D相比)。而且在這種情況下，較高的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生更有利的數(shù)值。這證明是使用本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
圖3示出了長(zhǎng)纖維含量與脫離度的函數(shù)關(guān)系。它顯示出，紙漿的長(zhǎng)纖維含量一般可以一直保持到150～200ml脫離范圍。但是在按照本發(fā)明的條件進(jìn)行勻料時(shí)能耗大為減小。
圖4示出了紙漿的撕裂指數(shù)與脫離度之間的函數(shù)關(guān)系。它顯示出，紙漿的撕裂指數(shù)可以一直保持到150～200ml的脫離度范圍，但是在按照本發(fā)明的條件進(jìn)行勻料時(shí)能耗大為減小。
圖5和圖6分別示出了抗拉指數(shù)和光散射與脫離度之間的函數(shù)關(guān)系。它顯示出，所有試驗(yàn)的紙漿的抗拉指數(shù)和光散射系數(shù)的變化情況分別與在用常規(guī)工藝時(shí)它們對(duì)脫離度的關(guān)系相似。
在進(jìn)行所描述的試驗(yàn)的同時(shí)，并參照這些試驗(yàn)，還試驗(yàn)研究了當(dāng)勻料工藝過(guò)程不采用本發(fā)明的條件而是以送入第一步勻料機(jī)的溫度高于木質(zhì)素的軟化溫度的勻料步驟開(kāi)始時(shí)能耗和紙漿質(zhì)量會(huì)受到怎樣的影響。而且，也在這種情況下，在用單盤(pán)勻漿機(jī)進(jìn)行兩步驟勻料之后從云杉木粉碎料制得了加熱機(jī)制紙漿。第一勻料步驟是在前面試驗(yàn)中使用的同一設(shè)備上在高于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下進(jìn)行的，第一勻料步驟的條件和用一定能量輸入進(jìn)行勻料之后的脫離如下表所示
試驗(yàn)預(yù)加熱時(shí)間勻料溫度※馬達(dá)轉(zhuǎn)速能量輸入排水度(分) ℃ rpm kwh/t mlE 約1 150(>Tg) 3000 940 450F 約1 160(>Tg) 1500 900 580G 約1 160(>Tg) 300 790 415※預(yù)加熱和送入勻料機(jī)時(shí)的溫度。
第二勻料步驟是在20″勻料機(jī)中在大氣條件下即在低于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下進(jìn)行的，在這一步驟中脫離度降低到對(duì)于作為印刷紙紙漿很有利的范圍。這種情況下的勻料機(jī)轉(zhuǎn)速是1500rpm。
圖7和圖8示出了變化的條件對(duì)能耗和光散射性能影響，分別示出了脫離度與能耗之間的函數(shù)關(guān)系以及光散射與脫離度的函數(shù)關(guān)系。
圖7示出了以溫度高于木質(zhì)素軟化溫度的勻料步驟開(kāi)始的TMP工藝過(guò)程的能耗顯著地大于按照本發(fā)明的條件進(jìn)行勻料的能耗(請(qǐng)與圖1相比)。
圖8示出了以溫度高于木質(zhì)素軟化溫度的勻料步驟開(kāi)始的TMP工藝過(guò)程的光散射系數(shù)顯著地低于按照本發(fā)明的條件進(jìn)行勻料的光散射系數(shù)(請(qǐng)與圖6相比)。因此，按照本發(fā)明生產(chǎn)的紙漿明顯地最適合用作光散射系數(shù)必須足夠大以具有所希望的光學(xué)性能的印刷紙的紙漿。
所描述的例子清楚地證明，用本發(fā)明的條件可以以低的能耗生產(chǎn)機(jī)制紙漿，同時(shí)，諸如木質(zhì)下腳含量、長(zhǎng)纖維含量、撕裂強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和光散射等主要特性均滿(mǎn)足對(duì)這類(lèi)紙漿的高要求。例如，與傳統(tǒng)制漿方法相比，生產(chǎn)新聞紙紙漿的能耗可降低約40%。
在本發(fā)明的工藝中，在第一勻料步驟之后或其過(guò)程中，為了避免在后續(xù)勻料步驟中漿料在高于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下發(fā)黑，可以加入化學(xué)品?；瘜W(xué)品還能有漂白作用。
代表性的這類(lèi)化學(xué)品是亞硫酸納、亞硫酸氫鈉、連二硫酸鈉、過(guò)氧化物等。
按照本發(fā)明，初始處理除可在勻料機(jī)中進(jìn)行之外，還可在磨料機(jī)、壓縮螺旋裝置或其它機(jī)械加工設(shè)備中進(jìn)行。
在對(duì)從已處理過(guò)的原料中分離出來(lái)的未達(dá)到要求的部分進(jìn)行附加機(jī)械處理的情況下，溫度高于木質(zhì)素軟化溫度的條件下產(chǎn)生的未達(dá)到要求部分應(yīng)送入至少一個(gè)后續(xù)處理步驟中。
本發(fā)明當(dāng)然不受限于所示的例子，它可以在本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種從含有木質(zhì)纖維素的原料以85%以上的產(chǎn)出率生產(chǎn)用于制造紙張或紙板產(chǎn)品的機(jī)制和化學(xué)機(jī)制紙漿的方法，此方法包含至少兩個(gè)機(jī)械處理步驟，其特征在于，原料在送入第一工藝步驟時(shí)其溫度低于木質(zhì)素的軟化溫度，在送入至少一個(gè)后續(xù)工藝步驟時(shí)其溫度高于木質(zhì)素的軟化溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，原料送入第一工藝步驟時(shí)的溫度和送入至少一個(gè)后續(xù)工藝步驟時(shí)的溫度之間的溫度差至少為15℃，合適的溫度差是至少25℃，最好是至少35℃。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，原料由未經(jīng)化學(xué)處理的針葉樹(shù)木材組成，原料送入至少一個(gè)后續(xù)工藝步驟時(shí)的溫度超過(guò)150℃，合適的溫度是超過(guò)160℃，最好是超過(guò)170℃。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，原料是經(jīng)化學(xué)處理的，原料送入至少一個(gè)后續(xù)工藝步驟時(shí)的溫度超過(guò)135℃，合適的溫度是超過(guò)160℃，最好是超過(guò)170℃。
5.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)后續(xù)工藝步驟中的原料處理是由勻料機(jī)進(jìn)行的。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所有處理步驟都是由勻料機(jī)進(jìn)行的。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，把從在高于木質(zhì)素軟化溫度的溫度下經(jīng)機(jī)械處理的原料中分離出來(lái)的未達(dá)到要求的部分送入至少一個(gè)后續(xù)工藝步驟中。
8.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，第一工藝步驟是在轉(zhuǎn)速為至少1200rpm的雙盤(pán)勻漿機(jī)中進(jìn)行，或者是在轉(zhuǎn)速為至少1800rpm、最好為至少2400rpm的單盤(pán)勻料機(jī)中進(jìn)行。
9.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)后續(xù)步驟是在相對(duì)轉(zhuǎn)速為至少2400rpm的勻料機(jī)中進(jìn)行。
10.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在第一工藝步驟之后或其過(guò)程中，加入諸如亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、連二硫酸鈉、過(guò)氧化物等起保持光澤作用的或起漂白作用的化學(xué)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從含有木質(zhì)纖維素的原料中以85％以上的產(chǎn)出率生產(chǎn)用于制造紙張或紙板產(chǎn)品的機(jī)制和化學(xué)機(jī)制紙漿的方法。原料經(jīng)至少兩個(gè)步驟的機(jī)械處理。原料送入第一步驟時(shí)其溫度低于木質(zhì)素的軟化溫度，原料送入至少一個(gè)后續(xù)步驟時(shí)其溫度高于木質(zhì)素的軟化溫度。
文檔編號(hào)D21C9/10GK1092832SQ9312160
公開(kāi)日1994年9月28日 申請(qǐng)日期1993年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月30日
發(fā)明者漢斯·赫格隆德, 羅蘭·貝克 申請(qǐng)人:瑞典商順智公司, Sca研究Ab