AKS Arıtım Kimya San. ve Tic. Ltd. Şti. ELEK VE KEÇELERDE KİRLİLİĞİN ÖNLENMESİ AKS Arıtım Kimya San. ve Tic. Ltd. Şti. Eğitim Yayınları : PMO 003 Mehmet Nuri Büyükberber tarafından hazırlanmıştır
Elek ve Keçelerde Yapışkan Sorunu Selüloz ve kağıt sanayiinde organik kirliliklerin çökelmesi hem kalite hemde üretim veriminde sorunların oluşmasına neden olur. Zift (pitch) terimi doğal reçinelerden ve onların tuzlarından (serbest yağ asitleri, reçine asitleri, steroller ve yağ asit esterleri gibi) oluşan depozitlere denir. Ziftin bileşimi kullanılan ağacın türü, ağacın yaşı, ağacın bulunduğu toprağın kirlilik durumu ve iklim koşullarına bağlıdır. Yapışkanlar ise, kağıt üretimi esnasında kullanılan hidrofobik (su sevmeyen) bileşenlerdir. Bunlar daha çok eski kağıt kullanan fabrikalarda rastlanan hot meltler, SBR, PVA,mum (wax), yapışkan reçineler vs. lerdir. Zift ve yapışkanların hidrofobilik, deformasyona kolay uğramaları, yapışkanlıkları, düşük yüzey enerjileri ve üretim esnasında çökelme, kalite, verim sorunlarının oluşması gibi bir çok ortak yönleri vardır. Buna rağmen her iki madde fiziksel olarak birbirlerinden farklılık gösterir. Zift depozitleri genellikle doğal veya insan yapımı tutlkalların mikroskopik taneciklerden oluşur. Yapışkanlar ise diğer taraftan kağıt hamuru içinde bulunan ve eski kağıttan kaynaklanan görünür veya görünüre yakın taneciklerden oluşur. Zift ve yapışkan depozitleri stok bütelerinin duvarlarında, kağıt makinesi eleğinde ve elek altında kalan parçalarda, ıslak pres keçelerinde, kurutucu keçelerinde ve kurutucu keçe valslerinde görülür. Eleklerde görülen depozitler elek deliklerinin tıkanmasına neden olurlar, daha sonra su giderimini azaltır ve kağıt safihasında ince alanlar ve delikler oluşmasına neden olurlar. Bu kirlilikler kopmalar ve temizlikler nedeniyle kağıt makinesinin çalışabilirliğini, delikler, kirlilik ve diğer kağıt kalite hataları ile kağıdın kalitesini ve daha sonraki aşamalarda kağıdın kullanılabilirliğini (kuşe, baskı, vs.) azaltırlar. ZİFT VE YAPIŞKANIN KONTROLU Aşağıdaki parametreler organik maddelerin çökelme derecelerini etkilerler. Her parametrenin katkı derecesini azaltarak çökelmeyi azaltabiliriz. Bu parametreler: - Çökelebilir organik maddelerin içeriği - Çökebilir organik maddelerin çökelebilirliği - Çökebilir maddelerin kolloidal kararlılıkları - Yüzey cazibesi Çökelebilir organik maddelerin içeriği Çökelebilir organik maddeler olarak eski kağıttan kaynaklanan yapışkanlar ve selülozdan gelen doğal reçineleri sayabiliriz. Bu maddeleri azaltmak için ya kullanılan düşük molekül ağırlıklı katyonik polimerler kullanılarak kolloidal parçacıların elyafa yapışması, yada talk kullanılarak yapışkanların talk üzerine tutunmaları sağlanabilinir.
Çökebilir organik maddelerin çökelebilirliği Bu parametre yapışkanlıkla ilgili maddenin viskositesi ile ilintilidir. Örneğin, hot melt (78 o C erime sıcaklığına sahiptir) oda sıcaklığında katı halde olmaları nedeni ile depozit oluşturmazlar. Sıcaklık arttıkça hot melt erimeye başlar ve viskositesi artar. Bu durumda çökelme olasılığ artar. Diğer yandan yağ asitleri kalsiyum tuzlarına dönüşerek viskositeleri artar. Henüz yapışkanların viskositelerini düşürerek yapışkan sorunu çözen kimyasal bulunamamıştır. Çökebilir maddelerin kolloidal kararlılıkları Organik maddelerin kararlılıklarını arttırarak çökelme sorunu azaltılabilinir. Bunlardan birincisi, surfaktantlar ve dispersantlar kullanarak yapışkanların tane boyutunu azaltan dispersiyon teknolojisidir. Yapışkanların tane boyuıtunun küçülmesi ile kağıt kalitesi düzelir. Ayrıca dispersiyon teknolojisi ile dağıtılmış yapışkanları kararlı hale getirerek tekrar bir araya gelmeleri önlenir. Diğer yöntem ise yapışkanların yapışkanlılıklarının giderilmesidir. Bu yöntem ile de yapışkan tanecikleri kararlı hale getirilerek bir araya gelmeleri önlenir. Dispersiyon teknolojisinin aksine yapışkanların tane boyunu azaltmaz. Yüzey cazibesi Zift ve yapışkanlar hidrofobik oldukları için, depozit oluşan yüzeylerin hidrofobikliği azaltılırsa kirliliklerin bu yüzeylere tutunma cazibesi asgariye iner ve depozit oluşması önlenir. Bu sadece su içinde olan veya su ile temasda olan yüzeyler için geçerlidir. Kağıt oluşumu meydana gelen yüzeylerde hidrofobikliği azaltmanın en fazla kullanılan yöntemi elek pasivasyonu olarak bilinir. Elek pasivasyonu, sonsuz elek üzerine suda çözünür katyonik polimerin sürekli püskürtülmesi ile sağlanır. Polimer eleğin koyu renkli hale gelmesine neden olur, hidrofilik (suyu seven) hale getirir ve zift ile yapışkanları çökelmesini önler. Diğer bir deyişle polimer elek üzerine tutunarak çökelebilir maddelerin itilmesini ve depozit oluşturmasını önler. Katyonik polimer kağıt hamuru içinde bulunan anyonik kirlilik (trash) ile kompleks yaparak polyester eleği hidrofilik yapar ve zift ve yapışkanların çökelmesini önler. Polimer yüzey aktif olmadığı için temiz polyester (elek) yüzey üzerine tutunmaz. Polyester eleğin yüzeyi hamur ile temas edince az miktarda lignin ve/veya yağ asidi molekülleri eleğin yüzeyine tutunurlar. Daha sonra katyonik polimer elek üzerine tutunmuş bulunan zıt yüklü moleküller ile kompleks yaparak eleğin yüzeyine tutunur. Buna başlangıç tabakası denir. Hamur eleğin üzerinden geçtikçe eleğin üzerinde bulunan katyonik polimer daha fazla anyonik türü çeker. Takiben elek üzerine yeni tekrar polimer püskürtülür ve tekrar hamur ile temas eder yani yeni anyonik yükler gelir. Yapışkanlar daha önce belirtildiği gibi hidrofobik olup çok düşük yüzey enerjisine (20 40 dyne/cm) sahiptirler. Bir polyester eleğin yüzey enerjisi ise 43 dyne/cm olup yapışkanlardan biraz daha az hidrofobik tir. Bu durumda yüzey enerjisi polyester elekten biraz düşük olan kirlilik maddelerinin (yapışkanlar) polyester elek yüzeyine yapışma eğilimleri yüksektir. Eğer, polyester eleğin yüzey enerjisi suyun yüzey gerilimine (72 dyne/cm) veya elek altı suyunun yüzey gerilimine ( yaklaşık 62 dyne/cm) arttırılırsa, su eleği ıslatarak yüzeyinde ince bir film tabakası oluşturur. Yani diğer bir deyişle elek hidrofilik hale gelir. Yapışkanlar katyonik polimer uygulanan eleklerin üzerinde çökelmezler, çünkü yapışkanların yüzey enerjileri, polimer filmi ve su ile kaplanan elekten çok yüksek oldukları için eleğin üzerine çökelmeleri olası değildir. Hamur içinde bulunan suda
çözünebilir anyonik yüzey aktif maddeler ile katyonik polimerin etkileşimi sonucunda hava/sıvı ve katı/sıvı ara yüzeylerde kuvvetli yüzeye tutunumlar oluşur. Hava/sıvı ve katı/sıvı ara yüzeylerde kuvvetli yüzeye tutunumların çok düşük anyonik yüzey aktif/polimer konsantrasyonlarında gerçekleşmesi ile bu. bileşikleri emulsifiye edici ve ıslatıcı olarak kullanılması gündeme gelir. Nötral yük civarı konsantrasyonlarında katyonik polimer ve anyonik yüzey aktif maddeleri çökeltiler oluşturur. Bu faz değişimini yönlendiren kuvvet ise katyonik polimer ile anyonik yüzey aktif maddeler topluluğu arasındaki electrostatik etkileşimdir. Aşağıda polimer uygulanmamış ve polimer uygulanmış eleğin davranışları gözlenmektedir. Uygulama Yöntemi Polimerin uygulanması hamur kasasından önceki son fıskiye ile elek üzerine püskürtülmesi ile yapılır. Eleğin üzerine tekdüze uygulama yapılabilmesi için kullanılan yaprak fıskiyenin salınım yapması ve oluşan polimer tabakası kalıcı olmayacağı için uygulamanın sürekli olarak yapılması gereklidir. Benzer bir uygulama pres keçeleri üzerine yapılır.
Kağıt makinesi üzerlerine pasivasyon kimyasalının uygulama noktaları aşağıda gösterilmiştir. Kimyasal uygulaması düşük basınçlı fıskiyeler ile ve kimyasalın su ile karıştırılarak elek üzerine püskürtülmesi şeklinde yapılır. Kurutma Bölümü Pasivasyonu Kurutma bölümünde kimya ile ilgili üretim ve kalite sorunları meydana gelen zift ve yapışkanların çökelmelerinden kaynaklanır. Bu depozitler kurutma silindiri üzerinde safiha yolunması, elyaf kabarması ve tozlanma gibi incecik görünmez filmlerden oluştuğu gibi kuruıtma silindirleri ve kurutma elekleri üzerindeki kalın, görünür depozitlerden oluşur. Bu tip depozitler nem giderilmesini azaltır. Eğer depozit silindir üzerinde oluşursa ısı yalıtım malzemesi gibi vazife görür. Depozit kurutma elekleri üzerinde oluşursa nem alınmasını etkiler. Depozitlerin oluşumunu önlemek için silindir yüzeylerin teflon kaplanması, ilk silindirlerin sıcaklıklarının düşük tutulması, kurutma eleği üzerindeki depoziti azaltmak için eleğin gergisinin düşürülmesi, alt eleği veya her iki eleği kullanmamak gibi çözümler bulunmasına rağmen kalıcı bir çözüm bulunamamıştır. Yeni bir teknoloji ise kurutma bölümü pasivasyonudur.
Kurutma bölümünde pasivasyondan kurutma silindiri ve kurutma elekleri olmak üzere iki tip yüzey faydalanır. Kurutma bölümünde kimyasal uygulama ile yaş kısım kimyasal uygulaması farklıdır. Bu bölümdeki kimyasal uygulaması için kurutma eninde atomize edici nozullar kullanılır. Depozit oluşma tehlikesi olan her eleğe ayrı ayrı uygulama yapılmalıdır. Kağıdın her iki yüzeyinde bulunan ilk ısıtma silindirleri yüzeyine uygulama yapılabilinir. Bu uygulama ile kimyasal uygulanan silindir pasive edildiği gibi kağıdın ayni yüzeyinde bulunan silindirlerde pasive edilir.. Kurutma bölümündeki depozit oluşumu dinamik bir proses olup kirlilikler safiha ile yüzey arasında aktarılır. Bu şekilde kirliliklerin safiha ile kurutma silindiri yüzeyi arasındaki hareketi görülür. Depozzit oluşumu kirliliklerin aktarılacağı yüzeyin durumuna bağlıdır. Yüzey pürüzlüllüğü ve yüzey enerjisi iki önemli parametredir. Yüzey pürüzlülüğünün artması kirliliğin safihadan silindir yüzeyine geçmesini arttırır. Silindir yüzeyine raspa uygulaması ise depozitleri temizler ancak yüzey pürüzlülüğünü çok fazla arttırır Elyaf Silindir Yüzeyi Kurutma bölümü pasivasyonu ile yüzey enerjisi ve yüzey pürüzlülüğü azaltılarak depozit oluşumu asgariye indirilir. Öncelikle uygulama programı ile raspa ve silindir yüzeyi arasında yağlanma sağlanır. Zaman geçtikçe bu yağlanma işlemi ile daha düzgün silindir yüzeyi elde edilir, bu programın etkili olduğunun ilk göstergesidir. İkinci olarak uygulama ile silindir yüzeyi üstünde koruyucu tabaka oluşturulur. Sadece birkaç mikrometre kalınlığındaki kaplama, yüzey enerjisini azaltarak silindir yüzeyinin özelliklerini değiştirmeye yeterlidir. Kaplama çok ince olduğu için ıslak safiha ile silindir arasındaki ısı transferi işlemini etkilemez.
Pasivasyon uygulaması kurutma silindiri yüzeyine uygulandığı gibi kurutma eleği gerdirme valsi üzerine yapılabilinir. Depozitler silindir üzerinde oluşursa pasivasyon kimyasalı sürekli olarak enine hareket eden bir atomizasyon nozulu ile uygulanır. Eğer depozitler elek üzerinde ise, pasivasyon kimyasalı elek gerdirme valsi üzerine sürekli olarak sabit fıskıye ile uygulanır. Aralık 2003