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Verfahren zur Herstellung von Zellstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zellstoff aus Nadel- oder Laubhölzern, wobei das Holz in einem druckfest verschlossenen Behälter zuerst evakuiert und dann mit einer Lösung von Natriumsulfit bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur praktisch vollständig aufgeschlossen wird.
Bei den üblichen Verfahren dieser Art werden als Ausgangsmaterial Hackschnitzel verwendet, die mittels eigener Hackmaschinen aus Prügelholz hergestellt werden. Nach Entfernung von Ästen und gröberen Stücken bringt man die so sortierten Hackschnitzel mittels eigener Füllapparate, um den zur Verfügung stehenden Raum besser auszunutzen, in den Kocher ein. Nach Füllung des Kochers mit den Hackschnitzeln und Evakuierung wird die Kochlauge zugepumpt und unter Aufrechterhaltung eines Druckes von etwa 5 bis 6 ata mit direktem oder indirektem Dampf auf die Aufschlusstemperatur, die üblicherweise zwischen 130 und 1400C liegt, gebracht. Nach beendeter Kochung wird die noch vorhandene Kochlauge verworfen, das aufgeschlossene Gut gewaschen, hierauf in die Grube abgelassen und dort nochmals mit Wasser gewaschen.
Anschliessend werden die aufgeschlossenen Hackschnitzel durch sogenannte "Opener" alter oder neuer Kon- struktion defibriert und unter Wasserzugabe sortiert.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, diese Verfahrensbedingungen in gewissen Grenzen zu variieren.
So ist aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 713, 540 ein Verfahren bekanntgeworden, nach welchem Hartholz vorzugsweise bei etwa 1400C und etwa 10 atü aufgeschlossen wird, jedoch auch in einem Temperaturbereich von 120 bis 1700C und bei Drücken bis höchstens ungefähr 20 atü gearbeitet werden kann.
Verfahren, bei welchen mit noch höheren Temperaturen gearbeitet wird, z. B. bei 175 bis 190 C, jedoch bei den entsprechenden wesentlich geringeren Sättigungsdampfdrücken von etwa 8 bis 13 atü. sind
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ren arbeitet, haftet unter anderem als wesentlicher Nachteil eine nicht mehr beseitigbare Braunfärbung der aufgeschlossenen Fasern an.
Es wurde nun gefunden. dass man gegenüber diesen bekannten Verfahren erhebliche Vorteile gemäss der Erfindung dadurch erzielen kann, dass das Holz in Form von Prügeln od. dgl. Holzstücken mit der Natrium- monosulfitlauge, die vorteilhaft in an sich bekannter Weise eine Konzentration von 100 bis 180 g/l aufweist, bei einem Druck von mindestens 20 atü, insbesondere 25 atü und höher, und bei einer Aufschlusstemperatur von 175 bis 190 C, insbesondere 180-185 C, behandelt wird, anschliessend an die nach dem Aufschluss in üblicher Weise durchgeführte Defibrierung der Stoff mit Wasser verdünnt und dieses Gemisch bis auf einen PH :
Wert unter 7, insbesondere 4, 5-6, 5, angesäuert wird, worauf man die Sortierung und Entwässerung durchführt.
Die genaue Einhaltung der genannten Druck-Temperaturverhältnisse ist für e Eigenschaften des erzeugten Zellstoffes wesentlich. Bei den anzuwendenden Temperaturen ist vor allem wichtig, dass auch der angegebene verhältnismässig hohe Druck eingehalten wird, da im Holzínnerenssin Druckabfall eintritt, wodurch bei Anwendung geringerer äusserer Drücke als erfindungsgemäss vorgeschrieben, bei den herrschenden hohen Temperaturen eine nicht mehr beseitigbare Braunfärbung der Fasern eintreten würde. Nach dem vorliegenden Verfahren treten jedoch derartige bleibende und intensive Verfärbungen der Fasern nicht auf.
Eine eventuell doch auftretende schwache Braunfärbung der Fasern kann jedoch durch die genannte Verdünnung und Ansäuerung des Stoffes überraschenderweise beseitigt werden, was eine weitere wesentliche Verbesserung des Weissgrades der Endstoffe mit sich bringt.
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verwendet man zur Druckerzeugung im Behandlungsgefäss inmit der vorhergehenden, etwa einstündigen Evakuierung ein besonders gutes eindringen der Kochlauge in die luftfreien Hohlräume des Holzes gewährleistet ist. Als günstig erwies es sich ferner, eine Natriumi monosulfitlauge einzusetzen, die einen pH-Wert zwischen 8 und 10 aufweist, wobei der Bereich zwischen
8, 3 und 9,5 bevorzugt wird.
Weiters wurde gefunden, dass bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Aufschlusstemperatur vorteil- hafterweise wahrend 1 - 3 Stunden aufrechterhalten werden soll, wobei man je nach Holzart und deren morphologischer Beschaffenheit in der Regel mit einer Dauer von 1 bis 2 Stunden das Auslangen findet.
Überraschenderweise kann man bei dem erfindungsgemässen Verfahren die nach erfolgtem Aufschluss abgelassene Lauge für die folgenden Kochprozesse wieder verwenden, wobei nur der im Holz der vorange- gangenen Kochung verbleibende Laugenanteil durch Frischlauge ergänzt zu werden braucht.
Die bei dem erfindungsgemässen Verfahren aus den angegebenen Bereichen für Druck, Temperatur und
Konzentration der Monosulfitlösung jeweils zu wählenden Werte richten sich nach der Holzart bzw. der chemischen Zusammensetzung des Holzes und den gegebenen morphologischen Verhältnissen.
Pappelholz besitzt beispielsweise zumeist ein wesentlich höheres Porenvolumen als andere Hölzer, so dass bei der Verarbeitung von Pappel eine grössere Angriffsfläche für die Aufschlussagentien zur Verfügung steht und manin diesem Fall daher geringere Temperaturen und Laugen geringerer Konzentration anwen- den kann.
Anderseits wird man bei Hölzern höheren Ligningehaltes eine grössere Konzentration der Aufschluss- flüssigkeit wählen.
Die, Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bringt gegenüber den bekannten Verfahren noch eine Reihe von weiteren Vorteilen mit sich :
1. Zunächst lässt sich nach der Erfindung an Stelle von Hackschnitzeln das Holz in Form von Knüppeln einsetzen. Man erspart sich also einerseits das umständliche Zerkleinern des Holzes und anderseits bei der
Beschickung der Behälter die Anwendung der für die Schnitzel erforderlichen Füllmaschinen.
2. Ausserdem kann man bei dem erfindungsgemässen Verfahren zirka 70% der eingesetzten Aufschluss- flüssigkeit mit ihrer ursprtlnglichenAktivitätfürdie nächste Kochung wieder verwenden, was bei den bis- herigen Zellstoffverfahren nicht möglich war.
3. Ist gemäss der Erfindung eine höhere Ausbeute an Zellstoff, nämlich von etwa mindestens 60% er- zielbar, wobei die Herstellung härterer Zellstoffe (Pergamynzellulose) mit einer höheren Ausbeute verbun- den ist.
4. Eine ungebleichte, nach üblichen Verfahren hergestellte Fichten-Sulfitzellulose weist nach drei- monatiger Lagerzeit einen Weissgrad von 48 bis 53 GE auf, dagegen der erfindungsgemäss erhaltene Stoff. unter den gleichen Bedingungen einen Weissgrad von 57 GE für Fichte.
5. Die Festigkeit des erhaltenen Stoffes ist höher als die der üblichen Sulfit- und gleich der der Sul- fatzellulose.
6. Die Bleichfähigkeit des erhaltenen Stoffes ist hervorragend und es lassen sich nach üblicher Blei- chung Weissgrade erreichen, die den höchsten bei bekannten Zellulosen erzielbaren entsprechen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird an Hand des folgenden Beispieles näher erläutert : Bei s pi el : In einem Horizontalkocher mit einem Kocherraum von 40 nhnhalt werden etwa 18 nt Holz, die ein Volumen von 24Raummeterneinnehmen, in Form von Knüppeln mit einer durchschnittlichen Län- ge von 1 m und etwa 5 bis 20 cm Durchmesser auf Wagen eingefahren. Nach dichtem Verschluss des Be- hälters wird der Kocherraum auf etwa 730 mm Hg evakuiert, wobei die im Holz befindliche Luft durch einstündige Evakuierung möglichst vollkommen aus dem Porenvolumen des Holzes abgezogen wird. Unter
Aufrechterhaltung des Vakuums werden zunächst etwa 22 n ? einer Natriummonosulfitlauge mit einer Kon- zentration von 150 g/l und einem pH-Wert von etwa 9, 0 in den Kocher gepumpt.
Gleichzeitig wird die
Kochlauge auf indirektem Wege mittels Dampf aufgeheizt, allmählich etwa weitere 9 ms Lauge mit einer oszillierend arbeitenden Kolbenpumpe nachgepumpt und der Kocherinhalt auf einen Druck von etwa 25 atü gebracht. Nach Erreichung der Aufschlusstemperatur. von etwa i800C wird diese ungefähr 2 Stunden lang aufrechterhalten.
Nach erfolgtem Aufschluss wird die um das Prügelholz befindliche und nicht verbrauchte Lauge abgelassen und für die nächste Kochung bereitgestellt. Das imprägnierte und aufgeschlossene Holz wird nach Waschung mit Hilfe der Wagen, auf denen es eingebracht wurde, aus dem Kocher ausgefahren. Hierauf wird die im Holz befindliche Flüssigkeit, die infolge des Verbrauches der wirksamen Laugenbestandteile keine Verwendung mehr finden kann, abgepresst und verworfen.
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Das aufgeschlossene Holz wird analog wie bei der eingangs geschilderten bekannten Zellstoffgewin- nung durch"Opener"defibriert. Die hier angewendete Defibrierung unterscheidet sich von der bei der Halbzellstoffgewinnung angewendeten dadurch, dass nur ganz geringe mechanische Kräfte zur Defibrierung erforderlich sind.
Nach der Defibrierung wird der Stoff mit Wasser versetzt und die so erhaltene Suspension mit einer anorganischen Säure, z. B. Salz-oder Schwefelsäure, oder einer organischen Säure, wie Essigsäure, auf einen pH-Wert unter 7 eingestellt. Anschliessend wird der Stoff sortiert und entwässert.
Nach diesem geschilderten Produktionsvorgangwurden verschiedene Hölzer, wie z. B. Fichte, Pappel und Birke, verarbeitet.
Die Flüssigkeitsaufnahme bei der Imprägnierung lag in allen Fällen sehr hoch, und betrug z. B. bei Fichte etwa 200 Gew.-% und bei Birke 195 Gew.-%.
Bei der Verarbeitung von Fichte lag nach dreimonatiger Lagerung der Weissgrad bei etwa 57 GE.
Bei den Ausgangsprodukten liegt genau wie bei der bekannten Herstellung der Zellulose der Mahlungsgrad zwischen 10-14 SR .
Nach Mahlung des Stoffes mit der üblichen Mühle wurden die Festigkeitswerte bestimmt.
Die Festigkeitwerte, ausgedrückt in Reisslänge (RL), Berst-Druck (BD) und Doppelfalzung (DF) sind in Abhängigkeit vom Mahlungsgrad (SRC) (Mahlcharakteristik) der folgenden Tabelle zu entnehmen :
Tabelle 1 :
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<tb>
<tb> SR <SEP> 13 <SEP> 27 <SEP> 37 <SEP> 65 <SEP> 77
<tb> RL(m) <SEP> 8100 <SEP> 9980 <SEP> 12180 <SEP> 11760 <SEP> 11630
<tb> BD <SEP> (kg/cm2) <SEP> 4,4 <SEP> 4,10 <SEP> 4,20 <SEP> 4,38 <SEP> 4,30
<tb> DF <SEP> 1006 <SEP> 1116 <SEP> 1260 <SEP> 1370 <SEP> 1540 <SEP>
<tb>
Bei Verarbeitung von Pappelholz lag der Weissgrad bei 61 GE.
Folgende Festigkeitswerte wurden erreicht :
Tabelle 2 :
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<tb>
<tb> SR <SEP> 13 <SEP> 29 <SEP> 52 <SEP> 74
<tb> RL(m) <SEP> 5256 <SEP> 8867 <SEP> 9217 <SEP> 8092
<tb> BD(kg/cm2) <SEP> 1,34 <SEP> 3,36 <SEP> 4,13 <SEP> 4,09
<tb>
Bei Birke wurde eine Ausbeute von 61, 5% und ein guter Weissgrad erhalten.
Die Festigkeitswerte sind der folgenden Tabelle zu entnehmen :
Tabelle 3 :
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<tb>
<tb> sie <SEP> 13 <SEP> 22 <SEP> 53 <SEP> 73 <SEP>
<tb> RL <SEP> (m) <SEP> 4204 <SEP> 6640 <SEP> 7032 <SEP> 7079
<tb> BD <SEP> (kg/cm) <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> 4, <SEP> 15 <SEP> 3, <SEP> 35 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
Die bei den angegebenen Beispielen erreichten Weite für die Doppelfalzungen, die ein Mass der Elastizität darstellen, kommen den Werten der üblichen Zellulose gleich bzw. übertreffen diese, wobei jedoch die erzielte Ausbeute wesentlich höher ist als bei der Zellulose, die nach den bekannten Verfahren hergestellt wird.
Ausserdem zeigt die Mahlcharakteristik, dass der erfindungsgemäss erhaltene Zellstoff entgegen den üblichen Halbzellstoffen jene Quellungseigenschaften zeigt, die bekanntlich erst die Defibrillierung der Faser zulassen, womit auch die höheren Festigkeitswerte zu erklären sind.
Der Zellstoffcharakter findet auch in der Fraktionierung des erhaltenen Stoffes seinen Ausdruck. Es ist wie bei normal üblichem Zellstoff der Anteil der Langfasern ebenso hoch, d. h. über 90% z. B. bei Fichte. woraus der volle chemische Aufschluss ohne Zerstörung ersichtlich ist.
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Trotz der hohen Temperaturen, die bei Halbzellstoffen eine dunkle Farbe bedingen, zeigt diese Zellulose, wie oben angegeben. Helligkeitswerte von 57 GE aufwärts.
Um die Anlagerung des Lignins (Dunkelfärbung) der Ablauge an die Faser des Zellstoffs, die durch längeres Lagern eintritt und nicht mehr auswaschbar wäre, zu vermeiden, ist es notwendig, dass der Produktionsgang, also Kochung, Waschung, Defibrillieren, Ansäuern, keine zeitliche Unterbrechungerfährt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Zellstoff aus Nadel-oder Laubhölzern, wobei das Holz in einem druckfest verschlossenen Behälter zuerst evakuiert und dann mit einer Lösung von Natriumsulfit bei erhöhtem Druck
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Form von Prügeln od. dgl. Holzstückenmit der Natriummonosulfitlauge. die vorteilhaft in an sich bekannter Weise eine Konzentration von 100 bis 180 g/l aufweist, bei einem Druck von mindestens 20 atü, insbesondere 25 atü und höher, und beieiner Aufschlusstemperatur von 175 bis 190 C, insbesondere 180-185 C, behandelt wird, anschliessend an die nach dem Aufschluss in üblicher Welse durchgeführte Defibrierung der Stoff mit Wasser verdünnt und dieses Gemisch bis auf einen PH-Wert unter 7.
insbesondere 4, 5-6, 5 angesäuert wird, worauf man die Sortierung und Entwässerung durchführt.