DE1109996B - Process for debarking cotton stalks prior to chemical pulping into paper stock - Google Patents

Description

Verfahren zum Entrinden von Baumwollstengeln vor dem chemischen Aufschluß zu Papierstoff Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entrinden von Baumwollstengeln vor dem chemischen. Aufschluß zu Stoffbrei für Papier, Pappe, Wandverkleidungsplatten u. dgl.Process for debarking cotton stalks prior to chemical digestion to paper stock The invention relates to a method for debarking cotton stalks before the chemical. Digestion of pulp for paper, cardboard, wall cladding panels and the like

Baumwollstengel wurden bisher als nutzloser Abfall angesehen, insbesondere weil sie wegen des hohen Verbrauchs an Chemikalien und Dampf und der großen Anzahl von notwendigen Arbeitsgängen nicht in wirtschaftlicher Weise zu Zellstoffbrei verarbeitet werden können. Außerdem ist die Qualität des daraus hergestellten Papiers u. dgl. schlecht, insbesondere die Reißfestigkeit. Da zudem andere landwirtschaftliche Abfallstoffe, wie Gersten- oder Weizenstroh, höhere Ausbeuten an Zellstoff von besserer Qualität bei niedrigerem Verbrauch an Chemikalien ergeben, wurde bisher kein industrielles Verfahren zur Herstellung von Papierstoff aus Baumwollstengeln ausgearbeitet.Cotton stalks have heretofore been viewed as useless waste, in particular because they because of the high consumption of chemicals and steam and the large number of necessary operations not economically processed into pulp can be. In addition, the quality of the paper and the like made therefrom is. bad, especially the tear resistance. In addition, since other agricultural waste, like barley or wheat straw, higher yields of better quality pulp with lower consumption of chemicals, has not been industrialized so far Process for making paper stock from cotton stalks worked out.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die bisherigen Mißerfolge bei der Verarbeitung von Baumwollstengeln zu Papierstoff usw. darauf zurückzuführen sind, daß die etwa 23 bis 2711/o der Trockensubstanz der Stengel ausmachende Rinde mitverarbeitet wurde. Diese Rinde besteht hauptsächlich aus nichtfaserigen Bestandteilen, die die Ausbeute an Papierstoff nicht wesentlich erhöhen und dabei wegen des relativ hohen Gehalts an Lignin verhältnismäßig große Chemikalienmengen zum Kochen erfordern. Die Rinde ist auch ein Hauptgrund für die schlechte Qualität des Zellstoffes. Eine rein mechanische Entfernung der Rinde, entweder von Hand oder maschinenmäßig, ist wegen der hiermit verbundenen hohen Kcsten praktisch nicht durchführbar, vor allem, da die Stengel sehr dünn sind und die Rinde fest daran haftet.The invention is based on the finding that the previous failures when processing cotton stalks into paper, etc. are that the bark, which makes up about 23 to 2711 / o of the dry matter of the stalk was processed. This bark consists mainly of non-fibrous components, which do not significantly increase the yield of paper stock and because of the relative high lignin content require relatively large amounts of chemicals for cooking. The rind is also a major reason for the poor quality of the pulp. One purely mechanical removal of the bark, either by hand or by machine not practically feasible because of the associated high costs, especially because the stems are very thin and the bark is firmly attached to them.

Es ist bereits bekannt, zerkleinerte Baumwollstengel einer Behandlung mit Wasserdampf unter Druck zu unterwerfen, um ihnen -wasserlösliche Extraktstoffe zu entziehen, wonach die verbleibenden Faser- und Gerüststoffe einschließlich der Rinde durch eine alkalische Kochung, z. B. nach dem Sulfatverfahren, in einen Faserbrei übergeführt werden, der nach der Bleiche zu Papier verarbeitet wird. Diesem Verfahren haften die oben dargelegten Nachteile an. Ferner ist es bekannt, daß sich Holz dadurch entrinden läßt, daß das Holz mit der Rinde zu Spänen zerkleinert und in diesem Zustand einem basischen Einweichungsprozeß und dann einer Abreibung unterworfen wird. Die Einweichung geschieht dabei mit einer verhältnismäßig hohen Konzentration von Natronlauge, die deswegen zulässig und notwendig ist, weil die Baumrinde dick ist und das Holz eine aggressive Behandlung verträgt. Die Verhältnisse sind bei Baumwollstengeln grundsätzlich hiervon verschieden, und die vorstehende Lehre kann daher nicht auf sie angewandt werden.It is already known to treat shredded cotton stalks subject to pressure with steam to give them -water-soluble extract substances to withdraw, after which the remaining fibers and builders including the Rind by an alkaline cooking, e.g. B. by the sulfate process, in a pulp which is processed into paper after bleaching. This procedure the disadvantages set out above adhere to. It is also known that wood thereby can debark that the wood with the bark is crushed to chips and in this state is subjected to a basic soaking process and then to an abrasion. the Soaking takes place with a relatively high concentration of caustic soda, which is therefore permissible and necessary because the tree bark is thick and the wood tolerates aggressive treatment. The proportions are for cotton stalks fundamentally different from this, and the above teaching can therefore not apply they are applied.

Gemäß der Erfindung werden Baumwollstengel vor dem chemischen Aufschluß zu Zellstoffbrei einer Wasserkochung bei überatmosphärischem Druck, gegebenenfalls unter Mitverwendung von üblichen Aufschlußchemikalien, unterworfen, und die Kochung wird abgebrochen, sobald die Rinde vollkommen erweicht, die Holzfasermasse aber praktisch kaum angegriffen ist, worauf der überdruck abgelassen und die Masse vermahlen wird und die Rindenanteile sowie vorzugsweise auch ein Teil des Parenchyms durch Absieben von der Holzfasermasse abgetrennt wird. Es wurde überraschend gefunden, daß auf diese Weise mit einem geringen Chemikalienverbrauch eine hohe Papierstoffausbeute erreicht wird. Das Papier und die anderen Zellstoffprodukte, die aus diesem Stoff hergestellt werden, sind hochwertig, insbesondere bezüglich des Durchreißwiderstandes.According to the invention, cotton stalks are prepared prior to chemical digestion to pulp of a water boiling at superatmospheric pressure, if necessary with the use of common digestion chemicals, subjected, and the boiling is broken off as soon as the bark has softened completely, but the wood fiber mass is practically hardly attacked, whereupon the excess pressure is released and the mass is ground and the cortical parts and preferably also part of the parenchyma through Sieving is separated from the wood fiber mass. It was surprising found that in this way with a low consumption of chemicals a high Paper stock yield is achieved. The paper and the other pulp products, that are made from this material are of high quality, especially in terms of the tear resistance.

Je nachdem, ob nur Wasser oder auch Aufschlußchemikalien für die Zersetzung der Rinde verwendet werden, kann die Kochüng unter höherem oder geringerem Überdruck und während längerer oder kürzerer Zeit erfolgen. Mit Wasser kann die Kochtemperatur z. B. bis auf 180' C gesteigert werden; bei Mitverwendung von Chemikalien kann sie niedriger sein. Chemikalien werden in geringen Konzentrationen, beispielsweise bis zu 3 Gewichtsprozent der Stengel, angewendet. Geeignete Chemikalien sind Natriumcarbonat, Natriumhydroxyd, Sulfatablauge, Natriumsulfit, Calciumhydroxyd usw. Die Behandlungsdauer kann nicht durch eine bestimmte Zeit angegeben werden, da sie vollständig von der Art der Stengel und dem verwendeten Zersetzungsmittel abhängt und jeweils durch Versuche festgestellt werden muß; die Behandlung kann von 30 Sekunden bis zu 3 Stunden dauern. Die Auswahl der geeigneten Temperaturen und Zeiten sowie die Auswahl der gegebenenfalls verwendeten chemischen Mittel und deren Konzentrationen muß durch Vorversuche festgestellt werden. Selbstverständlich sind bei höheren Konzentrationen der Chemikalien niedrigere Behandlungstemperaturen und kürzere Behandlungszeiten erforderlich.Depending on whether only water or also digestion chemicals are used for the decomposition of the bark, the cooking can take place under higher or lower overpressure and for a longer or shorter period of time. With water, the boiling temperature can e.g. B. can be increased to 180 ° C; it can be lower if chemicals are also used. Chemicals are used in low concentrations, for example up to 3 percent by weight of the stalk. Suitable chemicals are sodium carbonate, sodium hydroxide, sulphate waste liquor, sodium sulphite, calcium hydroxide, etc. The duration of the treatment cannot be specified in terms of a specific time, as it depends entirely on the type of stalk and the decomposition agent used and must be determined by experiments; the treatment can last from 30 seconds to 3 hours. The selection of suitable temperatures and times as well as the selection of the chemical agents used and their concentrations must be determined through preliminary tests. Of course, with higher concentrations of the chemicals, lower treatment temperatures and shorter treatment times are necessary.

Das Feuchtvermahlen kann mit üblichen Raffineuren durchgeführt werden, die die Rinde zu Pulver vermahlen und die Holzmasse in Form von Faserbündeln oder Ballen zurücklassen. Zum Verfeinern oder Zerkleinern des gekochten Materials können alle üblichen Mühlen geeigneter Bauart verwendet werden, z. B. rotierende Mühlen mit einer oder zwei Scheiben, Stabmühlen, kontinuierlich arbeitende Walzenmühlen usw. Die zerkleinerte Masse wird durch Roste oder Siebe geeigneter Maschenweite gesiebt, durch die die gepulverte Rinde und ein Teil des Parenchyms hindurchgehen, während nur die Holzmasse zurückbleibt. Diese wird dann anschließend in üblicher Weise, z. B. nach dem Kraftverfahren oder dem halbchemischen Kraftverfahren, dem neutralen Natriumsulfitverfahren, dem sauren Sulfitverfahren oder nach dem Kalk-, Soda oder kalten Natronverfahren verarbeitet. Beispiel 1 1100 g luftgetrocknete, zerkleinerte Baumwollstengel (mit einem Gehalt von 1000 g Trockensubstanz) werden mit 3 1 Wasser in einen rotierenden, elektrisch erhitzten und thermostatisch regelbaren Autoklav aus rostfreiem Stahl mit einem Fassungsvermögen von 141 eingefüllt, 1 Stunde auf 150° C erhitzt und eine weitere Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend wird der Dampf abgeblasen, die Masse entleert und durch einen rotierenden Einscheiben-Raffineur geleitet, der auf grob eingestellt ist, so daß die Holzmasse in grobe Teilchen zerbrochen wird. Diese Masse wird anschließend durch ein flaches Sieb (25 Maschen je 25 mm Länge) durchgesiebt. Ein Teil des Parenchyms wird mit der Rinde entfernt. Die auf dem Sieb zurückbleibende entrindete Holzmasse beträgt 72 % der ursprünglichen Trockensubstanz der Baumwollstengel. Die Masse wird auf ein konstantes Trockengewicht von 25 % entwässert und gelagert. Eine- Menge dieses entrindeten Materials mit 1 kg Trockensubstanz wird mit 153 g Na OH, 50 g Na., S und 5 1 Wasser (einschließlich des in dem entrindeten Material enthaltenen Wassers) in den vorstehend beschriebenen Autoklav eingefüllt.The wet grinding can be carried out with conventional refiners, which grind the bark into powder and the wood mass in the form of fiber bundles or Leave bales behind. Can be used to refine or chop the cooked material all conventional mills of suitable design can be used, e.g. B. rotating mills with one or two discs, rod mills, continuously working roller mills etc. The crushed mass is passed through grates or sieves of suitable mesh size sieved, through which the powdered bark and part of the parenchyma pass, while only the wood mass remains. This is then used in the usual way Way, e.g. B. after the force process or the semi-chemical force process, the neutral sodium sulphite process, the acid sulphite process or the lime, Soda or cold baking soda processes are processed. Example 1 1100 g air-dried, shredded cotton stalks (with a content of 1000 g dry matter) with 3 l of water in a rotating, electrically heated and thermostatically controlled Stainless steel autoclave with a capacity of 141 filled, 1 hour heated to 150 ° C and held at this temperature for a further hour. Afterward the steam is blown off, the mass emptied and passed through a rotating single-disc refiner which is set to coarse, so that the wood mass is broken into coarse particles will. This mass is then passed through a flat sieve (25 meshes each 25 mm Length) sieved. Part of the parenchyma is removed with the cortex. The on The debarked wood remaining on the sieve is 72% of the original dry matter the cotton stalk. The mass is dewatered to a constant dry weight of 25% and stored. A quantity of this debarked material with 1 kg of dry matter is made with 153 g Na OH, 50 g Na., S and 5 1 water (including that in the debarked Material contained water) is filled into the autoclave described above.

Die Gesamtmenge an NaOH und Na, S entspricht 16,% Na. O, berechnet nach dem Gewicht der Trokkensubstanz des entrindeten Materials bei einer Sulfidität von 25. 1/o.The total amount of NaOH and Na, S corresponds to 16.% Na. O, calculated according to the weight of the dry substance of the debarked material in the case of sulphidity from 25. 1 / o.

Der Inhalt des Autoklavs wird in 50 Minuten auf 150° C erhitzt und 120 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Danach wird der Dampf abgeblasen und das gekochte Material entleert, zerkleinert, filtriert, gewaschen, gesiebt und in einem 0,7-kg-Holländer zerkleinert. Die Ausbeute an gesiebter Masse beträgt 52 0/0 (Trockensubstanz), bezogen auf die Trockensubstanz der entrindeten Stengel. Die in diesem Fall zur Verarbeitung einer 1000 kg Trockensubstanz entsprechenden Masse zu Zellstoff erforderliche Alkahmenge beträgt 310 kg Na O H und 100 kg Nag S. Aus dem so behandelten Zellstoff nach den TAPPI-Normen hergestellte Prüfblätter haben nach dem Konditionieren in einem konstant bei einer Temperatur von 20° C mit einer relativen Feuchtigkeit von 65 -1/o gehaltenen Raum folgende Eigenschaften: Bei einem Canadian-Standard-Mahlungsgrad von 200 ccm, gemessen auf einem Williams-Präzisionstester, beträgt der Durchreißwiderstand nach Ehrendorf 110 g und der Berstwiderstand nach Mullen 35 kg/cm2.The contents of the autoclave are heated to 150 ° C. in 50 minutes and Maintained at this temperature for 120 minutes. Then the steam is blown off and the cooked material emptied, crushed, filtered, washed, sifted and put in crushed by a 0.7 kg dutchman. The yield of sieved mass is 52% (Dry matter), based on the dry matter of the debarked stems. the in this case for processing a mass corresponding to 1000 kg of dry matter The amount of alkali required for pulp is 310 kg Na OH and 100 kg Nag S. Aus have test sheets produced in accordance with the TAPPI standards for the pulp treated in this way after conditioning in a constant at a temperature of 20 ° C with a relative humidity of 65 -1 / o held room has the following properties: At a Canadian standard grind of 200 cc, measured on a Williams precision tester, the tear resistance according to Ehrendorf is 110 g and the burst resistance according to Mullen 35 kg / cm2.

Zu Vergleichszwecken werden nicht behandelte ganze Baumwollstengel mit einer Trockensubstanz von 1000 g in der gleichen Weise zu Zellstoffbrei verarbeitet, wie dies vorstehend für das entrindete Material beschrieben wurde. Die Ausbeute an gesiebtem Material (Trockensubstanz) beträgt 34 %, berechnet auf die Trockensubstanz der Stengelmasse. Die in diesem Fall zur Herstellung von 1000 kg Zellstoffbrei (Trockensubstanz) erforderliche Alkalimenge beträgt 480 g NaOH und 157 g Nag S. Aus diesem Stoff hergestellte Prüfblätter hatten bei einem Mahlungsgrad (Canadian Standard) von 200 ccm einen Durchreißwiderstand von 69 g und einen Berstwiderstand von 36 kg. Beispiel 2 Ganze Baumwollstengel mit einer Trockensubstanz von 1000 g werden nach dem Verfahren des Beispiels 1 entrindet, wobei aber das Kochwasser durch eine 1o/oige wäßrige Natriumcarbonatlösung ersetzt wird, und die Kochdauer bei einer Temperatur von 150° C nur 30 Minuten beträgt. Die Verarbeitung der entrindeten Baumwollstengel geschieht nach Beispiel 1, jedoch werden 77 g Natriumhydroxyd und 25 g Natriumsulfit verwendet, und der Zellstoffbrei wird in einem auf »fein« eingestellten rotierenden Einscheiben-Raffineur zerkleinert. Das zerkleinerte Produkt wird von Wasser befreit und in dem 0,7-kg-Holländer zerkleinert. Die Ausbeute des Kochvorganges (Trockensubstanz) beträgt 50 ®/o, bezogen auf die Trockensubstanz der entrindeten Stengel. Zur Herstellung von 1000 kg Zellstoffbrei (Trockensubstanz) sind 134 kg Natriumhydroxyd und 43 kg Natriumsulfid erforderlich. Der Durchreißwiderstand der aus diesem Stoff hergestellten Prüfblätter beträgt 79 g und der Berstwiderstand 19 kg, jeweils bei einem Mahlungsgrad (Canadian Standard) von 225 ccm. Zu Vergleichszwecken werden ganze, nichtentrindete Baumwollstengel mit einer Trockensubstanz von 1000 g in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben behandelt, wobei jedoch 96 g Natriumhydroxyd und 31,5 g Natriumsulfid verwendet werden. Die Ausbeute (Trockensubstanz) beträgt in diesem Fall 50 "/o, bezogen auf die Trockensubstanz der Stengel.Untreated whole cotton stalks are used for comparison purposes processed into pulp with a dry matter of 1000 g in the same way, as described above for the debarked material. The yield of sieved material (dry matter) is 34%, calculated on the dry matter the stem mass. In this case for the production of 1000 kg pulp (dry matter) required amount of alkali is 480 g NaOH and 157 g Nag S. Manufactured from this substance Test sheets had a grind (Canadian Standard) of 200 cc Tear resistance of 69 g and a burst resistance of 36 kg. Example 2 whole Cotton stalks with a dry matter of 1000 g are made according to the method of Example 1 is debarked, but the cooking water is replaced by a 10% aqueous sodium carbonate solution is replaced, and the cooking time at a temperature of 150 ° C is only 30 minutes. The processing of the debarked cotton stalks takes place according to Example 1, however 77 g of sodium hydroxide and 25 g of sodium sulfite are used, and the pulp is crushed in a rotating single-disc refiner set to "fine". The crushed product is freed from water and crushed in the 0.7 kg hollander. The yield of the cooking process (dry matter) is 50%, based on the Dry matter of the debarked stems. For the production of 1000 kg pulp (Dry matter) 134 kg of sodium hydroxide and 43 kg of sodium sulfide are required. The tear resistance of the test sheets made from this material is 79 g and the bursting resistance 19 kg, each with one degree of grinding (Canadian Standard) from 225 cc. For comparison purposes, whole, not debarked Cotton stalk with a dry matter of 1000 g in the same way as described above treated, but using 96 g of sodium hydroxide and 31.5 g of sodium sulfide will. The yield (dry matter) in this case is 50 "/ o, based on the dry matter of the stalk.

Zur Herstellung von 1000 kg Zellstoffbrei (Trokkensubstanz) sind 192 kg Natriumhydroxyd und 63 kg Natriumsulfid erforderlich. Der Durchreißwiderstand der aus diesem Stoff hergestellten Prüfblätter beträgt 64 g, der Berstwiderstand 19 kg, jeweils bei einem Mahlungsgrad (Canadian Standard) von 225 ccm.For the production of 1000 kg pulp (dry substance) 192 kg sodium hydroxide and 63 kg sodium sulfide required. The tear resistance of the test sheets made from this material is 64 g, the burst resistance 19 kg, each with a degree of grinding (Canadian Standard) of 225 ccm.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Entrinden von Baumwollstengeln vor dem chemischen Aufschluß zu einem Stoffbrei für Papier, Pappe, Wandverkleidungsplatten u. dgl. durch Kochen der zerkleinerten Stengel mit Wasser bei überatmosphärischem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkochung, gegebenenfalls unter Mitverwendung von üblichen Aufschlußchemikahen, abgebrochen wird, sobald die Rinde vollständig erweicht, die Holzfasermasse aber praktisch kaum angegriffen ist, worauf der überdruck abgelassen und die Masse vermahlen wird und die Rindenanteile sowie vorzugsweise auch ein Teil des Parenchyms durch Absieben von der Holzfasermasse abgetrennt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 553 334; britische Patentschrift Nr. 742 916; USA.-Patentschriften Nr. 781612, 1847 050.PATENT CLAIM: Process for debarking cotton stalks prior to chemical digestion to form a pulp for paper, cardboard, wall cladding panels and the like by boiling the comminuted stalks with water at superatmospheric pressure, characterized in that the boiling of water, if necessary with the use of conventional digestion chemicals, is terminated is, as soon as the bark has completely softened, but the wood fiber mass is practically hardly attacked, whereupon the excess pressure is released and the mass is ground and the bark parts and preferably also part of the parenchyma are separated from the wood fiber mass by sieving. Documents considered: German Patent No. 553 334; British Patent No. 742,916; U.S. Patents No. 781612,1847,050.