DE2754991B2 - Verfahren zur Herstellung von Zellstoff in Gegenwart von phenolartigen Verbindungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Zellstoff in Gegenwart von phenolartigen Verbindungen

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Description

OA).
I J Jl ;H
S/%/ V
besteht, in der R Wasserstoff, die Gruppe COOX, in der X Wasserstoff oder Natrium ist, oder die Gruppe SO3Y, in der Y Wasserstoff oder Natrium ist, A Wasserstoff oder Natrium, m die Zahlen O, 1 oder 2 und η die Zahlen 1 oder 2 darstellt, wobei, wenn R Wasserstoff darstellt, ein Kohlenstoffatom im Athracenkern die Form CH2 statt CH annimmt und die Doppelbindung verliert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschlußhilfsmittel aus mindestens einer Verbindung aus der Gruppe Dihydroxyanthracen, Dihydroxydihydroanthracen, Carboxydihydroxyanthracen und Dihydroxyanthraccnsulfonat besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschlußhiifsmitiel in einer Menge von etwa 0,005 —3 Gew.-%, bezogen auf das Staubtrockengewicht der Lignocellulose enthaltenden Materialien, verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschlußhilfsmittel in einer Menge von etwa 0,01 —0,1 Gew.-°/o, bezogen auf das Staubtrockengewicht der Lignocellulose enthaltenden Materialien, verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein alkalischer Kochvorgang durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sulfitkochvorgang durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2'ellstoff durch Aufschließen von Lignocellulose enthaltenden Materialien mittels bekannter Kochflüssigkeiten in Gegenwart von phenolartigen Verbindungen.
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Ziellstoff oder Pulpe aus Lignocellulose enthallenden Materialien, w;e Holz, Bagasse, Hanf und ähnliche. Seit langer Zeit werden Versuche durchgeführt, im die Ausbeute beim Kochen, die Kochgeschwindigkeit und die Qualität des Zelhtoffbreis oder der Pulpe zu verbessern, wobei das Ziel einer wirtschaftlichen Herstellung von Zellstoff hoher Qualität bei verringertem Bedarf an Rohmaterial und Energie angestrebt wird. Zum Beispiel wird anstelle eines einfachen Kraft-Verfahrens, bei dem Lignocellulose enthaltendes Material, wie Holz, einer Behandlung mit einer Kochlauge, die im wesentlichen Natriumhydroxid und Natriumsulfid enthält, unterzogen wird, heutzutage vorzugsweise in Abwandlung dieses Verfahrens ein sogenanntes »Polysulfidverfahren« verwendet, bei dem das zu behandelnde Material mit einer ein Natriumpolysulfid enthaltenden Kochlauge behandelt wird. Es sind auch andere Abwandlungen, z. B. die Zugabe von Borhydrid, Hydrazin, Hydroxylamin und anderen Verbindungen vorgeschlagen und ausprobiert worden. Die Mehrzahl dieser abgewandelten Verfahren hat sich jedoch in der Praxis nicht bewährt, weil in einigen Fällen ein vollkommenes oder teilweises Auswechseln der Verfahrensanlagen erforderlich ist, in anderen Fällen die Produktionskosten erheblich steigen und in noch anderen Fällen das Verfahren bei weichen oder harten Hölzern oder bei beiden nicht anwendbar ist. Mit der Ausnahme des erwähnten Polysulfidverfahrens steilen keine der vorgenannten, im Stand der Technik bekannten Verfahren mehr als ein Labormodell dar.
Bekannt sind insbesondere Verfahren, bei denen das aufzuschließende Material mit Phenolen oder Verbindungen mit phenolartigen Charakter in konzentrierter Form oder auch verdünnt mit Wasser, Alkoholen, Benzol, Benzolderivaten oder Kohlenwasserstoffen der Fettreihe erhitzt wird, wobei dem Gemisch als Katalysator anorganische oder organische Säuren (z. B. 0,01% Salzsäure), säurebildende Stoffe oder Stoffe mit sauren Eigenschaften beigefügt werden (DE-PS 3 26 705 und 3 28 783).
Bei weiteren bekannten Verfahren werden als Aufschlußhilfsmittel allgemein Oxyverbindungen der isocyclischen Reihe genannt, in deren Molekülen mindestens ein Wasserstoffatom der Oxygruppc durch Metall ersetzt ist. Derartige Oxyverbindungen umfassen Phenole, wie Phenol und Cresol, Hydroxybenzylalkohol, Tetrahydrophenol, Cyclohexanol, Naphthole usw. (US-PS 16 58 213 und 17 05 424). Es ist auch möglich, geeignete Oxyverbindungen der isocyclischen Reihe beim Kochen aus dem Aufschlußgui selbst zu gewinnen (DE-PS 4 86 533), wobei es jedoch erforderlich erscheint, bestimmte Kochbedingungen in bezug auf eine genügend hohe Konzentration des Phenols oder der phenolartigen Verbindungen, des Temperaturverlaufs und des Zeitpunkts der Alkalizugabe sowie der Auswahl des aufzuschließenden Pflanzenguts einzuhalten (US-PS 19 02 916).
Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzellstoffs aus Stroh und Gräsern, bei dem einer Ätzkalk und lösliches Monosulfit enthaltenden Kochlauge ggf. als Katalysatoren geringe Mengen eines Gemisches von Salzen bestimmter Metalle und Phenolen oder deren Homologen, z. B. Phenol, Cresol, Thymol, Benzcaicchin. Pyrog-illol und dgl. zugesetzt werden (DE-PS 5 69 853).
Die Verwendung von Phenol, Phenolatcn und dgl. Verbindungen ist mit Nachteilen behaftet, die z.T. auch im Stand der Technik bekannt sind. Die Beschaffungskosten dieser Verbindungen sind hoch und deren Wiedergewinnung ist kaum möglich. Aufgrund des relativ niedrigen Molekulargewichts von Phenol oder Phcnolaten tragen diese Verbindungen zur Verschmutzung von Wasser und Luft bei. Somit eignen sich diese Aufschlußhiifsmitiel kaum zum industriemäßieen Ein-
satz, sondern eher zur Verwendung bei Experimentierverfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein einfaches, wirtschaftliches, industriemäßig durchführbares und wirksames Verfahren zur Herstellung von Zellstoff durch Aufschließen von Lignocellulose enthaltenden Materialien vorzusehen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man die Lignocellulose enthaltenden Materialien in Gegenwart eines Aufschlußhilfsmittels, bestehend aus mindestens einem Hydroxyanthracen oder einem Derivat davon, unter üblichen Bedingungen kocht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zellstoff oder Pulpe aus Lignocellulose enthaltenden Materialien wird das Kochen in Gegenwart einer kleinen Menge des neuen Aufschlußhilfsmittels durchgeführt Dieses kann der Kochflüssigkeit eines der üblichen alkalischen Kochverfahren oder Sulfitkochverfahren oder ähnlichen zugesetzt werden. Der hier verwendete Begriff »alkalisches Kochverfahren«, umfaßt verschiedene Verfahren, wie ein Kraft-Verfahren, ein Sodaverfahren, ein Natriumcarbonatverfahren und ähnliche, und der hier verwendete Begriff »Sulfitkochverfahren« umfaßt verschiedene Verfahren, wie ein alkalisches Sulfitverfahren, ein neutrales Sulfitverfahren, ein Bisulfitverfahren und ähnliche.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von alkalischer Pulpe vorgesehen, bei dem das Kochen von Lignocellulose enthaltenden Materialien, wie Holz, Bagasse, Hanf und ähnliche, in einer alkalischen Kochlauge in Gegenwart einer geringen Menge von Hydroxyanthracen oder einem Derivat davon als neuartiges Aufschlußmittel durchgeführt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Sulfitpulpe vorgesehen, bei dem das Kochen der Lignocellulose enthaltenden Materialien in einer Sulfit enthaltenden Kochflüssigkeit in Gegenwart einer kleinen Menge des vorgenannten Aufschlußhilfsmillels durchgeführt wird.
Beim Kochen der Lignocellulose enthaltenden Materialien in Gegenwart einer spezifischen Menge des erfindungsgemäßen Aufschlußhilfsmitteis wird die Lösungsgeschwindigkeit des Lignins aus den Lignocellulose enthaltenden Materialien wesentlich erhöht und dabei auch die Kochgeschwindigkeit erheblich gesteigert. Die Kochausbeute bei der Pulpenherstellung wird auch wesentlich verbessert im Vergleich zu derjenigen der vorbekannten Verfahren bei Anwendung gleicher Kochbedingungen.
In überraschender Weise verhindert auch das erfindungsgemäß verwendete Aufschlußhilfsmittel den Abbau von Cellulose und Halbcellulose während des Kochens.
Dies wird darauf zurückgeführt, daß die Wirkungsweise der Hydroxyanthracene und deren Derivate sich von derjenigen der im Stand der Technik verwendeten phenolartigen Verbindungen unterscheidet. Das Redoxpotential der Hydroxyanthracene liegt in einem Bereich von 0,15 bis 0,25 V, in dem nur die Oxidation der reduzierenden Endgruppe (Aldehydgruppe) der HaIbcellulosekette und kein Angriff auf die /f-Phenylätherbindung des Lignins stattfindet. Im Gegensatz dazu liegen z. B. die Redoxpotentiale der im Stand der Technik verwendeten Aufschlußmittel Benzcalechin und Pyrogallol im Bereich von 0,6 bis 0,7 V und die der Naphthole im Bereich von 0,4 bis 0,5 V. Bei diesen relativ hohen Werten tritt eine Oxidation der Hauptkette der Halbcellulose auf. Dagegen erklärt sich die Wirksamkeit von nur geringen Mengen eines erfindungsgemäß verwendeten Aufschlußmittels wie Hydroxyanthracen dadurch, daß dessen chemische Struktur -, die Enol- oder die Ketoform annehmen kann, was bei Verbindungen wie Phenolen und Naphtholen nicht möglich iit
Das erfindungsgemäße Verfahren führt somit nicht nur zur Erhöhung der Kochausbeute und Kochgeschwindigkeit, was eine Reduzierung der Mengen an zum Kochen benötigter Chemikalien und zum Erhitzen benötigten Dampfes zur Folge hat, sondern auch zur Verbesserung der Qualität der erhaltenen Pulpe und des daraus hergestellten Papiers. Das erfindungsgemäße
r, Verfahren ist zudem industriemäßig und mit üblichen, unmodifizierten Vorrichtungen durchführbar. Typische Verbindungen, die sich mit Vorteil als Aufschlußhilfsmittel bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzen lassen, umfassen Hydro>:yanthra-
_'ii cene und deren Derivate mit der nachfolgenden allgemeinen Formel:
(OA)1,
in der R Wasserstoff, die Gruppe COOX, in der X Wasserstoff oder Natrium ist, oder die Gruppe SOjY, in der Y Wasserstoff oder Natrium ist, A Wasserstoff oder Natrium, m die Zahlen 0, 1 oder 2 und η die Zahlen 1 oder 2 darstellt. Wenn R in der obenstehenden allgemeinen Formel Wasserstoff darstellt, so bezieht sich dies auf den Fall, in dem mindestens ein Kohlenstoffatom in Anthracenkern seine Doppelbindung verliert und in der gleichen Stellung von CH zu CH2 übergeht. Die durch die obenstehende allgemeine Formel (1) definierten Verbindungen umfassen im einzelnen diejenigen, die erhältlich sind durch die Addition von mindestens einem Wasserstoffatom zum Kohlenstoffatom im Anthracenkern, das dabei seine Doppelbindung verliert und in der gleichen Lage von seiner CH-Form in die CH2-Form übergeht, und umfassen z. B. die durch die nachfolgenden allgemeinen Formeln dargestellten Verbindungen:
K.,
Y\
(OA)11
und
! 1
(OA),,
mi in denen R, A, in und /; die vorbezeichneten Bedeutungen haben.
Von diesen Verbindungen lassen sich Dihydroxyanthracen, Dihydroxydihydroanthracen, Carboxydihydroxyanthracen sowie auch Dihydroxyanthracensulfonsäu-
h-i ren einschließlich ihrer Natriumsalze und Dihydroxyanthracencarbonsäuren einschließlich ihrer Natriumsalze am vorteilhaftesten bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzen.
Diese als Aufschlußhilfsmittel oder Kochhilfsmittel neu einsetzbaren Verbindungen werden vorzugsweise in einer im Bereich von 0,005 bis 3 Gew.-% liegenden Menge, bezogen auf das Staubtrockengewiclit der Rohmaterialstückchen oder der Lignocellulose enthaltenden Materialien, der Aufkochflüssigkeit zugegeben. Wenn diese Verbindungen i.i einer im Bereich von 0,01—0,1 Gew.-%, wie vorstehend bezogen, liegenden Menge verwendet werden, so lassen sich die optimal besten Ergebnisse erhalten.
Von den durch die allgemeinen Formeln (1) —(3) dargestellten Verbindungen läßt sich das Dihydrodihydroxyanthracen leicht aus Naphthochinon und Butadien über die Diels-Alder-Reaktion synthetisch herstellen. Werden z. B. Naphthochinon und Butadien miteinander in einem hydrophoben Lösungsmittel, wie Chlornaphthalen, über die bekannte Diels-Alder-Reaktion umgesetzt, wie z. B. in der US-PS 29 38 913 offenbart ist. so läßt sich gemäß nachfolgend angegebener Gleichung Tetrahydroanthrachinon erhalten. Bei Auflösung in einer wäßrigen alkalischen Lösung, wie eine wäßrige Natriumhydroxidlösung, wird dieses Produkt in ein Alkalisalz des Dihydrodihydroxyanthracens umgewandelt, welches mit einer Säure, wie Schwefelsäure. Salzsäure oder ähnliche, behandelt werden kann, um Dihydrodihydroxyanihracen auszufällen. In alternativer Weise kann Tetrahydroanthrachinon direkt mit einer wäßrigen Lösung einer Säure, wie Schwefelsäure, behandelt werden, um Dihydrodihydroxyanthracen als Niederschlag zu ergeben, wie dies in der US-PS 18 90 040, Seite 2, rechte Spalte offenbart ist.
// ν
:■ +
Ii ο
;; in hydrophobem Lösungsmittel
Naphthochinon Butadien
Tetrnh\dio-
unlhruchinon
(kelo-lorml
in
wäHriücr
NaOH-Lösunü
OM
ONa
»2 s O4
A.
Ί X
OH
ONa
Dihydrodihydroxyanthraeen
Das erfindungsgemäß verwendete Aufschiußhilfsmittel läßt sich leicht in der zum Kochen verwendeten Flüssigkeit auflösen. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind keine besonderen Änderungen der Kochbedingungen erforderlich, mit der Ausnahme, daß eine spezifizierte Menge des Aufschlußhilfsmittels einfach der üblichen Kochflüssigkeit zugegeben wird. Anhand der nachfolgenden Beispiele sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden.
Beispiel
Es wurden 600 g Schnitzel aus weichem Holz in einen Autoklaven von 4 Liter Fassungsvermögen eingeführt und eine bei einem Kraft-Verfahren verwendbare Kochlauge mit 17% Aktivalkali und 25% Sulfidität eingeführt. Danach wurde Dihydroxydihydroanthracen, das nach dem obenstehend erläuterten Verfahren hergestellt worden war, in einer Menge von 0,05 Gew.-%, bezogen auf das Staubtrockengewicht der Schnitzel, der Kochflüssigkeit zugegeben. Der Kochvorgang wurde 75 Minuten bei 165°C durchgeführt.
Zu Vergleichszwecken wurde der gleiche Versuch wiederholt, mit der Ausnahme, daß kein Dihydroxydihydroanthracen verwendet wurde. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 1 dargestellt
7
Tabelle 1
Kochausbeute (%) 48,6
Kappazahl 42
Berstindex*) 6,9
Reißlänge (km) 8,2
Reißfaktor 170
Kochvorgang gemäß Kochvorgang gemäß
Kraft-Verfahren mit Kraft-Verfahren ohne
Dihydroxydihydroanthracen Dihydroxydihydroanthracen
46,5
51
6,2
7,0
170
*) Nach der Norm JIS P-8210 (Prüfverfahren für Festigkeil von Papierpulpe).
Beispiel 2
Es wurden 700 g Hartholzschnitzel in einen Autokla- Der Kochvorgang wurde 75 Minuten bei 1550C
ven von 4 Liter Fassungsvermögen eingeführt, in den durchgeführt.
eine für das Sodaverfahren geeignete Kochflüssigkeit 20 Danach wurde zu Vergleichszwecken der gleiche
mit 15,5% (als Na2O) Ätznatron und Dihydroxyanthra- Versuch wiederholt, mit der Ausnahme, daß kein
cen in einer Menge von 0,02 Gew.-%, bezogen auf das Dihydroxyanthracen verwendet wurde. Die Ergebnisse
Staubtrockengewicht der Schnitzel, eingegeben wurde. dieser Versuche sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Kochvorgang gemäß Soda Kochvorgang gemäß Soda
verfahren mit Dihydroxyanthracen verfahren ohne Dihydroxy
anthracen
(erfindungsgemäß) (Stand der Technik)
Kochausbeute (%) 53,9 53,0
Kappazahl 50 78
Berstindex*) 4,3 3,0
Reißlänge (km) 6,1 4,5
Reißfaktor UO 100
♦) Nach der Norm JIS P-8210 (Prüfverfahren für Festigkeit von Papierpulpe).
Beispiel 3
Es wurden 700 g Hartholzschnitzel in einen Autokla- bei 180°C durchgeführt. Danach wurden die gekochten
ven von 4 Liter Fassungsvermögen eingeführt, in den Schnitzel bis zu einem Mahlungsgrad von 450 cc in eine für das Natriumcarbonatverfahren geeignete -n einem Scheibenrefiner geschlagen.
Kochflüssigkeit mit 10% Natriumcarbonat und 0,1 Zu Vergleichszwecken wurde der gleiche Versuch
Gew.-%, bezogen auf das Staubtrockengewicht der wiederholt, wobei jedoch kein Natriumdihydroxyan-
Schnitzel, Natriumdihydroxyanthracencarboxylat ein- thracencarboxylat verwendet wurde. Die Ergebnisse
gegeben wurde. Der Kochvorgang wurde 20 Minuten dieser Versuche sind in der Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
Kochvorgang gemäß Natrium
carbonatverfahren mit Natrium-
dihydroxyanthracencarboxylat
Kochvorgang gemäß Natrium
carbonatverfahren ohne
Natriumdihydroxyan thracen
carboxylat
(erfindungsgemäß) (Stand der Technik)
82,0 78,9
1,8 1,7
3,2 2,5
20 14
14,2 13,5
19,5 19,0
Kochausbeute (%)
Berstindex*)
Reißlänge (km)
Doppelfalzungen
Ring-Knitterfestigkeit
Concora-
Knitterfestigkeit |
*) Nach der Norm JIS P-8210 (Prüfverfahren für Festigkeit von Papierpulpe). ί
9 10
Beispiel 4
Es wurden 400 g Flachs in einen Autoklaven von 4 rials, enthielt. Der Kochvorgang wurde 4 Stunden bei
Liter Fassungsvermögen eingeführt, in den eine 1800C durchgeführt. Zu Vergleichszwecken wurde
Kochflüssigkeit eingegeben wurde, die 18% Natrium- ■-> getrennt davon der gleiche Versuch wiederholt, wobei
sulfit und 3% Ätznatron, in beiden Fällen bezogen auf jedoch kein Natriumdihydroxyanthracensulfonat ver-
das Gewicht des Rohmaterials, und Natriumdihydroxy- wendet wurde. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in
anthracensulfonat in einer Menge von 0,05 Gew.-°/o, der Tabelle 4 dargestellt,
bezogen auf das Staubtrockengewicht des Rohmate-Tabelle 4
Kochvorgang gemäß SuIfIi- Kochvorgang gemäß Sulfit-
verfahren mit Natriumdihydroxy- verfahren mit Natrium-
anthracensullbnal dihydroxyanthracensullbnat
(erfindungsgemäß) (Stand der Technik)
Kochausbeute (%) 62,5 58,5
Kappazahl 8 12
Reißlänge (km) 8,9 7,6
Reißfaktor 190 170

Claims (2)

Palentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Zellstoff durch Aufschließen von Lignocellulose enthaltenden Materialien mittels bekannter Kochflüssigkeiten in Gegenwart von phenolartigen Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lignocellulose enthaltenden Materialien in Gegenwart eines Aufschlußhilfsmittels, bestehend aus mindestens einem Hydroxyanthracen oder einem Derivat davon, unter üblichen Bedingungen kocht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschlußhilfsmittel aus mindestens einer der Verbindungen der allgemeinen Formel
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