DE3001105C2

DE3001105C2 - Verfahren zur Herstellung von gebleichten mechanischen, chemisch-mechanischen oder halbmechanischen Breien aus Lignozellulose-haltigem Fasergut

Info

Publication number: DE3001105C2
Application number: DE3001105A
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik 46300 Lilla Edet Höök; Sven Görgen 19176 Sollentuna Åkerlund
Original assignee: Eka AB
Current assignee: Nouryon Pulp and Performance Chemicals AB
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1982-09-23
Also published as: NO800068L; CA1143913A; FI69324C; SE436368B; JPS5598992A; DE3001105A1; FI800091A; NO155403B; SE7900302L; NO155403C; BR8000205A; FI69324B; US4311553A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gebleichten mechanischen, chemisch-mechanischen oder halbmechanischen Breien aus Lignozellulose-haltigem Fasergut in Form von Spänen oder grobem Zellulosebrei durch Zerfaserung in einem Raffineur, bei dem das Fasergut in gesättigtem Dampf bei 10O⁰C bis 170°C gemahlen und bei dem dem in die Mahlzonc zwischen die Mahlelemente des Raffineurs eingespeisten Fasergut gleichzeitig alkalische Peroxidlösung zugesetzt wird.

Ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art ist aus der DE-OS 27 5:2 081 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird dem in die Mahlzone zwischen die Mahlelemente des Raffineurs eingespeisten Fasergut eine Bleichflüssigkeit zugesetzt, die eine alkalische Peroxidlösung, ein Alkalisilikat als Schutzkolloid und ein Sequestrierungsmittel 'enthält. Nach längerer Durchführung des bekannten Verfahrens hat man jedoch festgestellt, daß Probleme durch unlösliche Ablagerungen auf den Oberflächen der Mahlscheiben auftreten, die im wesentlichen aus Kieselsäure und in einem gewissen Umfang aus unlöslichen Silikaten bestehen. Diese Ablagerungen verstopfen die Rinnen in den Mustern der Mahhcheiben, wodurch die Mahlleistung erheblich verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Mahlleistung erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fasergut vor dem Mahlen mit einer Lösung aus Alkalisilikat und Sequestrierungsmittel imprägniert wird und daß das imprägnierte Fasergut über einen Zeitraum von 1 bis 10 min in gesättigtem Dampf auf 100⁰C bis 170⁰C so erhitzt wird, daß die auftretende Ansäuerung die Kieselsäuren auf und in dem Fasergut

-, niederschlägt, wonach das Fasergut unter Zugabe von silikatfreier Peroxidlösung gemahlen wird.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren wird daher bei der erfindungsgemäßen Lösung das Alkalisilikat dem Fasergut nicht zusammen mit der Peroxidlösung zugesetzt, sondern das Fasergut wird vor dem Mahlen mit der Alkalisilikatlösung imprägniert Dadurch wird die Ausbildung von Ablagerungen aus Kieselsäure und unlöslichen Silikaten auf den Mahlelementen weitgehend vermieden. Hinzu kommt, daß durch die Imprägnierung des Fasergutes mit der Alkalisilikatlösung und die nachfolgende Erhitzung ein Kieselsäureniederschlag auf und in dem Fasergut erhalten wird. Dies bringt eine Verbesserung der Vermahlbarkeit der Fasern und der Festigkeitsentwicklung, zu.der die Mahlung führt, mit sich. Als Ursache hierfür wird eine Versteifung des Fasergutes durch den Kieselsäureniederschlag vermutet. Bei der hohen irrs Raffineur herrschenden Temperatur wird sonst das Lignozellulose-haltige Material plastifiziert oder erweicht und dadurch die Vermahiungsfähigkeit der Fasern wesentlich herabgesetzt. Die durch den Kieselsäureniederschlag bewirkte Versteifung hebt diese Erweichungstendenz mehr oder weniger vollständig auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen

jo Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei der Herstellung von mechanischen, chemisch-mechanischen oder halbmechanischen Faserbreien aus Lignozellulosehahigen Ausgangsstoffen, wie Weichholz, Hartholz, Bagasse, Stroh und anderen ähnlichen fasrigen Materialien, eingesetzt werden, die in geeigneter Weise zu Spänen, Häcksel oder groben Faserbrei zerkleinert worden sind. Diese Ausgangsmatcrialien werden im folgenden als »Späne« oder »grober Brei« bezeichnet.

jn Die Erfindung kann insbesondere bei der Herstellung von mechanischen Faserbreien benutzt werden, indem die Späne oder der grobe Brei in Scheibenraffineuren behandelt werden, um zu sog. mechanischen Raffineurbreien oder thermo-mechanischen Breien (sog. TMP) zu

4> gelangen. Die Breie der ersten Art werden durch Mahlen der Späne bei Atmosphärendruck erzeugt, während die Breie der zweiten Art durch Mahlen bei einem Überdruck und bei höheren Temperaturen (100° -17O⁰C) erzeugt werden.

Die Späne oder der Grobbrei 'verden vor der Behandlung im Raffineur mit einer wäßrigen Lösung eines löslichen Alkalisilikats, wie z. B. Natriumsilikat, imprägniert; danach kann das Peroxid-Bleichen mit völlig zufriedenstellenden Ergebnissen durchgeführt

5.» werden, indem eine silikatfreie alkalische Peroxidlösung verwendet wird. Die Imprägnierung kann nach jedem beliebigen Verfahren erfolgen, das auf das Ausgangsmaterial angewendet werden kann. Späne werden am besten imprägniert, indem sie zunächst Dampf ausge-

en setzt und dann komprimiert werden; danach werden sie im komprimierten Zustand in eine Silikatlösung eii gebracht, in der sie expandieren und das Imprägnierungsmittel absorbieren können. Nicht absorbierte Silikatlösung im Überschuß kann dann entfernt werden

h-, ·- vollständig oder teilweise —, ehe die Späne in den Raffineur eingespeist werden. Hartholz-Späne können auch mit Vorteil imprägniert werden, indem sie in eine Silikatlösung eingetaucht werden, in der sie das

Imprägnierungsmittel ohne Schwierigkeiten wegen der im Hartholz vorhandenen, eine große lichte Weite aufweisenden Hohlräume absorbieren. Der Grobbrei wird am einfachsten imprägniert, indem er mit einer Silikatlösung versehen wird, die von dem Brei infolge von Diffusion Ober einen geeigneten Zeitraum absorbiert wird. Nicht absorbierte Silikatlösung im Oberschuß kann in bekannter Weise abgezogen werden, z. B. durch Vakuumfiltration oder Auspressen.

Vorzugsweise wird das Ausgangsmaterial, insbesondere die Späne, mit einer Lösung aus Natriumsilikat bei einem pH-Wert im Bereich von 6—10 imprägniert Bei einer Zerfaserungstemperatur von 100⁰C und höher, im Bereich von 100⁰C bis 170⁰C wird der Wirkungsgrad des Raffineurs verbessert. Dies führt zu einem schnelleren Mahlvorgang, und die Festigkeitseigenschaften des sich ergebenden Breies sind wesentlich besser als wenn die Zerfaserung ohne vorherige Imprägnierung mit dem Silikat durchgeführt wird.

Es ist wahrscheinlich, daß der verbesserte Wirkungsgrad der Zerfaserung in Beziehung zu dem Niederschlag von Kieselsäuren in oder auf den Fasern steht, wodurch eine Kieselsäurestruktur aufgebaut wird, die die Faser steifer und die Faseroberflächen härter macht, so daß der Mahlvorgang schneller ablaufen kann, selbst bei relativ hohen Temperaturen. Normalerweise besitzen Faserbreie mit einem hohen Gehalt an Lignin und Halbzellulose bei einer Temperatur von 100° C und darüber einen plastischen Zustand. Unter diesen Bedingungen ist es sehr schwierig, der Faser ein »Ansprechen« bezüglich des Mahlens aufzuprägen. Die Mahlleistung nimmt nur langsam zu, und der sich ergebende Brei weist schlechte Festigkeitseigenschaften mit Ausnahme der Reißfestigkeit auf; dieses Verhalten zeigt an, daß das> Mahlen bei hohen Temperaturen im Bereich von 10O⁰C jis 200⁰C den Effekt hat, daß der Brei ohne nennenswerte Verkürzung der Fasern »geknetet« wird.

Der Niederschlag von Kieselsäure auf den Fasern wird gleichzeitig mit dem Einspeisen des imprägnierten Faserguts, z. B. der Späne, in den Zerfaserungsvorwärmer herbeigeführt, in dem die Verweilzeit ungefähr 1 bis 10 Minuten beträgt und in dem die Temperatur die gleiche wie im Raffineur selbst ist, nämlich 100⁰C bis 170⁰C; die Temperatur kann aber auch niedriger sein, wenn die Zuführung zwischen dem Vorwärmer und dem Raffineur so ausgelegt ist, daß sie dampfdicht ist. Die saure Hydrolyse, die in dem Lignozellulose-haltigen Material beginnt, wenn dieses in dem Vorwärmer erwärmt wird, führt zur Bildung von organischen Säuren, die den pH-Wert der wäßrigen Lösung herab setzen, worauf Kieselsäuren niedergeschlagen werden.

Der Niederschlag von Kieselsäuren kann auch vollständig oder teilweise vor dem Einspeisen des Faserguts in den Vorwärmer erfolgen, indem die Imprägnierungslösung mit organischen oder anorganischen Säuren auf einen geeigneten pH-Wert neutralisiert oder angesäuert wird.

Die Imprägnierungslösung kann dann eine Süare, neutrale oder schwach alkalische Reaktion zeigen. Der Niederschlag von Kieselsäure in der beschriebenen Weise kann auch nach Abzug der gesamten nicht absorbierten Imprägnierlösung im Überschuß erfolgen, oder nach Abzug eines Teils der überschüssigen Imp-ägnierlösung.

Die Wirkung auf den Mahlgang, die bei der Zerfaserung und/oder Raffinierung von Fasergut erreicht wird, in oder auf dem Kieselsäure niedergeschlagen worden ist, ähnelt dem Effekt, der bei der Raffinierung von Breien reich an Lignin oder reich an Halbzellulosen bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei 60⁰C, zu beobachten ist, wenn die Gesamtheit der interzellularen Masse in der festen Phase vorhanden ist. Dies vergrößert die Festigkeit und die Härte der Fasern, wodurch der Widerstand gegenüber dem Mahlen und damit die Wirksamkeit des Mahlprozesses verbessert wird.

Derselbe Effekt wird im Falle des Niederschlags von kaum lösbaren Salzen, wie Silikaten und Karbonaten von Calzium und Magnesium, in und auf dem Fasergut beobachtet. Ein derartiger Niederschlag kann erreicht werden, indem zunächst das Lignozellulosehaltige Material mit lösbaren alkalischen Salzen, wie z. B. von Kieselsäure und Kohlensäure, imprägniert wird, die dann durch lösliche Salze von Calzium und Magnesium verdrängt werden. Die Imprägnierung und die Verdrängung der Salze kann auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.

Beim Bleichen der Späne oder des g-oben Breis mit peroxidhaltigen Bleichlösungen kann die für den Bleichgang erforderliche gesamte Menge an Silikat in der Imprägnierungsstufe zugeführt werden, ohne daß das Risiko einer schlechteren Bleichwirkung besteht. Das Ergebnis ist ein Brei mit wesentlich verbesserten Festigkeitseigenschaften, wie dies aus der nachfolgenden Tabelle hervorgeht.

Mit Peroxid gebleichter Brei hergestellt mit der TMP-Zerfaserung der Späne.

Chemikalie	Menge in kg pro	Tonne	Zerfaserung	Eigenschaften	des Breis	Iso-Hel-
	staubtrocknem Breis	nichts	I-rceness CSF	AbreifSlängc	ligkcil
	zugesetzt bei	0			%
	Imprägnierung	0	ml	m	54,5
TMP	nichts	5.5	110	3860	55
Na₂SiO,	20	21	180	4455	55
DTPA^h)	3.3	9,8	80	5695
pH^a)	7,65	0
H₂O,	0	0
NaOH	0				66
Na₂SiO,	20	160	4655
DTPA	3.3
pH»)

') pll-Wert nach Imprägnierung bzw. Zerfaserung.

^b) Diüthylentriaminpentacssigsiiurc als Sequestrierungsmittel.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gebleichten mechanischen, chemisch-mechanischen oder halbmechanischen Breien aus Ligonozellulose-haltigem Fasergut in Form von Spänen oder grobem Zellulosebrei durch Zerfaserung in einem Raffineur, bei dem das Fasergut in gesättigtem Dampf bei 100⁰C bis 170⁰C gemahlen und bei dem dem in die Mahlzone zwischen die Mahlelemente des Raffineurs eingespeisten Fasergut gleichzeitig alkalische Peroxidlösung zugesetzt wird, dadurch gekennzeichne t,. daß das Fasergut vor dem Mahlen mit einer Lösung aus Alkalisilikat und Sequestrierungsmittel imprägniert wird und daß das imprägnierte Fasergut, über einen Zeitraum von 1 bis 10 min in gesättigtem Dampf auf 100⁰C bis 170° C so erhitzt wird, daß die auftretende Ansäuerung die Kieselsäuren auf und in dem Fasergut niederschlägt, wonach das Fasergut unter Zugabe von silikatfreier Peroxidlösung gemahlen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zum imprägnieren des Fasergutes eine Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 6 bis 10 verwendet wird und daß das Fasergut durch Zusatz von organischen Säuren angesäuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß dem Fasergut zum Niederschlagen der Kieselsäuren lösliche Salze von Magnesium und Calzium zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die silikatfreie Peroxidlösung über Kanäle in die Mahlzone eingeführt wird, die in einem der Mahlelemente vorgesehen sind und sich direkt in die Mahlzone hin öffnen.