DE3346528C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von Holzspänen für die Herstellung von chemo-thermomechanischem Zellstoff.

Chemo-thermomechanischer Zellstoff wird anstelle von chemischem Holzstoff bzw. Zellstoff in vielen Erzeugnissen in steigendem Maß verwendet, um die Ergiebigkeit begrenzter Rohstoff-Ressourcen zu verbessern. Vor dem Veredeln werden die Holzspäne normalerweise in einer Reihe von Verfahrensschritten aufgeschlossen, wobei sie gewaschen, vorgedämpft, druckimprägniert und vorerwärmt werden. Das übliche Imprägniermittel ist ein Neutralsulfit auf Natrium­ basis, es kann aber auch Sulfit auf Ammoniumbasis eingesetzt werden. Ferner ist es allgemein bekannt, eine zweistufige Imprägnierung durchzuführen, wobei die Vorimprägnierung nach dem Vordämpfen, jedoch vor dem Waschen der Holzspäne erfolgt und die Holzspäne vor dem zweiten Imprägnierschritt entwässert werden.

Gegenüber den thermomechanischen Zellstoffen, die vor der Veredelung keiner chemischen Vergütung unterzogen werden, weist der chemo-thermomechanische Zellstoff bestimmte verbesserte Eigenschaften auf. Es wird hierdurch der Splittergehalt ver­ ringert und der Anteil an Langfasern erhöht, was sich in erhöhter Zugfestigkeit und Fortreißfestigkeit ausdrückt. Es ist jedoch erwünscht, den Splittergehalt noch weiter zu verringern und den Langfaseranteil zu erhöhen. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine hohe Zellstoffausbeute verlangt wird, die für Verpackungs­ kartonagen für Flüssigkeiten oder für Zellstoffflocken geeignet ist. Im letzteren Fall wird auch eine besonders gute Licht­ durchlässigkeit gefordert; für Verpackungskartonagen für Flüs­ sigkeiten ist dies allerdings von untergeordneter Bedeutung. Wenn es erwünscht ist, dieselbe Anlage für die Erzeugung von Zell­ stoffen für unterschiedliche Zwecke einzusetzen, ist es ebenso erwünscht, die einzelnen Aufschlußverfahren so zu kontrollieren, daß der Zellstoff für jeden Verwendungszweck die erwünschte Merkmalskombination aufweist. Es ist ferner erwünscht, die Holzspäne gleichmäßig aufschließen zu können, wodurch nach dem Veredeln ein homogenerer veredelter Zellstoff erhalten werden kann.

Es ist bereits bekannt (US-PS 42 11 605), Lignozellulosematerial in einem dreistufigen Verfahren herzustellen, mit Behandeln von Holzspänen mit SO₂-Gas oder wäßriger SO₂-Lösung, nachfolgendem Sulfonieren bzw. Imprägnieren in einer wäßrigen Natriumsulfit- Lösung eines pH-Wertes zwischen 6 und 8,5 am Ende der Behandlung bei Temperaturen zwischen 100 und 150°C für etwa 10-90 Minuten und durch anschließendes mechanisches Zerfasern. Auch ist es be­ kannt (FR-PS 23 24 793), Holzspäne in Wasserdampf mit einer Sulfitlösung eines pH-Wertes zwischen 1,5 und 2,5 thermisch zu behandeln bei Temperaturen zwischen insb. 110 und 130°C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Ziele durch eine wirksamere Imprägnierung weitgehend zu erreichen.

Gemäß der Erfindung werden hierfür die Holzspäne nach dem Vor­ dämpfen, dem Vorimprägnieren mit H₂O und/oder einer Sulfit­ lösung, dem Waschen und Trocknen, jedoch vor der Endimprägnierung, Vorwärmen und Veredeln in einer Zwischenstufe während einer Dauer von wenigstens 10 min auf einer Temperatur von wenigstens 50°C gehalten.

Die Sulfitlösung, die üblicherweise eine Natriumsulfitlösung ist, hat bevorzugt einen pH zwischen 4 und 11. Diese Behandlung führt zu einer erheblichen Erhöhung des Langfaseranteils, was sich so­ wohl auf Flocken als auch auf Kartonagen und alle Papiere günstig auswirkt, die eine hohe Reißfestigkeit aufweisen sollen. Gleich­ zeitig wird damit eine Verringerung des Splittergehalts erzielt, was ebenso wie der erhöhte Langfasergehalt offenbar darauf zu­ rückzuführen ist, daß das Warmhalten des Zellstoffs vor dem letzten Imprägniervorgang die Freilegung der Fasern derart er­ leichtert, daß sie während der Veredelung in geringerem Maß be­ schädigt werden. Der Zellstoff kann ferner zäh werden, was eine weitere erwünschte Eigenschaft von Zellstoffen für Kartonagen ist. Ferner wird durch diese Behandlung auch der Harzgehalt des Zellstoffs verringert.

Es wurden Versuche durchgeführt, in denen die Sulfitmenge, die während der Vorimprägnierungs- und der Endimprägnierungsstufe zugesetzt wird, variiert wurde, und ferner wurden die Auswir­ kungen untersucht, die sich ergaben, wenn vor dem Waschen der Holzspäne keine Chemikalien zugesetzt wurden. Die Resultate dieser Untersuchungen zeigen, daß der Splittergehalt von der Menge der zugesetzten Chemikalien abhängt, daß jedoch die Behandlungsstufe, in der die Chemikalien zugesetzt werden, weniger wichtig ist. Allerdings scheint ein gewisses Risiko einer verringerten Lichtdurchlässigkeit zu bestehen, wenn das gesamte Sulfit während der letzten Imprägnierstufe zugesetzt wird und in Verbindung mit dem Waschen der Holzspäne kein Sulfit zugefügt wird.

Es ist möglich, die Holzspäne bei dem Behandlungsverfahren nach der Erfindung auf verschiedene Weise in der tatsächlichen Zwischenstufe zwischen dem Waschen und der Endimprägnierung warmzuhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Holzspäne bei Atmosphärendruck in einem Dämpfbehälter gedämpft. Die Behandlung kann auch mit einem gering über Atmosphärendruck liegenden Druck erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Holzspäne während des Waschens oder nach dem Waschvorgang und vor ihrer Überführung in den Zwischenreaktionsbehälter zu erwärmen und die dann auf dieser Temperatur zu halten. Der Behälter kann daher erforderlichenfalls isoliert sein. Auch sind Kombinationen dieser beiden Verfahren möglich. Wie bereits gesagt wurde, wird die Temperatur im Inneren des Zwischenbehälters auf wenigstens 50°C gehalten. Die Temperatur kann auf ca. 150°C bei Atmosphärendruck erhöht werden. 105°C entspricht einem Druck von 0,2 bar über Atmosphärendruck. Die optimale Temperatur liegt im Bereich von 60-85°C (bei Atmosphärendruck).

Die Verweildauer der Holzspäne in dem genannten Behälter kann ebenfalls geändert werden. Die optimale Verweildauer liegt zwischen 30 und 70 min, und in dieser Zeit kann das Sulfit tief in die Holzspäne eindringen und mit dem Holz in Reaktion treten, während das Holz gleichzeitig durch die Wärme erweicht wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf durchgeführte Versuche näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Anlage zur Herstellung von chemo-thermomechanischem Zellstoff, wobei die Holzspäne gemäß dem Verfahren nach der Erfindung behandelt wurden;

Fig. 2 eine Grafik, die das Eindringen des Sulfits in die Holzspäne sowohl vor als auch nach der erfindungs­ gemäßen Behandlung zeigt;

Fig. 3 eine Grafik, die den Langfaseranteil des Zellstoffs als Funktion der Dichte bei verschiedenen Behandlungsverfahren zeigt; und

Fig. 4 eine Grafik, die den Splittergehalt als Funktion der Stoffdurchlässigkeit zeigt.

Für die Durchführung der Tests bzw. Versuche wurde eine Anlage entsprechend Fig. 1 benutzt. Die Anlage umfaßt einen Vordämpf­ behälter 1, eine Förderschnecke 2, einen Holzspanwäscher 3 mit einem Sandfang 4 und einen Trockner 5, der zu einem Zwischen- oder Verweilbehälter 6 mit einer Förderschnecke 7 führt. Die Förderschnecke 7 ist mit einer Leitung 8 zum Aufbrechen der Holzspäne vor dem Imprägnieren, dem Vorwärmen und dem Veredeln verbunden. Eine Rückführleitung und ein Rückführtrichter sind mit 9 bzw. 10 bezeichnet. Die Anlage umfaßt normalerweise zwei oder mehr Refiner, obwohl die Zeichnung nur einen einzigen Refiner 11 zeigt, an den ein Vorwärmer 12 und ein Imprägnierer 13 ange­ schlossen sind. Die Holzspäne werden in den Imprägnierer 13 mittels einer (Wz) Förderschnecke 14 gefördert.

Die Imprägnierflüssigkeit kann den Holzspänen einerseits über eine Leitung 15 zur Förderschnecke 2 vor dem Wäscher 3 und andererseits über eine Leitung 16 zum Imprägnierer 13 zugesetzt werden. Der Vordämpfbehälter 1 hat in diesem Fall ein Nutzvolumen von 20 m³ und benötigt Holzspäne in einer Menge von 15 t/h. Der Zwischenbehälter 6 war dabei ein (Wz) Behälter mit einem Nutzvolumen von 44 m³, in dessen Boden Dampfeinlaßelemente eingebaut waren. Die Holzspanmenge für den Zwischenbehälter betrug ebenfalls 15 t/h in Anpassung an die Kapazität des Vordämpfbehälters.

Bei den Tests wurden Fichtenholzspäne als Material eingesetzt. Die Verweildauer betrug bei jedem Test im alkalischen Kochkessel 16 min und 37 min im Zwischenbehälter 6. Die Imprägnierflüs­ sigkeiten, die vor dem Waschen der Holzspäne über die Förder­ schnecke 2 und den Imprägnierer 13 zugesetzt wurden, bestanden aus Natriumsulfit Na₂SO₃ mit einem pH von ca. 9. An beiden Stellen wurden unterschiedliche Mengen des Imprägniermittels zugesetzt. Zu Vergleichszwecken wurden auch keine Imprägnier­ mittel zugesetzt. Das Waschen erfolgte in bekannter Weise mit einer kalten Waschflüssigkeit, um die bestmögliche Durchdringung mit Imprägniermittel zu erzielen. Überschüssige Flüssigkeit wurde in der Trocknerschnecke 5 abgezogen und in den Kreislauf rückgeführt. Der Druck im Vorwärmer 12 wurde zwischen 1,0 und 1,8 bar variiert. Die Temperaturen im Vordämpfbehälter 1 und im Zwischenbehälter 6 wurden innerhalb des ungefähren Bereichs von 75-95°C variiert. Die Temperaturen, Drücke und eingesetzten Chemikalienmengen sind in der Tabelle 1 angegeben. Die mit "Test" überschriebene linke Spalte bezeichnet in ihrem linken Teil die Nennmengen der zugesetzten Chemikalien, wobei die erste Zahl die während der Vorimprägnierphase, d.. h. der Förderschnecke 2, zugesetzte Chemikalienmenge und die zweite Zahl die dem Im­ prägnierer 13 zugefügte Chemikalienmenge bezeichnet. Der rechte Teil der ersten Spalte bezeichnet den Nenndruck im Vorwärmer 12.

Tabelle 1

Es wurde gefunden, daß die im Zwischenbehälter angewandte Behandlung eine signifikante Verbesserung hinsichtlich der Durchdringung des Holzes mit den Chemikalien ergab, die vor dem Waschen der Holzspäne zugesetzt wurden. Dies ist aus der fol­ genden Tabelle 2 ersichtlich und ergibt sich ferner aus der Grafik von Fig. 2.

Tabelle 2

Schwefelgehalt in kleinen und großen Holzspanstücken vor und nach dem Zwischenbehälter; Zugabe von Sulfit äquivalent 1,2 kg SO₂ vor dem Waschen der Holzspäne

Es ist ersichtlich, daß die effektive Durchdringung des Holzes mit den Chemikalien in Verbindung mit der Verweildauer und der Temperatur zur Erweichung der Holzspäne und ihrer chemischen Vergütung beitragen. Dies zeigte sich auch in Form des höheren Anteils an Langfasern und des verminderten Splitter- und Harz­ gehalts nach der Veredelung, wie aus der folgenden Tabelle 3 sowie aus den Grafiken von Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich ist. Fig. 4 zeigt ferner deutlich, daß die Zugabe der Chemikalien in zwei Stufen erfolgen sollte, also sowohl vor dem Waschen der Holzspäne als auch im Imprägnierer, wenn der geringstmögliche Splittergehalt erzielt werden soll; dagegen zeigt Fig. 3, daß sogar das Eindringen des Wassers in das Holz in Verbindung mit der Wärmebehandlung im Zwischenbehälter 6 zu einer Verbesserung des Langfaseranteils führt. Die Zugabe des Sulfits in der Vorwärmstufe bewirkt andererseits, daß die Lichtdurchlässigkeit vermindert wird. Die Fig. 3 und 4 zeigen ferner, daß die besten Werte erzielt werden, wenn die Gesamtmenge an zugegebenen Chemikalien 25-35 kg SO₂ je Tonne Holzspäne beträgt, daß jedoch auch sehr gute Werte erzielbar sind, wenn nur 10-20 kg SO₂ je Tonne zugesetzt werden.

Die durchgeführten Versuche ergaben jedoch nicht deutlich die Art und Weise, in der die Chemikalien zwischen der Vorimprägnie­ rungsstufe vor dem Wäscher 3 und dem letzten Imprägnierer 13 zugemessen werden sollten. In der Tabelle 3 werden einige charakteristische Daten verglichen, die gesiebten chemo-thermo­ mechanischen Zellstoff für die Herstellung von Pappe, der gemäß der Erfindung behandelt wurde, sowie solchen Zellstoff betreffen, der nach einem bekannten Behandlungsverfahren hergestellt wurde, wobei zwar eine Vorimprägnierung vor dem Waschen, jedoch keine Wärmebehandlung in dem Zwischenbehälter 6 erfolgte. Die Be­ handlung im Zwischenbehälter gemäß der Erfindung erfolgte bei Atmosphärendruck unter Einsatz von Dampf.

Claims (7)

1. Verfahren zum Behandeln von Holzspänen für die Herstellung von chemo-thermomechanischem Zellstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzspäne nach dem Vordämpfen, dem Vorimprägnieren mit H₂O und/oder einer Sulfitlösung, dem Waschen und Trocknen, jedoch vor dem Endimprägnieren, Vorwärmen und Veredeln, in einer Zwischenstufe für die Dauer von wenigstens 10 min auf einer Temperatur von wenigstens 50°C gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzspäne mit einer Sulfitlösung, bevorzugt einer Natriumsulfitlösung mit einem pH zwischen 4 und 11, vor dem Halten in der Zwischenstufe vorimprägniert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzspäne während der Zwischenstufe durch Dampfbehandlung auf der genannten Temperatur gehalten werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzspäne in der Zwischenstufe auf der genannten Temperatur dadurch gehalten werden, daß sie während oder nach dem Waschen erwärmt und dann in der Zwischenstufe warmgehalten werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzspäne auf der genannten Temperatur während der Zwischenstufe für die Dauer von 30-70 min behandelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Zwischenstufe im Bereich von 50-105°C gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Zwischenstufe im Bereich von 60-90°C gehalten wird.