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Verfahren zum Zerfasern von ligninhaltigem Fasergut Beim Zerfasern
von ligninhaltigem Fasergut ist es außer dem unmittelbaren Zerfasern des nicht vorbehandelten
Gutes zur . Erleichterung des Zerfaserns schon bekannt, das Fasergut einem Kochvorgang
zu unterwerfen. Ein solcher Kochvorgang dauert gewöhnlich eine Stunde und mehr.
Es ist aber auch bekannt, ohne Kochen zu arbeiten, wobei das Fasergut in Form von
Hackschnitzeln zunächst in einem Vorratsbehälter durch heißes Wasser und Dampf vorbehandelt
wird, um es darauf durch mehrere Raffineure zu zerfasern. Bei diesem Verfahren soll,
nachdem das Gut einen Raffineur verlassen hat, immer wieder eine Behandlung durch
Heißwasser und Dampf vorgenommen werden. Bei derartigen Zerfaserungsverfahren ist
es schließlich auch nicht mehr neu, Dampfdrücke von über r atü anzuwenden. In einem
Sonderfall sollte für die Zerfaserung von- Eukalyptusholz der Ausgangsstoff zunächst
in-sehr kleine Stücke zermahlen werden, und dann war eine Behandlung in einer Zerfaserungsvorrichtung
mit Dampf von etwa 3'/z atü vorgesehen. Die Behandlung dauerte in dieser Vorrichtung
'IQ bis 914 Stunde. Auch höhere Drücke sind bekannt, um ligninhaltiges Fasergut
zu zerfasern. Es sollen Drücke von 18 atü und darüber angewendet werden, wobei das
Fasergut in einem geschlossenen Behälter unter diesen- Druck gesetzt wird. Durch
plötzliches Offnen einer engen öffnung des Druckbehälters tritt das Fasergut explosionsartig
aus, und die in den einzelnen Gutteilchen enthaltene Spannung treibt das Gefüge
auseinander, wie dies auch bei den sog. Puffen von Getreide bekannt ist.
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Demgegenüber besteht das Verfahren nach der Erfindung darin, daß das
ligninhaltige Fasergut in Form von Hackschnitzeln unmittelbar nach dem Erhitzen
durch Wasserdampf bei 3'1, bis 8 atü bzw. bei 1q.0° bis höchstens z8o° C und einer
Behandlungsdauer von höchstens zo Minuten durch mechanische Zerkleinerung, z. B.
in einer geschlossenen Hammermühle, zerfasert wird.
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Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die die einzelnen
Fasern des Gutes zusammenhaltende Zwischensubstanz bei einer bestimmten Temperatur
eine physikalische Umwandlung erfährt, indem sie ihre Eigenschaft, die Fasern zusammenzuhalten,
verliert. Der Vorgang ist etwa so, daß die Zwischensubstanz hei einer bestimmten
Temperatur wie Wachs zu schmelzen anfängt. Es wird dann die Bindung der Fasern aneinander
gelockert, und dementsprechend sind nur geringe mechanische Kräfte erforderlich,
um
die Fasern voneinander zu trennen. Dabei ist der Zusammenhalt der Fasern selbst
noch nicht gelockert, so daß also nach dem Verfahren der Erfindung ein Erzeugnis
erhalten wird, bei dem die Fasern selbst noch nicht zerstört sind. Ein Erweichen
der Fasern selbst ist erst bei höheren Temperaturen über 2oo° möglich. Dieser Unterschied
dürfte nach den gemachten Untersuchungen darin begründet sein, daß die feinsten
Fasern (Fibrillen) durch den Ligninstoff zusammengehalten sind, während die eigentlichen
Fasern miteinander durch die erwähnte Zwischensubstanz verkittet sind. Die physikalischen
Eigenschaften des Lignins und der Zwischensubstanz sind aber verschieden. Die Zwischensubstanz
wird schon bei niederen Temperaturen weich.
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Die Vorteile des neuen Verfahrens gegenüber den erwähnten bekannten
Verfahren liegen besonders in der kurzen Behandlungszeit und dem geringen mechanischen
Leistungsaufwand. Ein Kochen über einen längeren Zeitraum ist nicht erforderlich;
denn es genügt, das Fasergut lediglich auf die erforderliche Temperatur zu bringen,
wonach dann sofort das Zerfasern vor sich gehen kann. Unter Umständen.genügen
2o bis 4o Sekunden. Die Erhitzungsdauer hängt nätür-# iicli vön der Beschaffenheit
des Faserstoffes ab, insbesondere von seinem ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt
und der ursprünglichen Temperatur Eine geringe Zeitdauer wird allerdings auch bei
dem eingangs erwähnten Verfahren erzielt, bei dem der Faserstoff explosionsartig
auseinandergetrieben wird. Es ist aber durch die Natur dieses Verfahrens bedingt,
daß hierbei nicht die Fasern als solche unzerstört erhalten werden, vielmehr ist
auch die Struktur der Fasern selbst schon angegriffen, und andererseits sind wieder
manche Fasern noch zusammengekittet, so daß der nach diesem Verfahren hergestellte
Stoff sehr ungleichmäßig ist. Abgesehen davon, äst aber dieses Explosionsverfahren
auch betrieblich nicht sehr angenehm wegen der hohen Drücke, die verwendet werden
müssen. Das explosionsartige Austreiben des Fasergutes verhindert übrigens auch
eine fortlaufende Betriebsweise, die nach dem erfinderischen Verfahren ohne weiteres
möglich ist. Die fortlaufende Betriebsweise ist nun andererseits bei den anderen
als bekannt angegebenen Verfahren möglich. Aber demgegenüber liegt bei der Erfindung
wieder der Vorteil _desgeringen Leistungsaufwandes vor. Dadurch, 'Wag nach
der Erfindung die Zwischensubstanz durch die Erhitzung auf die angegebenen. Temperaturen
ihre Kittfähigkeit verliert, sind wesentlich geringere Kräfte zum Trennen der Fasern
erforderlich, als wenn die Zwischensubstanz die Fasern noch völlig oder wenigstens
praktisch sehr stark bindet. Es genügt nach der Erfindung eine einfache mechanische
Behandlung des Fasergutes, etwa in einer Hammermühle. Die Behandlungsdauer soll
io Minuten nicht überschreiten, was bisher bei derartigen Verfahren nicht möglich
war. Denn es werden immer mindestens Werte von 11, Stunde genannt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist noch darin zu sehen, daß mit
geringen Wassermengen ausgekommen werden kann. Es ist möglich, den Feuchtigkeitsgehalt
so zu regeln, daß er 6o Gewichtsprozent nicht überschreitet. In der Zerfaserungsvorrichtung
ist also in diesem Falle keine große, sonst häufig angewendete Wassermenge vorhanden,
die den Leistungsbedarf heraufschrauben würde.
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Die praktische Durchführung des Verfahrens geschieht folgendermaßen:
Das Fasergut wird durch geeignete Vorrichtungen in Stücke von einer Länge in Richtutig
der Fasern von ungefähr 25 mm und einer Breite:von ungefähr 12 bis 25 mm zerkleinert.
Dieser Ausgangsstoff wird z. B. mit #Hilfe-eines fortlaufend arbeitenden Förderers
in einen Behälter eingeführt, in dem er der Wirkung von Dampf über 311p bis 8 atü
ausgesetzt wird. Die Dampftemperatur soll immer etwas höher liegen als dieTemperatur,
mit der gearbeitet werden soll, etwa 5,5° bis ii° C darüber. Der Dampf tritt schnell
in die Poren des Fasergutes ein. Er kondensiert hier, und es findet, weil die Wärmeübertragung
bei der Kondensationstemperatur vor sich geht, eine schnelle Erhitzung statt, so
daß das Fasergut etwa in 2o bis 40 Sekunden die erforderliche Temperatur angenommen
hat. Darauf wird das mechanische Zerfasern vorgenommen, wozu beliebige mechanische
Vorrichtungen, wie z. B. Hammermühlen, Kollergänge, Kugel- oder Stabmühlen o. dgl.,
benutzt werden können. Wird mit geringem Feuchtigkeitsgehalt gearbeitet, so verläßt
das Gut die Vorrichtung in Form. einer ziemlich trokkenen Paste.
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Auf der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Querschnitt nach der Linie 1-I der Fig. 2, Fig.2
einen Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig.i.
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Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Kessel 2, der durch
Seitenwände 3 und 4 abgeschlossen ist. Innerhalb des Kessels 2 liegt konzentrisch
mit der Achse desselben eine Einrichtung, die von außen gedreht werden kann. Diese
Einrichtung, die dem
umlaufenden Teil eines Schlagwerkes einer an
sich bekannten Hammermühle ähnelt, besteht aus einer Hauptwelle 5, an der eine Reihe
von beweglichen Schaufeln 6 angeordnet sind. Die Schaufeln sind auf Wellen befestigt,
die parallel zur Hauptwelle 5 in Naben 8 liegen, die ihrerseits auf der genannten
Welle 5 befestigt sind. Die Innenwand des zylindrischen Kessels 2 ist mit Gliedern,
wie z. B. Stangen, Zapfen 9 o. dgl., versehen, die verhindern sollen, daß das eingeschlossene
Fasergut der Bewegung des umlaufenden Teiles folgt. Das Fasergut wird bei der Drehbewegung
gegen die -Wand des Kessels 2 geworfen und dann gegen und zwischen die Schaufeln
6, so daß ein günstiges Durcheinanderbewegen des Fasergutes eintritt. Die Wirkung
der Vorrichtung ist ähnlich der einer Teigknetmaschine. Das Zerfasern wird im wesentlichen
durch die Reib- oder Knetwirkung der umlaufenden Glieder oder Schaufeln 6 und durch
innere Reibung zwischen den Teilen des Fasergutes, die durch die lebhafte Durchein_anderbewegung
desselben entsteht, erzielt.
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Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die Schaufeln des umlaufenden
Teiles beweglich sind. Indessen ist dies erwünscht, da die Wirkung der Schaufeln
auf das Fasergut durch bewegliche Anordnung milder ist, als wenn die Schaufeln unbeweglich
an dem umlaufenden Teil festsitzen.
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Um eine noch größere mechanische Zerfaserungswirkung zu erhalten,
kann der Kessel mit zwei oder mehr umlaufenden Teilen der beschriebenen Art versehen
sein. Schleif-und Zerfaserungsvorrichtungen für Lignin-C'ellulose-Fasergut der bisher
bekannten Arten, insbesondere der Jordan- oder Holländer-Art, benötigen eine große
Antriebskraft für die Durchführung des Zerfaserungsvorgange's, da einerseits die
Schleifflächen in so dichter Berührung miteinander sind, daß große Kraftbeträge
nicht für das Zerfasern benutzt werden, sondern infolge Reibung zwischen den genannten
Flächen in Wärme umgesetzt werden, und da ferner andererseits beträchtliche Kraftbeträge
durch die innere Reibung in der großen Wassermenge verlorengehen, die gewöhnlich
in derartigen Vorrichtungen vorhanden ist, wobei die Reibung ein Ergebnis der durch
die beweglichen Teile erzeugten Ströme ist. Die Zerfaserungsvorrichtung, wie oben
als geeignet für die Zerfaserung gemäß der Erfindung beschrieben, verbraucht keine
wesentlichen Kräfte infolge unmittelbarer Reibung zwischen beweglichen 'und festen
Teilen, außer natürlich der nicht vermeidbaren Reibungsverluste, die in Lagern und
Stopfbüchsen auftreten. Überlies ist eine Leistungsersparnis erzielbar, wenn gemäß
der Erfindung das Zerfasern bei Vorhandensein eines geringen Wasserbetrages durchgeführt
wird.
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Versuche haben gezeigt, daß Astknoten und andere feste Teile des Holzes
durch das neue Verfahren leicht zerfasert werden, insbesondere wenn dies in einer
Vorrichtung der beschriebenen Art ausgeführt wird. Dies kommt daher, weil die Stoffe,
die die Fasern der dichten Astteile des Holzes miteinander verbinden, genau so leicht.
aufgeweicht werden wie diejenigen des mehr porösen Teiles des Holzes, wie z. B.
des Frühlings- und Sommerholzes. Wenn Fichtenzweige von 12 bis 35 mm im Durchmesser,
die in Längen von 25 bis 75 mm geschnitten sind, und Holzteile aus dem Stamm des
Baumes unter denselben Bedingungen gemäß der Erfindung zerfasert werden, wurde ein
Unterschied bei der Zerfaserung nicht bemerkt.
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Wenn das Fasergut für die Herstellung von Wandplatten benutzt werden
soll, wird der Zerfäserungsvorgang eher unterbrochen als bei Fasern für die Herstellu@vonPapierz
Kartonpappe- o. dgl. Wenn nötig, können `f eTe, die nicht zerfasert sind, durch
Absieben ausgeschieden werden und in die mechanische Zerfaserungsvorrichtung zurückgebracht
werden.
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Nach Beendigung der Zerfaserung wird das Fasergut aus der Vorrichtung
abgezogen. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß das zerfaserte Gut zu einer öffnung
in der Vorrichtung befördert wird, wo es durch den Überdruck nach außen geblasen
wird. Ein besseres Verfahren besteht darin, das zerfaserte Gut in dem unteren Teil
der Vorrichtung mit Wasser zu mischen und .die Mischung durch. die Öffnung, deren
Größe vorzugsweise einstellbar ist, abzuziehen.
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Gemäß dem beschriebenen Verfahren findet das Zerfasern in Gegenwart
von nur geringen Wassermengen statt. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren in
Gegenwart von solchen Wassermengen auszuführen, daß das Fasergut eine mehr oder
weniger dickflüssige Flüssigkeit bildet, besonders dann, wenn gewünscht wird, einen
Teil der Bestandteile des Holzes in bekannter Weise chemisch aufzulösen. Dies kann
dadurch bewirkt werden, daß im Wasser bestimmte geeignete Chemikalien, z. B. Alkalien,
bestimmte Schwefeloxydverbindungen in Anwesenheit von Calziumsalzen o. dgl., Reduziermittel
oller Bleichmittel usw. aufgelöst werden. Dieses Verfahren kann auch angewendet
werden, wenn es wünschenswert ist, gewisse im Holz vorhandene Bestandteile, z. B.
Gerbsäuren u. dgl., auszuziehen.
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Es ist ferner möglich, das Fasergut zuerst gemäß *dem erfinderischen
Verfahren zu erhitzen
und zu zerfasern und das so erhaltene Fasergut
einer chemischen Behandlung bekannter Art zu unterziehen, um die Ligninstoffe des
Fasergutes in dem gewünschten Grade aufzulösen.