DE815602C

DE815602C - Verfahren zur Behandlung von zellulosehaltigen Stoffen durch Ultraschallwellen, insbesondere zur Herstellung von Papiermasse

Info

Publication number: DE815602C
Application number: DEU106D
Authority: DE
Inventors: Georges Ulrici
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-02-01
Filing date: 1950-01-26
Publication date: 1951-10-04
Also published as: FR1011405A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verfahren zur Behandlung von Stoffen, welche der chemischen Einwirkung wenigstens eines Reagens, gegebenenfalls Wasser, ausgesetzt werden sollen, durch Ultraschallwellen und betrifft im besonderen, da dies ihr interessantester Anwendungsfall zu sein scheint, jedoch nicht ausschließlich, unter diesen Verfahren die zur Herstellung von Papiermasse dienenden.

Man kennt bereits derartige Verfahren, bei denen der zellulosehaltige Stoff der Wirkung von Ultraschallwellen, d. h. von mechanischen Schwingungen, ausgesetzt wird, deren Frequenz oberhalb der hörbaren Frequenzen liegt, d. h. oberhalb von 15000 Hz. Bei diesen Verfahren wurde jedoch der zellulosehaltige Stoff der Einwirkung der Ultraschallwellen ausgesetzt, bevor er mit dem Reagens zusammengebracht wurde, und die Ultraschallwcl len bewirkten nur eine vorbereitende mechanische Behandlung, welche dazu bestimmt war, eine Auflockerung des zellulosehaltigen Stoffes zu bewirken, welche für die Entwicklung der chemischen Reaktionen günstig ist, welche jedoch erst began nen, wenn der vorher mit den Ultraschallwellen behandelte zellulosehaltige Stoff mit dem Reagens zusammengebracht wurde.

Die vorliegende Erfindung bezweckt insbesondere die betrachteten Verfahren so auszubilden, daß sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen und insbesondere schneller und mit einem besseren Wirkungsgrad arbeiten.

Sie besteht hauptsächlich darin, bei den betrachteten Verfahren den zellulosehaltigen zu behandelnden Stoff und wenigstens ein Reagens, welches

chemisch mit diesem Stoff zusammenwirken soll, nach ihrer Zusammenbringung der Einwirkung von Ultraschallwellen auszusetzen.

Sie besteht außer dieser Hauptmaßnahme noch aus gewissen anderen Maßnahmen, welche vorzugsweise gleichzeitig benutzt werden und von denen weiter unten ausführlicher die Rede sein wird.

Die Erfindung wird nachstehend in ihrer Anwendung auf die Behandlung von Papiermasse beschrieben werden. Das Verständnis der Erfindung wird jedenfalls durch die nachstehende ergänzende Beschreibung erleichtert werden, welche jedoch wohlverstanden hauptsächlich beispielshalber angegeben ist.

Ganz allgemein wird die Papiermasse so hergestellt, daß man einen zellulosehaltigen Stoff (Stroh, Baumwollsamenabfälle, Holz, Lumpen usw.) mit wenigstens einem chemischen Reagens zusammenbringt, wie z. B. Salpetersäure, Bisulfit, Soda usw.

ao Man 'hat bereits vorgeschlagen, derartige Behandlungen zu verbessern, indem man den zellulosehaltigen Stoff vor seiner Zusammenbringung mit dem Reagens der Wirkung von Ultraschallwellen aussetzt. Nach der Vornahme dieses vorbereitenden Vorgangs wies der zellulosehaltige Stoff eine stärker unterteilte innere Struktur auf, und die chemische Wirkung des Reagens war gleichzeitig vollständiger und schneller.

Hier ist zu bemerken, daß, da die Behandlung durch die Ultraschallwellen einzig und allein vor der Einführung des Reagens vorgenommen wurde, man bei diesen Verfahren nur aus der durdh die Ultraschallschwingungen hervorgerufenen mechanischen Wirkung Nutzen ziehen konnte.

Nun haben aber neuere theoretische Untersuchungen gezeigt, daß die Ultraschallwellen eine erhebliche Wirkung auf die chemische Kinetik haben, d. h. auf die Schnelligkeit der Entwicklung von gewissen chemischen Reaktionen.

Entsprechend dem Hauptkennzeichen der Erfindung wendet man diesen allgemeinen Grundsatz an, indem man den zellulosehaltigen Stoff der Einwirkung von Ultraschallwellen aussetzt, nachdem man ihn wenigstens mit einem Teil des Reagens oder der Reagenzien zusammengebracht hat, welche bei der Herstellung der gewünschten Papiermasse eine Rolle spielen.

Man stellt dann eine erhebliche Verkürzung der Behandlungdauer gegenüber dem vorhergehenden Fall fest.

Natürlich hängen die Behandlungsdauer und die anderen maßgebenden Faktoren, insbesondere die Frequenz der Ultraschallschwingungen und die Behandlungstemperatur, von der Art des zellulosehaltigen Stoffs und des Reagens ab.

Man hat jedenfalls ein Interesse daran, in einem möglichst konzentrierten Mittel zu arbeiten, da die Fortpflanzung der Ultraschallwellen in festen Körpern besser als in Flüssigkeiten ist. Man benutzt daher vorzugsweise trockene zellulosehaltige Stoffe und kann jede vorherige Schälung oder Zerkleinerung dieser zellulosehaltigen Stoffe fortfallen lassen.

Schließlich, und dies ist ein Hauptpunkt, bewirkt die gleichzeitige Ultraschallbehandlung des zellulosehaltigen Stoffes und des Reagens in gewissen Fällen eine für die Entwicklung der chemischen Reaktion günstige Temperaturerhöhung.

Nachdem dies vorausgeschickt ist, soll nachstehend ein Beispiel angegeben werden, welches die Anwendung der oben erläuterten Maßnahmen im einzelnen zeigt.

Es sei zunächst angenommen, daß eine Papiermasse unter Ausgang von Stroh und Salpetersäure hergestellt werden soll. Man bringt dann das rohe Stroh in einen Behälter o. dgl., indem man es möglichst zusammendrückt, fügt die Menge Salpetersäure zu, die gerade zur Bedeckung des Strohes nötig ist, und unterwirft diesen Behälter der Einwirkung von Ultraschallwellen, deren Dauer von der gewählten Frequenz abhängt (Dauer in der Größenordnung von 20 Minuten für eine Frequenz von ι MHz und 'in der Größenordnung von 50 Minuten für eine Frequenz von 500 kHz, wobei diese Zahlen für eine Nutzleistung von 750 W an den Klemmen des Apparates angegeben sind).

Man erhält so eine vollkommen entfaserte gelblichweiße Masse, die höchstens eine geringe Bleichung erfordert und sogar in gewissen Fällen unmittelbar in die Papiermaschine gebracht werden g₀ kann, ohne daß sie vorher Ganzholländer durchlaufen muß.

Wenn man als Reagens Soda anstatt Salpetersäure wählt oder wenn man nach der Behandlung mit Salpetersäure eine Behandlung mit Soda vornimmt, muß die Ultraschallbehandlung etwa zweimal länger für die Sodabehandlung dauern.

Ferner muß man unabhängig von der Art des Reagens auf die Konzentration dieses Reagens bei der Bestimmung der Behandlungsdauer Rücksicht nehmen, wobei die obigen Angaben für Salpetersäure vom spez. Gewicht 1,26 und 2°/oige Sodalösung gültig sind.

Als weiteres Beispiel sei noch angegeben, daß für Salpetersäure vom spez. Gewicht 1,07 und i,5°/oige Sodalösung die oben angegebenen Behandlungszeiten um etwa 60 Minuten verlängert werden müssen, wobei man übrigens eine Masse besserer Qualität erhält.

Es ist interessant, festzustellen, daß das- erfindungsgemäße Verfahren gestattet, schließlich ohne Vorbehandlung, ohne Erhitzung und in einer Zeit der mittleren Größenordnung von 60 Minuten ein^ Papiermasse zu erhalten, welche bei den klassischen Verfahren eine vorherige Zerkleinerung des Strohes, ein Kochen während mehrerer Stunden unter Druck sowie ein Absetzen während der gleichen Zeit und eine sehr kräftige Bleichung erforderte. Was die Verfahren anbetrifft, bei welchen der zellulosehaltige Stoff vor seiner Mischung mit dem iao Reagens der Einwirkung von Ultraschallwellen unterworfen wurde, so umfaßten sie praktisch Behandlungen zur Schälung und Extrahierung durch Aceton, welche vorgenommen werden mußten, bevor der zellulosehaltige Stoff der Einwirkung der ia5 Ultraschallwellen ausgesetzt wurde. Ferner war

die spätere chemische Reaktion nur vollständiger, aber erforderte stets eine Befaandlungsdauer derselben Größenordnung, wie die bei den bekannten Verfahren ohne Ultraschalleinwirkung erforderliehe.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl hinsichtlich der Schnelligkeit der Behandlung als auch ihres Wirkungsgrades davon herrühren, daß

ίο der Ultraschall wirksam wird, wenn der zellulosehaltige Stoff mit dem Reagens in Berührung steht, so daß die Ultraschallwellen gleichzeitig auf die innere Struktur des zellulosehaltigen Stoffes und auf die Entwicklungsgeschwindigkeit der chemisehen Reaktion einwirken.

Im vorstehenden war nichts über die Mittel ausgesagt worden, die nötig sind, um das Reaktionsgefäß Ultraschallschwingungen auszusetzen, wobei diese Mittel auf beliebige geeignete übliche Weise verwirklicht werden können, insbesondere, indem man diesen Behälter auf den schwingenden Teil eines Ultraschallerzeugers setzt, z. B. auf die Quarzplatte eines piezoelektrischen Erzeugers, der durch eine Hochspannungsquelle mit Hochfrequenz gespeist wird.

Wie es selbstverständlich ist, und wie es übrigens bereits aus obigem hervorgeht, ist die Erfindung keineswegs auf die im besonderen angegebenen Anwendungsformen oder Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt, im Gegenteil, alle Abwandlungen, insbesondere die, bei denen die Erfindung auf die Behandlung von zellulosehaltigen Stoffen angewandt wird, die zur Herstellung anderer synthetischer Erzeugnisse auf Zellulosegrundlage bestimmt sind.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Behandlung von zellulosehaltigen Stoffen, insbesondere von Papiermassen, durch Ultraschallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Stoff der Einwirkung von Ultraschallwellen ausgesetzt wird, nachdem er mit wenigstens einem Reagens zusammengebracht wurde, welches chemisch mit diesem Stoff zusammenwirken soll.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwirkung auf ein möglichst konzentriertes Mittel ausgeübt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 für die Herstellung von Papiermasse aus Stroh und Salpetersäure, dadurch gekennzeichnet, daß man mit dem rohen Stroh eine Menge Salpetersäure vom spez. Gewicht 1,26 zusammenbringt, die gerade hinreichend ist, um das Stroh zu bedecken, und daß man diese Masse der Einwirkung von Ultraschallwellen einer Frequenz zwischen 500 kHz und 1 MHz aussetzt, wobei die Behandlungsdauern zwischen 50 und 20 Minuten liegen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Papiermasse aus Stroh oder Zellulosepaste und 2°/oiger Sodalösung, dadurch gekennzeichnet, daß für Ultraschallfrequenzen zwisehen 500 kHz und 1 -MHz die Behandlungsdauern zwischen 100 und 40 Minuten liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsdauer durch Ultraschallwellen um so länger ist, je schwächer die Konzentration des Reagens ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den zellulosehaltigen Stoff und das Reagens oder die Reagenzien enthaltende Behälter unmittelbar auf dem schwingenden Teil eines Ultraschallwellenerzeugers ruht, z. B. auf der Quarzplatte eines piezoelektrischen Erzeugers, der durch eine Hochspannungsquelle mit Hochfrequenz gespeist wird.

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