<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Aufschliessen von Pflanzenfaserstoffen.
Es ist bereits bekannt, das Aufschliessen von Pflanzenfaserstoffen mittels selektiver Oxydation der Ligninsubstanzen durchzuführen. So sind Aufschlüsse bekanntgeworden, bei welchen als Auf- schlussmittel verdünnte oder rauchende Salpetersäure, Stickstoffoxyde bzw. Salpetersäure oder Stick- stoffoxyde im Gemisch mit Sauerstoff mit oder ohne Anwendung von anorganischen oder organisehen
Lösungsmitteln verwendet werden. Auch wurde bereits vorgeschlagen, den Aufschluss durch wässerige
Lösungen von schwefelhaltigen Chemikalien, Alkalien oder Erdalkalien in Gegenwart von Sauerstoff durchzuführen.
Bei allen diesen Aufschlüssen werden sauerstoffabgebende Chemikalien oder Lösungs- chemikalien in Gegenwart von Sauerstoff, benötigt und es erfolgen Oxydation und Herauslösen der
Ligninsubstanzen in einer Aufschlussphase, also mehr oder weniger gleichzeitig. Es ist auf diese Weise nicht einfach oder gar unmöglich, die für beide Teilvorgänge günstigsten Bedingungen gleichzeitig einzuhalten.
Dieser Erkenntnis entsprechend sind auch bereits Aufschlussverfahren entwickelt und bekannt- geworden, nach welchen der Aufschluss in mehreren Stufen vorgenommen wird. Es handelt sich dabei meist um Verfahren, bei welchen das Pflanzenfasermaterial zuerst einem Aufschluss mit verschiedenen
Chemikalien und anschliessend daran einer oxydierenden Behandlung unterworfen wird. Für diese oxydierende Nachbehandlung wurde das Einwirkenlassen von chlorhaltigen oder Chlor abspaltenden bzw. Sauerstoff abspaltenden Chemikalienlösungen, wie z. B. Lösungen von Hypochloriten, Perverbindungen u. dgl., und weiters in einem speziellen Falle das Dämpfen des alkaliseh aufgeschlossenen Materials mit einem Gemisch aus hochgespannten Dampf und heisser Luft vorgeschlagen.
Demgegenüber wurde gefunden, dass es von Vorteil ist, den Aufschluss so in zwei Teilvorgänge zu zerlegen, dass zuerst eine mehr oder weniger weitgehende Löslichmachung der Ligninsubstanzen durch eine oxydierende Behandlung und anschliessend daran das Herauslösen der veränderten Inkrusten aus der Faser bzw. das weitere Aufschliessen des Pflanzenfasermaterials in getrennten Arbeitsphasen erfolgt.
Es wurde weiters gefunden, dass sich zur mehr oder weniger weitgehenden selektiven Oxydation der Ligninsubstanzen des unvorbehandelten Materials bei gleichzeitiger Hydrolyse der die Cellulose begleitenden Kohlehydratkittsubstanzen eine thermische Behandlung des Pflanzenfasermaterials mit demselben angepassten, geregelten Wasserdampf-Sauerstoff-Gemischen bei Temperaturen über 100 C unter mehr oder weniger hohen Drucken besonders eignet und dass das so behandelte Material dann unter milderen Bedingungen als ohne diese Behandlung einem bekannten Aufschlussverfahren mit Chemikalienlösungen, z. B. dem Alkaliverfahren oder den Verfahren, die organische Lösungsmittel im wasserfreien oder mehr oder weniger wasserhaltigen Zustand verwenden, unterworfen werden kann.
Es gelingt auf diese einfache Weise, in jeder Arbeitsphase die jeweils günstigsten Bedingungen einzuhalten und Schädigungen der Cellulosefaser weitgehend zu vermeiden.. Das Verfahren ist in seiner Durchführung einfach, und es erscheint weiterhin als Vorteil, dass die in der Zellstoffindustrie üblichen Apparaturen und Kocher ohne weiteres verwendet werden können.
Gemäss der Erfindung wird nun das Verfahren zum Aufschliessen von Pflanzenfaserstoffen durch Herauslösen der inkrustierenden Bestandteile mittels bekannter, die Faserstoffe nicht oder wenig angreifender Lösungsmittel in der Weise ausgeführt, dass die Pflanzenstoffe einer thermischen Behandlung mitWasserdampf-Sauerstoff-Gemischen bei erhöhten Temperaturen unterworfen werden, wobei der eigentliche Aufschluss zum Teil durch die thermische Einwirkung des die inkrustierenden Substanzen angreifenden Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisches herbeigeführt und die Herauslösung der veränderten Inkrusten bzw. die Fertigaufschliessung des Pflanzenfasermaterials durch eine nach-
<Desc/Clms Page number 2>
folgende Behandlung mit bekannten Lösungsmitteln bewirkt wird.
Es ist hiebei die Anwendung weit geringerer Temperaturen und Drücke erforderlich als bei den bekannten Aufschlussverfahren. Versuche haben ergeben, dass die Einwirkung von Wasserdampf-Sauerstoff-Gemischen bei höheren Temperaturen so erfolgt, dass hauptsächlich die Ligninsubstanzen von gasförmigem Sauerstoff angegriffen werden,
EMI2.1
weitgehend geschützt wird, wobei gleichzeitig die begleitenden Kohlehydrate einen mehr oder weniger starken hydrolytischen Abbau erfahren. Für die Wirkungsweise des neuen Verfahrens ist es daher wesentlich, dass die Einwirkung von Wasserdampf und Sauerstoff gleichzeitig erfolgen, um so mehr, als bei einer abwechselnden Einwirkung weit weniger gute Ergebnisse erzielt werden und auch die Zellulosefaser stärker angegriffen wird.
Die inkrustierenden Substanzen werden durch die Einwirkung der Wasserdampf-Sauerstoff-Gemische so verändert, dass sie mit Lösungsmitteln bzw. Aufsclussmitteln, in welchen sie vorher nicht oder nur schwer löslieh waren, auf einfache Weise aus dem Fasermaterial entfernt werden können, während eine wenig angegriffene Zellulose zurückbleibt. Durch diese Ver- änderung der Inkrusten durch das Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch wird ausserdem das Eindringungsvermögen von Chemikalienlösungen in das behandelte Pflanzenmaterial erhöht, so dass auch bei einer Behandlung des Pflanzenmaterials in einem zum gänzlichen Abbau der Inkrusten nicht ausreichenden
EMI2.2
partien vermieden wird.
Durch Versuche wurde gefunden, dass bereits bei Temperaturen von etwas über 100 C Wasserdampf-Sauerstoff-Gemische eine weitgehende Veränderung der inkrustierenden Substanzen bewirken, während die Zellulose des Pflanzenfasermaterials nur wenig angegriffen wird. Bedingung hiefür ist allerdings, dass für die Gegenwart einer entsprechenden Wasserdampfmenge Sorge getragen wird und Temperaturen von etwa 200 C nicht wesentlich überschritten werden. Das Verhältnis der Partialdrücke von Wasserdampf und Sauerstoff soll in den Gemischen vorteilhaft etwa 2 : 1 bis 5 : 1, kann
EMI2.3
insbesondere aber auch mehr oder weniger verdichtete Luft Anwendung finden.
Für die Wirkung des Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisches ist es günstig, den Partialdruck des Wasserdampfes stets oder zeitweise, mehr oder weniger unter dem der Temperatur entsprechenden Sättigungsdruck zu halten.
Eine weitere Begünstigung des Aufschlusses kann durch eine vorherige Tränkung des Pflanzenfasermaterials mit schwach sauren oder alkalischen Flüssigkeiten erzielt werden, je nachdem die Hydrolyse der begleitenden Kohlehydrate oder aber der Abbau der Ligninsubstanzen begünstigt werden soll. Es kann auch durch Beigabe von die Sauerstoffeinwirkung katalysierenden Zusätzen, wie z. B. geringe Mengen von Ferrinitrat usw., die Aufsehlusswirkung unterstützt werden. Alle diese Stoffe werden hiebei in so geringen Mengen angewendet, dass sie als Aufschlussmittel an sich nicht in Betracht kommen.
Für die Durchführung des Aufschlusses mit Wasserdampf-Sauerstoff-Gemischen ist es ferner günstig, das Pflanzenfasermaterial vorerst mit mehr oder weniger überhitztem Wasserdampf rasch anzuwärmen, um Unterschiede in einem natürlichen Wassergehalt desselben auszugleichen, worauf direkt anschliessend die Einwirkung des Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisches erfolgen kann. Besonders beim Aufschliessen von Hackspanmaterial von Laub-und Nadelhölzern, das erfahrungsgemäss grosse Unterschiede im Wassergehalt der einzelnen Stückchen aufweist, hat sich eine vorhergehende kurze Dämpfung des Materials günstig erwiesen, weil sonst leicht ein ungleicher Aufschluss derselben erfolgt.
Wie bereits angegeben, kann das Mischungsverhältnis von Wasserdampf und Sauerstoff bzw.
Luft in weiten Grenzen variiert werden. Es hat sich aber weiterhin praktisch erwiesen, dieses Mischungsverhältnis auch während des Aufschlusses zu ändern, so zwar, dass in der Phase der eigentlichen Sauerstoffaufnahme durch die Ligninsubstanzen mit sauerstoffreicheren und zu Ende des Aufschlusses zwecks Schonung der Zellulose mit entsprechend ärmeren Gemischen gearbeitet wird. Es kann aber bei bestimmten Pflanzenfasermaterialien, insbesondere Hölzern, auch vorteilhaft sein, das Mischungsverhältnis mehrmals hintereinander zu verändern.
Hervorzuheben ist auch, dass das mit SauerstoffWasserdampf vorbehandelte Material bei einer anschliessenden Chlorbehandlung eine weit geringere Chloraufnahme zeigt als das nichtbehandelte, was bei verschiedenen Verfahren, bei welchen Pflanzenfasermaterial mit Chlor oder chlorhaltigen Lösungen behandelt werden soll, von wirtschaftlichem Vorteil ist.
Als Lösungsmittel für die bei der Behandlung mit Wasserdampf-Sauerstoff-Gemischen aufgeschlossenen Inkrusten eignen sich, wie bereits bekannt, verdünnte wässerige Alkalien oder Hypochloritlösungen bzw. organische Stoffe, wie Alkohole, Ketone, Phenole, Dioxan und andere, die wasserfrei oder wasserhaltig sein können. Die Herauslösung der Inkrusten, die bei mildern Bedingungen als bei den bekannten Aufschlüssen vorgenommen werden kann, wird zweckmässig bei höheren Temperaturen mit oder ohne Druckanwendung zur Durchführung gebracht und vorteilhaft mit einer gleichzeitigen Auffaserung des aufgeschlossenen Pflanzenfasermaterials verbunden.
Während der normale, alkalische Aufschluss des Holzes Temperaturen von etwa 180 C erfordert, genügt bei dem mit WasserdampfSauerstoff vorbehandelten Material eine Kochung mit Alkalilösungen bei Temperaturen unter 150" C,
<Desc/Clms Page number 3>
wodurch zufolge des geringeren Druckes die Verarbeitung in Grossraumkochern ermöglicht wird und ausserdem bessere Materialausbeuten erhalten werden. Ähnliches gilt für die Anwendung von organischen Lösungsmitteln, die bei unbehandeltem Holz entweder wirkungslos sind oder nur unter stark erhöhtem Druck ein In-Lösung-Gehen der inkrustierenden Substanzen zeigen. Das neue Verfahren eignet sich dementsprechend sowohl für eine Nachkochung mit wässerigen Alkalien als auch für eine Extraktion mit organischen Lösungsmitteln.
Es eignet sich weiters für alle Holzarten und die verschiedensten Pflanzenfaserstoffe und gestattet durch seine weitgehenden Variationsmöglichkeiten sowohl die Herstellung normaler Zellstoffe als auch die Herstellung von Halbstoffen für die Kraftpapierfabrikation, wobei die erzielten Produkte in guten Ausbeuten erhalten werden und gute Festigkeitseigenschaften zeigen. Als besonderer Vorteil des Verfahrens erscheint es, dass als Aufschlussmittel der Hauptsache nach bloss Wasserdampf und Sauerstoff bzw.
Luft Anwendung finden und bei Verwendung leicht verdampfbarer, organischer Extraktionsmittel die Inkrusten auf einfache Weise durch Abdämpfen des
EMI3.1
EMI3.2
kurz gedämpft und anschliessend daran mit einem Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisch im Verhältnis 2 : 1, dessen Wasserdampfpartialdruck etaws unter dem Sättigungsdruck gehalten wird, bei 1400 C 1 bis 2 Stunden und entsprechenden Drücken behandelt. Das aufgeschlossene Material wird dann einer Nachkochung mit verdünnten Alkalien unterzogen, wobei gleichzeitig oder anschliessend das Material aufgefasert wird.
II.
Hackspanmaterial von Fichtenholz wird zwecks gleichmässiger Durchfeuchtung im Autoklaven mit schwach überhitztem Wasserdampf bei 140 C vorgedämpft, worauf die Behandlung mit einem Wasserdampf-Luft-Gemisch, dessen Mischungsverhältnis 5 : 1, bezogen auf den Sauerstoffanteil, beträgt, angeschlossen wird. Das Mischungsverhältnis wird während des Aufschlusses in der Weise geändert, dass, solange das Material eine grössere Sauerstoffaufnahme zeigt, mit sauerstoffreieheren Gemischen als zu Ende der Behandlung gearbeitet wird. Die aufgeschlossenen Hackspäne werden schliesslich einer alkalischen Nachkochung unterzogen und sodann aufgefasert.
III.
Hackspanmaterial von Buchenholz wird im Autoklaven mit einem Wasserdampf-Luft-Gemisch im Verhältnis 1 : 1 bei 150 C erwärmt, wobei der Wasserdampfpartialdruck kanpp unter dem Sättigungsdruck gehalten wird. Der Luftzusatz wird mehrmals hintereinander erhöht und wieder vermindert, gegen das Ende der Behandlung völlig weggelassen und das Holzmaterial mit gesättigtem Wasserdampf von 140 bis 150 C kurz nachgedämpft. Das aufgeschlossene Material wird mit verdünntem Alkohol bei Temperaturen von etwa 1700 bis 180 C extrahiert und sodann in bekannter Weise aufgefasert.
Die Inkrusten werden durch Abdampfen des Lösungsmittels gewonnen.
EMI3.3
Kiefernhackspäne werden mit einem Wasserdampf-Luft-Gemisch im Verhältnis 1 : 1 bei 150 C erwärmt, wobei der Wasserdampfpartialdruck knapp unter dem Sättigungsdruck gehalten wird und die Einwirkung nicht bis zum gänzlichen Abbau der Inkrusten fortgesetzt wird. Das so vorbehandelte Material, das ein erhöhtes Eindringungsvermögen für Chemikalienlösungen besitzt, wird einem normalen
EMI3.4
wobei der Wasserdampfpartialdruck etwas unter dem Sättigungsdruck gehalten wird. Der Luftzusatz wird mehrmals hintereinander erhöht und wieder vermindert und das Material schliesslich mit gesättigtem Wasserdampf kurz nachgedämpft.
Das so behandelte Material wird in bekannter Weise mit Chlorwasser und Natronlauge weiter aufgeschlossen, wobei die Konzentrationen sowohl der Chlorlösung als auch der Natronlauge gegenüber dem normalen Chloraufschluss erheblich verringert sein können.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.