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Verfahren zur Gewinnung von Faserstoffen aus Einjahrespflanzen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Faserstoffen aus Einjahrespflanzen, insbesondere für die Herstellung von Papier, Pappen od. ähnl. Erzeugnissen.
Es ist bekannt, Faserstoffe aus lignozellulosehaltigen Stoffen, wie Stroh, Zuckerrohr od. dgl., durch Einwirkung von verdünntem Alkali in der Kälte und anschliessende mechanische Behandlung in einem der bekannten Mahlaggregate zu gewinnen.
Die Ausbeuten bei Anwendung der verschiedenen Rohstoffe schwanken und sind von der Einwirkungdauer, der angewandten Alkalikonzentration und dem Verhältnis von Rohstoff zu Flüssigkeit abhängig.
. Es wurde nun gefunden, dass man bei der Gewinnung von Faserstoffen aus Einjahrespflanzen durch Kaltaufschluss bei wirtschaftlicher Wiederverwertung des Hauptanteils des nicht verbrauchten Alkalis die Ausbeute an Faserstoff erhöhen und seine Qualität verbessern kann, wenn man die nach dem Abpressen der durch Tauchen der Ausgangsstoffe in kalter, verdünnter Natronlauge erhältlichen Faserstoffe in Gegenwart von Wasser oder wässerigen Lösungen auffasert bzw. einem Mahlvorgang unterwirft und auf den dabei gewonnenen Stoff die in der Zerfaserungslauge befindlichen, aus dem Rohmaterial gelösten fällbaren Substanzen, insbesondere Hemizellulose fällt und fixiert.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird der zur Anwendung gelangende Rohstoff in üblicher Weise in kalte verdünnte Natronlauge getaucht. Dieses Tauchen des Rohstoffes kann in verschiedenartigen Behältern - am besten kontinuierlich-erfolgen, wobei auf eine möglichst vollkommene Durchdringung des Rohstoffes mit Lauge zu achten ist, um für die anschliessende mechanische Behandlung gleichartige Verhältnisse zu schaffen. Um möglichst geringe Mengen von Hemizellulose aus dem Rohstoff an die Tauchlauge durch Diffusion abzugeben ist es zweckmässig eine Bewegung des Rohstoffes in der Lauge weitgehend zu vermeiden.
Aus wirtschaftlichen Gründen ist es vorteilhaft, die Tauchlauge nach Beendigung der Einwirkung möglichst weitgehend abzupressen, um bei-hohem Trockengehalt des behandelten Rohstoffes eine tunlichst vollkommene Rückgewinnung des unverbrauchten Alkalis zu erreichen. Es ist auch erforderlich, durch eine Wäsche mit einer begrenzten Menge an Waschflüssigkeit (Wasser oder stark verdünnte Lauge) die Abtrennung des unverbrauchten Alkalis vom behandelten Rohstoff zu verbessern. Der nach dem Waschen abgepresste Rohstoff muss jedoch noch einen Restgehalt an Alkali und löslichgemachter Hemizellulose aufweisen. Ausserdem darf hiebei die Gesamtlaugenmenge (Presslauge und Waschflüssigkeit) nicht vermehrt werden, um das Laugensystem im Gleichgewicht zu halten.
Die anfallende, durch Vereinigung von Presslauge und Waschflüssigkeit erhaltene Lauge wird mit festem NaOH auf die für den Tauchvorgang erforderliche Konzentration gebracht und im Kreislauf zum Tauchen von frischem Rohstoff wieder verwendet. Da eine solche Lauge bereits Hemizellulose enthält, zeigt auch der beim Abpressen erhaltene Stoffkuchen einen höheren Hemizellulosegehalt, so dass bei der anschliessenden Fällung auch eine weitere Zunahme der Gesamtmenge der anfallenden Feststoffe eintritt.
Nach dem Waschen wird der abgepresste Rohstoff in Gegenwart von Wasser oder wässerigen Lösungen, z. B. aus dem Verfahren selbst stammende, hemizellulosehältige Wässer, z. B. verdünnte Waschlauge, Siebwässer, einem mechanischen Prozess zur Vereinzelung der Fasern unterworfen, wobei ein Restalkaligehalt im Stoffkuchen eine wesentliche Voraussetzung ist, da andernfalls die Zerfaserung einen höheren
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Kraftaufwand erfordern und der Gerbstoffanteil ansteigen würde.
Die bei der nassen Zerfaserung erfolgen- deOberflächenvergrösserung sowie die mechanische Einwirkung auf die Fasern bewirken einen weitgehenden Austritt von in Alkali löslichen, fällbaren Substanzen, insbesondere Hemizellulose in die Zerfaserungslauge, so dass diese einen weitaus grösseren Anteil an fällbaren Substanzen enthält als die Tauchlau- ge. Der anfallende Stoffbrei wird nun mit einem Fällungsmittel und/oder mit einem Flockungsmittel versetzt. Die Fällung kann durch Mineralsäuren, insbesondere Schwefelsäure, aber auch Kohlensäure erfolgen ; als Flockungsmittel kommen Salze mehrwertiger Metalle, wie z. B. Aluminiumsulfat, Chromsulfat, Eisenchlorid, sowie auch wasserlösliche, die Flockung unterstützende, höhermolekulare organische Verbindungen, wie Tannine, oder Sulfitablauge in Betracht.
Es hat sich gezeigt, dass eine gemischte Flokkung und Fällung mit Aluminiumsulfat und Schwefelsäure in dieser Reihenfolge eine besonders wirtschaftliche Art des Niederschlagens der gelösten Substanzen auf die Faser darstellt. Durch Änderung des PH-Wertes werden die gelösten Substanzen zusammen mit dem Feinstoffanteil gefällt und in Anwesenheit eines Flockungsmittels in eine grobdisperse, faseraffine Form übergeführt.
Durch diese Massnahmen wird eine Erhöhung der für die Papierindustrie verwertbaren Menge an Fasersubstanz erzielt, die bis zu 10 Ufo gegenüber der Gewinnung von Faserstoffen ohne Fällung betragen kann. Durch die niedergeschlagenen Substanzen werden Blattbildung und Festigkeitseigenschaften des Papiers verbessert ; es steigt vor allem die Nassreissfestigkeit an, Klang und Farbe des Papiers werden günstig beeinflusst. Ferner wird die Leimfestigkeit solcher Papiere erhöht, so dass in vielen Fällen auf zusätzliche Leimstoffe verzichtet werden kann.
Durch die Anwendung der beschriebenen Fällungsmethode wird der p, r-Wert derFabrikationsabwässer in der Richtung des Neutralpunktes verschoben, so dass farblose oder nur wenig gefärbte, von Schwebstoffen weitgehend befreite Abwässer anfallen, die einen stark verringerten Gehalt an gelöster organischer Substanz aufweisen.
Bn Nachstehenden wird das erfindungsgemässe Verfahren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Beispiel l : 109 Gew.-Teile gehäckseltes Roggenstroh (Trockengehalt 91, 7 Ufo), entsprechend
100 Teilen trockenen Strohs, werden in 500 Vol. -Teile 5 Ufoiger technischer Natronlauge getaucht.
Nach einer Reaktionszeit von 30 Minuten werden 370 Vol. -Teile der Tauchlauge abgepresst und dar-
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verbrauch für die Behandlung des Roggenstrohs beträgt daher lao, 5 %.
Das abgepresste Material wird unter Zusatz von Wasser oder wässerigen Lösungen, z. B. verdünnter Waschlauge, einer mechanischen Auffaserung und Mahlung unterworfen. In der anfallenden Zerfaserungslauge befinden sich 7, 4 Gew.-Teile wirksames Alkali und 17,8 Gew.-Teile Hemizellulose.
Der so gewonnene aus zerfasertem Stoff und Zerfaserungslauge bestehende Brei wird angesäuert und mit einem Flockungsmittel versetzt. Zu diesem Zweck werden etwa 3 Gew.-Teile technisches Alu miniumsulfat und darauf etwa 9 Gew.-Teile technische Schwefelsäure, unter langsamer Bewegung zugefügt, wobei sich ein pH-Wert von 4 bis 5 einstellt. Durch diese Massnahme werden 49 Ufo der in der Zerfaserungslauge enthaltenen Hemizellulose nach kurzer Flockungsdauer auf die Faser gefällt. Man erhält auf diese Weise eine Gesamtfeststoffausbeute von 77,8 %.
Wird hingegen die oben angegebene Fällung nicht ausgeführt, so wird eine Ausbeute an Gesamtfeststoff von nur 69,1% erreicht.
Ein aus dem so gewonnenen Stoff in üblicher Weise gefertigtes Papier hat eine durchschnittliche Reisslänge von 5,5 bis 6 km ; im Vergleich zu Papier aus unbehandeltem Roggenstroh-Stoff ist es wesentlich aufgehellt und zeigt eine erhöhte Nassreissfestigkeit und Leimfestigkeit. Das saure Siebwasser kann in einer Flotations-Rückgewinnungsanlage behandelt und bei nur teilweiser Siebwasserrückführung abgelassen werden.
Bei geschlossener Kreislaufführung der Presslaugen, d. h. bei fortlaufendem Einsatz der wieder aufgestärkten Laugen treten aus dem System keine alkalischen Lösungen aus. Bei Erhaltung der Fällbarkeit der Hemizellulose wird die aus der Erfindung sich ergebende zusätzliche Feststoffausbeute von 8, 7 Ufo auf 14,0 % erhöht.
Beispiel 2 : 108 Gew.-Teile gehäckseltes Schilf (Trockengehalt 92, 5 Go) entsprechend 100 Teilen trockenen Schilfs, werden in 800 Vol.-Teile 5 figer technischer Natronlauge getaucht.
Nach einer Reaktionszeit von 45 Minuten werden 620 Vol. -Teile der Tauchlauge abgepresst und dar-
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auf das behandelte Material mit 180 Vol. -Teilen Wasser gewaschen.
Das durch Vereinigen von Presslauge und Waschflüssigkeit in einer Menge von 800 Vol.-Teilen erhaltene Gemisch enthält 3,8 % wirksames Alkali und 0, 8 % Hemizellulose. Der Laugenverbrauch bei der Behandlung des Schilfs beträgt daher zo
Das abgepresste Material wird unter Zusatz von Wasser oder wässerigen Lösungen mechanisch aufge-
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5 Gew.-Teile10, 2 Gew.-Teile Hemizellulose.
Anschliessend wird der zerfaserte Stoff in der Zerfaserungslauge mit 3 Gew.-Teilen technischem Aluminiumsulfat versetzt und mit etwa 4, 2 Gew.-Teilen technischer Schwefelsäure angesäuert u. zw. vor- zugsweise in dieser Reihenfolge und unter langsamer Bewegung der Masse. Es stellt sich ein p-Wert von 4 bis 5 ein. Nach kurzer Flockungsdauer werden 44, 3 lu der Hemizellulose auf die Faser gefällt ; Gesamt- feststoffausbeute 81, 4 %.
Wird die Fällung in der oben beschriebenen Weise nicht ausgeführt, so wird eine Ausbeute von nur 76, 9 % erreicht.
Das aus dem in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltenen Stoff in üblicher Weise gefertigte Papier hat eine durchschnittliche Reisslänge von 4 bis 4, 5 km ; es ist im Vergleich zu Papier aus unbehandeltem Schilf-Stoff aufgehellt und zeigt eine erhöhte Nassreissfestigkeit sowie Leimfestigkeit. Das saure Siebwasser kann in einer Flotations-Rilckgewinnungsanlage behandelt und bei nur teilweiser Sieb- wasserrückführung-abgelassen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Gewinnung von Faserstoffen aus Einjahrespflanzen, wie verschiedene Stroharten, Schilf, Zuckerrohr od. dgl., insbesondere für die Herstellung von Papier, Pappen od. ähnl. Erzeugnissen, durch Kaltaufschluss mittels Natronlauge und anschliessender Zerfaserung, dadurch gekennzeichnet, dass man den durch Abpressen weitgehend von der Tauchlauge befreiten Rohstoff mit beschränkten Mengen Wasser oder stark verdünnter Natronlauge wäscht, den durch neuerliches Abpressen nunmehr erhaltenen Stoffkuchen in Gegenwart von Wasser oder wässerigen Lösungen zerfasert bzw. einem Mahlvorgang unterwirft und auf den so gewonnenen Stoff die in der Zerfaserungslauge bzw. Mahllauge enthaltenen, aus dem Rohmaterial herausgelösten fällbaren Substanzen, insbesondere Hemizellulose fällt.