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Verfahren zur Vorbehandlung von Holz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von Hackschnitzeln aus Fichten- (und) oder
Tannenholz mit Kalkmilch, die zur Folge hat, dass bei der darauffolgenden Sulfitkochung erheblich hö- here Ausbeuten an Zellstoff mit zugleich bedeutend verbesserten Festigkeits- und Pergamentiereigenschaf- ten erhalten werden als bei der Kochung von unvorbehandeltem Holz unter sonst gleichen Bedingungen.
Es ist an sich bekannt, Holz und andere zellulosehaltige Rohstoffe vor der Sulfitkochung einer Vor- behandlung mit Kalkmilch zu unterwerfen. So wird nach der deutschen Patentschrift Nr. 665959 weitge- hend zerkleinertes Buchenholz bei Temperaturen unter 100 C, insbesondere bei 80 C, mit Kalk biszu . Wo seines Gewichtes in Gegenwart von Wasser, vorzugsweise in drei-bis vierfacher Menge, 4 - 8 h vorbehandelt, dann durch Waschen auf einen Kalkgehalt von 2, 5% gebracht und hierauf mit der Bisulfitlö - sung aufgeschlossen. Das Verfahren soll einen besser aufgeschlossenen, reineren und leichter bleichbaren
Zellstoff ergeben als beim Sulfitaufschluss von unvorbehandeltem Holz.
Nach der USA-Patentschrift Nr. l, 857,695 werden harzreiche Hölzer, wie die verschiedenen Kieferarten, die sich nach dem sauren Sulfitverfahren entweder gar nicht oder nur sehr mangelhaft aufschliessen lassen, mit Kalkmilch vorbehandelt und danach ebenfalls ausgewaschen, um die den Aufschluss hemmenden Harzsäuren in Form ihrer Kalksalze zu entfernen und dadurch die Aufschliessbarkeit zu erleichtern. Schliesslich ist noch die USAPatentschrift Nr. 2, 159,258 zu erwähnen, nach der in einer eigens hiefür konstruierten Apparatur zellulosehaltige Rohstoffe nach Anfeuchtung mit alkalischen Lösungen, unter anderem auch mit Kalkmilch, in einer Kompressionszone zu einem pfropfenartigen Gebilde komprimiert und sodann kontinuierlich einem rotierenden Kocher zugeführt werden, in dem der Aufschluss zu Zellstoff mit der Bisulfitlösung erfolgen kann.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird von der Beobachtung Gebrauch gemacht, dass nach dem konventionellen Sulfitverfahren leicht aufschliessbare Nadelhölzer, wie Fichte und Tanne, erheblichhöhere Zellstoffausbeuten ergeben, wenn sie vor der Sulfitkochung einige Zeit der Einwirkung von Calciumhydroxyd in Gegenwart von Wasser ausgesetzt werden und es basiert im besonderen auf der überraschenden Feststellung, dass die bei der Behandlung der Hackschnitzel aus diesen Nadelhölzern mit Kalkmilch in wenigen Minuten aufgenommene Wassermenge bereits ausreicht, um bei ihrer Lagerung unter der Einwirkung des Kalkes diesen ausbeutesteigernden Effekt zu erzielen, wobei die Ausbeuten mit der Lagerdauer stetig zunehmen. Mit der Ausbeutesteigerung ist gleichzeitig eine beträchtliche Verbesserung der Festigkeits-und Pergamentiereigenschaften der Zellstoffe verbunden.
Die Hackschnitzel weisen nach dieser Behandlung einen Durchtränkungsgrad von höchstens etwa 1 auf, wobei unter Durchtränkungsgrad die in 1 Gew.-Teil des trocken gedachten Holzes enthaltenen Gewichtsteile an Wasser zu verstehen sind. Sie enthalten also nur einen Bruchteil der zur vollständigen Durchtränkung erforderlichen Wassermenge, die erst bei einem Durchtränkungsgrad von etwa 2 erzielt wird.
Die vorstehend besprochene rasche Kalkmilchaufnahme wird durch nachstehenden Versuch demonstrier.
Hackschnitzel von Fichtenholz, wie sie bei der Zellstoffherstellung üblich sind, mit 10% Feuchtigkeit, wurden in einem rotierenden zylindrischen Gefäss mit 0,9 Teilen ihres Gewichtes an Kalkmilch versetzt und der zeitliche Verlauf der Flüssigkeitsaufnahme verfolgt. Dabei ergab sich folgendes Bild :
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<tb>
<tb> Nach <SEP> Minuten <SEP> Durchtränkungsgrad
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 0, <SEP> 65 <SEP>
<tb> 1, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 70 <SEP>
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 80 <SEP>
<tb> 15 <SEP> 0,86
<tb> 60 <SEP> 1,00
<tb>
Wie ersichtlich, ist bereits nach 1 min ein Durchtränkungsgrad von 0,65 und nach 6 min ein solcher von 0,8 erzielt worden.
Dieser geringe Durchtränkungsgrad ist, wie bereits erwähnt und aus den Beispie- len 1 und 2 hervorgeht, völlig ausreichend, um bei der darauffolgenden Sulfitkochung eine erhebliche
Ausbeutesteigerung und Verbesserung der Pergamentiereigenschaften zu erzielen.
Diese rasche Kalkmilchaufuahme ermöglicht es, die erste Stufe der Vorbehandlung, nämlich die Im- prägnierung, auf einfache Weise und mit einfachen apparativen Mitteln, kontinuierlich durchzuführen.
Dazu kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass man die Hackschnitzel eine rotierende Trom- mel passieren lässt und gleichzeitig laufend Kalkmilch hinzugibt, wobei die mit dieser zugegebene Wasser- menge dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes angepasst und so bemessen wird, dass es nach dem Aufsaugen der Kalkmilch einen Durchtränkungsgrad von beispielsweise 0, 8 - 1 aufweist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, wie schon erwähnt, die Lagerung der mit Kalkmilch unvoll- ständig imprägnierten Hackschnitzel. Wie aus den Beispielen ersichtlich, ist ein stetiges Ansteigen der
Zellstoffausbeute mit zunehmender Lagerdauer zu beobachten. Diese Erscheinung ist darauf zurückzufuh- ren, dass sich bei der Einwirkung des Kalkes auf das Holz der gleiche Vorgang abspielt, wie im Rahmen der Zweistufensulfitkochung in der bei höheren pH-Werten durchgeführten ersten Kochstufe, nämlich eine Stabilisierung des Glukomannans, und es ist überraschend, dass diese Reaktion unter dem Einfluss der Kalkalkalinität bereits bei gewöhnlicher Temperatur und in Anwesenheit der verhältnismässig geringen Wassermenge im Holz stattfindet.
Die Vorbehandlung gemäss der Erfindung erfolgt zweckmässig bei gewöhnlicher Temperatur. Höhere Temperaturen, zumindest solche über 400C sind zu vermeiden, da bei diesen eine den Sulfitaufschluss erschwerende alkalische Kondensation des Lignins im Holze stattfinden kann.
Von den Verfahren nach der eingangs erwähnten deutschen Patentschrift Nr. 665959 und der USA-Patantschrift Ni.1, 857,695 unterscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung zunächst einmal dadurch, dass bei diesem an Stelle von Buchen-bzw. Kiefernholz Fichten- (und) oder Tannenholz verwendet wird.
Überraschenderweise zeigte sich nämlich, dass die vorteilhaften Auswirkungen des Verfahrens, d. h. die Ausbeutesteigerung und die Verbesserung der Festigkeits- und Pergamentiereigenschaften der Zellstoffe, nur bei Nadelhölzern, nicht aber bei Laubhölzern in Erscheinung treten, was auf den geringen Gehalt der letzteren an Glukomannan zurückzuführen ist. Auch bei den mit Sulfitkochsäure nicht ohne weiteres aufschliessbaren Kiefernarten kann eine solche nicht beobachtet werden, da diese durch die Vorbehandlung dem Aufschluss ja erst zugänglich gemacht werden sollen. Ausserdem lässt sich bei dem Verfahren nach der oben erwähnten deutschen Patentschrift bei der 4-bis 8stündigen Bearbeitung der Hackschnitzel mit der Kalkmilch eine vollständige oder fast vollständige Durchtränkung nicht vermeiden.
Ebenso ist bei dem Verfahren nach der USA-Patentschrift Nr. l, 857,695 eine vollständige Durchtränkung erforderlich, um die den Sulfitaufschluss verhindernden Harzsäuren in Form ihrer Kalksalze zu erfassen und herauswaschen zu können.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist, wie gezeigt wurde, diese vollständige Durchtränkung aber nicht nötig. Daraus ergibt sich eine Reihe von Vorteilen, insbesondere die schon vorhin besprochene Möglichkeit der in wenigen Minuten durchführbaren kontinuierlichen Imprägnierung mit den sich daraus ergebenden Erleichterungen für die Praxis, die bei den Verfahren nach der deutschen Patentschrift Nr. 665959 und der USA-Patentschrift Nr. 1, 857, 695 auf grösste Schwierigkeiten stossen würde, da die bei diesen erforderliche vollständige Durchtränkung nur dann erreicht werden kann, wenn die Hackschnitzel in untergetauchtem Zustande einer vielstündigen Einwirkung der Kalkmilch ausgesetzt werden und da ausserdem an die Imprägnierung eine Auswaschoperation angeschlossen werden muss.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass bei der an die Vorbehandlung der Hackschnitzel angeschlossenen Sulfitkochung die Kochsäure bei weitem nicht so stark verdünnt wird wie bei den mit vollständiger Durchtränkung arbeitenden Verfahren. Dies sei nachstehend erläutert. Nach vollständiger Durchtränkung enthalten die Hackschnitzel von Nadelholz etwa die zweifache Menge des trocken gedachten Holzes an Wasser. Da bei der Sulfitkochung das Gewichtsverhältnis Holz zu Flüssigkeit etwa 1 : 4,5 beträgt, kann der mit den imprägnierten Hackschnitzeln gefüllte Kocher nur noch die 2,5fache Menge des Holzgewichtes an Kochsäure aufnehmen.
Demgegenüber können bei einer Imprägnierung gemäss dem Verfahren nach der Erfindung, wenn ein Durchtränkungsgrad von beispielsweise 0,8 vorliegt, dem Kocher noch 3, 7 Teile Kochsäure auf 1 Gew.Teil Holz zugeführt werden. Enthält das Holz nun in beiden Fällen nach der Vorbehandlung z.
B. 1, 5% CaO und soll die durch das Imprägnierungswasser verdünnte Kochsäure einen für eine normale Kochung erforderlichen SO-Gehalt von mindestens 4 - 50/0 neben dem üblichen CaO-Gehalt von etwa l% besitzen, so muss die dem Kocher zugeführte Kochsäure im ersteren Falle 1, 250/0CaO und 8-10% Gesamt-SO, da-
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solche mit dem ungewöhnlich hohen Gehalt von 5 bis 7% freiem SO2, deren Erzeugung aufwendige Anlagen oder die Mitverwendung von flüssigem SO2 erfordert, was diese erheblich verteuert.
Bei dem Verfahren nach der ebenfalls eingangs erwähnten USA-Patentschrift Nr. 2, 159,258 werden die zellulosehaltigen Rohstoffe vor ihrem Eintritt in den rotierenden Kocher zwar auch nur unvollständig mit den alkalischen Lösungen durchtränkt.
Bei der Verwendung von Holz lässt es sich aber nicht vermeiden, dass bei aer äusserst starken mechanischen Beanspruchung der Hackschnitzel in der Kompressionszone eine Zerstörung seines natürlichen Gefüges stattfindet. Wird ein derart geschädigtes Holz mit Sulfitkochsäure aufgeschlossen, so erhält man erfahrungsgemäss einen Zellstoff mit sehr mangelhaften Festigkeitseigenschaften. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird eine solche Schädigung vermieden und ein Zellstoff mit besonders guten Festigkeitseigenschaften erhalten, die diejenigen eines (unter sonst gleichen Kochbedingungen erhaltenen) normalen Sulfitzellstoffes sogar noch erheblich übertreffen.
Ausserdem entfällt bei dem Verfahren nach dieser USA-Patentschrift die Möglichkeit einer Lagerung des alkalisch imprägnierten Holzes, da es unmittelbar nach der Behandlung in der Kompressionszone dem Aufschlusskocher zugeführt wird. Die Lagerung der mit
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einem rotierenden zylindrischen Gefäss behandelt, wobei die Flüssigkeit vollständig aufgesaugt wurde.
Das Holz hatte danach einen Durchtränkungsgrad von 0,8 und enthielt 1, 0% CaO. Die imprägnierten
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temperatur von 1270C und 5 atü aufgeschlossen.
Die Ergebnisse waren folgende :
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<tb>
<tb> Einwirkungszeit <SEP> Aufschlussgrad <SEP> Zellstoffausbeute <SEP> Mehrausbeute <SEP> gegenüber <SEP> unbedes <SEP> Kalkes <SEP> Johnson-Noll <SEP> % <SEP> vom <SEP> Holz <SEP> handeltem <SEP> Holz <SEP> in <SEP> %
<tb> Zahl <SEP> vom <SEP> Stoffgewicht
<tb> unbehandelt <SEP> 45 <SEP> 53, <SEP> 7
<tb> 1 <SEP> h <SEP> 46 <SEP> 55, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 6
<tb> 3h <SEP> 46,5 <SEP> 56,0 <SEP> 4,3
<tb> 6h <SEP> 46 <SEP> 56,2 <SEP> 4,7
<tb> 9h <SEP> 47 <SEP> 56,4 <SEP> 5,0
<tb> 12 <SEP> h <SEP> 47 <SEP> 56,7 <SEP> 5,6
<tb> 16 <SEP> h <SEP> 49 <SEP> 56, <SEP> 8 <SEP> 5, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
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Beispiel 2 :
Vorbehandlung wie in Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, dass die Kalkmilch 25 g CaO im Liter und das Holz nach der Behandlung 2, 00/0 CaO enthielt. Die Kochungen wurden mit einer 5, 5% SO2 und 1, 1% CaO-enthaltenden Kochsäure in 9 1/2 h bei 5,- atu und 129 C Höchsttemperatur durchgeführt.
Diese Ergebnisse gehen aus nachstehender Tabelle hervor.
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<tb>
<tb>
Einwirkungszeit <SEP> Aufschlussgrad <SEP> Zellstoffausbeute <SEP> Mehrausbeute <SEP> %
<tb> des <SEP> Kalkes <SEP> Johnson <SEP> - <SEP> Noll <SEP> % <SEP> vom <SEP> Holz <SEP> vom <SEP> Holz
<tb> Zahl
<tb> unbehandelt <SEP> 61 <SEP> 54, <SEP> 6
<tb> 1 <SEP> h <SEP> 65 <SEP> 57, <SEP> 1 <SEP> 4,6
<tb> 3 <SEP> h <SEP> 66 <SEP> 57,9 <SEP> 6,0
<tb> 6h <SEP> 66 <SEP> 58, <SEP> 4 <SEP> 6,9
<tb> 9 <SEP> h <SEP> 61 <SEP> 58,6 <SEP> 7,3
<tb> 12 <SEP> h <SEP> 63 <SEP> 58,7 <SEP> 7,5
<tb> 16h <SEP> 63 <SEP> 59,0 <SEP> 8,1
<tb>