AT395027B - Verfahren zur vorbleichung chemischer zellulosepulpen - Google Patents

Description

AT 395 027 B

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bleichung von Zellulosepulpe, die durch ein chemisches Verfahren erhalten wurde, wobei die Zellulosepulpe in einem ein- oder mehrstufigen Bleichvorgang mit bekannten Bleichmitteln behandelt wird.

Herkömmliches Bleichen von Zellulosepulpen umfaßt eine Behandlung mit gasförmigem Chlor. Jedoch war niemand fähig, die Wiedergewinnung und vernünftige Verwendung der beim Bleichprozeß erzeugten Chlorverbindungen zu lösen und deswegen wurde das Chlor unvermeidbar als Abfall in die Umwelt emittiert. Somit besteht offensichtlich ein bemerkenswerter Bedarf, die Chlorbleichung durch andereVerfahren zu substituieren, die weniger umweltbelastend sind. Diebekannten Substitutionsverfahren umfassen Sauerstoff bleichung, was den Nachteil eines hohen Sauerstoffverbrauchs mit sich bringt, und Stickstoffbleichung, was mit dran Nachteil behaftet ist, daß Stickstoffverbindungen in die Umwelt abgegeben werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, daß die Chlorbehandlung als raste Stufe des Bleichprozesses für chemische Pulpen durch eine Phenolbehandlung ersetzt werden kann. Phenobehandlung bietet zahlreiche Vorteile gegenüber der Verwendung von Chlor. Erstens kann Phenol wiedragewonnen und wiedra-verwertet werden, wobei keine Emission von Bleichriickständrai erfolgt, die der Umwelt entgegenstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es ebenso möglich, zusätzlich zu dem Phenol auch rückständiges Lignin wiederzugewinnen, das beim Bleichprozeß von der Zellulose abgespalten wurde.

Weiters verleiht die Verwendung von Phenol der Zellulosepulpe nützliche zusätzliche Eigenschaften. Keiner dieser Vorteile kann erzielt werden, was das konventionelle Chlorbleichen Verwendung findet.

Die Verwendung von Phenol bei der Behandlung von Substanzen mit Zellulosegehalt ist per se nicht neu. Beispielsweise wurde Zellulosepulpe aus Holz hergestellt, indem Holzschnitzel mit einer Phenollösung behandelt wurden, die als Katalysator eine starke Säure, z. B. Salzsäure, enthielt Beispielsweise können die DE-PS 2 229 673 und 326 705 genannt werden. Allerdings betreffen diese Patente das Lösen von Lignozellulose, wie z. B. Holz, aber nicht das Zellulosebleichen. Die Verwendung von Phenol zum Vorbleichen von Zellulose, die mittels chemischer Methoden hergestellt wurde, istnicht bekannt Entgegengesetzt wurde mittels NMR-Untersuchungen gefunden, daß bei Behandlung von Holz mit einer Mischung aus Phenol und Salzsäure eine Kondensation zwischen dem ursprünglichen Lignin im Holz und dem Phenol und demzufolge ein Verdunkeln der Pulpe auftritt; dies legt nahe, daß Phenol zur Verwendung als zellulosebleichender Stoff keinesfalls verwendbar wäre.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosepulpe vor dem genannten Bleichvorgang bei erhöhter Temperatur mit einer Phenollösung behandelt wird und dann, gegebenenfalls nach Waschen, gebleicht wird.

Die anderen charakteristischen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 genannt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Phenolbehandlung beim Vorbleichen der chemischen Pulpe angewendet. In diesem Fall wird Pulpe betroffen, bei der das vorhandene rückständige Lignin unter der Einwirkung der abbauenden Chemikalien verändert ist, sodaß Kondensation mit Phenol nicht mehr stattfindet. Daher genügen ein wesentlich niedrigerer Katalysatorgehalt und eine niedrigere Temperatur, um das Lignin von der entfaserten Zellulose zu trennen. Zusätzlich dazu kann das jeweilige Abbauverfahren, z. B. ein Sulfatverfahren, früher unterbrochen werden als bisher üblich, ohne Nachteil für die Qualitätsmerkmale der erzeugten Pulpe, wodurch die Abbaukapazität beträchtlich erhöht werden kann.

Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorbleichverfahrens, daß das Phenol auch extrahierbare Substanzen löst, die in der Zellulosepulpe enthalten sind. Das ist besonders bedeutsam bezüglich der Qualität von Hartholzzellulose, da extrahierbare Substanzen eine gelbe Verfärbung der Zellulose und Abschwächung der Absorptionsfähigkeit, was wesentlich in Hinblick auf die Flußpulpe ist, sowie Abschwächung der Qualität der löslichen Zellulose bewirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Vorbleichen chemischer Zellulosepulpen verwendet werden. Unter chemischen Pulpen versteht man hier jene Pulpen, die durch chemische Abbaumethoden erhalten werden. Diese Verfahren umfassen z. B. das Sulfatverfahren, verschiedene Sulfitverfahren und das Sodaverfahren.

In der Praxis wird das gemäß Erfindung gelehrte Vorbleichen einfach so ausgeführt, daß die chemische Zellulosepulpe vom Abbauverfahren mit einer Phenollösung während einer genügend langen Zeit und bei einer genügend hohen Temperatur behandelt wird, wonach die Pulpe nach Entfernung der Behandlungsflüssigkeit weiteren Bleichstufen zugeleitet wird.

Der Phenolgehalt in der wäßrigen Lösung kann so variieren, daß das Wasser/Phenolverhältnis im Bereich von 3:7 bis 1:1 liegt. Die Phenollösung enthält in bevorzugter Weise auch eine kleine Menge einer Säure, in bevorzugter Weise Salzsäure, deren Menge im Bereich von 0,1 bis 1,0 %, bevorzugt 0,2 bis 0,5 %, bezogen auf die Wassermenge der Lösung, variieren kann. Überschüssige Säuremenge bewirkt eine Hydrolyse der Zellulose und Hemizeüulosen.

Die Behandlungstemperatur ist vom Gesichtspunkt der Erfindung aus nicht kritisch, da jedoch Phenol ein Azeotrop mit Wasser, mit einem Siedepunkt von etwa 100 °C bildet, ist es vorteilhaft, die Behandlung bei dieser -2-

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Temperatur durchzufühlen. Die geeignete Behandlungstemperatur liegt somit zwischen 98 und 102 °C.

Die Behandlungszeit hängt natürlich von den angewendeten chemischen Konzentrationen und Temperaturen ab, aber es ist normalerweise genug, wenn die Temperatur innerhalb 30 - 60 Minuten auf die Behandlungstemperatur angehoben wird, und die Behandlungszeit bei normaler Temperatur kann zwischen 1 und 60 Minuten variieren. 5 Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Phenolbehandlungslösung von der

Zellulosepulpe entfernt, nachdem deren Temperatur auf die Behandlungstemperatur angehoben ist und sie wird mit einer frischen Lösung ersetzt. Das Vorbleichen wird so erhöht, da eine größere Menge an Lignin entfernt werden kann, ohne die Viskositätscharakteristiken wesentlich zu beeinflussen.

Das erfindungsgemäßeVerfahrenist sowohl aufHartholz-als auchWeichholzzellulosen anwendbar. Insbesondere 10 für Hartholzzellulose erwies sich das erfindungsgenäße Verfahren als vorteilhaft, da es die Probleme eliminiert, die die extrahieibaren Substanzen bezüglich der Zellulosequalität bereiten.

Nach der Behandlung wird die Zellulose standardgemäß gewaschen, um von den Phenolverbindungen befreit zu werden, wobei diese zur Wiederverwendung an den Beginn des Verfahrens zurückgeleitet werden. Die Zellulose wird, gegebenenfalls nach Waschen, weiteren Bleichstufen zugeführt, die somit keine Chlor- oder Hypochlorit-15 bleichverfahren sein müssen: sie können z. B. Chlordioxid- oder -peroxidbleichverfahren sein. Das Waschen wird bevorzugterweise mit Wasser durchgeführt, das Phenol enthält und mit heißem Wasser.

Im folgenden wird die Erfindung näher anhand der Beispiele beschrieben.

Beisniel 1 20 UngebleichteBirkenzellulosemitMerkmalengemäßTabellelwurdemitPhenolunterdenfolgendenBedingungen behandelt:

Zellulose: Flüssigkeit 1:8 Wasser: Phenol 3:7 HCl in Wasser (%) 0,2 Behandlungstemperatur (°C) 98-100 Anstieg auf Behandlungstemperatur in min 45 Behandlungszeit (min) 10 30 Tabelle I zeigt einen Vergleich zwischen den Merkmalen der Zellulose vor und nach der oben genanntenPhenol- behandlung 35 40 45

Tabelle I Anfangs zellulose Behandelte Zellulose Chlorzahl (KCl) 4,57 2,46 Viskosität (SCAN), dm^/kg 1190 1180 DKM Extrakt (%) 0,46 0,03 Aschegehalt 0,90 0,55 Ausbeute (%) 94,9 Ausbeute aus Holz (%) 52,8 50,1 Lignin entfernt beim Vorbleichen (%) - 46,6 Faserlänge, durchschnittlich (mm) 0,93 0,86

Die Tabelle I zeigt unter anderem, daß die Viskosität der Zellulose fast unverändert ist, was bedeutet, daß die niedrigmolekulare Hemizellulose nicht gelöst wurde undkeineZelluloseketten gespalten wurden. Die durchschnittliche Faserlänge ist unverändert, was bedeutet, daß die Säurehydrolyse keine Fasern gespalten hat

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch der Salzsäuregehalt auf 1,0 % angehoben wurde. Die Menge des entfernten Lignins stieg dann auf 79 %, wobei jedoch die Viskosität auf480 abfiel, was darauf hinweist, daß eine beträchtliche Spaltung der Kohlehydrate stattgefunden hat

Beispiel 3

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei das Wasser: Phenol-Verhältnis auf 1:1 verändert wurde. Es konnten -3-

AT 395 027 B dabei nur 32 % des Lignins von der Pulpe entfernt werden. Dies bedeutet, daß eine größere Wassermenge die Löslichkeit des Lignins und die Wirksamkeit des Vorbleichens ungünstig beeinflußt. Die Viskosität dar Zellulose erhielt den Wert 1330. 5 Beispiel!

Beispiel wurde wiederholt, wobei der Säuregehalt auf 0,12 % der Wassermenge modifiziert wurde. Es wurde so ein Zelluloseprodukt erhalten, dessen Chlorzahl 3,27 und Viskosität 1330 betrug. Die entfernte Menge des Lignins war nur 29%. 10 Beispiel 5

UngebleichteBirken-Sulfatzellulosemitden Merkmalen gemäß Tabelle Π wurde mitPhenol unter den folgenden Bedingungen behandelt;

Zellulose: Flüssigkeit 1:12 Wasser: Phenol 3:7 HCl in Wasser (%) 0,7 Behandlungstemperatur (°C) 98-100 Anstieg auf Behandlungstemperatur in min 45 Behandlungszeit (min) 60 20

Nach der Behandlung wurden die Merkmale der Zellulose mit jenen der Anfangszellulose verglichen. Die Resultate sind in Tabelle Π dargestellt 25 30 35

Tabellen Anfangs zellulose Behandelte Zellulose Chlorzahl (KCl) 5,23 331 Viskosität (SCAN), dnrfykg 1340 1330 DKM Extrakt (%) 0,41 - Ausbeute (%) 96,6 Ausbeute aus Holz (%) 53,2 51,4 Lignin entfernt beim Vorbleichen (%) - 37 Faserlänge, durchschnittlich (mm) 0,92 0,90

Beispiel 6

Das Beispiel 5 wurde wiederholt, wobei die Behandlungslösung mit einem irischen Lösungsmittel ersetzt wurde, nachdem die Temperatur auf die Behandlungstemperatur angehoben worden war. Bei einer Behandlungszeit von 40 30MinutenbetrugdieChlorzahl 2,46 unddie Viskosität 1030 unddieentfemteLigninmenge 52%. Wenn das gleiche

Experiment mit einer Behandlungszeit von 60 Minuten wiederholt wurde, betrug die Chlorzahl 1,85 und eine Viskosität von910wurdeerhalten und dieentfemteLigninmenge war 65%.DieErgebnisse zeigen,daß es vorteilhaft ist, die Behandlungslösung zu ersetzen. 45 Beispiel 7

Kiefer-Sulfatzellulose mit Eigenschaften gemäß Tabelle m wurde mit einer Phenollösung unter den folgenden Bedingungen behandelt:

Zellulose: Wasser 1:10 Wasser: Phenol 3:7 HCl in Wasser (%) 0,16 Behandlungstemperatur (°C) 98-100 Anstieg auf Behandlungstemp. in min 45 55 Nach der Behandlung wurden die Eigenschaften der Zellulose verglichen mit jenen der Anfangszellulose. Die

Ergebnisse sind in Tabelle m dargestellt. -4-

Claims (6)

1. AT 395 027 B Tateils.ro Anfangs zellulose Behandelte Zellulose Chlorzahl (KCl) 6,2 4,50 Viskosität (SCAN), dnr/kg 1070 850 Ausbeute (%) 97,8 Ausbeute aus Holz (%) 46,5 45,5 Lignin entfernt beim Vorbleichen (%) - 24,5 Faserlänge, durchschnittlich (mm) 1,94 1,97 Das Beispiel zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch für das Vorbleichen von Weichholzzellulose günstig angewendet werden kann. PATENTANSPRÜCHE 1. Ein Verfahren zur Bleichung von Zellulosepulpe, die durch ein chemisches Verfahren erhalten wurde, wobei die Zellulosepulpe in einem ein- oder mehrstufigen Bleichvorgang mit bekannten Bleichmitteln behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosepulpe vor dem genannten Bleichvorgang bei erhöhter Temperatur mit einer Phenollösung behandelt wird und dann, gegebenenfalls nach Waschen, gebleicht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Phenollösung eine wäßrige Lösung verwendet wird, die zusätzlich mit 0,2 bis 0,5 % der Wassermenge einen sauren Katalysator, bevorzugt Salzsäure, enthält
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit der Phenollösung bei einer Temperatur von 98 bis 102 °C angehoben worden ist.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phenollösung mit einer frischen Phenollösung ersetzt wird, sobald deren Temperatur auf die Behandlungstemperatur angehoben worden ist
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschen mit einer wäßrigen, Phenol enthaltenden Lösung und mit heißem Wasser vorgenommen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zellulose eine vom Sulfat- oder Sulfit- oder Sodaverfahren abgebaute Zellulose verwendet wird. -5-