AT524693B1 - Verfahren für ein chemisch unterstütztes mechanisches Aufschlussverfahren von Hackschnitzeln bzw. Hackspänen - Google Patents

Abstract

Ein chemisch unterstütztes mechanisches Aufschlussverfahren von Hackschnitzeln umfasst: a) Herstellen eines Beschickungsmaterials aus Hackschnitzeln; b) Kontaktieren des Beschickungsmaterials mit Dampf bei einem Druck zwischen 1 und 2 Bar, einer Dampftemperatur zwischen 100 und 110 °C für 10 bis 20 Minuten, um ein bedampftes Hackschnitzel- Beschickungsmaterial herzustellen; c) Kontaktieren des bedampften Hackschnitzel-Beschickungsmaterials mit einer Lösung enthaltend ein stark eutektisches Lösungsmittel, umfassend ein quarternäres Ammoniumsalz und ein Ko-Lösungsmittel zwischen 40 und 120 °C und für 5 und 15 Minuten zum Erhalt eines vorbehandelten Hackschnitzel-Beschickungsmaterials, wobei eine Konzentration des stark eutektischen Lösungsmittels größer als 92 Massen.-% gewählt wird und eine Restmenge der Lösung im Wesentlichen aus Wasser besteht, und worin ein molares Verhältnis des quarternären Ammoniumsalzes zu einem Ko-Lösungsmittel zwischen 1: 1 und 1 :2 gewählt wird; und d) mechanisches Mahlen des vorbehandelten Hackschnitzel-Beschickungsmaterials bei einem Druck zwischen 1 und 3,5 Bar und einer Temperatur über 100 °C sowie damit hergestelltes Papier oder Pappe.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für ein chemisch unterstütztes mechanisches Aufschlussverfahren von Hackschnitzeln bzw. Hackgut sowie auf ein damit hergestelltes Papier oder eine Pappe.

[0002] Um für die Herstellung von Papier, Pappe oder auch Zellstoff ein passendes Ausgangsmaterial zu erhalten, werden in der Industrie üblicherweise zwei voneinander verschiedene Aufschlussverfahren für Hackschnitzeln bzw. Hackgut eingesetzt. Für den chemischen Aufschluss von Holzspänen wird üblicherweise das sogenannte Kraftverfahren herangezogen. Weiterhin können Hackschnitzel bzw. Hackgut mit einem sogenannten halbchemischen bzw. semichemischen Aufschlussverfahren aufgeschlossen werden, bei welchem mit einem zweistufigen Prozess gearbeitet wird. Dieses Verfahren ist im Wesentlichen im Buch Bierman’s Handbook of Pulp and Paper: raw material and Pulp making, by Pratima Bajpai, 3. Auflage, Elsevier Amsterdam, 2018, Seite 312 beschrieben, bei welchem Verfahren in einer ersten Stufe eine chemische Behandlung stattfindet (entweder ein Sulfitaufschluss oder einer Kraftaufschluss, welcher ähnlich dem üblichen chemischen Aufschlussverfahren durchgeführt wird), bei welchem jedoch verringerte Temperaturen, verkürzte Kochzeiten und eine verringerte chemische Charge eingesetzt werden, was einen ökonomischen Vorteil gegenüber dem Kraftverfahren mit sich bringt und bei welchem Verfahren in einem zweiten Schritt ein mechanisches Mahlen zur Vergleichmäßigung der gekochten Zellulose stattfindet. Ziel dieser Verfahrensführung ist einerseits die Erweichung der Holzspäne und andererseits eine teilweise Entfernung von Lignin und von Hemizellulose aus dem Holzstoff. Neben diesen beiden Verfahren zum Aufschließen von Hackschnitzeln bzw. Hackgut, werden auch Mischform aus den zwei bekannten Verfahren, das sogenannte thermomechanische Aufschließen eingesetzt, welches einerseits durch einen sehr hohen Energieverbrauch gekennzeichnet ist und andererseits jedoch zu einem für die nachfolgende Papier- und Kartonherstellung besonders gut geeigneten Holzstoff führt.

[0003] Schließlich existiert noch das mechanische Aufschlussverfahren für Hackschnitzel oder ganze Stämme, bei welchem in einem ersten Schritt ein mechanisches Mahlen des Holzes stattfindet. Bei diesem Mahlschritt wird nur sehr wenig Lignin aus dem Holz entfernt, weshalb in der Folge aus dem so hergestellten Holzstoff Papiere mit niedrigeren Qualitäten jedoch im Vergleich zu einem chemischen Aufschlussverfahren höheren Ausbeuten hergestellt werden können. Ein weiterer Nachteil der mechanischen Holzstoffherstellung liegt darin, dass die in dem Holzstoff enthaltenen Zellulosefasern eher kurz und im Vergleich zu mittels chemischen Verfahren hergestellten Holzstoff steifer sind. Auch sind der Feinstoffgehalt und der Ligningehalt einer mechanisch hergestellten Pulpe höher als in einem mit mittels chemischen Verfahren hergestellten Holzstoff. Selbstverständlich existieren verschiedenste Verfahren, welche Kombinationen aus dem mechanischen oder chemischen Aufschlussverfahren darstellen und weiterhin Anderungen bei der Aufschlusstemperatur, dem Aufschlussdruck, den eingesetzten Chemikalien und dgl. zur Verbesserung der Holzstoffqualität heranziehen.

[0004] Aus der EP 2 876 202 A1 ist bereits ein Verfahren bekannt geworden, welches in einem konventionellen semichemischen Holzaufschlussverfahren oder auch chemischen Holzaufschlussverfahren wenigstens einen Teil der chemischen Charge durch die Verwendung eines sogenannten stark eutektischen Lösungsmittels ersetzt, um eine verbesserte Abtrennung von Lignin und Lignozellulose in Folge des Aufschlussverfahrens zu erreichen. Die in diesem Dokument angewandten stark eutektischen Lösungsmittel sind beispielsweise in der WO 2013/153203 A1 beschrieben und bestehen aus einem Salz in seinem flüssigen Zustand, dass aus einer Mischung aus einem Protonendonor und einem Protonenakzeptor besteht, welche Mischung ein Eutektikum mit einem niedrigen Schmelzpunkt ausbildet, welcher Schmelzpunkt gegenüber jenem der Individualkomponenten deutlich abgesenkt ist. Dem Dokument sind weiterhin verschiedenste Beispiele von stark eutektischen Lösungsmitteln entnehmbar und dass diese in Zusammenhang mit lignozellulosischen Ausgangsmaterialien eingesetzt werden können, insbesondere zur Auflösung des in diesen Materialien enthaltenen Lignins.

[0005] So ist es bekannt, dass die Entfernung von Lignin und Ligninzellulose aus einem Holzstoff, Vorteile dahingehend bieten kann, dass in dem nachfolgenden Herstellungsverfahren von Papier und Pappe diese eigentlich zur Blattbildung nicht unbedingt erforderlichen Substanzen nicht unnötig mitgeführt werden müssen was gegebenenfalls sogar zu einer Verringerung des nachfolgenden Chemikalieneinsatzes, wie beispielsweise einem verringerten Stärkeeinsatzes beitragen kann.

[0006] Ein weiteres Problem, insbesondere bei der Herstellung von semichemischem Zellstoff ist jedoch das Faktum, dass dieser Zellstoff im Vergleich zu Kraftzellstoff häufig noch Restbestandteile von nicht aufgeschlossenen Holzpartikeln enthält, wodurch ein nicht homogenes Ausgangsmaterial erhalten wird, welches bei der nachfolgenden Verwendung in der Papierherstellung zu verschlechterten Papierqualitäten führt. Um dieses Problem zu beseitigen, werden derartige Zellstoffsuspensionen üblicherweise einem Mahlen unterworfen, um nicht aufgeschlossene oder nur teilweise aufgeschlossene Holzpartikel so weit zu zerkleinern, dass sie zu keinen Inhomogenitäten in dem aus dem Holzstoff hergestellten Produkt führen. Nachteilig bei dem Mahlen ist jedoch, dass zusätzlich zu der Zerkleinerung von nicht aufgeschlossenen Holzpartikel auch ein nicht unwesentlicher Teil der Fasern des Einsatzmaterials aufgemahlen und somit verkürzt werden, so dass ein Endprodukt nach dem Mahlen eine Faserlängenverteilung entsprechend einer Gaußkurve aufweist, die in Richtung zu kürzeren Fasern in Bezug auf die Faserlänge des eingesetzten Holzmaterials verschoben ist. Insbesondere das Vorhandensein von längeren Fasern in dem lignozellulosischen Material hat jedoch den Vorteil, dass dadurch ein besseres Gitternetzwerk in der Papierbahn ausgebildet werden kann und in der Folge beispielsweise Papiere mit einer erhöhten Streckbarkeit nach ISO 1924-3 erhalten werden können.

[0007] In der Papier- und Kartonstoffindustrie besteht nach wie vor das Erfordernis, einerseits ein Verfahren bereitzustellen, welches bei einem möglichst geringen Energie- und Chemikalieneinsatz, ein optimal aufgeschlossenes Faserprodukt bereitstellen kann und gleichzeitig sichergestellt werden kann, dass dieses Faserprodukt eine möglichst homogene Längenverteilung der Fasern aufweist, um in der Folge daraus Papier oder Pappe mit genau definierten Eigenschaften des Endprodukts herstellen zu können.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein chemisch unterstütztes mechanisches Aufschlussverfahren von Hackschnitzeln bereitgestellt, das im Wesentlichen die folgenden Schritte aufweist:

[0009] a) Herstellen eines Beschickungsmaterials aus Hackschnitzeln;

[0010] b) Kontaktieren des Beschickungsmaterials aus Hackschnitzeln mit Dampf bei einem ersten Druck zwischen 1 und 2 Bar, einer Dampftemperatur zwischen 100 und 110 °C für einen Zeitraum zwischen 10 und 20 Minuten, um ein bedampftes Hackschnitzel-Beschickungsmaterial herzustellen;

[0011] c) in Kontakt bringen des bedampften Hackschnitzel-Beschickungsmaterials mit einer Lösung enthaltend ein stark eutektisches Lösungsmittel, umfassend ein quarternäres Ammoniumsalz und ein Ko-Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen 40 und 120 °C, vorzugsweise 50 bis 100 °C und für eine Zeitdauer zwischen 5 und 15 Minuten, vorzugsweise 5 bis 10 Minuten, wobei ein vorbehandeltes Hackschnitzel-Beschickungsmaterial erhalten wird, wobei eine Konzentration des stark eutektischen Lösungsmittels größer als 92 Massen.-%, vorzugsweise größer als 95 Massen-% gewählt wird und eine Restmenge der Lösung im Wesentlichen aus Wasser besteht, und worin ein molares Verhältnis des quarternären Ammoniumsalzes zu einem Ko-Lösungsmittel zwischen 1: 1 und 1:2 gewählt wird; und

[0012] d) mechanisches Mahlen des vorbehandelten Hackschnitzel-Beschickungsmaterials bei einem Druck zwischen 1 und 3,5 Bar und einer Temperatur über 100 °C.

[0013] Mit einer derartigen Verfahrensführung wird nach einem herkömmlichen Bedampfungsschritt, bei welchem das Beschickungsmaterial erwärmt wird und Luft aus demselben entfernt werden soll, das Beschickungsmaterial mit einem stark eutektischen Lösungsmittel in Kontakt gebracht. Prinzipiell ist eine derartige Vorgangsweise aus der EP 2 876 202 A1 bekannt, jedoch

hat sich überraschenderweise gezeigt, dass es bei einer derartigen Verfahrensführung wesentlich ist, die Reaktionszeit so zu wählen, dass ein nicht erwünschtes Auflösen des in dem Holzstoff enthaltenen Lignins in dem stark eutektischen Lösungsmittel vermieden wird. Wenn, wie dies im Stand der Technik beschrieben ist, Reaktionszeiten von wenigstens 10 Minuten gewählt werden, wird im Wesentlichen eine Wechselwirkung des Lignins mit dem stark eutektischen Lösungsmittel erreicht und ein Aufschluss bzw. Auflösen desselben bewirkt. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, wenn die Reaktionszeit möglichst kurz gewählt wird und gleichzeitig die Reaktionstemperatur niedrig gehalten wird, das Faktum des Auflösens von Lignin und Lignozellulose in den Holzspänen deutlich in den Hintergrund tritt und in erster Linie ein wesentliches Erweichen der Holzspäne als solches erreicht werden kann, ohne das Lignin aus dem Holzstoff herauszulösen, sondern es lediglich so weit zu modifizieren, dass es „weicher“ wird. Wenn bei einer derartigen Verfahrensführung die entsprechend chemisch erweichten Hackschnitzel bzw. chemisch erweichten Holzspäne in der Folge gegebenenfalls nach einem Wasch- und Reinigungsschritt mechanischen vermahlen werden, gelingt es überraschenderweise, ein Fasermaterial zu erhalten, das im Vergleich zur Faserqualität eines Referenzfasermaterials bzw. des Ausgangsmaterials nach dem Mahlschritt deutlich längere Fasern und einen geringeren Anteil an Feinanteilen aufweist, was auf vollständigere und weniger beschädigte Fasern zurückzuführen ist. Ein solcher Holzstoff, der längere und weniger geschädigte Fasern und damit eine deutlich verbesserte Faserqualität gegenüber dem Stand der Technik aufweist, eignet sich aufgrund seiner homogenen Eigenschaften besonders für den Einsatz in der Papierund Kartonindustrie. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Verfahrensführung liegt darin, dass das stark eutektische Lösungsmittel auf möglichst niedriger Temperatur gehalten wird und somit einerseits die Energiebilanz optimiert werden kann und andererseits etwaige nachteiligen Effekte für die Anlage, insbesondere deren Korrosionsneigung bzw. Verschlechterung so weit als möglich hintangehalten werden können. Indem weiterhin das eingesetzte eutektische L6Öösungsmittel im Gegensatz zu den üblicherweise eingesetzten starken Basen und Säuren nicht korrodierend ist, kann beispielsweise eine Korrosion der Anlagenteile hintangehalten werden und dadurch der Einsatz von rostfreiem Stahl für den Anlagenbau vermieden werden. Dadurch gelingt es auch eine unerwünschte Verfärbung der Papier- oder Kartonbahn durch korrodierte Anlagenteile hintanzuhalten.

[0014] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren so geführt, dass das Mahlen in Schritt d) bei einer Temperatur zwischen 100 und 160 °C, insbesondere bei einer im Verlaufe des Mahlens von 115 ° auf etwa 150 °C ansteigenden Temperatur durchgeführt wird, indem die Temperatur während des Mahlens in Schritt d) sukzessive angehoben wird. Zusätzlich oder alternativ wird gemäß einer Weiterbildung das Verfahren so geführt, dass auch der Druck in dem Mahlschritt sukzessive von Werten von 1,0 auf 3,0 bzw. 3,5 Bar angehoben wird. Bei einer derartigen Verfahrensführung gelingt es, den Energieverbrauch in dem Mahlschritt so gering wie möglich zu halten und weiterhin die Mahleffizienz exakt auf das Einsatzmaterial abzustimmen, wodurch es bei einem minimalen Energieverbrauch gelingt eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Qualität der Fasern in dem Holzstoff zu erreichen.

[0015] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren so geführt, dass als quarternäres Ammoniumsalz ein Cholin-Salz oder ein Prolin-Salz eingesetzt wird. Bei Einsatz eines Cholin- bzw. Prolin-Salzes kann ein stark eutektisches Lösungsmittel bereitgestellt werden, welches eine besonders starke Schmelzpunkterniedrigung zeigt und somit eine Verfahrensführung bei niedrigen Temperaturen und relativ niedrigem Energieeinsatz erlaubt.

[0016] Insbesondere wenn, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das verwendete Cholin-Salz ein Cholinchlorid oder das Prolin-Salz ein Prolinchlorid ist, kann sichergestellt werden, dass keine Fremdionen in das Aufschlusssystem eingebracht werden und somit ein gegebenenfalls kompliziertes Abtrennverfahren nach dem Aufschluss mit dem stark eutektischen Lösungsmittel jedenfalls hintangehalten werden kann.

[0017] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird als Ko-Lösungsmittel ein Amid eingesetzt, insbesondere ein Amid gewählt aus der Gruppe bestehend aus Harnstoff, Formamid und Acetamid, welche Amide einerseits stark basisch sind und somit das Aufschlussverfahren deut-

lich erleichtern und andererseits ebenfalls zu einer deutlichen Schmelzpunkterniedrigung des Ammoniumsalzes und somit zu einem starken bzw. tiefen Eutektikum beitragen. Die Verwendung von Harnstoff ist insbesondere aus ökologischen Gründen bevorzugt, da Harnstoff enthaltende Abfallprodukte deponiert werden können oder sogar beispielsweise als Düngemittel für Wälder oder dgl. eingesetzt werden können.

[0018] Mit der Erfindung kann weiterhin ein Papier oder Karton enthaltend Hackschnitzel bzw. Hackgut, das mit einem Aufschlussverfahren gemäß der Erfindung behandelt wurde sowie Hilfsund Zuschlagstoffe gewählt aus der Gruppe der Nassfestmittel, Flockungshilfsmittel, Leimungsmittel, Retentionshilfsmittel und Bleichmittel hergestellt werden. Ein derartig hergestelltes Papier oder eine Pappe weist hierbei besonders homogene Fasern und somit gleichbleibende Eigenschaften über eine gesamte Länge oder Breite des produzierten Papiers auf. Da darüber hinaus die Faserlänge im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Papieren deutlich verlängert ist und die Papiere weiterhin eine deutlich erniedrigte Luftdurchlässigkeit aufweisen, können diese somit insbesondere in Fällen, wo eine besonders dichtes Material gewünscht ist, ohne besondere bzw. ergänzende Oberflächenbehandlung eingesetzt werden.

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0020] In den Ausführungsbeispielen wurden Hackschnitzel bzw. Hackgut, die aus gemeiner Fichte (Picea abies) unter Verwendung einer Verkleinerungsvorrichtung, beispielweise einem Hacker hergestellt wurden, eingesetzt. Die Hackschnitzel wurden in einem ersten Verfahrensschritt einem Bedampfen unterworfen, welches Bedampfen für einen Zeitraum von 10 Minuten bei einem Druck von wenigstens 1,0 Bar, insbesondere einem Druck zwischen 1,0 und 1,5 Bar und einer Temperatur des Dampfs von über 100 °C, günstiger Weise etwa 110 °C durchgeführt wurde. Der Sinn des Bedampfens ist es, Luft aus den Hackschnitzeln bzw. dem Hackgut zu entfernen ebenso wie die Temperatur der Hackschnitzel anzuheben und auf dem gewählten Niveau zu stabilisieren. Unmittelbar nach dem Bedampfen wurden die Hackschnitzel in einem stark eutektischen Lösungsmittel eingeweicht. Hierzu wurde in dem Ausführungsbeispiel 1) eine Mischung aus Cholinchlorid und Harnstoff und 2) aus Cholinchlorid und Glyzerin eingesetzt. Das molare Verhältnis des quaternären Ammoniumsalzes zu dem Ko-Lösungsmittel beträgt in jedem Fall 1:2.

[0021] In einer ersten Testreihe wurden die bedampften Hackschnitzel sowohl bei 50 °C als auch bei 70 °C in die stark eutektische Lösung bestehend aus Cholinchlorid und Harnstoff als auch jene bestehend aus Cholinchlorid und Glyzerin eingeweicht. In einer zweiten Testreihe wurde das Einweichen in einer stark eutektischen Lösung bestehend aus Cholinchlorid und Glycerin bei 70 °C vorgenommen. Das Einweichen in dem stark eutektischen Lösungsmittel wurde jeweils für 10 Minuten vorgenommen, um jedes überschüssige, stark eutektische Lösungsmittel von den Hackschnitzeln nach dem Einweichen zu entfernen, wurde das Material mit warmen Wasser (etwa 40 °C) gespült. Die so erhaltenen Hackschnitzel bzw. das Hackgut wurden einer Mahlvorrichtung bzw. einem Refiner zugeführt und dort einem Mahlvorgang wie folgt unterworfen. In einer Vorheizstufe wurde Wasser eingespritzt, um einen Holzstoff auf einen Massengehalt von 25 % einzustellen. Danach wurde das Mahlen gestartet und hierbei die Temperatur sukzessive von einer Ausgangstemperatur von 100 °C auf 150 °C angehoben und in gleicher Weise der Druck in der Mahlkammer von 1 Bar auf wenigstens 3,0 Bar, insbesondere 3,5 Bar angehoben. Das Mahlen wurde so lange fortgesetzt bis der spezifische Energieverbrauch 2.000 kWhi’/t erreicht hat.

[0022] Nach dem Mahlen wurden die Proben des erhaltenen mechanischen Holzstoffes aus der Mahlvorrichtung entfernt, neuerlich mit warmen Wasser gespült und einem Eindicken unterworfen. Die so eingedickte Pulpe wurde analysiert und die Fasern charakterisiert.

[0023] Zum Vergleich mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung wurden Vergleichsbeispiele gezeigt, bei welchen lediglich ein mechanisches Aufschlussverfahren durchgeführt wurde.

[0024] Die Ergebnisse der Versuche sowie der Vergleichsversuche sind in der nachfolgenden

Tabelle 1 dargestellt. In dieser Tabelle 1 bezeichnet DES 1 die stark eutektische Lösung 1 besteht aus Cholinchlorid und Harnstoff, DES 2 die stark eutektische Lösung bestehend aus Cholinchlorid und Glyzerin, Ref. 1 Vergleichsbeispiel 1 und Ref. 2 Vergleichsbeispiel 2. Die stark eutektische Lösung 1, DES 1, wurde hierbei bei zwei verschiedenen Temperaturen, nämlich 50 °C und 70 °C in dem Verfahrensschritt c) eingesetzt.

[0025] Tabelle 1 Faserqualität als Ergebnisse von allen Holzstoffproben nach dem Mahlen

Ref. 1 DES 1, 50 °C | DES 1,70 °C Ref. 2 DES 2, 70 °C

Wasserretention der 340 565 515 260 260 Pulpe (ml) Faserlänge (mm) 1.563 1.755 1.756 1.639 1.673 Faserbreite (um) 24,1 23,7 23,6 24,4 24,4 Faserverwicklung 6,4 5,2 5,4 6,0 5,5 (%) Feinstoffe (%) 29,60 21,40 21,80 28,10 26,20 Zugfestigkeitsindex 27,4 20,8 25,1 28,2 24,3 (Nm/g) Reißfestigkeit 7,4 7,6 7,6 7,5 6,9 (mNm//g) Helligkeit nach ISO 55,0 45,2 44,7 55,4 53,5 (%) Luftwiderstand 5,6 1,5 3,1 18 14

Gurley (s/100 ml)

[0026] Aus Tabelle 1 ist eindeutig ersichtlich, dass die Holzstoffe, die mit der stark eutektischen Lösung DES 1 hergestellt wurden, eine deutlich längere Faserlänge nach dem Mahlen aufwiesen als jene, die entweder mit der eutektischen Lösung DES 2 oder gemäß den Vergleichsverfahren hergestellt wurden. So ist die Luftdurchlässigkeit der Holzstoffe, die mit DES 1 behandelt wurden, im Vergleich zu allen anderen Holzstoffen deutlich erhöht, was mit der ebenfalls beobachteten Reduktion der Feinstoffe erklärt werden kann. Schließlich kann aus Tabelle 1 ersehen werden, dass die Wasserretention der Fasern, die mit den Lösungen DES 1 und DES 2 behandelt wurden, deutlich gegenüber den Vergleichsbeispielen erhöht ist. Weiterhin kann aus Tabelle 1 ersehen werden, dass der Effekt bei der Behandlung mit dem stark eutektischen Lösungsmittel DES 2 bedeutend geringer als jener mit dem eutektischen Lösungsmittel DES 1 war. Hier waren die Unterschiede in der Faserlänge (längengewichtetes Mittel), des Feinstoffgehalts ebenso wie der Helligkeit im Wesentlichen nicht signifikant, wenn der Holzstoff, der mit DES 2 behandelt wurde, mit dem Vergleichsbeispiel 2 verglichen wurde.

[0027] In einem weiteren Versuch wurde versucht abzuklären, in wie weit mit der Verfahrensführung gemäß der vorliegenden Erfindung das Lignin aus dem Holzstoff herausgelöst wurde und die Holzstoffproben wurden einer chemischen Analyse unterworfen, deren Ergebnis in Tabelle 2 gezeigt sind.

[0028] Tabelle 2 Lignin und Kohlenhydrat-Analyse von allen Holzstoffproben

Ref 1 DES 1, 50 °C | DES 1, 70 °C Ref. 2 DES 2, 70 °C Lignin (Klason), % 26,4 25,8 26,8 26,4 25,0 Galaktose (mg/g) 22,9 19,5 22,9 23,2 19,9 Glukose (mg/g) 44,8 40,0 43,0 44,8 41 Mannose (mg/g) 98,3 93,3 99,2 99,7 92,7 Arabinose (mg/g) 10,9 10,2 10,9 11,3 9,7 Xylose (mg/g) 62,2 57,1 59,9 63,0 56,0 Glukuronsäure 7,2 6,6 5,3 1,7 2,1 (mg/g) Galakturonsäure 15,3 4,5 4,3 15,6 13,3 (mg/g) Kohlenhydrate 262 231 246 259 235 (mg/g)

[0029] Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass alle mit den stark eutektischen Lösungsmitteln behandelten Holzstoffproben im Wesentlichen gleiche Lignin- und Hemizellulosemengen enthielten wie Vergleichsbeispiele 1 und 2. Die Kohlenhydratanalyse zeigte, dass die Behandlung mit DES 1 in einer geringen Auflösung der Hemizellulosen resultierte, wobei die wichtigsten Hemizellulosemonomere, wie Mannose und Xylose keine signifikanten Unterschiede zu den Vergleichsbeispielen zeigten. Einzig der Galakturonsäuregehalt war gegenüber den Vergleichsbeispielen, bei Behandlung mit dem stark eutektischen Lösungsmittel DES 1, stark verringert.

[0030] Zusammenfassend kann gezeigt werden, dass mit der spezifischen Verfahrensführung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Holzstoff erhalten werden kann, der bei einem, im Vergleich zu herkömmlich aufgeschlossenen Spänen, eine bedeutend größere Faserlänge sowie eine deutlich erhöhte Wasserretention aufweist wobei jedoch der Ligningehalt in dem Holzstoff im Wesentlichen unverändert geblieben ist. Mit dem vorliegenden Verfahren wurde somit bei deutlich herabgesetztem Energieeinsatz in dem Mahlschritt, es wurde nur der in etwa die Hälfte der Energie eines Mahlschritts in einem herkömmlichen Verfahren verbraucht, ein Holzstoff mit einer deutlich verbesserten Faserqualität, insbesondere deutlich verlängerten Fasern, erhalten.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren für ein chemisch unterstütztes mechanisches Aufschlussverfahren von Hackschnitzeln umfassend die Schritte:

a) Herstellen eines Beschickungsmaterials aus Hackschnitzeln;

b) Kontaktieren des Beschickungsmaterials aus Hackschnitzeln mit Dampf bei einem ersten Druck zwischen 1 und 2 Bar, einer Dampftemperatur zwischen 100 und 110 °C für einen Zeitraum zwischen 10 und 20 Minuten, um ein bedampftes HackschnitzelBeschickungsmaterial herzustellen;

c) In Kontakt bringen des bedampften Hackschnitzel-Beschickungsmaterials mit einer Lösung enthaltend ein stark eutektisches Lösungsmittel, umfassend ein quarternäres Ammoniumsalz und ein Ko-Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen 40 und 120 °C, vorzugsweise 50 bis 100 °C und für eine Zeitdauer zwischen 5 und 15 Minuten, vorzugsweise 5 bis 10 Minuten wobei ein vorbehandeltes Hackschnitzel-Beschickungsmaterial erhalten wird, wobei eine Konzentration des stark eutektischen Lösungsmittels größer als 92 Massen.-%, vorzugsweise größer als 95 Massen-% gewählt wird und eine Restmenge der L6sung im Wesentlichen aus Wasser besteht, und worin ein molares Verhältnis der quarternären Ammoniumsalzes zu einem Ko-Lösungsmittel zwischen 1:1 und 1:2 gewählt wird; und

d) mechanisches Mahlen des vorbehandelten Hackschnitzel-Beschickungsmaterials bei einem Druck zwischen 1 und 3,5 Bar und einer Temperatur über 100 °C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in Schritt d) bei einer Temperatur zwischen 100 und 160 °C, insbesondere bei einer im Verlaufe des Mahlens zwischen 115° und 150 °C ansteigenden Temperatur durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in Schritt d) mit einem Druckgradienten zwischen 1,0 bis 3,5 Bar durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass als quaternäres Ammoniumsalz ein Cholin-Salz oder ein Prolin-Salz eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das quarternäre Ammoniumsalz aus der Gruppe Cholinchlorid oder Prolinchlorid gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als KoLösungsmittel ein Amid eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Amid aus der Gruppe bestehend aus Harnstoff, Formamid und Acetamid gewählt wird.

Hierzu keine Zeichnungen

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