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Die
Erfindung betrifft das Bleichen von lignocellulosischen Primärfasern
unter Verwendung von Formamidin-Sulfonsäure (FAS) und oxidierend
wirkenden Chemikalien.
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Als
Primärfasern werden im Zusammenhang mit dieser Erfindung
solche Fasern bezeichnet, die durch chemische und/oder mechanische
Verfahren unmittelbar aus lignocellulosischem Rohstoff wie Nadelholz, Laubholz
oder Einjahrespflanzen hergestellt wurden. Demgegenüber
sind Sekundärfasern solche Fasern aus lignocellulosehaltigem
Rohstoff, die bereits einmal zu Produkten wie Papier, Pappe, Karton
oder dergleichen verarbeitet wurden, und deren Weißgrad
sich durch Licht- und Temperatureinwirkung sowie Farbstoffe geändert
hat. Sekundärfasern sind ein begehrter, weil preiswerter
Rohstoff. Sie werden für eine wiederholte Verwendung aufbereitet,
indem das Papier, die Pappe oder der Karton aufgelöst und
von Verunreinigungen befreit wird. Zu den Verunreinigungen zählen
unter anderem Farbstoffe oder gefärbte Füllstoffe.
FAS zeigt gegenüber diesen Komponenten eine gute Reaktivität
und wird deshalb zum Entfärben von Sekundärfasern
eingesetzt.
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Die
Bleiche von Primärfasern wird entweder als delignifizierende
Bleiche durchgeführt, um etwa noch vorhandenes Restlignin
aus dem Zellstoff zu entfernen. Oder aber es wird angestrebt, nur
chromophore Gruppen zu entfernen und dabei von der Fasermasse so
wenig wie möglich zu entfernen, also auch das Lignin weitgehend
zu erhalten. Es hat sich herausgestellt, dass FAS gut geeignet ist,
chromophore Gruppen an Primärfasern abzubauen oder umzuwandeln.
Dabei reagiert FAS mit solchen Primärfasern, die durch
ein chemisches Herstellungsverfahren, nämlich durch ein
Sulfitverfahren hergestellt wurden. Auch Fasern, die sowohl durch chemische
als auch mechanische Einwirkung erzeugt wurden (CTMP-Fasern), können
wirksam mit FAS aufgehellt werden. Als besonders wirksam hat sich
das ligninerhaltende Bleichen von Primärfasern mit hohem
Ligningehalt erwiesen, die unter Einsatz einer Sulfitlösung
hergestellt wurden. Typischerweise erfolgt das Bleichen der lignocellulosehaltigen
Primärfasern mit FAS in der Weise, dass die Fasern in einer
wässrigen Suspension vorliegen, die auf eine Stoffdichte
von mindestens 10% und auf eine Temperatur von mindestens 80°C eingestellt
ist. Der so eingestellten Primärfaser-Suspension wird mindestens
0,25% FAS zugesetzt. Die Dauer der Bleiche beträgt mindestens
1 Minute.
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Die
FAS-Bleiche allein bewirkt – wie vorstehend ausgeführt – eine
signifikante Steigerung des Weißgrads. Für den
Fall, dass diese Weißgrad-Steigerung nicht ausreicht, kann
die FAS-Bleiche vorteilhaft mit anderen Bleichbehandlungen kombiniert
werden, um insgesamt eine Weißgrad-Steigerung zu erreichen,
die durch eine einzelne Bleichbehandlung nicht erreicht werden kann.
Dabei hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass die FAS-Bleiche
sowohl vor als auch nach anderen Bleichbehandlungen erfolgen kann.
Aus wirtschaftlichen Erwägungen wird in den meisten Fällen
eine kurze, zwei- bis dreistufige Bleichfolge bevorzugt werden. Es
ist aber auch ohne weiteres möglich, FAS in komplexen,
mehrstufigen Bleichfolgen einzusetzen. Bevorzugt wird die FAS-Bleiche
vor oder nach der Bleiche mit sauerstoffhaltigen Bleichmitteln eingesetzt.
Hohe Weißgradsteigerungen ergeben sich zum Beispiel vor
oder nach einer Sauerstoff oder einer Peroxidbleiche.
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Bei
der ligninerhaltenden Bleiche sollen idealerweise neben einer Weißgradsteigerung
die Festigkeitseigenschaften, insbesondere die Reißlänge,
verbessert werden, ohne andere Fasereigenschaften, insbesondere
faseroptische Eigenschaften zu verschlechtern. Ein Problem der ligninerhaltenden
Bleiche von Primärfasern ist die Stabilisierung des einmal
in der Bleiche erhaltenen Weißgrads. Unter Einwirkung von
Wärme und Licht verringert sich der nach der Bleiche erhaltenen
Weißgrad, es kommt zum unerwünschten Vergilben
des Faserstoffs.
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Es
ist also Aufgabe der Erfindung, ein Bleichverfahren bereitzustellen,
mit dem unter wirtschaftlichen Bedingungen auch nach dem Altern
der Primärfasern ein hoher Weißgrad erreicht werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Bleichen von
Primärfasern mit den Schritten
- – Bleichen
der Primärfasern in einer 1. Stufe mit Peroxid
- – Bleichen der Primärfasern in einer 2. Stufe
mit FAS (Formamidin-Sulfonsäure), anschließend
- – Bleichen der Primärfasern in einer Schluss-Stufe
mit Peroxid, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bleichen der Primärfasern
in der Schluss-Stufe das Filtrat der vorangegangenen Peroxid-Stufe
eingesetzt wird.
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Es
hat sich herausgestellt, dass eine Bleichsequenz, bei der eine 1.
Stufe mit Peroxid durchgeführt wird, und die dann mit einer
2. Stufe unter Einsatz von FAS fortgesetzt wird, zwar schon ein
erheblicher Weißgradanstieg erreicht wird. Allerdings ist
die Weißgradstabilität von Primärfaserstoffen,
deren Bleichsequenz mit einer reduktiven FAS-Stufe endet, nicht
zufriedenstellend.
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Erfindungsgemäß schließt
deshalb eine zweite Peroxid-Anwendung die Bleichsequenz nach der FAS-Bleiche
ab. Diese Schluss-Stufe unter Einsatz von Peroxid, in der Regel
Wasserstoffperoxid (H2O2),
reduziert den Weißgradverlust des gebleichten Primärfaserstoffs,
der durch Wärme und/oder Licht induziert wird. Als vorteilhafter
Bestandteil der Erfindung hat sich gezeigt, dass die Schluss-Stufe
mit Peroxid nicht mit frischem oder zusätzlichem Peroxid-Einsatz
durchgeführt wird. Es wird als besonderer Vorteil der Erfindung
angesehen, dass das Filtrat der 1. Stufe noch genügend
Rest-Peroxid (in der 1. Stufe unverbrauchtes Peroxid) enthält,
um die gewünschte Weißgrad-Stabilisierung in der
Schluss-Stufe zu erreichen. In dieser Reihenfolge ist es nicht das
Ziel der Schluss-Stufe mit Peroxid, die Weißgradsteigerung
zu maximieren. Ziel der Schluss-Stufe ist es vielmehr, einen maximalen
Weißgrad nach Alterung des Primärfaserstoffs zu
erreichen.
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Aus
diesem Grund genügt es nach einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung, wenn das Filtrat der 1. Peroxid-Stufe mindestens
0,5% aktives Rest-Peroxid (also in der 1. Peroxid-Stufe nicht verbrauchtes
Peroxid) bezogen auf otro Faserstoff, enthält, um die gewünschte
Weißgradstabilität zu erreichen. Ein größerer
Gehalt an aktivem Rest-Peroxid, beispielsweise mehr als 1,0%, mehr
als 1,5% oder mehr als 2,0% Peroxid, jeweils bezogen auf otro Faserstoff,
im Filtrat der 1. Stufe wirkt vorteilhaft, ist aber nicht unbedingt
erforderlich.
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Da
die 1. Stufe mit Peroxid auf Weißgradsteigerung hin optimiert
ist, ist es von Vorteil, wenn der Verbrauch an Peroxid in dieser
Stufe nicht 100% betragen muss. Die erfindungsgemäße
Maßnahme der Filtrat-Rückführung, ermöglicht
es, in der ersten Peroxid-Stufe einen geringeren Peroxid-Verbrauch
zu tolerieren. Dies erweitert die Möglichkeiten der Verfahrensführung
in der 1. Stufe beträchtlich.
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Die
erfindungsgemäße Bleichsequenz für Primärfasern
kann innerhalb einer großen Bandbreite des Peroxid-Einsatzes
in der ersten Stufe durchgeführt werden. Es hat sich als
vorteilhaft erwiesen, wenn der Einsatz von Peroxid in der 1. Stufe
bis zu 8%, bevorzugt bis zu 6%, besonders bevorzugt bis zu 5%, vorteilhaft bis
zu 3%, jeweils bezogen auf otro Faserstoff beträgt.
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Die
Schluss-Stufe kann nach einer bevorzugten Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens kurz gehalten sein.
Eine Reaktionsdauer von bis zu 30 Minuten ist völlig ausreichend,
um die gewünschte Weißgradstabilisierung zu erreichen.
Je nach Verfahrensführung, Bleichtemperatur, Stoffdichte
usw. kann aber eine Bleichdauer von bis zu 60 Minuten, bevorzugt
von bis zu 90 Minuten erforderlich sein.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die vorbeschriebene
Bleichsequenz um mindestens eine weitere Stufe erweitert. Es kann
beispielsweise eine Q-Stufe vorgeschaltet werden, die Komplexbildner
wie DTPA, EDTA und/oder MgSO4 enthält.
So werden Schwermetalle entfernt, was die Effizienz insbesondere
von oxidativen Bleichstufen steigert. Es können weitere
Bleichstufen, z. B. unter Einsatz von Sauerstoff oder Ozon durchgeführt
werden. Die zusätzlichen Bleichstufen können an
beliebiger Stelle der Bleichsequenz durchgeführt werden.
Es wird aber bevorzugt, dass die 2. Stufe und die 3. Stufe den Abschluss
der Bleichsequenz bilden.
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Details
der erfindungsgemäßen, den Weißgrad stabilisierenden
Bleiche von lignocellulosischen Primärfasern werden nachfolgend
anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Die
Peroxid-Stufe wurde mit 4% H2O2 und
2% NaOH bei einer Stoffdichte von 12 über 90 Minuten bei 80°C
durchgeführt. Nach der Peroxidbehandlung wurde ein Weißgrad
von 64% ISO gemessen. Die FAS-Stufe wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
1,0% FAS, 0,5% Natriumsilikat und 0,5% Natronlauge in wässriger
Lösung reagieren bei 10% Stoffdichte mit Fichten-Faserstoff
für 30 Minuten bei 99,9°C Die Chemikalien für
die Bleiche sind in Gewichtsprozent angegeben, soweit nicht anders
erläutert.
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Für
diesen in zwei Stufen gebleichten Eukalyptus-Faserstoff wurde ein
Weißgrad von 76,2% ISO bestimmt. Der Weißgrad
wurde ermittelt durch Herstellung der Prüfblätter
nach Zellcheming-Merkblatt V/19/63, gemessen wurde nach SCAN C 11:75
mit einem Datacolor elrepho 450 × Photometer; die Weiße
ist in Prozent nach der ISO-Norm 2470 angegeben.
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Ein
Teil des so gebleichten Eukalyptus-Faserstoffs wurde weiter einer
abschließenden Peroxid-Bleiche unterzogen. Unter denselben
Reaktionsbedingungen wie zuvor für die erste Peroxid-Stufe
beschrieben, wurde mit dem Filtrat der 1. Stufe, das einen Gehalt
an aktivem Peroxid von 1% aufwies, wurde der P-FAS-gebleichte Eukalyptus-Faserstoff
behandelt. Am Ende dieser Bleichsequenz wurde ein Weißgrad
von 78% ISO bestimmt. Tabelle 1 Vergleich zur Weißgradstabilsierung
von Eukalyptus-Faserstoff
| Eukalyptus-Faserstoff | P-FAS
gebleicht | P-FAS-P
gebleicht |
| o-Probe | 76,2%
ISO | 78,0%
ISO |
| Nach
24 Stunden UV | 75,3%
ISO | 76,6%
ISO |
| Nach
96 Stunden UV | 74,9%
ISO | 76,2%
ISO |
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Nach
Alterung des Primärfaserstoffes zeigt sich, daß der
P-FAS-P gebleichte Faserstoff einen deutlich höheren Weißgrad
(76,2%, ISO) aufweist als der mit P-FAS-gebleichte Eukalyptus-Faserstoff
(74,9%, ISO).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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