DE102007036376A1

DE102007036376A1 - Gebleichter Faserstoff

Info

Publication number: DE102007036376A1
Application number: DE200710036376
Authority: DE
Inventors: Hans-Ludwig Dr. Schubert; Esa-Matti Aalto
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-05
Also published as: WO2009015704A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gebleichten Faserstoff aus Holz mit einem Weißgrad von > 80% ISO und einem Bulk von über 1,3 cm<SUP>3</SUP>/g mit - einer Reißlänge von mehr als 7,5 km bei 15 °SR und einem Ligningehalt von mindestens 13%, bezogen auf den otro Faserstoff für Nadelholz im gebleichten Zustand, und mit - einer Reißlänge von mehr als 5,0 km bei 20 °SR und einem Ligningehalt von mindestens 10%, bezogen auf den otro Faserstoff für Laubholz im gebleichten Zustand, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff nach dem Aufschluss nur mit ligninerhaltenden Chemikalien behandelt wurde.

Description

Die Erfindung betrifft einen gebleichten Faserstoff.
Gebleichte Faserstoffe werden an bekannten Fasern, insbesondere Holzstoff und Zellstoff, gemessen. Bei der Erzeugung von Zellstoff wird während des Aufschlusses das Lignin, die Kittsubstanz zwischen den weitgehend aus Cellulose und Hemicellulosen bestehenden Zellen des lignocellulosischen Rohstoffs herausgelöst. Das führende Verfahren zu Herstellung von Zellstoffen ist das Kraftverfahren. Der Aufschluss wird beim Kraftverfahren mit Sulfiden durchgeführt. Andere Zellstoff-Aufschlussverfahren sind das Sulfitverfahren oder das Sodaverfahren. Das Sulfitverfahren kann mit verschiedenen Verfahrensvarianten vom sauren über den neutralen bis zum alkalischen pH-Bereich durchgeführt werden. Während des Aufschlusses wird eine Reduzierung des ursprünglichen Ligningehalts des lignocellulosischen Rohstoffs von etwa 20% bis 28% bezogen auf die otro Masse des Rohstoffs auf ca. 2,5% bis 5% angestrebt.
Der Ligningehalt des Rohstoffs kann im Aufschluss also ohne weiteres bis auf ca. 20% des ursprünglichen Ligningehalts gesenkt werden. Allerdings führen die Aufschlussbedingungen mit den Zwischen- und Abbauprodukten des Lignins und das im Zellstoff verbleibende Restlignin dazu, dass der Zellstoff nach dem Aufschluss Weißgrade von 15% ISO bis 60% ISO aufweist. Der Zellstoff ist also zu dunkel für die meisten industriellen Anwendungen.
Eine Bleiche mit Chemikalien, die das noch vorhanden Restlignin und die verschiedenen Abbauprodukte des Lignins nicht abbauen, hat sich als nicht wirtschaftlich erwiesen. Deshalb schließt in den meisten Zellstoffwerken heute eine Sauerstoff-Stufe an den Aufschluss an. Unter alkalischen Reaktionsbedingungen wird ein erheblicher Teil des Restlignins und der Abbauprodukte des Lignins in Gegenwart von Sauerstoff abgebaut. Die Reaktionsbedingungen erfordern jedoch Druckreaktoren, die bei hohen Temperatu ren betrieben werden und damit erhebliche Aufwendungen für Anlagentechnik und Energie. Erst im Anschluss an die Sauerstoffstufe ist der Einsatz von Bleichmitteln wirtschaftlich, die kein Lignin abbauen.
Holzstoffe, zu denen an dieser Stelle auch Refinerstoffe und Hochausbeute-Faserstoffe gerechnet werden, werden möglichst ohne Verlust an Ausbeute, also bei Erhalt eines möglichst hohen nativen Ligningehalts hergestellt. Holzstoffe werden lediglich mit solchen Chemikalien gebleicht, die das Lignin nicht in nennenswertem Maße abbauen. Weißgrade von 80% ISO und darüber sind für Holzstoffe nicht erreichbar.
Für industrielle Anwendungen stehen damit zwei Gruppen von Fasern zur Verfügung. Zellstoff-Fasern weisen hohe statische und dynamische Festigkeiten und hohe Weißgrade auf. Die faseroptischen Eigenschaften wie z. B. Opazität oder Bulk sind bei Zellstoff-Fasern nicht gut. Holzstoff-Fasern weisen bei gleichen Weißgraden in der Regel geringe Festigkeiten auf. Sie bieten aber gute optische Eigenschaften.
Es besteht die Aufgabe, Fasern bereitzustellen, die bei hohen Festigkeiten und Weißgraden gleichzeitig gute optische Eigenschaften aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit einem Faserstoff nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein gebleichter Faserstoff aus Holz vorgeschlagen, der einen Weißgrad von > 80% ISO und einen Bulk von 13 cm₃/g sowie gleichzeitig eine Reißlänge von mehr als 7,5 km bei 15°SR und einen Ligningehalt von mindestens 13% bezogen auf den otro Faserstoff für Nadelholz im gebleichten Zustand und eine Reißlänge von mehr als 5,0 km bei 20°SR und einen Ligningehalt von mindestens 10% bezogen auf den otro Faserstoff für Laubholz im gebleichten Zustand aufweist, wobei der Faserstoff nach dem Aufschluss nur mit ligninerhaltenden Chemikalien behandelt wurde.
Ein Faserstoff, der sich bei Erhalt guter faseroptischer Eigenschaften und Festigkeitseigenschaften auf hohe Weißgrade bleichen lässt, wird z. B. hergestellt, indem lignocellulosischer Rohstoff mit einer Sulfitlösung versetzt wird und bei hohen Temperaturen aufgeschlossen wird. Der Aufschluss wird so rechtzeitig beendet, dass die Ausbeute bei über 75% bezogen auf den otro Rohstoff liegt. Der so hergestellte Faserstoff weist eine Reißlänge von mehr als 7,5 km bei 15°SR und einen Ligningehalt von mindestens 13% bezogen auf den otro Faserstoff für Nadelholz im gebleichten Zustand auf. Für Laubholz weist ein so hergestellter Faserstoff eine Reißlänge von mehr als 5,0 km bei 20°SR und einen Ligningehalt von mindestens 10% bezogen auf den otro Faserstoff im gebleichten Zustand auf.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Faserstoff nach einer Bleiche einen Weißgrad auf, der mindestens 85% ISO für Nadelholz-Faserstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 13% bezogen auf den otro Nadelholz-Faserstoff und für Laubholz-Faserstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 10% bezogen auf den otro Laubholz-Faserstoff beträgt. Insbesondere wenn der Faserstoff nach dem vorbeschriebenen Verfahren unter Einsatz einer Sulfitlösung hergestellt ist, lässt sich der Faserstoff auch mit hohem Ligningehalt auf sehr hohe Weißgrade bleichen.
Bevorzugt wird ein gebleichter Faserstoff vorgeschlagen, der als Nadelholz-Faserstoff bei 15°SR eine Reißlänge von mehr als 9 km, vorzugsweise von mehr als 10 km aufweist, und
als Laubholz-Faserstoffbei 20°SR eine Reißlänge von mehr als 5,5 km aufweist. Wird ein mit einer Sulfitlösung aufgeschlossener Faserstoff gebleicht, dann kann die Aufhellung des Faserstoffs so schonend erfolgen, dass hohe Festigkeiten erhalten bleiben.
Der Forderung nach insgesamt hohen Festigkeitseigenschaften kommt bevorzugt ein gebleichter Faserstoff nach, der als Nadelholz-Faserstoff einen Ligningehalt von mehr als 13% bei 15°SR eine Durchreißfestigkeit von mehr als 60 cN, bevorzugt von mehr als 70 cN aufweist, und der als Laubholz-Faserstoff einen Ligningehalt von mehr als 10% bei 20°SR eine Durchreißfestigkeit von mehr als 50 cN aufweist. Damit weist der erfindungsgemäße Faserstoff sowohl hohe statische Festigkeit (Reißlänge) als auch hohe dynamische Festigkeit (Durchreißfestigkeit) auf.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Faserstoff durch eine Kombination von Bleichmitteln, insbesondere durch oxidierende und reduzierende Chemikalien gebleicht. Die Kombination mehrerer Bleichmittel ermöglicht eine individuelle Anpassung an die Anforderungen, die an den gebleichten Faserstoff gestellt werden.
Weißgrad, Bulk, Opazität und andere Eigenschaften des gebleichten Faserstoffs können auf diese Weise individuell eingestellt werden.
Als Bleichmittel eignen sich sowohl reduktive als auch oxididaktive Bleichmittel, vorzugsweise Peroxid, Formamidinsulfonsäure (FAS), Dithianit, Borol und/oder Peressigsäure. Diese Bleichmittel können mit wirtschaftlich vertretbarem Anlagen- und Energieaufwand eingesetzt werden. Ein mit diesen Bleichmitteln gebleichter Faserstoff ist im Vergleich zu Zellstoff und Holzstoff sehr wettbewerbsfähig.
Das ligninerhaltende Bleichen eines Faserstoffs aus Holz allein mit ligninerhaltenden Chemikalien trägt zur Erhaltung eines hohen Bulks bei. Der Bulk bleibt ein Wert von über 1,3 cm³/g ist für Faserstoffe aus Holz mit einer Reißlänge von mehr als 5 km bei 20°SR für Laubholz und Nadelholz-Faserstoffe mit einer Reißlange von mehr als 7,5 km bei 15°SR bisher nicht bekannt, insbesondere dann, wenn es sich um gebleichte Faserstoffe mit einem Weißgrad von über 75% ISO handelt.
Das ligninerhaltende Bleichen von lignocellulosischen Faserstoffen, die insbesondere unter Einsatz von Sulfiten erzeugt wurden, mit ligninerhaltenden Bleichmitteln wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die nachfolgend beschriebene Beispiele wurden gemäß der folgenden Vorschriften ausgewertet:

– Die Ausbeute wurde durch Wägung des eingesetzten Rohstoffs und des nach dem Aufschluss oder der Bleiche erhaltenen Zellstoffs, jeweils bei 105°C auf Gewichtskonstanz (atro) getrocknet, berechnet.
– Die papiertechnologischen Eigenschaften wurden an Prüfblättern bestimmt, die nach Zellcheming-Merkblatt V/8/76 hergestellt wurden.
– Der Mahlgrad wurde nach Zellcheming-Merkblatt V/3/62 erfaßt.
– Das Raumgewicht (Bulk) wurde nach Zellcheming-Vorschrift V/11/57 ermittelt.
– Die Reißlänge wurde nach Zellcheming-Vorschrift V/12/57 bestimmt.
– Die Durchreißfestigkeit wurde nach DIN 53 128 Elmendorf ermittelt.
– Der Weißgrad wurde ermittelt durch Herstellung der Prüfblätter nach Zellcheming-Merkblatt V/19/63, gemessen wurde nach SCALA C 11:75 mit einem Datacolor elrepho 450 × Photometer; die Weiße ist in Prozent nach der ISO-Norm 2470 angegeben.
– Die Opazität wurde nach der Vorschrift Zellcheming Merkblatt VI/1/66 bestimmt.
– Die Angabe "otro" in diesem Dokument bezieht sich auf "ofentrockenes" Material, das bei 105°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wurde.

Die Chemikalien für die Bleiche sind in Gewichtsprozent angegeben, soweit nicht anders erläutert.
Eukalyptus-Hochausbeutefaserstoff mit einem Ausgangs-Weißgrad von 61% ISO wurde zumachst mit einer Q-Stufe behandelt. Anschließend folgte eine Peroxid-Bleiche sowie eine abschließende Bleiche mit Formamidinsulfonsäure (FAS-Bleiche).
Q-Stufe
Die Q-Stufe wurde mit 0,2% DTPA bei 3% Stoffdichte für 60 Minuten und bei einer Reaktionstemperatur von 70°C durchgeführt. Der pH-Wert wurde mittels 4 N Schwefelsäure auf einen Wert zwischen 5 und 5,5 eingestellt. Am Ende der Q-Stufe betrug der Weißgrad 65% ISO.
P-Stufe
Die anschließende Peroxid-Stufe wurde mit 3% Peroxid, 1,5% NaOH, 0,1% MgSO₄ und 0,05% DTMPA durchgeführt. Unter Verbrauch von 64% des eingesetzten Peroxides wurde ein Weißgrad von 81% ISO erreicht. Die P-Stufe wurde über 180 Minuten bei 80°C und einer Stoffdichte von 10% durchgeführt.
FAS-Stufe
Die abschließende FAS-Stufe wurde bei 99°C über einen Zeitraum von 30 Minuten bei der Stoffdichte von 10% durchgeführt. Bezogen auf den otro Eukalyptus-Hochausbeutefaserstoff wurden 0,4% NaOH, 0,3% Na₂SiO₃ und 0,5% FAS eingesetzt. Zu Beginn der Bleiche stellte sich ein pH-Wert von 10,2 ein. Am Ende der Bleiche wurde ein pH-Wert von 9,35 gemessen. Der End-Weißgrad wurde mit 86,5% ISO bestimmt.
Der so gebleichte Faserstoff wurde innerhalb von 4 Minuten auf einen Mahlgrad von 20°SR gemahlen. Bei diesem Mahlgrad wurde eine Reißlänge von 5,51 km und eine Durchreißfestigkeit von 55,0 cN (100 g/m²) gemessen. Die Opazität beträgt 82,5%. Der Bulk wurde mit 1,39 cm³/g bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 53 128 [0018]
- ISO-Norm 2470 [0018]

Claims

Gebleichter Faserstoff aus Holz mit einem Weißgrad von > 75% ISO und einem Bulk von über 1,3 cm₃/g mit – einer Reißlänge von mehr als 7,5 km bei 15°SR und einem Ligningehalt von mindestens 13% bezogen auf den otro Faserstoff für Nadelholz im gebleichten Zustand und mit – einer Reißlänge von mehr als 5,0 km bei 20°SR und einem Ligningehalt von mindestens 10 % bezogen auf den otro Faserstoff für Laubholz im gebleichten Zustand, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff nach dem Aufschluss nur mit ligninerhaltenden Chemikalien behandelt wurde.
Faserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff nach einer Bleiche einen Weißgrad aufweist, der – mindestens 80% ISO für Nadelholz-Faserstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 13% bezogen auf den otro Nadelholz-Faserstoff und – mindestens 85% ISO für Laubholz-Faserstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 10% bezogen auf den otro Laubholz-Faserstoff beträgt.
Faserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gebleichte Faserstoff – als Nadelholz-Faserstoff bei 15°SR eine Reißlänge von mehr als 9 km, vorzugsweise von mehr als 10 km aufweist, und – als Laubholz-Faserstoff bei 20°SR eine Reißlänge von mehr als 5,5 km aufweist.
Faserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gebleichte Faserstoff – als Nadelholz-Faserstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 13% bei 15°SR eine Durchreißfestigkeit von mehr als 60 cN, bevorzugt von mehr als 70 cN aufweist, und – als Laubholz-Faserstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 10% bei 20°SR eine Durchreißfestigkeit von mehr als 50 cN aufweist.
Faserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff durch oxidierende und reduzierende Chemikalien gebleicht wurde.
Faserstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff durch Peroxid, Formamidinsulfonsäure (FAS), Borol und/oder Peressigsäure gebleicht ist.