DE1074390B - Verfahren zur Herstellung von Papierstoff aus fasei parallel geschnittenen Holzfolien - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Das Holz von Laubholzarten, insbesondere solches mit höherer Rohwichte, wie z. B. Rotbuchenholz, ist auf Grund seiner botanisch-morphologischen Eigenart im Vergleich mit gebräuchlichem Nadelholz, insbesondere Fichtenholz, nicht oder nur bedingt zur Erzeugung rein mechanisch hergestellter Papierstoffe, wie Holzschliff u. dgl., zur Fabrikation von Pappen, Papier, Holzfaserplatten u. dgl. geeignet.

Es ist bekannt, durch Behandlung von Laubholz, das mittels Hackmaschinen zu mehr oder weniger groben Hackschnitzeln zerkleinert ist, mit verdünnten wäßrigen Lösungen von Chemikalien bei Zimmertemperatur oder erhöhter Temperatur unter Teilauslösung chemischer Anteile des Holzes, insbesondere von Hemicellulose und Lignin, den Zellverband des Holzes zu schwächen und anschließend unter Verwendung von Maschinen mit umlaufenden Mahl-, Quetsch- oder Zerfaserungsvorrichtungen den Zellverband des Laubholzes mechanisch zu lösen und somit auch aus Laubholz Papierstoffe zu gewinnen, die in einem gewissen Umfange zur Herstellung von Pappen, Papier, Holzfaserplatten usw. geeignet sind. Derartige Verfahren zur Herstellung von Papierstoffen aus Laubhölzern erfordern jedoch im Vergleich mit der rein mechanischen Herstellung von Stoffen aus Nadelhölzern, wie z. B. Holzschliff, zusätzlich einen Aufwand an Chemikalien und machen ferner den Einsatz größerer apparativer Einrichtungen notwendig. Nachteilig ist dabei weiterhin, daß bei einer solchen chemischen Vorbehandlung des Holzes zur mechanischen Zerfaserung etwa 8 bis 15 Gewichtsteile des Laubholzes aufgelöst werden, wodurch die Ausbeute vermindert wird und insbesondere die ausgelösten organischen Substanzen einschließlich der Chemikalien in das Abwasser gelangen, so daß eine Klärung, Aufbereitung oder Beseitigung des Abwassers erforderlich ist. Die Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Papierstoffen aus Laubholz unter Berücksichtigung der erforderlichen Erweiterung der Rohstoffbasis für die Pappen-, Papier- und Holzfaserplattenindustrie ist daher entscheidend abhängig von der Güte des ausgebrachten Holzfaserstoffs, den erforderlichen Chemikalien-, Apparate- und Arbeitsaufwand, der zweckmäßigen Durchführung des Verfahrens und der Behebung etwa auftretender Schwierigkeiten bei der Abwasserbeseitigung.

Durch die Erfindung werden Vorteile geschaffen, die die wirtschaftlichrtechnische Herstellung von Papierstoffen aus Laubholz ermöglichen, Die wesentlichen Merkmale des Verfahrens bestehen- darin, daß Laubholz in feuchtem oder waldfrischem Zustand mittels Zerspanungsmaschinen zu· Spänen -mit einer Länge von 10 bis 30 mm und einer Breite von 5 bis 20 mm verarbeitet, diese Späne mit alkalischen Auf-Verfahren zur Herstellung

von Papierstoff aus faserparallel

geschnittenen Holzfolien

Anmelder:

Dr.-Ing. Wilhelm Klauditz,
Braunschweig, Harzburger Str. 7

Dr.-Ing. Wilhelm Klauditz, Braunschweig,
ist als Erfinder genannt worden

Schlußflüssigkeiten gegebenenfalls unter Zusatz von Oxydationsmitteln besprüht, bis zu 8 Stunden bei Temperaturen unterhalb 80° C der Einwirkung der Chemikalien überlassen, gegebenenfalls von einem Teil der ihnen innewohnenden Flüssigkeiten, z. B. durch Abpressen, befreit und schließlich mechanisch zerfasert werden. Dies setzt voraus, daß es bereits bekanntgeworden ist, zur Bereitung von Zellstoff Holzschnitzel zu verwenden, die wesentlich geringere Abmessungen haben als bisher üblich. Dabei handelt es sich um Holzspäne, die nicht dünner als 0,25 mm und nicht dicker als 2,5 mm sind und normalerweise zwischen 0,75 und 1,75 mm liegen. Dieser Dickenbereich liegt etwas höher als der, bei Durchführung der Erfindung angewendete, was durch die bekannte Behandlung der Holzspäne in Flüssigkeiten begründet ist, denen die Späne eine erheblich größere Widerstandskraft entgegensetzen müssen als die Späne beim Verfahren nach der Erfindung, bei dem die Flüssigkeit auf die Späne aufgesprüht wird. Es ergeben sich daher Vorteile bei der Durchführung des Verfahrens, wenn es auch an sich bekannt ist, die Späne möglichst dünn zu machen, um die Einwirkung der Chemikalien schnell, gründlich und gleichmäßig zu ermöglichen, und die Späne selbst in einem möglichst engenDickenbereieh zu halten, um ein möglichst homogenes Endprodukt zu erhalten.

Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung beruht also in der Verwendung von Laubholz, der sehr sparsamen Verwendung hochkonzentrierter chemischer Flüssigkeiten mit der Auswirkung, den apparativen Aufwand sehr klein halten zukönnen, der Vermeidung eines erheblichen thermischen Aufwandes und des da-

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durch bedingten Einrichtungsaufwandes, der Einsparung der Einrichtungen für Abfuhr, Aufbereitung und Zuleitung des Überschusses an Behandlungsflüssigkeit sowie der Möglichkeit, wegen der Kleinheit des geringen Stoffschüttgewichtes billige Fördereinrichtungen vorsehen zu können.

Es ergeben sich also erhebliche Vorteile bei dem erfindungsgemäß durchgeführten Verfahren, obwohl dessen einzelne Merkmale nicht nur für sich, sondern auch in Teilkombinationen als an sich bekannt anzusehen sind.

Das transport- und schüttfähige Spangut wird in rotierende Trommeln od. dgl. eingebracht, in denen die Holzspäne umgewälzt bzw. gemischt werden und mit verdünnten wäßrigen Lösungen von Chemikalien vorwiegend bei Temperaturen von 20 bis 50° C so behandelt werden, daß diese mit einer Temperatur von vorwiegend etwa 20° C oder auch auf etwa 40 bis 70° C erwärmt, mittels Düsen in feinverteiltem Zustand auf die Oberfläche der in Umwälzung befindlichen Späne aufgesprüht werden. Durch die Anwendung verhältnismäßig recht dünner Holzspäne und den speziellen Vorgang der Chemikalienzuführung wird eine gleichmäßige Aufbringung und Einwirkung der Chemikalien auf das Holz gewährleistet, so daß nach einer bestimmten Reaktionszeit bei Zwischenlagerung der feuchten Holzspäne, z.B. in einem Silo bei normaler Temperatur von 20° C oder bis auf 60° C erhöhter Temperatur, gegebenenfalls durch Einbringung von etwas Dampf in das Spangut, ein gleichmäßig chemisch verändertes Holzmaterial erhalten wird. Die aufzubringende Chemikalienlösung wird in ihrer Konzentration so gewählt, daß auf die dünnflächigen Holzspäne mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 50 bis 150%, bezogen auf absolut trockenes Material, etwa 100 bis 150 Volumteile bzw. Gewichtsteile der Lösung der jeweiligen Chemikalien aufgesprüht werden, so daß nach der Besprühung das Spangut einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 200 bis 300% besitzt. Je nach der Höhe der Chemikalienmenge, die auf die dünnflächigen Holzspäne einwirken soll, wird die Konzentration der Chemikalienlösung bemessen. Nach Abschluß der chemischen Behandlung, die in ihrer Zeitdauer und hinsichtlich der Reaktionstemperatur einstellbar ist, ist durch die besondere Beschaffenheit der Späne die Möglichkeit gegeben, anschließend durch Anwendung gebräuchlicher Diffusionswaschverfahren oder durch Abpressung die Chemikalien einschließlich der gelösten organischen Stoffe aus dem Spangut auszuwaschen und dabei verhältnismäßig konzentrierte Lösungen der Ablauge und der gelösten Chemikalien und organischen Substanzen zu gewinnen, die dann einer Aufbereitung zugänglich sind, insbesondere wenn die Ablaugen sowohl bei der Herstellung der anfänglichen Chemikalienlösung als auch beim Waschprozeß in üblicher Weise zur Erhöhung ihrer Konzentration an gelösten Stoffen im Umlauf gehalten werden.

Die Festigkeit des Holzes in den behandelten Spänen wird nach dem Verfahren der chemischen Behandlung gemäß der Erfindung herabgesetzt, und zwar in einer Größenordnung, daß die Späne nach der Behandlung, gemessen an ihrer Zugfestigkeit, gegenüber dem eingesetzten, feuchten und unbehandelten Holz eine Verminderung ihrer Zugfestigkeit um 70 bis 30% erfahren. Durch diese Verminderung der Gefügefestigkeit des Zellverbandes in den Spänen nach Anwendung der beschriebenen Arbeitsvorgänge wird es ermöglicht, die Holzspäne in üblichen Zerfaserungsmaschinen mit . umlaufenden Mahlwerkzeugen u. dgl. zu hochwertigem Holzfaserstoff zu zerfasern. Dabei wurde als weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung gefunden, daß es durch die Gleichmäßigkeit der chemischen Behandlung, bedingt durch die geringe Dicke der dünnflächigen Holzspäne sowie durch die Eigenart der verwendeten Spanform, erreicht werden kann, mit üblichen Zerfaserungsmaschinen einen recht gleichmäßigen und hochwertigen Papierstoff zu gewinnen, der in dieser guten

ίο Beschaffenheit bei der Zerfaserung von grob gehacktem Holz nicht zu erreichen ist.

Als Chemikalien zur Herabsetzung der Gefügefestigkeit des Holzes vor der mechanischen Aufbereitung können vorwiegend Laugen, aber auch Gemische von Laugen und Oxydationsmitteln verwendet werden, wie z. B. Natronlauge, gegebenenfalls unter Zusatz von Natriumhypochlorit, Natriumchlorit, Wasserstoffsuperoxyd, Natriumsuperoxyd usw. Die Lösungen der Chemikalien können gegebenenfalls zeitlich nacheinander auf das dünnflächige Spangut aufgesprüht werden. Durch Dosierung der Chemikalien und der Einwirkungszeit der Chemikalien kann die Verminderung der Gefügefestigkeit des Holzes entsprechend eingestellt werden, wobei jedoch im allgemeinen angestrebt wird, die Gefügefestigkeit der Holzspäne nach der Behandlung auf 30 bis 70% der anfänglichen Gefügefestigkeit der unbehandelten Holzspäne herabzusetzen, wozu zumeist ein Chemikalienaufwand von 6 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das eingesetzte Laubholz und berechnet auf dessen absolut trockenen Zustand, erforderlich ist.

Das Verfahren bietet die Möglichkeit, verschiedene Laubholzarten gemischt miteinander zu verarbeiten, wie z. B. Holz von Buche, Birke, Pappel, Erle oder andere mitteleuropäische, subtropische oder tropische Laubholzarten. In diesem Falle werden die Holzarten in Form von Knüppeln, Rundholz oder geeignetem stückigem Abfallholz in Mischung miteinander der Zerspanungsmaschine zugeführt. Werden Holzarten verarbeitet, die sich stark in ihrer Rohwichte unterscheiden, wie z. B. Holz von Pappeln einerseits und Holz von Rotbuchen oder Hainbuchen andererseits, so empfiehlt es sich, gegebenenfalls diese Holzarten getrennt zu zerspanen und die schwereren Holzarten zu etwas dünneren, flächigen Holzspänen aufzubereiten, da andernfalls bei gleicher Dicke der Späne der verschieden schweren Holzarten, bezogen auf das Gewicht der Späne, bei der Besprühung mit der geringen Menge von Chemikalienlösung den schweren Holzarten eine prozentual geringere Chemikalienmenge zugeführt würde als den Spänen aus den leichteren Holzarten, was dann zu einer Beeinträchtigung der Qualität des nach dem Verfahren erzeugten Papierstoffs führen kann.

Als vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, die Holzspäne nach der Behandlung einer Pressung oder Quetschung zu unterwerfen, z. B. in einer Schneckenpresse, da dadurch der Faserverband bereits gelockert wird und damit die Zerfaserung in den nachgeschalteten Zerfaserungsmaschinen erleichtert wird. Die Ausübung dieses Preß- oder Quetschvorganges wird durch die besondere Beschaffenheit der dünnflächigen Holzspäne gewährleistet.

Es wurde festgestellt, daß die gelösten organischen Stoffe aus den Laubhölzern bei Anwendung üblicher Laugen im Verlauf der chemischen Vorbehandlung oder bei Anwendung von Laugen im Gemisch von Oxydationsmitteln bis zu 60% aus Essigsäure bestehen, die als essigsaures Salz in der Ablauge vorliegen. Damit ist bei der Aufbereitung der Ablaugen

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die Möglichkeit der Gewinnung von Essigsäure gegeben.

Die nach dem Verfahren gewonnenen Papierstoffe aus Laubhölzern können selbstverständlich den für solche Stoffe üblichen Nachbehandlungsverfahren unterworfen werden und z. B. durch Anwendung oxydierender oder reduzierender Substanzen in ihrer Farbe aufgehellt bzw. gebleicht werden.

Ausführungsbeispiel 1

Waldfrisches, weißgeschnitztes Rotbuchenholz in Form von Knüppeln mit 5 bis 20 cm Durchmesser wird maschinell parallel zum Verlauf der Fasern zu dünnen, flächigen Holzspänen mit einer Dicke von 0,4 bis 0,6 mm zerspant, wobei durch entsprechende Einstellung der Zerspanungsmaschine die Späne eine mittlere Länge von 15 bis 30 mm und eine Breite von 5 bis 15 mm aufweisen. Auf die Oberfläche der Späne, die einen Feuchtigkeitsgehalt, bezogen auf die absolut trockene Holzsubstanz, von etwa 80%. besitzen, werden in einer umlaufenden Trommel, in der die Späne umgewälzt werden, mittels üblicher Drucksprühdüsen fein verteilt, auf je 1 kg feuchtes Spanmaterial, die 550 g absolut trockenem Holz entsprechen, 0,8 1 einer 7%>igen Natronlauge aufgesprüht, so daß in diesem Falle 56 g Natriumhydroxyd aufgebracht werden. Nach Aufbringung der Natronlauge fällt ein durchfeuchtetes Spangut mit einem Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von etwa 230% an, das zur Einwirkung der Chemikalien auf das Holz 8 Stunden in einem geeigneten Silo bei einer Temperatur von 20 bis 25° C gelagert wird. Anschließend werden die Späne durch Pressen in einer Schneckenpresse von dem größten Teil der anhaftenden Chemikalienlösung, die die gelösten organischen Substanzen enthält, befreit. Die abgepreßte Ablauge kann zur Erhöhung der Konzentration der gelösten Stoffe mit dem Ziel der Aufbereitung der Ablauge zum Ansetzen der Frischlauge zum Besprühen einer neuen Charge der Späne verwendet werden. Auch die Waschwässer können zur Konzentration der Ablauge im üblichen Stufenverfahren geführt werden. Danach werden die Holzspäne, deren Verbandsfestigkeit annähernd auf die Hälfte der des ursprünglichen Laubholzes herabgesetzt ist, mit einer Zerfaserungsmaschine mit umlaufenden Zerfaserungswerkzeugen unter Zutritt von Wasser zerfasert, wobei ein gelblichweißer Stoff in einer Ausbeute von 92% und mit einem Mahlgrad von 60° Schopperriegler (SR) anfällt, der nach der üblichen Sortierung zur Herstellung von Pappen, Karton, holzhaltigen Papieren u. dgl. gut geeignet ist.

Ausführungsbeispiel 2

Feuchtes oder waldfrisches Holz von Birken und Rotbuchen, im Verhältnis 3 :2 gemischt, wird gemäß Ausführungsbeispiel 1 zu dünnflächigen Holzspänen mit einer Dicke von 0,4 bis 0,6 mm zerspant und 'gleichartig im Sprühverfahren unter Umwälzung der Späne mit Natronlauge behandelt. Das besprühte Soangut wird 4 Stunden bei einer Temperatur von 35° C gelagert. Nach dieser Zeit wird das Spangut durch eine Diffusions-Stufenwäsche von den anhaftenden Chemikalien und den gelösten organischen Stoffen befreit. Danach durchlaufen die feuchten Holzspäne eine Schneckenpresse und werden unter Zutritt von Wasser in einer Maschine mit umlaufenden Zerfaserungsvorrichtungen so zerfasert, daß ein Faserstoff mit einem Mahlgrad von etwa 25° SR anfällt. Der Faserstoff durchläuft dann eine übliche Sortierung, wobei die aussortierten, noch zu groben Faseranteile in die Zerfaserungsmaschine zurückgeführt werden. Der aussortierte feinere Faserstoff durchläuft eine weitere Maschine mit erhöhter Zerfaserungs- bzw. Mahlwirkung. Nach Passieren einer üblichen nachgeschalteten Sortierung fällt ein verhältnismäßig hellfarbiger Stoff mit einem Mahlgrad von 50° SR an, der als Zusatzstoff zur Herstellung von Pappe, Karton oder holzhaltigen Papieren gut geeignet ist.

Ausführungsbeispiel 3

Ein Gemisch von feuchtem, teilweise entrindetem Buchen-Knüppelholz und stückigen Buchenholzabfällen aus der Sperrholzindustrie wird gemäß Ausführungsbeispiel 1 zu Holzspänen zerspant, wobei die mittlere Dicke der Holzspäne 0,6 bis 0,8 mm beträgt. Die Behandlung mit Natronlauge im Umwälzsprühverfahren erfolgt gemäß Ausführungsbeispiel 1, jedoch so, daß nur 8% Natronlauge, bezogen auf die eingesetzte absolut trockene gerechnete Holzmasse, verwendet wird. Nach einer Lagerungsdauer von 5 Stunden bei einer Temperatur von 40° C wird das Spangut zu einem verhältnismäßig groben Stoff mit einem Mahlgrad von etwa 6° SR zerfasert. Der Stoff wird dann in einem Kollergang nachzerfasert, so daß er einen Mahlgrad von etwa 10° SR erreicht. Bei der Herstellung von üblichen Holzfaserhartplatten aus dem so gewonnenen Buchenstoff werden hochwertige Erzeugnisse erhalten, die bei einer Dicke von 4 mm und einer Rohwichte von 1,0 g/cm³ eine Biegefestigkeit von 340 bis 360' kg/cm² aufweisen.

Ausführungsbeispiel 4

Waldfrisches, weißgeschnitztes Pappelholz in Form von Knüppeln mit etwa 15 cm Durchmesser, wird maschinell parallel zum Verlauf der Fasern im Holz zu dünnen, folienartigen Holzspänen mit einer Dicke von 0,3 bis 0,5 mm zerspant, wobei durch entsprechende Einstellung der Zerspanungsmaschine die Späne eine mittlere Länge um 20 mm und eine mittlere Breite von 10 mm aufweisen. Auf die Oberfläche der Späne, die einen Feuchtigkeitsgehalt, bezogen auf die absolut trockene Holzsubstanz, von etwa 60% besitzen, werden in einem abgedeckten, mit einem Schlägerwellenwerk ausgerüsteten Trog, in dem die Späne umgewälzt werden, mittels Drucksprühdüsen fein verteilt auf 1 kg feuchtes Spanmaterial, das etwa 620 g absolut trocken gerechnetem Holz entspricht, 0,81 einer 7%igen Chemikalienlösung aufgesprüht, die 43,4 g Natriumhydroxyd und 18,6 g Natriumperoxyd enthält. Nach Aufbringung der Chemikalienlösung, die aus einer alkalischen und einer oxydierenden Komponente besteht, fällt ein durchfeuchtetes Spangut an, das zur Einwirkung der Chemikalien auf das Holz in einem Behälter 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 40° C gelagert wird. Nach dieser Zeit werden die Späne entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 zu HolzfaserstofE aufbereitet, der sich der zusätzlichen Anwendung des Oxydationsmittels wegen auch durch einen erhöhten Weißgehalt auszeichnet.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Papierstoff aus faserparallel geschnittenen, möglichst gleichmäßige Dicken im Bereich von 0,2 bis 0,8 mm aufweisenden Holzfolien durch halbchemischen Auf-

Schluß mit Chemikalien und anschließende mechanische Zerfaserung, dadurch gekennzeichnet, daß Laubholzspäne mit einer Länge von 10 bis 30 mm und einer Breite von 5 bis 20 mm mit alkalischen Aufschlußflüssigkeiten, gegebenenfalls unter Zusatz von Oxydationsmitteln, besprüht, bis zu 8 Stunden bei Temperaturen unterhalb 80° C der Einwirkung der Chemikalien überlassen, gegebenenfalls von einem Teil der ihnen innewohnenden Flüssigkeiten, z. B. durch Abpressen, befreit und schließlich mechanisch zerfasert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von aus verschiedenen Holzarten gewonnenen Folien, deren Dicken sich etwa umgekehrt zum Raumgewicht ihrer Holzarten verhalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 886 839;

französische Patentschrift Nr. 981 966;

USA.-Patentschriften Nr. 1 991 244, 2 287 332,
714118, 2 735 762;

United States Department of Agriculture Forest Service, Wisconsin, Production of high-yield pulps from aspen by mild treatments with sodium hydroxyde (Bulletin Nr. 1774);

Cellulose-Chemie, Jahrgang 1940, S. 36;

Wochenblatt für Papierfabrikation, Jahrgang 1956, S. 935 bis 950;

Paper Trade Journal vom 21. 5. 1956, S. 42 bis 45;

Chemisches Centralblatt, Jahrgang 1957, S. 8097 (Referat einer Arbeit von Brown und M ons son);

Das Papier, Jahrgang 1957, S. L 91 (Referat einer Arbeit von Baird, Ceragioli und Brown).

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