DE1151431C2

DE1151431C2 - Verfahren zur herstellung von zellstoff aus lignozellulosehaltigem material

Info

Publication number: DE1151431C2
Application number: DE1960A0035384
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. 8750 Aschaffenburg Ogait
Original assignee: Papierwerke "Waldhof-Aschaffenburg", 8000 München
Priority date: 1960-08-19
Filing date: 1960-08-19
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE1151431B; CH441979A; AT258101B; FR1296313A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Zellstoff, bei dem der zellulosehaltige Rohstoff in der ersten Stufe mit Suspensionen von MagnesiUiTimonosulfit in Wasser oder in Magnesiumbisulfitlösung vorbehandelt und in der zweiten Stufe mit MagnesiumbisulfUkochsäure fertig aufgeschlossen wird.

Der zweistufige Sulfitaufschluß von zellulosehaltigen Rohstoffen mit schwach saurer, neutraler oder schwach alkalischer Vorstufe und stark saurer Endstufe, der hier zur Diskussion steht, ist an sich schon lange bekannt. Als Kation wurde hierbei in der Praxis früher nur Natrium verwendet. Dieses Verfahren hat gegenüber dem einstufigen sauren Sulfitaufschluß bekanntlich den Vorzug, daß es bei seiner Anwendung auf Nadelholz erheblich höhere Ausbeuten ergibt und der erhaltene Zellstoff sich viel rascher mahlen läßt und eine hervorragende Pergamentierfähigkeit aufweist.

Nach neueren Untersuchungen ist die Ursache für die höheren Zellstoffausbeuten und die damit zusammenhängenden besonderen papiertechnischen Eigenschaften in der Stabilisierung des, besonders in den Nadelhölzern reichlich vorhandenen, Glukomannans zu suchen, die eine erhebliche Steigerung der Resistenz desselben gegenüber der sauren Hydrolyse in der zweiten Stufe zur Folge hat.

Voraussetzung für die Erzielung maximaler Ausbeuten ist, daß in der ersten Kochstufe der pH-Wert der Lösung bis zur vollendeten Glukomannanstabilisierung nicht wesentlich unter 5 absinkt, da andernfalls diese sich nur bei höheren pH-Werten mit genügender Geschwindigkeit abspielende Reaktion vorzeitig zum Stillstand kommt.

Bei der zweistufigen Sulfitkochung mit Natrium als Kation kann dieses Absinken des pH-Wertes ohne weiteres verhindert werden, da infolge der guten Löslichkeit des Monosulnts die Lösung durch Zusatz hinreichender Mengen desselben beliebig gepuffert ⁶S werden kann.

In der Absicht, den zweistufigen Sulfitaufschluß in analoger Weise mit Magnesium als Kation durchzuführen, ist vorgeschlagen worden, den zellulosehaltigen Rohstoff in der ersten Stufe einer Druckerhitzung mit Lösungen von Magnesiummonosulfit zu unterziehen, die auch Magnesiumbisulfit enthalten können und anschließend in der üblichen Weise fertig aufzuschließen. Dieses Verfahren liefert aber nur sehr mangelhafte Resultate, da bei weitem nicht die Ausbeutesteigerungen erzielt werden können wie mit Natrium. Die Ursache hierfür ist in der geringen Löslichkeit des Magnesiummonosulfits zu suchen, die weniger als l°/o beträgt. Eine Folge dieser Schwerlöslichkeit und der dadurch bedingten schwachen Pufferung der Lösung ist, daß bei der Druckerhitzung, infolge der Abspaltung von organischen Säuren aus dem zellulosehaltigen Rohstoff, der ,jH-Wert der Lösung von anfänglich über 5 gleich zu Beginn rasch auf unter 5 absinkt und die Glukomannanstabilisierung, die, wie gesagt, die Ursache der Ausbeutesteigerungen ist, vorzeitig unterbrochen wird.

Eine Verbesserung in dieser Beziehung wird durch ein kürzlich bekanntgewordenes Verfahren erzielt. Bei diesem wird vorgeschlagen, in der ersten Stufe eine Magnesiummonosulfit enthaltende Magnesiumbisulfitlösung zu verwenden, bei der das Molverhältnis SOo/MgO zwischen 1,4 und 1,85 und der pH zwischen 5,9" und 5,0 liegt. Eine solche Lauge enthält zwar mehr Monosulfit als seiner normalen Löslichkeit entspricht. Nach den Angaben in der Patentschrift bleibt aber innerhalb der genannten Molverhältnisse in Gegenwart des Holzes das gesamte Monosulfit gelöst, so daß eine stärkere Pufferwirkung und damit eine vollständige Glukomannanstabilisierung erzielt werden kann. Es wird also auch hier mit Lösungen von Magnesiummonosulfit und Magnesiumbisulfit gearbeitet.

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindune wird von der Beobachtung Gebrauch gemacht, daß die Glukomannanstabilisierung um so rascher verläuft, je höher der pH-Wert der Lauge in der ersten Stufe zu Beginn und bis zum Abschluß derselben ist. Beim Arbeiten mit Magnesium als Kation kann nun eine beliebige Steigerung des pH-Wertes bis auf etwa 8 und eine annähernde Aufrechterhaltung desselben dadurch erreicht werden, daß man entsprechend zusammengesetzte Suspensionen von Magnesiummonosulfit in Wasser oder in Magnesiumbisulfitiüsung verwendet. Es ist nämlich nicht erforderlich, daß das die Pufferwirkung ausübende Monosulfit vollständig gelöst ist, sondern es kann auch zum Teil in ungelöstem Zustand vorliegen, da durch Nachlösen des anfänglich ungelösten Monosulfits während der Erhitzung in der ersten Stufe die Konzentration an diesem voll erhalten bleibt und der pH nur wenig absinkt.

Die vorstehend angegebenen Bedingungen liegen vor, wenn man eine Suspension verwendet, bei der das Mol verhältnis SO₂ZMgO zwischen 1,0 und 1,4 liegt. Im ersten Falle enthält die Suspension das gesamte und im zweiten 65°/o des MgO in Form von Monosulfit.

Erfindungsgemäß wird so verfahren, daß man den zellulcaehaltigen Rohstoff, wie Hackschnitzel von Nadelholz, mit einer Suspension der vorstehend erwähnten Zusammensetzung so lange auf Temperaturen zwischen 130 und 170° C erhitzt, bis in der zweiten Stufe ein Maximum an Ausbeute erhalten wird. Die hierfür erforderliche Erhitzungsdauer hängt von der Temperatur und nach dem weiter oben gesagten

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vom pH-Wert der Lösung ab und belauft sich auf etwa 1 bis 6 Stunden. Nach Abschluß der ersten Stufe wird der Aufschluß in bereits bekannter Weise mit Magnesiumbisulfitkochsäure fortgesetzt. Dazu kann man z. B. so vorgehen, daß man dem Kocher so viel SO₂ zuführt, daß das Monosulfit in Bisulfit übergeht und mit diesem den Aufschluß vollendet oder auch so, daß man nach teilweisem Ablassen der Lauge von der ersten Stufe eine überschüssige freie schweflige Säure enthaltende Magnesiumbisulfitlösung hinzugibt und mit dieser den Aufschluß zu Ende führt.

Das in den Suspensionen enthaltende Magnesiummonosulfit neigt dazu, sich in Form von kristallinen Krusten an den Wänden der Vorratsbehälter und Rohrleitungen anzusetzen. Um die damit verbundenen Schwierigkeiten zu umgehen, ist es zweckmäßig, das Monosulfit erst im Kocher zu erzeugen. Dazu" wird zunächst die entsprechende Menge MgO mit den Hackschnitzeln in den Kocher gegeben und anschließend die Magnesiumbisulfitlösung in den Kocher gepumpt.

Beispiel 1

Hackschnitzel von Fichtenholz werden mit 2,1 % ihres Gewichtes an MgO und der 4fachen Menge einer Magnesiumbisulfitlösung mit 3,2 %> Gcsamt-SO., versetzt. Das MolvcMltnis SO.,/MgO in der entstandenen Suspension von Monos'ulfit in der Bisulfitlösung beläuft sich dabei auf 1,32 .nd der pH beträgt 6,1. Nachdem der Kocher in etwa 5 Stunden auf 160° C erhitzt worden ist, wird soviel SO., zugeführt, daß das Monosulfit in Bisulfit übergeht, mit dem der Aufschluß fortgeführt wird, oder es wird nach Ablassen der überschüssigen Lauge von der ersten Stufe so viel schweflige Säure und einer entsprechend zusammengesetzten Magnesiumbisulfitlösung hinzugegeben, daß bei einem Verhältnis Flüssigkeit zu Holz von 3,7 bis 3,9 eine Lauge mit 4,6 bis 5,6 °/o Gesamt-S0_o und 2,3 bis 2,8% gebundenem SO₂ entsteht, mit d"er die Kochung bei 160 bis 165° C bis zum gewünschten Aufschlußgrad zu Ende geführt wird.

Beispiel 2

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Hackschnitzel von Fichtenholz werden mit so viel MgO und einer entsprechend zusammengesetzten Lösung von Magnesiumbisulfit versetzt, daß eine 1,5-bis 2°/oige Suspension von Magnesiummonosulfit in Wasser entsteht und das Verhältnis Flüssigkeit zu Holz zwischen 4 und 4,5 liegt. Anschließend v.ird der Kocher in 2 bis 3 Stunden auf 135 bis 140° C geheizt und 3 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Der anfänglich 8,2 betragende pH-Wert sinkt dabei nur wenig ab. Darauf wird die überschüssige Lauge abgelassen und so viel einer entsprechend zusammengesetzten Magnesiumbisulfitlösung und SO₂ zugeführt, daß bei einem Verhältnis Flüssigkeit zu Holz von 3,7 bis 3,9 eine Lauge mit 4 bis 6°/o Gesamt-SO₂ und 1,1 bis 1,3 "Io gebundenem SO₂ entsteht. Mit dieser wird die Kochung bei 135 bis 140° C so lange fortgesetzt, bis der gewünschte Aufschlußgrad erreicht ist.

Die Zellstoffausbeuten liegen bei den Kochungen gemäß Beispiel 1 und 2 bei gleichen Aufschlußgraden um etwa 4°/o vom Holzgewicht höher als bei der konventionellen Calciumbisulfitkochung oder der einstufigen Kochung mit Magnesiumbisulfit, und die Zellstoffe lassen sich erheblich rascher mahlen und weisen eine hervorragende Pergamentierfähigkeit auf.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Zellstoff durch einen zweistufigen Sulfitaufschluß mit Magnesium als Kation, wobei der zellulosehaltige Rohstoff in der ersten Stufe bei Temperaturen zwischen 130 und 170° C 1 bis 6 Stunden mit einer Magnesiummonosulfit oder Magnesiumbisulfit und Magnesiummonosulfit enthaltenden Lauge vorbehandelt und in der zweiten Stufe der Aufschluß in an sich bekannter Weise mit einer Magnesiumbisulfitlösung, die auch überschüssige freie schweflige Säure enthalten kann, vollendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe eine Suspension von Magnesiummonosulfit in Wasser oder in Magnesiumbisulfitlösung verwendet wird, wobei in der Suspension das Molverhältnis SOJMgO unter 1,4 und der pH-Wert über 6,0 liegt.