DE1692855A1 - Verfahren zum Aufarbeiten von Faserstoff - Google Patents
Verfahren zum Aufarbeiten von FaserstoffInfo
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- Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
Description
Dipl.-Ing.F.Weickmann, Dr. Ing. A/Weickmann, D1PL.-ING.H.WEICKMANN
D1PL.-PHYS. Dr. K. Fιncke Patentanwälte ι O c) 4 Q O O
JO S MÜNCHEN 27, mdhlstrasse 22, rufnummer 483921/22
GF PAPaR CHEMISTRY, Appleton, Wisconsin / USA
Verfahren zum Aufarbeiten von Faserstoff
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein einen Faserstoff
mit einem beträchtlichen Gehalt an .Kohlehydratmaterial
und kohlehydratfremdem material und die Aufarbeitung dieses Faserstoffs. Insbesondere befaßt sich die Erfindung
mit einem Faserstoff mit einem beträchtlichen G-ehalt an
Kohlehydratmaterial und ursprünglichem oder modifiziertem Lignin.
Seit vielen Jahren sind verschiedene Verfahren zur Aufarbeitung von Faserstoffen, v.ie Holz, zum Zwecke der Herstellung
von Zellstoff, v/elcher in flächenhaftes Material, wie z.B. Papier, weiterverarbeitet werden kann, bekannt.
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So wurden Aufarbeitungsverfahren entwickelt, bei denen
Sulphitverbindungen für die Aufarbeitung von Faserstoffen verwendet wurden; diese Verfahren wurden unter sauren
oder nahezu neutralen Bedingungen ausgeführt. Äs sind dies
die sogenannten Sulphit-j Bisulphit— und neutralen Sulphitverfahren.
Zusätzlich zu den Sulphitverbindungen benutzten die bekannten Verfahren SuIplötverbindungen und auch Alkalilaugen
bei der Herstellung von Zellstoff; diese Verfahren sind bekannt unter den Uamen Sulphat- oder .Kraftverfahren,
bzw. Sodaverfahren. In all diesen genannten Verfahren werden Lignine in lösliche oder entfernbare Verbindungen
umgewandelt, und, falls eine SuIphitverbindung
zur Anwendung kommt, wird das Lignin in Lignosulfonate verwandelt; Im Soda- oder Kraftverfahren wird es in Alkalilignin
mit angelagerten Hydroxylgruppen verwandelt. Von Bedeutung ist, daß in jedem Falle die Phenolringe der
Ligninstruktur intakt bleiben. Weiter ist es von Bedeutung, daß in den verschiedenen handelsüblichen Verfahren zur
chemischen Aufarbeitung von Faserstoffen gewichtsmäßig
mehr Kohlehydratmaterial als Lignin durch die Behandlungschemikalien
von dem Fasermaterial entfernt wird. Im Falle einer sauren Behandlung, d.h. im Falle
einer Behandlung mit Sulphitverbindungen, hydrolysieren die Kohlehydratmaterialien zu Zucker; dieser Fall tritt·
insbesondere bei Hemicellulose ein. Auf der anderen Seite v.
alkalische Behandlung, welche aus der Anwendung von Sulphat oder Lauge resultiert, das Kohlehydratmaterial in
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einfache säuren aufzutrennen und setzt Aeetylgruppen in
der Hemicellulose frei. Aufgrund dieser Behandlung neigen
die Sulphitstoffe zu -weicher und schwacher Beschaffenheit;
die Stoffe nach dem Kraft- oder Sodaverfahren haben eine feste und harte Beschaffenheit.
Die vorliegende Erfindung betrifft Faserrohstoffe, welche
für den erfindungsgemäßen Zweck das Material mit einem beträchtlichen
Gehalt von Kohlehydratmaterial als auch kohlehydratfremdem
Material sind; dabei ist es unbedeutend, ob das material vorbehandelt wurde oder nicht. Die kohlehydratfremden
Stoffe in dem Fasermaterial enthalten einen beträchtlichen jBetrag ursprünglichen oder modifizierten Lignins.
Demzufolge betrifft der im folgenden genannte Ausdruck "Faserstoff" jedes material innerhalb der Begriffsdefinition,
z.b. Bolz, Holzmehl, Zeitun^spapier, Abfallpapier,
aast und Flachs. Die vorliegende Erfindung bezieht sich
jedoch nicht auf Fasterstoffe, wie Baumwolle, Lumpen oder
Linter. .
Der Begriff "ursprüngliches Lignin" bezieht sich auf solche
materialien, die die folgende allgemeine Formel haben und
die in ursprünglicher Form in Holz oder anderen Rohmaterialien
enthalten sind.
R H H2
B0_^/'
^ G-G- GH5
/s\
; _ o—
\lO 98L3 / 0 3 l* 9
r O
O
H2
In dieser Former bedeutet E H oder OCH_.
Modifiziertes Lignin, wie es im erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung findet,schließt solche Materialien ein, welche
zur Vereinfachung ihrer Entfernung von Faserstoffen* wie
z.B. im Sulphit-, Soda- und Kratverfahren, chemisch behandelt
werden.
Bekanntlich enthält Holz im allgemeinen die folgenden Komponenten:
. ■ - ,
(a) Kohlehydratmaterial 60 bis 80 # .
Cellulose 40 bis 55 #
Hemicellulose 15 bis 25" <?<>
kohlehydratfremdes Material 2o*bis 40■ %
Lignin 15 bis 30 fo
Extraktivstoffe ____ 3 bis 10 $
Die oben genannten chemischen Behandlungsverfahren für Faserrohstoffe bewirken die Entfernung des Lignins; dadurch
werden jedoch auch Kohlehydrate entfernt. Die Folge davon ist, daß, wenn der Großteil des Lignins vom Fasermaterial entfernt
ist, die Ausbeute nur 50 # des Holzes beträgt.
Die chemischen Behandlungsverfahren für Faserstoffe werden
notwendigerweise bei hohen Temperaturen in einer wässrigen Lösung und folglich mit hohen Drucken durchgeführt. Dies erfordert
nicht nur teure Anlagen, verbunden mit Unterhaltungsurid
Sicherheitsproblemen, sondern, und das ist von viel grös-
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• serer Bedeutung, bringt einenbeschleunigten Abbau . .
der Cellulose und der Hemicellulose mit sich. In den Sulphitverfahren
werden die Fasern geschwächt, während im Kraftverfahren
der Abbau der Cellulose weniger bedeutsam ist; der G-roßteil der Hemicellulosen werden in Form organischer Säuren
verloren. Diese .Nebenprodukte chemischer Behandlungsverfahren
resultieren in Stromverunreinigungen.
Die herkömmlichen chemischen Behandlungsverfahren für Faserstoffe
verursachen das Aufkommen von Farbstoffen; dies ist insbesondere bei alkalischer Behandlung der Fall. Demzufolge
ist ein Bleichvorgang notwendig und dieses Bleichen verursacht weiteren Abbau des Stoffes.
Außerdem bildeten die chemischen Behandlungsverfahren für Faserstoffe Hebenprodukte, die nur teilweise zu nutzbaren
Produkten umgewandelt werden konnten. So können die Zucker in der ablauge von Sulphitverfahren zu Alkohol oder Hefe vergärt
werden, während die resultierenden Lignosulfonate für
verschiedene Zwecke Verwendung finden können. Andere Nebenprodukte verbleiben jedoch in der Ablauge. Auf der anderen
Seite sind hohe Kosten damit verbunden, wenn die organischen Materialien in den Ablaugen von Sulphitverfahren verbrannt
werden, um anorganische Stoffe zu gewinnen. Die Nebenprodukte des Kraftverfahrens werden üblicherweise verbrannt; Wärme
wird erzeugt und Aufschlußchemikalien können gewonnen werden. Während dies ein Ökonomisches Verfahren ist, können flüchtige
Schwefelverbindungen Verunreinigungsprobleme verursachen.
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- ■ - . ' , BAD
Es ist bekannt, daß Holz mit oxydierenden Chemikalien behandelt werden kann, um Lignin selektiv zu entfernen und
ein ligninfreies Material zu schaffen, welches die Anmelderin als "holopulp" bezeichnet. Dieser Stoff enthält sowohl
Cellulose als auch andere Kohlehydratstoffe, insbesondere
die Hemicellulose. Diese bekannten Schritte bei der Ligninoxydation wurden jedoch nach Wissen der Anmelderin
nicht im technischen Maßstab sondern nur in Laboratoriumsarbeit durchgeführt. Außerdem haben diese bekannten Verfahren
keinen Stoff geliefert, der die wichtigsten, zur Papierherstellung erforderlichen Eigenschaften aufweist.
Hinzukommt, daß diese Verfahren für wirtschaftliche Zwecke nicht zufriedenstellend sind, da sie lange Behändlungszeiten
erforderten und im allgemeinen unwirtschaftlich sind.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der
Schaffung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur selektiven Mgninentfernung durch oxidative Reaktionen. Der grobe Gedanke
der Ligninentfernung aus gewissen Faserstoffen ist im USA-Patent 2 939 813 offenbart. Das Verfahren nach dieser Patentschrift erfordert jedoch die Anwendung großer
Mengen Peressigsäure für die oxidative Beaktion; weiterhin
offenbart diese Patentschrift Ausbeuten von weniger als ungefähr 60 $. Demzufolge bietet dieses Patent kein wirtschaftliches
Verfahren.
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Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbes-serten
Stoffs und eines verbesserten· Verfahrens zur Behandlung
von Faserstoffeno Weiter ist es eine Aufgabe der
Erfindung, einen Stoff mit guter Eignung zur Papierherstellung
und hohem Weißgrad zu schaffen. Weiter ist es Aufgabe der
Erfindung, eine hohe Ausbeute an Stoff aus Fasermaterial, und
insbesondere Ausbeuten zu erreichen, die höher sind als bei
herkömmlichen Stoffaufschlußverfahren. Zusätzlich stellt sich die
Erfindung die Aufgabe, ein Aufschlußverfahren zu schaffen, welches.
Pasern hoher Festigkeit und wesentlicher Freiheit" von.
Farbstoffen liefert und welches K-eben produkte mit Ver»-
ringerung der Verunreinigungsprobleme: liefert. Weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur
Gewinnung von Stoff in hohen Ausbeuten« Außerdem befaßt sich diese
Erfindung mit der Schaffung neuen modifizierten Lignins·
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung.
Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung.
Figur 1 ist eine graphische Darstellung der Ligninentfer*-
nungszeit von Faserstoffen verschiedener Größe» Auf. der Or.dinatenachse befindet sich die Prozent—
angabe des Lignins; auf einer logarithmischen Skala und auf der Abszissenachse befindet sich die Be:-
handlungszeit*
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M 63-2855
Figur 2 ist ebenfalls eine graphische Darstellung, welche .
die Wirkung der. milden alkalischen Vorbehandlung auf die Ligninentferriungszeit zeigt; "die Ordinatenachsen
und die Abszissenachsen sind dieselben wie diejenigen der Figur 1.
Figur 3 ist ein Dreiecksdiagrainm, welches die wesentliche
.Freisetzung von Kohlehydratmaterial bei der oxidative n Ligninentfernung auf weniger als ungefähr 2 f>
des Fasterstoffes zeigt; weiter zeigt dieses Diagramm
die Wirkung von verschiedenen milden alkalischen Behandlungen.
Figur 4 zeigt den starken Anstieg im Verbrauch von Chlordioxyd,
wenn mehr als ungefähr 16 7I Lignin entfernt
wird, d.h. der Lignin^ehalt im Holz beträgt weniger
als ungefähr 2 $. Der Chlordioxydverbrauch ist entlang
der Ordinaten^_achse dargestellt und der Stozentsatz
des entfernten Lignins entlang der Abszisse nachse.
Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird Fasermaterial,
welches Rohmaterial, wie Holz, Stroh oder Gräser, oder vorbehandeltes Fasermaterial , wie Zellstöffpappe, Papierabfall,
oder Zeitungspapier sein kann, zerrissen, so daß die chemische Reaktion schneller vor sich gehen kann. Das
zerrissene Fasermaterial wird dann extrahiert, um hydrophobe Stoffe, wie Teer, öl und Tinte, zu entfernen. Da& extrahierte,
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zerrissene Material wird dann einer milden alkalischen Vorbehandlung
unterworfene Die Anmelderin"hat gefunden, daß
Sohubquetschung des vorbehandelten Fasermaterials ohne
Beschädigung der Fasern durchgeführt werden kann, um eine schnellere Behandlung in der nächsten Verfahrensstufe zu
ermöglichenο
Das Faserinaterial wird dann einer selektiven Ligninentfernung
mit Hilfe eines Oxydationsmittels und zwar mit-. Chlordioxyd
oder Verbindungen, welche Chlordioxid freisetzen, so wie Hatriumchlorit. und Natrium chi or at, Peressigsäure, Per1-ameisensäure:
und Perpropionsäure unter Bedingungen, auf die
im folgenden noch einzugehen sein wird, unterworfen. Die
erfindungsgemäße selektive Ligninentfernung wird nur so lange durchgeführt "bis das restliche ursprüngliche oder modifizierte
Lignin ungefähr zwischen ungefähr 2$ und ungefähr 5$ liegt0
Während der Vorbehandlung und der selektiven Ligninentfernung
sollte weniger Kohlehydratmäterial ala; Lignin von dem Faserstoff
entfernt werden.
Die Anmelderin hat gefunden, daß durch Aufrechterhaltung eines
Ligninsatzes von mindestens ungefähr 2$ in dem Faserstoff der
in dem Faserstoff verbliebene Kohlehydratgehalt noch zulässig
ist und daß ein zufriedenstellender Stoff erhalten wird.
Fach der selektiven Ligninentfernung aus dem Fasermaterial
wird der erhaltene Stoff gefasert; die Zerfaserung kann mechanisch
durch Anwendung eines Holländers oder einer Kegel-* stoffmühle erfolgen oder kann mit einer milden alkalischen
Behandlung kombiniert werden.
Die Stoffausbeute nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
beträft mehr als 60 $ u.U.mehr als 70 ^ des Ausgangsfäsermaterials.
Die Größe der faserigen Partikel, die erfindungsgemäß behandelt
wurden, ist bedeutend für die Durchführung einer schnellen chemischen Reaktion. Figur 1 zeigt einen Vergleich
der verschiedenen zu behandelnden Materialgrößen;
in dieser Zeichnung ist das Ligninentfernungsausmaß bei
Espenholz bei einer Temperatur von 720C gezeigt, wobei
Schnitzel, Scheibchen und Späne verwendet wurden. Die Größe der verschiedenen Partikel war, wie folgt:
Schnitzel 1,59 t 2,54 χ 0,32
Späne 1,27 x 0,32 σ 0f08
Scheibchen 5,08 x 1,27 x 0,08
Es leuchtet ein, daß die Ligninentfermmg viel schneller
mit einer kleineren Teilchengröße, wie im Fall der Späne, durchgeführt werden kann.
Figur 2 ist eine graphische Darstellung, welche bei der
Ligninentfernung aus Espenholz die Wirkung einer alkalischen Vorbehandlung mit 0,1 normalem bis 0,5 normalem Natriumhydroxyd zeigt. Die »Vorbehandlung wurde bei 500C 40 iviinuten
lang bei atmosphärischem Druck vorgenommen, nachdem das Holz bei 250C im Vakuum ungefähr 20 Minuten lang a-nge-
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feuchtet wurde. Wenn die Ligninentfernung bei 7O0C durchgeführt
wird, ist klar, daß die Anwendung von milder alkalischer Vorbehandlung die Ligninentfernung beschleunigt,
jedoch muß ein gewisser Verlust an jtCohlehydratinaterial hingenommen
werden, wenn diese Vorbehandlung stattfindet. So bewirkt der Einsatz von 0,1 normalem Natriumhydroxyd die
Entfernung von ungefähr 5 fo Kohlehydrat, während der Eitisatz
von 0,5 normalem katriumhydroxyd die Entfernung von ungefähr 7 <fo Kohlehydrat bewirkt. Höhere konzentrat!onen
des iMatriumhydroxyds sind nicht erwünscht aufgrund des
unerwünschten Ausbeuteverlusts. Außerdem, wie im folgenden
noch zu erklären sein wird, bewirkt die Kohlehydratverainderung in der Vorbehandlungsstufe höhere Verluste
an Kohlehydrat während der liigninentfernungsstufe« Es
können auch andere Vorbehandlungen vorgenommen werden.
Each der Vorbehandlung wird das Fasermaterial einer Schubquetschung
unterworfen und gewaschen. Die Sbhubquetschung
ist ein Pressen des Faserstoffes während eine relative Paserbewe.jung
ohne bedeutsame PaserbeSchädigung ausgeführt wird. Das kann durch Pressen des Fasermaterials zwischen
mit unterschiedlichen Seschwindigkeiten sich bewegenden
Flächen erfolgen.
Die Anmelderin hat gefunden, daß als günstigstes, Oxidations mittel Chlordioxyd verwendet wird. Selbstverständlich kann
aas Chlordioxyd von Verbindungen, wie Natriumchlorit und
9843/034 9 v-jr
BAD
Natriumchlorat, welches unter sauren und reduzierenden
Bedingungen Ghlordioxyd freisetzen, stammen. Die Verwendung von Gas bringt jedoch verschiedene Vorteile in der
Praxis und istwirtschaftlicher im Verbrauch.Wenn Peressigsäure,
Perameisensäure und Perpropionsäure auch Anwendung finden können, so sind diese doch teurer als Chlordioxid
rrn "ο und halb so wirksam wie letzteres in so ferne als sie 'für
die Oxydation nur ein Mol Sauerstoff liefern, während Ghlordioxyd zwei Mol Sauerstoff pro Mol
liefert.
Demzufolge wird das Ghlordioxyd vorzugsweise in einer wässri
gen Lösung gelöst und durch das •i'aserma.terial zirkuliat o
Unter gewissen Partialdruckbedingungen ist Ghlordioxyd
jedoch sehr explosiv ; deshalb sollte unter solchen bestimmten Bedingungen das Chlordioxydgas nicht freige—setzt werden.
Wie bereits oben angegeben, sollte die Ligninentfernung
aus dem Fasermaterial bis zu einem Ligninrückstand von 2 $
in dem Paserstoff durchgeführt werden. Wie weiter bereits angegeben, bewirkt die Vorbehandlung bereits eine Freisetzung
von Kohlehydrat vor der selektiven Ligninentfernung.
Im Dreiecksdiagramm der Fi-jur 3 wird die Ligninentfernung
bis unter 2 fo gezeigt. Es ist aus diesem Diagramm ersichtlich,
daß bei einem Ligningehalt von weniger als 2 $ eine
beträchtliche Kohlehydratfreisetzung im Ligninentfernungsverfahren
stattfindet, ohne Rücksicht auf die Vorbehandlung.
BAO
13- 1892855
Ss ist jedoch verstand lic li* daß mit der Zunahme des ümfangs
der Torbehandlung die Kohlehydratfreisetzung abnimmt .
Figur 4 zeigt den Chlordioxydverbrauch in Prozent, bezogen
auf das Holz, als Folge des Prozentsatzes an vom Fasermaterial
entferntem Lignin. Man kann sehen, daß eine starke Zunahme an benötigtem Chlordioxyd eintritt, wenn das entfernte
Lignin einen Prozentsatz von 16 <f0 übersteigt, d.h. wenn
das verbleibende Lignin weniger als ungefähr 2 $ beträgt.
Die Temperatur der Ligninentfernungsreaktion sollte bei
einem Wert zwischen 40 und 75°G aufrechterhalten werden.
C
Bei niedrigeren Temperaturenvungewöhnlich lange Ligninentfernungszeiten wer-eten benötigt, während bei höheren Temperaturen das Chlordioxyd eine geringe LÖslichkeitsrate hat und und zu Behandlungsschwierigkeiten neigt. Im Falle anderer Oxidationsmittel besteht die 3-efahr des Abbaus des Fasermaterials und der Zersetzung der Oxidationsmittel bei höheren Temperaturen.
Bei niedrigeren Temperaturenvungewöhnlich lange Ligninentfernungszeiten wer-eten benötigt, während bei höheren Temperaturen das Chlordioxyd eine geringe LÖslichkeitsrate hat und und zu Behandlungsschwierigkeiten neigt. Im Falle anderer Oxidationsmittel besteht die 3-efahr des Abbaus des Fasermaterials und der Zersetzung der Oxidationsmittel bei höheren Temperaturen.
Die wässrige Lösung sollte auf einem pH-Wert zwischen 2,5 und
4 gehalten werden, welcher durch angemessenen Laugenzusatz kontrolliert werden kann. Bei niedrigeren pH-Werten tritt
Kohlehydrathydrolyse ein und die Selektivität der Ligninentfernung
geht verloren. Wenn der pH-Wert der wässrigen Lösung
1098 43/0 3 49
16.92355
nicht kontrolliert wird, sinkt er auf ungefähr 1 ab.
Steigt der pH-Wert auf einen Wert über 4 ist das Chlordioxyd nicht -mehr ohne weiteres für die Lignineni;f ernung
verfügbar.
Die wässrige Lösung sollte mit Chlordioxyd gesättigt werden,
um einen Chlordioxydspiegel von ungefähr 4 bis 5 g pro liter
wässriger lösung zu erhalten. Durch Aufrechterhaltung eines
solchen Chlordioxydspiegels in der wässrigen Lösung ist es
möglich,in verhältnismäßig kurzer Zeit ungefähr 1 Gewichtsteil Lignin unter Verwendung von ungefähr 1 Grewichtsteil
Chlordioxyd zu entfernen. Das ist bedeutend besser als
in den bekannten Verfahren; das erfindungsgemäße Verfahren
ist wirtschaftlich und praktisch durchführbar.
Das vom Lignin befreite Material wird dann durch den Einsatz milder Alkalilösungen gefasert. Der Einsatz starker
en
alkalischer Lösung/hat den Verlust des Kohlehydratmaterials und die Verringerung der Ausbeute zur Folge. Die Anwendung von Alkalilösungen greift die Wand zwischen Mutter-Iochirer— Zellen in Holzproüukten an, während radiale Z.ellwände unter mechanischer Kraft zusammenbrechen. Deshalb ist eine alkalische Zerfaserung des vom Lignin befreiten Stoffs erwünscht.
alkalischer Lösung/hat den Verlust des Kohlehydratmaterials und die Verringerung der Ausbeute zur Folge. Die Anwendung von Alkalilösungen greift die Wand zwischen Mutter-Iochirer— Zellen in Holzproüukten an, während radiale Z.ellwände unter mechanischer Kraft zusammenbrechen. Deshalb ist eine alkalische Zerfaserung des vom Lignin befreiten Stoffs erwünscht.
Faserstoffe mit weniger als ungefähr 2 $>
Lignin sind erwünscht und in diesem Fall wird ein Zweistufenverfahren
angewandt, in dem das Fasermaterial bis zu einer Lignin—
10984370343
-■ 15 -
entfernung von 2 $ behandelt wird und das verbleibende
Lignin wird in einer zweiten Stufe mit Hilfe der gleichen oder anderer Oxidationsmittel entfernt.
Wie bereits oben angegeben, ist das erfindungsgemäße Verfahren
einzigartig in der Anwendung auf Fasermaterial, welches
einem Aufschluß oder einer anderen Behandlung unter-
wie
zogen wurde,/z.B. Zeitungspapier und Abfallpapier. Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert gewisse Fasereigenschaf- gm ten, so daß diese Materialien zu wiederverwendbaren Fasern aufgearbeitet werden können ohne Faserabbau, welcher hervorgerufen wird durch Wiederaufarbeitung von Abfallpapier und Zeitungspapier, wie dies in verschiedenen Juteverfahren geschieht. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die V/iederverwendung von Papierfasern derselben oder einer besseren Art, und dies ist ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.
zogen wurde,/z.B. Zeitungspapier und Abfallpapier. Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert gewisse Fasereigenschaf- gm ten, so daß diese Materialien zu wiederverwendbaren Fasern aufgearbeitet werden können ohne Faserabbau, welcher hervorgerufen wird durch Wiederaufarbeitung von Abfallpapier und Zeitungspapier, wie dies in verschiedenen Juteverfahren geschieht. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die V/iederverwendung von Papierfasern derselben oder einer besseren Art, und dies ist ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die folgenden Beispiele erläutern die Anwendung der Er- ~
findung:
90,72 Pfund borkenfreies Espenholz wurden geschnitzelt und
in einen verschlossenen Tank gegeben und in 544f32 Pfund
0,25 normalem latriumhydroxyd bei 250G eingetaucht. Der
Sank wurde auf 25,40 cm Quecksilbersäule evakuiert und
ungefähr 1/2 Stunde lang unter diesem Vakuum gehalten.
Die Ffun-i-Angal-en sind zu verstehen in deutschen I-fun-3
Ό 349 _ " '
Der lank wurde dann in einer Zeit zwischen 10 und 30 Minuten
auf eine Temperatur zwischen 40 und 500C erhitzt.
Dann wurden die Schnitzel abgetrocknet. Sie wurden dann durch Preßwalzen gegeben,welche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
liefen, um eine Scherkraft zwischen den Fasern zu bewirken, wodurch die Oxidationszeit bedeutend
verringert werden kann. Dieser Vorgang unterscheidet sich, vom Zerfaserungsvorgang und von Preß- und Bearbeitungsschritten ohne Faserbeschädigung. Das gepresste Fasermaterial
wurde dann gewaschen und war bereit für die selektive Lighinentfernung.
Chlordioxydgas würde erzeugt und in Wasser bei ungefähr
500C gelöst; das Wasser löste das Gas bis auf ein Niveau
von 4,7 g / 1. Ungefähr 907>20 Pfund Wasser, welches das
Chlordioxydgas enthielt, wurden verwendet, um die Schnitzel einzutauchen; die Lösung wurde zirkuliert und das
Gas wurde in die Lösung eingebracht, um die Sättigung der
Lösung aufrechtzuerhalten. Als die Lösung zirkulierte, wurde latriumhydroxyd hinzugegeben,um.den pH-Wert auf
3 bis 4 zu halten. Die Schnitzel wurden 3 1/2 Stunden
lang behandelt und getrocknet.
Die getrockneten=Schnitzel wurden dann in 0,1 normales
Natriumhydroxyd eingetaucht und diese Mischung 5 Minuten lang in eine Mühle gegeben. Die Lösung wurde getrocknet
und der Stoff gewaschen und gesiebt.
109843/03*9
. Der erhaltene Stoff enthielt ungefähr 2 fo verbliebenes
Lignin und stellte eine G-esamtausbeute von 75 $>
dar. Nach dem Sieben wurde eine Ausbeute von mehr als 60 f>
erhalten. Ein Vergleich mit herkömmlichen Stoffen findet sich in
den
der untenstehen/Tabelle.
der untenstehen/Tabelle.
Saures Bisulfit- neutrales Kraft- Ligninviiff11"
verf· Sulfitverf. Verf. EnJ|egg.
'jcbauiijauöoeui/ti — Ausbeute nach Siebung |
VJl VJl 00 CP |
57 | 54 | 54 47 |
75 61 |
Lignin in f> im gesieb ten Stoff |
2,3 | 4,1 | 3,3 | .4,4 | 2,6 |
Weißgrad in fo | 60 | 58 | 64 | 28 | 60 |
2ero-Span-Maß lb/in. |
48 | 56. | 68 | 65 | 59 |
.ilahlzeit bis zum Ein tritt des JPeinheitsgrads 300 C.S.I1. |
16 | 17 | 17 | 25 | 16 |
Dichte, g./cc. | 0,79 | 0,74 | 0,73 | 0,78 | 0,72 |
Beißfestigkeit lb/in. |
26 | 33 | 35 | 31 | 34 |
Eeißfaktor | 0,44 | 0,64 | 0,93 | 0,88 | 0,69 |
Undurchs ürfc igkeit | 72 | 72 | 74 | 90 | 62 |
Beispiel II |
Es ?;urden Sspenholzspäne mit einer wässrigen Lösung aus
47 io Peressigsäure, 11 fo Wasserstoffperoxyd, 12 ^ Essigsäure
behandelt· der pH-Viert der Lösung war weniger als 1. Das Laugenverhältnis betrug 7 s 1; wie aus der folgenden Tabelle
ersichtlich, wurden flatriumazetat, Natriumhydroxyd und Ammoniumhydro
xyd zugesetzt, um den pH-Wert der Lösung- auf das gewünschte Maß au erhöhen. Der Anfangswert der Peressigsäure
1(39843/0349
- - " ' . - ■ ' BAD OfIKSINAL
T 6 928 55
in der -Losung betrug 120 Gewichtsprozent, bezogen auf
das Holz. Die selektive Li^ninentfernung wurde bei 70°0
durchgeführt, deren Ergebnisse in der folgenden Tabelle angegeben sind.
Tersuch Art des Alkalis
Anfangs- EndpH-Wert pH-Wert
Zeit Stoffaus- GeneralZero
(min.) beute in Electric Span io= d.Holzes Weißgrad Reiß-
fo festigkeit
-
HaAe | 5,8 | 5,5 | 120 | 75 | 82 | unge- siebte^ Stoffe |
|
1 | MaAc | 5,8 | 5,6 | 60 | 76 | 75 | 64 |
2 | KaOH | 5,8 | 5,6 | 60 | 76 | 75 | 48 |
5 | NH4OH | 5,8 | 5,6 | 60 | 76 | 76 | 49 |
4 | WH. OH | 4*0 | 120 | 70 | 85 | "56 | |
5 | 72 | ||||||
Man hat gefunden, daß, wenn der ρH-Wert- 4 überschreitet, das Holz
relativ roh war; außerdem herrschte die Tendenz einer Verminderung
der Zero-Span-Reißfestigkeit der Fasern* Bei pH-Werten unter 2,5
tritt unerwünschter Abbau des Stoffs ein.
Espenholzspäne wurden mit derselben teressigsäufe enthaltenden
Lösung des Beispiels 2! behandelt. Das Laugenverhältnis
betrug 9 : 1 und ^er pH-Wert der Lösung würde durch Zusatz
von Ammonlumhydroxyd auf 2»7 eingestellt. Die wässrige Lösung wurde verdünnt und man erhielt eine Lösung, die auf
1 Liter 47 g Peressigsäure enthielt; dies entspricht ungefähr
42 Gewichtsprozent, bezogen auf das Holz. Die selektive
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Lijninentfernung wurde 9 1/2 Stunden lang bei einer
Temperatur von 5O0C durchgeführt. Die Ausbeute betrug 85 io und das verbleibende Lignin beträgt 3,9 $>
bezogen auf den Anfangswert des Holzes* Der Verbrauch an Peressijsäure betrug 37 f°t bezogen auf den Ausgangswert des Holzes^ und das Grewichtsverhältnis von Peressigsäure
zu entferntem Lignin.betrug 2,6 zu 1,
Ein besonderer Vorteil der Anwendung von Peressigsäure ist darin zu sehen, daß das Aufschlußverfahren fast ausschließlich
auf Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff beschränkt bleiben kann, ohne die Anwendung fremder Stoffe,
wie beträchtliche mengen an Schwefel, Ghlor oder Natrium.
Außerdem, wenn der aktive Sauerstoff aufgebracht ist,.wird Peressi^säure in Essigsäure umgewandelt, welche
ein zusätzliches Reagens darstellt. Hinzukommt, daß Peressigsäure in Wasser löslich ist, so daß hohe Konzentrationen
zur Anwendung kommen können.
ein
Aus obigem erhellt, 'daß/praktisch durchführbaresverfahren zur Behandlung von Fasermaterial entwickelt wurde . Dieses Verfahren liefert einen hydrodynamisch stabilen. Stoff mit einem hohen ursprünglichen Weißgrad. Der Stoff kann in hoher Ausbeute erhalten werden und die Nebenproduktverbindungen, insbesondere die Hololignine, sind einzigartig in der Papierindustrie. Der Stoff hat verschiedene einzigartige Eigenschaften.
Aus obigem erhellt, 'daß/praktisch durchführbaresverfahren zur Behandlung von Fasermaterial entwickelt wurde . Dieses Verfahren liefert einen hydrodynamisch stabilen. Stoff mit einem hohen ursprünglichen Weißgrad. Der Stoff kann in hoher Ausbeute erhalten werden und die Nebenproduktverbindungen, insbesondere die Hololignine, sind einzigartig in der Papierindustrie. Der Stoff hat verschiedene einzigartige Eigenschaften.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren eine .Neuheit
in der Anwendung bei Pappe, Abfall- und Zeitungspapier und
109843/03*9
liefert wertvolle Fasern.
BAD
Claims (1)
- ■;■■;■. ' - 3ft- :;: · :Patentansprüche ' 1RQ9R55Verfahren zum Aufarbeiten von Faserstoff, welcher Lignin und Kohlehydrate enthält, mit dem Ziele der Entfernung des Lignins ohne wesentliche Entfernung der Kohlehydrate, durch Umsetzen der Faserstoffe mit einem Lignihentfernungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffe mit Chlordioxyd oder, infolge Zersetzung Chlordioxyd liefernden Mitteln, wie Peressigsaure, Perameisensäure und Perpropionsäure, umgesetzt werden, und zwar bei einem pH-Wertvon 2,4 bis 4,0.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffe bei einer Temperatur zwischen * weiligen Verbindung umgesetzt werden.stoffe bei einer Temperatur zwischen 40 und 75 C mit der je>-3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch'gekennzeichnet, daß die Reaktion so lange durchgeführt wird, bis der Restgehalt Lignin in dem Faserstoff weniger als 2 &ew.-$ beträgt.4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, gekennzeich— -net, daß der Faserstoff zerrissen wird und daß er einer milden alkalischen Vorbehandlung unterworfen wird, bevor er mit der jeweiligen Verbindung umgesetzt wird.5. Verfahren nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet., daß der Faserstoff vor der Umsetzung mit dem Chlordioxyd zwischen mit unterschiedlicher -Geschwindigkeit sich bewegenden Flächen gepreßt wird.109843/0349 ΒίΦVerfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der.stoff vor. der Umsetzung mit der jeweiligen Verbindung gewaschen wird*7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die "von lignin teilweise "befreiten leaser stoffe nochmals mit einem ligninentfernungsmittel umgesetzt werden, um restliches Mgnin zu entfernen.8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich— net, daß die von Mgnin befreiten Faserstoffe zerfasert werden·9» Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerfaserung unter milden alkalischen Bedingungen durchgeführt wird,TOo Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß eine gesättigte Chlordioxydlösung als ligninentfernen— des Mittel zur Anwendung kommt.β Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich-™ net, daß das Rohmaterial in IPorm Kleiner Schnitzel oder Späne vorliegt.109843/0349
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