DE1951816A1 - Verfahren zur Herstellung von mechanisch-chemischen,semichemischen oder chemischen Holzzellstoffen oder Halzfaserbreien fuer die Fabrikation von Papier,Karton u.dgl. - Google Patents

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN P AT« NT AN W ALT B D-8000 MÖNCHEN IO · MARIA-THERESIA-STtASSE* · TELEFON (WIl) 4410*1 M0S0A_t MOSCON & CIA. in BUBiOS AIBBS /Argentinien

Verfahren zur Herstellung von meohanisoh-ohemisehen, semiohemischen oder ohemlsohen Holzsellstoffen oder Holzfaserbreien für die Fabrikation von Papier, Karton und dergleichen.

Ea ist bekannt, die chemische Behandlung von HoIe zwecks Gewinnung von Holtsohllff und oder Zellstoff nur Herstellung von Papier dadurch vorzunehmen, da· man den Wirkstoff auf das faserige Material mit seinem natürlichen Feuchtigkeitsgehalt einwirken läset, wobei, was die Grosse der allgemein "Chips* genannten Hol«späne betrifft, eine Stärke von etwa 9 mm bis 3o mm und Schnitte in Winkeln von ungefähr 3o° in der liehtung der Fasern in den semiohemisehen und chemischen

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Holzxellstoffen rerwendet werden, um die den einen Bestandteil dee Holzes (Lignin und Kohlehydrate) bildenden, interzellulären fblymeren eigenen Klebekräfte aufzulösen oder auszuschalten. Daraus geht hervor, das der Charakter des Sohl Iff s oder Zellstoffs von der tür Erreichung der Trennung «nd Unterteilung «ugeführten Energie abhingt · Hierfür benutzt man ohemisohe oder mechanische Energie, oder beide alte Inander, aber Ix allgemeinen «erden Tollkommen getrennte fasern erlangt, trenn nur chemische Energie zugeführt wird, während bei der Herstellung von meohanleohen und ssmiehemlsohen (Kombination von ohemisehen und mechanischen Verfahren) Breien ai* ganze Fasern, Faserbündel» fehlerhaft behandelt· Fasern, Faserbruohstüoke und feines, strukturlose* Material erzeugt werdenf dieses letxtere ist typisch für das mechanische Verfahren· Die durch Lauge eingebrachte Energie führt den Abbruch einiger der interzellulären Klebekraft· herbei.

Die geringe Wirksamkeit des eindringens ά·τ lauge, die auf die wegen der in den Faserstoffen enthaltenen Feuchtigkeit eingetretenen Verdünnung der Lauge zurückzuführen ist, ist der Grund, welcher nicht erlaubt, eine Gleichförmigkeit la Erweichen und in der auflösung τοπ Lignin, Kohlehydraten, Wachsen und Harzen (die zusammen alt den Fasern das Gerippe des Holzes bilden) zu erlangen· Dato bedeutet, da* man, um ein Erweichen und eine Auf löau ig ton annehmbaren Durchschnittswerten zu erreichen, giswungen ist, relativ hohe und das Verhältnis Wirkstoff su Hol» überschreit end· Laugenkonsentrat·

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einzusetzen, wodurch es aber wiederum dazu kommt, d*B «In Teil der Fasern, der im ersten Augenblick mit der Lauge In Berührung kommt, auf Grund von deren Konzentration degradiert wird, während die Fasern, die erst später mit der lauge In Berührung kommen, keine solch· Degradierung erfahren. Denn die Stärke der Konzentration der Lauge hat inzwischen abgenommen, weil sie durch die dem Fasermaterial innewohnende Feuchtigkeit verdünnt wurde.

So kommt es, daß man in der Verarbeitung τοη Holzzellstoff gut imprägnierte oder durchtränkte "Chips" oder Späne von geringer Größe (ungefähr 15 «■ bis 2o mm) erhält, wogegen die grösseren Späne, aus denen das zersplitterte Holzmaterial besteht, unvollständig durchtränkt werden, besonders im Inneren, bis zu welchem die Lauge nioht mit Ihrer Tollen Wirksamkeit sondern nur in verdünnterer Form und mit geringerer Kraft gelangt.

Wenn auoh die nicht degradierten Fasern des Inneren Kerne der Späne oder "Chips" später durch mechanische oder chemische Behandlung τοη dem nachfolgenden Zerfaserungs- und Bleichverfahren getrennt werden können, so-haben weder der erste noch der zweite Verfahrensschritt einen gleichförmigen Einfluss auf das gesamte Material, weil es in diesen Verfahrenaabsohnitten eben ziemlich uneinheitlich vorliegt. Diese Unelnheltlichkeit rührt davon her, dafi es nahezu unmöglich ist, Späne von absolut einheitlicher Größe herzustellen, selbst wenn man Siebe benutzt und die größeren Späne weiter verkleinert und die zu kleinen aus dem weiteren

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Verfahren ausscheidet*

Dabei ist zu beachten, daß in dem Gesamtverfahren der Herstellung von Zellstoff oder Holzbrei für die Papierfabrikation eine der eigentlichen Industrialisierung vorangehende Stufe zu beachten ist, die den weiteren Verlauf der Behandlung ebenfalls negativ beeinflußt, Es handelt sich hierbei um die Lagerung des Ausgangsmaterials, sei dieses nun das in Sohdte geschnittene aber sonst unbearbeitete Holz oder aber die Späne» Wenn die Hölzer oder Holzspäne im Freien oder in Nässe gelagert werden, geschieht es, in dieser Vorstufe, daß die im Holzmaterial enthaltene natürliche Feuchtigkeit, selbst wenn sie in der gesamten Hasse mehr oder weniger einheitlich ist, durch das Wetter (Sonnenschein ₉ der die Austrocknung der oberen Schicht des Holzhaufens, und Regen, der eine Feuchtigkeitszunahme In den am meisten ausgesetzten feilen des Haufens verursacht) eine Veränderung erfährt, die sich Insbesondere in den äußeren Schichten bemerkbar macht sich »um Schaden der nachfolgenden Bearbeitung des Materials auswirkt, indem die verschiedenen Mengen von Feuchtigkeit enthaltenden Späne auoh der Lauge gegenüber mehr oder weniger empfindlich sind.

Aus der Fachliteratur (L'Industrie della Cart·-Volume PrI-Bio - Enrico Gianni - Seiten 5?if und 577, Ausgabe 1961) 1st bekannt, daß das Holz versuchsweise bis zur Größe von Streichhölzern (etwa 3 mm) mit ziemlich guten Ergebnlesen verkleinert werden kann, wenn man es stets bei dem natürlichen Feuchtigkeitsgehalt des Holzes beläßt.

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Bei der Herstellung bestimmter, mechanisch-chemisch oder semi-ohemisoh genannter Holzbreie für die Papierfabrikation hat man bereits das Eindringen der Lauge dadurch verbessern wollen, daß man diese direkt auf die Holzklötze einwirken ließ, indem man die Klötze in einen Autoklav einbrachte, um durch die Erzeugung eines unterdrücke die im Holz enthaltene,Luft auszuziehen, wodurch das Eindringen der unter hydrostatischem Druck eingeführten Lauge begünstigt werden sollte. Diese Holzklötze oder Scheite werden dann in altbekannter Weise (durch Holzschleifsteine) entfasert, aber trota allem wird nicht die erforderliche Einheitlichkeit der Durchdringung erreicht, da das Verfahren, welches man als "ALB-semieell" kennt, wiederum wegen der im Ausgangsmaterial unverändert verbleibenden Feuchtigkeit unzulänglich ist.

Man hat auch Späne einem ähnllohan Verfahren unterworfen, ohne aus den gleichen Gründen zu einem besseren Resultat zu gelangen, (Esoher-Wyss-Verfahren).

Auch hat man in der Herstellung eines semi-chemigahen Breis, um ein ^v«sseres Eindringen der Laug© au erreichen, das Ausgangsmaterial nohen Drücken (9 ader Io Afc) und entsprechend hohen Temperature» von I70 bis 180° O ausgesetzt. Aber auoh hier fand die Begradi^rung rna? la 4&e äußeren Fassreohiohten stmtt», während die des Inneren Kerns der "Chips" oder Späne weniger von der Imprägnierung alt Lauge betroffen werden, da diese durch die vorhandene Feuchtigkeit und unter dem EinfluS des Niederschlags des im Verfahren verwendeten Dampfes verdünnt wird. Dieses Verfahren ist als "Chemipulver" bekannt.

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In allen bekannten Verfahren zur Herstellung von Holzfaserbrei für Papier ist aus den vorstehend angegebenen Gründen die Verwendung eines Überschusses von Wirkstoff in den verschiedenen benutzbaren Laugen (sauere, basische oder neutrale, wie sie normalerweise in der Papierindustrie verwandt werden) notwendig, um die richtige Durchdringung des inneren Kerns der Späne zu erreichen. Diese Überschüsse an Wirkstoff bedingen wiederum groSe Büokgewinnungsanlagen, welche die Produktion erheblich verteuern. Ein weiterer Nachteil der oben erwähnten bekannten Verfahren Hegt darin, daß die starke Konzentration des Wirkstoffs in der Lauge eine Degradation der äußeren Fasern herbeiführt, was im Endergebnis den erhaltenen Ertrag vermindert.

Bei allen bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Holzzellsfeoff od@r- Faserbrei aus Chips oder Spänen für die Papierindustrie sind also zwei Hauptnaohtelle zu üborwlade«₈ uäElish die Größe und Fora, zu welcher das Holz zerkleinert wtr&_c tau die OhIps oder Späne w,u erhalten! und die Peudhtigkeit» £i<* Im Inneren der jShips. oder Span« verbleibt_s*ö diese nun äXβ natürliche Feuehtigfceit tst₉ oder ca sie durch die Lagerwelee erzeugt wurde*

Diese beiden Nachteile treten nicht bei der Herstellung von mechanischem Holzschliff aus Chips oder Spänen auf| es 1st aber zu bedenken, daß der so erlangte Sohliff oder Brei nicht als solcher für die Fabrikation von Papier geeignet ist, sondern erst zu verbessern ist. Indem man chemischen Zellstoff beimischt» Für Zeitungspapier, zum Beispiel, verwendet man 2o bis 25% von Chemiezellstoff, der Rest ist mechanischer Brei.

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Ziel der Erfindung ist» bei einem Verfahren zur Herstellung von mechanisch-chemischem, seml-ohemlsohea und oheml sehest Holzschliff und/oder Faserbrei für die Fabrikation von »apier, Karton und dergleichen die erwähnten Nachteile zu vermeiden. Dies wird erflndungsgemäS dadurch erreicht, daß das Verfahren von "sehuppen^-formigen Holzsplittern ausgeht, die duroh ihre geringe Stärke und Ihre physischen und strukturellen Eigenschaften ein naohherlges Senken der darin enthaltenen natürlichen Feuchtigkeit duroh irgendein den Fasern nicht schädliches Trocknungsrerfahren zuläßt. Bas AuegangematerIaI In dieser Verfassung (trockene, schuppenform!ge Gebilde) ermöglicht aln leichtes Eindringen und Imprägnierung der Lauge, das sich sohnall und einheitlieh in der gesamten Masse jeder Schuppe vollzieht, ohne das die Laugenkon- «entratlon geändert oder eine Degradation der Fasern bewirkt würde.

Mittels dieses Verfahrens werden verschiedene Bedingungen geschaffen , die in den bisher bekannten und üblichen Verfahren nicht vorliegen. Ölese sind vor allemt Einheitlichkeit der Imprägnierung, ■Inimale Degradation der Fasern, bessere Regelung der zu verwendenden Mengen von Wirkstoff, je nach dem Typ das verwendeten Holzes und der Qualität des herzustellenden Breis, sowie eine Venalnterung des Verhältnisses von Lauge oder sonstigen Flüssigkeiten zu Holz, welches Verhältnis in den bekannten Verfahren einen Mindestwert von 2t1 hat und erflndungsgemäS auf die Proportion Ii1 zurückgeführt

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werden kann. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß die angegebenen Proportionen auf das absolut trokkene Gewicht des Holzes zu beziehen sind.

Diese Senkung des das Verhältnis Lauge zu Holz darstellenden Wertes macht es möglich, kleinere Verarbeitungsanlagen zu benutzen oder gleich großen Anlagen eine größere Leistungsfähigkeit und Produktionskapazität zu verleihen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erge-ben sich die folgenden Vorteile: Klötze oder Scheite Jedes Durchmessers und jeder Länge können verwertet werden, um daraus die sohuppenförmigen Holzsplitter zu gewinnen. Die Benutzung jeglichen Holzarten ist möglich. Es besteht der Präparation des Ausgangsmaterials (Schuppen) für Jede Art Brei, (mechanisch-chemisch, semi-chemisch oder chemisch). Es erfolgt eine homogene Trocknung sowie eine schnelle und homogene Imprägnierung der "Schuppe" durch die Lauge, ferner eine Nicht-Verdünnung der Lauge während der Imprägnierung, eine genaue Dosierung des in der Lauge zu verwendenden Wirkstoffs Je nach der gewünschten Art von Faserbrei, eine minimale Degradation des faserigen Ausgangsmaterials während dessen Behandlung, da es Ja nicht mehr nötig ist, einen ÜberschuS von Wirkstoff einzusetzen und die Benutzung eines homogenen Materials in den nachfolgenden Zerfaserungs- und Bleichverfahren. Darüber hinaus erhält man einen größeren Ertrag an Brei für die Herstellung einer bestimmten Qualität eine Verminderung des Verhältnisses von Flüssigkeit zu Holz eine Verminderung der Dauer der Entfaserungs- und Kochverfahren, welche Abschnitte der Verfahren zur Herstellung von chemischen

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und semi-chemlsehen Breien bilden, wobei die kürzere Dauer dieser Abschnitte der größeren Schnelligkeit der Imprägnierung zu danken ist und eine Verminderung der Drücke und Temperaturen im Falle von chemischen und semi-chemlsehen Breien, aus den vorstehend angegebenen Gründen. Da das Kochen oder Dämpfen im Verfahren zur Herstellung des chemischen oder semi-chemisehen Breis in homogener Welse erfolgt, hat man auch im Bleichverfahren den Vorteil» daß man eine geringere Menge von Wirkatoff anwenden und folglich eine geringere Degradation der Pasern erreichen kann.

Die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten technischen Maßnahmen sind die folgenden» Der Holzstamm oder Klotz wird auf an sich bekannte Weise zu 0,1 bis 3 mm dicke Schuppen geschnitten, wobei beste Ergebnisse mit einer Sohneidtrommel des in den Pressholzindustrien üblichen Typs durch einen quer durch den Stamm gehenden und parallel zur Achse des Stammes hin verschobenen Schnitt erzielt werden, der in dem zyllnderförmigen Stamm eine kreisförmige Sekante formt. Danach wird ein Trooknen durchgeführt, das solange dauern kann, bis lOO^ige Trockenheit erreicht ist.

Die funktionelle Beziehung zwischen allen Verfahrensschritten (d.H., im Rahmen dieser Beschreibung sowohl die an sich bekannten wie die eigentlichen neuen Schritte) ist folgende» Vorbereitung des Holzes, nachdem zunächst die Rinde vom Stamm abgetrennt ist, worauf man das Holz zu den die gewünschte Dicke zwischen 0,1 mm und 3 mm aufweisenden "Schuppen" schneidet. Die Schuppen werden am besten erhalten, wenn man mit einer

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Sohneidetrommel des In der Pressholzindustrie üblichen Typs, mit quer zum Stamm und parallel zur Achse des Stammes hin verschobenem Schnitt, arbeitet der in dem zyllnderförmigen Stamm eine kreisförmige Sekante bildet. Danach werden die Schuppen gemahlen und das Mahlerzeugnis in einen Trockner geleitet, in dem es auf den gewünschten Grad von Trockenheit gebracht wird, Je nach der Qualität des Breis, den man zu erhalten wünscht. Dieses Trocknen kann so vorgenommen werden, daß man die völlige Trockenheit der Schuppen erreicht. Die einheitliche und trockene, auf diese Weise gewonnene gemahlene Schuppe unterwirft man sodann dem Imprägnierungsverfahren, und zwar innerhalb irgendeines gewünschten Bereichs von Ertrag und Heinheit.

Dabei 1st ein besonders wesentliches Merkmal erfindungsgemäßen Verfahrens die die Zerkleinerung des Holzes zu Schuppen, deren Stärke nach Wunsoh von 0,1 mm bis 3,0 mm varleren kann, wobei sich die Verkleinerung von der bisher üblichen Arbeitsweise dadurch unterscheidet, daß man diese bislang gemäß dem Schnitt in der Form von zwischen 9 nn und 3omm dicken "Chins? oder Spänen ausführte, unter einem Winkel von etwa 30° mit Bezug auf die Achse des Stammes. Nach den'bisher üblichen Methoden, werden diese "ChipsJiLoder Späne mit ihren oder selbst oberhalb ihres natürlichen Feuchtigkeitsgehalts weiter verarbeitet, während es nach dem erflndungsgemäSen Verfahren wesentlich ist, daß die "SohupjBgn^ erst getrocknet werden, damit sie bestrebt sind die Lauge fast augenblicklich aufzunehmen.

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Ausführungsbeispiel

Man nimmt Stämme von verschiedenen Durchmessern und Längen aus Pappeln vermischt mit Pappelweiden, die aus dem Paranadelta stammen. Die Entfernung der Rinde wird im natürlichen Zustande der Stämme mittels einer mit schwimmenden Backen ausgerüsteten Entrindungsmaschine üblichen Typs vorgenommen. Die so behandelten Stämme werden dann in eine Holzverschuppungsmaschine gebracht, deren verschiebbare Messer so eingestellt werden, daß Schuppen mit einer Durchschnitt stärke von 0,2 mm erzeugt Warden. Nachdem der . Stamm dem bereits geschilderten Verfahren unterworfen worden 1st, werden die so erhaltenen "Schuppen" zu einer mit einem Sieb versehenen Mahlvorrichtung gebracht, wo man die Schuppen weiter zerkleinert, deren Größe mittels des Siebes vereinheitlicht wird. Die zerkleinerten Schuppen wurden sodann zum Trocknen in einen indirekt mit Dampf beheizten Drehofen eingeführt, wo sie auf eine lOOjiige Trockenheit gebracht werden. Dieser Trockenheitsgrad wurde im Laboratorium mit einem Muster von 2o g nachgeprüft, welches in einem Ofen achtundvierzig Stunden lang einer beständigen Temperatur von 105⁰C ausgesetzt wurde, ohne daß man bei den verschiedenen Versuchen Irgendeine Veränderung des Gewichts hätte feststellen können.

Von dem in diesem Zustand befindlichen Material werden 500 kg in einer in der Papierindustrie a.lß "Kollergang" bekannten Vorrichtung zusammen mit 750 kg Lauge oder Flüssigkeit behandelt, die aus Wasser (Bäumtemperatur)

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und 25 kg NaHO besteht, was einem Verhältnis von $% Wirkstoff auf das Gewicht des 100# trockenen Holzes entspricht, sodaß man auf das Verhältnis Holz zu Lauge oder Flüssigkeit von 1 zu 1,5 (d.h. 1 kg trockenes Holz auf 1,5 kg Lauge oder Flüssigkeit) kommt. Dieses Material nimmt, dank der im Kollergang vollzogenen Behandlung fasteugenblioklich alle Merkmale eines Faserbreis an, weil es vollkommen mit Lauge durchdrungen wurde. Es wird dann in eine mit Messern ausgerüstete als "Holländer" bekannte Bafflnati- Ψ onsmaschine übergeführt, wo es möglichst wenig energisch behandelt wird, um das Brechen der Fasern zu vermelden. Während der Behandlung im Holländer wird der Brei gleichzeitig gewaschen, um ihn mit einer Waschtrommel von den in NaOH gelösten Substanzen zu befreien. Nach dem Entfaserungsabschnitt wird der Brei in einer Mischbütte geladen und durch eine, mit Messern ausgerüstete Kegelstoffmühle in der Maschinenbütte überführt.

Danach wird mittels einer kontinuierlich arbeitenden Maschine zur Herstellung von Papier Typ "Yankee" aus dem gesamten so gewonnenen Faserbrei Papier von einer Stärke von 27 g/m mit einer Geschwindigkeit von 100 m pro Minute hergestellt, ohne daß bei der Produktion irgendwelche Störungen auftreten. Die mikroskopische Analyse eines so hergestellten Produkts ergab, daß ungefähr 60% von ganzen, vollkommen befreiten Fasern und ungefähr kO% von geschnittenen Faserbündeln vorhanden waren.

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Claims (3)

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1) Verfahren zur Herstellung von mechanisch-chemischen, semichemischen und chemischen Holzzellstoffen und Faserbreien für die Fabrikation von Papier, Karton und dergleichen aus Holzarten, in welchem das Holz bis auf eine Größe zerkleinert wird, die seine Entwässerung erlaubt, wobei vorzugsweise die Zerkleinerung durch Abschuppen des Holzes mittels einer quer und parallel zur Achse des Holzstamms verschiebbar vorrückenden Schneidetrommel vorgenomme« wird, die in dem zylinderförmigen Holzstamm kreisförmige Sekanten bildet, während die Stärke der Schuppen einheitlich ist und zwischen etwa 0,1 mm und 3 nun liegt, und bei welchem nachfolgend das Holz mit saurer, basiseter oder neutraler Lauge einer Imprägnierung unterworfen und sodann gekocht und entfasert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zerkleinerung und der Imprägnierung einer wahrnehmbare Entwässerung erfolgt, die bis zum Erreichen einer 100#Lge Trockenheit durchgeführt werden kann.

2) Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung des Holzes bis auf eine einheitliche, zwischen etwa 0,1 mm und 3 mm liegende Stärke erfolgt.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß weitere Zerkleinerung der aus der ursprünglich vorgenommenen Zerkleinerung stammenden Schuppen durchgeführt wird, wonaoh die erwähnte Entwässerung vorgenommen wird.

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