DE19537134A1 - Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von ZellstoffInfo
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- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
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- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung
von Zellstoff durch Imprägnieren eines zur Gewinnung von
Zellstoff geeigneten Materials mit einer Aufschlußlösung,
Behandeln des imprägnierten Materials mit der Aufschlußlösung
bei erhöhter Temperatur und Aufbereitung des Zellstoffs.
Als Zellstoffe bezeichnet man die durch Aufschluß von
Altpapier, Rest- oder Frischholz und anderen Faserpflanzen
isolierbaren Anteile, die vorwiegend aus Cellulose bestehen. Je
nachdem ob frische Rohstoffe oder bereits einmal verwendete
Cellulose zum Einsatz kommen, spricht man von virgin pulp- und
recycle pulp-Herstellung. Beim Aufschluß von virgin pulp werden
die morphologischen Strukturelemente der Rohstoffe, wie Fasern,
Gefäße und andere Zellen, voneinander getrennt, wobei die
überwiegend in den Zwischenräumen und äußeren Bereichen der
Fasern vorkommenden Substanzen, vorwiegend Lignin und
Hemicellulosen, teilweise herausgelöst werden. Durch das
Heraus lösen des als Bindemittel wirkenden Lignins geht der
Zusammenhalt der Strukturelemente verloren. Die freigewordenen
Fasern können dann nach geeigneter Weiterbehandlung
beispielsweise ein Papierblatt bilden. Sie stellen eine je nach
den Aufschlußbedingungen mit mehr oder weniger Lignin und
anderen Begleitsubstanzen verunreinigte Cellulose dar.
Bei der Herstellung von recycle pulp werden statt Lignin und
Hemicellulosen Papierbindemittel und Farbstoffe herausgelöst,
wodurch der Zusammenhalt der Papiercellulosefasern
untereinander zerstört wird. Nach geeigneter Weiterbehandlung
können sie z. B. wieder ein Blatt bilden. Je nach Aufschlußart
und -bedingungen ist die recyclierte Cellulose mehr oder
weniger mit Bindemitteln und Farbe verunreinigt.
Es sind zahlreiche Verfahren zur Gewinnung von Zellstoffen
bekannt und in Gebrauch. Allen chemischen Aufschlußverfahren
ist gemeinsam, daß die zur Gewinnung von Zellstoffen geeigneten
Ausgangsmaterialien, nämlich die pflanzlichen Rohstoffe, nach
dem Zerkleinern diskontinuierlich oder kontinuierlich mit einer
Aufschlußflüssigkeit behandelt werden. Hierzu wird das
zerkleinerte Material zunächst mit der Aufschlußlösung
imprägniert. Nach der Imprägnierung erfolgt der eigentliche
Aufschluß durch Behandeln des imprägnierten Materials mit der
Aufschlußlösung bei erhöhter Temperatur (Kochen). Anschließend
erfolgt die eigentliche Aufbereitung des Zellstoffes, indem man
das in Fasern zerfallene Kochgut wäscht und von
unaufgeschlossenen Teilen befreit (Sortierung). Gegebenenfalls
muß das Kochgut auch von restlichen Cellulosebegleitstoffen
durch Bleiche und Veredlung befreit werden. Der aufgeschlämmte
Faserbrei wird dann entwässert und der weiteren Behandlung
zugeführt.
Beim thermomechanischen Aufschluß (TMP-Verfahren) zur
Herstellung von virgin pulp wird der Kochschritt durch ein
Aufmahlen in einem Refiner in Sattdampf ersetzt. Normalerweise
kommt hier beim Imprägnieren und Mahlen der Hackschnitzel nur
Wasser ohne Chemikalien zum Einsatz. Werden Chemikalien
eingesetzt, dann spricht man von chemisch-thermomechanischem
Pulpen (CTMP).
Bei der Aufbereitung von Altpapier wird dieses mit einer
Chemikalienlösung imprägniert und anschließend, gegebenenfalls
nach einer Vorsortierung, durch Erhitzen behandelt. Danach kann
ein Deinking-Prozeß (z. B. im Flotationsverfahren) stattfinden.
Anschließend wird, sofern gewünscht, gebleicht.
Bleiche und Sortierung erfolgen beim TMP-Verfahren und beim
Altpapierrecycling wie in allen anderen Aufschlußverfahren.
Die Bedingungen, unter denen die Gewinnung von Zellstoff
durchgeführt wird, richten sich nach den eingesetzten
Rohstoffen, der Art der verwendeten Aufschlußlösung und dem
Verwendungszweck des herzustellenden Zellstoffs. Alle Verfahren
zur Gewinnung von Zellstoff sind trotz jahrzehntelanger
Bemühungen zeitaufwendig und erfordern hohe Kochtemperaturen
und den Einsatz aggressiver und umweltschädlicher Chemikalien.
Man hat daher versucht, neue Verfahren zu entwickeln, welche
diese Nachteile zumindest teilweise beseitigen. Beispielsweise
wurden Verfahren entwickelt, bei denen der Aufschluß mit
wäßrigen Alkoholen (Alcell-Verfahren und Organocell-Verfahren),
in Anwesenheit von Anthrachinon und Methanol (ASAM-Verfahren)
und mit organischen Säuren, wie Ameisensäure und Essigsäure,
erfolgt. Eine entscheidende Verbesserung ist jedoch bis heute
noch nicht gelungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein weniger zeit- und energieaufwendiges Verfahren zur
Gewinnung von Zellstoff zur Verfügung zu stellen. Weiter soll
bei der virgin pulp-Gewinnung der Ligningehalt des erhaltenen
Zellstoffs gering und hochreaktiv sein, um ein leichtes
Bleichen, insbesondere mit chlorfreien Chemikalien, zu
ermöglichen. Bei der recycle pulp-Gewinnung soll insbesondere
der Restfarbgehalt nach dem Deinken möglichst niedrig sein.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgaben
gelöst werden, wenn man zumindest die Imprägnierung oder den
Aufschluß des Rohmaterials unter Schalleinwirkung durchführt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren
zur Gewinnung von Zellstoff durch
- a) Imprägnieren eines zur Gewinnung von Zellstoff geeigneten Materials mit einer Aufschlußlösung,
- b) Behandeln des imprägnierten Materials mit der Aufschlußlösung, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur und
- c) Aufbereitung des Zellstoffs,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stufe
a) und/oder die Stufe b) und/oder die Stufe c) unter der
Einwirkung von Schall mit einer Frequenz im Bereich von 0,01
bis 50 kHz durchgeführt wird.
Die Anwendung von Schall ist bei allen Verfahren zur Gewinnung
von Zellstoff erfolgreich. Häufig umfassen die oben genannten
Stufen mehrere Schritte. Die Anwendung von Schall kann dann in
einem oder mehreren dieser Schritte erfolgen. Als Beispiele für
gebräuchliche Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff sind das
Sulfit-Verfahren (neutrales, saures und alkalisches Sulfit-
Verfahren sowie das Anthrachinon-katalysierte Sulfit-
Verfahren), alkalische Verfahren, wie Sodaaufschluß und
Sulfataufschluß, saure Verfahren, wie der hydrotrope Aufschluß,
Salpetersäureaufschluß und Aufschluß mit organischen Säuren und
das Alcell-Verfahren und Organocell-Verfahren sowie das
(chemisch) thermomechanische Pulpen (CTMP) und das
Altpapierrecycling, mit oder ohne anschließendem
Deinkingprozeß, zu erwähnen.
Als zur Gewinnung von Zellstoff geeignetes Material können
insbesondere Holz (hartes und weiches Laub- und Nadelholz),
Bambus, Schilf, Stroh, Hanf, Baumwollinters, Restholz,
Altpapier und die bei der Gewinnung von Fasern aus
Faserpflanzen anfallenden Scheben zur Anwendung kommen.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des
heutzutage wichtigsten Verfahrens zur Zellstoffgewinnung,
nämlich des Sulfatverfahrens (Kraft-Verfahren) und des TMP-
Verfahrens, erläutert.
Beim Sulfatverfahren enthält die Aufschlußlösung hauptsächlich
Natronlauge und Natriumsulfid. Die Imprägnierung spielt beim
Sulfataufschluß keine so große Rolle wie bei anderen
Aufschlußverfahren, beispielsweise beim Sulfitaufschluß, da die
alkalische Kochflüssigkeit die Faserwände quellen läßt und
deshalb leichter eindringt. Dennoch erfordert die Imprägnierung
in der Regel 30-60 Minuten. Diese Zeitspanne kann bei
Einwirkung von Schall bis zu einem Drittel verkürzt werden. Bei
unverkürzter Imprägnierungszeit führt die begleitende Anwendung
von Schall zu einer besseren Wasseraufnahme, so daß auch harte
Hölzer aufschließbar werden.
Dagegen hat die Anwendung von Schall in der Imprägnierungsstufe
bei anderen Verfahren, bei denen die Aufschlußlösung nur
schwierig in das Rohmaterial eindringen kann, noch größere
Bedeutung, d. h. bei verkürzter Imprägnierdauer wird ein
vollständigerer und homogenerer Aufschluß erzielt.
Der Kochprozeß erfolgt beim Sulfat-Verfahren bei etwa 160 bis
180°C. Bei Anwendung von Schall kann diese Temperatur um rund
10% auf etwa 140 bis 160°C verringert werden. Neben einer
beträchtlichen Energieeinsparung hat dies zur Folge, daß auch
einfachere Reaktionsapparate eingesetzt werden können, weil der
Druck des zum Erhitzen verwendeten Sattdampfs entsprechend
geringer sein kann.
Alternativ kann man den Kochprozeß bei der üblichen Temperatur
von 160 bis 180°C unter Schalleinwirkung durchführen. Die
üblicherweise erforderliche Zeit für das Anheizen von 1 bis 2,5
Stunden und für das Kochen von 1 bis 2 Stunden läßt sich dann
bis zu einem Drittel verringern.
Die Aufbereitung des nach dem Aufschluß erhaltenen
Rohzellstoffs umfaßt im allgemeinen die Wäsche und Sortierung
und gegebenenfalls Bleiche und Veredelung des Zellstoffs. Alle
diese Schritte führen bei Schalleinwirkung zu einem besseren
Ergebnis.
Eine schallunterstütze Wäsche führt zu einem besseren
Wascheffekt und zu einer Zeitersparnis von etwa 10%.
Entsprechendes gilt für die Sortierung, d. h. unter Anwendung
von Schall verläuft die Sortierung schneller und man erhält ein
homogeneres Produkt.
Auch die Bleiche wird durch Schallanwendung vorteilhaft
unterstützt. Insbesondere bei Verwendung von Sauerstoff und
Chlor als Bleichmittel erzielt man außerdem eine
Chemikalieneinsparung.
Das TMP-Verfahren läuft normalerweise bei geringeren
Temperaturen ab, als die chemischen Verfahren zum Aufschluß von
Holzcellulose. Bei der Imprägnierung wird im Temperaturbereich
unter 110°C gearbeitet, beim Refinern mit Temperaturen zwischen
135 und 145°C. Der (Ultra)schall wird hierbei zur Erhöhung des
Mahlgrades (bis 10% kürzere Mahlzeiten) und der Homogenität
des gemahlenen Materials eingesetzt. In der nachfolgenden
Sortierung erhält man somit weniger Abfall. Bleiche und
Sortierung erfolgen vergleichbar zum Sulfatverfahren.
Erfindungsgemäß kommt Schall mit einer Frequenz im Bereich von
0,01 bis 50 kHz, vorzugsweise 1 bis 50 kHz, insbesondere 10 bis
50 kHz und besonders bevorzugt 25 bis 40 kHz (Schall) zur
Anwendung. Die Intensität des Schalls pro Liter beträgt
zweckmäßigerweise 1 W/l bis 80 W/l, insbesondere 10 bis 50 W/l.
Die Schallgeber können in einfacher Weise in die
Reaktionsapparate eingebaut werden. Es muß lediglich dafür
Sorge getragen werden, daß das gesamte Gut der Schalleinwirkung
ausgesetzt wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch
der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Zellstoff.
Dieser zeichnet sich im Vergleich zum herkömmlichen Zellstoff
durch eine bessere Wasseraufnahmefähigkeit aus. Der Grund dafür
liegt u. a. darin, daß durch die Schalleinwirkung eine
Vergrößerung der inneren Oberfläche bewirkt wird.
Weiter besitzt der erfindungsgemäße erhältliche Zellstoff einen
höheren Polymerisationsgrad und damit eine bessere
Reißfestigkeit. Bekanntlich führen Imprägnierung und Aufschluß
des Rohmaterials und auch die Bleichung des Zellstoffs zu einer
Verringerung des Polymerisationsgrades. Mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, diese Stufen
schonender durchzuführen, nämlich in kürzeren Zeitspannen
und/oder bei niedrigeren Temperaturen. Dadurch kommt es
erfindungsgemäß zu einem geringeren Abbau des
Polymerisationsgrades.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie
zu begrenzen.
Die aufgelockerten und von den restlichen Samenkapseln
weitgehend befreiten Baumwollinters werden mit einem Förderband
einem Kochbad zugeführt. In diesem werden sie bei rund 80 bis
100°C unter Atmosphärendruck in einer wäßrigen Soda- oder
Natronlaugelösung mit pH 9 bis 11, die mit 2% Netzmitteln und
0,1% Anthrachinon, bezogen auf die gesamte Lösung, versetzt
sind, etwa 1 bis 40 Minuten gekocht. Gleichzeitig wird die
gesamte Lösung mit den Linters einer Schallbehandlung mit rund
10 bis 30 W Schalleistung pro 1 Gesamtvolumen unterzogen.
Anschließend werden die Fasern aus der Lösung gefiltert,
mechanisch entwässert und mit einer Essiglösung unter Druck
durchspült. Danach werden die Fasern erneut gefiltert und
mechanisch entwässert. Die Fasern können nun nach Bedarf weiter
gebleicht werden. Dazu wird der Kochvorgang wie oben wieder
holt, jedoch werden anstatt der Tenside und des Anthrachinons
ca. 1 bis 3% Wasserstoffperoxid und ca. 0 bis 3% Stabili
satoren, wie z. B. Wasserglas, bezogen auf das gesamte
Lösungsvolumen, zugesetzt.
Die Fasern werden wie vorher neutralisiert, entwässert und
können danach - bei Bedarf - direkt mit Chemikalien
weiterbehandelt werden, um technische Prozeßfasern zu gewinnen,
bzw. zu Papier weiterverarbeitet werden.
Schritt 1:
Vorsortierte Holzhackschnitzel werden kontinuierlich, z. B. mit einem Schneckenförderer, einem Imprägnierungsbad zugeführt. Als Lösung dient eine Methanol-Wasser-Mischung, z. B. 70 : 30%. Die Temperatur beträgt 70 bis 90°C, der Druck ist 98 kPa, die Schalleistung beträgt zwischen 20 und 50 W/l. Nach rund 5 bis 30 Minuten Behandlungszeit werden die vorbehandelten Holzhackschnitzel chargenweise einem Druckkocher über eine Schleuse zugeführt.
Vorsortierte Holzhackschnitzel werden kontinuierlich, z. B. mit einem Schneckenförderer, einem Imprägnierungsbad zugeführt. Als Lösung dient eine Methanol-Wasser-Mischung, z. B. 70 : 30%. Die Temperatur beträgt 70 bis 90°C, der Druck ist 98 kPa, die Schalleistung beträgt zwischen 20 und 50 W/l. Nach rund 5 bis 30 Minuten Behandlungszeit werden die vorbehandelten Holzhackschnitzel chargenweise einem Druckkocher über eine Schleuse zugeführt.
Schritt 2:
Im Druckkocher werden die Holzhackschnitzel in Sattdampf bei Temperaturen zwischen 90 und 120°C wie in Schritt 1 mit Schall 5 bis 30 Minuten behandelt.
Im Druckkocher werden die Holzhackschnitzel in Sattdampf bei Temperaturen zwischen 90 und 120°C wie in Schritt 1 mit Schall 5 bis 30 Minuten behandelt.
Danach durchlaufen die Holzhackschnitzel zwei Kochprozesse in
Sattdampf.
Beim ersten Kochprozeß, Schritt 3, liegen die Temperaturen bei
120°C bis 180°C und die Behandlungszeit kann bis zu 160 Minuten
dauern. Die Aufschlußlösung besteht aus einem Methanol : Wasser-
Gemisch mit einer Konzentration von 7 : 3 bis 1 : 4.
In der zweiten Kochstufe, Schritt 4, werden der Methanolgehalt
auf etwa 10 bis 40% reduziert, 3% Natronlauge oder Soda,
sowie 0 bis 0,1% Anthrachinon, bezogen auf die Trockenmasse
der Holzhackschnitzel, zugesetzt. Druck, Schalleistung und
Behandlungsdauer sind in etwa die gleichen, wie in Schritt 3.
Der jetzt noch ungebleichte Zellstoff wird gewaschen und
anschließend einer mehrstufigen Bleiche zugeführt. Diese kann
z. B. aus einer Sauerstoff-, einer Wasserstoffperoxid- (wie
Bsp. 1) und einer Ozonstufe bestehen. Jeder Bleichschritt kann
schallunterstützt ausgeführt werden.
Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei
niedrigeren Temperaturen, geringeren Drücken und mit kürzeren
Behandlungszeiten durchgeführt werden kann. Außerdem wird der
Chemikalieneinsatz verringert.
Holzhackschnitzel werden unter Ultraschalleinwirkung in
Sattdampf in etwa 3 Minuten auf 110°C vorgeheizt und dann in
einem doppelstufigen Refiner bei etwa 130°C in Sattdampf
aufgemahlen. Die Schalleistung beträgt dabei zwischen 10 und 50
W/l Wasser. Beide Stufen werden ohne Chemikalienzusätze
gefahren. Die nachfolgende Sortierung und mehrstufige Bleiche
mit Peroxid, bzw. Hydrosulfit, erfolgt wie in den Beispielen 1
und 2 beschrieben und kann schallunterstützt erfolgen.
Das Altpapier wird zunächst in einer Lösung aus Natronlauge,
Wasserstoffperoxid, Wasserglas und Tensiden in den üblichen
Mengen und Konzentrationen und unter Ultraschalleinwirkung bei
einer Temperatur von 40-50°C imprägniert und voraufgelöst,
wobei die Schalleistung zwischen 10 und 30 W/l beträgt. Danach
wird, gegebenenfalls schallunterstützt, vorsortiert.
Das vorsortierte Material wird anschließend in einem
Reaktionsturm in der vorher beschriebenen Lösung unter
Ultraschalleinwirkung und bei etwa 50°C suspendiert,
Schalleistung wie vorher, und anschließend erneut,
gegebenenfalls schallunterstützt, sortiert.
Die Fasersuspension wird nun einer Deinkinganlage zugeführt,
bestehend aus einer Erstflotation, einer Nachsortierung, einer
Eindickung, einem Dispergierer und einer Nachflotation. In den
Flotationseinrichtungen wird die Fasersuspension unter
Luftzufuhr in der gleichen Lösung, wie bisher, unter
Ultraschalleinwirkung und bei 40 bis 50°C behandelt,
Schalleistung 10 bis 50 W/l, und von der Druckfarbe befreit.
Abschließend erfolgt eine Bleiche mit Peroxid unter Erhitzen
auf 70 bis 80°C und/oder Natriumdithionit.
Die zwischen der Erstflotation und der Nachflotation erfolgende
Dispergierung erfolgt, gegebenenfalls schallunterstützt, bei
Temperaturen um 90°C.
Claims (9)
1. Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff durch
- a) Imprägnieren eines zur Gewinnung von Zellstoff geeigneten Materials mit einer Aufschlußlösung,
- b) Behandlung des imprägnierten Materials mit der Aufschlußlösung, und
- c) Aufbereitung des Zellstoffs,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Stufe a) oder
die Stufe b) unter der Einwirkung von Schall mit einer
Frequenz im Bereich von 0,01 bis 50 kHz durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stufen (a) und (b) unter Schalleinwirkung durchgeführt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auch das von der Stufe (c) umfaßte Waschen des
Zellstoffs unter Schalleinwirkung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß auch das von der Stufe (c) umfaßte
Bleichen des Zellstoffs unter Schalleinwirkung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß auch das von Stufe (c) umfaßte
Sortieren des Zellstoffs unter Schalleinwirkung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß man bei der Gewinnung von Zellstoff
aus Altpapier auch das von Stufe c) umfaßte Deinking unter
Schalleinwirkung durchführt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es unter der Einwirkung von
Ultraschall (25 bis 40 kHz) erfolgt.
8. Zellstoff, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995137134 DE19537134A1 (de) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995137134 DE19537134A1 (de) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19537134A1 true DE19537134A1 (de) | 1997-04-10 |
Family
ID=7774115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995137134 Withdrawn DE19537134A1 (de) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19537134A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108130806A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-06-08 | 齐鲁工业大学 | 耐强碱清洁制浆助剂及其应用工艺 |
-
1995
- 1995-10-05 DE DE1995137134 patent/DE19537134A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108130806A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-06-08 | 齐鲁工业大学 | 耐强碱清洁制浆助剂及其应用工艺 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |