DE1955641C3

DE1955641C3 - Verfahren zur Gewinnung von hochweißem Zellstoff für die Papierfabrikation

Info

Publication number: DE1955641C3
Application number: DE19691955641
Authority: DE
Inventors: Emilio; Ruffini Guglielmo; Gandini Giovanni; Ghislandi Franco; Mailand Kruger (Italien)
Original assignee: Vita Mayer & C. Gia F.Lli Vita S.A.S., Mailand (Italien)
Priority date: 1969-07-30
Filing date: 1969-11-05
Publication date: 1976-10-21

Description

das sauer behandelte und dann alkalisch imprägnierte Material vor dem mechanischen Zerfasern bei Temperaturen im Bereich zwischen 80 und 180° C kocht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß man das alkalisch imprägnierte und dann sauer behandelte Material bzw. 30 für die Anlagen für die Durchführung der Verfahren mit sich bringt.

Weiterhin ist eine Heißbehandlung von zerkleinerten Hobteilchen bei einer Temperatur von etwa 160° C in einer wäßrigen, Natriumhydroxid und Natriumsulfid enthaltenden Lösung, die 1,25 % Natriumborhydrid enthält, bekannt. Es ist zwar darauf hingewiesen, daß durch die Zugabe von Natriumborhydrid eine Ausbeutesteigerung erzielt werden könne, doch ist es unumgänglich, die bei diesem Verfahren erhaltene Cellulose einem zusätzlichen Bleichverfahren zu unterwerfen, da der Zellstoff noch braun gefärbt ist und die Herstellung eines weißen Papiers ohne dieses zusätzliche Bleichverfahren nicht erlaubt.

Auch soll bei cellulosehaltigen! Material die An-

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
xur Gewinnung hochweißer Cellulose in Form von
Zellstoff für die Papierfabrikation mit hoher Ausbeute in einer verhältnismäßig wenig aufwendigen 45 Wesenheit von Natriumborhydrid bei der Sulfat-Anlage, kochung eine größere Helligkeit des Zellstoffs bewir-

Die stetig steigende Nachfrage nach Papier und ken, doch muß bei diesem in der US-PS 30 42 575 cellulosehaltigen Materialien zwingt zu wirtschaft- bzw. der ihr entsprechenden SW-PS 2 11 948 belichcr Verwendung von Holz und insbesondere von schriebenen Verfahren wiederum ein Bleichverfahren Laubholz und damit zur Gewinnung von Zellstoff in 50 angeschlossen werden, da zwar ein etwas hellerer größtmöglichster Ausbeute, jedoch mit zufrieden- Zellstoff gewonnen werden kann, der aber doch •teilenden mechanischen Eigenschaften und mit immer noch hellbraun und für die Herstellung von einem hohen Grad an Weiße. Außerdem ist die Ge- weißem Papier nicht geeignet ist. winnung von Zellstoff mittels Verfahren, die in Andere Autoren schildern neben einer Ausbeutebilligen Anlagen durchgeführt werden können, ein 55 steigerung durch Natriumborhydrid bei der Sulfatwichtiger Faktor und eine entscheidende Forderung kochung auch eine Helligkeitssteigerung um einige für die künftige Entwicklung der Papierindustrie.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Zellstoff in höchstmöglicher Ausbeute von etwa 85 bis 94% besteht darin, auf Holzspäne, insbesondere von Laubholz, eine wäßrige Lösung kaustischer Soda, die eine günstigere Wirkung beim Kochen auf das Holz hat als alle anderen chemischen Behandlungen, einwirken zu lassen. Di« günstigere Wirkung zeigt sich darin, daß das Holz rasch aufquillt, wenn es in einer Lösung kaustischer SDda aufgeschwemmt ist. Da die vernetzte Struktur des. Lignins praktisch ein ungehindertes Aufquellen der faserigen Struktur hemmt, entEinheiten, doch reicht diese noch nicht aus, um aus dem gewonnenen Zellstoff ein weißes Papier herstellen zu können.

Gemäß der US-PS 32 84 283 schließlich soll die Stabilität einer Alkaliborhydridlösung durch eine alkalische Lösung mit hohem pH-Wert gesichert werden. Hierdurch wird jedoch das Bisulfit in Salfil umgewandelt, und es ist notwendig auf Kosten der Stabilität der Lösung den pH-Wert wieder herabzusetzen, um die Bisulfit-Hydrosulfit-Umwandlung zu erreichen. Dieses bedeutet ein komplexes und schwieriges Verfahren unter gleichzeitiger Einbuße an Borhydrid.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Zellstoffen zu entwickeln, das mit höchsten Ausbeuten und unter Erzielung guter physikalischer Eigenschaften und guter Weißegrade des Zellstoffes, gleichzeitig aber einfach und billig mit verhältnismäßig billigen Anlagen durchgeführt werden kann und die Nachteile der bisherigen Verfahren nicht aufweist.

Außerdem sollte ein Zellstoff mit größtmöglicher Abtropffähigkeit hergestellt werden, d.h. ein Zeilstoff, der auf dem Maschinentuch rasch entwässert werden kann und das rasche Trocknen des feuchten Papiers, und damit eine höhere Leistung erlaubt. Dieser Zellstoff sollte weiterhin bezüglich des Grades an Weiße lichtechter und dtm atmosphärischen Sauerstoff gegenüber widerstandsfähiger sein als bekannte gebleichte Zellstoffe und dies bei hoher Ausbeute. Das Verfahren sollte zusätzlich die Möglichkeit schaffen, Abfälle aus der Holzverarbeitung, die zu Spänen verarbeitet werden können, sowie Abfälle ao aus dem Ackerbau einzusetzen und einen Zellstoff herzustellen, der gute mechanische Eigenschaften selbst bei Verwendung von tropischen Überseehölzern besitzt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ein neues Verfahren zur Gewinnung von hochweißem Zellstoff für die Papierfabrikation in hoher Ausbeute aus lignincellulosehaltigem Material durch Imprägnieren des Materials mit einer, bezogen auf das Material, mehr als 0,1 Gewichtsprozent Borhydrid enthaltenden alkalischen Lösung und anschließendes Kochen, das dadurch gekennzeichnet ist. daß man entweder das lignincellulosehaltige Material oder die imprägnierte Masse mit einer wäßrigen sauren Lösung behandelt, dann kocht und die gekochte Masse schließlieh mechanisch zerfasert.

Bei diesem Verfahren kann die genannte alkalische Lösung, insbesondere eine wäßrige, kaustische Soda enthaltende Lösung sein oder eine kaustische Soda und Natriumsulfit oder Natriumsulfit und Natriumcarbonat oder auch gepuffertes Natriumsulfit enthaltende Mischung. Mit besonderem Vorteil führt man die Behandlung mit der alkalischen Lösung bei Temperaturen im Bereich zwischen Raumtemperatur und etwa 150° C, vorzugsweise während mindestens 15 Minuten, durch.

Es wurde außerdem gefunden, daß man die Behandlung mit der genannten alkalischen Lösung auch bei Raumtemperatur durchführen und nach dem Abtropfen der alkalischen Lösung und vor dem mechanischen Zerfasern das lignincellulosehaltige Material in einer Dampfstufe bei Temperaturen im Bereich zwischen etwa 80 und 120⁰C kochen kann. Außerdem ist es möglich, das Material mit einer Lösung, die etwa zwischen 5 und 20 g/Liter Natriumsulfit enthält, bei Temperaturen im Bereich etwa zwischen 110 und 15O⁰C zu kochen. An Stelle dieser Lösung kann auch eine Lösung von Schwefeldioxid in Wasser eingesetzt werden.

Weiterhin wurde gefunden, daß man die Behändlung mit der erwähnten wäßrigen sauren Lösung sofort nach dem Abtropfen der alkalischen Imprägnierlösung durchführt und anschließend das Material vorteilhaft bei Temperaturen etwa im Bereich zwischen 80 und 180° C kochen kann.

Schließlich wurde noch gefunden, daß man das Material mit der genannten wäßrigen sauren Lösung auch vor der Behandlung mit der alkalischen Lösung bei Temperaturen etwa im Bereich zwischen 110 und 150° C behandeln kann.

Dieses neue Verfahren hat zahlreiche Vorteile, insbesondere aber den, daß ein weißer Zellstoff erhalten wird mit einem Weißegrad von 65 bis 90 Ph, mit einer Ausbeute, die höher liegt als 90%, und außerdem mit sehr guten mechanischen Eigenschaften. Um diesen sehr guten weißen Zellstoff zu gewinnen, müssen keine weiteren Bleichverfahren zur Anwendung kommen, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist. Wahrscheinlich hat das Natriumborhydrid eine reduzierende Wirkung auf die Aldehydendgruppen der Polysaccharide gemäß der Gleichung

4 RCHO ·:■ NaBH₄ i 2 NaOH -f H₂O

— 4 RCH₂OH + Na₃BO₃,

und in seiner Gegenwart kann die Ausbeute um 10 bis 15%, bezogen auf das eingesetzte Holz, unter sonst gleichen Bedingungen gesteigert werden, ohne daß Verfärbungen auftreten.

Die nachstehenden Beispiele erläutern das Verfahren gemäß der Erfindung.

Beispiel 1

100 g Pappelholzspäne, zwischen 0,5 und 1 mm stark, wurden mit 500 ml einer wäßrigen Lauge, die 20 g/l kaustische Soda und 4 g/l Natriumborhydrid enthielt, 30 Minuten bei 110° C behandelt. Die Lauge wurde dann abgetrennt, worauf die imprägnierten Späne mittels eines Laboratoriums-Scheibenzerfaserers zerfasert wurden, ber hierbei gewönne Zellstoff wurde mit einer wäßrigen Schwefeldioxydlösung neutralisiert und daraufhin auf einem Schlitzplattensortierer mit 0,25 mm Schlitzbreite sortiert. Der Verbrauch an kaustischer Soda betrug 5 %, derjenige an Natriumborhydrid 0,9 %, jeweils bezogen auf das Holz.

Der hierbei in einer Ausbeute von 94 ⁰Zo erhaltene Zellstoff hatte einen Weißegrad (Ph) von 83 und eine Abtropffähigkeit von 600 C. S. F (C. S. F. = Canadian Standard Freeness).

Mit diesem Zellstoff erhaltene Papierbogen wiesen die folgenden Merkmale auf: Zugfestigkeit 6700 m, Berstfestigkeit 28, Einreißfestigkeit 40.

Zellstoffe, die aus Spänen von Götterbaumholz und Birkenholz unter den gleichen Verhältnissen wie oben beschrieben erhalten wurden, hatten die folgenden Eigenschaften:

Zellstoff aus Götterbaumholz: Weißegrad 78 Ph, Zugfestigkeit 2500 m, Einreißfestigkeit 30".

Zellstoff aus Birkenholz: Weißegrad 75 Ph, Zurgfestigkeit 60Π0 m, Einreißfestigkeit 60.

Beispiel 2

100 g Pappelholzspäne wurden bei 110° C 1 Stunde mit einer wäßrigen Lauge aus 10 g/l kaustischer Soda, 10 g 1 NatriumsulfU und 0,6 g'l Natriumborhydrid bei einem Verhältnis von 1 Teil Holz zu 5 Teilen Lauge gekocht. Die nachfolgende Behandlung entsprach der des Beispiels 1.

Im Laboratorium aus diesem Zellstoff gewonnene Papierbogen halten die folgenden Eigenschaften: Ausbeute 95%, Weißegrad 70 Ph, Abtropfvermögen 580 C. S. F., Zugfestigkeit 5100 m, Berstfestigkeit 23, Einreißfestigkeit 32.

Beispiel .5

100 g Nadelholzspäne wurden bei 110° C 2 Stunden mit einer wäßrigen Lauge aus 20 g/l kaustischer Soda, 20 g/l Natriumsulfit und 4 g/l Natrhimborhydrid gekocht und anschließend entsprechend Beispiel 1 behandelt.

Die im Laboratorium gewonnenen Papierbogen (Gewicht 60 g/m²) hatten folgende Eigenschaften: Weißegrad 68 Ph, Abtropffähigkeit 570 C. S. F., Zugfestigkeit 5000 m, Einreißfestigkeit 55.

Beispiel 4

100 g Pappelholzspäne wurden bei 80° C 1 Stunde mit einer wäßrigen Lauge aus 20 g/l kaustischer Soda und 2 g/l Natriumborhydrid gekocht.

Bei einem Verbrauch von 0,4 % Natriumborhydrid, bezogen auf das Holz, wurde nach dem Zerfasern ein Zellstoff mit einem Weißegrad 75 (Ph), einer Zugfestigkeit 6700 m, einer Einreißfestigkeit 47, einer Berstfestigkeit 30 und einer Abtropffähigkeit 640 C. S. F. erhalten.

Beispiel 5

100 g Pappelholzspäne, etwa 0,5 bis 1 mm stark, wurden bei Raumtemperatur mit 1000 ml Lauge, die 20 g/l kaustischer Soda und 2 g/l Natriumborhydrid enthielt, imprägniert. Nach 2 Stunden wurden 80% der Lauge abgetropft und die imprägnierten Späne dann im Dampf bei 110° C 30 Minuten gekocht. Nach dem Zerfasern wurde der Zellstoff mit einer wäßrigen SO₂-Lösung angesäuert. Der Verbrauch an Natriumborhydrid betrug 0,4%, bezogen auf das Holz. Der Zellstoff wurde in einer Ausbeute von 92,8% gewonnen und hatte einen Weißegrad von 65 Ph, eine Zugfestigkeit von 5600 m, eine Berstfestigkeit von 22 und eine Einreißfestigkeit von 35.

Beispiel 6

Es wurde entsprechend Beispiel 5 gearbeitet mit dem einzigen Unterschied, dab die Kochstufe bei 110° C mit einer Lauge durchgeführt wurde, die 5 g/l Natriumsulfit enthielt bei einem Verhältnis Holz zu Lauge von 1:5.

Der in einer Ausbeute von 92% erhaltene Zellstoff hatte nach dem Zerfasern einen Weißegrad von 75 Ph, eine Abtropffähigkeit von 450 C. S. F, eine Zugfestig-

40

45 keit von 8750 m, eine Berstfestigkeit von 32 und eine Einreißfestigkeit von t0.

Beispiel 7

100 g Pappelspäne wurden bei 110° C 90 Minuten mit einer wäßrigen Lauge, die 10 g/l Natriumbisulfit enthielt, gekocht. Anschließend wurde die Lauge abtropfen gelassen und das Holz bei 110⁰C mit einer Lauge gekocht, die 30 g/l kaustische Soda und 2 g/l Natriumborhydrid enthielt. Der in einer Ausbeute von 91% erhaltene Zellstoff hatte einen Weißegrad von 78 Ph, eine Zugfestigkeit von 8600 m, eine Berstfestigkeit von 32 und eine Einreißfestigkeit von 36.

Beispiel δ

100 g eines als Koto bekannten Tropenholzes wurden bei 110° C 1 Stunde mit einer alkalischen Lauge, die 20 g/l kaustische Soda und 4 g/l Natriumborhydrid enthielt, bei einem Verhältnis von Holz zu Lauge von 1: 5 behandelt.

Nach dem mechanischen Zerfasern und Ansäuern mit einer wäßrigen SO₂-Lösung auf pH = 4 zeigte der erhaltene Zellstoff folgende Eigenschaften: Ausbeute 93 %, Weißegrad 75 Ph, Abtropffähigkeit 470 C. S. F., Zugfestigkeit 6600 m, Berstfestigkeit 24, Einreißfestigkeit 33.

Beispiel 9

100 g Pappelholzspäne wurden bei Raumtemperatur mit einer Lauge, die 40 g/l kaustische Soda und 2 g/l Natriumborhydrid enthielt, vollständig imprägniert. Nachdem 80% der alkalischen Lauge abgetropft waren, wurden 200 ml einer wäßrigen SO₂-Lösung, die 25 g/l SO₂ enthielt, zugesetzt. Anschließend wurde bei 120° C 90 Minuten gekocht. Nach dem mechanischen Zerfasern hatte der mit einer Ausbeute von 94% gewonnene Zellstoff folgende Eigenschaften: Weißegrad 78 Ph, Abtropffähigkeit 530 C. S. F., Zugfestigkeit 8500 m, Berstfestigkeit 34, Einreißfestigkeit 37.

Der Gesamtverbrauch an Natriumborhydrid betrug 0,3 %, bezogen auf das eingesetzte Holz.

Die mechanischen Eigenschaften des mit hoher Ausbeute erhaltenen Zellstoffes werden nun nachstehend mit anderen Zellstoffen, die in hoher Ausbeute nach anderen Verfahren erhalten wurden, in der folgenden Tabelle verglichen.

Zellstoffart	Ausbeute	Abtropf	Zug	Berst	Einreiß	Weißegrad	Verbrauch an
	Ch)	fähigkeit	festigkeit	festigkeit	festigkeit		NaBH* (»/0)
		(C.S.F)	(m)			(Ph)	UG£,UJgCll auf Holz
gebleichter Pappelhals- Zellstoff	90	143	1700	6	22	70	—
gebleichter Tannenholz-	90	165	3300	14	49	61
Zellstoff
chemisch-mechanischer	92	180	3000	12	33	51
Sulfit-Zellstoff
Zellstoff gemäß
Beispiel 1	94	600	6700	28	40	83	0,9
Beispiel 4	95	640	6700	30	47	75	0,4
Beispiel 6	92	4i>0	8750	32	40	73	0,4
Beispiel 9	94	530	8500	34	37	78	0.3

Aus dieser Tabelle ist eindeutig ersichtlich, daß der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Zellstoff in seinen Eigenschaften anderen Zellstoffen weit überlegen ist, sowohl was die mechanischen Eigenschaften als auch den Weißegrad anbelangt. Er kann je nach den Bedingungen seiner Herstellung als

Ersatz des Sulfitzellstoffes aus Nadelholz und der weißen Cellulose aus Laubholz dienen; unter entsprechender Zumischung eines kleinen Anteils von Kunstfasern kann er aber auch als chemische Cellulose verwendet werden.

Claims

Patentansprüche: stehen auf Grund dieses unterschiedlichen Aufquellens Spannungen innerhalb des faserigen Aufbaues, und die äußeren Faserschichten, die in hohem Maße ligninhaltig sind, werden beim Schleifen nach dem alkalischen Imprägnieren zerrissen, so daß eine faserige Oberfläche erhalten wird, die eine gute Bindung der einzelnen Fasern untereinander gewährleistet. Weiterhin bewirkt die kaustische Soda das Verseifen der Acetylgruppen der Hemi-Cellulosen, der Ester-

1. Verfahren zur Gewinnung von hochweißem Zellstoff für die Papierfabrikation in hoher Ausbeute aus ligninzellulosehaltigem Material durch Imprägnieren des Materials mit einer, bezogen auf das Material, mehr als 0,1 Gewichtsprozent

Natriumborhydrid enthaltenden alkalischen Lo- ___ , „ .. .

sung und anschließendes Kochen, dadurch io gruppen und Lactone, die wahrscheinlich die Hemigekennzeichnet, daß man entweder das Cellulose an das Lignin binden; dies alles trägt mit

dazu bei, daß das Quellen des Zellenteils erhöht wird und die Fasertrennung und die Bildung der Bindungen zwischen den Fasern erleichtert werden. Bei hö-15 heren Temperaturen als Raumtemperatur wird außerdem die Eindringgeschwindigkeit der Lauge in die Späne gesteigert, wodurch die oben beschriebene Einwirkung des Alkalis auf die Späne unter entsprechender Verbesserung der mechanischen Eigenschaf-150⁰C durch- 20 ten des Endproduktes gefördert wird. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den großen Nachteil, daß durch die Behandlung des Holzes mit Alkalien farbige Zellstoffe erhalten werden mit Farbtönungen, die von hellgelb bis dunkelbraun reichen. Diese farbigen Zeil-

ligninzellulosehaltige Material oder die imprägnierte Masse mit einer wäßrigen sauren Lösung behandelt, dann kocht und die gekochte Masse schließlich mechanisch zerfasert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Imprägnierung des Materials mit der Natriumborhydrid enthaltenden alkalischen Lösung bei Temperaturen im Bereich zwischen Raumtemperatur und führt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet/daß man die Imprägnierung während wenigstens 15 Minuten durchführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch 25 stoffe können mit einem die Ausbeute nicht beeingekennzeichnet, daß man als wäßrige saure flussenden Verfahren nur gebleicht werden, wenn Lösung eine SO.,-haltige Lösung verwendet. dieses Bleichverfahren in zwei oder drei Stufen durch

geführt wird, was jedoch eine Steigerung sowohl der Kosten für die Herstellung des Zellstoffes als auch