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Zellstoff mit hohem Weißgrad und Verfahren zu seiner Herstellung (Zusatz
zu Patent ........ (Patentanmeldung P 19 55 641.3)) Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Hochausbeutezellstoffen mit hohem Weißgrad für die Papierfabrikation,
das eine verhältnismäßig wenig aufwendige Anlage erfordert, sowie einen Zellstoff
mit hohem Weißgrad im ungebleichten Zustand und guten physikalischen Eigenschaften,
Der stetig steigende Bedarf an Papier und Produkten auf Cellulosebasis erfordert
eine vollständigere Holzausnutzung, hauptsächlich eine verstärkte Verwendung von
l,aub hölzern. Dies kann mit Hochausbeutezellstofr mit guten mechanischen Eigenschaften
und hohem Weißgrad erreicht werden. Sehr kostspielige Anlegen bringen Finanzierungsschwierigkeiten
mit sich und erfordern eine hohe Kapazität und Leistung, um die Zellstoffherstellung
wirtschaftlich zu gestalten. Die Notwendigkeit der Erstellung von Großanlagen zur
Zellstoffherstellung führt zu Schwierigkeiten in der Entwicklung der Papierindustrielle
in unterentwickelten Ländern und verhindert eine vollständige Ausnutzung des Waidreichtum@
auch in industriell hochentwickelten Ländern.
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Die Herstellung von Zellstoff nach Verfahren, die verhältnismäßig
billige Anlagen erfordern, ist daher ein wichtiger Faktor für die zukünftige Entwicklung
der Papierindustrie.
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Hochausbeutezellstoffe (85 bis 94 ) können bekanntlich durch Behandlung
von Holzschnitzeln (insbesondere Laubhölzer) mit einer wäßrigen Natriumhydroxydlösung,
die eine günstigere Aufschlußwirkung auf das Holz hat als andere Chemikalien, -hergestellt
werden. Das Holz quillt schnell, wenn es mit Natriumhydroxydlösung behandelt wird.
Die vernetzte Struktur des Lignins begrenzt die Quellung der gesamten Faser. Da
die unterschiedliche Quellung Spannungen in der Struktur erzeugt, wird ein großer
Teil der Außenschichten mit hohem Ligningehalt von der Faser entfernt, wenn das
behandelte Holz in einem Scheibenrefiner zerfasert wird. Die freigelegte Oberfläche
ergibt eine gute Bindung der einzelnen Fasern untereinander.
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Durch die Natriumhydroxydlösung werden die an die Hemicellulose gebundenen
Acetylgruppen, die Ester-und Lactongruppen, die wahrscheinlich die HemicelZulose
an das Lignin binden, verseift. Dies alles verstärkt die Quellung der Zellwände
und erleichtert die Fasertrennung und die Bildung der Bindungen zwischen den Fasern.
Bei höheren Temperaturen als Raumtemperatur wird die Eindringgeschwindigkeit der
Lauge in die Schnitzel erhöht und die oben genannten Reaktionen des Alkalis mit
den Holzschnitzeln verstärkt, so daß ein Zellstoff mit verbesserten Eigenschaften
erhalten wird.
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Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß durch die Behandlung
des Holzes mit Alkalien farbige Zellstoffe erhalten werden mit Farbtönungen, die
von hellgelb bis dunkelbraun reichen. Diese farbigen Zellstoffe können mit einem
die Ausbeute nicht beeinflussenden Verfahren nur gebleicht werden, wenn dieses Bleichverfahren
in zwei oder
drei Stufen durchgeführt wird, was jedoch eine Steigerung
der Anlagekosten und der Kosten der Zellstoffherstellung mit sich bringt.
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Bisher wurde ein Alkaliborhydrid in Verbindung mit einem Bisulfition
für die Aufhellung eines Zell stoffs durch Bildung eines Bleichmittels, z.R. eines
Hydrosulfits, verwendet. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der USA-Patentschrift
3 284 283 beschrieben. Damit das Alkaliborhydrid, z.B. Natriumborhydrid, beständig
bleibt, ist eine alkalische Lösung von hohem pH-Wert erwünscht. Durch den erforderlichen
hohen pH-Wert dieser alkalischen Lösung wird jedoch das Bisulfit in Sulfit umgewandelt,
so daß zur Erzielung einer Umwandlung des Bisulfits in Hydrosulfit die Beständigkeit
des Borhydrids geopfert und der pH Wert der Lösung gesenkt werden muß. Dies führt
zu einem komplizierten und schwierigen Verfahren, bei dem die kostspielige Borhydridkomponente
nicht vollständig ausgenutzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Hochausbeutezellstoffen mit hohem Weißgrad und guten physikalischen Eigenschaften
zu entwickeln, das in einfacher Weise in einer verhältnismäßig billigen Anlage ohne
Bleiche des Zellstoffs durchführbar ist und einen Hochausbeutezellstoff mit hohem
Weißgrad in ungebleichten Zustand mit guter Farbstabilität und hoher Festigkeit
ergibt.
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Außerdem sollte ein Zellstoff mit größtmöglicher Abtropffähigkeit
hergestellt werden, d.h. ein Zellstoff, 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 de Woißgrades lichtechter und
dem Luftsttuerstorf gegegenüber widerstandfähiger sein als bekannte gebleichte Zellstoffe.
Das neue Verfahren sollte zusätzlich die Möglichkeit
schaffen,
Abfälle aus der Holzverarbeitung und -bearbeitung, die zu Schnitzeln verarbeitet
werden können, sowie Abfälle aus der Landwirtschaft einzusetzen und einen Zellstoff
herzustellen, der gute mechanische Eigenschaften auch bei Verwendung von tropischen
Überseehölzern besitzt.
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Die Lösung dieser verschiedenen Aufgaben ist ein neues Verfahren zur
Herstellung von hochweißem Zellstoff für die apierfabrikation, bei dem man ein lignin-cellulosehaltiges
Material, insbesondere Laubhölzer, mit einer alkalischen Lösung behandelt, die Alkaliborhydrid
(vorzugsweise in einer Menge von mehr als 0,1 Gew.-% des lignin-cellulosehaltigen
Materials) enthält, die alkalische Lösung dann vom lignin-cellulosehaltigen Material
abtrennt, das Material dann mechanisch zerfasert und anschließend mit einer wäßrigen
sauren Lösung, vorzugsweise mit einer wäßrigen Schwefeldioxydlösung, behandelt.
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Bei diesem Verfahren kann als alkalische Lösung, die das Alkaliborhydrid
enthält, eine wäßrige Natriumhydroxydlösung oder eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxyd
und Natriumsulfit oder eine wäßrige Lösung von Nätriumsulfit und Natriumcarbonat
verwendet werden. Mit besonderem Vorteil wird die Behandlung mit der alkalischen
Lösung bei einer Temperatur im Bereich von etwa Raumtemperatur bis etwa 1500C während
einer Zeit von wenigstens 15 Minuten durchgeführt.
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Es wurde ferner gefunden, daß man die Behandlung mit der alkalischen
Lösung auch bei Raumtemperatur durchführen und nach dem Abtropfen der alkalischen
Lösung und vor dem mechanischen Zerfasern das abgetropfte Material in Gegenwart
einer wäßrigen Natriumsulfitlösung, die etwa 5 g Natriumsulfit/l enthält, bei einer
Temperatur im Bereich von etwa 1100 bis 150 0C kochen kann.
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Weiterhin wurde gefunden daß man di e Behandlung mi t dC?l'
erwähnten
waßrigen sauren Lösung sofort nach dem Abtropfen der alkalischen Lösung durchführen
und anschließend das Material bei einer Temperatur im Bereich von etwa 800 bis 180°C
kochen kann.
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Schließlich wurde gefunden, daß man die Behandlung mit der wäßrigen
sauren Lösung bei einer Temperatur im Bereich voii etwa 1100 bis 150°C vor der Behandlung
des Materials mit der alkalischen Lösung durchführen kann.
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Die vorstehend genannten Aufgaben, die die Erfindung sich stellt,
können auch in anderer Weise gelöst werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Behandlung von lignin-cellulosehaltigem Material, z.B. Holzschnitzel, insbesondere
Laubholzschnitzel, so vorgeüommen, daß man das Ausgangsmaterial mit einer alkalischen
Lösung imprägniert, die ein Alkaliborhydrid, z.B. Natriumborhydrid, enthält, die
alkalische Lösung vom lignin-cellulosehaltigen Material abtrennt, durch Zusatz einer
wäßrigen sauren Lösung, z.B. einer wäßrigen Schwefeldioxydlösung, den pH-Wert der
das Material enthaltenden Lösung einstellt, das Material dann bei erhöhter Temperatur
kocht und abschließend das Material mechanisch veredelt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die genannten
Aufgaben, die die Erfindung sich stellt, auch gelöst werden, indem man das lignin-cellulosehaltige
Material zunächst mit einer wäßrigen sauren Lösung imprägniert, das Material anschließend
mit einer alkalischen Lösung imprägniert, die ein Alkaliborhydrid enthält, den pH-Wert
der das Material enthaltenden Lösung mit einer zweiten sauren Lösung einstellt,
das Material bei erhöhter Temperatur kocht und es abschließend mechanisch von Verunreinigungen
befreit.
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Das al; Ausgang.material fUr das Verfahren gemaß der Dirfindung verwendete
lJ gnin- cellulosehal tige Material. muß sowohl Lignin als auch Cellulose enthalten.
Geeignet sind
Laubholzschnitzel, Weichholzschnitzel (Koniferen)
und dgl.
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Bevorzugt wird die Schnitzelform, da sie eine leichte Behandlung mit
den verschiedenen Chemikalien ermöglicht, die beim Verfahren gemäß der Erfindung
verwendet werden. Die Dicke der Holzschnitzel sollte 1,6 bis 9,5 mm betragen.
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Bevorzugt wird eine Dicke von 1,6 bis 3,2 mm, um eine möglichst leichte
vollständige Durchdringung des lignin-cellulosehaltigen Materials zu erreichen.
("Vollständige Durchdringung" bedeutet das Eindringen der jeweiliger Chemikalien
bis zum Mittelpunkt der Holzschnitzel.) Die Holzschnitzel werden mit einer alkalischen
Lösung, die ein Alkaliborhydrid enthält, so imprägniert, daß die Lösung die Holzschnitzel
vollständig durchdringt. Diese Imprägnierung wird bei einer Temperatur von Raumtemperatur
bis 110°C, vorzugsweise bei Raumtemperatur bis 50°C vorgenommen (wobei Raumtemperatur
optimal ist). Die Imprägnierung muß für eine genügende Zeit erfolgen, um vollständige
Durchdringung der Holzschnitzel durch die alkalische Lösung zu erzielen. Normalerweise
ist eine Zeit von wenigstens 10 Minuten erforderlich. Die Imprägnierung mit der
alkalischen Lösung kann bei Normaldruck, vermindertem Druck oder erhöhtem Druck
unter Verwendung bekannter Apparaturen durchgeführt werden. Das Verhältnis von Lauge
zu Holz (in ml/g) liegt -im Bereich zwischen 2:1 und 20:1.
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Die Holzschnitzel können 10 bis 50 ffi Feuchtigkeit enthalten. Vorzugsweise
werden sie mit der das Alkaliborhydrid enthaltenden alkalischen Lösung möglichst
schnell bei einer möglichst dicht bei Raumtemperatur liegenden Temperatur so imprägniert,
daß möglichst vollständige Durchdringung erreicht wird. Durch diese Bedingungen
wird das Alkaliborhydrid maximal ausgenutzt.
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Als alkalische Lösungen, die das Alkaliborhydrid enthalten, einen
sich wäßrige Natriumhydroxydlosungen (mit einem pH-Wert von 11 bis 14), wäßrige
Lösungen von Natriumhydroxyd und NatriumsuLfit (mit einem Wert von 10 bis 14)
oder
wäßrige Lösungen von Natriumsulfit und Natriumcarbonat (mit einem Wert von 9 bis
10). Diese alkalische Lösung sollte einen pH-Wert von wenigstens 9, vorzugsweise
von 11 bis 14 haben. Die Alkalität der Lösung (ausgedrückt als Na20-Gehalt des verwendeten
alkalischen Materials) sollte 3,5 bis 16 Gew.-% Na20, bezogen auf ofengetrocknete
Holzschnitzel, betragen. Bevorzugt wird eine Aikalität von 8,0 Gew.-% Na20, bezogen
auf die ofengetrockneten Holzschnitzel.
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Als Alkaliborhydrid wird Natriumborhydrid bevorzugt. Es sollte in
einer Menge von wenigstens 0,1 Gew.-% der ofengetrockneten Holzschnitzel vorhanden
sein. Zweckmäßig wird eine Menge im Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-%, vorzugsweise
0,2 bis 0,3 Gew.-%, verwendet.
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Nach Beendigung der Imprägnierung mit der das Alkaliborhydrid enthaltenden
alkalischen Lösung läßt man diese zur Wiederverwendung vorzugsweise abtropfen oder
trennt sie von den Holzschnitzeln ab.
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Zur optimalen Ausnutzung des in die Holzschnitzel eingedrungenen Alkaliborhydrids
in Reduktionsreaktionen mit den Chromophorradikalen in der Molekül struktur des
Materials wird das mit Alkaliborhydrid imprägnierte Material vorzugsweise 15 bis
30 Minuten auf eine Temperatur von 800 bis 1000C erhitzt, um die Reaktion des Alkaliborhydrids
mit den Chromophorradikalen zu beschleunigen. Diese Wärmebehandlung ist besonders
nach einer bei Raumtemperatur vorgenommenen Imprägnierung mit der alkalischen Lösung
zu empfehlen. Die Umsetzung mit dem Alkaliborhydrid kann auch erreicht werden, indem
man genügend Zeit verstreichen läßt, bevor mit der pH-Einstellung und der Kochung
begonnen wird.
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Der pM-Wert der das imprägnierte Material enthaltenden Lösung kann
durch Zusatz einer wäßrigen sauren Lösung zu den Holzsehnitzeln auf 3 bis 9 eingestellt
werden. Vorzugsweise
wird auf hI 4 bis 7 eingestellt. Diese pH-Einstellung
kann mit einer wäßrigen sauren Lösung vorgenommen werden1 die eine anorganische
vierwertige Schwerelverbindung enthält, z.B. mit einer wäßrigen Lösung, die Schwefedioxyd
enthält (pH-Wert etwa 2) oder mit einer wäßrigen Lösung, die Natriumbisulfit enthält
(pH-Wert 4 bis 4,5).
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Eine solche Lösung kann hergestellt werden, indem gasförmiges Schwefeldioxyd
in die Lösung, die das imprägnierte Material enthält, eingeführt wird. Ferner kann
eine Lösung, die wenigstens 5 g Natriumsulfit/l enthält und einen p11-Wert von etwa
9 hat, zur pH-Einstellung und als Kochlösung verwendet werden. Diese Lösung kann
ebenfalls durch Einführung von gasförmigem Schwefeldioxyd in die das imprägnierte
Material enthaltende Lösung gebildet werden, Anstelle von Natriumbisulfit können
zusätzliche Bisulfitlösungen, z.B. Calciumbisulfit- oder Ammoniumbisulfitlösungen,
verwendet werden.
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Nach erfolgter pH-Einstellung werden die Holzschnitzel bei erhöhter
Temperatur gekocht. Diese Temperatur kann 110° bis 180 0C betragen. Vorzugsweise
wird bei einer Temperatur von 1300 bis 150 0C gekocht. Die Kochdauer beträgt 30
Minuten bis 7 Stunden, vorzugsweise 2 bis 3 Stunden. Das Verhältnis von Kochlösung
zu Holz (ausgedrückt in ml/g) kann im Bereich zwischen 2:1 und 20:1 liegen. Die
Kochung kann unter einem Druck in einem weiten Bereich durchgeführt werden. Vorzugsweise
wird die Kochlösung oder Kochlauge nach der Kochung zur Wiederverwendung von den
Holzschnitzeln abgetrennt.
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Es wurde gefunden, daß der pH-Wert der das Kochgut enthaltenden Lösung
von einem ursprünglichen Wert vor dem Kochen von 4 bis 5 nach dem Kochen auf einen
Wert von 6,5 gestiegen ist.
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Nach dem Kochen in der beschriebenen Weise wird das lignincellulosehaltige
Material in bekannter Weise, z.B. in einem
Doppelscheiben- oder
Dreischeibenrefiner, mechanisch rafflniert oder zerfasert. Abschließend wird, falls
erforderlich, der pH-Wert des nunmehr als wertvoller Zellstoff vorliegenden Materials
ein zweites Mal durch Zusatz einer sauren Lösung, z.B. einer Schwefelsäurelösung,
auf einen endgültigen pH-Wert von 4 bis 5 eingestellt.
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Wenn ein ungebleichter Zellstoff mit einem Weißgrad im Reflexionsvermogen
ungebleichten Zustand von mehr als 80 %/(Photovolt) erwünscht wird, werden die eingesetzten
Holzschnitzel zunächst einer Behandlung mit einer wäßrigen Säurelösung unterworfen.
Diese Vorbehandlung kann bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis
50°C durchgeführt werden. Vorzugsweise wird bei Raumtemperatur gearbeitet.
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Die Vorbehandlungsdauer muß für vollständige Durchdringung der Holzschnitzel
mit der sauren Lösung genügen.
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Diese Vorbehandlung kann unter verschiedenen Drücken durchgeführt
werden.
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Die hierzu verwendete saure Lösung sollte einen pH-Wert von 2 bis
5 haben. Geeignet sind wäßrige saure Lösungen von Natriumbisulfit (pHWert 4 bis
4,5), Schwefeldioxyd (pH-Wert etwa 2) oder Chlordioxyd (pH-Wert etwa 5). Bevorzugt
werden wäßrige Schwefeldioxydlösungen. Die wäßrige saure Lösung von Natriumbisulfit
sollte 2 bis 5 Gew.-Natriumbisulfit, bezogen auf. die Holzschnitzel (ofengetrocknet),
enthalten. Die Schwefeldioxydmenge in der wäßrigen sauren Schwefeldioxydlösung sollte
1,2 bis 3.1 Gew.-der Holzschnitzel (ofengetrocknet) betragen. Die wäßrige saure
Chlordioxydlösung sollte 1 bis 5 Gew.-% Chlordioxyd, bezogen auf die Holzschnitzel
(ofengetrocknet) enthalten.
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Die vorstehend beschriebere Arbeitsweise wird bevorzugt, tim einen
leißgrad des und eichten Zellstoffs zu erzielen> der einem Reflexionsverm@ !
von mehr als 80 % (Photovolt) entspricht, jedoch kann ungebleichter Zellstoff mit
einem Weißgrad im ungebleichten Zustnad bis einschließlich 80 %
(thotovolt)
gemäß der Erfindung ohne diese Vorbehandlung hergestellt werden.
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Wenn eine Vorbehandlung mit einer wäßrigen sauren Natriumbisulfit-
oder Schwefeldioxydlösung vorgenommen wird, wird das säurebehandelte Material anschließend
vorzugsweise t einer ersten alkalischen Lösung, die einen pH-Wert von wenigstens
10 hat, in einer stöchiometrischen Menge behandelt, die genügt, um etwaige restliche
Bisulfitionen im Material gemäß der folgenden Gleichung in Sulfitionen urnzusetzen:
Nach dieser bevorzugten Behandlung mit der ersten lkalischen Lösung, die einen pH-Wert
von wenigstens 10 hat, kann das Material dann mit einer alkalischen Lösung, die
Alkaliborhydrid enthält, in der oben beschriebenen Weise unter den oben genannten
Bedingungen behandelt werden. Auf diese Weise wird das Alkaliborhydrid unmittelbar
für die Behandlung der Holzschnitzel ausgenutzt und nicht mit restlichem Bisulfit
unter Bildung von Hydrosulfit umgesetzt.
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Nach einer anderen Ausführungsform kann die das Alkaliborhydrid enthaltende
alkalische Lösung allein ohne die erste alkalische Lösung verwendet werden. Es wird
angenommen, daß in diesem Fall die Alkalität der alkalischen Lösung genügt, um die
Bisulfitionen in Sulfitionen umzusetzen, bevor die Bisulfitionen mit dem Alkaliborhydrid
unter Bildung von Hydrosulfit reagieren können.
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Wenn die Holzschnitzel mit Chlordioxyd vorbehandelt werden, muß das
säureimprägnierte Material mit Wasser gewaschen und dann mit der das Alkaliborhydrid
enthaltenden ikalischen Lösung in der oben beschriebenen Weise unter den oben genannten
Bedingungen imprägniert werden.
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Wenn eine Vorbehandlung mit einer sauren Lösung vorgenommen wird,
sind die der Vorbehandlung folgenden Stufen in der-oben beschriebenen Weise unter
den oben genannten Bedingungen durchzuführen.
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Das neue Verfahren hat zahlreiche Vorteile, zu denen vor allem die
Möglichkeit gehört, einen Hochausbeutezellstoff mit guten physikalischen Eigenschaften
und hohem Weißgrad in einer huber 90 % liegenden Ausbeute herzustellen, ohne daß
eine anschließende Bleiche notwendig ist. Die Verwendung von Alkaliborhydrid, insbesondere
Natriumborhydrid hat eine zweifache Wirkuhg: Es verhindert eine Verfärbung, und
durch Reduktion der endständigen Aldehydgruppen der Polysaccharide durch die Reaktion
steigert sie die Ausbeute an Zellstoff um 10 bis 20 ffi durch Verhinderung der in
einem alkalischen Medium stattfindenden Schälreaktion.
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Die Erfindung umfaßt als neues Produkt den ungebleichten Hochausbeutezellstoff,
der einen hohen Weißgrad im ungebleichten Zustand sowie gute Farbstabilität und
hohe Festigkeit aufweist. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung werden ungebleichte
Zellstoffe mit einer Ausbeute von wenigstens 85 %, einem Weißgrad im ungebleichten
Zustand von wenigstens 70 % (Photovolt), bestimmt nach TAPPI-Norm T-217, einer i?arbumkehr
von wenigstens sechs Einheiten auf Basis des prozentualen Reflexionsvermögens (Photovolt)
(gemäß TAPPI-Norm T-217 und nach Alterung einer Probe des Zell stoffs bei 1050C
für 24 Stunden ohne Feuchtigkeitszusatz), einer Reißlänge von wenigstens 5000 m,
bestimmt gemäß TAPPT-Norm T-220, einem Einreißwiderstand von wenigstens 30 und einer
Berstfestigkeit von wenigstens 23 hergestellt. Ein ungebleichter Laubholzzellstoff,
der nach dem bevorzugten Vci-'fahrcn gemäß der Erfindung (bei dem die
Holzschnitzel
vor der Imprägnierung mit der das Natriumborhydrid enthaltenden alkalischen Lösung
zunächst mit einer sauren Lösung behandelt werden) hergestellt wird, hat die folgenden
Eigenschaften: Ausbeute 85 bis 92 % Weißgrad 80 bis 90 ffi (Photovolt) Farbumkehr
3 bis 5 Einheiten, bezogen auf prozentuales Reflexionsvermögen (Photovolt) i?eißlänge
6000 bis 8000 Meter Einreißfestigkeit 40 bis 50 Berstfestigkeit 30 bis 35 Farbe
blau-weiß Das bevorzugte Verfahren-gemäß der Erfindung ermöglicht somit die Herstellung
eines ungebleichten Zell stoffs mit folgenden Eigenschaften: Ausbeute wenigstens
90 % Weißgrad im ungebleichten Zustand wenigstens 90 ç (Photovolt) Reißlänge wenigstens
6000 Meter Maximale Farbumkehr 6 Einheiten, bezogen auf prozentuales Reflexionsvermögen
Die folgenden Beispiele erläutern das Verfahren gemäß der Erfindung.
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Beispiel 1 100 g Pappelholzschnitzel einer Dicke von 0,5 bis 1 mm
wurden mit 500 ml einer wäßrigen Lauge, die pro Liter 20 g Natriumhydroxyd und 4
g Natriumhydroxyd enthielt und einen pH-Wert von 12 bis 13 hatte, 30 Minuten bei
110°C behandelt. Die Lauge wurde dann abgetrennt, worauf die imprägnierten Schnitzel
mit einem Laborntoriums-Echeibenrefiner zerrasert wurden. Der Zellstoff wurde mit
einer wäßrigen Schwefeldioxydlösung, die einen ph erz von etwa
2
hatte, auf pH 7 eingestellt und dann mit einem Schlitzplattensortierer mit 0,25
mm Schlitzbreite sortiert. Der Verbrauch an Natriumhydroxyd betrug 5 ß und der Verbrauch
an Natriumborhydrid 0,9 %, jeweils bezogen auf ofengctrocknetes Holz.
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Der hierbei in einer Ausbeute von 94 % erhaltene Zellstoff hatte einen
Weißgrad von 83 (Photovolt) und eine Abtropffähigkeit von 600 C.S.F. (Canadian Standard
Freeness).
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Mit diesem Zellstoff hergestellte Papierbogen mit einem Flächengewicht
von 60 g/m2 hatte eine Reißlänge von 6700 m, eine Berstfestigkeit von 28 und eine
Einreißfestigkeit von 40.
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Zell stoffe, die aus Schnitzeln von Götterbaumholz und Birkenholz
unter den gleichen Bedingungen, wie oben beschrieben, erhalten werden, ergaben Papierbogen
mit den folgenden Eigenschaften (Flächengewicht ebenfalls 60 g/m2): Zellstoff aus
Götterbaumholz: Weißgrad 78 Photovolt, Reißlänge 2500 m, Einreißfestigkeit 30.
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Zellstoff aus Birkenholz: Weißgrad 75 Photovolt, Reißlänge 6000 m,
Einreißfestigkeit 60.
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Beispiel 2 100 g Pappelholzschnitzel wurde bei 110°C eine Stunde
mit einer wäßrigen Lauge, die pro Liter 10 g Natriumhydroxyd, 10 g Natriumsulfit
und 0,6 g Natriumborhydrid enthielt und einen pEl-Wert von mehr als 10 hatte, bei
einem Verhältnis von 1 Teil Holz zu 5 Teilen Lauge gekocht.
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Die nachfolgende Behandlung entsprach der des Beispiels 1.
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Im Laboratorium aus diesem Zellstoff hergestellte Papierbogen mit
einem Flächengewicht von 60 g/m² die folgendeilligenschaf'ten: Ausbeute 95 %, Weißgrad
70 Photovolt,
Abtropfvermögen 580 C.S.F., Reißlänge 5100 m, Berstrestigkeit
23, Einreißfestigkeit 32.
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Beispiel 3 100 g Nadelholzspäne wurden bei 110°C 2 Stunden mit einer
wäßrigen Lauge behandelt, die pro Liter 20 g Natriumhydroxyd, 20 g Natriumsulfit
und 4 g Natriumborhydrid enthielt und einen pH-Wert zwischen 12 und 13 hatte. Anschließend
wurde die im Beispiel 1 beschriebene Behandlung vorgenommen.
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Im Laboratorium aus diesem Zellstoff hergestellte Papierbogen mit
einem Flächengewicht von 60 g/m2 hatten folgende Eigenschaften: Weißgrad 68 Photovolt,
Abtropffähigkeit 570 C.S.F., Reißlänge 5000, Einreißfestigkeit 55.
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Beispiel 4 100 g Pappelholzspäne wurden bei 800C eine Stunde mit
einer wäßrigen Lauge gekocht, die pro Liter 20 g Natriumhydroxyd und 2 g Natriumborhydrid
enthielt und einen pH-Wert zwischen 12 und 13 hatte. Die anschließende Behandlung
wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise vorgenommen. Der Verbrauch an Natriumborhydrid
betrug 0,4 %, bezogen auf ofengetrocknetes Holz.
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Aus diesem Zellstoff. hergestellte Papierbogen hatten folgende Eigenschaften:
Weißgrad 75 Photovolt, Reißlänge 6700 m, Einreißfestigkeit 47, Berstfestigkeit 30,
Abtropffähigkeit 640 C.S.F.
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Beispiel 5 100 Pappelholzschnitzel wurden bei Raumtemperatur zwei
Stunden mit einer wäßrigen Lauge behandelt, die pro Liter
20 g
Natriumhydroxyd und 2 g Natriumborhydrid enthielt und einen pH-Wert zwischen 12
und 13 hatte. 80 der La-lge wurde abgetrennt. Die abgetropften Schnitzel wurden
bei 1100C 30 Minuten mit einer wäßrigen Lösung behandelt, die 5 g Natriumsulfit/l
enthielt und einen pH-Wert von etwa 9 hatte. Die Zellstoffausbeute betrug 92 %.
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Im Laboratorium aus diesem Zellstoff hergestellte Papierbogen hatten
bei 450 ml C.S.F. eine Reißlänge von 8750 m, eine Berstfestigkeit von 32, eine Einreißfestigkeit
von 70 und einen Weißgrad von 73 Photovolt.
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Beispiel 6 100 g Pappelholzschnitzel wurden bei 11OOC 90 Minuten
mit einer wäßrigen Lauge behandelt, die 10 g Natriumbisulfit/l enthielt und einen
pH-Wert von etwa 4,2 hatte.
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Die Lauge wurde abgetrennt. Die behandelten Holzschnitzel wurden dann
30 Minuten bei 1l00C mit einer alkalischen wässerigen Lösung gekocht, die pro Liter
30 g Natriumhydroxyd und 2 g Natriumborhydrid enthielt und einen pH-Wert von etwa
13 hatte.
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Im Laboratorium aus dem Zellstoff hergestellte Papierbogen mit einem
Flächengewicht von 60 g/m2 hatte eine Reißlänge von 8600 m, eine Berstfestigkeit
von 32, eine Einreißfestigkeit von 36 und einen Weißgrad von 78 Photovolt.
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Beispiel 7 100 g eines als KOTO bekannten Tropenholzes wurden bei
110°C eine Stunde mit einer alkalischen Lauge, die pro Liter 20 g Natriumhydroxyd
und 4 g Natriumborhydrid enthielt, bei einem Verhältnis von Holz zu Lauge von 1:5
behandelt. Nach dem mechrnischen Zerfasern und Ansäuern mit einer wäßrigen S02-Lötlung
auf pH 4 wurde der Zellstoff in
einer Ausbeute von 93 % erhalten.
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Im Laboratorium aus diesem Zellstoff hergestellte Paperblätter mit
einem Flächengewicht von 60 gXm2 hatten eine Reißlänge von 6600 m, eine Berstfestigkeit
von 24, eine Einreißfestigkeit von 33 und einen Weißgrad von 75.
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Beispiel 8 100 g Pappelholzschnitzel wurden bei Raumtemperatur mit
einer Lauge, die pro Liter 40 g Natriumhydroxyd und 2 g Natriumborhydrid enthielt
und einen pH-Wert von etwa 14 hatte, imprägniert. Nachdem 80 ffi der alkalischen
Lauge abgetropft waren, wurde der pH-Wert der imprägnierten Schnitzel vor dem Kochen
durch Zusatz von 200 ml einer pro Liter wäßrigen Lösung, die 25 g Schwefeldioxyd
/enthielt und einen pH-Wert von etwa 2 hatte, auf etwa 4,2 eingestellt. Anschließend
wurde 90 Minuten bei 1200C gekocht, wobei sich der pH-Wert auf 6,5 bis 7 eingestellt,
worauf zerfasert wurde. Die Zéllstoffausbeute betrug 94 , der Gesamtverbrauch an
Natriumborhydrid 0,3 % (auf Basis von ofengetrocknetem Holz).
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Im Laboratorium aus diesem Zellstoff bei 530 ml C.S.F.
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hergestellte Papierbogen hatten einen Weißgrad von 78, eine Reißlänge
von 8500 m, eine Berstfestigkeit von 34 und eine Einreißfestigkeit von 37.
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Beispiel 9 100 g Pappelholzschnitzel wurden mit 500 ml einer wäßrigen
alkalischen lösung, die pro Liter 10 g Natriumhydroxyd und 0,11 g Natriumborhydrid
enthielt und einen pH-Wert von etwa 12 hatte, vollständig imprägniert. Durch Zusatz
einer wäßrigen Natriumbi sulritlösuna zur alkalischen Lösung wurde der plI-Wert
der Flüssigkeit auf 6 eingestellt. Die Schiiitzel
wurden 90 Minuten
bei einer Temperatur von 1500C gekocht und dann mechanisch zerfasert, wobei ein
Zellstoff rnit folgenden Eigenschaften erhalten wurde: Weißgrad ohne Bleiche 80
(Photovolt) Ausbeute 89 % Reißlänge 7000 Meter Einreißfestigkeit 34 Abtropffähigkeit
550 ml (C.S.F.) Beispiel 10 100 g Pappelholzschnitzel wurden bei Raumtemperatur
unter einem Druck von 7 kg/cm² 30 Minuten mit 500 ml einer wäßrigen Lösung imprägniert,
die pro Liter 15 g Natriumhydroxyd und 0,6 g Natriumborhydrid enthielt und einen
pH Wert von 12 hatte. Die Lauge und die Schnitzel wurden eine Stunde auf 50°C erhitzt.
Durch Zusatz einer wäßrigen Schwefeldioxydlösung wurde der pH-Wert der alkalischen
Lösung auf pH 4 eingestellt, worauf 2 Stunden bei 1300C gekocht wurde. Nach der
Zerfaserung im Scheibenrefiner wurde ein Zellstoff in einer Ausbeute von 90 % erhalten.
Der Zellstoff hatte ungebleicht einen Weißgrad von 81 % (Photovolt).
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Beispiel 11 100 g Pappelholzschnitzel wurden mit einer wäßrigen Lösung,
die 10 g Natriumbisulfit pro Liter enthielt und einen pH Wert von etwa 4,2 hatte,
eine Stunde bei Raumtemperatur unter einem Druck von 8 kg/cm² bei einem Gewichtsverhältnis
von Holz zu Lauge von 1:5 behandelt. Nach dieser Zeit ließ man den größten Teil
der sauren Flüssigkeit abtropfen, worauf die Schnitzel mit einer stöchiometrischen
Natriumhydroxydmenge, die genügte, um die Bisulfitionen in den Schnitzeln zu Sulfitionen
umzusetzen, neutralisiert wurden.
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Die 3cllnitzel wurden dann mit einer alkalischen Lösung imprägniert,
die
Natriumborhydrid in einer solchen Menge enthielt, daß eine alkalische Lösung erhalten
wurde, die einen pH-Wert zwischen 12 und 14 hatte und pro Liter 15 g Natriumhydroxyd
und 1 g Natriumborhydrid enthielt. Nachdem die das Natriumborhydrid enthaltende
alkalische Lösung die Schnitzel vollständig durchdrungen hatte und das Natriumborhydrid
mit den Bestandteilen des Holzes reagiert hatte, wurde der pH-Wert vor dem Kochen
durch Zusatz einer wäBrigen Schwefeldioxydlösung, die einen pH-Wert von etwa 2 hatte,
auf 4 bis 5 eingestellt. DIE Schnitzel wurden eine Stunde bei 150°C gekocht, worauf
der End-pH-Wert 6,5 betrug. Nach dem Kochen wurden die Schnitzel mechanisch zerfasert.
Der gebildete Zellstoff bzw. daraus hergestellte Papierbogen hatten die folgenden
Eigenschaften: Ausbeute 90 % Weißgrad ohne Bleiche 90 % (Photovolt) Reißlänge 8000
Meter Einreißfestigkeit 50 Berstfaktor 35 Dichte 0,56 Dicke 107/i Porosität 50 Sekunden
Der Zellstoff hatte die folgende chemische Zusammensetzung: Lignin 25 % a-Cellulose
52 % Hemicellulose 23 %.
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Beispiel 12 100 g Rottannenschnitzel wurden bei Raumtemperatur 24
Stunden mit 599 ml einer wäßrigen Lösung behandelt, die pro Liter 5 g Chlordioxyd
enthielt und einen pH-Wert von 5 hat te,wobei die Schnitzel vollständig durchdrungen
wurden.Die
saure Lösung ließ man dann abtropfen, worauf die Schnitzel
zur Entfernung des restlichen Chlordioxyds mit Wasser gewaschen wurden. Die Schnitzel
wurdwen dann bei 50°C mit einer Lösung, die pro Liter 40 g Natriumhydroxyd und 2
g Natriumborhydrid enthielt und einen pH-Wert von 14 hatte, vollständig imprägniert.
Die alkalische Lösung ließ man abtropfen, worauf eine wäßrige Schwefeldioxydlösung,
die einen pH-Wert von etwa 2 hatte, in einer solchen Menge zugesetzt wurde, daß
das Verhältnis von Holz zu Flüssigkeit 1:5 (g/ml) und der Anfangs-pH-Wert vor dem
Kochen 3 betrug. Dann wurde 50 Minuten gekocht, wobei bei einer Temperatur von 50°
begonnen und eine maximale Temperatur von 150°C erreicht wurde. Anschließend wurde
weitere 60 Minuten bei 1500C gekocht. Die Schnitzel wurden nach dem Kochen mechanisch
zerfasert, wobei ein Zellstoff mit folgenden Eigenschaften erhalten wurde: Ausbeute
88 ffi Weißgrad ohne Bleiche 80 % (Photovolt) Reißlänge 11.800 Meter Berstfestigkeit
78 Einreißfestigkeit 59.
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Die Eigenschaften der gemäß der Erfindung hergestellten Hochausbeutezellstoffe
werden nachstehend mit Hochausbeutezellstoffen, die nach üblichen Verfahren hergestellt
wurden, in der folgenden Tabelle verglichen.
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T a b e l l e Zellstoffart Ausbeute % Abtropf- Reißlänge Berstfe-
Einreißfe- Weißgrad Verbrauch fähigkeit m stigkeit stigkeit (Ph) an NaBH4 % bezogen
auf Holz gebleichter Pappelholz-Zellstoff 90 143 1700 6 22 70 -gebleichter Tannenholz-Zellstoff
90 165 3300 14 49 61 -chemisch-mechanisher Sulfit-Zellstoff 92 180 3000 12 33 51
-Zellstoff gemäß Beispiel 1 94 600 6700 28 40 83 0,9 Beispiel 4 95 640 6700 30 47
75 0,4 Beispiel 6 92 450 8750 32 40 73 0,4 Beispiel 9 94 530 8500 34 37 78 0,3
Aus
den Werten in dieser Tabelle ist eindeutig ersichtlich, daß die nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung hergestellten Zellstoffe den nach bekannten Verfahren herges-tellte-n
Zellstoffen sowohl in den mechanischen Eigenschaften als auch im Weißgrad weit überlegen
sind. Diese Zell stoffe können je nach den Herstellungsbedingungen als Ersatz zu
at z für Holzstoff sowie als teilweiser Ersatz des Sulfitzellstoffs aus Nadelholz
und der weißen Cellulose aus Laubholz uienen.
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Unter entsprechender Zumischung eines kleinen Anteils von Kunstfasern
kann er auch als chemische Cellulose verwendet werden.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung kann kontinuierlich
oder chargenweise durchgeführt werden.