DE2307477B2

DE2307477B2 - Verfahren zum Herstellen von mechanischem Faserstoff aus harzreichen Holzarten wie Kiefernholz oder ähnlichen Arten

Info

Publication number: DE2307477B2
Application number: DE19732307477
Authority: DE
Inventors: Per Johan Ingemar Froevi Ahrel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1973-02-15
Publication date: 1975-03-06
Also published as: JPS4892601A; DE2307477A1; FI53722B; SE377476B; CA996706A; DE2307477C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mechanischem Faserstoff aus Holzhackstücken durch Zerfaserung in einer Scheibenmühle in einer Atmosphäre von gesättigtem Dampf, der unter einem Druck von 0,5 bis 7 atü entsprechend einer Temperatur des Dampfes von 110 bis 165" C steht.

Es soll aus harzreichen Holzarten, insbesondere Kiefernholz und ähnlichen Arten, mechanischer Holzfaserstoff mit hohem Massegewicht (spezifischem Volumen) und hoher Helligkeit hergestellt werden, der sich zu Holzpappe bzw. Papier weiterverarbeiten läßt, ohne daß Harzprobleme auftreten.

Ein hohes Massegewicht des Faserstoffes ist von besonderer Bedeutung für die Herstellung von Holzpappe, weil man mit einer bestimmten Menge Stoff einen dickeren und steiferen Bogen erhält als mit einem Stoff von niedrigerem Massegewicht.

Auch für spezielle Sorten von Weichpapier, die gewöhnlich einen verhältnismäßig großen prozentuellen Anteil mechanischen Faserstoffs enthalten, kann ein hohes Massegewicht vorteilhaft sein.

Daß Kiefer bisher nicht vorteilhaft zur Herstellung mechanischen Faserstoffs aus Holzschliff in herkömmlicher Weise durch Schleifmühlen benutzt werden konnte, beruht in erster Linie auf Schwierigkeiten, die bei der Umwandlung des Holzschliffs in Holzpappe infolge des im Kiefernholz enthaltenen Harzes auftreten Ein Absetzen oder Festsetzen des Harzes auf verschiedenen Teilen der Aufbereitungsmaschinen, wie endlosen Sieben, Filzen und Zylindern, erschwert den Betrieb in hohem Maß durch häufige Betriebsunterbrechungen zwecks Reinigung bzw^ Austausch von Filzen und Sieben. Hinzu kommt noch die Gefahr des Entstehens von Harzfiecken in dem fertigen Papiererzeugnis und die dadurch verursach Quahtälsverschlechterung. Ein anderer wesenthc- Nachteil des durch Schleifen hergesteilten Kieiernfaserstofis sind im Vergleich zu Schleifstoffaus Fichienholz schlechte Festigkeitseigenschaften, und sowohl Reißlänge Einreißfestigkeit und Widerstandskraft gegen DoppWaltung sind sehr niedrig. Dazu tritt noch als Nachteil eine wesentlich niedrigere Helligkeit.

Ein" gewisse Verbesserung in dieser Beziehung ist dadurch eingetreten, daß Holzschnitzel oder -hackstücke in Scheibenmühlen verschiedener Bauarien zu mechanischem Holzstoff zerfasert bzw. raffiniert werden Vor allem werden hierdurch die Festigkeitseigenschaften des Stoffs verbessert; jedoch bleiben in den Fälkn, wo Kiefernholz oder eine andere harzreiche Holzart als Rohstoff verwendet wird, die Harzprobleme ungelöst. Eine gewisse kleinere Zumischung von Kiefer kann freilich in den meisten Fallen geduldet werden. .

Er<t mit der Einführung der sosenannten thermomechanischen Zerfaserung für die Herstellung mechanischen Faserstoffs wurde das Harzproblem zu einem wesentlichen Teil ausgeräumt, auch wenn der Hackstückrohstoff Kiefernholz war oder einen großen Zusatz davon enthielt. Jedoch blieben solche Eigenschaften wie Festigkeit und Helligkeit weiterhin unzufriedenstellend. Die thermomechanische Zerfaserung bedient sich einer in den US-PS 2008 892und 2! 45 851 beschriebenen Scheibenmühle für die Zerfaserung von Holzhackstücken unter Dampfdruck und erhöhter Temperatur.

Durch Verbesserungen der Mahlglieder der sogenannten »DeSbratorw-Scheibenmühle, genau eingestellte Bedingungen für die Zerfaserung in bezug auf Temperatur und das Verhältnis von Holz zu Wasser ist die thermomechanische Zerfaserung zu einem Tür industrielle Herstellung in großem Maßstab geeigneten Verfahren entwickelt worden, wie beispielsweise in der DT-AS 19 12 940 und der DT-PS 12 53 031 näher beschrieben ist.

Um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, muß der Temperaturbereich bei der Zerfaserung auf 110 bis 165 C, zweckmäßig auf 110 bis 140° C, begrenzt werden, was einem Druck des gesättigten Dampfes zwischen 0,5 und 7,0 atü bzw. 0,5 und 4,0 atü entspricht. Gleichzeitig darf nur eine solche Menge von Wasser dem Zerfaserer zugeleitet werden, daß der austretende Stoff eine Konzentration von mindestens 20%, zweckmäßig 50 bis 30%, erhält (US-PS 31 12 102).

Die Verminderung der Harzschwierigkeiten bei der Verwendung von nach dem thermomechanischen Verfahren hergestelltem Stoff beruht darauf, daß der Dampf, der beim Ausblasen des Stoffs zu atmosphärischem oder noch niedrigerem Druck freigesetzt und weggekocht wird, flüchtige Verbindungen, wie z. B. Terpene und gewisse Fettsäuren, austreibt, die, wenn sie im Stoff verbleiben würden, das in ihm befindliche Harz weich und klebrig machen würden. Nach dem Austreiben mit Dampf bleiben in dem Stoff die eigenl-

lichen Harzsäuren zurück, die aus einem harten und nichthaftcndon Harz bestehen und bei der Weiterverarbeitung des Stoffes keine Harzschwierigkeiten verursachen.

Wie schon hervorgehoben, weist mechanischer S Stoff aus Kiefernholz, auch wenn nach der thermomechanischen Methode hergestellt, schlechte Festigkeit und Helligkeit auf, was die Anwendungsgebiete für den Stoff stark begrenzt Durch Tränkung der Hackstücke mit Sulfitlösungen oder Zufuhr von Sulfitlösung bei der Zerfaserung ist: es gelungen, mechanische Stoffe im Ausbeutebereich von 95% herzustellen, deren Festigkeitseigenschaften, Helligkeit usw. besser als oder wenigstens gleichwertig mit denen von Fichtenholzschliff sind. Die Verwendung von i$ Sulfitzusätzen ist bekannt und näher in den DT-PS 12 53 031 und 15 17 109, US-PS 33 88037 und sehr vollständig in einem Aufsatz in PPI, November 1963, »Disc Refiners Used To Make Mechanical Pulp«, beschrieben. *>

Die Zerfaserung von Holzhackstücken in der Gegenwart von Sulfitlösungen nach der thermomechanischen Methode läßt sich für sowohl Fichte als auch Kiefer als Ausgangsstoff für die Hackstücke verwenden, wie z. B. aus der DT-PS 12 53 031 ersichtlich ist.

Die Mengen des dabei zugesetzten Sulfits liegen in der Regel zwischen 1,0 und 1,5%, berechnet als Na₂O auf die wasserfreie Substanz der Hackstücke. Zugesetzt wird das Sulfit in der Form einer wäßrigen Lösung mit einem pH-Wert, der gewöhnlich bei ungefähr 6,5 liegt, was gleichen Teilen Sulfit und Hydrogensulfit in der Lösung entspricht. Die Stofkusbeute liegt um 95%. Wenn es sich um Fichtenholzhackstücke handelt, hat man in gewissen Fällen die Sulfitmenge, als Na₂O gerechnet, auf 0,5 vermindern können und hierbei eine annehmbare Helligkeit des Stoffes erhalten, wie aus dem obengenannten Aufsatz in PPI hervorgeht.

Dem Fachmann ist bekannt, daß man nach dem thermomechanischen Verfahren einen hellen Faserstoff leichter aus Fichte als aus Kiefer erhält.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Bedingungen bei dem bekannten Zerfaserungsverfahren so zu bestimmen, daß aus harzreichen Holzarten wie Kiefer ein Faserstoff herstellbar ist, der sich zu Holzpappe und Papier weiterverarbeiten läßt, ohne daß Harzprobleme auftreten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Hackstückmaterial wenigstens 50% Kiefernholz oder ähnliche harzreiche Holzarten verwendet werden, daß die Zerfaserung in Gegenwart von so vie! Wasser erfolgt, daß der austretende Stoff eine Konzentration von mindestens 20%, vorzugsweise 50 bis 30%, erhält, daß ferner die Zerfaserung des Hackstückmaterials in Gegenwart von 0,2 Ibis 1,0%, Vorzugsweise 0,2 bis 0,4%, SO₂ in Form von Hydrogensulfit bzw. Hydrogensulfit plus einem kleineren Anteil von freiem SO₂ in wäßriger Lösung vorgenommen wird und daß die Menge an Kationen, gerechnet als Na₂O, hierbei höchstens 0,4%, berechnet auf die wasserfreie Substanz des Hackstückmaterials, beträgt.

Von den Anmeldern vorgenommene Versuche und nunmehr in fabriksmüßigen Maßstab in einer thermomechanischen Defibraloranlage für Herstellung von Holzfaserstoff aus Kiefernholz gewonnene Betriebsergebnisse haben erwiesen, daß man durch Zufuhren kleiner Mengen von SO₂ — und zwar 0,2 bis 1,0%, für gewöhnlich 0,2 bis 0,4% — einen mechanischen Kiefernholzfaserstoff herstellen kann, der normalem Schleifstoff aus Fichtenholz völlig gleichwertig ist. Der Zusatz von SO₂ muß hierbei in der Form von Hydrogensulfit bzw. Hydrogeasulfit plus freiem (ungebundenem) SO₂ in wäßriger Lösung vorgenommen werden. Je nach dem in Verhältnis von freiem SO₂ zu Sulfit in der Lösung läßt sich deren pH-Wert innerhalb weiter Grenzen ändern, soll jedoch nicht einen pH-Wert von 4,5 bis 5 übersteigen. Abgesehen von einem höheren Massegewicht liegen die Festigkeitseigenschaften, Helligkeit, Gelblichkeitsgrad und Undurchsichtigkeit des Faserstoffes auf derselben Höhe wie für herkömmlichen Fichtenholzfaserstoff. Die zugesetzte Menge an Kationen ist, als Na₂O gerechnet, auf 0,4% der wasserfreien Substanz des Holzes begrenzt und geht gewöhnlich nicht über 0,3% hinaus.

Für den Zusatz von so kleinen Mengen SO₂ in der Form von Hydrogensulfit bzw. Hydrogensulfit plus freiem SO₂ zu dem Hackstückrohstoff ist es neu, daß er so merkbar die Eigenschaften des Stoffes in dem Zerfaserungsprozeß verbessert, daß sich auch Hackstücke oder Schnitzel aus Kiefernholz mit Vorteil als Ausgangsrohstoff verwenden lassen. Hinzu kommt noch, daß die Kationen nicht auf Natrium begrenzt zu werden brauchen, sondern sowohl Kalzium als auch Magnesium zur Anwendung kommen können, wenn dies wünschenswert ist. Unter den Verhältnissen, unter denen die thermomechanische Faserstoffherstellung durchgeführt wird, d. h. bei auf den Bereich von 110 bis 165 C, für gewöhnlich 110 bis 140"C, begrenzten Temperaturen, kurzer Erhitzungszeit von 1 bis 3 Minuten, und in der Gegenwart von höchstens so viel Wasser, daß die Stoffkonzentration nicht unter 20% liegt und am besten 50 bis 30% beträgt, wird die kleine Menge an Kationen, die mit dem Hydrogensulfit zugeführt werden, nahezu vollständig in dem Faserstoff gebunden, unter anderem als feste Lignosulfonsäure, und wird von dem Wasser in der Stoffaufschwemmung nicht herausgelöst. Somit entstehen keine größeren Problerne für die Abwasserreinigung bei der Herstellung und Weiterverarbeitung des Stoffes.

Die Gegenwart von freiem SO₂ ist wesentlich für die Erzielung hoher Helligkeitswerte. Soweit SO₂ gebunden als Hydrogensulfit zugeführt wird, so wird trotz der kurzen Reaktionszeit bei der Zerfaserung wegen der herrschenden Temperatur und Abspaltung einer kleineren Menge von Acetylgruppen in den Hackstücken eine ausreichende Menge von SO₂ freigesetzt.

Das Zusetzen von Hydrogensulfit bzw. Hydrogensulfit plus freiem SO₂ in wäßriger Lösung kann durch Tränken der Hackstücke oder Eintauchen in die Lösung oder Aufspritzen der Lösung auf die Hackstücke vor deren Einbringen in die Scheibenmühle erfolgen; am einfachsten aber erfolgt das Zusetzen durch unmittelbares Einspeisen der Lösung in den Vorwärmer der unter Druck und erhöhter Temperatur stehenden Zerfaserungsanlage und Aufbringen auf die Hackstücke durch geeignete Fein Verteilungsmittel.

Eine Tränkung kann jedoch in gewissen Fällen zweckmäßig sein, wenn sie z. B. durch Dämpfen der Hackstücke vorgenommen wird, die danach zusammengedrückt werden, um sich dann wieder in der Sulfitlösung auszudehnen, etwa gemäß den DT-PS 11 32 790 und 14 17 491. Durch das Dämpfen wird ein Teil flüchtiger Stoffe, vor allem Terpene, aus-

getrieben, und dies trägt dazu bei, die Härte des Harzes in dem fertigen Faserstoff zu erhöhen.

Durch die hier beschriebene Abwandlung der thermomechanischen Faserstoffherstellungsmethode läßt sich ein mit herkömmlichem Schleifstoff aus Fichte gleichwertiger mechanischer Stoff aus einem Kiefernholz als Ausgangsrohstoff herstellen, der zwischen 50 und 100% Kiefer enthalten kann und sich zu Papier und Holzpappe weiterverarbeiten läßt, ohne daß Schwierigkeiten durch den Harzg-ihalt des Ausgangsmaterials auftreten oder die Reinigung der zum Auslaß entweichenden Abwässer erschwert wird.

Als Beispiel für die Eigenschaften von gemäß der Erfindung hergestelltem Faserstoff aus Kieferhackstücken werden Prüfungsergebnisse fiir groben Stoff fiir Fertigung von Pappe wiedergegeben. Zum Vergleich sind entsprechende Prüfungsergebnisse für einen herkömmlichen Schleifstoff derselben Grobheil und ebenfalls für Fertigung von Pappe bestimmt. gegenübergestellL

Vergleich zwischen thermomechanischem Faserstoff

mit hohem Massegewicht aus 100% Kiefernholz

und Pappschleifstoff von Schleifmühlen

aus überwiegend Fichtenholz

Entwässerung
nach Schopper-

R i e g 1 e r, Grade

Freeness, cm³

Entwässerungszeit, Sek. ..

Fasergruppierung

Splittergehalt, %

auf Siebtuch 30 verbleibend, %

zwischen Siebtuch 30 und

200, %

durch Siebtuch 200 hindurchgehend, %

Qualitätswerte

Abreißlänge, m

Dehnbarkeit, %

Sprengfaktor (Mullen)....

Reißfaktor

Massegewicht, cm³/g

Helligkeit, %

(gemessen auf Elrepho-Apparat mit Filter R 46T)

Thermo-

mechanischcr

Faserstoff

mit hohem

Massegewicht

43,5

274,0

4,5

0,28
43,1
37,9
19,0

1560
1,8
6,2

46,3
3,73

61,7

Papp-

schleif-

stoff

37,0

394,0

4,7

1,97 29,4 51,0 19,6

1090 1,9 4,0 25,0 3,59

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von mechanischem Faserstoff aus Holzhackst ":cken durch Zerfaserung in einer Scheibenmühle in einer Atmosphäre von gesättigtem Dampf, der unter einem Druck von 0,5 bis 7 atü, entsprechend einer Temperatur des Dampfes von 110 bis 165° C steht, dadurch gekennzeichnet, daß als Hackstückmaterial wenigstens 50% Kiefernholz oder ähnliche harzreiche Holzarten verwendet werden, daß die Zerfaserung in Gegenwart von so viel Wasser erfolgt, daß der austretende Stoff eine Konzentration von mindestens 20%, vorzugsweise 50 bis 30%, erhält, daß ferner die Zerfaserung des Hackstückmaterials in Gegenwart von 0,2 bis 1,0%, vorzugsweise 0,2 bis 0,4% SO₂ in Form von Hydrogensulfit bzw. Hydrogensulfit plus einem kleineren Anteil von freiem SO₂ in wäßriger Lösung vorgenommen wird und daß die Menge an Kationen, gerechnet als Na₂O, hierbei höchstens 0,4%, berechnet auf die wasserfreie Substanz des Hackstückmaterials, beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Holzhackstücken SO₂-haltige Lösung durch Tränkung, Eintauchen oder Aufspritzen vor dem Einspeisen der Hackstücke in die Scheibenmühle zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Holzhackstücken SO₂-haltige Lösung nach dem Einspeisen der Hackstücke in die unter Dampfdruck stehende Scheibenmühle zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkung mit SO₂-haltiger Lösung durch Dämpfen der Hackstücke, deren Zusammenpressung und danach folgende Ausdehnung in der Lösung vorgenommen wird.

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