DE2307477C3

DE2307477C3 - Verfahren zum Herstellen von mechanischem Faserstoff aus harzreichen Holzarten wie Kiefernholz oder ähnlichen Arten

Info

Publication number: DE2307477C3
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: 1975-10-16
Also published as: DE2307477B2; FI53722B; JPS4892601A; SE377476B; CA996706A; DE2307477A1

Description

40

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 Tür 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 Schwieriiikeiten, 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 Harzflecken in dem fertigen Papiererzeugnis und die dadurch verursacht¹; Qualitätsverschlechterung. Ein anderer wesentlicher Nachteil des durch Schleifen hergestellten Kiefernfaserstoffs sind im Vergleich zu Schleifstoff aus Fichtenholz schlechte Festigkeitseigenschaften, und sowohl Reißlänge, Einreißfestigkeit und Widerstandskraft gegen Doppelfaltung sind sehr niedrig. Dazu tritt nochmals Nachteil eine wesentlich niedrigere Helligkeit.

Eine gewisse Verbesserung in dieser Beziehung ist dadurch eingetreten, daß Holzschnitzel oder -hackstücke in Scheibenmühlen verschiedener Bauarten zu mechanischem Holzstoff zerfasert bzw. raffiniert werden. Vor allem werden hierdurch die Festigkeitseigenschaften des Stoffs verbessert; jedoch bleiben in den Fällen, 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 Fällen geduldet werden.

Erst mit der Einführung der sogenannten 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 Zerfaserunu bedient sich einer in den US-PS 20 08 892 und 21 45 85Ϊ beschriebenen Scheibenmühle für die Zerfaserung von Holzhackstücken unter Dampfdruck und erhöhter Temperatur.

Durch Verbesserungen der Mahlglieder der sogenannten »Defibralor«-Scheibenmühle, genau eingestellte Bedingungen für die Zerfaserung in bezug auf Temperatur und das Verhältnis von Holz zu Wasser ist die thermomechanische Zerfaserung zu einem für 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,zweckmäßigauf 1 lObis 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 ihermornechanischcn Verfahren hergestelltem Stoff beruht darauf, daß der Dampf, der beim Ausblasen des Stoffs zu atmosphärischem oder noch niedrigerem Druck freigesetzt und weggekochl 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 eigent-

_ 4

lichen Harzsäuren zurück, die aus einem harten und Kiefernholzfaserstoff herstellen kann, der normalem

nichthaftenden Harz bestehen und bei der Weiter- Schleifstoff aus Fichtenholz völlig gleichwertig ist.

verarbeitung des Stoffes keine Harzschwierigkeiten Der Zusatz von SO₂ muß hierbei in der Form von

verursachen. " Hydrogensulfit bzw.Hydrogensulfit plus freiem (un-

Wie schon hervorgehoben, weist mechanischer 5 gebundenem) SO₂ in wäßriger Lösung vorgenommen

Stoff aus Kiefernholz, auch wenn nach der thermo- werden. Je nach dem in Verhältnis von freiem SO₂

mechanischen Methode hergestellt, schlechte Festig- zu Sulfit in der Lösung läßt sich deren pH-Wert

keit und Helligkeit auf, was die Anwendungsgebiete innerhalb weiter Grenzen ändern, soll jedoch nicht

für den Stoff stark begrenzt. Durch Tränkung der einen pH-Wert von 4,5 bis 5 übersteigen. Abgesehen

Hackstücke mit Sulfitlösungen oder Zufuiir von io von einem höheren Massegewicht liegen die Fesüg-

Sulfitlösung bei der Zerfaserung ist es gelungen, me- keitseigenschaften. Helligkeit, Gelblichkeitsgrad und

chanische Stoffe im Ausbeutebereich von 95% her- Undurchsichtigkeit des Faserstoffes auf derselben

zustellen, deren Festigkeitseigenschaften, Helligkeit Höhe wie für herkömmlichen Fichtenholzfaserstoff,

usw. besser als oder wenigstens gleichwertig mit denen Die zugesetzte Menge an Kationen ist, als Na₂O

von Fichtenholzschliff sind. Die Verwendung von 15 gerechnet, auf 0,4% der wasserfreien Substanz des

Sulfitzusätzen ist bekannt und näher in den DT-PS Holzes begrenzt und geht gewöhnlich nicht über 0,3%

12 53 031 und 15 17 109, US-PS 33 88 037 und sehr hinaus.

vollständig in einem Aufsalz in PPI, November 1963, Für den Zusatz von so kleinen Mengen SO₂ in der

»Disc Refiners Used To Make Mechanical Pulp«, Form von Hydrogensulfit bzw. Hydrogensulfit plus

beschrieben. _i0 freiem SO₂ zu dem Hackstückrohstoff ist es neu, daß

Die Zerfaserung von Holzhackstücken in der Gegen- er so merkbar die Eigenschaften des Stoffes in dem Zerwart von Sulfitlösungen nach der thermomechanischen faserungsprozeß verbessert, daß sich auch Hackstücke Methode läßt sich für sowohl Fichte als auch Kiefer oder Schnitzel aus Kiefernholz mit Vorteil als Ausais Ausgangsstoff für die Hackstücke verwenden, wie gangsrohstoff verwenden lassen. Hinzu kommt noch, z. B. aus der DT-PS 12 53 031 ersichtlich ist. 25 daß die Kationen nicht auf Natrium begrenzt zu werden

Die Mengen des dabei zugesetzten Sulfits liegen in brauchen, sondern sowohl Kalzium als auch Magneder Regel zwischen 1,0 und 1.5%, berechnet als Na₂O sium zur Anwendung kommen können, wenn dies auf die wasserfreie Substanz der Hackstücke. Zugesetzt wünschenswert ist. Unter den Verhältnissen, unter wird das Sulfit in der Form einer wäßrigen Lösung mit denen die thermomechanische Faserstoffherstellung einem pH-Wert, der gewöhnlich bei ungefähr 6,5 30 durchgeführt wird, d. h. bei auf den Bereich von 110 bis liegt, was gleichen Teilen Sulfit und Hydrogensulfit 165C, für gewöhnlich 110 bis 140°C, begrenzten in der Lösung entspricht. Die StolTausbeute liegt um Temperaturen, kurzer Erhitzungszeit von 1 bis 3 Mi-95%. Wenn es sich um Fichtenholzhackstücke handelt, nuten, und in der Gegenwart von höchstens so viel hat man in gewissen Fällen die Sulfilmenge, als Na,O Wasser, daß die Stoffkonzentration nicht unter 20% gerechnet, auf 0.5 vermindern können und hierbei 35 liegt und am besten 50 bis 30% beträgt, wird die kleine eine annehmbare Helligkeit des Stoffes erhalten. Menge an Kaiionen, die mit dem Hydrogensulfit wie aus dem obengenannten Aufsatz in PPI hervor- zugeführt werden, nahezu vollständig in dem Fasergeht, stoff gebunden, unter anderem als feste Lignosulfon-Dem Fachmann ist bekannt, daß man nach dem säure, und wird von dem Wasser in der Stoffaufthermomechanischen Verfahren einen hellen Faser- 40 schwemmung nicht herausgelöst. Somit entstehen stoff leichler aus Fichle als aus Kiefer erhält. keine größeren Probleme für die Abwasserreinigung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung und Weiterverarbeitung des

die Bedingungen bei dem bekannten Zerfaserungsver- Stoffes.

fahren so zu bestimmen, daß aus harzreichen Holz- Die Gegenwart von freiem SO₂ ist wesentlich für

arten wie Kiefer ein Faserstoff herstellbar ist, der sich 45 die Erzielung hoher Helligkeitswerte. Soweit SO₂

zu Holzpappe und Papier weiterverarbeiten läßt, gebunden als Hydrogensulfit zugeführt wird, so wird

ohne daß Harzprobleme auftreten. trotz der kurzen Reaktionszeit bei der Zerfaserung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, wegen der herrschenden Temperatur und Abspaltung

daß als Hackstückmaterial wenigstens 50% Kiefern- einer kleineren Menge von Acetylgruppen in den

holz oder ähnliche harzreiche Holzarten verwendet 50 Hackstücken eine ausreichende Menge von SO₂

werden, daß die Zerfaserung in Gegenwart von so viel freigesetzt.

Wasser erfolgt, daß der austretende Stoff eine Konzen- Das Zusetzen von Hydrogensulfit bzw. Hydrogentration von mindestens 20%, vorzugsweise 50 bis 30%, sulfit plus freiem SO₂ in wäßriger Lösung kann durch erhält, daß ferner die Zerfaserung des Hackstück- Tränken der Hackstücke oder Eintauchen in die materials in Gegenwart von 0,2 bis 1,0%, Vorzugs- 55 Lösung oder Aufspritzen der Lösung auf die Hackweise 0,2 bis 0,4%, SO₂ in Form von Hydrogensulfit stücke vor deren Einbringen in die Scheibenmühle bzw. Hydrogensulfit plus einem kleineren Anteil erfolgen; am einfachsten aber erfolgt das Zusetzen von freiem SO₂ in wäßriger Lösung vorgenommen wird durch unmittelbares Einspeisen der Lösung in den und daß die Menge an Kationen, gerechnet als Na₂O, Vorwärmer der unter Druck und erhöhter Temperatur hierbei höchstens 0,4%, berechnet auf die wasser- 60 stehenden Zerfaserungsanlage und Auftringen auf die freie Substanz des Hackstückmaterials, beträgt. Hackstücke durch geeignete Feinverteilungsmittel.

Von den Anmeldern vorgenommene Versuche und Eine Tränkung kann jedoch in gewissen Fällen

nunmehr in fabriksmäßigen Maßstab in einer thermo- zweckmäßig sein, wenn s:ic z. B. durch Dämpfen der

mechanischen Defibratoranlage für Herstellung von Hackstücke vorgenomniien wird, die danach zu-

Holzfaserstoff aus Kiefernholz gewonnene Betriebs- 65 sammengedrückt werden, um sich dann wieder in der

ergebnisse haben erwiesen, daß man durch Zuführen Sulfitlösung auszudehnen, etwa gemäß den DT-PS

kleiner Mengen von SO₂ — und zwar 0,2 bis 1,0%, Il 32 790 und 14 17 491. Durch das Dämpfen wird

für gewöhnlich 0.2 bis 0,4% — einen mechanischen 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 Faserstoff.ierstellungsmethode läßt sich ein mit herkömmlichem Schleifstoff aus 5 Fichte gleichwertiger mechanischer Stoff aus einem Kiefernholz als Ausgangsrohstoff herstellen, uer zwischen 50 und 100% Kiefer enthalten kann und sich zu Papiei und Holzpappe weiterverarbeiten läßt, ohne daß Schwierigkeiten durch den Harzgehall des Aus- io gangsmaterials auftreten oder die Reinigung der zum Auslaß entweichenden Abwasser erschwert wird.

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

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

Entwässerungszdt, Sek. . .

Fasergruppierun g

Splittergehalt, %

auf Siebtuch 30 verbleibend, %

zwischen Siebtuch 30 und

200, %

durch Siebtuch 200 hindurchgehend. %

Cualitätswerte

Abreißlänge, m

Dehnbarkeit, %

Sprengfaktor (Mullen). ...

Reißfaktor

Massegewicht, cm³/g

Helligkeit, %

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

Thcrmo-	Papp-
mechanischer	schleif-
Faserstod	slofT
mil hohem
Massenewichl	37,0
I ', 43,5	394,0
274.0	4,7
4,5	1.97
0,28	29,4
43,1	51,0
37,9	19,6
19.0	1090
1560	1,9
1,8	4,0
6,2	25,0
46,3	3.59
3,73
61,7

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von mechanischem Faserstoffaus Holzhackstücken durch Zerfaserung in einer Scheibenmühle in einer Atmosphäre vom 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%, erhall., 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 Hacks'.ückmaterials. 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 gekennzeichne!, 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 ;nit SO₂-haltiger Lösung durch Dämpfen der Hackstücke, deren Zusammenpressung und danach folgende Ausdehnung in der Lösung vorgenommen wird.