DE2607720A1

DE2607720A1 - Lockerer zellstoff und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2607720A1
Application number: DE19762607720
Authority: DE
Inventors: Sven Ulrik Torbjoern Aberg; Sven Gunnar Bergdahl
Original assignee: Molnlycke Vafveri AB
Current assignee: Essity Hygiene and Health AB
Priority date: 1975-02-26
Filing date: 1976-02-25
Publication date: 1976-09-09
Also published as: FR2302378B1; US4065347A; NO147279B; FI760488A; JPS6029773B2; NO147279C; FR2302378A1; SE432118B; NO760592L; FI59435B; SE7502156L; JPS51109301A; FI59435C; CA1048832A

Description

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MÖLNLYCKE AB, Göteborg, Schweden

Lockerer Zellstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Zur trockenen Defibrierung vorgesehener Zellstoff (pulp) wird als "lockerer Zellstoff" (fluffed pulp)· 'bezeichnet. Um die trockene Defibrierung zu beschleunigen, wird lockerer Zellstoff im. allgemeinen so behandelt, daß die Faserbindungen schwächer als bei normalem Zellstoff sind.

Lockerer Zellstoff wird hauptsächlich zur Herstellung von absorbierend wirkenden Produkten für den einmaligen Gebrauch, wie Windeln und Kompressen, verwendet. Bei diesen Produkten kommt es auf eine gute Absorptionsfähigkeit und Flüssigkeitsspeicherungsfähigkeit an. Gleichzeitig werden hohe Anforderungen an Festigkeit, Weichheit und· Biegsamkeit dieser absorbierenden Produkte gestellt. Diese Bedingungen lassen sich am besten erfüllen, wenn die restliche Menge an nicht defibrierten Teilchen im Zellstoffausgangsmaterial für die absorbierenden Produkte bzw. die Menge an gebrochenen Fasern gering

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ist. Diese beiden Bedingungen werden bei lockerem Zellstoff mit geschwächten Faserbindungen besser erfüllt als bei lockerem Zellstoff mit starken Faserbindungen.

Die Faserbindungen von lockerem Zellstoff können durch spezielle Maßnahmen während der Zellstoffherstellung geschwächt werden, beispielsweise durch lockeres Pressen auf der Naßpresse und/oder durch Behandlung mit bindungshemmenden chemischen Substanzen.

Lockerer Zellstoff wird im allgemeinen in Form von Zellstoffrollen in den Handel gebracht. Gelegentlich wird er auch in Form von Ballen verkauft.

Beim lockeren Pressen in der Preßpartie einer Fourdrinier-Maschine wird eine relativ geringe Wassermenge mechanisch aus dem Stoff ausgepreßt. Infolgedessen muß das Wasser in der Trockenpartie durch Wärmeeinwirkung entfernt werden. Daher wird der Zellstoff im Vergleich zu herkömmlichem Papierzellstoff teurer. Auch ein Chemikalienzusatz führt zu einer Kostensteigerung aufgrund von zusätzlichen Material- und Arbeitskosten. Aus diesem Grund ist lockerer Zellstoff im allgemeinen um 10 bis 25 Prozent teurer als gewöhnlicher Zellstoff.

Es sind eine Reihe von Verfahren zur trockenen Defibrierung von lockerem Zellstoff bekannt. Bei- allen bekannten Verfahren wird die Defibrierung beschleunigt und die Qualität des defibrierten Zellstoffs erhöht, wenn die Faserbindungen geschwächt sind, d.h. wenn teurer, lockerer'Zellstoff verwendet wird.

Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, das die Nachteile der trockenen Defibrierung vermeiden soll. Dabei soll der Zellstoff defibriert werden, bevor .er vollständig getrocknet worden ist. Es wurde nämlich festgestellt, daß die starken Bindungen zwischen den Fasern erst in Erscheinung treten, wenn das Wasser praktisch vollständig aus dem Zellstoff entfernt worden ist. Es wurde somit vorgeschlagen, den Zellstoff bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 25 bis 60 Prozent zu defibrieren und ihn anschließend mit warmer Luft so zu

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trocknen, daß die Fasern nur geringfügig miteinander in Berührung kommen oder erst von dem Zeitpunkt an gegenseitige Bindungen ausbilden, an dem der Feuchtigkeitsgehalt des Zellstoffs auf einen bestimmten kritischen Wert abgenommen hat.

Das gebräuchlichste Verfahren zur Herstellung von lockerem Zellstoff besteht jedoch darin, herkömmlichen chemischen Zellstoff aus· Weich- oder Hartholz oder entsprechende Gemische in der Naßpresse locker, zu pressen und anschließend zu, trocknen. Eine andere Möglichkeit, insbesondere für mechanischen Zellstoff, der zur trok— kenen Defibrierung vorgesehen ist, besteht darin,· den Zellstoff in einem teilweise defibrierten Zustand mit warmer Luft zu trocknen (sogenannte Schnelltrocknung). In beiden Fällen können außerdem bindungshemmende chemische Substanzen zugesetzt werden, um die Festigkeit der Faserbindungen zu vermindern.

Bei allen bisher vorgeschlagenen oder angewendeten Verfahren zur Herstellung von lockerem Zellstoff ist es jedoch unvermeidlich, daß 'die Zellstoffasern einem beachtlichen mechanischen Druck ausgesetzt werden, um das Wasser aus dem- nassen netzartigen Fasergebilde zu entfernen. Dies ist der Hauptgrund dafür, daß die bisher in der Praxis angewendeten Verfahren zur Zeilstoffherstellung Behandlungsstufen umfassen, die bei sehr geringen ZeIIstoffkonzentrationen, d.h. 2 bis 3 Prozent oder geringer, durchgeführt werden. Beispiele für derartige Behandlungsstufen' sind das Sieben und Waschen des Stoffs, beispielsweise nach dem Bleichen oder nach Extraktionsbehandlungen.

Während des Einengens einer verdünnten Zellstoffsuspension zu einem Stoff mit einem Trockengehalt, der unter vernünftigen Bedingungen mit warmer Luft endgültig 'getrocknet werden kann, tritt immer ein mechanischer Druck auf das nasse, netzartige Fasergebilde auf.

Lockerer Zellstoff wird im allgemeinen, wie vorstehend erläutert, unterem lockerem Pressen in der Naßpreßpartie hergestellt. Der Ausdruck "lockeres Pressen" ist aber im Vergleich zum normalen Pressen zu sehen, d.h. Pressen wie es bei der Herstellung von her-

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kömmlichem Papierstoff angewendet wird. Dieser Ausdruck bedeutet aber keinesfalls, daß kein Preßvorgang stattfindet. Bei der großtechnischen Herstellung von lockerem Zellstoff sollte der Tröckengehalt des Stoffs nach dem Preßvorgang und unmittelbar vor dem Trocknungsvorgang mindestens 35 Prozent betragen. Bei einem geringeren Trockengehalt nehmen der Dampfbedarf und damit die Kosten für das endgültige Trocknen des Zellstoffs stark zu und nehmen bald ein unvertretbares Ausmaß an. Bei der Herstellung des Stoffs ohne jegliches Pressen übertrifft der Trockengehalt vor dem Trocknungsvorgang kaum 15 Prozent. Beim normalen Pressen wird nach dem Preßvorgang ein Trockengehalt von 40 Prozent oder mehr erreicht. Bei bekannten Verfahren tritt beim Schnei!trocknungsvorgang zum Trocknen von lockerem Zellstoff ein entsprechend starker Druck auf«

Im Verlauf der Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung führten, wurde festgestellt, daß durch mechanischen Druck und anschließendes Trocknen dauerhafte Beschädigungen der Zellstoffasern verursacht werden. Dies mindert den Wert von Zellstoff und lockerem Zellstoff. Demgegenüber wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß Zellstoff, der ohne mechanischen Druck hergestellt worden ist, einen lockeren Zellstoff mit überlegenen Eigenschaften ergibt. Durch die Erfindung wird auch ein technisch und wirtschaftlich interessantes Verfahren zur Herstellung von verbessertem Zellstoff zur Verfügung gestellt. ■

Gegenstand der Erfindung ist lockerer "Zellstoff, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er ungewaschenen mechnischen Zellstoff mit. einer Flüssigkeitsdiffusionskapazität (Flüssigkeitsverteilungsfähigkeit) von mindestens 3,5 g Flüssigkeit pro g Zellstoff und pro Minute, einem Volumen von mindestens 18 cm /g und einem Volumgewicht in Ballen- oder Blockform von höchstens 0,8 g/cm enthält.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieses Zellstoffs · ist dadurch gekennzeichnet, daß man Holz mechanisch defibriert und anschließend mit warmer Luft ohne Anwendung yon mechanischem.Druck bis zu einem Trockengehalt von 80 bis 95 Gewichtsprozent trocknet. Der Ausdruck "ungewaschener Zellstoff" besagt, daß bei dessen Her-

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Stellung keine Extraktionsbehandlung mit organischen Lösungsmitteln oder Alkalien und kein übliches Bleichen unter anschließendem Waschen vorgenommen worden ist. Ferner entfällt auch jegliches Sieben des Stoffs. ■

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem lockerer Zellstoff direkt aus Holz durch mechanische Def.ibrierung hergestellt wird, verläuft die Zellstoffherstellung wesentlich billiger als bei der Herstellung von herkömmlichem lockeren Zellstoff.

Gleichzeitig gestaltet sich das Herstellungsverfahren wesentlich einfacher. Die einzelnen Variablen lassen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren besser kontrollieren als bei der herkömmlichen ZeIIstoffdigerierung.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird Holz in Form von Schnitzeln, Stücken oder Spänen als Ausgangsmaterial eingesetzt und in einem Defibrator oder Refiner defibriert. Als Holz kann herkömmliches Weichholz, wie Fichten-, Tannen- oder Kiefernholz, oder Hartholz, wie Birken-, Erlen- oder Espenholz verwendet werden. Zu einem Zellstoff besonders guter Qualität gelangt man bei Verwendung eines Gemisches aus Hart- und Weichholz im Verhältnis von 1:1 bis 1:10. Bei Verwendung von verschiedenen Holzarten sind bei einer geeigneten Wahl dieser Holzarten die Bindungen zwischen den Fasern schwächer als die Bindungen zwischen Fasern der gleichen Holzart.

Ein herkömmlicher Defibrator kann zur Defibrierung verwendet werden. Dabei wird der Stoff in den Defibrator mittels einer Schnecke zwischen rotierende Holländerscheiben eingespeist. Dabei wird der Stoff mit Dampf gekocht. Entsprechende Defibrierungstemperaturen liegen im Bereich von 75 bis 200⁰C. Die besten Werte für den endgültigen Zellstoff erreicht man bei einer Druchführung der Defibrierung im Bereich von 100 bis 150⁰C.

Der Zellstoff wird aus dem Defibrator in einen Zyklonen geblasen und anschließend" im sogenannten Schnelltrockner,getrocknet. Nach der Behandlung im Zyklonen
weist der Zellstoff einen so. hohen Trockengehalt auf, daß er

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mit einem vertretbaren Kostenaufwand direkt der Schnelltrocknung unterworfen werden kann, ohne daß eine zwischenzeitliche Entfernung von V/asser durch Pressen erforderlich ist. Der Zellstoff verläßt den Defibrator in einem sehr lockeren Zustand. Dieser Zustand wird während der Trocknung aufrecht erhalten, indem man für eine freie Bewegung der Fasern in der trocknenden Luft sorgt. Die Trocknung wird zweckmäßigerweise bis zu einem Trockengehalt von 80 bis 85 Prozent, vorzugsweise etwa 90 Prozent, des endgültigen Zellstoffs durchgeführt. Bei diesem Wert entfällt die Gefahr der Ausbildung von starken Faserbindungen.

Nach dem Trocknen ist der Zellstoff sehr voluminös und somit besonders für absorbierend wirdende Produkte geeignet. Soll die Herstellung von -absorbierend wirkenden Produkten nicht am gleichen Ort vorgenommen werden, so kann der schhellgetrocknete Zellstoff zu Blöcken gepreßt werden, die gestapelt und zu Ballen verpackt werden. Das Wiederauflockern der Ballen zu einem Volumen, das nicht entscheidend unter dem Volumen vor dem Verpressen liegt, kann durchgeführt werden, wenn die Zellstoffballen auf ein Volumenge— wicht von höchstens 0,8 g/cm bei einem ' stens 90 Gewichtsprozent gepreßt werden.

wicht von höchstens 0,8 g/cm bei einem Trockengehalt von minde-

Die Herstellung kann auch in zwei Stufen durchgeführt werden, wobei der Zellstoff zunächst defibriert und in einer ersten Schnelltrocknungsstufe auf einen Trockengehalt von 60 bis 85 Gewichtsprozent getrocknet wird. Anschließend durchläuft den Zellstoff einen zweiten Defibrator, wobei eine weitere Defibrierung erzielt wird und mögliche Bindungen zwischen den getrennten Fasern gebrochen werden. Der Zellstoff.wird anschließend in einer zweiten Schnelltrocknungsstufe endgültig auf einen Trockengehalt von 80 bis 95 Gewichtsprozent getrocknet. ·

V/ie bereits eingangs erwähnt, kann auch eine Behandlung mit bindungshemmenden chemischen Substanzen vorgenommen werden. Der Zusatz von Chemikalien kann durch Bespritzen der Schnitzel vor dem Eintritt in den Defibrator und/oder durch direkten Zusatz der Chemikalien in den Defibrator vorgenommen werden. Schließlich können bindungs— hemmende Mittel auch während, der Schnelltrocknungsstufen in Form

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von Aerosolen zugesetzt werden. Gute Ergebnisse werden beispielsweise mit Fettsäureseifen und Alkyl-·oder Arylsulfonaten erzielt. Eine deutliche Wirkung läßt sich beispielsweise durch einen Zusatz von 0,01 Prozent oder weniger, bezogen auf den trocknen Zellstoff, erreichen. Im· allgemeinen werden Zusätze in Kiengen von 0,1 bis 0,5 Prozent, bezogen auf den trockenen Zellstoff, verwendet.

Häufig ist es wünschenswert, daß der lockere Zellstoff nicht zu dunkel ist. Einen helleren Zellstoff erhält"man durch Vermischen in einem mechanisch gemahlenen Zellstoff. Der Zellstoff kann aber auch während des Defibrierens durch Bleichmittel, wie Natriumsulfit, Wasserstoffperoxid oder Persulfate, gebleicht werden. Vorzugsweise werden diese Bleichmittel dem Holz vor der Defibrierung oder im Defibrator selbst zugesetzt.

Die Defibrierung läßt sich beschleunigen, wenn das Medium im Defibrator alkalisch ist.

Absorbierend wirkende Produkte aus erfxndungsgemaßem, trocken defibriertem, lockerem Zellstoff weisen ein größeres Volumen auf als entsprechende Produkte aus trocken defibriertem, herkömmlichem, lockerem Zellstoff. Die Überlegenheit der aus dem Material der Erfindung hergestellten Produkte wird.insbesondere dann deutlich, wenn bereits Flüssigkeit absorbiert worden ist. Trocken defibrierter, herkömmlicher, lockerer Zellstoff fällt beim Feuchtwerden auf einen Bruchteil seines Volumens im trockenen Zustand zusammen. Erfindungsgemäß hergestellter, trocken defibrierter, lockerer Zellstoff behält auch nach Absorption von Flüssigkeit einen wesentlich größeren Anteil seines ursprünglichen Volumens. Das Volumen in nassem bzw. feuchtem Zustand· ist maßgebend für das Flüssigkeitsvolumen, das von einer bestimmten Menge an defibriertem.Zellstoff absorbiert werden kann . Erfindungsgemäß hergestellter, lockerer Zellstoff weist eine bessere Absorptionsfähigkeit für Flüssigkei-· ten als herkömmlicher, lockerer-Zellstoff auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von lockerem Zellstoff ist wesentlich einfacher und wirtschaftlicher als bisher

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angewendete herkömmliche Verfahren. Ferner ist beim erfindungsge— mäßen Verfahren eine wesentlich billigere und einfachere Anlage" mit einem geringeren Aufwand an Raum und Wartung erforderlich, als dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist«

Aufgrund der Tatsache, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren Vorgänge, wie Waschen, Sieben, Verdünnen auf niedrige Konzentrationen und Einengen, die bei herkömmlichen Verfahren erforderlich sind, vermieden werden, wird die Menge an Abwasser beträchtlich verringert. Dies hat zur Folge, daß Investitions— und Unterhaltskosten für Reinigungsanlagen entfallen.

Insgesamt läßt sich feststellen, daß sich lockerer Zellstoff nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter einer wesentlichen Kostener—' sparnis herstellen läßt.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Dabei wird erfindungsgemäß hergestellter lockerer Zellstoff mit herkömmlichem lockerem Zellstoff verglichen.

Beispiel 1

Ungebleichter, mechanischer Zellstoff, sogenannter Refiner-Zellstoff, der auf einen Trockengehalt von 88,2 Prozent schnellgetrocknet ist, wird auf herkömmliche Weise zu Blöcken verpreßt und zu Ballen verpackt. Der Mahlungsgrad (Canadian freeness) beträgt 92 und die Helligkeit 58,5 Prozent SCAN. Dieser Zellstoff wird folgendermaßen behandelt: ■

Die Probe wird in kleinen Mengen in einen Wennberg— Laboratoriums— Disintegrator gegeben. Nach der Zerkleinerung beträgt die Menge an nicht defibriertem Zellstoff, definiert als Zellstoffteilchen, die von einem Drahtsieb mit 12. Maschen pro 2,54 cm zurückgehalten werden, 5 Prozent. ■

Eine Probe wird aus dem zerkleinerten Zellstoff hergestellt, indem man den Zellstoff einem Luftstrom zuführt, der in einen am Boden e-.:i feinmaschiges Netz aufweisenden, zylindrischen Behälter ge—

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leitet wird. Die Grundfläche der Probe beträgt 50 cm und die

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Höhe 15 cm. Der Glasbehälter wird gewogen, um das Volumen des Zellstoffs zu bestimmen· Anschließend wird der Zellstoff bei einem

Druck von 50 g/cm gepreßt· Sodann wird der Behälter in einen Bottich gestellt, der Wasser von Raumtemperatur enthält· Der Wasserspiegel liegt zwei cm oberhalb des Bottichbodens. Die zum totalen Benetzen der Probe erforderliche Zeit wird bestimmt. Anschließend wird der Behälter entfernt und von Wasser befreit· Der Behälter wird sodann wieder gewogen, um die Flüssigkeitsspeicherkapazität des Zellstoffs zu bestimmen,

Ergebnisse:

3
Volumen, cm /g 15

Gesamtbenetzungszeit, min . 3,1

Flüssigkeitsspeicherkapazität, g Wasser/

g Zellstoff " * 6,0

Die Flüssigkeitsdiffusionskapazität, definiert als Absorption pro Gewichtseinheit Zellstoff pro Zeiteinheit·,läßt sich ..folgendermaßen berechnen:

—*— = 1,9 g Wasser/g Zellstoff χ min. 3,1

Beispiel 2

Ungebleichter, mechanischer Zellstoff, sogenannter thermomechanischer Zellstoff, der auf einen Trockengehalt von 89,0 Prozent schnellgetrocknet ist, wird auf herkömmliche Weise in Blöcke gepreßt und zu Ballen verpackt. Er weist einen Mahlungsgrad (Canadian freeness) von 215 und eine Helligkeit von 57,4 Prozent SCAN, auf. Dieser Zellstoff wird gemäß Beispiel 1 behandelt. Die Proben werden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und. untersucht.
Ergebnisse:

nicht defibrierter Anteil · 5 %

3
Volumen, cm /g 16

Gesamtbenetzungszeit, min 3,0

Flüssigkeitsspeicherkapazität, g Wasser/ , g Zellstoff * · 6,8

Flüssigkeitsdiffusionskapazität, g Wasser/g Zellstoff χ min 2,3

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-IQ-

Beispiel 3

Hauptsächlich aus schwedischer Kiefer gewonnene Holzschnitzel werden mittels einer Schnecke in einen Refiner derart eingespeist, daß die Schnitzel vor dem Zerkleinern 3 Minuten mit Wasserdampf auf etwa 135°C vorerhitzt werden. Nach dem Defibrieren wird der Zellstoff direkt aus dem Refinergehäuse in einen Zyklonen geblasen, wo der Dampf entfernt wird. Anschließend wird der Zellstoff in einen Schnelltrockner geleitet und getrocknet. '

Bei drei verschiedenen Versuchen werden folgende Ergebnisse erhalten:

Mahlungsgrad (Canadian freeness) Helligkeit, SCAN (%)

Trockengehalt vor dem Schnell—-trocknen, %

Trockengehalt nach dem Schnelltrocknen

Aus dem getrockneten Zellstoff werden Proben hergestellt und gemäß Beispiel 1 untersucht. , -

Ergebnisse:

a b c

nicht defibrierter Anteil . 6 6 7

Volumen, cm /g 20 21 24

Gesamtbenetzungszeitj min 2,3 2,3 . 2,4

Flüssigkeitsspeicherkapazität, g Wasser/g Zellstoff 8,1 8,5 8,9 Flüssigkeitsdiffusionskapazität, . -

g Wasser/ g Zellstoff χ min 3,5 3,7 3,7

a	3	b	,6	C	9
109	4	190	,2	315	5
58,	6	58	,8	57,	1
41,	40	38,
89,	88	90,

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Claims

. - li ■-

P atentansprüche

li Lockerer Zellstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er ungewaschenen mechanischen Zellstoff mit einer Flüssigkeitsdiffusionskapazität von mindestens 3,5 g Flüssigkeit pro g Zellstoff und pro Mi-. nute, einem Volumen von mindestens 18 cm /g und einem Volumgewicht in Block- oder Ballenform von höchstens 0,8 g/cm enthält.

2*. Verfahren zur Herstellung von lockerem Zellstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Holz defibriert und anschließend mit warmer Luft bis zu einem Trockengehalt von 80 bis 95 Gewichtsprozent ohne mechanischen Druck trocknet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den lockeren Zellstoff in zwei Schnelltrocknungsstufen mit einer intermediären Enddefibrierung trocknet, wobei der lockere Zellstoff in der ersten Trocknungsstufe auf 60 bis 85 Gewichtsprozent und in der zweiten L _ufe endgültig auf 80 bis 95 Gewichtsprozent getrocknetwird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Def.ibrierung bei einer Temperatur von 75'bis 200⁰C, vorzugsweise 100 bis 150⁰C,durchführt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Holz in Form von Schnitzeln, Stücken oder Spänen in einem Refiner oder Defibrator defibriert.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Defibrierung in Gegenwart eines grenzflächenaktiven organischen Mittels durchführte

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die' Defibrierung bei einem pH-Wert von über 8 durchführt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die jefibrierung in Gegenwart von Wasserstoffperoxid durchführt·

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9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Schnelltrocknungsstufe ein bindungshemmendes Mittel in Form eines Aerosols zusetzt. - ·

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