-
Verfahren zur Behandlung von Zellstoff-Fasern in
-
einem Zellstoffbrei mit einer Flüssigkeit und Einrichtung zur Durchführung
des fahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Zellstoff-Fasern
in einem Zellstoffbrei mit einer Flüssigkeit, wobei der Brei intermittierend elastischen
Kompressionskräften unterworfen wird, sowie eine Vorrichtung zur DurchfUhrung dieses
Verfahrens.
-
In verschiedenen Behandlungsvorgängen von Zellstoffbrei, z. B.
-
der Defibrierung, der Papierherstellung, dem Druckfarbenentzug, dem
Bleichen, der Ätherierung, Esterierung und dgl., ist es von äußerster Wichtigkeit,
daß die einzelnen Fasern eine ausreichende Menge von Flüssigkeit aufnehmen, damit
sie quellen.
-
Der Ausdruck "Zellstoffbrei" bedeutet hier chemischen, halbchemischen
und mechanischen Brei wie auch fein-zerrissenes Abfallpapier.
-
Wenn mechanischer, halb-chemischer oder chemischer Brei getrocknet
wird, oder unter Druck entwässert wird, um die Breikonzentration auf über 15 ffi
zu steigern, können Paserklümpchen
oder -knoten auftreten, und die
schlechte Löslichkeit dieser Faserklümpchen wird durch den nachfolgenden Trocknungsvorgang
des Zellstroffbreies noch verstärkt. Der Brei wird dadurch immer weniger geeignet,
für die Papierherstellung. Diese Bildung von Faserklümpchen ist zu einem großen
Teil durch die Hohlräume in den Zellstoff-Fasern bedingt, die Luft enthalten und
verhindern, daß Wasser oder andere Flüssigkeit in die Fasern eindringt.
-
Eine gut imprägnierte, d. h. flüssigkeitsdurchdrungene Faser enthält
adsorbiertes Wasser, d. h. Wasser, das in den Zellstoff selbst aufgenommen ist,
und eingeschlossenes Wasser, während eine schlecht imprägnierte Faser lediglich
eine geringere Menge eingeschlossenes Wasser enthält. Es ist das adsorbierte Wasser,
das die Zellstoff-Faser zum Quellen veranlaßt, und es ist das eingeschlossene Wasser,
das aus den Fasern herausgepreßt wird, wenn diese einem Druck unterworfen werden,
beispielsweise in einer Wasserentzugspresse. Wenn die Fase ii eine geringe Menge
eingeschlossenes Wasser oder sonstiger Flüssigkeit enthalten, werden sie beim Pressen
bandförmig.
-
Derartige flache Fasern bilden Faserklümpchen oder -knoten im Zellstoffbrei,
und beim Passieren der Trockenzylinder in einer Papiermaschine werden diese Knoten
überhitzt und verhornen.
-
Knotenbildung tritt auch bei der Wasserextraktion unter Druck und
beim Trocknet gut imprägnierten Breies auf, was auf das Vorhandensein von Zellstoff
mit geringer Dichte zurückzuführen ist, wie er in gewissen dünnwandigen Friiliholzfasern
zu finden ist. Wenn eine derartige Faser mit einer chemischen Flüssigkeit behandelt
wird, füllen sich die Poren mit der chemischen Lauge oder Lösung, wodurch das Waschwasser
während des Waschens nachfolgend herausgestoßen wird. Wenn das Wasser in derartigen
Fasern aus ihnen herausgepreßt wird, bevor sie getrocknet werden, dann sind die
Fasern flachgedrückt und geben Anlaß zur Knotenbildung bei dem nachfolgenden Trocknungsvorgang.
Ziel der Erfindung ist es, derartige Faseiltimpchen oder -knoten aufzulösen und
die zwischen den Fasern auftretenden Bindungen zu beseitigen,
indem
alle Pasern in einen vollständig gequollenen Zustand gebracht werden. Weiter wird
mit der Erfindung angestrebt, daß bei Reaktionsvorgängen wie dem Druckfarbenentzug
und dem Bleichen des Zellstoffbreis, der Ätherierung und der Esterierung usw. die
zugeführten Flüssigkeiten und Laugen an die einzelnen Fasern herangebracht werden,
so daß die reagierenden Chemikalien eine sehr hohe Wirksamkeit entfalten können.
Zu dem Zweck müssen die Fasern im Brei vollständig voneinander getrennt werden,
und es muß ein Austausch aller darin eingeschlossener Flüssigkeit erfolgen.
-
Mit der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung werden diese
Aufgaben und Ziele vollständig gelöst bzw. erreicht, wobei die Erfindung im wesentlichen
darauf beruht, daß die Zellstoff-Fasern Druckwellen von solcher Größe und Dauer
ausgesetzt werden, daß die Fasern abwechselnd komprimiert und gedehnt werden, ohne
daß eine bleibende Deformation eintritt, bis vollkommene Imprägnierung und/oder
vollkommener Austausch der eingeschlossenen Flüssigkeit erzielt ist. Eine derartige
Druckwellenbehandlung ist nicht zu verwechseln mit der bekannten Druckwellenbehandlung
von Fasersuspensionen, wie sie z. B. in einer Stabmtihle nach der US-PS 2 116 511
abläuft. In dem dort beschriebenen Gerät werden die Fasern in der Suspension in
langen Druckperioden gegen eine Wand aus Weichgummi gepreßt, um die Reibwirkung
zwischen den Fasern zu verstärken, doch wird dabei keine Kompression der Fasern
selbst in einem irgendwie meßbaren Ausmaß erzielt, und auch ist es nicht möglich,
in einer Suspension wie bei der Erfindung den nötigen inneren Überdruck in den Fasern
während der extrem kurzen Druckwellen zu erhalten, deren Dauer vorzugsweise nur
einige Zehntel Sekunden beträgt und abhängig von der Art des verwendeten Breies
bis zu 1 sec betragen kann.
-
Beispielsweise aus der schwedischen Patentschrift 316 362 ist es außerdem
bekannt, eine Fasersuspension Druckwellen auszusetzen, indem das Flüssigkeitsvolumen
zum Zwecke der erhöhten Reibung zwischen den einzelnen Fasern in der Suspension
reduziert
wird, doch wird die von der Erfindung angestrebte Wirkung nicht erzielt, nämlich
die Imprägnierung und/oder den Austausch von Flüssigkeit im Innern der Fasern, da
Voraussetung für einen derartigen Austausch und die Imprägnierung eine hohe Breikonzentration
ist, d. h. eine Konzentration in der Größenordnung von 10 bis 90 % und vorzugsweise
höher als 15 .
-
Die wichtigsten charakterisierenden Merkmale der Erfindung sind die,
daß der Brei eine Konzentration von 10 bis 90 °9 hat, daß die Zellstoff-Fasern Druckwellen
mit einer Dauer von weniger als 1 sec und von solcher Größe ausgesetzt werden, daß
der Druck im Innern der Fasern auf einen Wert ansteigt, der mehr als 0,2 Atmosphären
über dem Außendruck liegt, daß die Fasern sich zwischen den Druckwellen ohne bleibende
Verformung expandieren können und daß die Behandlung solange anhält, bis vollständige
Imprägnierung und/oder vollständiger Austausch der in den Fasern eingeschlossenen
Flüssigkeit erreicht ist.
-
Die erfindungsgemäße Behandlung erlaubt es, schlecht imprägnierte
Fasern beispielsweise so gut zu imprägnieren, daß sie in einer Schlagmahlmaschine
verarbeitet werden können, um Papier hoher Qualität zu erzeugen. Schlecht imprägnierte
Fasern werden streifenförmig, wenn sie hohen Drücken in einer Schneckenpresse oder
einem Scheibenrefiner ausgesetzt werden, und sie machen eine rollende Bewegung,
wodurch die flach gedrückten Fasern sich selbsttätig miteinander verwirren und Faserknoten
bilden bei Konzentrationen in der Größenordnung von 15 .
-
Obgleich diese Fasern in hohem Maße unimprägniert sind, verbleibt
eine kleine Menge Halbzellulose, die während des nachfolgenden Trockenvorgangs dafür
sorgt, daß die Faserknoten sehr dicht miteinander verbunden werden, und zwar durch
Bildung von Wasserstoffbindungen. Diese Faserknoten können nicht mit den üblichen
Breidispersionsverfahren aufgelöst werden. Mit der Erfindung wird jedoch diese Auflösung
der Faserknoten mit Hilfe der kurzen und starken Druckwellen in Verbindung mit einer
kleinen Flüssigkeitszufuhr möglich. Die günstige
Wirkung der Erfindung
scheint darauf zu beruhen, daß die Fasern während der Druckwelle flachgedrückt werden
und während der anschließenden Expansion dann Flüssigkeit aufsaugen, vorzugsweise
Alkaliverbindungen in die Hohlräume der Fasern aufnehmen, wo die Flüssigkeit dann
an die OH-Gruppen des Zellstoffs gebunden wird. Die Fasern beginnen dann zu quellen
und sich gerade zu strecken. Zusammen mit dem hohen inneren Faserdruck bewirkt dies,
daß die verbliebenen Wasserstoffbindungen zwischen den Fasern aufbrechen. Eine knotenfreie
und gut imprägnierte, gequollene Faser wird so erhalten, was ein Papier von sehr
hoher Qualität in der anschließenden Mahlbehandlung ergibt. Das neue Verfahren,
das eine Art Pumpeffekt in der vorstehend beschriebenen Weise zwischen Faser und
Flüssigkeit hervorruft, wird auch mit Vorteil bei dem Herauslösen von Druckfarbe
eingesetzt. Die Erfindung wird nun in Verbindung mit der Zeichnung nochmals im einzelnen
an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Flußdiagramm einer Anlage,
in der zum Farbentzug von bedrucktem Abfallpapier die Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 2 eine abgewandelte Ausführung der Anlage nach Fig. 1; Fig. 3 ein Flußdiagramm
einer Anlage, in der bei Anwendung der Erfindung ein Zellstoffbrei schnitzel-getrocknet
wird; Fig. 4 ein Flußdiagramm einer Anlage zum Bleichen mit Peroxid, Bleichen mit
Sauerstoffgas oder zum Einfärben des Zellstoffbreis unter Anwendung der Erfindung;
und Fig. 5 und 6 Planetenmischer für die Behandlung des Zellstoffbreis gemäß der
Erfindung.
-
Eine in der Fig. 1 schematisch dargestellte Anlage dient dazu, Zeitungspapierabfällen
die Druckerschwärze zu entziehen. Die Abfälle kommen von einer Zerreißmaschine 1
in einen Apparat 2, in dem der Zellstoffbrei, dem soviel Wasser zugesetzt wurde,
daß er eine Konzentration von wenigstens 30 % Trockengehalt hat, einer Druckwellenbehandlung
gemäß der Erfindung unterworfen
wird, so daß er in Fasern zerlegt
wird. Die Behandlung findet unter Beisein gewöhnlicher Chemikalien für den Druckfarbenentzug
statt und weitere Chemikalien, die die freigesetzte Druckerschwärze binden. Der
Apparat 2 kann beispielsweise ein Planetenmischer sein, wie er in den Figuren 5
und 6 dargestellt ist, der geeignet ist für eine Druckwellenbehandlung, wie sie
in Verbindung mit den Figuren 5 und 6 noch erläutert wird.
-
Der behandelte Brei wird dann aus dem Apparat 2 in einen Apparat 3
überführt, beispielsweise ebenfalls ein Planetenmischer gemäß Figuren 5 und 6 oder
eine gewöhnliche Zersetzvorrichtung, worin der Brei auf einen Feststoffgehalt von
etwa 4 ffi verdünnt wird.
-
Der verdünnte Brei wird dann aus dem Apparat 3 in eine Schneckenentwässerungsvorrichtung
4 geleitet, in der soviel Druckerschwärze enthaltendes Wasser ausgepreßt wird, daß
der Feststoffgehalt des Breis auf etwa 35 çjO ansteigt.
-
Der entwässerte Brei gelangt anschließend in einen Apparat 5, der
dem Apparat 2 gleich ist, worin der Brei abermals gemäß der Erfindung mit Druckerschwärze
entziehenden und diese Druck kerschwärze bindenden Chemikalien behandelt wird, woraufhin
er in einen entsprechenden Apparat 6 oder eine Zerlegevorrichtung geleitet wird,
in der der Brei abermals auf etwa 4,6 Feststoffgehalt verdünnt wird.
-
Aus dem Apparat 6 wird der Brei dann in einer Schneckenentwässerungsvorrichtung
7 konzentriert, indem soviel Wasser ausgepreßt wird, daß ein Brei mit 35 % Feststoffgehalt
übrig bleibt.
-
Der nun von Druckerschwärze befreite Zellstoffbrei wird schließlich
in einer Auflösevorrichtung 8 auf 4 fo Feststoffgehalt verdünnt und anschließend
in den Papierproduktionsvorgang über nommen.
-
Das aus den Schneckenentwässerungsvorrichtungen 4 und 7 kommende und
mit Druckerschwärze angereichertt3 Wasser wird einem Mikrofilter 9 zugeleitet, in
dem die noch darin enthaltenen Zellstoff
-Easern abgefiltert werden,
die beispielsweise dem Apparat 2 am Beginn des Vorgangs zugeleitet werden. Die die
Druckerschwärze enthaltende und von Fasern freie Suspension wird beispielsweise
in einer Flotationsanlage (nicht dargestellt) behandelt, in der die Druckerschwärze
zusammen mit Humus und in dem Abwasser enthaltenen Schwermetallen abgesondert wird.
-
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem soeben
beschriebenen dadurch, daß die bedruckten Papierabfälle von der Zerreißmaschine
1 in eine Trommel 10 gelangen, in der Förderschrauben und Schlagstäbe enthalten
sind und wo das Papier mit Wasser und die Druckerschwärze entziehenden und diese
bindenden Chemikalien versetzt wird. Aus dieser Trommel 10 kommt der Brei dann in
die Schneckenentwässerungsvorrichtung 4, wonach der Farbstoffentzugsprozeß wie beim
Ausführungsbeispiel 1 fortgesetzt wird.
-
In Fig. 3 ist eine Anlage dargestellt, in der beim Schnitzel-oder
Flockentrocknen von Zellulose die Faserklümpohenbildung verhindert wird. Der Zellulosebrei
mit einem Feststoffgehalt von 4,6 wird einem Speicherbehälter entnommen und einem
üblichen Wasserentzugsapparat 11 zugeführt, z. B. einem rotierenden Vakuumfilter,
in dem der Feststoffgehalt auf etwa 30 ffi erhöht wird. Aus dem Apparat ii gelangt
der Zellstoffbrei dann in den Apparat 12, in welchem er gemäß der Erfindung einer
Hcmogenisierungsbehandlung z. B. mit einem Planetenmischer gemäß Fig. 5 und 6unterzogen
wird. Diese Homogenisierung kann durch Zugabe von ausreichend Natriumperoxid so,
daß der pH-Wert des Breis auf etwa 8 gebracht wird, beschleunigt werden.
-
Nach diesem Homogenisierungsvorgang wird der Brei in einen gewöhnlichen
Schneckenentwässerungsapparat 13 eingeleitet zur Erhöhung des Feststoffgehalts auf
etwa 45,6, wonach er in einen weiteren Apparat 14 eingeleitet wird und dort gemäß
der
Erfindung behandelt wird, damit die Klumpen, die sich im Schneckenentwässerungsapparat
gebildet haben, wieder zerlegt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, auch
an dieser Stelle eine geringe Menge Natriumperoxid hinzuzufügen.
-
Aus dem Apparat 14 wird der Brei dann in einen gewöhnlichen Flockentrockner
15 überführt. Es hat sich herausgestellt, daß der So behandelte Zellstoffbrei nach
dem Trocknen praktisch frei von Faserklümpchen ist, während der Zellstoffbrei, der
im selben Flockentrockner 15 aus dem Speicherbehälter über die Wasserentzugsvorrichtungen
11 und 13 zugeführt worden ist, so viele Faserklümpchen enthielt, daß er für die
Papierherstellung praktisch unbrauchbar war.
-
Fig. 4 zeigt eine Anlage für die Peroxidbleichung, das Bleichen mit
Sauerstoffgas, die Papierbreieinfärbung oder für das Entfärben von Druckpapier.
-
Brei mit einem Feststoffgehalt von etwa 4 ,6 aus einem (nicht gezeigten)
Breivorratsbehälter wird in einen üblichen Wasser entzugsapparat 16 eingeleitet,
z. B. eine Vakuumfiltertrommel, in dem der Feststoffgehalt auf 15 bis 20 ,6 gesteigert
wird.
-
Der Brei, der aus diesem Apparat 16 entnommen wird, kommt dann in
einen üblichen Schneckenwasserentzugsapparat 17, in dem der Feststoffgehalt auf
etwa 35,6 gesteigert wird. Von dem Wasserentzugsapparat 17 wird der Brei mit einem
Schneckenförderer 18 weiterbefördert, in welchem ihm die Einfärbsubstanz, die Farbstoff
entziehenden Chemikalien oder das Bleichmittel zugeführt werden, wonach er in einen
Apparat 19 gemäß der Erfindung eingeleitet wird. Nach der Behandlung im Apparat
19 wird der Jetzt fertig behandelte Zelltoffbrei einer Papierherstellungsmaschine
(nicht gezeigt) eventuell über einen Breivorratsbehälter zugeleitet.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, in der die erforderliche
Druckwellenbehandlung der Zellstoff-Fasern vorgenommen wird, ist vercinfacht in
den Figuren 5 und 6 targestellt.
-
Ein Behälter 20, vorzugsweise als aufrechtstehender Zylinder mit flachem
Boden 22, ist mit einer Verbindung für eine Zufahrförderschnecke 21 nahe dem Boden
22 ausgestattet, sowie mit einem Anschlup für eine Abgabeförderschnecke 23 nahe
dem oberen Ende. Der Behälter 20 ist mit wenigstens drei drehbar befestigten Tragrädern
24 versehen und in eine zylindrische Wand 25 eingepaßt, deren Innendurchmesser größer
als der Außendurchmesser des Behälters 20 ist. Die Wand 25 ist starr mit einem Unterbau,
z. B. einem Boden 26 verbunden und aus einem starren und sehr stabilen Material,
z. B. armiertem Beton, hergestellt.
-
Auf der Innenseite trägt die Wand Puffer 27 aus einem elastischen
Werkstoff wie Gummi, die in Ringform ausgebildet und Ausnehmungen in der Wand 25
angepaßt sind. Die Puffer 27 sind so angeordnet, daß sie den Behälter 20 konzentrisch
innerhalb der Wand 25 halten.
-
Neben der Wand 25 befindet sich ein Gerüst 28, an dem Einrichtungen
angebracht sind, um einen Planetenmischerrührflügel 29 anheben und absenken zu können
zusammen mit seiner Antriebsanordnung 90, wobei der Rührflügel 29 so angeordnet
ist, daß er die Innenwand des Behälters 20 während seiner Planetenbewegung berührt
und damit dem Behälter im Zusammenwirken mit den Puffern 27 eine Drehschwingung
erteilt. Jedesmal, wenn die Rührerkante die Innenwand des Behälters berührt oder
ihr wenigstens sehr nahe kommt, wird ein Teil des Zellstoffbreis und dadurch auch
die Zellstoff-Fasern zwischen die Wand und die Rührflügelkante eingepreßt, und sobald
die dadurch erzeugte Druckwelle nachläßt, kehren die Fasern elastisch in einen ausgedehnten
Zustand zurück, wodurch Flüssigkeit teilweise adsorbiert und teilweise in die ungeschwollenen
Fasern eingeschlossenmerden. Die Aufnahme der Flüssigkeit geschieht vermutlich durch
Deformation während der Kompression durch die Druckwelle und durch Saugwirkung während
der Expansion, doch ist schwer zu sagen, welcher der beiden Faktoren der ausschlaggebende
ist.
-
Während der Druckwelle wird u. a. Wärme erzeugt, die dazu beiträgt,
die Wasserstoffbindungen zwischen den Fasern aufzubrechen
und
dadurch eine Faserzerlegung und Dispersion der Faserklumpohen zu erreichen. Ein
zur Faserzerlegung und Dispersion der Faserklumpchen beitragender Faktor sind auch
die Scherkräfte, die während der Druckwelle zwischen den Zellstoff-Fasern wirksam
werden. Während die Fasern den Druckwellen ausgesetzt sind, schwellen sie vollständig,
und die eingeschlossenen Flüssigkeit wird aus den Hohlräumen gewissermaßen herausgepumpt
und durch neue Flüssigkeit ersetzt, was der Grund ist für den sehr wirksamen Farbentzug,
das gute Bleichen oder Färben usw.
-
Die Druckwellen sind von so kurzer Dauer, daß die Fasern nach der
Kompression in einen expandierten Zustand zurückkehren können. Wenn die Druckwellen
zu lang und zu stark gemacht werden, besteht die Gefahr, daß die Zellwände aufreißen
und die Fasern dauerhaft deformiert werden. Dies geschieht im wesentlichen mit den
ursprünglich schwach imprägnierten Fasern.
-
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, entweder den Rührflügel 29 oder
den Behälter 20 oder beide mit einer Schicht aus elastischem Werkstoff auszustatten.
Auch stellt es sich als günstig heraus, die Welle 31, an der der Rührflügel 29 sitzt,
mit einem Mittel zu versehen, das dem Brei im Behälter eine vertikale Zirkulierbewegung
erteilt, was z. B. mit Hilfe einer vertikalen Schnecke 32 oder an der Welle 31 befestigten
Propellerflügeln geschehen kann.
-
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung, mit der die Druckwellen ausgeübt
werden, kann durch eine andere geeignete ersetzt werden, z. B. durch Rollen, die
gegeneinander eine Hin-und Herbewegung ausführen und durch die der Brei hindurchgeführt
wird. Druckwellen können auch durch Einschließen des Breis in einen Behälter erzielt
werden, in dem der Druck dann variiert wird.
-
Es wurde eine Anzahl von Versuchen durchgeführt, mit der Druckwellenbehandlung
des Zellstoffbreis im Vergleich zur herkömmlichen Behandlung,welche Versuche nachfolgend
aufgeführt werden.
-
Versuch 1 Ein flocken-getrockneter, halb-chemischer Buchenpapierbrei
in Ballenform wird mit Wasser versetzt bis sich eine 4,6-ige Breikonzentration ergibt,
und in einem Holländer gemahlen.
-
Die so erhaltene Fasersuspension ergab ein Papier von sehr schlechter
Qualität, da sehr viele Faserknoten enthalten waren und die Durchdringung der Fasern
mit der Flüssigkeit sehr schlecht war. Auch die Papierfestigkeit war sehr schlecht.
-
Die Buchenzellstoff-Fasern bringen einen hohen Anteil von Zellstoff
mit geringer Dichte. Wenn dem Trocknungsvorgang des Zellstoffbreis ein Entwässern
unter starkem Druck vorausgeht, z. B. in einer Schneckenentwässerungspresse,dann
werden diese Fasern platt gedrückt und bilden Faserklumpen, die äußerst schwer aufzulösen
oder aufzuschwemmen sind. Aus bisher noch nicht bekanntem Grund sind die flachgedrückten
Fasern anscheinend nicht in der Lage, Wasser zu adsorbieren,und enthalten dann nur
sehr unbedeutende Mengen eingeschlossenen Wassers, was der Hauptgrund dafür ist,
daß aus Zellstoff mit einem hohen Anteil derartiger Fasern hergestelltes Papier
die erforderliche Güte nicht erreicht.
-
Andererseits ergibt eine wohl imprägnierte Fasersubstanz, die sowohl
adsorbiertes als auch eingeschlossenes Wasser enthält, eine einwandSreie Papierqualität.
-
Versuch 2 Derselbe Papierbrei wie im Versuch 1 wird mit Wasser versetzt
bis zu einer 6,6-igen Breikonzentration und dann gemahlen und defibriert in einem
gewöhnlichen Mahlwerk. Wie zu erwarten, ergab die daraus gewonnene Suspension ein
an Knoten sehr
reiches Papier mit denselben schlechten Festigkeitseigenschaften
wie bei dem Versuch 1.
-
Versuch 3 Derselbe Papierbrei wie in den Versuchen 1 und 2 wurde einer
kombinierten Druckwellen- und Mischbehandlung gemäß der Erfindung unter gleichzeitiger
Flüssigkeitszufunr bis zu 30 ,6 Breikonzentration unterworfen. Nach dem Verdünnungsvorgang
dieses Papierbreis konnte ein erstklassiges, knotenfreies Papier mit guten Festigkeitseigenschaften
erhalten werden.
-
Wenn die Zellulosefaser gegen die Behälterwand geschlagen wird, wird
derart viel Wärmeenergie örtlich begrenzt und während sehr kurzer Zeit erzeugt,
daß die Wasserstoffbindungen, die die Fasern und Faserknoten zusammenhalten,aufgebrochen
werden.
-
Nachdem die Zellulosefasern wiederholt derartigen elastischen und
Scherdruckbeanspruchungen ausgesetzt worden sind, sind die Wasserstoffbindungen
vollständig beseitigt. Sobald die Berührung mit den mischenden und defibrierenden
Mitteln, den Zellulosefasern und der elastischen Behälterwand aufhört, beginnen
die Fasern sich sowohl in der Länge als auch in der Breite zu strecken. Damit entsteht
in der Faser selbst eine Saugwirkung. In die Hohlräume der Fasern wird dann Flüssigkeit
hineingesogen, wo sie chemisch an die OH-Gruppen des Zellstoffs gebunden wird.
-
Die auf diese Weise im Zellstoff adsorbierte Flüssigkeit kann naturgemäß
nicht mehr beim nächsten Kontakt zwischen Behälterwand, Faser und den Defibrier-
und Mischeinrichtungen aus der Faser herausgepreßt werden. Andererseits wird jedoch
bei jedem derartigen Kontakt die in der Faser eingeschlossene Blüssigkeit herausgepreßt,
wonach neue Flüssigkeit eingesaugt wird, so daß sie im Innern damit reagieren kann
und den Zellstoff der Faser aufquillt. Durch dieses Quellen zusammen mit der
Homogenisierung
des Zellstoffs mit niedriger Dichte, die in Verbindung mit dem Scherdruck zwischen
Mischeinrichtung und Behälterwand auftritt, kann der Zellstoff-Faser die Festigkeitseigenschaft,
die für die Papierherstellung gewünscht wird, während der Nachbehandlung in der
Schlagmahleinrichtung erteilt werden.
-
Versuch 4 Ein flocken-getrockneter, ungebleichter Sulphitbrei in komprimierter
Ballenform wurde mit Wasser versetzt zu einer 4,6-igen Aufschlämmung und in einem
Holländer gemahlen. Aus dieser Faseraufschlämmung wurde ein sehr schlechtes Papier
mit schlechten Festigkeitseigenschaften hergestellt aufgrund der verteilt vorzufindenden
Faserknoten und der unzufriedenstellenden Flüssigkeitsimprägnierung der Fasern.
-
Versuche 5 und 6 Derselbe Papierbrei wie im Versuch 4 wurde in derselben
Weise als halb-chemischer Brei wie bei den Versuchen 2 und 3 behandelt, wobei diese
mit dem ungebleichten Sulphitbrei durchgeführten Versuche entsprechende Ergebnisse
erbrachten wie bei den Versuchen 2 und 3 mit dem halb-chemischen Brei.
-
Versuch 7 Bestimmte Qualitäten gewisser Papiereinfärbstoffe wurden
einem gebleichten Sulphitbrei in einer 4,6gegen Breikonzentration zugefügt und diese
Einfärbstoffe mit dem Brei in einem Laboratoriumsmischer vermischt, woraufhin die
Breiaufschlämmung dann auf eine Konzentration von 0,5 ffi für die Blattbildung verdünnt
wurde. Das bei der Blattbildung ablaufende Wasser war stark gefärbt.
-
Versuch 8 Derselbe Sulphitbrei von etwa 30 ffi Breikonzentration wurde
mit derselben Menge derselben Papiereinfärbsubstanzen wie bei Versuch 7 versetzt
und in einer Vorrichtung nach den Figuren 5 und 6 gemischt. Anschließend wurde der
Brei auf eine Breikonzentration von 0,5 % für die Blattbildung aufgeschlämmt.
-
Das bei der Blattbildung ablaufende Wasser war äußerst gering gefärbt.
-
Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß bei Breikonzentrationen über
30 ,6 praktisch keinerlei Flüssigkeit um die Fasern herum vorhanden ist, die Flüssigkeit
stattdessen vielmehr im Zellstoff adsorbiert und in den Hohlräumen der Zellulosefasern
eingeschlossen ist. Wenn Papiereinfärbsubstanzen in einen derartigen Zellstoffbrei
eingebracht werden und dieser gemäß der Erfindung behandelt wird, dann werden die
Farbteilchen zum Teil in die Fasern gewissermaßen hineingepumpt und zum Teil in
der aufgequollenen Zellstoffmasse dispergiert, wodurch die Menge an Farbe, die bei
der Blattbildung mit dem abfließenden Wasser abläuft, nur mehr sehr gering ist.
Versuche haben ergeben, daß Breikonzentrationen bis zu 90 ,6 verwendet werden können.
-
Versuch 9 Mechanischer Holzbrei wird in einem Misch-Holländer mit
Wasser versetzt bis zu einer Breikonzentration von etwa 4 ,6, woraufhin zum Bleichen
in der erforderlichen Menge 3 % Peroxidlösung zugesetzt wird. Nach 6 h war der Brei
fertig gebleicht und hatte einen Weißgrad von 70 ,6 G. E.
-
Versuch 10 Derselbe mechanische Brei wie in Versuch 9 wurde mit Wasser
in einem Hydropulper auf 10 - 12 % Breikonzentration gebracht, wonach dieselbe Menge
3,6-iger Peroxidlösung wie in Versuch 9
zugesetzt wurde. Nach 3
h war der Brei fertig gebleicht und hatte einen Weißgrad von etwa 70 ,6 G. E.
-
Versuch 11 Derselbe mechanische Brei wie in den Versuchen 9 und 10
wurde mit Wasser in einer Vorrichtung nach der Erfindung versetzt bis zu einer Breikonzentration
zwischen 30 und 35 ,6, woraufhin dann dieselbe Menge von 3 ,6 Peroxidlösung zugesetzt
wurde.
-
Nach 45 min war der Brei fertig gebleicht und hatte einen Weißgrad
von 72 i0 G. E.
-
Durch die Behandlung nach der Erfindung wurde die Peroxidlösung schnell
in die Hohlräume der Fasern hineingepumpt, was in Verbindung mit der hohen Konzentration
des verminderten Wassergehalts der Grund für den etwas höheren Weißgrad ist, der
beim Versuch 11 im Vergleich zu den Versuchen 9 und 10 erzielt wurde, wie auch für
die erhöhte Bleichgeschwindigkeit.
-
Die höhere Breikonzentration, die bis zu 90 ,6 gehen kann, führt außerdem
zu im Volumen kleineren Vorrichtungen, so daß die Anlagekosten geringer werden.
-
Versuch 12 Ein Sulphitbrei wurde mit Wasser versetzt bis zu einer
Breikonzentration zwischen 30 und 35 ,6, woraufhin während der Behandlung nach der
Erfindung der Brei gleichzeitig mit Chlorgas behandeltwurde. Nach etwa 5 min war
die Chlorbleichung beendet.
-
Bei herkömmlichen Verfahren wird die Chlorbleichung bei einer Breikonzentration
von etwa 4,6 ausgeführt. Sie nimmt dabei zwischen 60 und 90 min in Anspruch, bevor
der Bleichvorgang beendet ist.
-
Es konnte festgestellt werden, daß das Chlor sehr schnell durch
Substitution
in das Lignin aufgenommen wurde. Bei einem pH-Wert zwischen 2 und 3 und einer Breikonzentration
von etwa 4 was im praktischen Betrieb allgemein üblich ist, ist die Substitutionsreaktion
nach 60 bis 90 min beendet und endet danach völlig unabhängig davon, wie groß der
Chlorüberschuß ist, und ob Lignin zum Chloren übrig geblieben ist.
-
Bei einem niedrigeren pH-Wert kann die Chlor-Substitution nach 5 bis
10 min beendetwerden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es nicht möglich ist, die
Reaktionsgeschwindigkeit durch Zusetzen von mehr Chlor zur Breisuspension zu beschleunigen,
als dies durch Laboratoriumsversuche für die jeweiligen Breiqualitäten bestimmt
wurde, da durch Zusetzen von mehr Chlor als der im Labor bestimmten Menge dieses
mit dem Lignin nicht reagiert und das Lignin dann nach der Chlorbehandlung im Brei
zurückbleibt.
-
Eine erhöhte Reaktionszeit muß deshalb auf irgendeine andere Weise
erreicht werden, vorzugsweise durch Verringerung der Wassermenge im Zellstoff, so
daß die Breikonzentration über 30 ,6 gesteigert wird, was mit Erfolg dann gemäß
der Erfindung durchgefuhrt wird.
-
Während der letzten Jahre wurde ein neues Verfahren ausgearbeitet,
das eine Rückgewinnung der Bleichlaugen ermöglicht, nämlich das Sauerstoffgas-Bleichverfahren.
Bei diesem Bleichverfahren ist es nötig, mit Breikonzentrationen über 30 % zu arbeiten,
um schwere Verschlechterung der Festigkeitseigenschaften des Zellstoffs zu verhindern.
Dies wird erleichtert durch gleichzeitiges Defibrieren und eine Alkalibehandlung
des Zellstoffs mit Druckwellen gemäß der Erfindung, bevor der Sauerstoffgas-Bleichvorgang
beginnt. Andere geeignete Bleichmittel sind beispielsweise Chlordioxid, Hypochlorit
oder Hydrosulphit.
-
Versuch 13 Abfälle von bedrucktem Papier in undefibrierter Form wurden
in
einer Mischtrommel mit einer wässrigen Lösung einer Druckfarbenentzugschemikalie
behandelt, wodurch der Hauptanteil der Druckfarbe gelöst wurde und zusammen mit
der Lauge aus den Papierabfällen in einem anschließenden Schneckenwasserextraktor
entzogen wurde. Die Abfälle des bedruckten Papiers wurden anschließend gemäß der
Erfindung defibriert, während gleichzeitig die Farbchemikalien und ein Staubabsorbiermittel
zugesetzt wurden. Nach dem Auflösen mit anschließender Wasserextraktion in einer
Schneckenpresse hatte der aus dem bedruckten Papier gebildete Brei wieder einen
Weißgrad von 62 ° G.E.
-
gegenüber dem ursprünglichen Brei (ungebleichter sulphitischer oder
mechanischer Zellstoffbrei) erhalten. In einem anschließenden Peroxid-Bleichvorgang
mit dem Verfahren nach der Erfindung wurden Weißgrade zwischen 70 und 74 ,6 G.E.
erhalten.
-
Das Entziehen der Druckerschwärze aus den bedruckten Abfallpapieren
nach den herkömmlichen Methoden gibt lediglich einen Weißgrad zwischen 53 und 56,6
G. E.
-
Mit einem anschließenden Peroxid-Bleichvorgang wird ein Weißgrad von
57 bis 60 ,6 G.E. erhalten. Mit diesen herkömmlichen Methoden kann der Weißgrad
des ursprünglichen Zellulosebreis nicht wieder hergestellt werden. Der Grund dafür
ist darin zu sehen, daß die freigesetzten Druckfarbenbestandteile in die Hohlräume
in den Fasern eindringen, aus denen sie nicht anders als mit der Faserpumptechnik
gemäß der Erfindung wieder herausgeholt werden können. Bei den herkömmlichen Entfärbungsverfahren
werden die Druckpapierabfälle in einem Hydrapulper bei einer Breikonzentratiòn von
etwa 10 ° defibriert bei gleichzeitiger Zugabe von farbentziehenden Chemikalien
und vorzugsweise einem Mittel, das die Oberflächenspannung senkt. Anschließend wird
die abgelöste Druckfarbe aus der Breisuspension in einem Flotationsprozeß entfernt.
DaSür wird der Brei auf eine Konzentration von etwa 0,1 ,6 aufgeschlämmt und die
Konzentration dann auf wenige Prozent in einem nachfolgenden Filterwaschvorgang
der von Druckfarbe befreiten Breiaufschlämmung gesteigert. Große Mengen von Wasser
werden somit eingesetzt, um die herausgelöste Druckfarbe von den Papierfasern zu
beseitigen.
-
Es war deshalb nicht wirtschaftlich möglich, die Druck -farbe von
dem Ausfluß in Flotations- und Waschfilteranlagen zu trennen, so daß die Verunreinigungen
zusammen mit dem Überlaufwasser abfließen mußten.
-
Als Folge der hohen Breikonzentrationen, die in den Farbentzugsanlagen
gemäß der Erfindung möglich sind, was bis zu einer Konzentration von 90 do geht,
wird es möglich, nahezu die gesamte Druckfarbe aus den Flüssigkeiten, die aus einer
Farbentzugsanlage ablaufen, zu entziehen, so daß es möglich wird und wirtschaftlich
Vorteile bringt, den überwiegenden Teil dieses Wassers in den Farbentzugsprozeß
wieder einzuführen. Dieser abermalige Gebrauch führt auch dazu, daß unverbrauchte
Chemikalien dem Prozeß wieder zugeführt werden, wodurch die Kosten abermals gesenkt
werden können. Durch Wiederverwendung der ablaufenden Lauge wird eine beträchtliche
Verminderung der Frischwassermenge erzielt und zugleich eine erhebliche Verringerung
der Kosten, die für die Reinigung der ablaufenden Flüssigkeit von Humus und Schwermetallen
aufgewendet werden müssen.
-
Aus der vorstehend aufgezählten Anzahl von Versuchen wird deutlich,
daß die Druckbehandlung gemäß der Erfindung zu einer wesentlichen Verbesserung der
herkömmlichen Verfahren führt.
-
- Patentansprüche -