DE2818660C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von cellu­ losehaltigem Faserstoffbrei, insbesondere von Holzstoff gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1, sowie die Verwendung eines derart behandelten Faserstoffbreis.

Die Ozonbehandlung von cellulosehaltigem Papierbrei ist aus der DE-OS 24 44 475 bekannt. Hierbei ist ein durch Schleifen in einer Scheibenmühle oder einem Scheibenrefiner erhaltener Holzstoff (mechanische Masse) für eine unmittelbare Ozonbehand­ lung besonders geeignet, weil die durch Schleifen erhaltene Masse bereits eine geeignete hohe Konsistenz besitzt. eine Fraktionierung dieser Masse ist jedoch nicht vorgesehen, und eine Entwässerung einer oder mehrerer solcher Fraktionen ist weder beabsichtigt noch möglich.

Andererseits hat man auch schon Zellstoff (chemische Masse) fraktioniert und die Fraktionen gesondert einer Bleichbehand­ lung unterzogen (DE-AS 11 90 106) bzw. einen Holzstoff fraktio­ niert und die grobe Fraktion mit Ozon bei einer niedrigen oder hohen Konsistenz behandelt, wonach die Fraktionen vereinigt wurden (Paperi ja Puu, No. 1, S. 17-26, und No. 2, S. 47-62 (1977)). Mit all diesen bekannten Maßnahmen ist es jedoch nicht möglich gewesen, die bei der Behandlung eingesetzten Mittel effek­ tiv auszunutzen und die Beziehungen zwischen den Festigkeits­ eigenschaften des behandelten Papierbreis optimal zu gestalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch das die bei der Behandlung eingesetzten Mittel effektiv ausgenutzt werden und durch das unabhängig vom Anwendungsgebiet des behandelten Papierbreis dessen Festigkeitseigenschaften optimal gestaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5. Die Verwendung des so behandelten Faserstoffbreis ist Gegenstand der Ansprüche 6 und 7.

Durch dieses Verfahren wird ein fertig behandelter Papierbrei erhalten, aus dem ein Papier mit einer optimalen Kombination von hoher Reißfestigkeit und hoher Zugfestigkeit erzeugt werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet auch eine effektivere Ausnutzung des Ozons, wobei der Gesamtozonverbrauch bei der Behandlung der getrennten Fraktionen kleiner ist, als wenn der Papierbrei insgesamt mit Ozon behandelt würde. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die feine Teilchen enthaltenden Fraktionen gewöhnlich einen sehr großen Oberflächenanteil des Gesamtpapierbreis darstellen und dementsprechend weit mehr Ozon verbrauchen, als vergleichsweise für den Grad der Verbes­ serungen notwendig ist gegenüber dem Fall, wenn sowohl feine als auch grobe Fraktionen des Papierbreis gemeinsam mit Ozon behandelt werden.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Fraktionen vor der Ozonbehandlung in ihrem Konzentrationsgrad verändert werden, wobei die Fraktionen mit gröberen Teilchen durch Abtrennen von Flüssigkeit eingeengt und bei einem relativ hohen Feststoffgehalt mit Ozon behandelt werden. Die von der groben Fraktion abgetrennte Flüssigkeit wird weitgehend vollständig zu den Fraktionen aus feinen Teil­ chen zugesetzt, so daß die Feinteilchenfraktionen bei hoher Verdünnung behandelt werden.

Vorzugsweise kann bzw. können die mit Ozon zu behandelnden Fraktion(en) für die Trennung in Papierbreiteilchen verschiede­ ner Größe mit einer Reihe von Sieben klassiert werden, wobei der Überlauf (Rückstand) vor einer weiteren Zerfaserung ozoni­ siert und zum erneuten Absieben den Sieben zugeführt wird.

Holzpapierbrei mit großem Schnitzelanteil wird abgesiebt, um die groben Schnitzelteilchen abzutrennen, weil diese nicht für den beispielsweise in einer Papiermaschine weiterzubehandelnden Papierbrei geeignet sind. Wenn diese größeren Teilchen ozoni­ siert werden, ehe sie zu kleineren Teilchen zerteilt worden sind, und so erneut abgesiebt werden, wird eine weitere effektive Aus­ nutzung des Überlaufs erreicht, wobei die Ozonbehandlung leicht in einer vorhandenen Filter- oder Siebanlage anwendbar ist, in der eine Überlaufbehandlung von cellulosehaltigem Papierbrei erreicht wird.

Der ozonisierte Überlaufpapierbrei läßt sich leichter zerfasern, und das Verfahren nach der Erfindung trägt somit auch zu einer Entlastung des Zerfaserungsprozesses in beispielsweise einer vorhandenen Absiebanlage bei.

Das in bezug auf die Siebanlage der Erfindung zugrunde liegende Problem wird dadurch gelöst, daß eine erste Fraktion des gröb­ sten Überlaufs zunächst mit Ozon behandelt und danach in einem ersten Zerfaserer zerfasert wird, bevor sie einem Stufensieb separat zu den Absiebstufen zugeführt wird, und daß eine zweite Fraktion des Überlaufs von den gröbsten Siebstufen einem zweiten Zerfaserer zugeführt wird, wonach die zweite zerfaserte Fraktion einem Stufensieb zugeführt wird, wobei der Durchlauf aus diesem Stufensieb zu einer oder mehreren anderen Absiebstufen zum weiteren Absieben zugeführt wird und der Überlauf erneut dem zweiten Zerfaserer zugeführt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung ist leicht in vorhandenen Siebanlagen anwendbar, ohne daß an der Anlage andere als nur geringfügige Veränderungen vorgenommen werden müßten.

Es ist festzuhalten, daß zusammen mit der Ozonbehandlung des Papierbreis auch ein Entwässerungs- sowie ein Auflockerungs­ prozeß stattfinden. Diese Vorgänge werden durchgeführt, bevor der Papierbrei der Ozonbehandlung unterworfen wird, nach welcher der Papierbrei aufgeschlämmt wird, d. h. Ätznatron und Wasser zu dem ozonisierten Papierbrei zugefügt werden.

Die Ozonbehandlung des groben Faserbreis findet gewöhnlich bei hoher Konzentration statt, d. h. bei einem Feststoffgehalt von etwa 30 bis 50%, und die Auftrennung des wäßrigen Papierbreis in eine oder mehrere Fraktionen mit groben Teilchen erleichtert das Entwässern dieser Fraktionen, wobei ein suspendierter Papierbrei um so leichter entwässert werden kann, je gröber die suspendierten Teilchen (Fasern) sind. Was die cellulose­ haltigen Hochleistungspapierbreie anbetrifft, so wird erfin­ dungsgemäß eine weitgehend herabgesetzte Entwässerungszeit für die Fraktionen mit niedrigem Gehalt an feinem Material erzielt, eine Tatsache, die im Zusammenhang mit der Abstufung der Kon­ zentration der Papierbreisuspension vor der Ozonbehandlung eine direkte Energieeinsparung bedeutet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeich­ nung im einzelnen erläutert, die verschiedene Ausführungs­ formen der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung ist

Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Ausfüh­ rungsform des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Variante der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform,

Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer weiteren Aus­ führungsform des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer noch weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung und

Fig. 5 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung bei Anwendung in einer Absiebanlage.

Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Behand­ lung von mechanischem Papierbrei erläutert, der auch als cellu­ losehaltiger Hochleistungspapierbrei bezeichnet wird. Selbst­ verständlich kann jedoch das Verfahren nach der Erfindung mit demselben Erfolg auch bei der Behandlung von Cellulosepapier­ brei allgemein angewendet werden, der außer mechanischem Papier­ brei auch chemisch-mechanischer Papierbrei (halbchemischer Papierbrei) und chemischer Papierbrei (Sulfit- oder Sulfat­ cellulose) sein kann.

Fig. 1 zeigt eine Mahlvorrichtung oder einen Zerkleinerer 1, der zerkleinertes Holz oder Schnitzel zu einem gemahlenen oder zerkleinerten Papierbrei verarbeitet. Die Papierbreie werden üblicherweise als mechanischer oder als cellulosehalti­ ger Hochleistungspapierbrei bezeichnet.

Aus der Vorrichtung 1 wird der zerkleinerte mechanische Papier­ brei einer Fraktioniervorrichtung 2 zugeführt, in welcher der Papierbrei in eine grobe Fraktion, die einer Entwässerungs-/ Preßvorrichtung zugeführt wird, und eine feine Fraktion, welche teilweise einem ersten Ozonisierer 4 und teilweise einem Misch­ kasten 5 zugeführt wird, aufgeteilt wird. Wie bei 3′ angegeben ist, wird das Abwasser aus der Entwässerungs-/Preßvorrichtung zusammen mit einem Teil der feinen Fraktion dem Ozonisierer 4 zugeführt, in welchem die feine Fraktion auf einen Feststoff­ gehalt von etwa 0,1 bis 0,5 verdünnt wird. Ein Teil des Abwassers aus der Entwässerungs-/Preßvorrichtung 3 wird direkt einem Mischkasten 5 zugeführt, wie dies durch die gestrichelte Linie 6 angedeutet ist. Die gestrichelte Linie 4′ bezeichnet, daß ein Teil der unbehandelten feinen Fraktion aus der Fraktionier­ einrichtung 2 direkt dem Mischkasten 5 zugeführt wird.

Mit einem Feststoffgehalt von etwa 35 bis 50% wird die grobe Fraktion aus der Entwässerungs-/Preßvorrichtung 3 einer Auf­ lockerungsanlage 7 zugeführt, in der sie eine leichte und lockere Konsistenz erhält, wonach sie mit etwa demselben Fest­ stoffgehalt wie beim Verlassen der Entwässerungs-/Preßvorrich­ tung 3 einem zweiten Ozonisierer 8 zugeführt wird.

Nach der Ozonbehandlung in dem Ozonisierer 8 wird die behandelte groben Fraktion entweder direkt dem Mischkasten 5 zugeführt, wie dies durch die gestrichelte Linie 9′ angedeutet ist, oder einer Nachmahleinrichtung 9, beispielsweise einem Zerkleinerer, in welchem der behandelte Papierbrei durch innere Reibung ver­ mahlen wird. Gewünschtenfalls kann ein Teil der ozonbehandelten grobe Fraktion in der Vorrichtung 9 nachgemahlen werden, während der Rest direkt dem Mischkasten 5 zugeführt wird. Eine derartige Aufteilung der groben Fraktion hängt von der Güte des fertigen Papierbreis oder der Papierprodukte ab, für deren Herstellung der behandelte Papierbrei verwendet werden soll.

In dem Mischkasten 5 werden die individuell behandelten feinen und groben Fraktionen vereinigt. Der fertig behandelte und gemischte Papierbrei wird danach einer nachfolgenden, nicht dargestellten Vorrichtung zur Weiterverarbeitung zu Papier oder Pappe od. dgl. zugeführt.

Bei cellulosehaltigem Hochleistungspapierbrei, d. h. mechanischem Papierbrei, und in gewissem Maße auch bei chemisch-mechanischem Papierbrei, ist es in erster Linie die Erhöhung der Festigkeit, die das wichtigste Ergebnis der Ozonbehandlung ist, aber inner­ halb dieser Papierbreikategorien wird auch eine Erhöhung der Helligkeit, d. h. einer Bleichung, insbesondere bei Papierbrei aus Laubgehölzen, erreicht. Cellulosehaltiger, ozonisierter Hochleistungspapierbrei wird hauptsächlich als Ersatz für chemischen Papierbrei bei verschiedenen Papierqualitäten ein­ gesetzt. Es versteht sich jedoch, daß das erläuterte Verfahren auch für die Behandlung von chemischem Papierbrei, d. h. Sulfit- oder Sulfatcellulose, angewendet werden kann.

Die Festigkeitseigenschaften des cellulosehaltigen Hochleistungs­ papierbreis, insbesondere des mechanischen Papierbreis, zeichnen sich hauptsächlich durch den Langfaseranteil, den sogenannten L-Faktor, und in zweiter Linie durch die spezifische Oberfläche (die Gesamtoberfläche pro Gewichtseinheit) der Zwischenfraktion (den sogenannten S-Faktor) aus. Mit Zwischenfraktion ist der Teil des Papierbreis gemeint, der eine mittlere Faserlänge auf­ weist. Der L-Faktor kann als Maß für die Verteilung der Faser­ länge des Papierbreis gelten, während der S-Faktor das Maß für die Form der Fasern angibt. Die Reißfestigkeit hängt in erster Linie von dem L-Faktor ab und nimmt mit diesem zu, d. h. mit einer Vergrößerung des Langfaseranteils. Die sogenanten Zug­ eigenschaften jedoch, wie Zugfestigkeit, Berstfestigkeit und Naßfestigkeit, hängen hauptsächlich und teilweise proportional von dem S-Faktor ab.

Die mechanische Beanspruchung der Fasern beim Mahlen oder Zer­ kleinern führt zu einer Aufspaltung eines Teils der Fasern, so daß für ein und denselben Papierbrei nicht sowohl hohe Reiß­ festigkeit als auch hohe Zugfestigkeit erreicht werden kann. Jedoch erbringen die Scheibenzerkleinerer und besonders die Druckzerkleinerer im Vergleich zu den üblichen Mahlverfahren eine günstige Beziehung zwischen der Reißfestigkeit und der Zugfestigkeit eines Holzpapierbreis.

Bei der Ozonbehandlung von cellulosehaltigem Hochleistungspapier­ brei wird eine größere Erhöhung der Reißfestigkeit erzielt, je gröber der Papierbrei von der Ozonbehandlung ist, d. h. die Reißfestigkeit nimmt zu mit dem sogenannetn "Mahlungsgrad" (Entwässerbarkeit) des Papierbreis. Auf der anderen Seite ergibt ein grober Papierbrei eine rauhe Oberfläche und ist dementsprechend ungeeignet für die Erzeugung von Papier für beispielsweise Zeitungen und Zeitschriften. Für derartige Produkte muß der Papierbrei einen bestimmten Anteil an feineren Teilchen enthalten, damit ein Papier mit glatter Oberfläche erhalten werden kann.

Wie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 1 erläutert wurde, bei der der cellulosehaltige Papierbrei in zwei oder mehrere Fraktionen in Abhängigkeit von der Teilchengröße aufgetrennt und die einzelnen Fraktionen nachfolgend individuell behandelt werden, wird eine sehr gün­ stige Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der Reißfestig­ keit des letztlich erhaltenen Papierbreis erreicht. Neben einer besseren Festigkeitsbeziehung, die sich durch eine Kombination von hoher Reißfestigkeit und hoher Zugfestigkeit auszeichnet, wird auch erfindungsgemäß eine beträchtlich effektivere Ausnut­ zung des Ozons erreicht, wobei der Gesamtozonverbrauch niedriger ist, als wenn für die Erzielung derselben Eigenschaften der gesamte Papierbrei ohne vorherige Fraktionierung mit Ozon behandelt würde. Der größere Ozonverbrauch bei der konventio­ nellen Ozonbehandlung ist darauf zurückzuführen, daß der Feinmaterialanteil einen sehr großen Anteil der Gesamtober­ fläche des Papierbreis darstellt und dementsprechend weit mehr Ozon verbraucht, als notwendig ist, wenn die feine und die grobe Fraktion individuell mit Ozon behandelt werden.

Die Fraktionierung des zerkleinerten Papierbreis in zwei oder mehrere Fraktionen entsprechend der Teilchengröße erbringt auch den Vorteil, daß die Entwässerungs-/Preßbehandlung der groben Fraktion(en) erleichtert wird, wobei die Papierbreisuspension um so einfacher zu entwässern ist, je gröber die suspendierten Teilchen oder Fasern sind. So wird bei cellulosehaltigem Hoch­ leistungspapierbrei eine wesentliche Verringerung der Entwäs­ serungszeit erreicht, d. h. die Verweilzeit in der Entwässerungs-/ Preßanlage 3 wird auf ein Minimum herabgesetzt.

Bei Papierbreiqualitäten, bei denen es notwendig ist, sowohl die grobe als auch die feine Fraktion mit Ozon zu behandeln, erbringt die Ozonbehandlung der feinen Fraktion bei sehr nie­ driger Konsistenz auch eine Nettoeinsparung an Energie, wobei die niedrige Konsistenz der feinen Fraktion innerhalb des Wassergleichgewichts des Ausgangspapierbreis erreicht wird. Der Grund dafür, daß nicht der gesamte Papierbrei bei niedriger Konsistenz mit Ozon behandelt wird, ist darin zu sehen, daß zur Erreichung eines guten Reaktionsverlaufs die individuellen Teilchen in der wäßrigen Phase vollständig voneinander getrennt und frei für das Ozon zugänglich sein müssen, welches der wäßrigen Phase zugesetzt wird. Bei einem nichtfraktionierten Papierbrei bedeutet dies eine Konsistenz in der Größenordnung von 0,1%, d. h. 1 t Wasser pro kg trockenen Papierbrei, was riesige Anlagenausmaße und nicht zuletzt auch einen energie­ verbrauchenden Transport bedeuten würde.

Die durch die Ozonbehandlung erreichte Erhöhung der Festigkeit ist auf die Oberflächenreaktion der Einzelfasern zurückzuführen, d. h. auf eine Modifikation der Teilchenoberfläche, und deshalb ist es wünschenswert, diese Kontaktoberfläche so groß wie möglich und so zugänglich wie möglich für das Ozon zu machen. Dies wird durch Zusatz eines Quellmittels erreicht, und bei einigen Lignintypen wurde eine dreifache Erhöhung des Volumens erzielt, wenn kleine Mengen Ätznatron (NaOH) zugesetzt werden. Dieses Mittel wird den verschiedenen Papierbreifraktionen zuge­ fügt, wenn sie sich in den Ozonisierern 4 bzw. 8 befinden. Um die Oberfläche so weit als möglich für Ozon zugänglich zu machen, kann ein Dispergiermittel eingesetzt werden, so daß die Teilchen in günstigster Weise in der flüssigen Phase ver­ teilt werden. Der Zusatz eines Dispergiermittels wird vorzugs­ weise während der Ozonbehandlung der feinen Fraktion vorgenom­ men, wie dies durch den Ozonisierer 4 angedeutet ist. Gewünsch­ tenfalls kann den Papierbreifraktionen ein grenzflächenaktives Mittel oder ein Lösungsmittel zugesetzt werden.

Aus reinen Wirtschaftlichkeitsgründen kann es sehr günstig sein, nur die grobe Fraktion mit Ozon zu behandeln. Bei einer Vielzahl von Endprodukten, wie mehrlagigem Papier, Pappe oder Karton, kann dies in vorteilhafter Weise dadurch erreicht wer­ den, daß die verschiedenen Papierbreianteile oder Fraktionen getrennt gehalten werden, wobei die beiden Außenschichten vor­ zugsweise aus Feinmaterialfraktionen gebildet werden, die günstige optische und Druckeigenschaften bewirken, während die Zwischenschicht aus der groben Fraktion gebildet wird, die dem fertigen Papierprodukt eine geeignete Festigkeit verleiht.

Ein schematisches Ablaufdiagramm, das die Ozonbehandlung nur der groben Fraktion erläutert, ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist der Ozonisierer 4 weggelassen, wobei die feine Fraktion von der Fraktioniervorrichtung 2 direkt dem Mischkasten 5 zuge­ führt wird, in dem sie mit der ozonisierten und nachgemahlenen groben Fraktion vereinigt wird. Gewünschtenfalls kann der Papierbrei von der Nachmahleinrichtung 9 einem Stufensieb und einem weiteren Zerkleinerer zugeführt werden.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, die diesel­ ben Blöcke wie Fig. 1 enthält. Was das Diagramm gemäß Fig. 3 von dem nach Fig. 1 unterscheidet, ist die Einfügung eines weiteren Mischkastens 10 zwischen dem Ozonisierer 4 und dem Mischkasten 5, wobei diesem Mischkasten 10 teilweise behandel­ ter und teilweise unbehandelter Feinfraktionspapierbrei zusammen mit anderer Papierbreisuspension, beispielsweise unbehandeltem mechanischem Papierbrei, Cellulose od. dgl., wie dies durch die Linie 11 angezeigt wird, zugeführt wird. Aus dem Misch­ kasten 10 wird das Gemisch aus behandelter und unbehandelter Feinfraktion und unbehandeltem zusätzlichem cellulosehaltigem Papierbrei in dem Mischkasten 5 mit den ozonbehandelten groben Fraktionen zusammengebracht, wobei die groben Fraktionen ent­ weder direkt aus dem Ozonisierer 8 oder über die Nachmahl­ vorrichtung 9 zugeführt werden.

Der Grund für die Verwendung eines weiteren Mischkastens 10 bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 liegt darin, daß das unbehandelte feine Material, das über die Leitung 4′ zugeführt wird, eine geringe Bindefestigkeit aufweist und zu einer Neutralisierung der höchst bindefähigen Fasern beiträgt, aus denen die grobe Fraktion weitgehend besteht. Das feine Material eignet sich, mit anderen Worten, zum "Einbacken" der bindeaktiven Fasern. Bei dem Ablaufdiagramm von Fig. 3 ist diese Bedingung dadurch zu verbessern gesucht, daß der Anteil der feinen Fraktion, der über die Leitung 4′ von dem Teil des Papierbreis entfernt wird, der mit Ozon zu behandeln ist, mit weiterem cellulosehaltigem Papierbrei vermischt wird, wie durch die Linie 11 angezeigt ist, und gründlich damit in dem Mischkasten 10 vermischt wird, ehe es zusammen mit dem ozonbehandelten feinteiligen Material der ozonbehandelten groben Fraktion in dem Mischkasten 5 zuge­ setzt wird. Durch eine solche Verfahrensweise wird eine weit­ gehend verminderte Konzentration des feinen Materials in bezug auf den Papierbrei erreicht, mit dem die grobe Fraktion ver­ mischt wird, und dadurch eine verminderte Möglichkeit des Ein­ backens der bindeaktiven, ozonbehandelten Fasern.

Fig. 4 zeigt eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufdiagramms, das dieselben Blöcke enthält, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 diskutiert wurden. Fig. 4 unterscheidet sich dahingehend von Fig. 1, daß die gestrichelten Linien 4′, 6 von Fig. 1 weggelassen sind, während zwischen den Ozonisierern 8 und 4 eine Transportleitung 12 für die organischen Verbindungen dargestellt ist, die bei der Ozonbehandlung des hochkonsistenten groben Papierbreis in dem Ozonisierer 8 anfallen. Diese organischen Verbindungen sind in großem Maße grenzflächenaktive Mittel, und sie tragen zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Ozon und der niedrigkonsistenten feinen Fraktion in dem Ozonisierer 4 bei.

Für die weitere Verbesserung der Eigenschaften von ozonbehan­ deltem Papierbrei können geeignete Chemikalien dem Papierbrei bei geeigneten Stufen vor oder nach der Ozonisierung zugesetzt werden.

In Fig. 5, die ein schematisches Ablaufdiagramm einer bevorzug­ ten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung darstellt, ist 1′ eine Zuführungsleitung für cellulosehaltigen, mechani­ schen, zu klassierenden Papierbrei oder Rohstoff, der unter anderem aus Schnitzeln verschiedener Größe besteht.

Der Rohstoffpapierbrei wird einem Grobsieb 2′ zugeführt, das die Aufgabe hat, die großen Teilchen aus dem Papierbrei auszu­ sondern. Die auch als "Knorren" bezeichneten großen Teilchen werden von dem Grobsieb als ungeeignetes Material oder Überlauf ausgesondert und können in geeigneter Weise in einem Nach­ schnitzelwerk oder einer Hammermühle weiter behandelt werden, wie durch den Block 3′ angedeutet.

Die Knorren können von dem Grobsieb dem Nachschnitzelwerk oder der Hammermühle 3′ über einen Wasserkanal oder auf einem Gummi­ förderband oder über eine Schnecke zugeführt werden. Ein Nach­ schnitzelwerk kann beispielsweise eine in einem Gehäuse rotierende Welle enthalten, wobei der Boden des Gehäuses eine perforierte Platte ist. An der Welle können kreisförmige Platten angebracht sein, an deren Umfang Fortsätze etwa wie bei einem Sägeblatt vorhanden sind. Die Knorren werden zwischen dem Rotor und dem Gehäuse aufgebrochen, ehe sie die perforierte Platte passieren.

Bei einer Hammermühle kann der Rotor in dem Gehäuse mit Hämmern versehen sein, die die Knorren zu homogenen, kleinen Schnitzeln aufbrechen. Diese kleinen Schnitzel können die perforierte Platte der Hammermühle passieren, wonach sie mit Wasser vermischt und zu dem wirklichen Überlaufzerkleinerer gepumpt werden, wie es nachstehend noch im einzelnen erläutert wird.

Der Durchlauf des Grobsiebes 2′ wird zum Feinsieben weiterge­ leitet, d. h. zur Abtrennung von kleineren Schnitzeln und großen Faserbündeln von dem Papierbrei. Bei der in der Zeichnung dar­ gestellten Anlage findet die Feinsiebung bei einem ersten Stufensieb 4′, einem zweiten Stufensieb 5′ und einem Nachsieb 6′ statt. Der von dem Grobsieb 2′ erhaltene Papierbrei wird dem ersten Stufensieb 4′ zugeführt, und der Durchlauf von dem Stufensieb 4′ wird dem Nachsieb 6′ zugeführt. Der Überlauf des ersten Stufensiebes 4′ und des Nachsiebes 6′ werden einer Ozo­ nisierungs- und Zerfaserungsstufe zugeführt. In der Zeichnung ist die dieser Stufe zugehörige Vorrichtung von dem gestrichel­ ten Block 7′ umrahmt.

Der Überlauf des ersten Stufensiebes 4′ besteht nicht nur aus Schnitzeln oder Faserbündeln, sondern auch aus guten Fasern, die bei der nachfolgenden Papiererzeugung ausgenutzt werden sollten.

Der nach dem ersten Stufensieb 4′ erhaltene Papierbrei ist nicht ganz rein und muß deshalb das Nachsieb 6′ passieren. Selbst wenn der Papierbrei mehrere Male gesiebt wird, enthält er immer noch kleine Schnitzel, Sand und Rindenteilchen. Die unerwünschten Teilchen werden aus dem Papierbrei in einem Wirbelseparator 8′ abgetrennt, bevor die Siebanlage verlassen wird.

Nicht nur der Überlauf des ersten Stufensiebes 4′ und des Nach­ siebes 6′ werden dem Block 7′ zugeführt, sondern auch der größere Teil und in einigen Fällen 100% des Überlaufs des Grobsiebes 2′, d. h. der Überlauf, der in der Hammermühle oder dem Nachschnitzel­ werk 3′ vorbehandelt worden ist. Der mögliche verbleibende Teil des vorbehandelten "Knorren"-Überlaufs wird direkt einem Zer­ faserer zugeführt, beispielsweise einem Scheibenzerkleinerer 9′, in dem der Überlauf zu annehmbaren Fasern, die zur Erhöhung der Festigkeit des Holzpapierbreis dienen, gemahlen wird. Auch der Papierbrei, der den Block 7′ passiert, jedoch das zweite Stufen­ sieb 5′ nicht durchlaufen hat, wird dem Zerkleinerer 9′ zuge­ führt.

Der den Scheibenzerkleinerer 9′ verlassende Papierbrei, d. h. weitgehend der gesamte Papierbrei, der dem zweiten Stufensieb 5′ von dem Block 7′ zugeführt worden ist und der dieses Stufensieb nicht durchlaufen hat, wird einem zweiten Stufensieb 5′ zuge­ führt, und der von diesem erhaltene Durchlauf wird dem ersten Stufensieb 4′ zugeführt.

Der dem Block 7′ zugeführte Papierbrei, d. h. der größere Teil des vorbehandelten Überlaufs von dem Grobsieb 2′ und der Über­ lauf von dem ersten Stufensieb 4′ und dem Nachsieb 6′, wird zunächst in der Entwässerungs-/Preßanlage 10′ entwässert und dann einer Auflockerungsanlage 11′ zugeführt in der der Papierbrei eine leichte und lockere Konsistenz erhält.

Aus der Auflockerungsanlage 11′ wird der Papierbrei einem Ozonisierer 12′ zugeführt, in welchem er mit Ozon (O₃) behandelt und mit Ätznatron (NaOH) gemischt wird. Infolge der Ozonbehand­ lung wird eine Erhöhung der Festigkeit des Papierbreis erzielt, die auf eine Oberflächenreaktion der Einzelfasern zurückzuführen ist, d. h. auf eine Modifikation der Teilchenoberfläche. Es ist deshalb erwünscht, diese Kontaktoberfläche so groß wie möglich und so zugänglich wie möglich für Ozon zu gestalten. Dies kann durch Zusatz eines Quellmittels erreicht werden, und bei einigen Lignintypen wurde eine dreifache Erhöhung des Volumens durch Zusatz kleiner Ätznatronmengen (NaOH) erreicht. Dieses Mittel wird dem Papierbrei zugesetzt, wenn er sich in dem Ozonisierer 12′ befindet. Gewünschtenfalls kann dem Papierbrei auch ein grenzflächenaktives Mittel oder ein Lösungsmittel zuge­ setzt werden.

Die Ozonbehandlung des groben Papierbreis findet normalerweise bei hoher Konzentration, d. h. bei einem Trockensubstanzgehalt von etwa 30 bis 50%, statt, und da die Papierbreisuspension um so leichter entwässert werden kann, je gröber die suspendierten Teilchen oder Fasern sind, wird bei der Behandlung des groben Überlaufs eine wesentliche Herabsetzung der Entwässerungszeit, d. h. der Verweilzeit in der Entwässerungs-/Preßanlage 10′ auf ein Minimum, erzielt.

Im Anschluß an die Ozonbehandlung wird der Überlaufpapierbrei einem Zerfaserer zugeführt, beispielsweise einem Scheibenzer­ kleinerer 13′, der den ozonbehandelten Papierbrei zu einer feineren Konsistenz zerkleinert. Diese Nachzerkleinerung kann mit einem minimalen Energieverbrauch durchgeführt werden, wobei ein ozonisierter Papierbrei leichter defibriert wird als ein unbehandelter. Vor der Defibrierung des ozonbehandelten Papier­ breis wird er mit geeigneten Mengen Wasser versetzt.

Aus dem Zerkleinerer 13′ wird der ozonbehandelte und defibrierte Überlauffaserbrei zusammen mit dem Faserbrei aus dem Zerkleine­ rer 9′ dem zweiten Stufensieb 5′ zugeführt, von dem, wie vor­ stehend erläutert, der Durchlauf zu dem ersten Stufensieb 4′ und der Überlauf dem Zerkleinerer 9′ zugeführt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet eine verbesserte Behandlung des Überlaufpapierbreis, wobei ein Papierbrei, der aus relativ groben Teilchen besteht, besonders günstig ozon­ behandelt werden kann, weil eine um so größere Erhöhung der Reißfestigkeit erzielt wird, je größer der Faserbrei vor der Ozonbehandlung ist. Außerdem sind zur Erreichung desselben günstigen Ergebnisses im Vergleich zu der Behandlung von Fein­ teilchenfaserbrei kleinere Ozonmengen erforderlich.

Weiterhin erfordert die Entwässerung von Grobüberlauffaserbrei ein Minimum an Energie, da ein gröberer Papierbrei leichter entwässert werden kann als ein feiner. Neben einem geringeren Energieverbrauch bei der Entwässerung bedeutet dies auch eine kürzere Entwässerungszeit und eine größere Anlagenkapazität.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß das Verfahren leichter auf bereits vorhandene Anlagen verwendet werden kann, wobei die Zusammenarbeit zwichen den vorhergehenden Siebprozessen und dem Verfahren nach der Erfin­ dung zu einer effektiveren Ausnutzung der Anlage im ganzen gesehen führt. Folglich besteht ein vorteilhaftes Merkmal einer solchen Anlage darin, daß die Menge des Grobsiebüberlaufs, welcher einer Ozonbehandlung und Zerfaserung unterzogen werden soll, von der Schnitzelgröße des Grobsiebüberlaufs und dessen Gesamtmenge entschieden wird, wobei eine kleine Gesamtmenge an Grobsiebüberlauf und/oder eine kleine Schnitzelgröße es mit sich bringt, daß ein kleiner Teil des Grobsiebüberlaufs ozonisiert und zerfasert wird, während eine große Menge des Grobsiebüberlaufs und/oder eine große Schnitzelgröße es mit sich bringt, daß ein großer Teil des Grobsiebüberlaufs unter Entlastung des Zerkleinerers ozonisiert und zerfasert wird.

Es versteht sich jedoch, daß der Zerfaserer 13′ durch eine einfache, aber kräftige Rühranlage ersetzt werden kann, die den ozonbehandelten, verdünnten Papierbrei kräftig durchrührt, bevor er dem zweiten Stufensieb 5′ zugeführt wird. In dem Stufensieb werden die großen Teilchen, d. h. der Überlauf, zu dem Zerkleinerer 9′ geführt, und dies allein ergibt die Zerfa­ serung des Papierbreis, die notwendig ist, damit der grobe Papierbrei das zweite Stufensieb und die restlichen Siebstufen durchläuft.

In einer vorhandenen Anlage erbringt dann der Zerkleinerer 9′ allein die notwendige Zerfaserung des Papierbreis, jedoch kann nichtsdestoweniger die Kapazität des Systems vergrößert werden, wobei eine ozonbehandelte Papierbreisuspension leichter zerfasert wird als ein unbehandelte.

Verglichen mit den üblichen Methoden der Ozonbehandlung von Papierbrei in der Papierindustrie erbringt das Verfahren nach der Erfindung eine Herabsetzung der erforderlichen Mengen an Ozon von bis zu einem Drittel, was neben einer Einsparung an Betriebskosten auch eine Kapitalersparnis bedeutet. Außerdem führt das Verfahren auch zu einem Papierbreiprodukt, das optimale Festigkeitseigenschaften aufweist, und die einzelnen Verfahrensschritte können leichter und bei minimalem Energie­ verbrauch durchgeführt werden. Dies gilt nicht nur für den Entwässerungsprozeß der Papierbreifraktionen aus gröberen Teilchen, sondern auch für deren eventuelles Nachmahlen nach vollzogener Ozonbehandlung, wobei der ozonisierte Papierbrei wesentlich leichter zerfaserbar ist als ein unbehandelter.

Claims (7)

1. Verfahren zum Behandeln von cellulosehaltigem Faserstoffbrei, insbesondere von Holzstoff (mechanische Masse), bei dem der Faserstoff entsprechend der Teilchengröße (Faserlänge) in Fraktionen fraktioniert wird, wodurch grobe Teilchen enthal­ tende Fraktionen mit mittlerer Konsistenz und feine Teilchen enthaltende Fraktionen mit niedriger Konsistenz anfallen, wonach eine oder mehrere dieser Fraktionen mit Ozon behandelt und die Fraktionen zu einem Faserstoffbrei vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von Grobfraktionen mit hohem Feststoffgehalt und von verdünnten Feinfraktionen Grobfraktionen durch Abtrennen von Flüssigkeit aufkonzentriert werden und die abgetrennte Flüssigkeit einer oder mehrerer der Feinfraktionen zugegeben wird, wobei wenigstens eine Grob­ fraktion und eine Feinfraktion mit Ozon behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens eine der mit Ozon behandelten Grobfraktionen mit hohem Feststoffgehalt nach der Ozonbehandlung und vor der Vereinigung der Fraktionen einer weiteren Zerfaserung in alkalischer Umgebung unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ozonbehandlung der Grobfraktionen freigesetzte organische Verbindungen mit den Feinfraktionen zusammengebracht werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feinfraktion nach ihrer Ozonbehand­ lung mit einer nicht mit Ozon behandelten Feinfraktion ver­ mischt wird und daß das Gemisch mit einer ozonbehandelten Grobfraktion vereinigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während der Ozonbehandlung ein Dispergiermittel, ein oberflächenaktives Mittel oder ein Lösungsmittel zu einer oder mehreren der Fraktionen, vorzugs­ weise zu den Feinfraktionen, zugesetzt werden.

6. Verwendung des nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Faserstoff­ breis, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Fraktionen zu getrenn­ ten Schichten verarbeitet werden, die lagenweise zu einer fertig behandelten Faserstoffbahn zusammengebracht werden.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionen zu Schichten aus Feinteilchen bzw. zu Schichten aus Grobteilchen verarbeitet werden und daß die Schichten lagenweise so zusammengebracht werden, daß die Grobteilchen­ schicht die Zwischenschicht bildet.