-
-
Titel der Erfindung
-
Verfahren zur Herstellung von Holzstoff mit verbesserten Festigkeitseigenschaften
Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung von Holzstoff mit verbesserten Festigkeitseigenschaften für die Papier-
und Pappeerzeugung, bei dem das zu zerfasernde Holz einer reibenden Behandlung durch
entsprechend gestaltete Oberflächen bewegter Körper ausgesetzt wird. Im üblichen
Sinne wird dabei Holzschliff mit rotierenden Schleifsteinen hergestellt, es sind
aber auch schon andere als rotierende Körper mit steinartiger Oberfläche für die
Zerfaserung von Holz eingesetzt worden.
-
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Seit der Erfindung
von Keller wird Holzstoff für die Papiererzeugung hergestellt, indem Holzknüppel
gegen einen rotierenden Schleifstein gepreßt und dabei von einer Seite her abgeschliffen
werden, wobei Wasser zugegeben werden muß. Neuere Verfahren erfordern, daß das Holz
zu Hackschnitzeln zerteilt wird, bevor die Zerfaserung zwischen Wahlkörpern erfolgt.
-
Schon lange ist bekannt, daß der Zerfaserungsprozeß durch heißes Wasser
oder durch Dampf günstig beeinflußt werden kann, weil durch Hitze das zur Holzsubstanz
gehörende Lignin erweicht wird, was um so eher eintritt, je feuchter das Holz ist.
-
Es ist auch bekannt, daß Holz mit weniger Energieaufwand verschliffen
werden kann und den sogenannten Braunschliff ergibt, wenn es vorher bei Temperaturen
von weit über 100°C einige Stunden gedämpft wird. Dieser Holzstoff kann bessere
Festigkeitseigenschaften erreichen als normaler Holzstoff.
-
Er ist aber wegen seiner Färbung nicht für Druckpapiere verwendbar.
-
Wird Holz vor dem Schleifen nur bis 100"C erhitzt, dann tritt die
Dunkelfärbung des Holzstoffes nicht ein. Der Zeitraum zum Erwärmen des Holzes bis
zum Kern hin hängt u. a. von seinem Durchmesser ab und kann mehrere Stunden betragen.
-
In den DE-Reichspatentschriften 288717 und 288639 sind Verfahren zur
Herstellung von Holzstoff beschrieben, bei dem das Holz mittels erwärmten Wassers
in einem separaten, geschlossenen Druckgefäß unter Anwendung von Überdruck von 0,3
bis 1,0 MPa mehrere Stunden behandelt wird, mit dem Ziel der vollständigen Durchtränkung
mit Wasser.
-
Das mit Wasser durchtränkte Holz soll sich nach der Beschreibung leichter
verschleifen lassen.
-
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß der notwendige apparative
Aufwand hoch ist und daß sich das Holz, bis es verschliffen wird, wieder abkühlt.
-
Weiterhin wirkt sich der zusätzlich notwendige Zwischentransport nachteilig
aus.
-
Bei allen aus der Literatur bekannten Verfahren der Heißwasserbehandlung
des Holzes unter Zugabe von Chemikalien wird eine anschließende Abkühlung empfohlen.
-
Nachteilig wirken hier neben dem Wärmeverlust der Verbrauch von Chemikalien
und die daraus resultierende Abwasserbelastung.
-
Der Schleißprozeß wurde so weiterentwickelt, daß die Temperaturen
in der Wirkzone zwischen Holz und Stein 100"C erreichten, wenn das notwendige Spritzwasser
möglichst heiß zugegeben werden konnte. Mit der Steigerung der Steinumfangsgeschwindigkeiten
wird jetzt beim Schleifprozeß so viel Energie in Wärme umgesetzt, daß im Holz 1
bis 3 mm vor Erreichen der Wirkzone ein sehr rascher Temperaturanstieg eintritt,
der mit Maximaltemperaturen von höher als 100°C enden kann. Die Steigerung des Energieumsatzes
beim Schleifprozeß, erreichbar durch hohe Steinumfangsgeschwindigkeit und größeren
Holzvorschub bzw. stärkerer Anpressung des Holzes in der Wirkzone ist begrenzt,
da sehr schnell ein Rückgang der Festigkeitseigenschaften des Holzstoffes eintreten
kann. Diese Tatsache wird so erklärt, daß nach Erreichen der Siedetemperatur die
Temperatur in der Wirkzone diese nicht merklich übersteigen kann, da verstärkt Wasserverdampfung
eintritt, die mit Wärmeentzug einhergeht.
-
Es ergibt sich als Schlußfolgerung die Erhöhung der Siedetemperatur
durch Anheben des Druckes im Bereich der NTirkzone.
-
Abgeleitet von der Tatsache, daß bei hoher Steinumfangsgeschwindigkeit
im Holz durch initiale Wärmeentwicklung im Randbereich an der Wirkzone zu hohe,
schon schädliche Temperaturen entstehen können, wenn der Holzvorschub klein ist,
muß bei großem Holzvorschub mit Nachteilen durch ungenügende Aufheizung des Holzes
unmittelbar vor der Wirkzone gerechnet werden, obwohl die Wärmebilanz ergibt, daß
für die Aufheizung des Holzes nur wenige Prozent der zugeführten Gesamtwärme erforderlich
sind.
-
Bei der Herstellung von Druckschliff, wie in der US-Patentschrift
Nr. 3808090 angegeben, erfolgt die Erhöhung der Temperatur in der Wirkzone durch
Erhöhung der Siedetemperatur des Wassers. Der Schleifprozeß muß in einer Kammer
mit 10 - 60 psig Umgebungsdruck erfolgen, die mit einem inerten Gas gefüllt ist.
Bei Drucksohleifern wird im Dauerbetrieb durch Dampfbildung in der Wirkzone die
Kammer mit Dampf ausgefüllt.
-
Das ist auch der Fall, wenn einem Druckschleifer das Wasser mit Temperaturen
höher als 100"C zugeführt wird? wie aus der DE-Offenlegungsschrift 2812299 zu entnehmen
ist.
-
Das zu verschleifende Holz ist nur in begrenzter Zeit der Wirkung
des Dampfes ausgesetzt und wird dabei nicht durchgehend und gleichmäßig erwärmt,
folglich erreicht es nur wenig verändert die Wirkzone und wird im Aufheizbereich
unmittelbar vor der Wirkzone nicht wesentlich höhere Temperaturen erreichen als
beim Schleifen ohne tJberdruck.
-
Den Vorteilen des Druckschleifens steht ein erheblicher Mehraufwand
an technischer Ausrüstung entgegen, die ehrkosten an Anlage- und Wartungskosten
verursachen.
-
Ziel der Erfindung Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll durch
eine höhere Temperatur im Holz vor und in der Wirkzone eine leichtere Zerfaserung
und eine schonende Herauslösung der Fasern ohne Bildung von vielen kurzen Faserbrüchen
möglich werden, wobei der Energieaufwand gleichzeitig reduziert werden soll.
-
Ein weiteres Ziel des Verfahrens besteht darin daß es sowohl bei neuen,
als auch bei vorhandenen Anlagen zur Holzstofferzeugung nutzbar gemacht werden kann.
-
Wesen der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, mit dem erfindunfflsgemci,ßen
Verfahren ein schonendes und effektives Herauslösen der Faser aus dem Holzverband
zu gewährleisten und dadurch im zu erzeugenden Holzstoff einen erhöhten LangSaseranteil
mit möglichst wenig beschädigten masern bei reduziertem energetischem Aufwand zu
erhalten.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst. daß das Holz, bevor
es die Schleifzone oder die Zone erreicht in der es resultierend aus der beim Zerfaserungsprozeß
entstehenden Wärmeentwicklung, auf eine höhere Temperatur gebracht wird, teilweise
oder vollständig zielgerichtet vor,xew*rmt wird. Durch diese bewußte, eigens dazu
vorgesehene Vorwa).-mung wird zusammen mit der bei der Zerfaserung entstehenden
Erwärmung eine Temperatur erreicht, bei der das Lignin, die Kittsubstanz des Holzes,
plastifiziert wird. Durch die entsprechend lange Vorwärmzeit ist eine Lockerung
der Fasern in der Kittsubstanz möglich. Die beim Schleifprozeß erzeugt Wärme wandert
im Holz der Vorschubbewegung entgegen.
-
Aufgrund der schlechten Wärmeleitung im Holz entsteht nur bei relativ
niedrigen Vorschüben eine stärkere erwärmte Holzschicht an der Wirkzone, die Temperaturen
höher als loO"C erreicht. Mit zunehmendem Vorschub wird diese Schicht ständig kleiner
und die Temperaturen bleiben niedriger.
-
Es wird dadurch keine ausreichende Plastifizierung des Lignins erzielt.
Die Wirtschaftlichkeit des Schleifprozesses steigt aber mit wachsendem Vorschubs
da hierbei der spezifizierte Arbeitsbedarf abgesenkt wird.
-
Je mehr also im energetisch günstigen Bereich gearbeitet wird, desto
mehr müssen die Fasern aus dem noch nicht plastifizierten Lignin herausgerissen
werden. Es entsteht ein Holzstoff mit einem hohen Anteil von Splittern und Faserbruchstücken.
Mit der Vorwärmung des Holzes wird also erreicht, daß diese negative Erscheinung
vermieden wird und daß auch bei wirtschaftlich hohen Vorschubgeschwindigkeiten eine
Plastifizierung des Lignins abgesichert werden kann.
-
Damit gelingt es, die Fasern zu einem wesentlich größeren Anteil unbeschädigt
und mit verringerter Energie aus dem Verband herauszulösen, da die erwärmte Holzschicht
in der Dicke und der Temperatur ausreichend hoch ist.
-
Der erzeugte Holzstoff mit einem höheren Langfaseranteil besitzt wesentlich
bessere dynamische Festigkeitseigenschaften.
-
Erfindungsgemäß kann diese Vorwärmung vorzugsweise mit Wasser, dessen
Temperatur höher als 40"C liegt, oder auch Dampf als Wärmemittler erfolgen. Die
Stelle der Anwärmung soll so gewählt werden, daß möglichst wenig Verluste auf dem
Transport bis zur Schleifzone auftreten. Es kann dabei sowohl in einem separaten
Vorwärmbehälter außerhalb des Zerfaserers als auch in einem Teil des Zerfaserungsapparates
selbst die Anwärmung stattfinden.
-
Die wärmeabgebenden Medien, die vorzugsweise aus dem Kreislauf des
Prozesses (UmlauSwasser. Mahlung u. 3 .3 der Holzstofferzeugung entnommen werden,
können dabei mit Zusätzen versehen werden, die den Wärmeübergang und die T.färmeleitung
positiv beeinflussen und damit die Erwärmung des Holzes, dessen Abmessungen - Querschnitt
und Oberfläche -diesem Vorwärmprozeß in besonderer Weise angepaßt sein können, beschleunigen.
Eine weitere Intensivierung des Eindringens von Wärme kann dadurch erzielt werden.
daß das Holz vorerst einem Vakuum und dann dem Wärmemedium zur intensiveren Durchdringung
ausgesetzt wird.
-
In besonderen Fällen kann es notwendig werden. andere Formen der Holzvorwärmung
zu nutzen. wie z. 5. eine Erwärmung mittels Strahlungsenergie.
-
Ausführungsbeispiel Das zu Holzstoff verarbeitete Holz wird, bevor
es in unmittelbare Nahe der Schleifzone gebracht wird, mit einen wärmeabgebenden
Medium, vorzugsweise temperiertes Jser oder Wasserdampf, zusammengebracht. Dabei
findet zurächst ein Wärmeübergang zu den kälteren Holzbereichen statt und anschließend
im Holz eine Wärmeleitung.
-
Da die Wärmeleitzahlen von Holz sehr niedrig sind und dadurch die
Zeit zur Holzerwärmung sehr lange dauert ist es notwendig, sowohl den Wärmeübergang
als auch die Wärmeleitung so zu gestalten, daß ein Optimum hinsichtlich der Erwärmung
des Holzes erzielt wird.
-
Durch Verwendung von am Holz kondensierendem Dampf kann ein Maximum
an Wärmeübertragung erreicht werden. Die Wärmeleitung läßt sich durch Feuchtigkeit
im Holz effektiver gestalten. Dazu wird Holz mit hohem Feuchtigkeitsgehalt verwendet
bzw. der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes durch Zugabe von Wasser vor oder während
dieser Vorwärmung erhöht.
-
Bei bekannten Holzschleifern können die dargelegten Maßnahmen z. B.
in der Art realisiert werden, daß dicht oberhalb der Schleifzone Dampf mit geringem
Überdruck und Temperatur von ca. 105°C in den Schleiferschacht, der sich über dem
Stein befindet, eingeblasen wird, der sich dem gegen den Stein geförderten Holz
entgegenbewegt und dabei seine Wärme an das Holz abgibt. Das bei der Kondensation
entstehende Wasser erhöht zusammen mit dem zusätzlich eingespritzten Wasser den
Feuchtigkeitsgehalt des Holzes.
-
Das nicht vom Holz aufgenommene Wasser gelangt nach unten und verbessert
die Arbeitsbedingungen in der Schleifzone.