DE3346528C2 - - Google Patents
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- DE3346528C2 DE3346528C2 DE3346528A DE3346528A DE3346528C2 DE 3346528 C2 DE3346528 C2 DE 3346528C2 DE 3346528 A DE3346528 A DE 3346528A DE 3346528 A DE3346528 A DE 3346528A DE 3346528 C2 DE3346528 C2 DE 3346528C2
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-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
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- Paper (AREA)
- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von
Holzspänen für die Herstellung von chemo-thermomechanischem
Zellstoff.
Chemo-thermomechanischer Zellstoff wird anstelle von chemischem
Holzstoff bzw. Zellstoff in vielen Erzeugnissen in steigendem Maß
verwendet, um die Ergiebigkeit begrenzter Rohstoff-Ressourcen zu
verbessern. Vor dem Veredeln werden die Holzspäne normalerweise
in einer Reihe von Verfahrensschritten aufgeschlossen, wobei sie
gewaschen, vorgedämpft, druckimprägniert und vorerwärmt werden.
Das übliche Imprägniermittel ist ein Neutralsulfit auf Natrium
basis, es kann aber auch Sulfit auf Ammoniumbasis eingesetzt
werden. Ferner ist es allgemein bekannt, eine zweistufige Imprägnierung
durchzuführen, wobei die Vorimprägnierung nach dem Vordämpfen,
jedoch vor dem Waschen der Holzspäne erfolgt und die Holzspäne
vor dem zweiten Imprägnierschritt entwässert werden.
Gegenüber den thermomechanischen Zellstoffen, die vor der
Veredelung keiner chemischen Vergütung unterzogen werden, weist
der chemo-thermomechanische Zellstoff bestimmte verbesserte
Eigenschaften auf. Es wird hierdurch der Splittergehalt ver
ringert und der Anteil an Langfasern erhöht, was sich in erhöhter
Zugfestigkeit und Fortreißfestigkeit ausdrückt. Es ist jedoch
erwünscht, den Splittergehalt noch weiter zu verringern und den
Langfaseranteil zu erhöhen. Dies gilt insbesondere dann, wenn
eine hohe Zellstoffausbeute verlangt wird, die für Verpackungs
kartonagen für Flüssigkeiten oder für Zellstoffflocken geeignet
ist. Im letzteren Fall wird auch eine besonders gute Licht
durchlässigkeit gefordert; für Verpackungskartonagen für Flüs
sigkeiten ist dies allerdings von untergeordneter Bedeutung. Wenn
es erwünscht ist, dieselbe Anlage für die Erzeugung von Zell
stoffen für unterschiedliche Zwecke einzusetzen, ist es ebenso
erwünscht, die einzelnen Aufschlußverfahren so zu kontrollieren,
daß der Zellstoff für jeden Verwendungszweck die erwünschte
Merkmalskombination aufweist. Es ist ferner erwünscht, die
Holzspäne gleichmäßig aufschließen zu können, wodurch nach dem
Veredeln ein homogenerer veredelter Zellstoff erhalten werden
kann.
Es ist bereits bekannt (US-PS 42 11 605), Lignozellulosematerial
in einem dreistufigen Verfahren herzustellen, mit Behandeln von
Holzspänen mit SO₂-Gas oder wäßriger SO₂-Lösung, nachfolgendem
Sulfonieren bzw. Imprägnieren in einer wäßrigen Natriumsulfit-
Lösung eines pH-Wertes zwischen 6 und 8,5 am Ende der Behandlung
bei Temperaturen zwischen 100 und 150°C für etwa 10-90 Minuten
und durch anschließendes mechanisches Zerfasern. Auch ist es be
kannt (FR-PS 23 24 793), Holzspäne in Wasserdampf mit einer
Sulfitlösung eines pH-Wertes zwischen 1,5 und 2,5 thermisch zu
behandeln bei Temperaturen zwischen insb. 110 und 130°C.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Ziele
durch eine wirksamere Imprägnierung weitgehend zu erreichen.
Gemäß der Erfindung werden hierfür die Holzspäne nach dem Vor
dämpfen, dem Vorimprägnieren mit H₂O und/oder einer Sulfit
lösung, dem Waschen und Trocknen, jedoch vor der Endimprägnierung,
Vorwärmen und Veredeln in einer Zwischenstufe während einer
Dauer von wenigstens 10 min auf einer Temperatur von wenigstens
50°C gehalten.
Die Sulfitlösung, die üblicherweise eine Natriumsulfitlösung ist,
hat bevorzugt einen pH zwischen 4 und 11. Diese Behandlung führt
zu einer erheblichen Erhöhung des Langfaseranteils, was sich so
wohl auf Flocken als auch auf Kartonagen und alle Papiere günstig
auswirkt, die eine hohe Reißfestigkeit aufweisen sollen. Gleich
zeitig wird damit eine Verringerung des Splittergehalts erzielt,
was ebenso wie der erhöhte Langfasergehalt offenbar darauf zu
rückzuführen ist, daß das Warmhalten des Zellstoffs vor dem
letzten Imprägniervorgang die Freilegung der Fasern derart er
leichtert, daß sie während der Veredelung in geringerem Maß be
schädigt werden. Der Zellstoff kann ferner zäh werden, was eine
weitere erwünschte Eigenschaft von Zellstoffen für Kartonagen
ist. Ferner wird durch diese Behandlung auch der Harzgehalt des
Zellstoffs verringert.
Es wurden Versuche durchgeführt, in denen die Sulfitmenge, die
während der Vorimprägnierungs- und der Endimprägnierungsstufe
zugesetzt wird, variiert wurde, und ferner wurden die Auswir
kungen untersucht, die sich ergaben, wenn vor dem Waschen der
Holzspäne keine Chemikalien zugesetzt wurden. Die Resultate
dieser Untersuchungen zeigen, daß der Splittergehalt von der
Menge der zugesetzten Chemikalien abhängt, daß jedoch die
Behandlungsstufe, in der die Chemikalien zugesetzt werden,
weniger wichtig ist. Allerdings scheint ein gewisses Risiko
einer verringerten Lichtdurchlässigkeit zu bestehen, wenn das
gesamte Sulfit während der letzten Imprägnierstufe zugesetzt wird
und in Verbindung mit dem Waschen der Holzspäne kein Sulfit
zugefügt wird.
Es ist möglich, die Holzspäne bei dem Behandlungsverfahren nach
der Erfindung auf verschiedene Weise in der tatsächlichen
Zwischenstufe zwischen dem Waschen und der Endimprägnierung
warmzuhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die
Holzspäne bei Atmosphärendruck in einem Dämpfbehälter gedämpft.
Die Behandlung kann auch mit einem gering über Atmosphärendruck
liegenden Druck erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
die Holzspäne während des Waschens oder nach dem Waschvorgang
und vor ihrer Überführung in den Zwischenreaktionsbehälter zu
erwärmen und die dann auf dieser Temperatur zu halten. Der
Behälter kann daher erforderlichenfalls isoliert sein. Auch sind
Kombinationen dieser beiden Verfahren möglich. Wie bereits gesagt
wurde, wird die Temperatur im Inneren des Zwischenbehälters auf
wenigstens 50°C gehalten. Die Temperatur kann auf ca. 150°C bei
Atmosphärendruck erhöht werden. 105°C entspricht einem Druck
von 0,2 bar über Atmosphärendruck. Die optimale Temperatur liegt
im Bereich von 60-85°C (bei Atmosphärendruck).
Die Verweildauer der Holzspäne in dem genannten Behälter kann
ebenfalls geändert werden. Die optimale Verweildauer liegt
zwischen 30 und 70 min, und in dieser Zeit kann das Sulfit tief
in die Holzspäne eindringen und mit dem Holz in Reaktion treten,
während das Holz gleichzeitig durch die Wärme erweicht wird.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf
durchgeführte Versuche näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Anlage zur
Herstellung von chemo-thermomechanischem Zellstoff,
wobei die Holzspäne gemäß dem Verfahren nach der
Erfindung behandelt wurden;
Fig. 2 eine Grafik, die das Eindringen des Sulfits in die
Holzspäne sowohl vor als auch nach der erfindungs
gemäßen Behandlung zeigt;
Fig. 3 eine Grafik, die den Langfaseranteil des
Zellstoffs als Funktion der Dichte bei verschiedenen
Behandlungsverfahren zeigt; und
Fig. 4 eine Grafik, die den Splittergehalt als
Funktion der Stoffdurchlässigkeit zeigt.
Für die Durchführung der Tests bzw. Versuche wurde eine Anlage
entsprechend Fig. 1 benutzt. Die Anlage umfaßt einen Vordämpf
behälter 1, eine Förderschnecke 2, einen Holzspanwäscher 3 mit
einem Sandfang 4 und einen Trockner 5, der zu einem Zwischen-
oder Verweilbehälter 6 mit einer Förderschnecke 7 führt. Die
Förderschnecke 7 ist mit einer Leitung 8 zum Aufbrechen der
Holzspäne vor dem Imprägnieren, dem Vorwärmen und dem Veredeln
verbunden. Eine Rückführleitung und ein Rückführtrichter sind mit
9 bzw. 10 bezeichnet. Die Anlage umfaßt normalerweise zwei oder
mehr Refiner, obwohl die Zeichnung nur einen einzigen Refiner 11
zeigt, an den ein Vorwärmer 12 und ein Imprägnierer 13 ange
schlossen sind. Die Holzspäne werden in den Imprägnierer 13
mittels einer (Wz) Förderschnecke 14 gefördert.
Die Imprägnierflüssigkeit kann den Holzspänen einerseits über
eine Leitung 15 zur Förderschnecke 2 vor dem Wäscher 3 und
andererseits über eine Leitung 16 zum Imprägnierer 13 zugesetzt
werden. Der Vordämpfbehälter 1 hat in diesem Fall ein Nutzvolumen
von 20 m³ und benötigt Holzspäne in einer Menge von 15 t/h. Der
Zwischenbehälter 6 war dabei ein (Wz) Behälter mit einem
Nutzvolumen von 44 m³, in dessen Boden Dampfeinlaßelemente
eingebaut waren. Die Holzspanmenge für den Zwischenbehälter
betrug ebenfalls 15 t/h in Anpassung an die Kapazität des
Vordämpfbehälters.
Bei den Tests wurden Fichtenholzspäne als Material eingesetzt.
Die Verweildauer betrug bei jedem Test im alkalischen Kochkessel
16 min und 37 min im Zwischenbehälter 6. Die Imprägnierflüs
sigkeiten, die vor dem Waschen der Holzspäne über die Förder
schnecke 2 und den Imprägnierer 13 zugesetzt wurden, bestanden
aus Natriumsulfit Na₂SO₃ mit einem pH von ca. 9. An beiden
Stellen wurden unterschiedliche Mengen des Imprägniermittels
zugesetzt. Zu Vergleichszwecken wurden auch keine Imprägnier
mittel zugesetzt. Das Waschen erfolgte in bekannter Weise mit
einer kalten Waschflüssigkeit, um die bestmögliche Durchdringung
mit Imprägniermittel zu erzielen. Überschüssige Flüssigkeit wurde
in der Trocknerschnecke 5 abgezogen und in den Kreislauf
rückgeführt. Der Druck im Vorwärmer 12 wurde zwischen 1,0 und 1,8
bar variiert. Die Temperaturen im Vordämpfbehälter 1 und im
Zwischenbehälter 6 wurden innerhalb des ungefähren Bereichs von
75-95°C variiert. Die Temperaturen, Drücke und eingesetzten
Chemikalienmengen sind in der Tabelle 1 angegeben. Die mit "Test"
überschriebene linke Spalte bezeichnet in ihrem linken Teil die
Nennmengen der zugesetzten Chemikalien, wobei die erste Zahl die
während der Vorimprägnierphase, d.. h. der Förderschnecke 2,
zugesetzte Chemikalienmenge und die zweite Zahl die dem Im
prägnierer 13 zugefügte Chemikalienmenge bezeichnet. Der rechte
Teil der ersten Spalte bezeichnet den Nenndruck im Vorwärmer 12.
Es wurde gefunden, daß die im Zwischenbehälter angewandte
Behandlung eine signifikante Verbesserung hinsichtlich der
Durchdringung des Holzes mit den Chemikalien ergab, die vor dem
Waschen der Holzspäne zugesetzt wurden. Dies ist aus der fol
genden Tabelle 2 ersichtlich und ergibt sich ferner aus der
Grafik von Fig. 2.
Es ist ersichtlich, daß die effektive Durchdringung des Holzes
mit den Chemikalien in Verbindung mit der Verweildauer und der
Temperatur zur Erweichung der Holzspäne und ihrer chemischen
Vergütung beitragen. Dies zeigte sich auch in Form des höheren
Anteils an Langfasern und des verminderten Splitter- und Harz
gehalts nach der Veredelung, wie aus der folgenden Tabelle 3
sowie aus den Grafiken von Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich ist.
Fig. 4 zeigt ferner deutlich, daß die Zugabe der Chemikalien in
zwei Stufen erfolgen sollte, also sowohl vor dem Waschen der
Holzspäne als auch im Imprägnierer, wenn der geringstmögliche
Splittergehalt erzielt werden soll; dagegen zeigt Fig. 3, daß
sogar das Eindringen des Wassers in das Holz in Verbindung mit
der Wärmebehandlung im Zwischenbehälter 6 zu einer Verbesserung
des Langfaseranteils führt. Die Zugabe des Sulfits in der
Vorwärmstufe bewirkt andererseits, daß die Lichtdurchlässigkeit
vermindert wird. Die Fig. 3 und 4 zeigen ferner, daß die besten
Werte erzielt werden, wenn die Gesamtmenge an zugegebenen
Chemikalien 25-35 kg SO₂ je Tonne Holzspäne beträgt, daß jedoch
auch sehr gute Werte erzielbar sind, wenn nur 10-20 kg SO₂ je
Tonne zugesetzt werden.
Die durchgeführten Versuche ergaben jedoch nicht deutlich die Art
und Weise, in der die Chemikalien zwischen der Vorimprägnie
rungsstufe vor dem Wäscher 3 und dem letzten Imprägnierer 13
zugemessen werden sollten. In der Tabelle 3 werden einige
charakteristische Daten verglichen, die gesiebten chemo-thermo
mechanischen Zellstoff für die Herstellung von Pappe, der gemäß
der Erfindung behandelt wurde, sowie solchen Zellstoff betreffen,
der nach einem bekannten Behandlungsverfahren hergestellt wurde,
wobei zwar eine Vorimprägnierung vor dem Waschen, jedoch keine
Wärmebehandlung in dem Zwischenbehälter 6 erfolgte. Die Be
handlung im Zwischenbehälter gemäß der Erfindung erfolgte bei
Atmosphärendruck unter Einsatz von Dampf.
Claims (7)
1. Verfahren zum Behandeln von Holzspänen für die Herstellung von
chemo-thermomechanischem Zellstoff,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Holzspäne nach dem Vordämpfen, dem Vorimprägnieren mit
H₂O und/oder einer Sulfitlösung, dem Waschen und Trocknen, jedoch
vor dem Endimprägnieren, Vorwärmen und Veredeln, in einer
Zwischenstufe für die Dauer von wenigstens 10 min auf einer
Temperatur von wenigstens 50°C gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Holzspäne mit einer Sulfitlösung, bevorzugt einer
Natriumsulfitlösung mit einem pH zwischen 4 und 11, vor dem
Halten in der Zwischenstufe vorimprägniert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Holzspäne während der Zwischenstufe durch Dampfbehandlung
auf der genannten Temperatur gehalten werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Holzspäne in der Zwischenstufe auf der genannten
Temperatur dadurch gehalten werden, daß sie während oder nach dem
Waschen erwärmt und dann in der Zwischenstufe warmgehalten
werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Holzspäne auf der genannten Temperatur während der
Zwischenstufe für die Dauer von 30-70 min behandelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur in der Zwischenstufe im Bereich von
50-105°C gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur in der Zwischenstufe im Bereich von 60-90°C
gehalten wird.
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