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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
mechanischer Pulpe aus einem Material, das Zellulose enthält, wobei
das Material in mindestens zwei Mahlschritten zum Herstellen von
Pulpe verarbeitet wird.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Mechanische
Pulpe, am häufigsten
CTMP (Chemi Thermo Mechanical Pulp), ist ein Hauptbestandteil von
Mehrschichtpappenaufbauten und bildet oft etwa 70% der Mittelschicht
und bis zu 50% der Deckschicht.
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Zur
Erzielung einer hohen Biegesteifigkeit der Pappe ist eine hohe Festigkeit
bei einer möglichst
geringen Bogendichte der Mittelschicht wünschenswert. Ein günstiges
Verhältnis
zwischen Scott-Bond-Wert und Dichte ist daher wesentlich. Für diesen
Zweck müssen
zwei entgegenstehende Aspekte berücksichtigt werden. Erstens
sind nur jene die Festigkeit und Masse des Rohmaterials erhöhenden Bestandteile
in der gemahlenen Pulpe erwünscht.
Die anderen Bestandteile, die überhaupt
nicht zu Festigkeit und Masse beitragen, stellen in dem System grundsätzlich eine
Last dar und erfordern zusätzliche
Trocknungskapazitäten,
Verbrauch von Bleichmitteln usw. Andererseits trägt jeder in der Pulpe verbleibende
Bestandteil zu einer hohen Ausbeute der Produktion bei. Einer der
Aspekte, der die mechanische Pulpe gegenüber der chemischen Pulpe konkurrenzfähig macht,
ist ihre höhere
Ausbeute.
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Ein
weiterer wichtiger Aspekt der mechanischen Pulpe sind die Geruchs-
und Geschmackseigenschaften, die in direkter Beziehung zu den Extraktstoffen
und dem in der Pulpe verbleibende Mangan stehen. Die Geruchs- und
Geschmackseigenschaften sind besonders dann von Bedeu tung, wenn
die Pulpe für
nahrungsmittel- oder flüssigkeitsbezogene
Anwendungen bestimmt ist. Dies gilt für alle Arten mechanischer Pulpe. Bei
TMP (Thermo Mechanical Pulp) ist das Geruchs- und Geschmacksproblem
so gravierend, dass diese Art von Pulpe heutzutage in Pappe nicht
mehr verwendet wird. Wenn die Pulpe mit chlorfreien, insbesondere
Peroxid enthaltenden Bleichmitteln gebleicht werden soll, bereitet
der in der Pulpe verbleibende Mangangehalt Schwierigkeiten, die,
um einen gewünschten
Helligkeitsgrad zu erreichen, zu einem erhöhten Verbrauch von Bleichmitteln
und einem erhöhten
Bedarf an Komplexbildnern, wie EDTA oder DTPA führen. Ein Restgehalt an Extraktstoffen
in der Pulpe erhöht
außerdem
dem Spülbedarf
und die Kontaminierung des Wassersystems und der Abwässer der
Mühle.
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In
Laboruntersuchungen von gebleichten Kraft-Pulpen wurde nachgewiesen,
dass erste Feinstoffe einen ungünstigen
Einfluss auf die Bleichbarkeit der Pulpe haben (Bäckström, M., Htun,
M.: Improved Bleachability Without Primary Fines, 1998 International
Pulp Bleaching Conference, Proceedings Book 2, S. 333–336). Ähnliche
Ergebnisse über
die Bleichbarkeit von Kraftpulpe wurden berichtet in einer Untersuchung über die Auswirkungen
von Strahlenzellen in Westermark, U., Capretti, G.: Influence of
Ray Cells on the Bleachability and Properties of CAMP and Kraft
Pulps, Nordic Pulp & Paper
Res. J. 3 (1988) 2, S. 95–99.
In der letztgenannten Quelle wurde auch die Wirkung von Strahlenzellen
in mechanischen Pulpen untersucht. Es wurde gefolgert, dass zwischen
CTMP-Pulpe mit oder ohne Strahlenzellen kein Unterschied in der
Bleichbarkeit nachgewiesen werden konnte. Bezüglich des Beitrags von Strahlenzellen
zu Festigkeit und Bindungseigenschaften von CTMP- und TMP-Pulpe
wurde gefolgert, dass der Zusatz eines Strahlenzellenanteils zu
der Pulpe zu schlechten Bindungs- und Festigkeitseigenschaften führte.
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In
Rydholm, S. A.: Pulping Processes, Interscience, New York (1965),
S. 744 wurde die Verwendung speziell angefertigter so genannter
Strahlenzellenfilter für
die Trennung von Strahlenzellen enthaltendem Harz in der Sulfitpulpenindustrie
nahelegt.
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Bei
mechanischen Pulpen wurde kein industrieller Prozess bestimmt, um
die mit ersten Feinstoffen verbundenen Schwierigkeiten zu beheben,
welche für
mechanische Pulpen typisch sind, d.h. Schwierigkeiten bezüglich Geschmack,
Geruch, Festigkeit und Masse. Auch wurde kein grober Pulpenanteil
ohne erste Feinstoffe behandelt, um für die Herstellung von Papier
oder Pappe verbesserte Pulpeneigenschaften zu erzielen.
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Aus
der US-Patentschrift Nr. 4,731,160 ist ein Verfahren zum Entfernen
eines Feinstoffanteils von unter etwa 200 Mesh vor der Verdrängungsbleiche
bekannt, um die Dränageeigenschaften
des Hauptanteils mechanischer Pulpe während einer solchen Bleiche
zu verbessern. Der Feinstoffanteil wird durch Fraktionierung beim
letzten Mahlen der Pulpe entfernt, d.h. nach einem ersten und einem
zweiten Mahlschritt. Der Feinstoffanteil wird einer Nicht-Verdrängungsbleiche
unterzogen und wird danach mit dem durch Verdrängungsbleiche gebleichten Hauptanteil
zusammengeführt.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens in
Verbindung mit der Herstellung einer mechanischen Pulpe, das eine
Pulpe niedriger Dichte, d.h. hoher Masse, liefert, deren Festigkeitseigenschaften,
insbesondere in z-Richtung, z.B. als Scott-Bond-Wert gemessen, weiterhin gut sind und
die zugleich einen geringen Extraktstoff- und Mangangehalt aufweist.
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Zu
diesem Zweck wird ein Verfahren zur Herstellung von mechanischer
Pulpe aus einem Material, das Zellulose enthält, bereitgestellt, in dem
das Material gemahlen wird, um Pulpe herzustellen, wobei das Mahlen einen
ersten Mahlschritt, in dem erste Feinstoffe hergestellt werden,
die hauptsächlich
aus Bruchstücken
der Mittellamellen und Materialien bestehen, die aus Parenchymzellen
stammen, und große
Mengen Lignin und Extraktstoffe enthalten, und einen zweiten Mahlschritt
umfasst, in dem zweite Feinstoffe hergestellt werden, die in etwa
dieselbe Größe wie die
ersten Feinstoffe, jedoch eine andere Zusammensetzung aufweisen,
wobei in dem Verfahren die Pulpe nach dem ersten, aber vor dem zweiten
Mahlschritt fraktioniert wird, um die ersten Feinstoffe von der
Pulpe zu trennen, wonach die getrennten ersten Feinstoffe schließlich von
der Herstellung der mechanischen Pulpe weggeführt werden.
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Bei
der Entwicklung der Pulpenfestigkeit wird Feinstoffmaterial hergestellt
und trägt
zu der Bindung der Fasern und der Verfestigung des Papierbogens
bei. Die ersten Feinstoffe, die hauptsächlich aus Bruchstücken der
Mittellamellen und Materialien bestehen, die aus Parenchymzellen
stammen, enthalten große
Mengen von Lignin und Extraktstoffen. Im Allgemeinen werden die
ersten Feinstoffe als Feinstoffe definiert, die bei der Herstellung
mechanischer Pulpe in dem ersten Mahlschritt hergestellt werden.
Sie haben eine Größe von < 200 Mesh entsprechend
Bauer McNett. Erste Feinstoffe tragen weniger zur Pulpenfestigkeit
bei als zweite Feinstoffe, die als Fibrillen aus der zweiten Faserwand
in den späteren
Stufen des Mahlvorgangs, d.h. in dem Nachmahlschritt, hergestellt
werden. Die zweiten Feinstoffe haben in etwa dieselbe Größe wie die
ersten Feinstoffe, aber werden wie erwähnt in Verbindung mit dem Nachmahlschritt
hergestellt. Der Gehalt von DCM-Extraktstoffen
und Übergangsmetallen
ist in den ersten Feinstoffen um Einiges größer als in der Gesamtpulpe.
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Durch
Fraktionieren der Pulpe nach dem ersten Mahlschritt können die
ersten Feinstoffe, die dementspre chend wenig zur Festigkeit und
Masse beitragen und verhältnismäßig große Mengen
an Extraktstoffen und Mangan enthalten, von der Pulpe abgetrennt
werden. Danach wird die Pulpe in einem zweiten Mahlschritt mit oder
ohne Grobstofffilterung dem Nachmahlen ausgesetzt, wodurch zweite,
die Festigkeit erhöhende
Feinstoffe in der Pulpe erzeugt werden. In diesem Zusammenhang sollte
verdeutlicht werden, dass ein erster Mahlschritt als ein Mahlschritt
definiert ist, der erste Feinstoffe erzeugt, die hauptsächlich aus
Bruchstücken
der Mittellamellen und Materialien bestehen, die von den Parenchymzellen
stammen, und große
Mengen Lignin und Extraktstoffe enthalten. Dies würde bedeuten,
dass auch zwei physikalisch unterschiedliche Mahlschritte in Folge,
die zum Erzeugen erster Feinstoffe ausgeführt werden, als ein einziger
erster Mahlschritt angesehen werden würden.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist der erste Mahlschritt angepasst, um in
der Pulpe einen hohen Mahlgrad zu erzeugen, vorzugsweise mindestens
500 ml CSF und besonders bevorzugt 600 bis 800 ml CSF, und um einen
Gehalt erster Feinstoffe von 3 bis 15%, vorzugsweise 5 bis 10% in
der Pulpe zu erzeugen. Vorzugsweise erfolgt die Fraktionierung durch
Sieben mit jeder Art von geeignetem Sieb, vorzugsweise mittels mindestens
eines Bogensiebs. Es wäre
auch denkbar, die Pulpe zu zentrifugieren, vorzugsweise in mindestens
einem Fliehkraftabscheider. Die Fraktionierung kann auch in mindestens
zwei Schritten erfolgen. Zweckmäßigerweise
wird die Pulpe vor der Fraktionierung auf 1 bis 4% Feststoffgehalt,
vorzugsweise 1 bis 2% Feststoffgehalt verdünnt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden 3 bis 15%, vorzugsweise 5 bis
10% der Pulpe, gemessen in Trockenmasse, während der Fraktionierung von
der Pulpe abgetrennt. Der Umfang, in dem die ersten Feinstoffe von
der Pulpe abgetrennt werden, hängt
von dem gewünschten
Endprodukt ab. Die entsprechend abgetrennten ersten Feinstoffe werden
von der Herstellung der Pulpe weg geführt.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die Pulpe nach dem ersten Mahlschritt,
jedoch vor der Fraktionierung einem Behandlungsschritt unterzogen,
in dem die Pulpe eine oder mehrere der folgenden Behandlungen erfährt: Verdünnung, Temperaturerhöhung und
mechanisches Rühren
während
einer bestimmten Verweildauer. Dies kann in einer so genannten Latenzwanne
oder jeder Art von Retentionsgefäß erfolgen.
Das Ziel eines solchen Behandlungsschritts besteht im Grunde darin,
dass sich die Fasern nach dem ersten Mahlschritt aufrichten können.
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Nach
dem Mahl- und dem Fraktionierungsschritt kann die Pulpe einer Bleiche
unterzogen werden, vorzugsweise einer Peroxidbleiche. Alle Arten
von Peroxid enthaltenden Bleichmitteln können verwendet werden, jedoch
wird Wasserstoffperoxid besonders bevorzugt.
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Bei
dem für
den Prozess verwendeten, Zellulose enthaltenden Rohmaterial kann
es sich entweder um eine beliebige Holzsorte, wie Weich- oder Hartholz,
oder um eine andere Sorte, die nicht Holz ist, handeln, beispielsweise
Bagasse oder Stroh. Als Prozess für die Herstellung der mechanischen
Pulpe kommen CTMP, CMP, TMP oder HTCTMP (Hochtemperatur-CTMP) in
Frage. Die in dem Verfahren hergestellte mechanische Pulpe wird
vorzugsweise zur Herstellung von Pappe verwendet, besonders bevorzugt
von Pappe, die zur Verwendung in nahrungsmittel- oder flüssigkeitsbezogenen
Anwendungen bestimmt ist, wie beispielsweise Nahrungsmittel- oder
Flüssigkeitsbehälter usw.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
mechanische Pulpe aus Zellulose enthaltendem Material, die durch das
Verfahren hergestellt wird, und Pappe, die wenigstens zum Teil aus
einer derartigen mechanischen Pulpe hergestellt ist.
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Durch
das Verfahren kann eine Masse erzielt werden, die bei einer gegebenen
Festigkeit mindestens 5% und bis zu 20%, vorzugsweise 10 bis 15%
höher als
die einer Bezugspulpe, die keiner Fraktionierung unterzogen wurde.
Zugleich kann der Extraktstoff- und Mangangehalt um etwa 50% bezüglich der
Bezugspulpe verringert werden. Folglich sind die Geschmacks- und
Geruchseigenschaften der Pulpe, die als Hexanalpegel nach 10 bis
30 Tagen gemessen werden, um 80 bis 90% verringert. Bei TMP-Pulpe
ist die Reduktion von Extraktstoffen und somit des Hexanalpegels
besonders interessant und bietet somit eine Möglichkeit zur Verwendung von
TMP-Pulpe in Anwendungen
wie nahrungsmittel- und flüssigkeitsbezogener
Pappe, wo sie aufgrund ihrer schlechten Geschmacks- und Geruchseigenschaften
bislang nicht verwendet werden konnte.
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Als
Folge der höheren
Masse bei gegebener Festigkeit kann das Grundgewicht der Pappe verringert werden,
da weniger Pulpe in der Mittelschicht benötigt wird. Die höhere Masse
gleicht zu einem gewissen Grad die durch die Entfernung erster Feinstoffe
verursachten Ausbeuteverluste wieder aus. Der Ausbeuteverlust kann
auch mittels einer selektiveren Fraktionierung gering gehalten werden,
wenn der erste Mahlschritt zur Ausbeute von weniger Feinstoffen
ausgeführt
wird.
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Dem
Umweltaspekt kann das erfindungsgemäße System auf zweierlei Art
und Weise gerecht werden. Erstens wird das Wassersystem sauberer,
da erste Feinstoffe, die große
Mengen von Extraktstoffen enthalten, zu einem frühen Zeitpunkt in dem Verfahren
entfernt werden. Zugleich verringert sich der Spülbedarf. Dies führt zu weniger
und saubereren Abwässern
von der Pulpenmühle.
Zweitens wird erwartet, dass aufgrund des geringeren in der fraktionierten
Pulpe verbliebenen Mangangehalts der Bedarf an Chelat-/Komplexbildner
(EDTA oder DTPA) sowohl beim Spülen
als auch beim Bleichen geringer ist. Dies mindert die Auswirkungen
des Chelatbildners auf die Umwelt.
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Andererseits
lassen sich die Umweltvorteile nur bei ordnungsgemäßer Behandlung
des Wasserstroms, der die ersten Feinstoffe enthält, verwirklichen. Ein technisch
möglicher
Weg wäre,
die Feinstoffe mit im Handel erhältlichen
Vorrichtungen zu verdicken. Die verdickten Feinstoffe können zur
Wärmeerzeugung
zurück
in das bestehende Energierückgewinnungssystem
geleitet werden oder für
Viehfutter oder in einer anderen Fertigungsstraße für die Pulpen-, Papier- oder
Pappenherstellung verwendet werden, oder sie können als Feststoffe entsorgt
werden.
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Die
durch die Entfernung erster Feinstoffe bewirkte Einsparung an Chemikalien
ist beträchtlich.
Die DTPA-Charge,
gewöhnlich
etwa 2 bis 2,5 kg/t konnte bis zu 50%, d.h. auf 1 bis 1,3 kg/t reduziert
werden, berechnet anhand des beim Spülen und Bleichen Chelatbildnerbedarfs.
Bei gleicher Helligkeit ist außerdem
ein geringerer Verbrauch an Peroxid und Bleichmittel nötig. Das
ohne DTPA erzielte Helligkeitmaximum für die um die ersten Feinstoffe
fraktionierte Pulpe außerdem
viel höher
sein, was interessant ist, falls es in Zukunft gesetzliche Auflagen
für den
Einsatz von Chelatbildnern gibt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung und ein Beispiel mit Bezugnahme auf
die Figuren beschrieben, in denen:
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1 ein
Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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2 ein
Flussdiagramm von Vergleichstests zeigt,
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3 ein
Diagramm ist, das Mahlgrad gegenüber
Mahlenergie für
eine nachgemahlte erfindungsgemäße Pulpe
und eine Bezugspulpe zeigt,
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4 ein
Diagramm ist, das den Scott-Bond-Wert gegenüber Mahlgrad für die Pulpen
aus 3 zeigt,
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5 ein
Diagramm ist, das den Scott-Bond-Wert für die Pulpen aus 3 und
außerdem
für die
entsprechenden Pulpen vor dem Nachmahlen zeigt,
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6 ein
Diagramm ist, das den Zugsteifigkeitsindex gegenüber der Dichte für die Pulpen
aus 3 und außerdem
für die
entsprechenden Pulpen vor dem Nachmahlen zeigt,
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7 ein
Diagramm ist, das die Luftdurchlässigkeit
gegenüber
der Dichte für
die Pulpen aus 3 und außerdem für die entsprechenden Pulpen
vor der Nachbearbeitung zeigt,
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8 ein
Diagramm ist, das die Helligkeit gegenüber der Peroxidcharge mit und
ohne Chelatbildnercharge für
die Pulpen aus 3 zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird in Verbindung mit 1 beschrieben. Vor dem Mahlen
kann das Zellulose enthaltende Rohmaterial auf herkömmliche
Weise vorbehandelt werden, je nach Art der herzustellenden Pulpe,
d.h. mit Wärme
und/oder Chemikalien. Danach wird das Rohmaterial in dem ersten
(primären)
Mahler 1 einem ersten Mahlschritt unterzogen. Der erste
Mahlschritt wird durchgeführt,
um in der herzustellenden Pulpe einen hohen Mahlgrad, um 650 ml
CSF zu erzielen. In einem nachfolgenden Behandlungsschritt 2 wird
den Fasern ermöglicht,
sich in einer so genannten Latenzwanne während einer bestimmten Verweilzeit
und unter dem Einfluss von Verdünnung,
Erhitzung und mechanischem Rühren
aufzurichten. Die Pulpe, die den Behandlungsschritt 2 verlässt, weist
eine Konsistenz von etwa 5 bis 6% und wird weiter verdünnt 3 auf
etwa 1 bis 2%, bevor sie fraktioniert 4 wird.
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Im
Fraktionierungsschritt 4 werden bis zu 15% der Pulpenfasern
von dem Pulpenstrang als erste Feinstoffe 5 abgetrennt,
d.h. der Anteil von < 200
Mesh nach Bauer McNett. In der bevorzugten Ausführungsform werden in dem Fraktionierungsschritt
ein oder mehrere Bogensiebe verwendet. Der verbleibende Teil 6 der Pulpe,
die eine Konsistenz von etwa 4% aufweist, wird, wie es herkömmlich ist,
in dem Prozess weiter durch eine Pulpenwanne 7 und weiter
zu einem Siebschritt 8 zur Trennung des groben Materials
geführt.
Der Grobstoff in dem Siebschritt 8 des groben Materials
wird in einer Presse 9 verdickt und einem Mahlschritt in
einem Grobstoffmahler 10 unterzogen, der auch als ein zweiter
Mahlschritt dient, und wird danach dem Pulpenstrom vor dem Siebschritt 8 des
groben Materials wieder zugeführt.
Der Durchlass des Siebschritts 8 des groben Materials wird
entwässert
und in einer oder mehreren Spülpressen 11, 12 gespült, so dass
es eine Konsistenz von etwa 20 bis 30% erhält. Ein zusätzlicher Mahlschritt oder Nachmahlschritt 13 kann
auch ausgeführt
werden, vorzugsweise zwischen der Spülpresse 11 und 12.
Sowohl der zweite Mahlschritt als auch die Nachbearbeitung können bei
Hochkonsistenz (HC) oder Mediumkonsistenz (MC) oder Niedrigkonsistenz
(LC) sowie mit verschieden Arten von Mahlvorrichtungen, beispielsweise
Scheibenmahler oder konischen Mahler, durchgeführt werden. Der zweite Mahlschritt
und der optionale Nachmahlschritt werden ausgeführt, um zweite Feinstoffe zu
erhalten, die zu der Festigkeit der Pulpe beitragen.
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Nach
einem Endspülschritt 11, 12 wird
die Pulpe vorzugsweise einer Bleiche unterzogen, vorzugsweise einer
chlorfreien Bleiche und besonders bevorzugt einer Peroxidbleiche,
mit oder ohne Zusatz von Chelat-/Komplex-Bildnern
wie DTPA oder EDTA.
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Die
ersten Feinstoffe 5, die in dem Fraktionierungsschritt 4 abgetrennt
werden und eine Konsistenz von etwa 0,1 bis 1% aufweisen, werden
entwässert/geklärt 14,
wobei das Filtrat 15 in den Prozess, vorzugsweise zu einem
Verdünnungsschritt 3 vor
der Fraktionierung und/oder den Behandlungsschritt 2, zurückgeführt wird.
Nach der Entwässerung 14 werden
die ersten Feinstoffe, die eine Konsistenz von etwa 4% aufweisen, weiter
entwässert,
beispielsweise in einer Schraubenpresse 16, auf etwa 30%,
wonach die ersten Feinstoffe einer Wärmerückgewinnung oder anderen Verwendung
zugeführt
werden.
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BEISPIEL
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Fraktionierung der CTMP-Pulpe
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Die
Fraktionierungstestläufe
wurden an einer CTMP-Pulpe durchgeführt, die in einem ersten Mahlschritt
gemahlen wurde, wobei ein Aufbau von Bogensieben mit einer Siebschlitzbreite
von 100 μm
bei verschiedenen Pulpenkonsistenzen, Einlassabständen, Flussgeschwindigkeiten
und hydraulischen Druck (siehe 2) verwendet
wurden. Die Entfernung von Feinstoffen variierte zwischen 4,8% und
8,5%, wie in Tabelle 1 gezeigt. Die Pulpe BSK 4 mit der höchsten Feinstoffentfernung,
die auf dem Bogensieb blieb, wurde für weitere Untersuchungen verwendet.
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Tabelle
1. Bogensieb-Fraktionierung
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Tabelle
2. Bauer McNett-Fraktionierung von CTMP-Pulpe
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Im
Vergleich der Eingangspulpe (Primär) mit der fraktionierten Pulpe
(BSK 4) hat sich der Anteil mit langen Fasern (> 16 Mesh) durch die Fraktionierung von
49,2% auf 53,6% erhöht.
Dies führte
in Kombination mit einem von 12% auf 8,2% verringerten Feinstoffanteil
zu einem von 590 ml auf 650 ml erhöhten Mahlgrad (siehe Tabelle
2).
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Nachmahlen
der fraktionionierten CTMP
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Gemäß 2 wurden
die fraktionierte Pulpe und eine Bezugspulpe in einem zweiten Mahlschritt
gemahlen, um die Festigkeitsentwicklung zu untersuchen. Hier bezieht
sich „Ultra
CTMP" auf die BSK
4-Pulpe nach Entwässerung
und Nachmahlen (d.h. einen zweiten Mahlschritt) und „Bezug" bezieht sich auf
die Primärpulpe,
nach Verdünnung,
Entwässerung
und Nachmahlen. Der Testlauf wurde mit einem atmosphärischen 20-Zoll-Mahler
durchgeführt.
Die Mahlbedingungen waren: Mahlkonsistenz 21% (für die Bezugspulpe) und 24%
(für die
fraktionierte); Scheibenabstand 0,7 bis 2,0 mm, Drehgeschwindigkeit
1500 rpm und Produktionsrate von etwa 60 kg/h.
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Wie
in 3 gezeigt, verringerte sich der Mahlgrad beider
Pulpen mit der Mahlenergie in einem ähnlichen Muster. Die fraktionierte,
nachgemahlene Pulpe (Ultra-CTMP)
erforderte aufgrund des Verlusts von ersten Feinstoffen während der
Fraktionierung rund 200 kWh/t mehr Energie, um denselben Mahlgrad
zu erzielen. Interessanterweise weisen sowohl die Ultra-CTMP als
auch die Bezugspulpe (Bezug) nach dem zweiten Mahlschritt hinsichtlich
lange Fasern und Feinstoffgehalt genau dasselbe Bauer-McNett-Profil
auf (siehe Tabelle 2)
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Pulpeneigenschaften
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Physikalische Eigenschaften
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Die
physikalischen Eigenschaften der Ultra-CTMP und der Bezugspulpe
wurden anhand von 150 g/m2-Bögen getestet,
damit sie guten Rückhalt
der Fasern (keine Weißwasserbildung
bei Bogenbildung) aufwiesen.
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Im
Vergleich bei Standard-Press-Bedingungen (400 kPa) wies die Ultra-CTMP
einen höheren Scott-Bond-Wert
auf bei gegebenem Mahlwert, siehe 4. Hinsichtlich
anderer physikalischer Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Zugsteifigkeitsindex,
lagen bei Vergleich bei gleichem Mahlgrad keine erkennbaren Unterschiede
vor.
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Interessanter
ist jedoch das Festigkeit-Dichte-Verhältnis der entstehenden Pulpe.
Um dieses weiter auszuwerten, wurden Bögen mit unterschiedlichem Nasspressdruck
gefertigt und für
die Pulpen sowohl vor als auch nach dem Nachmahlen auf 390 ml CSF
(was der ungefähre
Mahlgrad für
die Mittelschicht-CTMP ist) getestet.
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Das überlegene
Scott-Bond-Dichte-Verhältnis
der Ultra-CTMP wurde
bei den drei verschiedenen Druckgraden beibehalten, siehe 5.
Der Scott-Bond stieg mit zunehmendem Pressdruck bei beiden Pulpen an,
obwohl die Ultra-CTMP gegenüber
Nasspressen resistenter zu sein schien und geringere Bogendichte
bei gleichem Mahlgrad und Pressdruck zeigte. Bei einem Scott-Bond-Wert
von 72 J/m2, was ein normaler Wert der CTMP
für die
Pappenherstellung ist, wurde die Dichte von etwa 350 kg/m3 auf 300 kg/m3 reduziert,
eine Verbesserung von 13%.
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6 zeigt,
dass die nachgemahlene Ultra-CTMP im Vergleich bei einem Zugsteifigkeitsindex
von 3,7 kNm/g, was ein normaler Wert der CTMP für die Pappenherstellung ist,
eine um etwa 13% geringere Dichte aufwies. Bei zunehmendem Nasspressdruck
näherte
sich die Zugsteifigkeit des Bezugs der von Ultra CTMP an, aber der
Masseverlust wurde bei diesem hohen Druck vergrößert.
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Nach
dem Nachmahlen hatte die fraktionierte Ultra-CTMP eine schlechteres
Zugsteifigkeit-Dichte-Verhältnis,
vermutlich wegen des höheren
Pulpenmahlgrads infolge der Feinstoffentfernung.
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Die
Luftdurchlässigkeit
bei gegebener Dichte war für
die Ultra-CTMP auch höher
als für
den Bezug, beide vor und nach Nachmahlen, siehe 7.
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Der
physikalische Test der nachgemahlenen Pulpen zeigte deutlich, dass
die Ultra-CTMP eine offenere und massigere Struktur bei gegebener
Zugsteifigkeit und Scott-Bond-Wert
aufwies. Die verbesserten Eigenschaften führten zu einer Zunahme an Masse
um etwa 13% bei einem vergleichbaren Scott-Wert und Zugsteifigkeit,
von 2,9 (Dichte 350 kg/m3) bis 3,3 (Dichte
300 kg/m3).
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Die
massigere Struktur sollte höhere
Biegesteifigkeit und leichteres Trocken auf der Pappenmaschine bereitstellen.
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Peroxidbleichen
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Die
nachgemahlene fraktionierte Pulpe, die einen Mahlgrad von 390 ml
aufwies, wurde mit Peroxid gebleicht, um die Bleichbarkeit auszuwerten.
Zum Vergleich wurde die mit demselben Mahlgrad gemahlene Bezugspulpe
(Bezug) ebenfalls gebleicht.
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Wie
in 8 gezeigt, war das Bleichverhalten bei Ultra-CTMP
bei allen Peroxidpegeln besser. Ohne Zusatz von DTPA zu der Bleiche
war der Unterschied weniger signifikant. Dies erklärt sich
wahrscheinlich durch den höheren
Mangangehalt in der Referenzpulpe, 18 ppm im Vergleich zu 11 ppm
in Ultra-CTMP (Tabelle 2). Bei Zusatz von DTPA zu der Bleiche verbesserte
sich das Bleichverhalten für
beide Pulpen und der Unterschied im Bleichverhalten beider Pulpen
verminderte sich.
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Geschmacks- und Geruchseigenschaften
in Bezug auf chemische Zusammensetzung
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Die
chemische Zusammensetzung der fraktionierten (Ultra-CTMP) und der
Bezugs-(Bezug)-CTMP-Pulpe wurde mittels Säurehydrolyse gefolgt von Zuckerhydrolyse
gemessen. Die teilweise Entfernung von ersten Feinstoffen in Bogensieben
reduzierte den Ligningehalt in den verbleibenden Feinstoffen sowie
in der Gesamtpulpe, Tabelle 3. Da die zweiten Feinstoffe weniger
Lignin enthielten, enthielten die Feinstoffe nach dem Nachmahlen
weniger Lignin und mehr Zellulose. Der Unterschied war bei der Ultra-CTMP
durch die Entfernung ligninangereicherter erster Feinstoffe deutlicher. Tabelle
3. Chemische Zusammensetzung von CTMP und Feinstoffen
Tabelle
4. Hexanalanalyse und Extraktstoffgehalt
- * Mühlen-CTMP
- ** 6–8
Tage
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Wie
in Tabelle 4 gezeigt war der Extraktstoffgehalt (Acetongehalt) in
der Ultra-CTMP um 50% geringer als in der Bezugs-CTMP. Die Reduktion
ungesättigter
Säuren/Ester
war sogar noch drastischer. Eine Erklärung könnte sein, dass im Allgemeinen
bei Anreicherung von Extraktstoffen in von den Mittellamellen oder
Parenchymzellen stammenden Materialien, die Strahlenzellen und Harzkanäle umgeben,
beides in ersten Feinstoffen vorhanden, die Entfernung erster Feinstoffe
natürlich
zu einer Verringerung des Extraktstoffgehalts führt. Da Übergangsmetalle, insbesondere
Mangan auch zur Anlagerung in den Mittellamellen und Parechymzellen neigen
führt die
Entfernung von ersten Feinstoffen darüber hinaus zu einer Reduktion
des Mangangehalts. In der Folge waren die Geschmacks- und Geruchseigenschaften
der Pulpe, hier gemessen als Hexanalwert nach 10 bzw. 30 Tagen,
für die
fraktionierte Ultra-CTMP um 80 bis 90% geringer. Obwohl die in dieser
Studie verglichenen Pulpen nicht so gründlich gespült wurden, wie in der Mühle (2)
waren die Geschmacks- und Geruchseigenschaften der Ultra-CTMP vergleichbar
mit denen von vollständig
gewaschener Mühlen-CTMP (-3-Stufe).
Der große
Unterschied zwischen der Ultra-CTMP und der Bezugs-CTMP verdient
besondere Beachtung, zeigt er doch das Potenzial, das durch die
Entfernung von ersten Feinstoffen erzielbar ist.
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Die
Erfindung wird durch die oben beschriebene Ausführungsform und das oben beschriebene
Beispiel nicht beschränkt,
sondern kann im Schutzumfang der Ansprüche variiert werden.
