. Der Trockengehalt der aus dem Reaktionsraum austretenden Holzlösung
hängt naturgemäß von dem Verhältnis des Beschickungsgewichtes zur Menge des gebildeten
Kondensats ab. Die in der Zeiteinheit gebildete Kondensatmenge hängt von der Oberfläche
des Reaktionsraumes ab und ist damit eine Funktion 2. Grades, während der Gefäßinhalt
eine Funktion 3. Grades ist. Infolgedessen wird man bei der Vergrößerung des Reaktionsraumes
und der damit zunehmenden Beschickungsmenge höhere Konzentrationen der abfließenden
Holzlösungen erhalten. Dies wurde durch den Versuch bestätigt; wie es die folgende
kleine Übersicht zum Ausdruck bringt Inhalt des Reaktiöns-
| raumes in 1 . . . . . . . . io ' Zoo 10 000 |
| Gewicht der' Holz- |
| füllung in kg ..... 2,5 25 2500 |
| Gehalt der Extrakt- |
| Lösung in g je 1 .... io bis 30 4o bis 85 ioo bis 130 |
| Kondensatmenge in 1. . 40 150 6500 |
Die festen Extraktstoffe, die man durch Eindampfen der Lösung zu einem wasserarmen
Sirup oder vorteilhaft durch Zerstäubungstrocknung bzw. durch Ausfällen mit Äthanol
oder Aceton in fester Form gewinnen kann, bilden fast farblose, feinpulvrige, in
Wasser leicht lösliche Stoffe. Zum Unterschied von den bisher bei der Vorhydrolyse
mit Wasser oder verdünnten Säuren erhaltenen dunkelgefärbten Produkten stehen diese
neuen Stoffe dem Holz in chemischer Hinsicht viel näher und lassen sich in wesentlich
besserer Ausbeute gewinnen. Sie enthalten im Gegensatz zu den bisherigen Holzhydrolysaten
außer Kohlehydraten auch solche vorerst noch kohlehydratartige Substanzen, die unter,
den bisher bekännten Bedingungen der Holzverzuckerung, Vorhydrolyse und Zellstoffgewinnung
in Lignin oder Ligninsulfosäure übergehen. Für diese Erzeugnisse der Holzveredelung
eröffnen sich vermehrte und neue Verwendungsmöglichkeiten, z. B. als Futtermittel,
Klebstoffe oder gegebenenfalls nach weiterem hydrolytischem Abbau zur Spiritusgewinnung
oder Eiweißsynthese. Besonders aussichtsreich erscheint - ihre unmittelbare Verwendung
ohne jegliche chemische Weiterverarbeitung. Ein weiterer großer Vorteil des neuen
Holzveredelungsverfahrens besteht darin, daß die erhaltenen Extraktstoffe völlig
frei von Säuren, anorganischen Salzen, Schwefel, Chlor, Arsen und Schwermetallen
sind, was ihrer Verwendung außerordentlich zustatten kommt. Erhitzt man die Holzlösungen
für sich hinreichende Zeit auf höhere Temperaturen, z. B. auf i2o° oder unter Zusatz
von Mineralsäuren auf 8o bis ioo°, so entsteht durch Zersetzung eine in Wasser unlösliche
Abscheidung, die je nach den Versuchsbedingungen 5 bis 35% von der Gewichtsmenge
der festen Extraktstoffe beträgt und welche sich überraschenderweise als Lignin
erwies. Die pflanzliche Substanz enthält also nicht, wie man bisher angenommen hatte,
bereits fertig vorgebildetes Lignin, sondern dieses bildet sich erst nachträglich
beim längeren Erhitzen auf höhere Temperaturen, insbesondere aber durch die Wirkung
der zum Aufschluß verwendeten- Alkalien und Säuren. Es ist also kein Naturprodukt
"sondern ein Kunstprodukt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bezweckt also,
das Holz unter solchen Bedingungen zu verarbeiten, daß die unerwünschte Ligninbildung
weitgehend verhindert und das Holz als wertvoller Rohstoff besser ausgenutzt wird.
Der cellulosereiche Kochrückstand ist noch ziemlich hellgefärbt. Einen
Teil seines Ligningehaltes kann man durch Behandeln mit verdünnter Natronlauge,
z. B. von i°/, und darunter, oder durch Ausziehen mit einigen organischen Lösungsmitteln,
wie z. B. Methanol, Äthanol, Aceton oder Essigsäure, in Lösung bringen. Der Holzrückstand
läßt sich jedoch auch unmittelbar auf alkalischem Wege leicht aufschließen, wobei
man einen sehr hell gefärbten, an a-Cellulose reichen Zellstoff gewinnt, der nur
noch wenig Hemicellulosen enthält. Er läßt sich im Gegensatz zu den bisherigen dunklen
Sulfatzellstoffen sehr leicht bleichen und bildet ohne vorherige Veredelung ein
wertvolles Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kunstfaserstoffen. Der zum Aufschluß
erforderliche Chemikalieneinsatz ist wesentlich geringer als beim unmittelbaren
Aufschluß des Holzes, da ein erheblicher Anteil der Inkrusten bereitsvorher entfernt
wurde. Aus Buchen-, Birken- und Fichtenholz erhält man bei einer Ausbeute von etwa
35 bis 40% des ursprünglichen Holzes ohne alkalische Nachbehandlung einen Edelzellstoff.
Auch Gräser bzw. Stroh eignen sich für die Extraktionsbehandlung gemäß der Erfindung.
Beispiel i ioo Teile aschefrei und wasserfrei gedachtes zerkleinertes Fichtenholz
füllt man- in ein zylindrisches, gegen Wärmeverluste gut geschütztes Druckgefäß
und leitet von oben bei erhöhtem Druck gesättigtenWasserdampf von io5 bis 1o7° ein.
Nachdem sich die Holzspäne mit dem anfänglich in größerer Menge gebildeten Kondensat
gesättigt haben, sammelt sich am unteren Ende des Auslaugegefäßes eine Holzlösung
an, die man fortwährend unter Druck abfließen läßt. Man drosselt dann die Dampfzufuhr
weiter, so daß die abfließende Lösung etwa 2 bis 3°/o festen Trockenrückstand enthält.
Der' nichtkondensierte Dampf wird nach dem Abtrennen vom Kondensat zwecks erneuter
Verwendung dem zur Extraktion dienenden Frischdampf zugeführt. Man erhält 3o Teile
eines hellfarbigen Holzextraktes sowie 5,8 Teile Essigsäure und 68 Teile ausgelaugten
Holzrückstand, der nach dem alkalischen Aufschluß 4o Teile Edelzellstoff ergibt.
Beispiel 2 Behandelt man Birkenholz mit heißem Wasser von 13o bis i35° oder mit
gesättigtem Wasserdampf der gleichen Temperatur, d. h. von 3 bis 4 Atm_ so erfolgt
die Auslaugung des Holzes bedeutend schneller, so daß nach 12 Stunden bereits 25
bis 3o°/, der Inkrusten in Lösung gehen. Erhitzt man weiter, so werden schließlich
42°/o feste Extraktstoffe erhalten sowie 9°/o Essigsäure. Die Menge des Holzrückstandes
beträgt dann
nur noch 55%. Er läßt sich auf alkalischem Wege ebenfalls
leicht aufschließen und liefert einen sehr hell gefärbten, leicht bleichfähigen
Edelzellstoff, der folgende Konstanten zeigt: a-Cellulose 95,8°/0, Holzgummi 2,2°/0,
Viskosität 78. Beispiel 3 In einer Diffuseurbatterie, die aus mehreren hintereinandergeschalteten
Gefäßen besteht, behandelt man Hackspäne von Buchenholz mit einem langsamen Strom
von heißem Wasser, das auf 16o bis i65° gehalten wird. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers wird so eingestellt, daß man eine hellgefärbte, nahezu klare Holzlösung
mit wenigstens 20 g festen, nichtflüchtigen Extraktstoffen im Liter erhält. Die
aus dem letzten Behälter abfließende Extraktlösung dient zum Vorwärmen des Frischwassers.
Das Auslaugen wird so lange fortgesetzt, bis sich das Gewicht des Holzes um 45 bis
48°/o vermindert hat. Der Holzrückstand wird dann 3 Stunden mit Sulfatlauge üblicher
Zusammensetzung bei 165 bis 17o° gekocht. Man erhält 35°/o Edelzellstoff mit 96°/o
a-Cellulose und 2,4°/o Holzgummi. Die Holzlösung liefert beim Eindampfen unter vermindertem
Druck 45°/o eines in Wasser leicht löslichen Holzextraktes und 6,3% Essigsäure.
Beispiel 4 Ein mit strömendem Sattdampf bei i65° während 24 Stunden behandeltes
Fichtenholz ergab auf iooTeile (atro) einen Holzrückstand von 71 Teilen, ferner
32,5 Teile Holzextrakt und 2,9 Teile Essigsäure. Nach dem alkalischen Aufschluß
erhält man 36,4 TeileEdelzellstoff mit einem Gehalt an 95,90/0 a-Cellulose, 2,10/p
Holzgummi und einer Viskosität von 84. Der Holzextrakt wies eine Konzentration von
24,5 g/1 auf. Beispiel 5 Ein druckfestes, aus säurebeständigem Baustoff bestehendes
zylindrisches Extraktionsgefäß, beispielsweise ein Sulfitzellstoffkocher von io
cbm Inhalt, wird mit 25oo kg trockengedachtem Buchenholz in Form von Hackspänen
gefüllt. Am oberen Ende des Gefäßes leitet man gesättigten Wasserdampf ein. Durch
ein am Boden des Gefäßes angebrachtes Druckminderventil fließt das gebildete Kondensat
fortlaufend ab. Durch Einstellung des Dampfeintritts- und -ausgangsventils wird
während 12 Stunden ein Druck von i bis 2 atü aufrechterhalten. In den nächsten 12
Stunden steigert man den Druck im Innern des Extraktionsgefäßes durch entsprechende
Ventilstellungen allmählich von 2 auf 4,5 atü und schließlich während weiterer 12
Stunden nach und nach auf 6 atü. Das während dieser Zeit mit etwas nichtkondensiertem
Dampf abfließende Kondensat, 6 bis 8 cbm, enthält insgesamt 75o kg feste Extraktstoffe
sowie i5o kg Essigsäure. Die sich im Anfang des Auslaugevorganges bildenden Holzlösungen
enthalten nur 2o bis 40 g nichtflüchtige Bestandteile je Liter. Nach 6 Stunden werden
Gehalte von 65 bis 9o g je Liter und nach einigen weiteren Stunden ioo bis 130 g
je Liter erreicht. Die Konzentration der nach 24stündigem Auslaugen gebildeten Kondensate
nimmt allmählich wieder ab und fällt schließlich unter den im Anfang beobachteten
Wert. Die mit dem Auslaugen einhergehende Essigsäurebildung nimmt einen ähnlichen
Verlauf. Nach 36stündiger Dampfbehandlung bei i2o bis 16o° ist die Holzbeschickung
so weit ausgelaugt, daß man beim Aufschluß des Kochrückstandes mit Sulfatlauge
850 g hochwertigen Edelzellstoff von 96°/o a-Cellulosegehalt erhält. Unterbricht
man die Dampfbehandlung nach 24stündigem Auslaugen des Holzes und schließt sodann
den Holzrückstand in gleicher Weise auf, so erhält man 92o kg Edelzellstoff von
94,8% a-Cejlulosegehalt.