DE933C - Verfahren zur Bereitung von Papierstoff aus Holz auf chemischem Wege - Google Patents

Description

1877.

Klasse 55.

ALBERT UNGERER in PFORZHEIM. Verfahren zur Bereitung von Papierstoff aus Holz auf chemischem Wege.

.Patentirt im Deutschen Reiche vom 13. Juli 1877 ab. Längste Dauer: 17. April 1887.

Die Erfindung besteht:

1. In einem neuen und eigenthümlichen Verfahren, um die Zellen der Pflanzen zu isoliren, ohne ihrer Integrität zu schaden, und um sie vollständig von denjenigen Substanzen zu befreien, welche als incrustirende Substanzen bekannt sind, wodurch sie auch zu einem bedeutenden Theile entfärbt, werden.

2. In der Anwendung eines zu den genannten Zwecken geeigneten Apparates, speciell construirt, um Papierzeug aus Holz zu machen.

Obgleich mein Verfahren angewendet werden kann, um die Zellen der Pflanzen im allgemeinen zu isoliren, wie man es· für verschiedene Zwecke braucht, so betrachte ich es noch besonders nützlich dazu, um einen Zeug zur Papierfabrikation aus Holz oder aus Pflanzen, welche zur Natur des Holzes gehören, darzustellen, und ich werde mich deshalb in folgender Beschreibung auf die besondere Erklärung eines Verfahrens und Apparates beschränken, welche für die Bereitung des Papierzeuges aus Holz geeignet sind.

Aber man wird wohl einsehen, dafs das gleiche Verfahren und ein ähnlicher Apparat für den mehr allgemeinen Zweck, wie oben gesagt, mit solchen Detailabänderungen dient, wie sie jeder, der praktisch mit solchen Fabrikationszweigen bekannt ist, leicht auffindet.

So oft ich deshalb in Folgendem die Worte Holz und Zeug gebrauche, so schliefse ich dabei ein, dafs auch die anderen Pflanzen, deren Zellen zu anderen Zwecken isolirt werden sollen, ebenfalls darunter verstanden sind.

Die hauptsächlichenEigenthümlichkeiten meines Verfahrens sind folgende:

Ich bringe das Holz, nachdem ich es vorher in kleine Stücke zerschnitten habe (ich ziehe vor, es in der Form von geraspelten Farbhölzern zu zerkleinern, doch besteht hierin keine besondere Eigenthümlichkeit meines Verfahrens), in geschlossene Behälter, in welchen ich es unter einem nach und nach steigenden Druck und bei einer Temperatur, welche diesem Druck entspricht, mit kaustischer Natronlauge behandle, welche ich mehrere Male erneuere und vor dem Gebrauche erhitze.

In denselben Behältern wird der Stoff auch gewaschen, nachdem er, wie vorher gesagt, behandelt wurde.

Dadurch werden Holz und andere vegetabilische Stoffe von ihren incrustirenden Substanzen befreit und der Zusammenhang der Zellen aufgehoben. Mein Verfahren stützt sich auf die Entdeckung, die ich gemacht habe, nämlich dafs einige Substanzen, welche im Holze enthalten sind, und welche im Anfang der Einwirkung bei einer verhältnifsmäfsigen niederen Temperatur aufgelöst werden, sich bei einer höheren Temperatur als unlösliche Stoffe von humusartigem Bestand wieder niederschlagen. Dies veranlafst mich, auf das Holz mit einer vorher erhitzten Lauge einzuwirken, bei einer nach und nach erhöhten Temperatur. Durch den beständigen Wechsel der Lauge werden diejenigen Substanzen, welche aufgelöst sind, weggeführt durch die Lauge selbst, ehe die Ausscheidung der humusartigen Stoffe stattfinden kann, infolge der Temperaturerhöhung; hierdurch wird auf das Holz gleichmäfsig. eingewirkt und dasselbe theilweise entfärbt, so dafs es für die Fabrikation der besten Papiersorten taugt. Ich finde, dafs das Holz gleichmäfsiger aufgelöst und entfärbt und ge^ bleicht wird, je öfter man die Lauge wechselt, und es ist deshalb. ein besonderer Vortheil des nachbeschriebenen Apparates, dafs in ihm ein beständiger Wechsel von Lauge stattfindet. Den · Druck, die Zeitdauer der Einwirkung und die Concentration der Lauge mufs man nach der besonderen Art Holz und nach dem Grad der beabsichtigten Entfärbung reguliren. Für Laubholz genügt es, nur Lauge anzuwenden, welche 3 bis 4 pCt. wasserfreien kaustischen Natriumhydrats enthält, der Druck ist auf wenigstens 3 bis 4 Atmosphären zu steigern, und die Einwirkung hat wenigstens 5 bis 6 Stunden stattzufinden.

Nadelhölzer brauchen dieselbe Zeit, einen Druck von 6 Atmosphären und eine Lauge, welche 5 bis 6 pCt. wasserfreien kaustischen Natriumhydrats enthält. Zwischen gewissen Grenzen kann eine Erhöhung des Druckes oder Vergröfsernng der Zeitdauer der Einwirkung oder höhere Concentration der Lauge je zwei dieser Bedingungen vertreten. Die obengenannten Zahlen brauchen deshalb beim praktischen Arbeiten nicht genau eingehalten zu werden.

Frisch geschlagenes Holz ist leichter zu verarbeiten, als altes Holz. Mein Verfahren wird

verständlicher durch eine Beschreibung des Apparates, welchen ich gebrauche, und welcher die Bedingung, aus Holz einen schönen gleichmäfsigen Papierzeug mit möglichst geringer Auslage herzustellen, in hohem Grade ermöglicht.

Er besteht aus einer gröfseren oder kleineren Anzahl geschlossener Behälter, fähig, den nöthigen Druck und die chemische Einwirkung auszuhalten und deshalb am besten aus Eisen gemacht, welche Behälter so miteinander communiciren, dafs die Flüssigkeiten von einem Behälter zum anderen strömen, um auf diese Weise die ganze Reihe der Behälter passiren zu können, entweder abwärts oder aufwärts unter controlirbaren Temperaturverhältnissen oder Druck, und um schliefslich abgelassen zu werden. Die Gröfse und Zusammenstellung des Apparates hängt einestheils von der zu benützenden Quantität und Holzgattung ab, andererseits von der besonderen Art von Stoff, welchen man darstellen will.

Nimmt man als Rohmaterial Laubholz und will man daraus ungebleichten Stoff machen, so braucht man weniger Behälter, als zum Arbeiten mit Nadelholz zu einem gebleichten Zeug.

Eine Anzahl von neun Behältern, zusammengestellt von A bis J, wie beiliegende Zeichnung zeigt, ist in beinahe jedem Fall genügend.

Jeder Behälter ist mit schlechtem Wärmeleiter umgeben, z. B. Asche oder Sägemehl, oder ist mit einem anderen Mittel versehen, seinen Inhalt auf der richtigen Temperatur zu erhalten. Auch ist er mit einem separaten Rost versehen, um zufällige Abkühlungen zu verhindern. Ferner sind ein Mannloch, Sicherheitsventile, Dampfmesser, Wasserstandsmesser und andere gewöhnliche Montur angebracht, sowie ein besonderes Röhrensystem zur Einbringung von Wasser und Lauge in jedem Behälter einzeln und von einem Behälter in den anderen.

Ein weiterer wichtiger Bestandtheil des Appa-' rates ist ein Kessel, in folgendem als der Laugenkessel bezeichnet, welcher mit einer Feuerung versehen ist, um die Sodalauge zu heizen und sie auf den nöthigen Druck zu bringen, sowie eine Speisepumpe mit einem Windkessel, um die Behälter mit dem nöthigen kalten Wasser zu füllen. Ich gebe in folgendem eine Beschreibung über die Art und Weise, wie mit dem vorher angeführten Apparat gearbeitet wird. Es ist natürlich erlaubt, die Manipulation nach besonderen Umständen in Sachen von geringer Wichtigkeit zu ändern.

Zuerst werden alle Behälter mit zerkleinertem Holz gefüllt, dann wird die Communication zwischen dem Laugenkessel und dem ersten Behälter in A geöffnet, und der letztere wird mit heifser Lauge gefüllt, sowie die fünf folgenden auch mit Lauge, welche von einem zum anderen, der Reihe nach durch die Röhren, welche zu diesem Zwecke angebracht sind, ströjnt. Natürlicherweise wird der Druck in jedem nachfolgenden Behälter geringer sein; der-Ib .soljte in der Weise regulirt sein, dafs die Lauge in dem ersten Behälter mit einem Druck von 6 Atmosphären einströmt, aber in dem sechsten Behälter nur unter einem Druck von ι bis ι '/₂ Atmosphären steht. Wenn alle sechs Behälter A bis F mit Lauge gefüllt sind, so wird der Auslafshahn in F geöffnet und soviel Lauge wieder abgelassen, als einen Behälter füllen würde, sie geht nach einem Wiedergewinnungsapparat, wo sie zur Trockenheit eingedampft, calcinirt und wieder zu kaustischem Natriumhydrat gemacht wird.

Zugleich wird der' flüssige Inhalt der ersten fünf Behälter durch kaltes Wasser aus dem Windkessel der Pumpe vorwärts gedrückt, welcher Windkessel mit jedem der Behälter A bis J communicirt durch Röhren und Hähne. Der Druck in diesem Windkessel ist stark genug, das kalte Wasser in den Behälter A zu drücken, und die Flüssigkeit vorwärts zu stofsen, so dafs zuletzt A mit Wasser gefüllt ist und B bis F mit Lauge; jeder Behälter enthält nun diejenige Lauge, welche in dem vorhergehenden war. Man schliefst nun das kalte Wasser ab, ebenso die Verbindung zwischen A und B und drückt frische Lauge in den Behälter B, während man zugleich den Auslafshahn von F schliefst und die Verbindung zwischen F und G öffnet. Natürlicherweise wird die Flüssigkeit wieder vorwärts gedrückt, und wenn G gefüllt ist, so wird das Einströmen von frischer Lauge nach B verhindert.

In dieser Weise ist nun Behälter A mit Wasser gefüllt und B bis G mit Lauge.

Jetzt wird die Verbindung zwischen A und B geöffnet, kaltes Wasser in A gedrückt, und der Auslafshahn in G geöffnet, bis ein Behälter voll Lauge abgelassen ist.

A steht jetzt mit frischem Wasser gefüllt, B mit dem Wasser, welches den Kessel A passirte, C mit der Lauge, welche gerade vorher in B war etc.

Jetzt wird der Ablafshahn von G und die Verbindung zwischen B und C geschlossen, aber diejenige zwischen G und H wird geöffnet und frische Lauge nach B gedrückt, welche den flüssigen Inhalt der nächsten Behälter vorwärts stöfst, bis H ebenfalls gefüllt ist. Man öffnet nun den Hahn zwischen B und C₁ ein Behälter voll Lauge wird aus H abgelassen und zugleich kaltes Wasser zum dritten Male nach A eingedrückt.

Es sind nun A, B und C voll Wasser, D und H voll Lauge. Man schliefst nun zwischen C und D und den Ausflufs bei H. H und J werden verbunden, frische Lauge in D gedrückt, bis J voll ist. Der flüssige Theil von A, welcher nun drei Mal Wasser hatte, wird abgelassen (dies kann durch Saugen oder Drücken beschleunigt werden) und der solide Inhalt, nämlich das Holz, welches durchaus aufgeschlossen und gewaschen wurde, wird herausgenommen. A wird nun mit frischem Holz gefüllt und wird als Behälter an J angereiht durch die Verbindung der Röhren, wie die Zeichnung näher erklärt.

Das Wasser in C, welches nun durch drei

Behälter passirt ist, wird nicht weiter zum Waschen benutzt und wird nicht von C nach D gedrückt, sondern abgelassen, während man frisches Wasser nach B drückt.

Die Flüssigkeit, welche von C abläuft, ist schwache Lauge und kann zum Darstellen von frischer Lauge, oder auf andere Weise wieder verwendet werden. Wenn C mit dem kalten Wasser von B gefüllt ist und B mit frischem Wasser, so wird C und D verbunden, mehr kaltes Wasser nach B gedrückt und ein Behälter Lauge nach J abgelassen, so dafs jetzt B, C und D voll Wasser sind, E bis J voll Lauge. Jetzt wird zwischen D und E abgeschlossen, zwischen J und dem inzwischen mit frischem Holz gefüllten A Verbindung hergestellt, frische Lauge in E gedrückt, bis E, F, G, H, J und A voll sind. Der Stoff in B, welcher drei Mal frisch bewässert ist, ist fertig, er wird herausgenommen (nachdem das Wasser abgelassen wurde) und B wieder mit Holz gefüllt.

In dieser Weise wird fortgefahren ohne Unterbrechung. Es sind innen fünf bis sechs Behälter voll Lauge, zwei bis drei voll Wasser, einer entweder zuweilen geleert oder mit frischem Holz gefüllt. Ist die Operation in richtigem Gange, so wird man einsehen, dafs stets jeder Behälter voll von zerkleinertem Holz fünf Behälter voll Lauge erhält, welche schon durch Holz passirt ist, und ein Behälter voll frischer Lauge, und dann drei Behälter voll Wasser, deren erste zwei schon vorher zum Waschen gedient haben. Der Druck ist in jedem Behälter stets zunehmend, wenn man von dem zuletzt gefüllten Behälter rückwärts zählt, und erhält seinen höchsten Grad in dem mit Lauge zuerst gefüllten Behälter, in dem Augenblicke, wo frische Lauge von dem Laugenkessel hineingedrückt wird.

Wenn man einen mit frischem Holz gefüllten Behälter zuerst mit Lauge füllt, so sollte dieselbe von unten einströmen, um falsche Wege zu verhindern, aber ist der Behälter voll und zugeschlossen, so mufs man den Hahn den anderen Weg setzen und die späteren Füllungen müssen von oben abwärts gehen. Der Ab- und Zuflufs wird so regulirt, dafs für jeden Behälter voll Holz eine Quantität Lauge gebraucht wird, welche gerade das Holz bedeckt, welches ungefähr dem 2 '/₂ bis 3 fachen Gewichte des Holzes entspricht. Das Holz sollte im ganzen sechs bis sieben Stunden der Einwirkung der Lauge ausgesetzt sein, eine genaue Zeit läfst sich nicht angeben, da sich die Behandlung nach der Beschaffenheit des Holzes richtet. Die Lauge, welche fünf bis sechs Behälter passirt hat, wird eingekocht, der Rückstand calcinirt, im Wasser aufgelöst und zum Bereiten von kaustischem Natriumhydrat verwendet. Das Wasser, welches durch drei Behälter passirt ist, ist als schwache Lauge verwendbar, entweder zum Bleichen oder zur Bereitung von frischer Lauge.

Der Laugenkessel, in welchem man die kaustische Sodalauge bereit hält, und welcher in der Zeichnung angedeutet ist, wird beständig mit frischer Lauge gespeist, und sein Inhalt wird unter dem nöthigen Druck erwärmt und durch seinen eigenen Druck in die Behälter geleitet. Das Wasser zum Waschen wird nicht erhitzt, sondern wird kalt in einem Windkessel und von diesem in die Behälter A bis/ gedrückt. Da es durch zwei Behälter passirt, ehe es in Contact mit heifser Lauge kommt, so wird es im voraus bis zu einem gewissen Grad erhitzt; zugleich wird auch das Zeug abgekühlt, was von grofser Wichtigkeit ist, weil dadurch die ganze Procedur beschleunigt wird.

Wenn das dritte Wasser von der Masse abgelaufen ist, so wird diese mit Wasser in einen Holländer gebracht und darin geschlagen, um die Fasern des Holzes zu trennen, welche jedoch beinahe von selbst auseinanderfallen, und es ist die Masse auf diese Weise in richtigen Holzzeug verwandelt. Nur sehr wenig Kraft ist nothwendig zu dieser Operation, weil die Masse nicht gemahlen,'Sondern nur geschlagen und zerrieben zu werden braucht.

Der Holzzeug ist nun schon entfärbt bis zu einem beträchtlichen Grade, und kann für viele Zwecke ohne Bleichen gebraucht werden, aber wenn man ihn vollkommen weifs haben will, so mufs man die letzten Reste der Farbe herausnehmen. Es kann dies durch gewöhnliches Bleichverfahren geschehen; die meisten derselben sind auf mein Holzzeug anwendbar, sowie zu Papierzeug, welchen man auf andere Weise und aus anderen Materialien bereitet. Aber die Methode, welche ich als die ökonomistische befunden habe, ist folgende:

Der Zeug wird mit einer Auflösung von Bleichpulver oder mit Bleichflüssigkeit behandelt, welche drei bis vier Gewichtstheile käufliches Bleichpulver (etwas mehr oder weniger) auf einhundert Gewichtstheile trockenen Zeug enthält.

Es kann das in Bottichen oder Behältern von gewöhnlicher Construction geschehen oder in meinem Deplacement-Apparat, wohin die Bleichflüssigkeit gedrückt oder gepumpt wird und von Behälter zu Behälter läuft.

Diese Behälter sind oben offen und werden am besten von Backsteinen mit Cement gemauert oder aus Holz hergestellt, welches mit Paraffin getränkt wurde.

Diese Operation bezweckt weniger, den Stoff direct zu bleichen, als den Farbstoff durch Oxydation löslich zu machen, worauf er leicht durch Behandlung mit heifser kaustischer Lauge oder selbst durch eine Auflösung von kohlensaurem Natriumhydrat und spätere Auswaschung entfernt wird.

Zu diesem Zwecke ist nur eine schwache Lauge und eine sehr kurze Behandlungszeit nothwendig, so dafs diese Operation sehr einfach ist und keine Einzelauseinandersetzung braucht.

Wenn man mit grofsen Massen arbeitet, so wäre es rathsam, einen Apparat anzuwenden, welcher ungefähr construirt ist, wie der für die erste Behandlung beschriebene und der aus

weniger Behältern besteht, aber in den meisten Fällen ist das nicht nothwendig.

Nach dieser Behandlung kann man noch vollkommen weifs bleichen, gerade wie mit Lumpenzeug, '/₂ bis ι pCt. Bleichpulver auf einhundert Theile trockenen Zeuges reichen in den meisten Fällen für die letzte Operation.

Ich mache Anspruch auf vollständige Neuheit des oben beschriebenen Verfahrens und Apparates, um ohne Unterbrechung fibröse Materialien zu kochen, auszulaugen und zu waschen, besonders geeignet zum Ueberführen von Holz in theilweise entfärbten Holzstoff.

Es ist mir wohl bekannt, dafs Papierstoff schon durch chemische Mittel aus Holz gemacht wurde, aber dies wurde auf eine sehr kostspielige Weise dargestellt; man arbeitete stets nur mit einem Kessel und einer Lauge, mit einer hohen Temperatur und Druck, der letztere war ein grofses Hindernifs für die Sicherheit der Arbeit. Die Folge davon war, dafs einige Substanzen, welche sich bei niederer Temperatur aufgelöst hatten, sich bei höherer Temperatur wieder als humusartige Stoffe von brauner Farbe abschieden, so dafs das Product nur durch einen grofsen Aufwand von Chemikalien gebleicht werden konnte.

Dieser schädliche Umstand wird durch "mein Verfahren ganz vermieden, da ich mit einer Anzahl von Behältern arbeite, von welchen jeder verschiedenen Laugen ausgesetzt ist, deren Temperatur beständig steigt, und wo jede Lauge diejenigen Stoffe, die sie aufgelöst hat, mit sich abführt, ehe eine höhere Temperatur dieselben in humusartige Stoffe verwandelt.

Eine andere Empfehlung meines Apparates ist, dafs man damit grofse Quantitäten Holz bei ununterbrochener Arbeit in dem kleinsten Raum und mit dem kleinstmöglichen Aufwände von Chemikalien verarbeiten kann,

Mein Verfahren und Apparat kann aufser zur Bereitung von Papierstoff aus Holz, zur ■ Zerlegung aller vegetabilischen Stoffe in ihren einzelnen Zellen gebraucht werden, und indem man für jeden Fall nöthige Modificationen einführt, der Natur der Pflanze angepäfst, kann ' man Gespinnstfasern erhalten, welche seither nicht mit Vortheil zu diesem Zwecke gebraucht werden konnten, besonders, weil bei meinem Verfahren die Zellen ihre natürliche Gröfse und Gestalt beibehalten und weder chemisch noch auf andere Weise verändert, aber vollkommen von ihren Incrustationen befreit werden. .

Hierzu I Blatt Zeichnungen.