DE970908C

DE970908C - Verfahren zur Herstellung von Karton aus einjaehrigen Pflanzen, insbesondere Stroh

Info

Publication number: DE970908C
Application number: DEH2912D
Authority: DE
Inventors: Adolf Ruehling
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1941-10-19
Filing date: 1941-10-19
Publication date: 1958-11-13
Also published as: FR885983A; DK62274C; BE447291A

Description

Karton aus dem Material einjähriger Pflanzen, der nach den bisher üblichen Verfahren in wirtschaftlich tragbarer Ausbeute hergestellt ist, besitzt eine nur geringe Festigkeit und hat ohne Einschaltung eines besonderen Bleichprozesses eine braune bis bräunlichgelbe Farbe, so daß er als Verpackungsmaterial nur in seine Festigkeit erhöhenden und sein Aussehen verbessernden Umkleidungen, z. B. mit Papier, verwendet werden konnte.

Es wurde nun gefunden, daß sich diese Nachteile der bekannten Arbeitsweisen unter Erzeugung von Karton hoher Festigkeit und sehr heller Farbe vermeiden lassen, wenn man das Material einjähriger Pflanzen, insbesondere Stroh, durch eine Kochung mit einer Lauge aus, berechnet auf lufttrockenes Ausgangsmaterial, 5 bis 11 % Natriumsulfit und 0,5 bis 3°/₀ Ätznatron oder 3,5 bis 8 °/₀ Natriumbisulfit und 2 bis 6⁰I₀ Ätznatron und Wasser in etwa I¹Z₂Iacher Menge des angewandten Ausgangsmaterials unter zeitweiligem Umwälzen des Gutes bei einem Druck von 3 bis 6 Atm. 4 bis 7 Stunden aufschließt, mit Wasser auswäscht, das aufgeschlossene Gut im Holländer auf einen pH-Wert von 5 bis 6 bringt und das nun büttenfertige Erzeugnis in üblicher Weise auf Karton verarbeitet.

Als Ausgangsstoff des Verfahrens dient das Material einjähriger Pflanzen. Man verwendet vorzugs-

m 655/32

weise Getreidestroh, ζ. Β. Roggen-, Weizen- und Haferstroh, ferner Rapsstroh, Maisstroh, Haferspelzen, Hanfschäben, Stengel von Sonnenblumen oder Soja, Schilf, Kartoffelkraut u. dgl.
Der erforderliche Aufschluß des Ausgangsmaterials vollzieht sich in einem Kocher bekannter Bauart, der ein Umwälzen des Gutes durch Drehung oder durch eine besondere Umwälzvorrichtung gestattet.

Der Aufschluß erfolgt in einer Lauge, die, bezogen auf lufttrockenes Ausgangsmaterial, etwa die 1¹^f ache Menge Wasser enthält, das als solches sowie als Heizdampf zugesetzt wird, und dem, ebenfalls bezogen auf lufttrockenes Ausgangsmaterial, 5 bis 11 °/₀ Natriumsulfit und 0,5 bis 3% Ätznatron oder 3,5 bis 8°/₀ Natriumbisulfit und 2 bis 6°/₀ Ätznatron zugesetzt sind.

Die Kochung findet unter Druck, der zwischen 3 und 6 Atm. schwanken kann, statt; ihre Dauer kann zwischen 4 und 7 Stunden betragen. Wichtig ist es, das Gut während derselben zeitweilig, aber nicht dauernd umzuwälzen. Beispielsweise kann das Umwälzen während der ersten Hälfte der Kochungszeit geschehen, in der zweiten Hälfte findet es dann nur noch von Zeit zu Zeit statt. Das Umwälzen geschieht durch Drehung des Kochers oder bei stehendem Kocher durch eine geeignete mechanische Vorrichtung. Nach beendeter Kochung fällt ein ziemlich trockenes Gut von heller Farbe an, das zweckmäßig im Waschholländer mit Wasser gewaschen wird. Die Waschlauge kann für die nächste Kochung wieder verwendet werden. Das gewaschene Material wird dann im Holländer durch Zusatz von Säure, zweckmäßig Mineralsäure, z. B. Salz- oder Schwefelsäure, auf einen ρπ-Wert von 5 bis 6 eingestellt. Hierdurch findet eine weitere Auf-5 hellung sei ier Farbe statt. Danach ist die Masse büttenfertig und wird in bekannter Weise, z. B. auf der Kartonmaschine, auf Karton verarbeitet.

Das im vorstehenden beschriebene Verfahren erlaubt es, unter Erzielung einer guten Ausbeute aus dem Material einjähriger Pflanzen ohne Zwischenschaltung eines zusätzlichen Bleichprozesses mit geringen Kosten Karton herzustellen, der hinsichtlich Farbe und Festigkeit allen an ein hochwertiges Verpackungsmaterial zu stellenden Anforderungen genügt.

+5 Es sind zwar verschiedene Verfahren zum Aufschluß von Stroh bekannt, wobei auch einzelne Merkmale der erfindungsgemäßen Kombination bekanntgeworden sind. So ist der Aufschluß mit Hilfe ätzalkalischer Natriumsulfitlösungen in den deutschen Patentschritten 122 172 und 599 880, bei Müller in »Die Papierfabrikation und ihre Maschinen«, I. Band, 3. Auflage, S. 141, und bei Hilpert und Mitarbeitern in .!>Cellulosechemie<r, 1933, S. 33 bis 40, beschrieben, wobei das Umwälzen auch in der deutschen Patentschrift 599 880 beschrieben ist, jedoch ist daraus die beim erfindungsgemäßen Verfahren angewandte besondere Art der Aufarbeitung nicht zu entnehmen, und außerdem handelt es sich bei den bekannten Verfahren um die Herstellung von Zellstoffen oder Papierstoffen, an die viel höhere Reinheitsanforderungen gestellt werden. Trotzdem eignen sich die so hergestellten Stoffe überraschenderweise nicht zur Erzeugung eines Kartons mit den Festigkeitseigenschaften, durch die sich der erfindungsgemäß hergestellte auszeichnet. In der Arbeit von Rossignoli in der Zeitschrift i'L'Industria Delia Carta«, Dezember 1938, S. 451 bis 456, werden Untersuchungen über die Herstellung von Papierstoffen aus verschiedenen Rohmaterialien beschrieben, wobei als Rohmaterial auch einjährige Pflanzen, insbesondere Stroh, in den Kreis der Untersuchungen mit einbezogen worden sind. Die Untersuchungen umfassen sowohl die Mengen an Natriumsulfit bzw. Natriumhydroxyd als auch das Verhältnis von Natriumsulfit zu Natriumhydroxyd, wie es erfindungsgemäß angewandt werden soll. Die Laugenmenge ist aber ganz beträchtlich höher, und die Untersuchungen richten sich auf die Herstellung eines Papierstoffes, an den andere Anforderungen zu stellen sind als an einen Stoff zur Herstellung von Karton. In der australischen Patentschrift 104 373 ist zwar der Aufschluß von Stroh mit der doppelten Laugenmenge beschrieben, wobei aber als Aufschlußmittel Kalk eingesetzt wird und die Kochung ausdrücklich ohne Auswaschen weiterverarbeitet werden soll. Das Auswaschen des Stoffes ist nun wiederum aus den beiden bereits erwähnten Literaturstellen, deutsche Patentschrift 599 880 und Rossignoli, bekannt, jedoch gelten die obenerwähnten Unterscheidungsmerkmale zwischen den genannten Literaturstellen und der Erfindung auch hier. Aus der beigischen Patentschrift 422 501 ist es bekannt, einen mit Kalk gekochten Stoff mit Mineralsäure auf einen sauren PH-Wert einzustellen. Es ist nun weder die Zusammensetzung der Kochflüssigkeit angegeben, die sie bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben soll, noch das Auswaschen vor dem Ansäuern, das nur in dieser Reihenfolge den gewünschten Effekt gibt. Man hat zwar bei der Herstellung gelehnter Papiere in schwach saurem Medium gearbeitet, pH 5 bis 6 (vgl. »Der Papierfabrikant«, Jg. 1928, technischer Teil, S. 148 bis 430), aber hier ist das Ansäuern ein für die Füllstoffausbeute bei der Herstellung gefüllter Papiere wichtig, und daher konnte der Fachmann davon keine Schlüsse auf die Herstellung eines nicht gefüllten Strohstoffes ziehen. Schließlich ist es aus der USA.-Patentschrift 1 746 451 bekannt, einen alkalisch, beispielsweise mit Kalk gekochten Stoff zunächst anzusäuern und dann auf Phenolphthaleinalkalität einzustellen. Bei allen diesen Verfahren erhält man aber nicht die guten Ergebnisse wie bei der erfindungsgemäßen Kombination aus Zusammensetzung und Menge der Lauge, Kochbedingungen und Art der Aufarbeitung, die allein als Gegenstand der Erfindung angesehen wird. Nach der obenerwähnten Arbeit von Rossignoli, S. 452, linke Spalte, zweitletzter Absatz, wirkt sich jede Veränderung eines der für die Erzielung eines guten Ergebnisses notwendigen Faktoren im Endergebnis aus, und so konnte niemand vorhersehen, welche Bedingungen man bei jeder Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens anwenden mußte, um die angestrebten Stoffqualitäten zu erhalten. Aus diesem Grunde ist die Kombination von an sich bekannten Merkmalen als Erfindung anzusehen.

Die besseren Ergebnisse beim erfindungsgemäßen Verfahren sind aus den unten beschriebenen Vergleichsversuchen klar erkennbar. Die bei den verschiedenen

Versuchen angewandten Arbeitsbedingungen sind in der Tabelle ι zusammengestellt. Die Kochungen wurden, sofern nicht ausschließlich Kalk zum Aufschluß verwandt wurde, mit je ioo kg Roggenstrohhäcksel von 12 Gewichtsprozent Feuchtigkeit in einem rotierenden eisernen Scholz-Kocher von 2 m³ Inhalt durchgeführt, wobei mit direktem Dampf geheizt wurde. Der Kocher hatte die normale Wärmeisolation. Vor den Versuchen wurde die pro Stunde anfallende Kondenswassermenge durch einen Blindversuch bestimmt.

Der Aufschluß des Strohes mit Kalk ohne Zusatz anderer Chemikalien wurde in technischem Ausmaß unter Verwendung eines rotierenden Kochers durchgeführt; die in der Tabelle befindlichen Mengenangaben für die Chemikalien und das Wasser sind auf eine Strohmenge von 100 kg umgerechnet.

Das Verhältnis von Stroh, Lauge und der Chemikalienzusatz wurde stets so eingestellt, daß die Kondenswassermenge berücksichtigt war. Bei jedem Versuch wurde für eine ausreichende Verdrängung der Luft gesorgt. Bei der erfmdungsgemäßen Arbeitsweise rotierte der Kocher, wie im Beispiel angegeben, nur zeitweise, bei allen anderen Versuchen dauernd.

Soweit der Kocherstoff nicht ausgewaschen werden sollte, wurde dieser zunächst im Kollergang verarbeitet und dann nach Verdünnen auf eine Konzentration von etwa 3% Festsubstanz in den Holländer gegeben. Sollte der Kocherstoff aber ausgewaschen werden, so wurde dieser zunächst nach Verdünnung auf die angegebene Konzentration im Holländer kurz aufgeschlagen, dann auf der Nutsche abfiltriert und mit Wasser ausgewaschen. Der so erhaltene laugefreie Stoff wurde dann mit so viel Wasser versetzt, daß er für den Kollergang die richtige Konsistenz hatte und nach 30 Minuten langem Kollern (im Falle des Versuches nach der deutschen Patentschrift 599 880 war das Kollern wegen der Feinheit des Stoffes nicht erforderlich) in einer Konzentration von 3 °/₀ Festsubstanz 30 Minuten lang im Holländer verarbeitet. In allen Fällen wurde im Holländer ein Mahlgrad von 18 bis 20° Schopper-Riegler erreicht.

Eine Probe dieses Stoffes wurde dann auf die im Blattbildner notwendige Konzentration von etwa 3 g Feststoff pro 7 1 Wasser verdünnt. Die Herstellung der Blätter erfolgte in einem Blattbildner System Rapid-Cöthen. Für die Festigkeitsuntersuchungen an den Blättern, die in der Tabelle 2 zusammengestellt sind, wurden Blätter mit einem m²-Gewicht von 99 bis 101 g ausgesucht.

Bei den in der Tabelle 2 befindlichen Festigkeitsangaben bezieht sich der Berstdruck auf eine Prüffläche von 10 cm². Die Dauerbiegefestigkeit wurde bei einer Belastung von 500 g gemessen und die Schlagfestigkeit bei einer Belastung von 5 cm/kg. Die Steifigkeit gibt die Belastung bis zum Durchbiegen um 90⁰ an.

Die angegebenen Zahlenwerte stellen Durchschnittswerte aus je fünf bis zehn Einzeluntersuchungen dar, wobei ganz ausgefallene Werte bei der Errechnung der Durchschnittswerte nicht berücksichtigt wurden.

Beispiel

Ein normaler drehbarer Kugelkocher wird mit 170 bis 200 kg/m³ Kochervolumen an gehäckseltem lufttrockenem Weizen- oder Roggenstroh und einer Koch- g₀ lauge beschickt, deren Menge sich unter Berücksichtigung des Dampfzusatzes zur Strohmenge wie 1,6: 1 verhält. Sie enthält etwa 9 °/₀ Natriumsulfit und 1,8 % Ätznatron oder etwa 6,6 % Natriumbisulfit und 4,3 % Ätznatron, auf lufttrockenes Stroh berechnet. Das Anheizen des Kocherinhaltes erfolgt durch Einleiten von direktem Dampf bis zu einem Druck von 4,5 Atm. Unter diesem Druck wird dann 5^x/₂ Stunden gekocht. Die ersten 2¹Z₂ Stunden über erfolgt ständige Drehbewegung des Kochers. Er wird dann stillgesetzt und macht für die restliche Kochzeit nur alle halbe Stunde

Tabelle

Arbeitsbedingungen beim Aufschluß des Strohes und bei der Weiterverarbeitung des Stoffes zu den Versuchsblättern

Verfahren

Deutsches Patent 122 172

Belgisches Patent 422 501

USA.-Patent	Deutsches	Müller Mono-	Austra lisches
1 746 451		sulfit-	Patent
		verfahren	104 373
	i4kg	IO kg	6 kg
—	2 kg	4 kg	—
10 kg	I kg	—	4,5 kg
—	—	—	0,29 kg
140 kg	234 kg	236 kg	189 kg
ι: 1,6	i:2,5	1:2,5	ι: 2,0
151⁰C	170⁰C	170⁰C	i33°C
4 atü	7,1 atü	7,1 atü	2,0 atü
5h	5h	5h	4h
nein	ja	ja	nein
verd.H₂SO₄	nein	nein	nein
5	—	—	—
verd.NaOH	—	—	—
IO	—	—	—

Hilpert und Mitarbeiter

Na₂SO, ·

NaOH

CaO

Eisenphenolat

Wasser einschließlich Kondenswasser

Verhältnis Stroh zu Lauge ...

Aufschlußtemperatur

Aufschlußdruck

Aufschluß dauer

Auswaschen

Ansäuern

pH-Wert der Pulpe

Nach Ansäuern behandeln mit.
PH-Wert der Pulpe

g kg

143 kg 1:1,6 I55°C 4.5 atü 5,5 h

ja

verd.HCl 5,5

10 kg

137 kg

ι: 1,6

151⁰C

4 atü

5h

nein

verd. H₂SO₄ 6 bis 6,6 12 kg
2 kg

286 kg 160⁰C

5,3 atü 6 h

nein

Tabelle 2
Ergebnisse der Untersuchungen an den Versuchsblättern

Verfahren	Dicke μ	Berst druck kg/cm²	Reiß festig keit kg	Reiß länge m	Deh nung 7o	Fal zungen	Dauer- biege- festig- keit	Schlag festig keit cm· kg	Durch- reiß- festig- keit cm· g/cm	Stei fig keit g
Deutsches Patent 122 172 Belgisches Patent 422 501 USA.-Patent 1 746 451 Deutsches Patent 599 880 Müller Monosulfitverfahren,... Australisches Patent 104 373.... Hilpert und Mitarbeiter	l68 202 212 185 275 162	2,91 1,36 1,13 1.93 1,82 1,09 1,90	5,6 3,9 3.5 5,2 3,6 5,2	37ΟΟ 2580 2360 349° 2760 2365 3460	1,9 1,5 1,5 3,1 2,2 i,3 2,5	573 5 4 88 40 18 53	930 19 18 487 155 180 363	1,52 0,72 O,6l ■ 1.57 1.30 o,57 i,45	112 S₄ 8l IO8 IO4 II3 IO8	33,9 25,8 26,2 22 23 26 24,6

eine Umdrehung. Nach beendeter Kochzeit wird der Kocher abgeblasen und entleert. Das Kochgut wird dann mit Wasser ausgewaschen. Dieses Waschwasser wird zum Ansetzen neuer Kochlauge wieder verwendet. Das gewaschene Produkt wird darauf im Holländer durch vorsichtigen Zusatz von Salzsäure auf einen PH-Wert von 5,5 gebracht. Das so gewonnene Erzeugnis wird nun ohne Schwierigkeit auf der Kartonmaschine verarbeitet. Der in einer Ausbeute von 62%, bezogen auf lufttrockenes Stroh, anfallende Karton von sehr heller Farbe hat bei einer Stärke von 0,4 mm ein Gewicht von 360 g/m² und einen Wassergehalt von 8 %. Seine Berstfestigkeit beträgt gerillt etwa 4,1, ungerillt etwa 4,5, seine Reißlänge .gerillt längs etwa 3900, quer etwa 2650, ungerillt längs etwa 4250, quer etwa 2750.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur Herstellung von Karton aus dem Material einjähriger Pflanzen, insbesondere Stroh, dadurch gekennzeichnet, daß man das Material, insbesondere Stroh, durch eine Kochung mit einer Lauge aus, auf lufttrockenes Ausgangsmaterial berechnet, 5 bis ii°/o Natriumsulfit und 0,5 bis 3% Ätznatron oder 3,5 bis 8% Natriumbisulfit und 2 bis 6 % Ätznatron und Wasser in etwa I¹/₂facher Menge des verwendeten Ausgangsmaterials unter zeitweiligem Umwälzen des Gutes bei einem Druck von 3 bis 6 Atm. 4 bis 7 Stunden aufschließt, darauf mit Wasser auswäscht, das aufgeschlossene Gut im

Holländer durch Säurezusatz auf einen pn-Wert von 5 bis 6 bringt und das Erzeugnis in bekannter Weise auf Karton verarbeitet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 122172, 203 230, 309 181, 309 236, 375 035, 388 998, 397 927, 599 880; belgische Patentschrift Nr. 422 501;

australische Patentschriften Nr. 104 373 und deren Referat im Chemischen Centralblatt, 1939, Bd. I, S. 290; 104 388 und deren Referat - im Chemischen Centralblatt, 1939, Bd. I, S. 291;

USA.-Patentschriften Nr. 1746 451, 1787953, 2234188;

Friedrich Müller: Die Papierfabrikation und deren Maschinen, 2. Auflage, 1931, Bd. I, S. 77; 3. Auflage, 1940, Bd. I, S. 69 bis 70, 75, 78 bis 79, 89 bis 90, 140 bis 141, 504, 507, 521;

Ullmann: Enzyklopädie der technischen Chemie, 2. Auflage, 1932, Bd. IX, S. 731 bis 732;

Technik und Praxis der Papierfabrikation, Berlin, Bd. I, i. Teil, S. 235 bis 236; Bd. I, 2. Teil, S. 255ff.; Cellulosechemie, Jahrgang 1933,- S. 33 bis 40; Zellstoff und Papier, Jahrgang 1936, S. 217 bis 218;

Der Papierfabrikant, Jahrgang 1927, Jubiläumsheft, S. 96; Jahrgang 1928, Technischer Teil, S. 148, 430; Paper Trade Journal, Jahrgang 1925 vom 3. 9. 1925, S. 59 bis 62, Jahrgang 1928 vom 18.10. 1928, S. 47 bis 50;

L'Industria della Carta, Jahrgang 1938, S. 451 bis 456.