EP4029985A1 - Verfahren zur herstellung eines faserstoffgemischs - Google Patents

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EP4029985A1
EP4029985A1 EP21151477.3A EP21151477A EP4029985A1 EP 4029985 A1 EP4029985 A1 EP 4029985A1 EP 21151477 A EP21151477 A EP 21151477A EP 4029985 A1 EP4029985 A1 EP 4029985A1
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EP
European Patent Office
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plant material
digestion
mixture
paper
ensiling
Prior art date
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Pending
Application number
EP21151477.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Metzler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energiepark Hahnennest & CoKg GmbH
OutNature GmbH
Original Assignee
Energiepark Hahnennest & CoKg GmbH
OutNature GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energiepark Hahnennest & CoKg GmbH, OutNature GmbH filed Critical Energiepark Hahnennest & CoKg GmbH
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    • 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
    • D21C1/06—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting with alkaline reacting compounds
    • 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
    • D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/02—Pulping cellulose-containing materials with inorganic bases or alkaline reacting compounds, e.g. sulfate processes
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    • D21C3/02—Pulping cellulose-containing materials with inorganic bases or alkaline reacting compounds, e.g. sulfate processes
    • D21C3/026—Pulping cellulose-containing materials with inorganic bases or alkaline reacting compounds, e.g. sulfate processes in presence of O2, e.g. air
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    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
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    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/16—Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/12—Pulp from non-woody plants or crops, e.g. cotton, flax, straw, bagasse

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fibrous material mixture from which paper can preferably be produced.
  • Fibrous mixtures for papermaking are known from the prior art. Furthermore, it is known from the prior art to produce paper for packaging, for example, from the silphie (Silphium perfoliatum), which has previously been converted into a fibrous material mixture.
  • silphie Silphium perfoliatum
  • the object of the present invention is to provide an improved mixture of fibers.
  • the fibrous mixture is preferably used to produce paper, paperboard or cardboard.
  • the fibrous mixture is preferably used for papermaking. If "paper” is mentioned below, it should also include cardboard and cardboard.
  • the fibrous material mixture can also be used to produce composite materials based on paper, paperboard and/or cardboard, such composite materials containing other materials in addition to paper, paperboard and/or cardboard Materials such as plastic or metal foils may include.
  • the fibrous material mixture can also be used to produce fiber cast parts or fiber molded parts.
  • the preservation can be done, for example, by drying or ensiling.
  • Preservation by ensiling is preferred.
  • the preservation can include ensiling or, which is preferred, exclusively by means of ensiling.
  • the plant material is preserved by lactic acid fermentation.
  • Ensiling is known from the prior art.
  • the chemical reactions that take place during ensiling can already partially chemically convert the plant material. Fiber-forming macromolecule structures can thus be at least partially disintegrated.
  • Such an at least partially chemical reaction has the effect that the subsequent digestion, which preferably takes place purely mechanically and/or physically, is quicker and easier to achieve.
  • complete mechanical and/or physical digestion without prior ensiling is also possible.
  • the plant providing the plant material may be, for example, an annual, biennial or perennial non-woody plant.
  • Non-woody plants are also known as herbaceous plants.
  • the plant material is obtained from the plant by harvesting, mowing or the like.
  • the plant material is preferably comminuted before or after the preservation, usually in any case before the digestion. This can be done using known crushing devices such as choppers. If the method includes preservation by ensiling, comminution preferably takes place before ensiling.
  • the disruption preferably takes place exclusively physically and/or mechanically.
  • the disruption does not include a chemical disruption step.
  • the pulping does not require chemical pulping processes such as the sulfite or sulfate process.
  • a chemical breakdown occurring during ensiling in the sense of a partial conversion of the plant material by the bacteria present in the silage is not excluded within the scope of the present invention.
  • chemical digestion is not usually understood to mean ensiling, but rather one of the above-mentioned processes using chemical digestion agents. A microbiological conversion of the plant material is therefore not to be regarded as a chemical digestion within the scope of the present invention. Rather, chemical digestion is understood to mean digestion with the addition of certain chemicals.
  • a plant material mixture is preferably understood to mean an aqueous suspension of the plant material, which can be produced in many ways.
  • the plant material can be converted into an aqueous suspension and thus into a plant material mixture by mixing it with water, which may contain additives. If the plant material was preserved by ensiling, the plant material can already be converted into a plant material mixture by ensiling. In this case, the production of the plant material mixture and the preservation take place in the same step. However, water is usually added to the plant material (mixture) after ensiling.
  • the addition of at least water and/or steam as part of the digestion which can be designed, for example, as a steam digestion process (steam explosion) or can at least include a steam digestion step, can cause the plant material to be converted into a plant material mixture.
  • the steam digestion process is known from the prior art.
  • the plant material can be fed directly to the steam digestion process after ensiling, but sometimes it is necessary to add water, in particular. If the plant material has been preserved by drying, the plant material is preferably rehydrated before the steam digestion process.
  • the alkalizing agent can be added before, during or after the digestion.
  • Known alkalizing agents such as burnt lime (CaO), caustic soda (NaOH), caustic potash (KOH), calcium hydroxide (Ca(OH)2), calcium carbonate (CaCO3), calcium hydrogen carbonate (Ca(HCO3)2) or the like can be used as the alkalizing agent.
  • bases or basic-acting substances for example, which increase the pH value, can be considered as alkalizing agents.
  • the alkalizing agents only cause an increase in the pH value and are intended to reduce the odor of the paper, which can be produced from the fiber mixture.
  • the alkalizing agents do not, or at least not significantly, contribute to the breakdown of the plant material.
  • the above-mentioned alkalizing agents can be used as aqueous solutions.
  • a pH of the plant material mixture is adjusted to a value between 6.0 and 8.0, more preferably between 6.5 and 7.8.
  • the addition of the alkalizing agent in particular the adjustment of the pH to the aforementioned ranges, prevents or at least greatly reduces an unpleasant odor in the paper produced from the fiber mixture.
  • Papers that are made from a mixture of fibrous materials as described above are often used to package fruit and vegetables, for example in retail, in a manner that is as resource-efficient as possible. It is often not possible to prevent the paper from absorbing a certain amount of moisture from the fruit or vegetables. It has been found that without the addition of the alkalizing agent according to the invention, the paper sometimes smells unpleasantly, the unpleasant smell occurring more intensely when the paper becomes damp. This is especially true when the pH of the plant material mixture is below 6.5 and especially when the pH is below 6.0.
  • the unpleasant odor can be caused by just getting wet.
  • the paper absorbs organic acids from fruit, for example, which in turn could convert acid anions present in the paper into the corresponding acids, which—in protonated form—spread a stronger, unpleasant odor.
  • the alkalization according to the invention counteracts both of the mechanisms described above.
  • lactic acid that is primarily produced during ensiling does not have an unpleasant odor of its own.
  • ensiling usually does not involve pure lactic acid fermentation, because even if the ensiling process is successful, at least small amounts of acetic acid, sometimes butyric acid, valeric acid and other carboxylic acids are formed.
  • the aforementioned carboxylic acids have a very unpleasant smell. If ensiling does not proceed optimally, large quantities of the aforementioned unpleasant-smelling carboxylic acids are often produced.
  • the aforementioned carboxylic acids could not be completely removed from the pulp mixture even by appropriate washing steps. A certain proportion of the carboxylic acids always remained in the paper. However, as long as the paper remained dry, there was usually no odor to be detected. However, when the paper became wet, an unpleasant odor was noticed. However, it was surprisingly found that by adding the alkalizing agent to the plant material, to the plant material mixture or to the fibrous material mixture, the unpleasant odor of the paper that has become damp could be greatly reduced or even prevented. This applied in particular to the pH ranges mentioned above. It can be assumed that only the protonated acid, if it remains in the fiber mixture and is therefore also contained in the paper, spreads the unpleasant odor after it has become wet.
  • the alkalization therefore means that the carboxylic acids or carboxylic acid anions present as salts rather than in protonated form do not emit an unpleasant odor or at least spread a significantly less unpleasant odor when the paper becomes damp.
  • the plant material, the plant material mixture or the fibrous material mixture preferably has a pH of over 6.0, particularly preferably over 6.5 or even over 6.8. Above pH 6.5, a very strong reduction, at a pH value of more than 6.8 in most cases even an elimination of the unpleasant odor could be determined, even when the paper became very damp.
  • the pH should preferably remain below an upper limit of 8.0, preferably below 7.8.
  • 8.0 preferably below 7.8.
  • a lime odor was found in the paper, which can also be perceived as annoying.
  • the amount of alkalizing agent to be added should of course be kept as low as possible in order to conserve resources and because the paper should not have an alkaline effect after it has been moistened.
  • Another source of unpleasant-smelling carboxylic acids is digestion, which usually takes place at high temperatures, so that, for example, the group of reactions known as the “Maillard reaction” can take place.
  • caramelization processes can also take place.
  • the carboxylic acids produced in the Maillard reaction and in the caramelization processes can also be "defused" by adding the alkalizing agent and using the mechanism of action described above with regard to odor generation.
  • the plant material used in the context of the present invention is selected from the group comprising the perennial silphium, herbaceous sweet grasses of the genus Miscanthus, representatives of the genus hops (Humulus), representatives of the genus nettles (Urtica) and representatives of the banana family (Musaceae).
  • the streaky silphie is particularly preferred here.
  • the plant material can also be a mixture comprising at least one of the aforementioned plants.
  • the advantage of the streaky silphie is that it is easy to grow, harvest and process, is suitable for ensiling and is a good raw material for high-quality paper.
  • the digestion can include a steam digestion step.
  • the digestion preferably consists of a steam digestion. This process, also called “steam explosion”, is known to work purely physically, but is sometimes also classified as physical-mechanical.
  • An oxidizing agent may be added to the plant material mixture or the fiber mixture.
  • the oxidizing agent is preferably added after the digestion.
  • hydrogen peroxide or ammonium peroxodisulfate (NH4)2S2O8) come into consideration.
  • the amount of oxidizing agent to be added can be determined experimentally and thus kept as small as possible.
  • the oxidizing agent serves to oxidatively destroy any substances with an unpleasant odor remaining in the fiber mixture and thus also in the paper.
  • carboxylic acids mentioned above other unpleasant-smelling substances can be produced both during ensiling and in the Maillard reaction.
  • the adjustment of the pH value is particularly advantageous because hydrogen peroxide oxidizes unpleasant-smelling substances less efficiently at low pH values.
  • the fibrous mixture can be used to produce paper, cardboard or paperboard, preferably paper.
  • the production of the paper from the fibrous material mixture produced according to the invention can be carried out in a known manner.
  • the pulping step for example a steam explosion step, can be followed, for example, by treatment in a pulper known from paper production.
  • the subsequent papermaking steps are known in the prior art.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Faserstoffgemischs soll folgende Schritte umfassen: Konservierung eines Pflanzenmaterials einer nicht verholzenden Pflanze, mechanischer und / oder physikalischer Aufschluss des Pflanzenmaterials, Herstellung eines Pflanzenmaterial-Gemischs, wobei dem Pflanzenmaterial vor oder nach dem Aufschluss ein Alkalisierungsmittel und nach dem Aufschluss optional ein Oxidationsmittel zugegeben wird.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserstoffgemischs, aus dem vorzugsweise Papier hergestellt werden kann.
    • Stand der Technik
  • Faserstoffgemische für die Papierherstellung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, Papier für beispielsweise Verpackungen aus der Durchwachsenen Silphie (Silphium perfoliatum) herzustellen, welche zuvor in ein Faserstoffgemisch überführt wurde.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Faserstoffgemisch zur Verfügung zu stellen.
    • Lösung der Aufgabe
  • Zur Lösung der Aufgabe führt der Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung eines Faserstoffgemischs umfasst folgende Schritte:
    • Konservierung eines Pflanzenmaterials einer nicht verholzenden Pflanze,
    • mechanischer und / oder physikalischer Aufschluss des Pflanzenmaterials,
    • Herstellung eines Pflanzenmaterial-Gemischs,
    • wobei dem Pflanzenmaterial vor oder nach dem Aufschluss ein Alkalisierungsmittel zugegeben wird.
  • Die Reihenfolge der Schritte kann variieren, was nachstehend näher erläutert wird. Allerdings folgt die meist nach einer Ernte stattfindende Konservierung stets vor dem Aufschluss.
  • Das Faserstoffgemisch dient vorzugsweise der Herstellung von Papier, Pappe oder Karton. Vorzugsweise dient das Faserstoffgemisch gemäss der vorliegenden Erfindung der Papierherstellung. Ist im Folgenden von "Papier" die Rede, sollen jedoch jeweils auch Pappe und Karton umfasst sein. Das Faserstoffgemisch kann jedoch auch der Herstellung von Verbundwerkstoffen auf der Basis von Papier, Pappe und/oder Karton dienen, wobei solche Verbundwerkstoffe neben Papier, Pappe und/oder Karton noch andere Materialien wie beispielsweise Kunststoff- oder Metallfolien umfassen können. Das Faserstoffgemisch kann auch zur Herstellung von Fasergussteilen oder Faserformteilen verwendet werden.
  • Die Konservierung kann beispielsweise durch Trocknung oder Silieren erfolgen. Die Konservierung durch Silieren ist bevorzugt. Die Konservierung kann hierbei ein Silieren umfassen oder, was bevorzugt ist, ausschliesslich mittels Silieren erfolgen.
  • Beim Silieren wird das Pflanzenmaterial durch Milchsäuregärung haltbar gemacht. Das Silieren ist aus dem Stand der Technik bekannt. Durch die beim Silieren ablaufenden chemischen Reaktionen kann das Pflanzenmaterial bereits teilweise chemisch umgesetzt werden. Faser-bildende Makromolekül-Strukturen können also zumindest teilweise desintegriert werden. Eine derartige zumindest teilweise chemische Umsetzung bewirkt, dass der sich anschliessende Aufschluss, welcher bevorzugt rein mechanisch und/oder physikalisch abläuft, schneller und einfacher gelingt. Natürlich ist auch ein vollständiger mechanischer und/oder physikalischer Aufschluss ohne ein vorheriges Silieren möglich.
  • Die Pflanze, welche das Pflanzenmaterial liefert, kann beispielsweise eine ein- zwei- oder mehrjährige nicht verholzende Pflanze sein. Nicht verholzende Pflanzen werden auch als krautige Pflanzen bezeichnet.
  • Durch Ernten, Mähen oder dergleichen wird das Pflanzenmaterial aus der Pflanze gewonnen. Vorzugsweise erfolgt vor oder nach der Konservierung, meist jedenfalls vor dem Aufschluss ein Zerkleinern des Pflanzenmaterials. Dies kann durch bekannte Zerkleinerungs-Apparate wie Häcksler geschehen. Umfasst das Verfahren die Konservierung durch Silieren, so erfolgt vor dem Silieren vorzugsweise ein Zerkleinern.
  • Der Aufschluss erfolgt vorzugsweise ausschliesslich physikalisch und/oder mechanisch. Insbesondere umfasst der Aufschluss also keinen chemischen Aufschluss-Schritt. Beispielsweise kommt der Aufschluss ohne chemische Aufschluss-Verfahren wie beispielsweise das Sulfit- oder das Sulfat-Verfahren aus. Ein beim Silieren auftretender chemischer Aufschluss im Sinne einer teilweisen Umsetzung des Pflanzenmaterials durch die in der Silage anwesenden Bakterien ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht ausgeschlossen. Üblicherweise wird in der Papiertechnik unter einem «chemischen Aufschluss» jedoch nicht das Silieren, sondern eines der o.g. Verfahren unter Einsatz chemischer Aufschluss-Mittel verstanden. Eine mikrobiologische Umsetzung des Pflanzenmaterials ist also im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht als chemischer Aufschluss anzusehen. Unter chemischem Aufschluss wird vielmehr ein Aufschluss unter der Zugabe von bestimmten Chemikalien verstanden.
  • Unter einem Pflanzenmaterial-Gemisch wird vorzugsweise eine wässrige Suspension des Pflanzenmaterials verstanden, welche auf vielerlei Weise hergestellt werden kann. Beispielsweise kann das Pflanzenmaterial durch Vermischen mit Wasser, welches ggf. Zusatzstoffe enthält, in eine wässrige Suspension und somit in ein Pflanzenmaterial-Gemisch überführt werden. Wurde das Pflanzenmaterial durch Silieren konserviert, so kann das Pflanzenmaterial bereits durch das Silieren in ein Pflanzenmaterial-Gemisch überführt werden. In diesem Fall erfolgen die Herstellung des Pflanzenmaterial-Gemischs und die Konservierung also im selben Schritt. Meist wird jedoch dem Pflanzenmaterial(gemisch) nach dem Silieren noch Wasser zugegeben. Ferner kann auch die Zugabe von zumindest Wasser und/oder Dampf im Rahmen des Aufschlusses, der beispielsweise als Dampfaufschluss-Verfahren (steam explosion) ausgestaltet sein kann oder jedenfalls einen Dampfaufschluss-Schritt umfassen kann, die Überführung des Pflanzenmaterials in ein Pflanzenmaterial-Gemisch bewirken. Das Dampfaufschluss-Verfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt.
  • In manchen Fällen kann das Pflanzenmaterial nach dem Silieren unmittelbar dem Dampfaufschluss-Verfahren zugeführt werden, manchmal ist aber auch eine Zugabe, insbesondere von Wasser, nötig. Wurde das Pflanzenmaterial durch Trocknen haltbar gemacht, so erfolgt vor dem Dampfaufschluss-Verfahren vorzugsweise ein Re-Hydrieren des Pflanzenmaterials.
  • Nach dem Aufschluss und der Zugabe des Alkalisierungsmittels wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht mehr von einem Pflanzenmaterial-Gemisch, sondern von einem Faserstoffgemisch gesprochen.
  • Die Zugabe des Alkalisierungsmittels kann vor, während oder nach dem Aufschluss erfolgen. Als Alkalisierungsmittel kommen bekannte Alkalisierungsmittel wie Branntkalk (CaO), Natronlauge (NaOH), Kalilauge (KOH), Calciumhydroxid (Ca(OH)2), Calciumcarbonat (CaCO3), Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2) oder dergleichen in Betracht. Im Allgemeinen kommen als Alkalisierungsmittel also beispielsweise Basen oder basisch wirkende Stoffe in Betracht, welche den pH-Wert erhöhen. Die Alkalisierungsmittel bewirken hierbei lediglich eine Erhöhung des pH-Werts und sollen den Geruch des Papiers reduzieren, welches aus dem Faserstoffgemisch hergestellt werden kann. Die Alkalisierungsmittel tragen nicht oder jedenfalls nicht signifikant zum Aufschluss des Pflanzenmaterials bei. Die o.g. Alkalisierungsmittel können als wässrige Lösungen eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise wird ein pH-Wert des Pflanzenmaterial-Gemischs auf einen Wert zwischen 6,0 und 8,0, noch bevorzugter zwischen 6,5 und 7,8 eingestellt.
  • Es wurde überraschend gefunden, dass die Zugabe des Alkalisierungsmittels, insbesondere die Einstellung des pH-Werts auf die vorgenannten Bereiche, einen unangenehmen Geruch des aus dem Faserstoffgemisch hergestellten Papiers verhindert oder zumindest stark reduziert.
  • Papiere, die aus einem oben beschriebenen Faserstoffgemisch hergestellt sind, dienen oftmals dazu, Obst und Gemüse beispielsweise im Einzelhandel auf möglichst ressourcen-schonende Weise zu verpacken. Hierbei lässt sich oftmals nicht verhindern, dass das Papier eine gewisse Menge an Feuchtigkeit aus dem Obst oder Gemüse aufnimmt. Es wurde gefunden, dass das Papier ohne die erfindungsgemässe Zugabe des Alkalisierungsmittels manchmal unangenehm riecht, wobei der unangenehme Geruch verstärkt auftritt, wenn das Papier feucht wird. Dies gilt insbesondere, wenn der pH-Wert des Pflanzenmaterial-Gemischs unterhalb von 6,5 und ganz besonders, wenn der pH-Wert unterhalb von 6,0 liegt.
  • Es wurde beobachtet, dass der unangenehme Geruch allein durch das Feuchtwerden entstehen kann. Ferner ist es auch denkbar, dass das Papier organische Säuren aus beispielsweise Obst aufnimmt, was wiederum im Papier vorhandene Säure-Anionen in die korrespondierenden Säuren umwandeln könnte, welche - in protonierter Form - einen stärkeren unangenehmen Geruch verbreiten. Die erfindungsgemässe Alkalisierung wirkt beiden vorbeschriebenen Mechanismen entgegen.
  • Es wurde ferner gefunden, dass zwei Verfahrensschritte den unangenehmen Geruch des Papiers bewirken: Das Silieren und der Aufschluss.
  • Die beim Silieren vornehmlich entstehende Milchsäure hat keinen unangenehmen Eigengeruch. Allerdings läuft beim Silieren meist keine reine Milchsäure-Gärung ab, weil selbst bei einem gelungenen Silierungs-Prozess meist zumindest kleine Mengen Essigsäure, manchmal auch Buttersäure, Valeriansäure und andere Carbonsäuren gebildet werden. Im Gegensatz zur Milchsäure haben die vorgenannten Carbonsäuren einen sehr unangenehmen Geruch. Verläuft das Silieren nicht optimal, entstehen oft grosse Mengen der vorgenannten unangenehm riechenden Carbonsäuren.
  • Auch durch entsprechende Wasch-Schritte konnten die vorgenannten Carbonsäuren nicht vollständig aus dem Faserstoffgemisch entfernt werden. Es verblieb stets ein gewisser Anteil der Carbonsäuren im Papier. So lange das Papier trocken blieb, war jedoch meist noch kein Geruch festzustellen. Wurde das Papier jedoch feucht, so wurde ein unangenehmer Geruch bemerkt. Es wurde jedoch überraschend gefunden, dass durch Zugabe des Alkalisierungsmittels zum Pflanzenmaterial, zum Pflanzenmaterial-Gemisch oder zum Faserstoffgemisch der unangenehme Geruch des feucht gewordenen Papiers stark reduziert oder sogar verhindert werden konnte. Dies galt insbesondere für die oben genannten pH-Bereiche. Es ist anzunehmen, dass nur die protonisiert vorliegende Säure, wenn sie im Faserstoffgemisch verbleibt und somit auch im Papier enthalten ist, nach dem Feuchtwerden den unangenehmen Geruch verbreitet. Dies gilt offenbar nicht für die nach der Erhöhung des pH-Werts überwiegend vorliegenden Säure-Anionen. Die Alkalisierung führt also dazu, dass die nicht in protonisierter Form, sondern als Salze vorliegenden Carbonsäuren bzw. Carbonsäure-Anionen keinen unangenehmen Geruch oder zumindest deutlich weniger unangenehmen Geruch verbreiten, wenn das Papier feucht wird.
  • Hierbei war es unerheblich, zu welchem Zeitpunkt das Alkalisierungsmittel zugegeben wurde.
  • Bevorzugt weist das Pflanzenmaterial, das Pflanzenmaterial-Gemisch oder das Faserstoffgemisch nach der Zugabe des Alkalisierungsmittels einen pH-Wert von über 6,0, besonders bevorzugt von über 6,5 oder sogar von über 6,8 auf. Oberhalb von pH 6,5 konnte eine sehr starke Reduktion, bei einem pH-Wert von mehr als 6,8 meist sogar eine Eliminierung des unangenehmen Geruchs festgestellt werden, selbst wenn das Papier sehr feucht wurde.
  • Abhängig vom Alkalisierungsmittel sollte der pH-Wert vorzugsweise unterhalb einer Obergrenze von 8,0, bevorzugt unterhalb von 7,8 bleiben. Bei pH-Werten oberhalb von 7,8 und insbesondere oberhalb von 8,0 wurde beispielsweise bei der Verwendung von Calciumoxid (CaO) als Alkalisierungsmittel ein Kalkgeruch des Papiers festgestellt, der ebenfalls als störend empfunden werden kann. Ferner soll natürlich die Menge des zuzugebenden Alkalisierungsmittels möglichst geringgehalten werden, um Ressourcen zu schonen und weil das Papier nach dem Feuchtwerde nicht basisch wirken soll.
  • Eine weitere Quelle für unangenehm riechende Carbonsäuren ist der Aufschluss, welcher in der Regel bei hohen Temperaturen erfolgt, so dass beispielsweise die als «Maillard-Reaktion» bekannt gewordene Gruppe von Reaktionen ablaufen kann. Ferner können auch Karamellisierungs-Prozesse ablaufen. Auch die in der Maillard-Reaktion und bei Karamellisierungs-Prozessen entstehenden Carbonsäuren können durch Zugabe des Alkalisierungsmittel und durch den oben beschriebenen Wirkmechanismus hinsichtlich der Geruchsentstehung «entschärft» werden.
  • Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Pflanzenmaterial ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Durchwachsene Silphie, krautige Süssgräser der Gattung Miscanthus, Vertreter der Gattung Hopfen (Humulus), Vertreter der Gattung Brennnesseln (Urtica) und Vertreter der Familie Bananengewächse (Musaceae). Die Durchwachsene Silphie ist hierbei besonders bevorzugt. Das Pflanzenmaterial kann auch ein Gemisch umfassend zumindest eine der vorgenannten Pflanzen sein. Vorteilhaft an der Durchwachsenen Silphie ist, dass sie einfach angebaut, geerntet und weiterverarbeitet werden kann, sich für das Silieren eignet und einen guten Rohstoff für hochwertiges Papier darstellt.
  • Wie bereits erwähnt kann der Aufschluss einen Dampfaufschluss-Schritt umfassen. Vorzugsweise besteht der Aufschluss aus einem Dampfaufschluss. Dieses auch «steam explosion» genannte Verfahren arbeitet bekanntermassen rein physikalisch, wird aber manchmal auch als physikalisch-mechanisch eingestuft.
  • Dem Pflanzenmaterial-Gemisch oder dem Faserstoff-Gemisch kann ein Oxidationsmittel zugegeben werden. Die Zugabe des Oxidationsmittels erfolgt vorzugsweise nach dem Aufschluss. Hierbei kommen beispielsweise Wasserstoffperoxid oder Ammoniumperoxodisulfat ((NH4)2S208) in Betracht. Die Menge des zuzugebenden Oxidationsmittels kann experimentell ermittelt und somit möglichst klein gehalten werden. Das Oxidationsmittel dient dazu, etwaige im Faserstoffgemisch und somit auch im Papier verbleibende Stoffe mit unangenehmem Geruch oxidativ zu zerstören. Sowohl beim Silieren als auch in der Maillard-Reaktion können nämlich neben den oben genannten Carbonsäuren weitere unangenehm riechende Stoffe entstehen.
  • Wird Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel verwendet, so ist die Einstellung des pH-Werts wie bereits beschrieben besonders vorteilhaft, weil Wasserstoffperoxid bei niedrigen pH-Werten unangenehm riechende Stoffe weniger effizient oxidiert.
  • Das Faserstoffgemisch kann zur Herstellung von Papier, Karton oder Pappe, vorzugsweise von Papier verwendet werden. Die Herstellung des Papiers aus dem erfindungsgemäss hergestellten Faserstoffgemisch kann hierbei auf bekannte Weise erfolgen. An den Aufschluss-Schritt, beispielsweise einen Steam-Explosion-Schritt, kann sich beispielsweise die Behandlung in einem aus der Papier-Herstellung bekannten Pulper anschliessen. Die sich daran anschliessenden Schritte zur Papier-Herstellung sind im Stand der Technik bekannt.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Faserstoffgemischs umfassend folgende Schritte:
    Konservierung eines Pflanzenmaterials einer nicht verholzenden Pflanze,
    mechanischer und / oder physikalischer Aufschluss des Pflanzenmaterials,
    Herstellung eines Pflanzenmaterial-Gemischs,
    wobei dem Pflanzenmaterial vor oder nach dem Aufschluss ein Alkalisierungsmittel zugegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Pflanzenmaterial-Gemischs vor oder nach dem Aufschluss auf 6,0 bis 8,0, vorzugsweise 6,5 bis 7,8 eingestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konservierung ein Silieren umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pflanzenmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend die Durchwachsene Silphie, krautige Süssgräser der Gattung Miscanthus, Vertreter der Gattung Hopfen, Vertreter der Gattung Brennnesseln und Vertreter der Familie Bananengewächse.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschluss einen Dampfaufschluss-Schritt umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pflanzenmaterial-Gemisch oder dem Faserstoffgemisch ein Oxidationsmittel zugegeben wird.
  7. Verfahren zu Herstellung von Papier, Karton oder Pappe, vorzugsweise von Papier, aus einem Faserstoffgemisch, welches gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde.
EP21151477.3A 2021-01-14 2021-01-14 Verfahren zur herstellung eines faserstoffgemischs Pending EP4029985A1 (de)

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