Verfahren zur Herstellung von Tissuepapier Process for the production of tissue paper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Tissuebahn, die aus einer Fasern umfassenden Stoffsuspension hergestellt wird.The invention relates to a method for producing a tissue web, which is produced from a fiber suspension comprising fibers.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Stoffsuspension zur insbesonderen Verwendung für die Herstellung von Tissuebahnen.The invention also relates to a process for the preparation of a stock suspension for the particular use for the production of tissue webs.
Tissueprodukte werden heute hauptsächlich aus Vollzellstoffen, bevorzugt Kraftzellstoffen hergestellt.Tissue products today are mainly produced from whole pulps, preferably kraft pulps.
Mechanisch hergestellte Faserstoffe finden nur begrenzt Einsatz, da hier die Vergilbungsneigung und die schlechten Festigkeiten der Stoffe einen breiten Einsatz verhindern.Mechanically produced fibrous materials are used only to a limited extent because the yellowing tendency and the poor strength of the substances prevent widespread use here.
Übliche Mischungsverhältnisse zwischen Langfaser- und Kurzfaserzellstoffen liegen im Bereich 50:50.Typical mixing ratios between long fiber and short fiber pulps are in the 50:50 range.
Die Porosität und die Permeabilität des Tissuepapiers werden entscheidend durch den Mahlgrad der Fasern in der Stoffsuspension bestimmt, aus der das Tissuepapier hergestellt wird.The porosity and permeability of the tissue paper are critically determined by the degree of freeness of the fibers in the stock suspension from which the tissue paper is made.
Hierbei bedingt ein hoher Mahlgrad einen hohen Feinstoffgehalt in der Suspension, was zu einer geringen Porosität und Permeabilität führt.In this case, a high freeness causes a high fines content in the suspension, resulting in a low porosity and permeability.
Des Weiteren bedingt ein hoher Mahlgrad einen hohen Wasser-Retentionswert für die Fasern der Stoffsuspension, wodurch das Tissuepapier bei dessen Herstellung schlecht entwässerbar ist.Furthermore, a high freeness causes a high water retention value for the fibers of the pulp suspension, whereby the tissue paper is poorly dewatered during its production.
Die schlechte Entwässerbarkeit hat bei hohen Maschinengeschwindigkeiten oft einen zu niedrigen Trockengehalt bei der Herstellung zur Folge.
So ist beispielweise vor dem Yankee-Trockenzylinder ein gewisser Trockengehalt notwendig, um ein Abheben der Tissuepapierbahn durch deren Kontakt mit der heißen Mantelfläche des Tissue-Trockenzylinders zu verhindern.The poor drainability often results in too low a dry content during production at high machine speeds. Thus, for example, a certain dry content is necessary in front of the Yankee drying cylinder in order to prevent lifting of the tissue paper web by its contact with the hot jacket surface of the tissue drying cylinder.
Außerdem muss die Tissuebahn reißfest sein.In addition, the tissue web must be tear-resistant.
Die Reißfestigkeit wird sowohl durch den Herstellungsprozess als auch durch den Mahlgrad der Fasern bestimmt. Zur Erhöhung der Reißfestigkeit muss das Tissuepapier bei seiner Herstellung verdichtet werden. Um eine hohe Reißfestigkeit zu erhalten, muss des Weiteren der Feinstoffanteil hoch sein.Tear resistance is determined by both the manufacturing process and the degree of beating of the fibers. To increase the tear strength, the tissue paper must be compacted during its production. Furthermore, in order to obtain a high tear strength, the fines content must be high.
Die Anforderungen an die Reißfestigkeit widersprechen so den Anforderungen an das Wasseraufnahmevermögen, die Saugfähigkeit und die Entwässerbarkeit.The requirements for tensile strength thus contradict the requirements for water absorption, absorbency and drainability.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Herstellung von Tissuepapier mit hohem spezifischem Volumen, möglichst hoher Reißlänge bei möglichst geringem Mahlgrad zu ermöglichen.The object of the invention is therefore to enable the production of tissue paper with a high specific volume, the highest possible tear length with the lowest possible degree of grinding.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stoffsuspension lignocellulosischen Faserstoff aus Holz oder Einjahrespflanzen enthält, der eine Reißlänge von mehr als 6,0 km bei 12 0SR oder eine Reißlänge von mehr als 7,5 km bei 15°SR und einen Ligningehalt von mindestens 15% bezogen auf den otro Faserstoff für Nadelholz im ungebleichten Zustand oder eine Reißlänge von mehr als 4,5 km bei 20 0SR und einen Ligningehalt von mindestens 12% bezogen auf den otro Faserstoff für Laubholz im ungebleichten Zustand oder eine Reißlänge von mehr als 3,5 km bei 20 0SR und einen Ligningehalt von mindestens 10% bezogen auf den otro Faserstoff für Einjahrespflanzen im ungebleichten Zustand aufweist.According to the invention, this object is achieved in that the pulp suspension contains lignocellulosic pulp of wood or annual plants having a tearing length of more than 6.0 km at 12 0 SR or a tearing length of more than 7.5 km at 15 ° SR and a lignin content of at least 15% in relation to otro pulp for unbleached softwood or a breaking length of more than 4,5 km at 20 0 SR and a lignin content of at least 12% related to the otro pulp for hardwood in the unbleached state or a breaking length of more than 3.5 km at 20 0 SR and a lignin content of at least 10% based on the otro pulp for annual plants in the unbleached state.
Die Fasern zeigen bereits bei einem gegenüber bisher eingesetzten Fasern weitaus geringerem Mahlgrad hohe Festigkeitswerte. Der erfindungsgemäße Faserstoff ist bereits bei niedrigem Mahlgrad und damit auch geringerem Aufwand an Mahlenergie in der Lage, eine gute Bindung an benachbarte Fasern aufzubauen.
Der Ligningehalt des ungebleichten Faserstoffs kann bei Nadelholz mit Vorteil mindestens 15%, vorzugsweise mindestens 18%, insbesondere mindestens 21% des otro Faserstoffs, bei Laubholz mindestens 12%, vorzugsweise mindestens 14%, insbesondere mindestens 16% des otro Faserstoffs und bei Einjahrespflanzen mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 12% und insbesondere mindestens 19% des otro Faserstoffs betragen.The fibers show high strength values even at a much lower degree of grinding compared with previously used fibers. The fibrous material according to the invention is able to build up a good bond to adjacent fibers even at a low degree of grinding and thus also less expenditure of grinding energy. The lignin content of the unbleached pulp may advantageously be at least 15%, preferably at least 18%, especially at least 21% of the otro pulp, in hardwood at least 12%, preferably at least 14%, especially at least 16% of the otro pulp and in annual plants at least 10% %, preferably at least 12% and in particular at least 19% of the otro pulp.
Je höher der Ligningehalt des Faserstoffs desto geringer sind die Verluste an Holzsubstanz beim Herstellen des Faserstoffs.The higher the lignin content of the pulp, the lower the losses of wood pulp in the manufacture of the pulp.
Dabei lassen sich durchaus auch höhere Festigkeitswerte erreichen. Daher sollte die Reißlänge für Nadelholz-Fasermasse bei 12 0SR größer als 7 km, vorzugsweise größer als 7,5 km und insbesondere größer als 8 km sein. Die Reißlänge für Nadelholz-Fasermasse bei 15 0SR sollte größer als 9 km, vorzugsweise größer als 9,5 km und insbesondere größer als 10 km sein.It is also possible to achieve higher strength values. Therefore, the breaking length for softwood fiber mass at 12 ° SR should be greater than 7 km, preferably greater than 7.5 km and in particular greater than 8 km. The tenacity for softwood fiber mass at 15 ° SR should be greater than 9 km, preferably greater than 9.5 km and in particular greater than 10 km.
Die Reißlänge für Laubholz-Fasermasse sollte bei einem Ligningehalt von zumindest 12% und einem Mahlgrad von 20 0SR größer als 6 km, vorzugsweise größer als 7 km und insbesondere größer als 7,5 km sein.The tensile for Hardwood pulp should be at a lignin content of at least 12% and a freeness of 20 SR 0 greater than 6 km, preferably greater than 7 kilometers and in particular greater than 7.5 km away.
Die Reißlänge für Einjahrespflanzen-Fasermasse sollte bei 20 0SR größer als 3,5 km, vorzugsweise größer als 4 km und insbesondere größer als 4,5 km sein.The tenacity for annual plant fiber mass should be greater than 3.5 km, preferably greater than 4 km and in particular greater than 4.5 km, at 20 ° SR.
Der erfindungsgemäße Faserstoff zeichnet sich jedoch nicht nur durch hohe Reißlängen aus. Vielmehr ist das Festigkeitsniveau insgesamt hoch.However, the fibrous material according to the invention is not only characterized by high breaking lengths. Rather, the strength level is high overall.
Wird der erfindungsgemäße Faserstoff einer Bleichbehandlung unterzogen, so verbessern sich die Fasereigenschaften erheblich. Die Bleichbehandlung ist für manche Anwendungen mit höheren Anforderungen an den Weißgrad erforderlich. Sie zielt aber auch auf die Einstellung und Verbesserung der Fasereigenschaften ab. Mit der Bleichbehandlung steigen die Reißlängen.
- A -If the pulp according to the invention is subjected to a bleaching treatment, the fiber properties improve considerably. Bleaching treatment is required for some applications with higher whiteness requirements. It also aims to adjust and improve fiber properties. The bleaching treatment increases the breaking lengths. - A -
So sollte die Stoffsuspension lignocellulosischen Faserstoff aus Holz oder Einjahrespflanzen enthalten, der eine Reißlänge von mehr als 7,5 km bei 15 0SR und einen Ligningehalt von mindestens 13% bezogen auf den otro Faserstoff für Nadelholz im gebleichten Zustand oder eine Reißlänge von mehr als 5,0 km bei 20 0SR und einen Ligningehalt von mindestens 10% bezogen auf den otro Faserstoff für Laubholz im gebleichten Zustand oder eine Reißlänge von mehr als 5,5 km bei 20 0SR und einen Ligningehalt von mindestens 10% bezogen aus den otro Faserstoff für Einjahrespflanzen im gebleichten Zustand aufweisen.Thus, the pulp suspension lignocellulosic pulp from wood or annual plants should contain, a tenacity of greater than 7.5 km at 15 0 SR and a lignin content of at least 13% based on the oven-dry pulp for softwood in the bleached state or a tenacity of greater than 5 , 0 km at 20 0 SR and a lignin content of at least 10% based on the otro pulp for hardwood in bleached condition or a breaking length of more than 5.5 km at 20 0 SR and a lignin content of at least 10% based on the otro pulp for annual plants in the bleached state.
Auch hier sind höhere Reißlängen von Vorteil.Again, higher tear lengths are beneficial.
So sollte die Reißlänge für Nadelholz-Fasermasse bei 15 0SR größer als 9 km, vorzugsweise größer als 10 km sein.Thus, the breaking length for softwood fiber mass at 15 ° SR should be greater than 9 km, preferably greater than 10 km.
Die Reißlänge für Laubholz-Fasermasse sollte bei 200SR größer als 5,5 und die Reißlänge für Einjahrespflanzen-Fasermasse sollte bei 25 0SR größer als 5 km, vorzugsweise größer als 5,5 km und insbesondere größer als 6 km sein.The tenacity for hardwood pulp should be greater than 5.5 at 20 ° SR and the tenacity for annual plant fiber mass at 25 ° SR should be greater than 5 km, preferably greater than 5.5 km, and more preferably greater than 6 km.
Um die Vorteile hinsichtlich eines hohen spezifischen Volumens und einer hohen Festigkeit bei möglichst geringem Mahlgrad optimal nutzen zu können, sollte die Stoffsuspension ausschließlich lignocellulosischen Faserstoff gemäß obiger Beschreibung enthalten.In order to make optimal use of the advantages in terms of a high specific volume and a high strength with the lowest possible freeness, the pulp suspension should contain exclusively lignocellulosic pulp as described above.
Für viele Anwendungen ist es aber ausreichend, wenn die Stoffsuspension nur zum Teil von derartigem lignocellulosischem Faserstoff gebildet wird. Dabei ist es von Vorteil, wenn zwischen 20 und 80%, vorzugsweise zwischen 30 und 50% des Faserstoffs der Stoffsuspension von lignocellulosischem Faserstoff gemäß obiger Beschreibung gebildet werden.For many applications, however, it is sufficient if the stock suspension is only partially formed by such lignocellulosic pulp. It is advantageous if between 20 and 80%, preferably between 30 and 50% of the pulp of the pulp suspension of lignocellulosic pulp are formed as described above.
Nach der Bildung einer Tissuebahn wird diese vorzugsweise in einem Entwässerungsschritt zwischen einem oberen, strukturierten und permeablen Band und zwischen einem unteren permeablen Band geführt, wobei entlang einer
Entwässerungsstrecke Druck auf das obere Band, die Tissuebahn und das untere Band ausgeübt wird.After the formation of a tissue web, it is preferably passed in a dewatering step between an upper, structured and permeable belt and between a lower permeable belt, along which Drainage section pressure is exerted on the upper band, the tissue web and the lower band.
Der dabei auf die Anordnung aus oberem Band, Tissuebahn und unterem Band ausgeübte Druck kann durch eine Gasströmung und/oder durch eine mechanische Presskraft bewirkt werden.The pressure exerted on the arrangement of upper band, tissue web and lower band pressure can be effected by a gas flow and / or by a mechanical pressing force.
Vorzugsweise wird bei einem Entwässerungsschritt zuerst das obere Band, dann die Tissuebahn und anschließend das untere Band von einem Gas durchströmt. Die Entwässerung findet hierbei in Richtung des unteren Bandes statt.Preferably, in a dewatering step, a gas flows through first the upper band, then the tissue web and then the lower band. The drainage takes place in the direction of the lower band.
Zusätzlich oder alternativ zur Gasdurchströmung kann es vorteilhaft sein, wenn bei dem Entwässerungsschritt die Anordnung aus oberem Band, Tissuebahn und unterem Band zumindest abschnittsweise zwischen einem unter Spannung stehenden Pressband und einer glatten Oberfläche geführt wird, wobei das Pressband auf das obere Band einwirkt und sich das untere Band auf der glatten Oberfläche abstützt.In addition or as an alternative to the gas flow, it may be advantageous if, in the dewatering step, the arrangement of upper belt, tissue web and lower belt is guided at least in sections between a tensioned press belt and a smooth surface, wherein the press belt acts on the upper belt and the lower band is supported on the smooth surface.
Vorzugsweise wird die Anordnung aus oberem Band, Tissuebahn und unterem Band zumindest abschnittsweise im Bereich der Entwässerungsstrecke von dem Gasstrom durchströmt, so dass die Entwässerung gleichzeitig durch die Presskraft des Pressbandes und die Durchströmung des Gases erfolgt.Preferably, the arrangement of upper belt, tissue web and lower belt is at least partially flowed through in the region of the dewatering section of the gas stream, so that the dewatering takes place simultaneously by the pressing force of the press belt and the flow of the gas.
Versuche haben gezeigt, dass der Gasstrom durch die Tissuebahn ca. 150 m3 pro Minute und Meter Länge entlang der Entwässerungsstrecke betragen sollte.Experiments have shown that the gas flow through the tissue web should be about 150 m 3 per minute and meter length along the drainage path.
Im Interesse einer ausreichenden Entwässerung der Tissuebahn sollte das Pressband unter einer Spannung von zumindest 30 kN/m, vorzugsweise wenigstens 60 kN/m und insbesondere 80 kN/m stehen.In the interests of adequate dewatering of the tissue web, the press belt should be under a tension of at least 30 kN / m, preferably at least 60 kN / m and in particular 80 kN / m.
Um sowohl eine gute Entwässerung der Tissuebahn durch die mechanische Spannung des Pressbandes als auch auf Grund des Gasstromes durch das
Pressband erzielen zu können, sollte das Pressband eine offene Fläche von mehr als 50% und eine Kontaktfläche von zumindest 15% haben.To both a good drainage of the tissue web by the mechanical tension of the press belt as well as due to the gas flow through the To achieve press belt, the press belt should have an open area of more than 50% and a contact area of at least 15%.
Die glatte Oberfläche wird vorzugsweise durch die Mantelfläche einer Walze gebildet. Die Erzeugung der Gasströmung kann mit Vorteil über eine Saugzone in der Walze und/oder über eine oberhalb des oberen Bandes angeordnete Überdruckhaube erfolgen.The smooth surface is preferably formed by the lateral surface of a roller. The generation of the gas flow can advantageously take place via a suction zone in the roll and / or via an overpressure hood arranged above the upper strip.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen, lignocellulosischem Faserstoff enthaltenden Stoffsuspension ist wesentlich, dass zumindest ein Suspensionsanteil aus Holz oder Einjahrespflanzen mit einem Ligningehalt von mindestens 15 % für Nadelholz und 12 % für Laubholz sowie 10 % für Einjahrespflanzen, jeweils bezogen auf die otro Fasermasse mit den folgenden Schritten hergestellt wird:In the preparation of the lignocellulosic pulp-containing pulp suspension according to the invention, it is essential that at least one suspension component of wood or annual plants with a lignin content of at least 15% for softwood and 12% for hardwood and 10% for annual plants, in each case based on the otro pulp with the following Steps is made:
- Herstellen einer Chemikalienlösung mit mehr als 5 % Chemikalien (berechnet als NaOH) für Nadelholz oder mit mehr als 3,5 % Chemikalien (berechnet als NaOH) für Laubholz oder mit mehr als 2,5 % Chemikalien (berechnet als NaOH), jeweils bezogen auf die otro Menge des eingesetzten Holzes,- Make a chemical solution with more than 5% chemicals (calculated as NaOH) for softwood or with more than 3.5% chemicals (calculated as NaOH) for hardwood or with more than 2.5% chemicals (calculated as NaOH), each purchased on the otro amount of wood used,
- Mischen der Chemikalienlösung mit dem Holz bzw. Einjahrespflanzen in einem vorgegebenen Flottenverhältnis,Mixing the chemical solution with the wood or annual plants in a predetermined liquor ratio,
- Erwärmen der Chemikalienlösung und des Holzes bzw. Einjahrespflanzen auf eine Temperatur über Raumtemperatur und anschließend entweder (1. Alternative)- Heating the chemical solution and the wood or annual plants to a temperature above room temperature and then either (1st alternative)
- Entfernen frei fließender Chemikalienlösung und - Aufschließen des Holzes bzw. Einjahrespflanzen in der Dampfphase oder (2. Alternative)- removal of free-flowing chemical solution and - digestion of the wood or annual plants in the vapor phase or (2nd alternative)
- Aufschließen des Holzes bzw. Einjahrespflanzen in Gegenwart der Chemikalienlösung in flüssiger Phase und- Harvesting the wood or annual plants in the presence of the chemical solution in the liquid phase and
- Separieren der frei fließenden Chemikalienlösung und des Holzes bzw. der Einjahrespflanzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass zur Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen höhere Chemikalienmengen eingesetzt werden als bisher üblich. Mehr als 5 % Chemikalien für Nadelholz liegen deutlich über den bisher üblichen Chemikalienmengen für die technische Faserstoff-Erzeugung, ebenfalls mehr als 3,5 % Chemikalien für Laubholz und 2,5 % für Einjahrespflanzen. Dieser hohe Chemikalieneinsatz erbringt Faserstoffe mit guter Ausbeute und exzellenten Festigkeitseigenschaften. So werden für Nadelholz bei Mahlgraden von nur 12 0SR bis 15 0SR Reißlängen von mehr als 8 km, aber auch Reißlängen von mehr als 9 km und mehr als 10 km gemessen. Für Laubhölzer werden bei nur 20 0SR Werte von mehr als 5 km, aber auch Reißlängen von mehr als 6 km und mehr als 7 km gemessen. Damit wird das gewünschte hohe Festigkeitsniveau erreicht.- Separating the free-flowing chemical solution and the wood or annual plants. The method according to the invention is based on the fact that higher quantities of chemicals are used for the production of high-yield fibers than has hitherto been customary. More than 5% of softwood chemicals are well above the hitherto common chemicals levels for engineering pulp production, also more than 3.5% for hardwood and 2.5% for annual plants. This high use of chemicals yields fibers with good yield and excellent strength properties. Thus, for softwood at grinding degrees of only 12 0 SR to 15 0 SR, breaking lengths of more than 8 km, but also breaking lengths of more than 9 km and more than 10 km are measured. For deciduous trees, values of more than 5 km, but also breaking lengths of more than 6 km and more than 7 km are measured at only 20 0 SR. This achieves the desired high level of strength.
Es ist als außerordentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, dass diese Festigkeitswerte bereits bei äußerst geringen Mahlgraden erreicht werden, wie sie bisher für Hochausbeute-Faserstoffe nicht verfügbar waren. Faserstoffe nach dem Stand der Technik zeigen bei Mahlgraden von 12 0SR bis 15 0SR für Nadelholz- Faserstoffe oder von 20 0SR für Laubholz ein nicht akzeptables Festigkeitsniveau. Bekannte Faserstoffe haben bei diesen niedrigen Mahlgraden bisher Fasern ergeben, die kein ausreichendes Bindungsvermögen aufgewiesen haben und die entsprechend keine ausreichenden Festigkeitseigenschaften für eine wirtschaftliche Verwendung solcher Faserstoffe geboten haben.It is to be regarded as an extraordinary advantage of the method according to the invention that these strength values are achieved even at extremely low degrees of grinding, which were previously unavailable for high-yield fibers. Fibrous materials according to the prior art exhibit an unacceptable level of strength at freenesses of 12 0 to 15 0 SR SR for softwood pulps or 20 0 SR for hardwood. Known pulps have so far yielded fibers at these low degrees of grinding which have not exhibited sufficient binding power and which accordingly have not provided sufficient strength properties for economical use of such fibers.
Als Einjahrespflanzen eignen sich insbesondere Bambus, Hanf, Reisstroh, Bagasse, Weizen, Miscanthus o. ä..Suitable annual plants are, in particular, bamboo, hemp, rice straw, bagasse, wheat, miscanthus or the like.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Faserstoffe weisen dagegen bereits bei Mahlgraden im Bereich von 12 0SR bis 15 0SR Reißlängen von mehr als 8 km bis zu 11 km und Durchreißfestigkeiten von mehr als 70 cN bis zu mehr als 110 cN auf, bezogen auf ein Blattgewicht von 100 g/m2. Diese geringen Mahlgrade werden überdies mit einem niedrigen spezifischen Bedarf an Mahlenergie erreicht, der für Nadelholz-Faserstoffe bei weniger als 500 kWh/t Faserstoff liegt, bei Laubholz-Faserstoffen kann der Bedarf an Mahlenergie sogar weniger als 300 kWh/t
Faserstoff betragen. Die Erkenntnis, dass das hohe Festigkeitsniveau bereits bei niedrigen Mahlgraden von 12 0SR bis 15 0SR für Nadelholz und bei 20 0SR für Laubholz und darunter erreicht wird, ist wesentlicher Teil der Erfindung.By contrast, the fibrous materials produced by the process according to the invention have tear lengths of more than 8 km up to 11 km and tear strengths of more than 70 cN up to more than 110 cN, even at degrees in the range from 12 ° SR to 15 ° SR Leaf weight of 100 g / m 2 . These low levels of grinding are moreover achieved with a low specific requirement of grinding energy, which is less than 500 kWh / t of pulp for softwood pulps, and in hardwood pulps the demand for grinding energy may even be less than 300 kWh / t Fibrous amount. The realization that the high level of strength is already achieved at low grinding degrees of 12 0 SR to 15 0 SR for softwood and 20 0 SR for hardwood and below, is an essential part of the invention.
Diese hohen Festigkeitswerte in Kombination mit niedrigen Mahlgraden sind für Faserstoffe mit einem Ligningehalt von mehr als 15 % für Nadelholz-Faserstoffe, von mehr als 12 % für Laubholz-Faserstoffe oder von mehr als 10 % für Einjahrespflanzen bisher nicht bekannt. Das hohe Festigkeitsniveau kann aber auch für Faserstoffe mit einem noch höheren Ligningehalt beibehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet zur Herstellung von Nadelholz-Faserstoffen mit einem Ligningehalt von mehr als 18 %, bevorzugt mehr als 21 %, vorteilhaft von mehr als 24 % bezogen auf die otro Fasermasse. Laubholz-Faserstoffe mit einem Ligningehalt von mehr als 14 %, bevorzugt mehr als 16 %, besonders bevorzugt mehr als 18 % sowie Einjahrespflanzen mit einem Ligningehalt von mehr als 10 %, bevorzugt mehr als 12 %, insbesondere mehr als 19 % können ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden und zeigen ein hohes Festigkeitsniveau.These high strength values combined with low levels of grinding are not yet known for pulps with a lignin content of more than 15% for softwood pulps, more than 12% for hardwood pulp or more than 10% for annual plants. However, the high strength level can also be maintained for fibers with an even higher lignin content. The inventive method is also suitable for the production of softwood pulps with a lignin content of more than 18%, preferably more than 21%, advantageously more than 24% based on the otro fiber mass. Hardwood fibers with a lignin content of more than 14%, preferably more than 16%, more preferably more than 18% and annual plants with a lignin content of more than 10%, preferably more than 12%, in particular more than 19% can also with the lignin are prepared according to the invention and show a high level of strength.
Die Zusammensetzung der zum Aufschluss verwendeten Chemikalienlösung kann in Abstimmung auf das aufzuschließende Holz bzw. die Einjahrespflanzen und die gewünschten Faserstoff-Eigenschaften festgelegt werden. In der Regel wird allein eine Sulfit-Komponente eingesetzt. Alternativ oder in Ergänzung kann eine Sulfid- Komponente hinzu kommen. Ein Aufschluss mit einer Sulfit-Komponente wird durch die Gegenwart von Sulfid-Komponenten nicht gestört. Technisch wird meist Natriumsulfit eingesetzt, aber auch die Verwendung von Ammonium- oder Kaliumsulfit oder von Magnesiumbisulfit ist möglich. Insbesondere wenn hohe Mengen an Sulfit eingesetzt werden, kann auf den Einsatz einer alkalischen Komponente verzichtet werden, weil sich auch ohne Zugabe alkalischer Komponenten ein hoher pH-Wert einstellt, der den Aufschluss begünstigt.The composition of the chemical solution used for the digestion can be determined in accordance with the wood to be broken or the annual plants and the desired pulp properties. As a rule, only one sulfite component is used. Alternatively or in addition, a sulfide component may be added. Digestion with a sulfite component is not disturbed by the presence of sulfide components. Technically, sodium sulfite is usually used, but also the use of ammonium or potassium sulfite or magnesium bisulfite is possible. In particular, when high amounts of sulfite are used, can be dispensed with the use of an alkaline component, because even without the addition of alkaline components, a high pH value sets, which favors the digestion.
Zur Einstellung des pH-Werts und zur Unterstützung der Delignifizierung kann eine saure und/oder eine alkalische Komponente zudosiert werden. Als alkalische Komponente wird technisch meist Natriumhydroxid (NaOH) eingesetzt. Möglich ist
aber auch der Einsatz von Carbonaten, insbesondere Natriumcarbonat. Sämtliche Angaben zu Chemikalien-Mengen des Aufschlussverfahrens in diesem Dokument, z. B. zum Gesamt-Chemikalieneinsatz oder zur Aufteilung der Sulfit-Komponente und der alkalischen Komponente, sind, soweit nicht anders angegeben, jeweils berechnet und angegeben als Natriumhydroxid (NaOH).To adjust the pH and to support the delignification, an acidic and / or an alkaline component can be added. The alkaline component is usually sodium hydroxide (NaOH) is used. Is possible but also the use of carbonates, especially sodium carbonate. All information on chemical quantities of the digestion process in this document, eg. B. for the total use of chemicals or for the distribution of the sulfite component and the alkaline component, unless otherwise stated, each calculated and reported as sodium hydroxide (NaOH).
Als saure Komponente können Säuren zudosiert werden, um den gewünschten pH- Wert einzustellen. Bevorzugt wird aber der Zusatz von SO2, ggf. in wässriger Lösung. Es ist preiswert und gut verfügbar, insbesondere dann, wenn die verbrauchte Chemikalienlösung z. B. auf der Basis von Natriumsulfit, nach dem Aufschluss für eine Weiterverwendung aufbereitet wird.As an acid component, acids can be added to adjust the desired pH. However, preference is given to the addition of SO 2 , if appropriate in aqueous solution. It is inexpensive and readily available, especially if the spent chemical solution z. B. based on sodium sulfite, after digestion is prepared for further use.
Es wird als eigenständige erfinderische Leistung angesehen, die Vorteile der Verwendung einer Chinon-Komponente für den erfindungsgemäßen Hochausbeute- Aufschluss erkannt zu haben. Chinon-Komponenten, insbesondere Anthrachinon, werden bisher bei der Herstellung von Zellstoffen mit minimalem Ligningehalt eingesetzt, um gegen Ende des Aufschlusses einen unerwünschten Angriff auf die Kohlenhydrate zu verhindern. Durch Zusatz von Chinon-Komponenten wird es möglich, den Aufschluss von Holz weiter bis zum annähernd vollständigen Abbau des Lignins fortzuführen. Es hat sich als bisher nicht gekannte, unerwartete Eigenschaft von Chinon-Komponenten herausgestellt, dass diese die Geschwindigkeit des Ligninabbaus bei der Herstellung von Hochausbeute-Zellstoffen signifikant erhöhen. Die Dauer des Aufschlusses kann z. B. bei der Herstellung von Nadelholz- Faserstoffen um mehr als die Hälfte, je nach Aufschlussbedingungen um mehr als drei Viertel verkürzt werden. Diese bemerkenswerte Wirkung wird mit minimalem Einsatz von Chinon erreicht. Optimal ist ein Einsatz von z. B. Anthrachinon, der zwischen 0,005 % und 0,5 % beträgt. Ein Einsatz von Anthrachinon von bis zu 1 % erbringt auch die gewünschte Wirkung. Ein Einsatz von mehr als 3 % Anthrachinon ist meist unwirtschaftlich.It is considered an independent inventive achievement to have recognized the advantages of using a quinone component for the high yield digestion of the invention. Quinone components, particularly anthraquinone, have heretofore been used in the manufacture of pulps with minimal lignin content to prevent unwanted attack on the carbohydrates towards the end of the digestion. The addition of quinone components makes it possible to continue the digestion of wood until almost complete degradation of the lignin. It has been found to be an unprecedented, unexpected property of quinone components that significantly increase the rate of lignin degradation in the production of high yield pulps. The duration of the digestion can z. B. in the production of softwood pulps by more than half, depending on digestion conditions shortened by more than three quarters. This remarkable effect is achieved with minimal use of quinone. Optimal is a use of z. As anthraquinone, which is between 0.005% and 0.5%. Use of anthraquinone of up to 1% also provides the desired effect. A use of more than 3% anthraquinone is usually uneconomical.
Aus einzelnen oder mehreren der vorgenannten Chemikalien wird eine Chemikalienlösung hergestellt. Meist wird eine wässrige Lösung angesetzt. Als
Option kann auch der Einsatz oder der Zusatz von organischen Lösungsmitteln vorgesehen werden. Alkohol, insbesondere Methanol und Ethanol, ergeben in Mischung mit Wasser besonders wirkungsvolle Chemikalienlösungen für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Hochausbeute-Faserstoffen. Das Mischungsverhältnis von Wasser und Alkohol kann für den jeweiligen Rohstoff in wenigen Versuchen optimiert werden.From single or several of the aforementioned chemicals, a chemical solution is prepared. Mostly an aqueous solution is used. When Option can also be provided for the use or addition of organic solvents. Alcohol, especially methanol and ethanol, in combination with water, result in particularly effective chemical solutions for the production of high-quality high-yield fibers. The mixing ratio of water and alcohol can be optimized for the respective raw material in a few experiments.
Die zur Herstellung eines Faserstoffs mit einer Ausbeute von mindestens 70 % erfindungsgemäß einzusetzende Chemikalienmenge beträgt mindestens 5 % für Nadelholz, mindestens 3,5 % für Laubholz und mindestens 2,5 % für Einjahrespflanzen, jeweils bezogen auf die aufzuschließende otro Holz- bzw. Einjahrespflanzenmasse. Die Qualität des hergestellten Faserstoffs zeigt die besten Ergebnisse bei einem Chemikalieneinsatz von bis zu 15 % für Nadelholz bis zu 10 % für Laubholz und bis zu 10 % bei Einjahrespflanzen. Bevorzugt werden zwischen 9 % und 11 % Chemikalien bezogen auf das eingesetzte otro Holz bei Nadelholz, zugesetzt. Für Laubhölzer liegt der Einsatz an Chemikalien eher niedriger, bevorzugt zwischen 4% und 10 %, besonders bevorzugt zwischen 6 % und 9 % und bei Einjahrespflanzen zwischen 3 und 10 %.The amount of chemicals to be used according to the invention for producing a pulp with a yield of at least 70% is at least 5% for softwood, at least 3.5% for hardwood and at least 2.5% for annual plants, in each case based on the otro wood or annual plant mass to be broken up. The quality of the produced pulp shows the best results with a chemical use of up to 15% for softwoods up to 10% for hardwood and up to 10% for annual plants. Preference is given to between 9% and 11% chemicals based on the used otro wood in softwood added. For hardwoods, the use of chemicals is rather lower, preferably between 4% and 10%, more preferably between 6% and 9% and in annual plants between 3 and 10%.
Wie bereits vorstehend erläutert, ist das Einstellen eines spezifischen pH-Werts keineswegs erforderlich. Nur wenn z.B. besondere Eigenschaften der Zellstoffe (besonders hoher Weißgrad, ein bestimmtes Verhältnis von Reißlängen und Durchreißfestigkeit) mit dem Aufschluss erreicht werden sollen, kann es sinnvoll sein, Säure oder eine alkalische Komponente vor oder während des Aufschlusses zuzusetzen. Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann, unabhängig von dem gewählten Einsatz an Chemikalien insgesamt, ein Verhältnis zwischen einer alkalischen Komponente und Schwefeldioxid (SO2) in einem weiten Bereich eingestellt werden. SO2 wird hier stellvertretend für die oben erwähnte saure Komponente genannt. Es kann also statt SO2 auch eine Säure eingesetzt werden. Da die ggf. zugesetzte Chinon-Komponente nur in minimalen Mengen, meist von deutlich unter 1 % eingesetzt wird, ist sie für die Einstellung dieses Verhältnisses vernachlässigbar. Ein Verhältnis alkalische Komponente : SO2
in einem Bereich von 5 : 1 bis 1 ,6 : 1 ist gut geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen und Faserstoffe mit hohen Festigkeitseigenschaften zu erreichen. Ein üblicher, besonders geeigneter Bereich ist liegt zwischen 2 : 1 und 1 ,6 : 1. Die Anpassung der anteiligen Komponenten erfolgt in Abhängigkeit vom aufzuschließenden Rohstoff und der jeweils gewählten Verfahrensführung (Aufschlusstemperatur, Aufschlussdauer, Imprägnierung).As already explained above, setting a specific pH is by no means required. Only if, for example, special properties of the pulps (particularly high whiteness, a certain ratio of breaking lengths and tear strength) are to be achieved with the digestion, it may be useful to add acid or an alkaline component before or during the digestion. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, regardless of the chosen use of chemicals as a whole, a ratio between an alkaline component and sulfur dioxide (SO 2 ) can be adjusted within a wide range. SO 2 is mentioned here as representative of the above-mentioned acidic component. So it can be used instead of SO 2 and an acid. Since the possibly added quinone component is used only in minimal amounts, usually well below 1%, it is negligible for setting this ratio. A ratio of alkaline component: SO 2 in a range of 5: 1 to 1, 6: 1 is well suited to carry out the inventive method and to achieve fibers with high strength properties. A customary, particularly suitable range is between 2: 1 and 1, 6: 1. The adjustment of the proportionate components takes place depending on the raw material to be digested and the respectively selected process control (digestion temperature, digestion time, impregnation).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem weiten pH-Wert-Bereich durchgeführt werden. Das Verhältnis von alkalischer Komponente zu saurer Komponente bzw. der Einsatz einer sauren oder einer alkalischen Komponente kann so eingestellt sein, dass zu Beginn des Verfahrens ein pH-Wert zwischen 6 und 11 , bevorzugt zwischen 7 und 11 , besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 10 eingestellt wird. Die eher alkalischen pH-Werte zwischen 8 und 11 , die für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft sind, begünstigen auch die Wirkung der Chinon-Komponente. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hinsichtlich des pH-Werts tolerant; es sind wenig Chemikalien zur pH-Wert Einstellung erforderlich. Dies wirkt sich günstig auf die Kosten für Chemikalien aus.The process of the invention can be carried out in a wide pH range. The ratio of alkaline component to acidic component or the use of an acidic or an alkaline component can be adjusted so that at the beginning of the process, a pH between 6 and 11, preferably between 7 and 11, more preferably between 7.5 and 10 is set. The more alkaline pH's between 8 and 11, which are beneficial to the process of the invention, also favor the effect of the quinone moiety. The method according to the invention is tolerant with regard to the pH; There are few chemicals required for pH adjustment. This has a favorable effect on the costs of chemicals.
Ohne weiteren Zusatz von Säure oder alkalischer Komponente stellt sich, z. B. für Nadelholz, am Ende des Aufschlusses ein pH-Wert zwischen 5 und 9, meist zwischen 6,5 und 9 in der frei fließenden Chemikalienlösung sowie den darin gelösten organischen Bestandteilen, die durch den Aufschluss verflüssigt wurden, ein. Zu den gelösten organischen Bestandteilen zählen vor allem Lignosulfonate.Without further addition of acid or alkaline component arises, for. For example, for softwood, at the end of the digestion, a pH between 5 and 9, usually between 6.5 and 9 in the free-flowing chemical solution and the dissolved organic components that have been liquefied by the digestion, a. Among the dissolved organic components are mainly lignosulfonates.
Das Flottenverhältnis, also das Verhältnis der Menge des otro Holzes bzw. Einjahrespflanzen zur Chemikalienlösung, wird zwischen 1 : 1 ,5 und 1 : 6 eingestellt. Bevorzugt wird ein Flottenverhältnis von 1 : 2 bis 1 : 4. In diesem Bereich ist eine gute und einfache Mischung und Imprägnierung des aufzuschließenden Materials gewährleistet. Für Nadelholz wird ein Flottenverhältnis von 1 : 3,5 bevorzugt. Für Holz-Hackschnitzel mit großer Oberfläche kann das Flottenverhältnis auch deutlich höher liegen, um eine schnelle Benetzung und Imprägnierung zu ermöglichen.
Gleichzeitig kann die Konzentration der Chemikalienlösung so hoch gehalten werden, dass die umzuwälzenden Flüssigkeitsmengen nicht zu groß werden.The liquor ratio, ie the ratio of the amount of otro wood or annual plants to the chemical solution, is set between 1: 1, 5 and 1: 6. A liquor ratio of 1: 2 to 1: 4 is preferred. In this range, a good and simple mixing and impregnation of the material to be digested is ensured. For softwood, a liquor ratio of 1: 3.5 is preferred. For wood chips with a large surface, the liquor ratio can also be significantly higher, to allow rapid wetting and impregnation. At the same time, the concentration of the chemical solution can be kept so high that the liquid volumes to be circulated are not too large.
Die Mischung oder Imprägnierung der Holz- bzw. Einjahresaufschlussgut erfolgt vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen. Ein Erhitzen der Hackschnitzel und derThe mixture or impregnation of the wood or Einjähraufschlussgut preferably takes place at elevated temperatures. A heating of the wood chips and the
Chemikalienlösung auf bis zu 110 0C, bevorzugt auf bis zu 120 0C1 besonders bevorzugt auf bis zu 130 0C führt zu einem schnellen und gleichmäßigen Aufschluss des Holzes. Für das Mischen oder Imprägnieren der Hackschnitzel ist ein Zeitraum von bis zu 30 Minuten, bevorzugt von bis zu 60 Minuten, besonders bevorzugt von bis zu 90 Minuten vorteilhaft. Die jeweils optimale Zeitdauer hängt unter anderem von derChemical solution to up to 110 0 C, preferably up to 120 0 C 1 particularly preferably up to 130 0 C leads to a rapid and uniform digestion of the wood. For the mixing or impregnation of the chips, a period of up to 30 minutes, preferably of up to 60 minutes, particularly preferably of up to 90 minutes, is advantageous. The optimal period of time depends among other things on the
Menge der Chemikalien, dem Flottenverhältnis, der gewählten Temperatur sowie derAmount of chemicals, liquor ratio, selected temperature and
Art des Aufschlusses (flüssig oder Dampfphase) ab.Type of digestion (liquid or vapor phase).
Der Aufschluss des mit der Chemikalienlösung gemischten oder imprägnierten lignocellulosischen Materials erfolgt bevorzugt bei Temperaturen zwischen 120 0C und 190 0C, vorzugsweise zwischen 140 0C und 180 0C. Für die meisten Hölzer werden Aufschluss-Temperaturen zwischen 150 0C und 170 0C eingestellt. Höhere oder niedrigere Temperaturen können eingestellt werden, aber in diesem Temperaturbereich stehen der Energieaufwand für das Aufheizen und die Beschleunigung des Aufschlusses in einem wirtschaftlichen Verhältnis zueinander. Höhere Temperaturen können sich zudem negativ auf die Festigkeiten und den Weißgrad der Faserstoffe auswirken. Der durch die hohen Temperaturen erzeugte Druck kann durch entsprechende Auslegung des Kochers ohne weiteres aufgefangen werden. Üblicherweise beträgt die Dauer des Aufheizens nur wenige Minuten, meist bis zu 30 Minuten, vorteilhaft bis zu 10 Minuten, insbesondere, wenn mittels Dampf aufgeheizt wird. Die Dauer des Aufheizens kann bis zu 120 Minuten, bevorzugt bis zu 60 Minuten dauern, z. B. wenn in flüssiger Phase aufgeschlossen wird und die Chemikalienlösung zusammen mit den Hackschnitzeln zu erhitzen ist.The digestion of the mixed or impregnated with the chemical solution lignocellulosic material is preferably carried out at temperatures between 120 0 C and 190 0 C, preferably between 140 0 C and 180 0 C. For most woods decomposition temperatures between 150 0 C and 170 0 C. set. Higher or lower temperatures can be adjusted, but in this temperature range, the energy required to heat and accelerate the digestion are in an economic relationship. Higher temperatures can also have a negative effect on the strength and whiteness of the fibers. The pressure generated by the high temperatures can be easily absorbed by appropriate design of the digester. Usually, the duration of the heating is only a few minutes, usually up to 30 minutes, advantageously up to 10 minutes, in particular when heated by means of steam. The duration of the heating can take up to 120 minutes, preferably up to 60 minutes, z. B. when it is digested in the liquid phase and the chemical solution is to be heated together with the wood chips.
Die Dauer des Aufschlusses wird vor allem in Abhängigkeit von den gewünschten Faserstoff-Eigenschaften gewählt. Die Dauer des Aufschlusses kann auf bis zu 2 Minuten verkürzt werden, z. B. für den Fall eines Dampfphasen-Aufschlusses eines
Laubholzes mit geringem Ligningehalt. Sie kann aber auch bis zu 180 Minuten betragen, wenn z. B. die Aufschlusstemperatur gering und der natürliche Ligningehalt des aufzuschließenden Holzes hoch ist. Auch wenn der Anfangs-pH-Wert des Aufschlusses im neutralen Bereich liegt, kann eine lange Aufschlussdauer erforderlich sein. Bevorzugt beträgt die Aufschlussdauer bis zu 90 Minuten, insbesondere bei Nadelholz. Besonders bevorzugt beträgt die Aufschlussdauer bis zu 60 Minuten, vorteilhaft bis zu 30 Minuten. Eine Aufschlussdauer von bis zu 60 Minuten kommt vor allem bei Laubhölzern in Betracht.The duration of the digestion is chosen especially depending on the desired pulp properties. The duration of the digestion can be shortened to up to 2 minutes, z. B. in the case of a vapor phase digestion of a Hardwood with low lignin content. But it can also be up to 180 minutes, if z. B. the digestion temperature low and the natural lignin content of the aufzuschließenden wood is high. Even if the initial pH of the digestion is in the neutral range, a long digestion time may be required. Preferably, the digestion time is up to 90 minutes, especially in coniferous wood. Particularly preferably, the digestion time is up to 60 minutes, advantageously up to 30 minutes. A digestion time of up to 60 minutes is mainly considered for hardwoods.
Bei Einjahrespflanzen liegt die Aufschlussdauer bei bis zu 90 Minuten. Der Einsatz einer Chinon-Komponente, insbesondere Anthrachinon, ermöglicht eine Verringerung der Aufschlussdauer auf bis zu 25% des Zeitbedarfs ohne Zusatz von Anthrachinon. Wird auf den Einsatz von Chinon-Komponenten verzichtet, verlängert sich für vergleichbare Aufschlussresultate die Aufschlussdauer um mehr als eine Stunde, zum Beispiel von 45 Minuten auf 180 Minuten.In annual plants, the digestion time is up to 90 minutes. The use of a quinone component, in particular anthraquinone, allows a reduction of the digestion time to up to 25% of the time required without the addition of anthraquinone. If the use of quinone components is omitted, the digestion time is extended by more than one hour, for example from 45 minutes to 180 minutes, for comparable digestion results.
Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dauer des Aufschlusses in Abhängigkeit von dem gewählten Flottenverhältnis eingestellt. Je geringer das Flottenverhältnis ist, desto kürzer kann die Verfahrensdauer eingestellt sein.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the duration of the digestion is set as a function of the selected liquor ratio. The lower the liquor ratio, the shorter the process duration can be set.
Die Herstellung von Hochausbeute-Faserstoff mit hohem Chemikalieneinsatz von mehr als 5 % für Nadelholz, von mehr als 3,5 % für Laubholz und mindestens 2,5 % für Einjahrespflanzen erscheint zunächst unwirtschaftlich. Versuche haben aber ergeben, dass nur ein Teil der Chemikalien während des teilweisen Aufschlusses des lignocellulosischen Materials verbraucht wird. Der überwiegende Teil der Chemikalien wird unverbraucht ausgeschleust, entweder vor dem Aufschluss (Dampfphasen- Aufschluss) oder nach dem Aufschluss (Aufschluss in der flüssigen Phase). Der eigentliche Verbrauch an Chemikalien liegt unter den in der Aufschluss-Lösung eingesetzten Mengen.
Der Chemikalienverbrauch wird erfasst als die Menge an Chemikalien die - bezogen auf die ursprünglich eingesetzte Menge an Chemikalien - nach dem Entfernen oder Separieren der Chemikalienlösung sowie ggf. dem Erfassen von Chemikalienlösung, die nach dem Zerfasern oder in Verbindung mit einer Erfassung der Chemikalienlösung gemessen wird. Der Chemikalienverbrauch ist abhängig von der absoluten Menge der für den Aufschluss eingesetzten Chemikalien, bezogen auf die aufzuschließende otro Holzmasse. Je höher der Einsatz von Aufschlusschemikalien ist, um so geringer ist der direkte Umsatz an Chemikalien. Bei einem Einsatz von 27,5 % Chemikalien bezogen auf otro Holzmasse, werden beispielsweise nur ca. 30 % der eingesetzten Chemikalien verbraucht. Bei Einsatz von 15 % Chemikalien bezogen auf otro Holz werden jedoch 60 % der eingesetzten Chemikalien verbraucht, wie in Laborversuchen nachgewiesen werden konnte. Der Chemikalienverbrauch für das erfindungsgemäße Verfahren beträgt nach einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens während des Aufschlusses bis zu 80 %, bevorzugt bis zu 60 %, besonders bevorzugt bis zu 40 %, vorteilhaft bis zu 20%, besonders vorteilhaft bis zu 10% des Chemikalieneinsatzes, der zu Beginn des Aufschlusses eingesetzt wird.The production of high yield pulp with high chemical input of more than 5% for softwood, of more than 3.5% for hardwood and at least 2.5% for annual plants initially appears uneconomical. Experiments have shown, however, that only some of the chemicals are consumed during the partial digestion of the lignocellulosic material. The majority of the chemicals are discharged unused, either before digestion (vapor phase digestion) or after digestion (digestion in the liquid phase). The actual consumption of chemicals is below the amounts used in the digestion solution. Chemical consumption is recorded as the amount of chemicals measured in terms of the original amount of chemicals after removal or separation of the chemical solution and, if necessary, detection of chemical solution measured after defibration or in conjunction with detection of the chemical solution. The consumption of chemicals depends on the absolute amount of chemicals used for the digestion, based on the otro wood mass to be digested. The higher the use of digestion chemicals, the lower the direct sales of chemicals. When using 27.5% of chemicals based on otro wood pulp, for example, only about 30% of the chemicals used are consumed. However, when 15% of the chemicals are used in relation to otro wood, 60% of the chemicals used are consumed, as demonstrated in laboratory tests. The consumption of chemicals for the process according to the invention is according to a preferred embodiment of the process during digestion up to 80%, preferably up to 60%, more preferably up to 40%, advantageously up to 20%, particularly advantageously up to 10% of the chemical use, the is used at the beginning of the digestion.
Der Chemikalienverbrauch zum Herstellen einer Tonne Faserstoff liegt bei ca. 6 % bisThe chemical consumption for producing a ton of pulp is about 6%
14 % Sulfit- und/oder Sulfid-Komponente sowie ggf. alkalischer und/oder sauerer Komponente sowie ggf. Chinon-Komponente bezogen auf otro Faserstoff (Laub- und14% sulfite and / or sulfide component and optionally alkaline and / or acidic component and optionally quinone component based on otro pulp (deciduous and
Nadelholz bzw. Einjahrespflanzen). Erfindungsgemäß genügt diese MengeSoftwood or annual plants). According to the invention, this quantity is sufficient
Chemikalien, um einen Faserstoff mit den vorgegebenen Eigenschaften herzustellen.Chemicals to produce a pulp with the given properties.
Um jedoch ein gleichmäßiges Verfahrensergebnis zu gewährleisten und ggf. besondere, gewünschte Faserstoff-Eigenschaften zu erhalten, kann es sich als sinnvoll erweisen, höhere Chemikalienmengen für den Aufschluss einzusetzen, z. B. die vorstehend genannten bis zu 30% Chemikalien bezogen auf otro Holz- bzw.However, in order to ensure a uniform process result and possibly to obtain special, desired pulp properties, it may prove useful to use higher amounts of chemicals for the digestion, z. As the above-mentioned up to 30% chemicals based on otro wood or
Einjahrespflanzenmasse.Annuals mass.
Der Einsatz dieser Chemikalienmengen zu Beginn des Aufschlusses zeigt vorteilhafte Wirkung, da die auf diese Weise erhaltenen Faserstoffe bisher nicht verfügbareThe use of these amounts of chemicals at the beginning of the digestion shows advantageous effect, since the fibers obtained in this way previously unavailable
Eigenschaften, insbesondere hohe Festigkeitseigenschaften und hohe Weißgrade aufweisen. Insbesondere ist bisher kein Aufschlussverfahren verfügbar, dass über ein
breites pH-Wert-Spektrum vom neutralen bis zum alkalischen Bereich Faserstoffe mit hohen Festigkeiten erzeugt. Als wirtschaftlich besonders attraktiv hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäß hergestellten Faserstoffe mit weitaus geringerem Energiebedarf auf vorgegebene Mahlgrade zu mahlen sind als bekannte Faserstoffe. Zudem entwickeln sie die hohen Festigkeiten bereits bei ungewöhnlich niedrigen Mahlgraden von 12 0SR bis 15 0SR für Nadelholz und von 20 0SR für Laubholz.Properties, in particular high strength properties and high whiteness. In particular, no digestion method is currently available that has a broad pH range from neutral to alkaline produces fibers with high strengths. As economically particularly attractive has been found that the fibers produced according to the invention are to be ground with much lower energy consumption to predetermined degrees of grinding than known fibers. In addition, they develop the high strengths even at unusually low grinding grades from 12 0 SR to 15 0 SR for softwood and 20 0 SR for hardwood.
Ein Überschuss an Chemikalien befindet sich nach dem Mischen und Imprägnieren des Holzes mit der Chemikalienlösung bzw. nach dem Aufschluss in der frei fließenden Flüssigkeit. Dieser Überschuss wird vor dem Aufschluss (1. Alternative) oder nach dem Aufschluss (2. Alternative) abgezogen. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Zusammensetzung der entfernten Chemikalienlösung erfasst und anschließend für den erneuten Einsatz zur Herstellung von Fasern auf eine vorgegebene Zusammensetzung eingestellt. Die Chemikalienlösung, die vor oder nach dem Aufschluss des Holzes bzw. der Einjahrespflanzen entfernt wird, weist nicht mehr die ausgangs eingestellte Zusammensetzung auf. Mindestens ein Teil der zum Aufschluss eingesetzten Chemikalien ist - wie vorstehend beschrieben - in das aufzuschließende Material eingedrungen und/oder ist beim Aufschluss verbraucht worden. Die unverbrauchten Chemikalien können ohne weiteres wieder für den nächsten Aufschluss eingesetzt werden. Es wird jedoch erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Zusammensetzung der entfernten Chemikalienlösung zunächst zu bestimmen und dann die verbrauchten Anteile an z. B. Sulfit, alkalischer Komponente, Chinon-Komponente oder auch Wasser bzw. Alkohol zu ergänzen, um wieder die vorgegebene Zusammensetzung für den nächsten Aufschluss herzustellen. Dieser Ergänzungsschritt wird auch als Aufstärken bezeichnet.Excess chemicals are present after mixing and impregnating the wood with the chemical solution or after digestion in the free flowing liquid. This excess is deducted before digestion (1st alternative) or after digestion (2nd alternative). According to an advantageous embodiment of the method, the composition of the removed chemical solution is detected and then adjusted to a predetermined composition for re-use for the production of fibers. The chemical solution that is removed before or after the decomposition of the wood or annual plants no longer has the original composition. At least some of the chemicals used for digestion have - as described above - penetrated into the material to be digested and / or has been consumed in the digestion. The unused chemicals can easily be used again for the next digestion. However, it is proposed according to the invention to first determine the composition of the removed chemical solution and then the consumed proportions of z. As sulfite, alkaline component, quinone component or water or alcohol to supplement to restore the predetermined composition for the next digestion. This supplementary step is also called strengthening.
Es ist als erheblicher Vorteil dieser Maßnahme anzusehen, dass die Chemikalienlösung erst recht bei einem Entfernen vor dem Aufschluss, aber auch bei einem Entfernen nach dem Aufschluss gar keine oder nur sehr wenige Substanzen enthält, die sich bei einer erneuten Verwendung der aufgestärkten Chemikalienlösung
für den nächsten Aufschluss als störend erweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren, dass darauf abstellt, bei der Imprägnierung ein Überangebot an Aufschluss- Chemikalien zur Verfügung zu stellen, kann also trotz der zunächst unwirtschaftlich erscheinenden Vorgehensweise des hohen Chemikalieneinsatzes äußerst wirtschaftlich arbeiten, denn das Entfernen bzw. das Separieren und das Aufstärken der Chemikalienlösung kann einfach und kostengünstig durchgeführt werden.It is to be regarded as a considerable advantage of this measure that the chemical solution even when removed before digestion, but also when removed after digestion contains no or only very few substances resulting from reuse of the strengthened chemical solution to interfere with the next digestion. The method according to the invention, which aims to provide an oversupply of digestion chemicals during impregnation, can thus be extremely economical despite the initially uneconomic approach of high chemical use, because the removal or separation and the strengthening of the chemical solution can be carried out easily and inexpensively.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird gezielt so gesteuert, dass nur möglichst wenig des eingesetzten Ausgangsmaterials abgebaut oder gelöst wird. Angestrebt wird es, einen Faserstoff herzustellen, der für Nadelholz einen Ligningehalt von mindestens 15 % bezogen auf die otro Fasermasse aufweist, bevorzugt einen Ligningehalt von mindestens 18 %, besonders bevorzugt von 21 %, vorteilhaft von mindestens 24 %. Für Laubholz wird angestrebt, einen Ligningehalt von mindestens 12 % bezogen auf die otro Fasermasse zu erreichen, bevorzugt von mindestens 14 %, besonders bevorzugt von mindestens 16 %, vorteilhaft von mindestens 18 %. Bei Einjahrespflanzen beträgt der bevorzugte Ligningehalt zwischen 10 und 28 %, insbesondere zwischen 12 und 26 %.The process of the invention is specifically controlled so that only as little of the starting material used is degraded or dissolved. The aim is to produce a pulp which has a lignin content of at least 15% based on the otro fiber mass for softwood, preferably a lignin content of at least 18%, more preferably 21%, advantageously at least 24%. For hardwood is sought to achieve a lignin content of at least 12% based on the otro fiber mass, preferably of at least 14%, more preferably of at least 16%, advantageously of at least 18%. In annual plants, the preferred lignin content is between 10 and 28%, in particular between 12 and 26%.
Die Ausbeute des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bei mindestens 70 %, bevorzugt bei mehr als 75 %, vorteilhaft bei mehr als 80 %, jeweils bezogen auf das eingesetzte Holz. Diese Ausbeute korreliert mit dem vorstehend angegebenThe yield of the process according to the invention is at least 70%, preferably more than 75%, advantageously more than 80%, in each case based on the wood used. This yield correlates with that given above
Ligningehalt des Faserstoffs. Der ursprüngliche Ligningehalt von Holz ist spezifisch für die Art. Der Ausbeuteverlust stellt sich bei dem vorliegenden Verfahren überwiegend als Verlust an Lignin dar. Bei unspezifischen Aufschlussverfahren ist der Anteil an Kohlenhydraten deutlich erhöht, z. B. weil Aufschluss-Chemikalien in an sich unerwünschter weise auch Cellulose oder Hemicellulosen in Lösung bringen.Lignin content of the pulp. The original lignin content of wood is specific to the species. In the present process, the yield loss is predominantly a loss of lignin. In the case of nonspecific digestion processes, the proportion of carbohydrates is markedly increased, eg. B. because digestion chemicals in an undesirable manner also bring cellulose or hemicelluloses in solution.
Eine weitere, vorteilhafte Maßnahme ist es, nach dem Zerfasern und ggf. Mahlen des lignocellulosischen Materials die noch verbliebene Chemikalienlösung zu entfernen und einer Weiterverwendung zuzuführen. Diese Weiterverwendung kann in bevorzugter Ausgestaltung zwei Aspekte umfassen. Zum einen wird das während des teilweisen Aufschlusses abgebaute oder in Lösung gebrachte organische Material,
überwiegend Lignin, weiter genutzt. Es wird beispielsweise verbrannt um Prozessenergie zu gewinnen. Oder es wird aufbereitet, um anderweitig genutzt zu werden. Zum anderen werden die verbrauchten und unverbrauchten Chemikalien wieder so aufbereitet, dass sie für einen erneuten, teilweisen Aufschluss von lignocellulosischem Material eingesetzt werden können. Dazu gehört die Aufbereitung von verbrauchten Chemikalien.A further, advantageous measure is to remove after defibering and optionally grinding the lignocellulosic material, the remaining chemical solution and feed it to a further use. In a preferred embodiment, this reuse can include two aspects. On the one hand, the decomposed during the partial digestion or dissolved in organic material, predominantly lignin, further used. It is burned, for example, to gain process energy. Or it is prepared to be used elsewhere. On the other hand, the used and unused chemicals are reprocessed so that they can be used for a renewed, partial digestion of lignocellulosic material. This includes the treatment of used chemicals.
Nach einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die eingesetzte Chemikalienlösung außerordentlich effizient genutzt. Nach dem Zerfasern und ggf. Mahlen wird der Faserstoff gewaschen, um die Chemikalienlösung so weit wie möglich durch Wasser zu verdrängen. Das bei diesem Wasch- bzw. Verdrängungsvorgang entstehende Filtrat enthält beträchtliche Mengen an Chemikalienlösung und organischem Material. Erfindungsgemäß wird dieses Filtrat der entfernten oder separierten Chemikalienlösung zugeführt, bevor die Chemikalienlösung aufgestärkt und dem nächsten Aufschluss zugeführt wird. Die im Filtrat enthaltenen Chemikalien und organischen Bestandteile stören den Aufschluss nicht. Soweit sie noch einen Beitrag zur Delignifizierung während des nächsten Aufschlusses leisten, wird ihr Gehalt in der Chemikalienlösung erfasst und bei der Bestimmung der für diesen Aufschluss erforderlichen Chemikalienmenge berücksichtigt. Die weiter in dem Filtrat enthaltenen Chemikalien verhalten sich während des anstehenden Aufschlusses inert. Sie stören nicht. Die im Filtrat enthaltenen organischen Bestandteile verhalten sich ebenfalls inert. Sie werden nach dem nächsten Aufschluss bei der Aufbereitung der Chemikalienlösung weiter verwendet, entweder um Prozessenergie zu erzeugen oder auf andere Weise.According to a particularly preferred variant of the method according to the invention, the chemical solution used is used extremely efficiently. After defibering and optionally grinding, the pulp is washed to displace the chemical solution as much as possible through water. The filtrate produced in this washing or displacement process contains considerable amounts of chemical solution and organic material. According to the invention, this filtrate is supplied to the removed or separated chemical solution before the chemical solution is fortified and fed to the next digestion. The chemicals and organic components contained in the filtrate do not disturb the digestion. To the extent that they still contribute to delignification during the next digestion, their content is recorded in the chemical solution and taken into account in determining the amount of chemicals required for this digestion. The further contained in the filtrate chemicals behave inert during the pending digestion. They do not bother. The organic constituents contained in the filtrate are also inert. They will continue to be used in the processing of the chemical solution after the next digestion, either to generate process energy or otherwise.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass durch diese Führung des Filtrats weniger Frischwasser und weniger Chemikalien für den Aufschluss verwendet werden. Gleichzeitig wird ein Maximum an gelöstem organischem Material erfasst. Auch diese verbesserte Nutzung des in Lösung gegangenen organischen Materials verbessert die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:It is considered to be particularly advantageous that less filtrate water and fewer chemicals are used for digestion by this filtrate. At the same time a maximum of dissolved organic material is detected. This improved use of the dissolved organic material also improves the economy of the process according to the invention. The invention will be explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments. In the attached drawing shows:
Figur 1 : eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens undFigure 1: an apparatus for performing the method according to the invention and
Figur 2: eine zweite Vorrichtung.Figure 2: a second device.
Zuerst werden jedoch die Details des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Stoffsuspension nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.First, however, the details of the method according to the invention for producing the stock suspension will be explained in more detail below using exemplary embodiments.
Die nachfolgenden Versuche wurden gemäß der folgenden Vorschriften ausgewertet:The following tests were evaluated according to the following rules:
- Die Ausbeute wurde durch Wägung des eingesetzten Rohstoffs und des nach dem Aufschluss erhaltenen Zellstoffs, jeweils bei 105 0C auf Gewichtskonstanz (atro) getrocknet, berechnet.The yield was calculated by weighing the raw material used and the pulp obtained after the pulping, in each case dried at 105 ° C. to constant weight (atro).
- Der Ligningehalt wurde als Klason-Lignin bestimmt gemäß TAPPT T 222 om-98. Das säurelösliche Lignin wurde bestimmt gemäß TAPPI UM 250The lignin content was determined as Klason lignin according to TAPPT T 222 om-98. The acid-soluble lignin was determined according to TAPPI UM 250
- Die papiertechnologischen Eigenschaften wurden an Prüfblättern bestimmt, die nach Zellcheming-Merkblatt V/8/76 hergestellt wurden. - Der Mahlgrad wurde nach Zellcheming-Merkblatt V/3/62 erfaßt.- The paper technology properties were determined on test sheets, which were prepared according to Zellcheming leaflet V / 8/76. - The degree of grinding was recorded according to Zellcheming leaflet V / 3/62.
- Das Raumgewicht wurde nach Zellcheming-Vorschrift V/11/57 ermittelt.- The density was determined according to Zellcheming regulation V / 11/57.
- Die Reißlänge wurde nach Zellcheming-Vorschrift V/12/57 bestimmt.The breaking length was determined according to Zellcheming regulation V / 12/57.
- Die Durchreißfestigkeit wurde nach DIN 53 128 Elmendorf ermittelt.- The tear resistance was determined according to DIN 53 128 Elmendorf.
- Die Ermittlung von Tensile-, Tear- und Burst-Index erfolgte gemäß TAPPI 220 sp- 96.Tensile, Tear and Burst Index were determined according to TAPPI 220 sp-96.
- Der Weißgrad wurde ermittelt durch Herstellung der Prüfblätter nach Zellcheming- Merkblatt V/19/63, gemessen wurde nach SCAN C 11 :75 mit einem Datacolor elrepho 450 x Photometer; die Weiße ist in Prozent nach der ISO-Norm 2470 angegeben. - Die Viskosität wurde bestimmt nach dem Merkblatt IV/36/61 des Vereins der Zellstoff- und Papier-Chemiker und -Ingenieure (Zellcheming).
- Sämtliche % - Angaben in diesem Dokument sind als Gewichtsprozent zu lesen, soweit nicht im einzelnen anders angegeben.- The whiteness was determined by preparing the test sheets according to Zellcheming leaflet V / 19/63, measured according to SCAN C 11: 75 with a Datacolor elrepho 450 x photometer; the whiteness is given in percent according to ISO standard 2470. - The viscosity was determined according to the leaflet IV / 36/61 of the Association of Pulp and Paper Chemists and Engineers (Zellcheming). - All% figures in this document are to be read as weight percent unless otherwise specified.
Die Angabe "otro" in diesem Dokument bezieht sich auf "ofentrockenes" Material, das bei 105 0C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wurde. - Die Chemikalien für den Aufschluss sind in Gewichtsprozent als Natriumhydroxid angegeben, soweit nicht anders erläutert.The term "otro" in this document refers to "oven-dry" material which has been dried at 105 ° C. to constant weight. - The chemicals for the digestion are given in percent by weight as sodium hydroxide, unless otherwise stated.
Beispiel 1 - Nadelholzaufschluss in flüssiger PhaseExample 1 - Softwood pulping in the liquid phase
Ein Gemisch aus Fichtenholz- und Douglasienhackschnitzeln wurde nach einer Dämpfung (30 Minuten bei Sattdampf mit 105 0C) mit einer Natriumsulfit- Aufschlusslösung bei einem Flottenverhältnis von Holz : Aufschlusslösung 1 : 3 versetzt. Der gesamte Einsatz an Chemikalien lag unter 15 % bezogen auf otro Hackschnitzel. Der pH-Wert zu Beginn des Aufschlusses wurde durch Zugabe von SO2 auf pH 8,5 - 9 eingestellt.A mixture of spruce wood and Douglas fir wood chips was after a damping (30 minutes in saturated steam at 105 0 C) with a sodium sulfite pulping solution at a liquor ratio of wood: digestion solution 1: 3 added. The total use of chemicals was less than 15% based on otro woodchips. The pH at the beginning of the digestion was adjusted to pH 8.5-9 by addition of SO 2 .
Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Fichtenholz-Hackschnitzel wurden über einen Zeitraum von 90 Minuten auf 170 °C aufgeheizt und über 60 Minuten bei dieser maximalen Temperatur aufgeschlossen.The impregnated with chemical solution spruce wood chips were heated over a period of 90 minutes at 170 ° C and digested for 60 minutes at this maximum temperature.
Anschließend wurde die frei fließende Flüssigkeit durch Zentrifugieren entfernt, aufgefangen und in einer Anordnung zum Rückführen unverbrauchter Flüssigkeit analysiert und aufgestärkt und so für den nächsten Aufschluss bereitgestellt.Subsequently, the free-flowing liquid was removed by centrifugation, collected and analyzed and strengthened in an arrangement for recycling unconsumed liquid and thus provided for the next digestion.
Die aufgeschlossenen Hackschnitzel wurden zerfasert. Teilmengen des so erzeugten Faserstoffs wurden verschieden lang gemahlen, um die Festigkeit bei verschiedenen Mahlgraden zu ermitteln. Der Energieaufwand zum Zerfasern der teilweise aufgeschlossenen Hackschnitzel betrug weniger als 300 kWh/t Faserstoff.The open-ended wood chips were shredded. Aliquots of the pulp so produced were ground for different lengths to determine the strength at different degrees of grinding. The energy required to shred the partially digested chips was less than 300 kWh / t of pulp.
Die Ausbeute lag bei diesem Versuch bei 77 % bezogen auf die eingesetzte Holzmasse.
Diese entspricht einem Faserstoff mit einem Ligningehalt von weit über 20%. Der durchschnittliche Ligningehalt für Fichtenholz wird mit 28 % bezogen auf die otro Holzmasse angegeben (Wagenführ, Anatomie des Holzes, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1980). Der tatsächliche Ligningehalt des Faserstoffs liegt höher als 20 %, da während des Aufschlusses vorwiegend, aber nicht ausschließlich Lignin abgebaut wird. Auch Kohlenhydrate (Cellulose und Hemicellulosen) werden in geringen Mengen gelöst. Die angegebenen Werte zeigen, dass der Aufschluss eine gute Selektivität mit Blick auf den Lignin- und Kohlenhydratabbau aufweist.The yield in this experiment was 77% based on the wood pulp used. This corresponds to a pulp with a lignin content of well over 20%. The average lignin content for spruce wood is given as 28% in relation to the otro wood mass (Wagenführ, Anatomie des Holzes, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1980). The actual lignin content of the pulp is higher than 20%, because during digestion mainly but not exclusively lignin is broken down. Carbohydrates (cellulose and hemicelluloses) are also dissolved in small amounts. The values given show that the digestion has a good selectivity with regard to lignin and carbohydrate degradation.
Der Weißgrad liegt mit Werten von über 55 % ISO unerwartet hoch und bietet so eine gute Ausgangsbasis für eine ggf. anschließende Bleiche, in der Weißgrade von 75 % ISO erreichbar sind.The whiteness is unexpectedly high with values of over 55% ISO and thus provides a good starting point for a possible subsequent bleaching, in the whiteness of 75% ISO can be achieved.
Bei einem Ausgangsmahlgrad von 12 0SR haben diese Stoffe bereits 6 km Reißlänge bei einem spezifischen Gewicht von 1 ,87 cm3/g.At a starting grinding degree of 12 ° SR, these substances already have 6 km of breaking length with a specific weight of 1.87 cm 3 / g.
Um die Faserstoffe auf einen Mahlgrad von 15 0SR zu mahlen, ist eine Mahldauer von 20 bis 30 Minuten erforderlich. Bis zu einer Mahldauer von 20 Minuten (Mahlgrad 12 0SR - 15 0SR) entwickelt sich der Mahlgrad unabhängig vom pH-Wert zu Beginn des Aufschlusses (pH 6 bis pH 9,4) in einem engen Korridor.To grind the fibers to a degree of grinding of 15 0 SR, a grinding time of 20 to 30 minutes is required. Up to a grinding time of 20 minutes (freeness SR 12 0 - 15 0 SR), the freeness independent of pH (pH 6 to pH 9.4) developed at the beginning of the pulping process in a narrow range.
Ebenfalls unabhängig vom Anfangs-pH-Wert des Aufschlusses und der zum Erreichen des Mahlgrads erforderlichen Mahldauer wird bei einem Mahlgrad 15 0SR ein hohes Festigkeitsniveau erreicht.Also regardless of the initial pH of the digestion and the grinding time required to reach the degree of grinding a high level of strength is achieved at a freeness of 15 0 SR.
Beispiel 2Example 2
Der Faserstoff wurde aus Fichten-Hackschnitzeln hergestellt, wobei der pH-Wert zu Beginn des Aufschlusses bei 9,4 lag.The pulp was made from spruce wood chips with the pH at the beginning of the digestion being 9.4.
Zusätzlich zu den 15 % Gesamtchemikalien (Sulfit und NaOH in vorgegebenem Verhältnis) wurde der Chemikalienlösung 0,1 Anthrachinon bezogen auf die eingesetzte Holzmenge zugegeben.
Die Dauer des Aufschlusses betrug 60 Minuten.In addition to the 15% total chemicals (sulfite and NaOH in predetermined proportions), the chemical solution 0.1 anthraquinone was added based on the amount of wood used. The duration of the digestion was 60 minutes.
Dabei ergaben sich folgende Werte:The following values resulted:
Ausbeute (%): 81 ,1Yield (%): 81, 1
Ligningehalt: 22,7Lignin content: 22.7
Weißgrad (% ISO): 53,7Whiteness (% ISO): 53.7
Reißlänge (km): 9,6Tear length (km): 9.6
Durchreißfestigkeit (cN; 100 g/m2): 75,0Tear resistance (cN, 100 g / m 2 ): 75.0
Durch den Zusatz von 0,1 % Anthrachinon kann die Dauer des Aufschlusses von ca. 180 Minuten unter ansonsten unveränderten Aufschlussbedingungen auf 60 Minuten verringert werden. Dieser Zeitgewinn ist wertvoll, vor allem deshalb, weil die Anlagen zur Faserstoffherstellung kleiner dimensioniert werden können. Weiteres Einspar- Potential liegt darin, dass die zum Aufschluss erforderliche Temperatur nur über einen sehr viel kürzeren Zeitraum aufrecht erhalten werden muss.By adding 0.1% anthraquinone, the duration of digestion can be reduced from approx. 180 minutes to 60 minutes under otherwise unchanged digestion conditions. This time saving is valuable, above all because the plants for producing pulp can be made smaller. Further savings potential lies in the fact that the temperature required for digestion only needs to be maintained for a much shorter period of time.
Weiterhin wurde ermittelt, dass bei sinkendem Einsatz an Gesamtchemikalien bis auf Werte zwischen 5 und 15 % bei Nadelholz Faserstoff mit weitgehend gleich guten Eigenschaften erzeugt wird. Diese Ergebnisse sind nicht vom Einsatz des Anthrachinons abhängig. Das Anthrachinon bewirkt eine Beschleunigung des Aufschlusses, der gewünschte Faserstoff kann aber auch ohne Zusatz von Anthrachinon aufgeschlossen werden.Furthermore, it was determined that with decreasing use of total chemicals up to values of between 5 and 15% softwood pulp is produced with largely equally good properties. These results are not dependent on the use of anthraquinone. The anthraquinone causes an acceleration of the digestion, the desired pulp can also be digested without the addition of anthraquinone.
Beispiel 3: Laubholzaufschluss in flüssiger PhaseExample 3: Hardwood pulping in the liquid phase
Eukalyptushackschnitzel wurden nach der Dämpfung mit einer Natriumsulfit- Aufschlusslösung bei einem Flottenverhältnis von Holz-Aufschlusslösung 1 : 3 versetzt. Der Chemikalieneinsatz lag hier bei 10,5 % (als NaOH) auf otro Hackschnitzel.
Im Zeitraum von 90 Minuten wurde das Aufschlussgut imprägniert und das Kochgut auf die maximale Aufschlusstemperatur von 170 0C aufgeheizt. Die Kochdauer betrug 50 Minuten.Eucalyptus chips were added after attenuation with a sodium sulfite digestion solution at a liquor ratio of wood digestion solution 1: 3. The use of chemicals here was 10.5% (as NaOH) on otro woodchips. In the period of 90 minutes, the pulp was impregnated and the food was heated to the maximum digestion temperature of 170 0 C. The cooking time was 50 minutes.
Aufschlüsse mit Eukalyptusholz zeigen, dass sich diese Stoffe mit einem spezifischen Energieeintrag zur Zerfaserung von weniger als 250 KWh/t herstellen lassen.Digestions with eucalyptus wood show that these substances can be produced with a specific energy input for defibration of less than 250 kWh / t.
Die Ausbeute lag bei diesen Versuchen bei 77 % bezogen auf die eingesetzte Holzmasse. Bei einem Ausgangsmahlgrad von 14 SR haben diese Stoffe bereits 3,5 km Reißlänge bei einem spezifischen von 2,05 cm3/g. Diese Stoffe ließen sich in der folgenden Bleiche auf Weißgrade von 79,6 % ISO bleichen.The yield in these experiments was 77% based on the wood pulp used. In an initial freeness of 14 SR these substances have 3.5 km tearing length at a specific of 2.05 cm 3 / g. These substances bleached to whiteness of 79.6% ISO in the following bleach.
Versuche haben gezeigt, dass die Aufschlüsse in der Dampfphase einen geringen Gesamt-Zeitbedarf zeigen. Gegenüber dem Aufschluss in der flüssigen Phase erfolgt das Aufheizen auf die maximale Aufschlusstemperatur sehr viel schneller. Der eigentliche Aufschluss benötigt dann die gleiche Dauer wie eine Kochung in der flüssigen Phase. Während des Dampfphasen-Aufschlusses ist keine frei fließende Chemikalienlösung vorhanden, diese wird nach der Imprägnierung und vor dem Aufschluss abgezogen. Sie ist daher weniger mit organischem Material versetzt als die Chemikalienlösung, die nach dem Aufschluss in der flüssigen Phase abgezogen wird. Auf die Qualität des erzeugten Faserstoffs hat dies jedoch keinen Signifikaten Einfluss.Experiments have shown that the vapor phase digestions have a low overall time requirement. Compared to the digestion in the liquid phase, the heating up to the maximum digestion temperature takes place much faster. The actual digestion then takes the same duration as a boiling in the liquid phase. There is no free-flowing chemical solution during vapor phase digestion, which is removed after impregnation and before digestion. It is therefore less mixed with organic material than the chemical solution, which is withdrawn after digestion in the liquid phase. However, this does not affect the quality of the pulp produced.
Während bei Dampfphasen-Aufschlüssen ähnliche Werte bei der Ausbeute erreichbar sind, liegt der Weißgrad der beim Dampf-Aufschluss erzeugten Faserstoffe allerdings deutlich niedriger. Einen signifikanten Effekt bewirkt die Verringerung der maximalen Aufschlusstemperatur von 170 0C auf 155 0C: der Weißgrad steigt.While in the case of vapor-phase digestions similar values can be achieved in the yield, the whiteness of the fibers produced during the steam digestion is significantly lower. A significant effect is the reduction of the maximum digestion temperature from 170 0 C to 155 0 C: the whiteness increases.
Die in der Dampfphase hergestellten Faserstoffe weisen hervorragende Festigkeiten auf. Die Reißlänge wurde beispielsweise mit 10 km und mit 11 km bei 15 0SR gemessen. Die Durchreißfestigkeit wurde beispielsweise mit 82,8 cN und mit 91 ,0 cN gemessen. Diese Werte entsprechen den besten Werten für Faserstoffe mit hohem
Ligningehalt, die für Aufschlüsse in der flüssigen Phase erreicht wurden oder liegen noch darüber. Für Faserstoffe mit hohem Ligningehalt aus dem Stand der Technik sind vergleichbare Festigkeitswerte nicht bekannt.The fibers produced in the vapor phase have excellent strengths. The tenacity was measured, for example, 10 km and 11 km at 15 0 SR. The tear resistance was measured, for example, at 82.8 cN and 91.0 cN. These values correspond to the best values for high fiber pulps Lignin content that has been achieved for digestions in the liquid phase or is even higher. For prior art high lignin content pulps, comparable strength values are not known.
Aus den Beispielen ist besonders deutlich zu entnehmen, dass die erfindungsgemäßen Faserstoffe nur eines geringen Energieaufwands bei der Mahlung bedürfen, um hohe Reißlängen aufzubauen, ohne dass die Durchreißfestigkeit verringert wird. Mahlgrad 12 0SR wurde jeweils in 0-10 Minuten erreicht; Mahlgrad 13 0SR 5-30 Minuten, meist 10-20 Minuten. Um auf Mahlgrad 14 0SR zu kommen, musste die Jokro-Mühle 30-40 Minuten arbeiten und für Mahlgrad 15 0SR waren zwischen 35 und 40 Minuten erforderlich. Es liegt auf der Hand, dass eine Mahlung bis auf Mahlgrade um 40 0SR einen enormen Aufwand an Mahlenergie erfordern würde. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also darin zu sehen, dass mit geringem Energieaufwand zu mahlende Faserstoffe mit hohen Festigkeiten erzeugt werden.It can be seen particularly clearly from the examples that the fibrous materials according to the invention require only a small amount of energy during grinding in order to build up high breaking lengths without reducing the tear propagation resistance. Grinding 12 0 SR was achieved in 0-10 minutes; Grinding degree 13 0 SR 5-30 minutes, usually 10-20 minutes. In order to reach grind level 14 0 SR, the Jokro mill had to work for 30-40 minutes and for grind level 15 0 SR it took between 35 and 40 minutes. It is obvious that a grinding up to Mahlgrade by 40 0 SR would require an enormous amount of grinding energy. A particular advantage of the method according to the invention is therefore to be seen in the fact that with low energy consumption to be milled fibers are produced with high strengths.
Die Vorrichtung zur Bereitstellung einer Stoffsuspension, die nachfolgend bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Tissuebahn verwendet wir, umfasst einen Pulper, in dem die trockenen Roh- und Halbstoffe sowie Altpapier in Wasser aufgelöst und in einen pumpfähigen Zustand überführt werden. Anschließend wird der so gebildete Stoff einer Mischbütte zugeführtThe device for providing a pulp suspension, which is used in the process according to the invention for the production of a tissue web, comprises a pulper in which the dry raw materials and pulp and waste paper are dissolved in water and converted into a pumpable state. Subsequently, the substance thus formed is fed to a mixing vessel
Beim anschließenden Mahlvorgang wird die Stoffsuspension auf einen Mahlgrad von 12°SR oder mehr gemahlen.In the subsequent grinding process, the stock suspension is ground to a freeness of 12 ° SR or more.
Nach der Maschinenbütte wird die Stoffsuspension mit Siebwasser sehr stark verdünnt und einem Stoffauflauf 13 zugeführt.After the machine chest, the stock suspension is very strongly diluted with white water and fed to a headbox 13.
Unabhängig davon, wie die Stoffsuspension erhalten wird, ist es für die Herstellung von Tissuepapier wichtig, dass die aus dem Stoffauflauf 13 austretende
Stoffsuspension einen Mahlgrad von weniger als 20 0SR hat und eine Reißlänge von mehr als 4,5 km aufweist.Regardless of how the stock suspension is obtained, it is important for the production of tissue paper that the material emerging from the headbox 13 Pulp has a freeness of less than 20 0 SR and has a tearing length of more than 4.5 km.
Eine Stoffsuspension 1 mit den oben genannten Eigenschaften tritt aus dem Stoffauflauf 13 derart aus, dass diese in den einlaufenden Spalt zwischen einem Formiersieb 14 und einem strukturierten, insbesondere 3-dimensional strukturierten Band 3 injiziert wird, wodurch eine Tissuebahn 1 gebildet wird.A stock suspension 1 with the above-mentioned properties emerges from the headbox 13 in such a way that it is injected into the incoming gap between a forming fabric 14 and a structured, in particular 3-dimensionally structured, band 3, whereby a tissue web 1 is formed.
Das Formiersieb 14 weist eine zur Tissuebahn 1 gerichtete Seite auf, die relativ zu der des strukturierten Bandes 3 glatt ist.The Formiersieb 14 has a directed to the tissue web 1 side, which is smooth relative to that of the structured band 3.
Hierbei weist die zur Tissuebahn 1 weisende Seite des strukturierten Bandes 3 vertiefte Bereiche und relativ zu den vertieften Bereichen erhöhte Bereiche auf, so dass die Tissuebahn 1 in den vertieften Bereichen und den erhöhten Bereichen des strukturierten Bandes 3 gebildet wird. Der Höhenunterschied zwischen den vertieftenIn this case, the side of the structured band 3 facing the tissue web 1 has recessed areas and elevated areas relative to the recessed areas, so that the tissue web 1 is formed in the recessed areas and the raised areas of the structured band 3. The height difference between the recessed
Bereichen und den erhöhten Bereichen beträgt vorzugsweise 0,07mm und 0,6mm.Areas and raised areas is preferably 0.07mm and 0.6mm.
Die durch die erhöhten Bereiche gebildete Fläche beträgt vorzugsweise 10% oder mehr, besonders bevorzugt 20% oder mehr und besonders bevorzugt 25% bis 30%.The area formed by the raised areas is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and most preferably 25% to 30%.
In den dargestellten Ausführungsformen wird die Anordnung aus oberen Band 3, Tissuebahn 1 und Formiersieb 14 um eine Formierwalze 15 gelenkt und die Tissuebahn 1 im wesentlichen durch das Formiersieb 14 entwässert, bevor das Formiersieb 14 von der Tissuebahn 1 abgenommen wird und die Tissuebahn 1 auf dem Band 3 weiter transportiert wird.In the illustrated embodiments, the assembly of upper belt 3, tissue web 1 and forming fabric 14 is directed around a forming roll 15 and the tissue web 1 is substantially dewatered through the forming fabric 14 before the forming fabric 14 is removed from the tissue web 1 and the tissue web 1 on the Volume 3 is transported on.
Die in den vertieften Bereichen des Bandes 3 gebildeten voluminösen Abschnitte der Tissuebahn 1 haben ein höheres Volumen und ein höheres Flächengewicht als die in den erhöhten Bereichen des Bandes 3 gebildeten Abschnitte der Tissuebahn 1.The voluminous sections of the tissue web 1 formed in the recessed areas of the band 3 have a higher volume and a higher basis weight than the sections of the tissue web 1 formed in the raised areas of the band 3.
Die Tissuebahn 1 weist demzufolge bereits aufgrund deren Formierung auf dem strukturierten Band 3 eine 3-dimensionale Struktur auf.
Die Blattbildung kann allerdings auch zwischen zwei glatten Formiersieben 14 erfolgen, so dass sich eine im wesentlichen glatte Tissuebahn 1 ohne 3-dimentionale Struktur ausbildet.The tissue web 1 therefore already has a 3-dimensional structure due to its formation on the structured band 3. The sheet formation can, however, also take place between two smooth forming fabrics 14, so that a substantially smooth tissue web 1 is formed without a 3-dimensional structure.
Bei einem der Bildung der Tissuebahn 1 nachfolgenden Entwässerungsschritt wird die Tissuebahn 1 zwischen dem strukturierten Band 3, welches oben angeordnet ist, und einem unteren, permeablen und als Filz ausgebildeten Band 2 geführt, wobei bei dem Entwässerungsschritt entlang einer Entwässerungsstrecke Druck auf das strukturierte Band 3, die Tissuebahn 1 und das Band 2 derart ausgeübt wird, dass dieIn one of the formation of the tissue web 1 subsequent dewatering step, the tissue web 1 between the structured band 3, which is arranged at the top, and a lower, permeable and formed as a felt band 2, wherein in the dewatering step along a Entwässerungsstrecke pressure on the structured band. 3 , the tissue web 1 and the band 2 is exercised such that the
Tissuebahn 1 in Richtung des Bandes 2 entwässert wird, wie durch die Pfeile in beiden Figuren angedeutet.Tissuebahn 1 is drained in the direction of the belt 2, as indicated by the arrows in both figures.
Während der Entwässerung umschlingt die Tissuebahn 1 mit den Bändern 2,3 eine Walze 5.During the dewatering, the tissue web 1 wraps around the rolls 2, 3 a roll 5.
Dadurch dass die Tissuebahn 1 bei diesem Entwässerungsschritt in Richtung des Bandes 2 entwässert wird und dadurch dass die Tissuebahn 1 auf dem strukturierten Band 3 entwässert wird, auf dem diese bereits gebildet wurde, werden die voluminösen Abschnitte weniger stark komprimiert als die anderen Abschnitte, so dass im Ergebnis die voluminöse Struktur dieser Abschnitte erhalten bleibt.By dewatering the tissue web 1 in the direction of the belt 2 during this dewatering step and by dewatering the tissue web 1 on the structured belt 3 on which it has already been formed, the voluminous sections are compressed less than the other sections, so that As a result, the voluminous structure of these sections is retained.
Der Druck zur Entwässerung der Tissuebahn 1 wird bei dem Entwässerungsschritt gemäß Figur 1 zumindest abschnittweise gleichzeitig durch einen Gasstrom und durch eine mechanische Presskraft erzeugt.The pressure for dewatering the tissue web 1 is generated at least in sections at the same time by a gas flow and by a mechanical pressing force in the dewatering step according to FIG.
Der Gasstrom durchströmt hierbei zuerst das strukturierte Band 3, dann die Tissuebahn 1 und anschließend das als Filz ausgebildete untere Band 2. Der Gasstrom durch die Tissuebahn 1 beträgt ca. 150 m3 pro Minute und Meter Bahnlänge.
Im vorliegenden Fall wird die Gasströmung durch eine Saugzone 10 in der Walze 5 erzeugt, wobei die Saugzone 10 eine Länge im Bereich zwischen 200 mm und 2500 mm, bevorzugt zwischen 800 mm und 1800 mm, besonders bevorzugt zwischen 1200 mm und 1600 mm hat.The gas stream flows through first the structured band 3, then the tissue web 1 and then the formed as a felt lower band 2. The gas flow through the tissue web 1 is about 150 m 3 per minute and meter web length. In the present case, the gas flow is generated by a suction zone 10 in the roller 5, wherein the suction zone 10 has a length in the range between 200 mm and 2500 mm, preferably between 800 mm and 1800 mm, more preferably between 1200 mm and 1600 mm.
Der Unterdruck in der Saugzone 10 beträgt zwischen -0,2bar und -0,8bar, bevorzugt zwischen -0,4bar und -0,6bar.The negative pressure in the suction zone 10 is between -0.2bar and -0.8bar, preferably between -0.4bar and -0.6bar.
Im Hinblick auf die Durchführung des durch mechanische Presskraft und optional oder zusätzlich mit Gasströmung durchgeführten Entwässerungsschritts sowie auf die verschiedenen Konfigurationen von Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Entwässerungsschritts soll die PCT/EP2005/050198 vollumfänglich mit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen werden.With regard to the performance of the dewatering step performed by mechanical pressing force and optionally or additionally with gas flow, as well as the various configurations of devices for carrying out such a dewatering step, PCT / EP2005 / 050198 should be fully incorporated in the disclosure of the present application.
Die mechanische Presskraft wird gemäß Figur 1 dadurch erzeugt, dass bei dem Entwässerungsschritt die Anordnung aus strukturiertem Band 3, Tissuebahn 1 und Band 2 einer Entwässerungsstrecke 11 zwischen einem unter Spannung stehenden Pressband 4 und einer glatten Oberfläche geführt wird, wobei das Pressband 4 auf das strukturierte Band 3 einwirkt und sich das Band 2 an der glatten Oberfläche abstützt.According to FIG. 1, the mechanical pressing force is produced by guiding the arrangement of structured band 3, tissue web 1 and band 2 of a dewatering section 11 between a press belt 4 under tension and a smooth surface during the dewatering step, the press belt 4 being structured Band 3 acts and the band 2 is supported on the smooth surface.
Die glatte Oberfläche wird hierbei durch die Mantelfläche der Walze 5 gebildet.The smooth surface is formed by the lateral surface of the roller 5.
Die Entwässerungsstrecke 11 wird im wesentlichen durch den Umschlingungsbereich des Pressbandes 4 um die Mantelfläche der Walze 5 festgelegt, wobei der Umschlingungsbereich durch den Abstand der beiden Umlenkrollen 12 festgelegt wird.The dewatering section 11 is essentially defined by the wrap area of the press belt 4 around the lateral surface of the roller 5, wherein the wrap area is determined by the distance between the two guide rollers 12.
Das Pressband 4 steht unter einer Spannung von zumindest 30kN/m, vorzugsweise zumindest 60kN/m oder 80kN/m und hat eine offene Fläche von zumindest 25% und
eine Kontaktfläche von zumindest 10% seiner gesamten zum oberen Band 3 weisenden Fläche.The press belt 4 is under a tension of at least 30 kN / m, preferably at least 60 kN / m or 80 kN / m and has an open area of at least 25% and a contact surface of at least 10% of its entire surface facing the upper band 3.
Im konkreten Fall hat das Pressband 4, als Spiral Link Fabric ausgebildet, eine offene Fläche zwischen 51% und 62% und eine Kontaktfläche zwischen 38% und 49% seiner gesamten zum oberen Band 3 weisenden Fläche.In the concrete case, the press belt 4, designed as a spiral link fabric, has an open area of between 51% and 62% and a contact area of between 38% and 49% of its total area facing the upper belt 3.
Im Hinblick auf die Struktur des Pressbandes soll die PCT/EP2005/050198 vollumfänglich mit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen werden.With regard to the structure of the press belt, PCT / EP2005 / 050198 should be included in full in the disclosure of the present application.
Die Tissuebahn 1 verlässt die Entwässerungsstrecke 11 mit einem Trockengehalt zwischen 25% und 55%.The tissue web 1 leaves the dewatering section 11 with a dry content of between 25% and 55%.
Nachfolgend wird die Tissuebahn 1 in einem dem Entwässerungsschritt nachfolgenden weiteren Entwässerungsschritt zusammen mit dem struktuierten Band 3 durch einen Pressspalt geführt, wobei die Tissuebahn 1 im Pressspalt zwischen dem strukturierten Band 3 und einer glatten Walzenoberfläche eines Yankee- Trockenzylinders 7 angeordnet ist. Der Pressspalt ist hierbei ein durch den Yankee- Trockenzylinder 7 und einer Schuhpresswalze 8 gebildeter, verlängerter Pressspalt.Subsequently, the tissue web 1 is guided in a subsequent dewatering step further dewatering step together with the structured band 3 through a press nip, wherein the tissue web 1 is arranged in the press nip between the structured band 3 and a smooth roll surface of a Yankee drying cylinder 7. The press nip here is an extended press nip formed by the Yankee dryer cylinder 7 and a shoe press roll 8.
Die Tissuebahn 1 liegt auf einer Seite mit einer relativ großen Fläche auf der Mantelfläche des Yankee-Trockenzylinders 7 auf, wobei die Tissuebahn 1 auf der anderen Seite auf dem strukturierten Band 3 aufliegt.The tissue web 1 rests on one side with a relatively large area on the lateral surface of the Yankee drying cylinder 7, the tissue web 1 resting on the other side on the structured band 3.
Die vertieften Bereiche und die relativ dazu erhöhten Bereiche des strukturierten Bandes 3 sind hierbei derart ausgebildet und zueinander angeordnet, dass die voluminösen Abschnitte im Pressspalt im wesentlichen nicht gepresst werden. Die anderen Abschnitte werden dagegen gepresst, wodurch die Festigkeit der Tissuebahn 1 weiter erhöht wird.
Zwischen den beiden beschriebenen Entwässerungsschritten kann ein weiterer Entwässerungsschritt vorgesehen sein, der mittels einer Vorrichtung 9 durchführbar ist.The recessed areas and the relatively elevated areas of the structured band 3 are in this case designed and arranged relative to one another such that the voluminous sections in the press nip are essentially not pressed. On the other hand, the other sections are pressed, whereby the strength of the tissue web 1 is further increased. Between the two described dewatering steps, a further dewatering step can be provided, which can be carried out by means of a device 9.
Optional kann vorgesehen sein, dass die Tissuebahn 1 , bevor diese durch den Pressspalt läuft, zusammen mit dem strukturierten Band 3 um eine besaugte Umlenkwalze geführt wird, wobei das strukturierte Band 3 zwischen der Tissuebahn 1 und der besaugten Umlenkwalze angeordnet ist (nicht dargestellt).Optionally, it can be provided that the tissue web 1, before it passes through the press nip, is guided together with the structured band 3 around an evacuated deflection roller, the structured band 3 being arranged between the tissue web 1 and the evacuated deflection roller (not shown).
Aus der Figur 2 ist ersichtlich, dass die Gasströmung zusätzlich durch eine oberhalb des strukturierten Bandes 3 angeordnete Überdruckhabe 6 erzeugt werden kann, wobei der Entwässerungsschritt in diesem Fall ohne mechanische Presskraft erfolgt, d.h. es ist im Gegensatz zur Figur 1 kein Pressband 4 vorgesehen, das die Walze 5 abschnittweise umschlingt.
From Figure 2 it can be seen that the gas flow can be generated in addition by a arranged above the structured band 3 Überdruckhabe 6, wherein the dewatering step takes place in this case without mechanical pressing force, i. In contrast to FIG. 1, no press belt 4 is provided which wraps around the roller 5 in sections.