WO2019170667A1 - Dissolving pulp - Google Patents

Dissolving pulp Download PDF

Info

Publication number
WO2019170667A1
WO2019170667A1 PCT/EP2019/055436 EP2019055436W WO2019170667A1 WO 2019170667 A1 WO2019170667 A1 WO 2019170667A1 EP 2019055436 W EP2019055436 W EP 2019055436W WO 2019170667 A1 WO2019170667 A1 WO 2019170667A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pulp
molecular weight
pulps
chemical
log
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/055436
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gabriele Schild
Verena Silbermann
Original Assignee
Lenzing Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lenzing Aktiengesellschaft filed Critical Lenzing Aktiengesellschaft
Publication of WO2019170667A1 publication Critical patent/WO2019170667A1/en

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/04Pulping cellulose-containing materials with acids, acid salts or acid anhydrides
    • D21C3/06Pulping cellulose-containing materials with acids, acid salts or acid anhydrides sulfur dioxide; sulfurous acid; bisulfites sulfites
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • D01F2/06Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from viscose
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/04Pulping cellulose-containing materials with acids, acid salts or acid anhydrides
    • D21C3/06Pulping cellulose-containing materials with acids, acid salts or acid anhydrides sulfur dioxide; sulfurous acid; bisulfites sulfites
    • D21C3/10Pulping cellulose-containing materials with acids, acid salts or acid anhydrides sulfur dioxide; sulfurous acid; bisulfites sulfites magnesium bisulfite
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/02Synthetic cellulose fibres

Definitions

  • the present invention relates to a chemical pulp, its use for the production of cellulose fibers, in particular lyocell fibers, and lyocell fibers which are produced by the
  • the predominant processes for producing chemical pulps are the Kraft process and the sulfite process.
  • a significantly lower viscosity is required than for papermaking and a higher purity, that is, the cellulose chains must be further split and low molecular weight carbohydrates, extractives and transition metals
  • Pre-hydrolyzate for further processing. It not only contains dissolved low molecular weight carbohydrates but also small amounts of dissolved lignin. Upon relaxation of the container and emptying of the pre-hydrolyzate these Ligninbruch Ser fall out, condense and lead to significant sticking to pumps, valves and piping. This problem has so far been bypassed industrially so that chemical pulps with the
  • Prehydrolysis Force Procedures are only produced on a campaign basis and mainly Be cooked paper pulps that do not require prehydrolysis. With the alkaline cooking liquor for the production of paper pulp, therefore, in between all
  • the pulp is treated with pure caustic soda or white liquor from the recovery of the power process to remove the low molecular weight fraction of carbohydrates.
  • the CCE liquor with the dissolved carbohydrates is pressed off. With ultra or nanofiltration these carbohydrates can then be removed from the
  • a chemical pulp to be used should have a low viscosity of 250 to 430 ml / g. In addition, it should have a very low proportion of low molecular weight carbohydrates. The proportion of low molecular weight
  • Carbohydrates are determined in practice over industry standard values such as R18, S18, alpha content or the like.
  • degree of polymerisation of the carbohydrates can be represented by SEC (size exclusion chromatography) as molecular weight distribution.
  • Chemical pulps vary according to the manufacturing process
  • pulps produced by a kraft process are referred to as "kraft pulps” and pulps produced by sulfite processes are referred to as “sulfite pulps”.
  • Paper pulps that is, high yield pulps, have a bimodal molecular weight distribution when made from hardwood, or at least one additional low molecular weight shoulder when made from softwood (Sixta 2006, 11.2 Paper-Grade Pulp p. 1018). ,
  • bimodal here and below denotes a molecular weight distribution which has more than one maximum, in particular two maxima.
  • lignin and extractives may have low molecular weight carbohydrates.
  • their content of residual lignin and extractives preferably ⁇ 0.1%) must be very low so that they can be processed without difficulty, such as foaming in the process or deposits,
  • the present invention has set itself the task of a new chemical pulp for
  • FIG. 1 shows a comparison of the typical molecular weight distribution of a commercially available prehydrolysis kraft pulp and of a commercially available sulphite pulp.
  • Figure 2 shows the molecular weight distribution of an embodiment of the pulp according to the invention, compared with the molecular weight distribution of two kraft pulps.
  • FIG. 3 shows the molar mass distribution of two further embodiments of the invention
  • Pulp according to the invention compared with the molecular weight distribution of a commercially available sulfite pulp.
  • FIG. 4 shows the molecular weight distribution of a further embodiment of the invention
  • Pulp according to the invention compared with the molecular weight distribution of a commercially available sulfite pulp
  • Chemical pulp may be produced by a conventional acid sulfite process followed by TCF or ECF bleaching.
  • the increased yield of low molecular weight carbohydrates in the pulp significantly increases the yield. This leads to an overall higher use of the raw material wood and thus to an improved
  • a bimodal molecular weight pulp pulp is to be understood as meaning a single pulp which is produced by boiling from a single starting material and not by mixing a plurality of pulps having a different molecular weight distribution.
  • low molecular weight cellulose is formed, while it is formed in the bimodal pulp according to the invention from hemicelluloses and a low proportion of low molecular weight cellulose.
  • a chemical pulp already differs by its overall lower average molecular weight.
  • DP average degree of polymerization
  • the DP of chemical pulps for the lyocell process is approximately between 600 and 2000 (log M w 5.0 to 5.5).
  • the data from log M are based on the (if appropriate average) molar mass in g / mol.
  • the pulp according to the invention is produced by a sulfite pulping process.
  • Pulps produced by a sulfite pulping process differ in the same parameters as DP, viscosity and the like. from one to a force method
  • inventive chemical pulp may be prepared by a magnesium bisulfite process.
  • Molar mass distribution in the range of 4.2 to 6.0 log M, preferably 4.3 to 5.7, more preferably 4.5 to 5.5 characterized.
  • inventive chemical pulp is characterized by a second
  • the low molecular weight fraction of hardwood pulp has a maximum of about log M 4.2 for sulfite and 4.7 for kraft pulps. There is about the minimum for the inventive chemical pulps.
  • the inventive chemical pulp is further characterized by a weight average molecular weight of log M w 5, 0-5, 5 g / mol, preferably 5, 2-5, 5 g / mol. This is below the weight average molecular weight of paper pulps.
  • the proportion of cellulose is below 95% by weight. Accordingly, it means that the content of hemicelluloses is 5% by weight or more.
  • the inventive chemical pulp is characterized by a proportion (% by weight) of polymer chains with a log M w of 5.5 (corresponds to a DP of 2000) or more of 25% or less, preferably ⁇ 22%, more preferably ⁇ 19%. This proportion is significantly lower than that of
  • the pulp of the invention may be made of hardwood, softwood or a mixture of both.
  • the chips used to make the pulp may be made from logs, sawdust, waste wood or any mixture thereof.
  • the bark content should not exceed 2%, preferably 1%.
  • the pulp according to the invention is preferably characterized in that it has a
  • the pulp according to the invention may preferably be bleached totally chlorine-free (TCF).
  • the pulp according to the invention may have an acetone extractant content of> 0.1%.
  • extractant groups the following groups with typical amounts were found in embodiments of the pulp according to the invention:
  • the pulp according to the invention may have a copper number of> 2.0%.
  • the pulp according to the invention can be produced by a kraft or sulfite pulping process, in particular by the magnesium bisulfite process.
  • the glucomannan which accounts for the majority of hemicelluloses in softwood, can be stabilized by a lower temperature regime and thus preserved in the pulp (Rydholm 1985, p. 512).
  • the setting of the glucomannan which accounts for the majority of hemicelluloses in softwood, can be stabilized by a lower temperature regime and thus preserved in the pulp (Rydholm 1985, p. 512).
  • Process parameters in the delignification of the process ie during the cooking and Oxygen bleaching or alkaline extraction take place. This can be z. B. with the help of a change of the SCk offer in the cooking acid or with the lowering of the H-factor happen.
  • the H-factor is a factor known from the literature (Sixta 2006), which describes the intensity of the digestion process on the basis of the variables temperature profile and time.
  • the present invention also relates to the use of an inventive
  • Chemical pulp for the production of Cellulosischen Formkörpem in particular fibers, in particular for the production of Lyocellfasem or viscose fibers, preferably for
  • the present invention also relates to a cellulosic molded body, in particular a lyocell fiber, obtainable by spinning an organic solution of a chemical pulp according to the invention, in particular a solution of the pulp in an aqueous tertiary amine oxide.
  • a molded body according to the invention in particular a lyocell fiber according to the invention, is characterized in that the proportion of cellulose is less than 95% by weight. That is, conversely, the content of hemicelluloses is 5% by weight or more.
  • the molecular weight distribution is determined by size exclusion chromatography (SEC) in DMAc-LiCl solution.
  • SEC size exclusion chromatography
  • MALLS multi-angle laser light scattering
  • the extract substance groups are based on ⁇ sa et al. (1994). 10 g of sample are extracted in the Soxhlet extractor with cyclohexane / acetone (9: 1). The extract is made up to 100ml lml extract is added lml standard and at 40 ° C in
  • the standard is a multistandard of heneicosanic acid, cholesterol, cholesteryl palmitate and 1,3-dipalmitoyl-2-oleyl-glycerol.
  • TMCS TMCS
  • the pulp is dissolved in NMMO and then tested by a standard method as described in Schild et al. (2011).
  • the dope is with a constant
  • Viscose filter value the value is multiplied by 10.
  • a Mg bisulfite chemical cell stock (“pulp # 1") was made in a 10L pilot cooker. The boiling was carried out at a temperature of 45 ° C and a H-factor of 75. The total SCk was dosed with 200g / kg of dry wood. For comparison, a prehydrolysis kraft pulp was used
  • Comparative Pulp # 3 also prepared on a pilot scale using conventional VisCBC (continuous batch cooking with steam prehydrolysis) conditions.
  • the steam prehydrolysis was carried out at a temperature of l70 ° C and a P-factor of 600.
  • the boiling took place at an H-factor of 300 at 150 ° C.
  • the effective potassium concentration was 30 g / l.
  • Oxygen bleaching O was carried out at a temperature of 90 ° C, a consistency of 12% and a NaOH addition of 20kg / t pulp over a period of 60min.
  • Ozone dosage in the Z-stage was adjusted to reach the final viscosity.
  • the reaction temperature was 50 ° C.
  • the P-stage was carried out at 70 ° C and lasted for l20min.
  • the following bleaching chemicals were added per ton of pulp: 6.0 kg NaOH, 5.0 kg H 2 O 2 , 5.0 kg MgS0 4 .
  • the two pulps are additionally compared with a commercially available prehydrolysis kraft pulp (the "comparative stock # 1" of Fig. 1).
  • Table 1 Grades of the final bleached bimodal sulphite pulp from pilot cooks as compared to a prehydrolysis Kraft pulp
  • the kappa number is comparable for # 1 pulp and # 3 comparative pulp. By using the same bleaching conditions, # 1 pulp is clearly superior to # 3 in terms of whiteness. Also, the water retention as a measure of the
  • Pore volume and thus the absorbency and accessibility of the pulp for further processing is higher in pulp # 1 than in comparison # 3.
  • the R18 value is lower due to the greatly increased low molecular weight portion of the carbohydrate chains. This is also in the low molecular weight fractions DP ⁇ 50 or ⁇ 100 and at a high PDI visible.
  • the values for pulp # 1 are very high compared to the comparative pulp # 3.
  • FIG. 2 shows the molecular weight distribution of the pilot samples of the new bimodal
  • Digestion process namely made with the acidic magnesium bisulfite process and then with a comparable TCF sequence end bleaching consisting of oxygen, ozone and peroxide bleach.
  • the bimodal pulps of the present invention are well comparable to the market pulp, although the market pulp is from spruce wood and the pulps from the production trials are from beechwood. The viscosities are almost identical.
  • the pulp # 2 attains a high degree of whiteness like the comparative pulp # 2.
  • the whiteness of pulp # 3 at 90.9% is also sufficient.
  • R10, R18 and the ash content are at the same level.
  • the pulps according to the invention from the production experiments differ only by the high acetone extracts of 0.22% and 0.26% and the second low molecular weight maximum in the molecular weight distribution.
  • FIG. 3 shows the molar mass distribution of the sulfite pulps according to the invention in comparison to a sulfite market pulp of comparative pulp # 2.
  • the log values of the low molecular weight maxima of pulps # 2 and # 3 are 3.80 and 3.86, while comparative pulp # 2 has no second low molecular weight peak.
  • the proportion of carbohydrates with a DP ⁇ 100 is slightly increased, the proportion DP ⁇ 50 is 2.5 to 3 times.
  • the polydispersity index for the pulps of the present invention is 5.3 and 5.5 while that of the comparative pulp is 4.1.
  • the high molecular weight fraction is the same for all pulps (compare FIG. 3).
  • the kappa number determination method is generally used to characterize a pulp. It describes the residual content of lignin. In endgebertonen chemical pulps lignin is hardly, so here are more oxidizable
  • the inventive chemical pulps are suitable for the lyocell process, despite an increased content of extractives, specifically throughout all extractant groups (see Table 3).
  • a sulphite pulp made of spruce wood was removed from production after cooking and the first bleaching stage. This pulp was finally bleached with ozone and hydrogen peroxide.
  • the ozone stage was carried out at medium consistency and at 50 ° C.
  • pulp # 4 The resulting pulp of the invention is referred to as "pulp # 4".
  • the bimodal sulfite chemical pulp of the present invention has comparable properties to the market pulp of Comparative Pulp # 2 (see Table 4). Also, a similar level of kappa and whiteness was achieved. Also acetone extract and ash are comparable. Surprisingly, the pulp according to the invention could also be further processed with a high copper number of> 2%. The viscosity of the pulp according to the invention is slightly higher than that of the market pulp in the range required for the lyocell process. Table 4: Properties of the sulfite chemical pulp according to the invention in comparison with a market pulp made of spruce wood
  • Low molecular weight maximum of the inventive pulp # 4 is at a log molecular weight of 3.81 g / mol.
  • the low molecular weight fractions PD ⁇ 50 and ⁇ 100 are significantly higher, while the high molecular weight fraction DP> 2000 is greatly increased.
  • the maxima of the high molecular weight carbohydrates are very close to each other for the investigated pulps. Characterization of the low molecular weight maximum
  • the bimodal chemistry pulps of the invention were prepared from various hardwood and softwoods on a pilot scale and in production trials by means of TCF bleaching.
  • the raw material thus has a different carbohydrate composition.
  • the experimental conditions also vary.
  • log M logarithmic molar masses strongly from each other. They range between 5.23 for pulp # 2 and 5.60 for pulp # 1. Since this is a logarithmic evaluation and presentation, the difference is very clear and is also reflected in the viscosity, which varies between 405 ml / g for pulp # 2 and 580 ml / g for pulp # 1. The differences are extremely evident in the molecular weight of the high molecular weight maximum.
  • pulp # 1 has a maximum at a M of 5.37, the lowest value of pulp # 2 is 4.75 (see Table 6). This corresponds to a degree of polymerization of 1456 or 345.
  • the molecular weight distributions of the low molecular weight carbohydrates are very similar for all pulps investigated.
  • the minimum for a DP is between 51 and 72. This corresponds to a log M of 3.91 and 5.07, respectively.
  • the low molecular maximum lies between a DP of 28 and 44. This corresponds to a log M of 3.66 and 3.86, respectively.
  • the pattern of the new Zehstofftype pulp # 4 on spruce wood basis is exactly in the required range for lyocell application in terms of viscosity (440ml / g).
  • the molecular weight distribution again shows the clear minimum between the two maximum peaks, over which the bimodality is defined, and which allows the determination of the low molecular weight fraction.
  • the mass fraction of low molecular weight carbohydrates below the minimum is 6.1%. This fraction characterizes the increased yield by obtaining the low molecular weight carbohydrates. This results in a significant economic advantage and a more efficient use of the raw material wood and thus a better eco-balance for the entire production chain and the products.
  • pulp # 1 has a low molecular weight content of 8.7% and a hemicellulose content of 5.2% in total. In this pulp so is the low molecular weight Peak significantly larger than the hemicellulose content, ie in the low molecular weight fraction are other polymers such as degraded short-chain cellulose.
  • low-molecular peak also degraded cellulose is to be found and that at the same time hemizelluloses in a longer-chained form can hold, so that they are not to be found in the low-molecular peak.
  • the low molecular weight peak is thus by no means identical to the proportion of hemicelluloses in the pulp
  • the pulp # 4 according to the invention was subjected to a Lyo cell application test.
  • the prehydrolysis kraft pulp from Example 1 comparative pulp # 3
  • two market pulps see Table 7.
  • the fibers produced from the inventive chemical pulps are very well comparable with the fibers produced from the market pulp.
  • the fiber of the bimodal pulp # 4 of the present invention showed a good elongation of 9.4%.
  • the textile strength is below that of the fibers made from the other pulps.
  • Polymers such as in this example adversely affected the strength.
  • the filter value is sufficient. So this pulp is sufficiently easy to process in the application test.
  • the pulps according to the invention are thus suitable for the production of a new fiber type by the fyocell method.
  • M w is the mass average of the molecular mass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

The present invention relates to a dissolving pulp which is characterised by a combination of properties: the pulp is produced using a sulphite pulping process; - the pulp has a bimodal molar mass distribution, wherein a first maximum of the molar mass distribution is in the range of (on the basis of g/mol) 4.2 to 6.0 log M, preferably 4.3 to 5.7, particularly preferably 4.5 to 5.5, and a second maximum of the molar mass distribution is in the range of 3.0 to 4.2 log M, preferably 3.5 to 4.0, particularly preferably 3.6 to 3.9; - the pulp has a mass average of the molar mass of log Mw 5.0 to 5.5, preferably 5.2 to 5.5; - the pulp has a cellulose content of less than 95 wt.%.

Description

Chemiezellstoff  Chemical pulp
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Chemiezellstoff, seine Verwendung zur Herstellung von Cellulosefasern, insbesondere Lyocellfasem, und Lyocellfasem, die durch das The present invention relates to a chemical pulp, its use for the production of cellulose fibers, in particular lyocell fibers, and lyocell fibers which are produced by the
Verspinnen des erfindungsgemäßen Chemiezellstoffes erhältlich sind. Spinning the inventive chemical pulp are available.
Hintergrund background
Die vorherrschenden Verfahren zur Herstellung von Chemiezellstoffen sind der Kraft- Prozess und der Sulfit-Prozess. Für eine anschließende Verarbeitung im Viskose- oder Lyocellprozess wird eine deutlich niedrigere Viskosität als zur Papierherstellung benötigt und eine höhere Reinheit, sprich, die Zelluloseketten müssen weiter gespalten werden und niedermolekulare Kohlenhydrate, Extraktstoffe und Übergangsmetalle werden The predominant processes for producing chemical pulps are the Kraft process and the sulfite process. For subsequent processing in the viscose or lyocell process, a significantly lower viscosity is required than for papermaking and a higher purity, that is, the cellulose chains must be further split and low molecular weight carbohydrates, extractives and transition metals
weitestgehend entfernt. as far as possible.
Bei Anwendung des alkalischen Kraft- Verfahrens wird dies erreicht, indem die Kochung mit einer sauren Vorhydrolyse und/oder mit einer Kalt- Alkali- Veredelung (CCE) kombiniert wird. In der Vorhydrolyse wird vor der eigentlichen Kochung eine Entfernung der niedermolekularen Anteile durchgeführt. When using the alkaline Kraft method, this is achieved by combining the digestion with acid prehydrolysis and / or cold-alkali upgrading (CCE). In the prehydrolysis, a removal of the low molecular weight fractions is carried out before the actual boiling.
Beim Einsatz von Laubholz kann mit Zugabe von reinem Wasser gearbeitet werden. Die Acetyl-Seitengruppen des Xylans spalten sich unter erhöhter Temperatur ab und bilden mit dem Wasser Essigsäure. Diese wiederum beschleunigt die autokatalytische Spaltung der Hemizellulosen, beschleunigt somit den Abbau der niedermolekularen Bestandteile und deren Lösung in der wässrigen Phase, im Vorhydrolysat. When using hardwood can be worked with the addition of pure water. The acetyl side groups of xylan split off under elevated temperature and form acetic acid with the water. This in turn accelerates the autocatalytic cleavage of the hemicelluloses, thus accelerating the degradation of the low molecular weight constituents and their solution in the aqueous phase, in the prehydrolysate.
Bei Einsatz von Nadelholz liegt ein großer Anteil als Mannan vor und nur ein geringer Anteil in Form von Xylan. Die Abspaltung der Acetyl-Seitengruppen reicht nicht aus, um den pH-Wert so weit zu senken, dass die saure katalytische Spaltung voranschreitet. Als Katalysator werden üblicherweise mineralische Säuren zugesetzt. Bei einem üblichen Verhältnis von Wasser zu Holz von 3 bis 4,5 : 1 fällt eine große Menge an saurem When using softwood, a large proportion is present as mannan and only a small proportion in the form of xylan. The cleavage of the pendant acetyl groups is not sufficient to lower the pH so much that the acidic catalytic cleavage proceeds. As a catalyst, mineral acids are usually added. At a typical ratio of water to wood of 3 to 4.5: 1, a large amount of acidity falls
Vorhydrolysat zur Weiterverarbeitung an. Es enthält nicht nur gelöste niedermolekulare Kohlenhydrate, sondern auch kleine Mengen gelöstes Lignin. Bei Entspannung der Behälter und Entleerung des Vorhydrolysats fallen diese Ligninbruchstücke aus, kondensieren und führen zu erheblichen Verklebungen an Pumpen, Ventilen und Rohrleitungen. Dieses Problem wird bisher großtechnisch so umgangen, dass Chemiezellstoffe mit dem Pre-hydrolyzate for further processing. It not only contains dissolved low molecular weight carbohydrates but also small amounts of dissolved lignin. Upon relaxation of the container and emptying of the pre-hydrolyzate these Ligninbruchstücke fall out, condense and lead to significant sticking to pumps, valves and piping. This problem has so far been bypassed industrially so that chemical pulps with the
Vorhydrolyse-Kraft-Verfahren nur kampagnenweise hergestellt werden und hauptsächlich Papierzellstoffe gekocht werden, die keine Vorhydrolyse benötigen. Mit der alkalischen Kochlauge für die Herstellung der Papierzellstoffe werden daher zwischendurch alle Prehydrolysis Force Procedures are only produced on a campaign basis and mainly Be cooked paper pulps that do not require prehydrolysis. With the alkaline cooking liquor for the production of paper pulp, therefore, in between all
Apparaturen gespült und gereinigt. Die abgelagerten und kondensierten Ligninmoleküle lösen sich dann wieder. Equipment rinsed and cleaned. The deposited and condensed lignin molecules then dissolve again.
Dadurch ist die Produktionskapazität für Chemiezellstoffe extrem eingeschränkt. Weiterhin gibt es bisher keine Technologie zur Aufarbeitung des Vorhydrolysats, zur Rückgewinnung der mineralischen Säuren und zur Gewinnung und Nutzung der niedermolekularen As a result, the production capacity for chemical pulps is extremely limited. Furthermore, there is currently no technology for processing the prehydrolysate, for the recovery of mineral acids and for the production and use of low molecular weight
Kohlenhydrate im industriellen Einsatz. Carbohydrates in industrial use.
Eine weitere Möglichkeit, ohne Kapazitätseinschränkung Chemiezellstoffe mit dem Kraft- Verfahren herzustellen, ist der Einsatz der Dampfvorhydrolyse. Die Entfernung der niedermolekularen Kohlenhydrate findet unter Einsatz von Dampf statt. Die Dampfphase mit den gelösten Kohlenhydraten wird dann später mit der alkalischen Kochlauge verdrängt. Diese Methode ist auf Laubholz beschränkt und verhindert die Aufbereitung der Another possibility for producing chemical pulps by the Kraft process without capacity limitation is the use of steam prehydrolysis. The removal of low molecular weight carbohydrates takes place using steam. The vapor phase with the dissolved carbohydrates is then displaced later with the alkaline cooking liquor. This method is limited to hardwood and prevents the preparation of the
Hemizellulosen gänzlich, da der zusätzliche Produktstrom mit der Kochlauge eingedampft und verbrannt wird, ermöglicht aber eine Produktion von Chemiezellstoffen ohne Hemicelluloses completely, because the additional product stream is evaporated and burned with the cooking liquor, but allows a production of chemical pulps without
Unterbrechungen mit hohen Kapazitäten. Diese Technologie ist unter der Bezeichnung VisCBC bekannt und findet großtechnische Anwendung (WO 94/12719). Interruptions with high capacities. This technology is known under the name VisCBC and finds industrial application (WO 94/12719).
In der Literatur (WO 2007/128026 und EP 2 855 765 Bl) werden darüber hinaus Beyond that, in the literature (WO 2007/128026 and EP 2 855 765 B1)
Verfahrensmöglichkeiten beschrieben, die mit einer sehr kurzen Vorhydrolyse in der Dampfphase oder ganz ohne Vorhydrolyse auskommen. Der Zellstoff wird nach oder vor der ersten Bleichstufe einer Kalt- Alkali- Veredelung (CCE) unterzogen. Bei niedrigen Process possibilities described, which manage with a very short prehydrolysis in the vapor phase or without prehydrolysis. The pulp is subjected to cold or alkali upgrading (CCE) after or before the first bleaching stage. At low
Temperaturen <50°C wird der Zellstoff mit reiner Natronlauge oder Weißlauge aus der Rückgewinnung des Kraftprozesses behandelt, um den niedermolekularen Anteil der Kohlenhydrate zu entfernen. Die CCE-Lauge mit den gelösten Kohlenhydraten wird abgepresst. Mit Ultra- oder Nanofiltration können diese Kohlenhydrate dann aus der Temperatures <50 ° C, the pulp is treated with pure caustic soda or white liquor from the recovery of the power process to remove the low molecular weight fraction of carbohydrates. The CCE liquor with the dissolved carbohydrates is pressed off. With ultra or nanofiltration these carbohydrates can then be removed from the
Presslauge abgetrennt werden. Press liquor are separated.
Beim sauren Sulfit- Aufschluss wird die Kochung für Chemiezellstoffe unter schärferen Bedingungen gefahren als bei der Herstellung von Papierzellstoffen, das sind eine längere Kochzeit und ein erhöhter Chemikalieneinsatz. Meistens weist der Rohzellstoff noch einen Anteil niedermolekularer Kohlenhydrate auf. Dieser wird in der Bleiche teilweise entfernt. Für hochreine Zellstoffe wird sogar eine Heiß-Alkali-Veredelung (HCE) in der Bleiche eingesetzt. Eine HCE-Stufe hat einen hohen Energiebedarf und ist sehr unselektiv, d. h. es werden deutliche Anteile der hochmolekularen Zellulose mit abgebaut, was wiederum stark zu Lasten der Ausbeute geht. In the case of acid sulfite digestion, cooking for chemical pulps is carried out under harsher conditions than in the production of paper pulps, ie a longer cooking time and an increased use of chemicals. Most of the raw pulp still has a proportion of low molecular weight carbohydrates. This is partially removed in the bleach. For high-purity pulps, even a hot-alkali process (HCE) is used in bleaching. An HCE stage has a high energy requirement and is very unselective, ie Significant proportions of high molecular weight cellulose are degraded, which in turn comes at the expense of the yield.
Diese Zellstoffe sind im Viskose- und Lyocell-Prozess sehr reaktiv, haben aber meistens einen geringeren Reinheitsgrad als alkalische hergestellte Zellstoffe, bzw. bei gleichem Reinheitsgrad eine deutlich geringere Ausbeute. Aus diesem Grund werden heute neue Fabriken nicht mehr nach diesem Verfahren gebaut, sondern nach dem Kraft-Verfahren. Das Sulfit- Verfahren hat jedoch noch einige Bedeutung, da es einen großen Anteil der bestehenden Kapazitäten ausmacht. These pulps are very reactive in the viscose and lyocell process, but usually have a lower degree of purity than alkaline pulps produced, or at the same degree of purity significantly lower yield. For this reason, new factories are no longer built according to this procedure, but according to the Kraft process. However, the sulphite process still has some importance as it accounts for a large proportion of existing capacity.
Ahe konventionellen Verfahren zur Herstellung von Chemiezehstoffen bedingen, dass die Ausbeute durch die Entfernung des niedermolekularen Anteils erheblich reduziert wird und stehen klare Probleme im Hinblick auf Kreislaufschließung und Umweltverträglichkeit dar. Chemiezehstoffe werden zu verschiedensten zellulosischen Produkten weiterverarbeitet. Nach dem Viskoseverfahren z. B. werden Textilfasern oder Non-Wovens-Produkte hergesteht. Das Viskoseverfahren ist der derzeitwirtschaftlich bedeutendste Prozess. Der Zellstoff wird nach einer Vorreife in Natronlauge, die zur Einstellung des Conventional processes for the production of chemical zeolites mean that the yield is considerably reduced by the removal of the low molecular weight fraction, and there are clear problems in terms of cycle closure and environmental compatibility. Chemicals are further processed into a wide variety of cellulosic products. After the viscose z. For example, textile fibers or non-wovens products are manufactured. The viscose process is currently the most important process in the industry. The pulp is after a pre-ripeness in caustic soda, which is used to adjust the
Polymerisationsgrades, d. h. der Kettenlänge der Zellulose dient, xanthogeniert und nach Lösung in Natronlauge in ein saures Spinnbad ausgefällt. Hier folgen verschiedene Degree of polymerization, d. H. the chain length of the cellulose is used, xanthogeniert and precipitated after dissolution in sodium hydroxide in an acidic spin bath. Here are different
Prozessschritte aufeinander, die ein nachträgliches Aufreinigen der Zellulose und ein Abbauen und Ausschleusen von Nebenprodukten ermöglichen. Mit diesem Verfahren können also gewisse ungünstige Zellstoffqualitäten in geringem Maße ausgeglichen werden. Process steps on each other, which allow a subsequent purification of the cellulose and a breakdown and removal of by-products. With this method, therefore, certain unfavorable pulp qualities can be compensated to a small extent.
Ganz anders ist es dagegen bei den Direktlöseverfahren. Der Zellstoff wird direkt in einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. NMMO oder ionischen Flüssigkeiten, ohne den On the other hand, it is quite different with the direct-release methods. The pulp is treated directly in a suitable solvent, e.g. As NMMO or ionic liquids, without the
Zwischenschritt der Derivatisierung gelöst und dann direkt als Faden ausgesponnen. Diese Verfahren sind deutlich umweltfreundlicher. Jedoch kann weder der Polymerisationsgrad der Zellulose eingestellt werden, noch können Verunreinigungen in nennenswertem Ausmaß ausgeschleust werden. Im großtechnischen Lyocell-Prozess ist die Kreislaufschließung sehr eng. Es ist daher gut bekannt, dass speziell die Direktlöseverfahren hohe Ansprüche an die Qualität des eingesetzten Chemiezellstoffs stellen. Intermediate step of derivatization dissolved and then spun directly as a thread. These procedures are much more environmentally friendly. However, neither the degree of polymerization of the cellulose can be adjusted, nor can impurities be discharged to any appreciable extent. In the large-scale lyocell process, the cycle closure is very close. It is therefore well known that especially the direct dissolving processes place high demands on the quality of the used chemical pulp.
Gemäß dem Stand der Technik soll ein zu verwendender Chemiezellstoff eine niedrige Viskosität von 250 bis 430 ml/g haben. Zusätzlich sollte er einen nur sehr geringen Anteil an niedermolekularen Kohlenhydraten aufweisen. Der Anteil an niedermolekularen According to the state of the art, a chemical pulp to be used should have a low viscosity of 250 to 430 ml / g. In addition, it should have a very low proportion of low molecular weight carbohydrates. The proportion of low molecular weight
Kohlenhydraten wird in der Praxis über branchenübliche Werte wie R18, S18, Alpha-Gehalt oder Ähnliches bestimmt. Zusätzlich kann der Polymerisationsgrad der Kohlenhydrate über SEC (Size Exclusion Chromatographie) als Molmassenverteilung dargesteht werden. Carbohydrates are determined in practice over industry standard values such as R18, S18, alpha content or the like. In addition, the degree of polymerisation of the carbohydrates can be represented by SEC (size exclusion chromatography) as molecular weight distribution.
Chemiezellstoffe weisen je nach Herstellungsprozess unterschiedliche Chemical pulps vary according to the manufacturing process
Molmassenverteilungen auf. Für Sulfit-Zellstoffe (saurer Aufschluss) wird eine Verteilung mit einer niedermolekularen Schulter beschrieben, für Kraft-Zellstoffe (alkalischer Molar mass distributions on. For sulfite pulps (acid digestion) a distribution with a low molecular weight shoulder is described for kraft pulps (alkaline
Aufschluss) dagegen eine unimodale Verteilung (Sixta 2006, 11.3 Dissolving Grade Pulp S. 1035). In den Dokumenten US 6,514,613, US 6,210,801 und US 6,331,354 wird eine unimodale Verteilung des Polymerisationsgrades als vorteilhaft beschrieben. Soweit in diesen Dokumenten von Zellstoffen mit multimodaler Verteilung des Polymerisationsgrades die Rede ist, wird dies durch Mischen von Zellstoffen mit unimodaler Verteilung erreicht. Auch ein geringer Gehalt an Übergangsmetallen (<20 ppm), Restlignin (Kappa-Zahl <2.0), Carbonyl-Gruppen (Kupferzahl <2) und Extraktstoffen wird als Voraussetzung für eine gute Prozessierbarkeit und ausreichend Stabilität im Lyocell-Verfahren angesehen. Für alkalische Chemiezellstoffe wurden diese Notwendigkeiten auch noch in folgenden Dokumenten abgebildet US 6,440,523; US 6,444,314; US 6,528,163; US 6,686,040; US 6,685,856; On the other hand, a unimodal distribution (Sixta 2006, 11.3 Dissolving Grade Pulp p. 1035). In documents US 6,514,613, US 6,210,801 and US 6,331,354 a unimodal distribution of the degree of polymerization is described as advantageous. As far as in these documents of pulps with multimodal distribution of the degree of polymerization is mentioned, this is achieved by mixing pulps with unimodal distribution. Also, a low content of transition metals (<20 ppm), residual lignin (kappa number <2.0), carbonyl groups (copper number <2) and extractives is regarded as a prerequisite for good processability and sufficient stability in the lyocell process. For alkaline chemical pulps, these needs were also shown in the following documents: US 6,440,523; US 6,444,314; US 6,528,163; US 6,686,040; US 6,685,856;
6,605,350. 6,605,350.
Die typischen Molmassenverteilungen eines durch ein Vorhydrolyse-Kraft- Aufschlussverfahrens hergestellten kommerziell erhältlichen Zellstoffs („Vergleichszellstoff #1“) und eines durch ein Sulfitverfahren hergestellten kommerziell erhältllichen Zellstoffs („Vergleichszehstoff #2“) sind in Fig. 1 dargestellt. The typical molecular weight distributions of a commercially available pulp ("Comparative Pulp # 1") prepared by a prehydrolysis Kraft pulping process and a commercially available pulp prepared by a sulfite process ("Control # 2") are shown in FIG.
In der Folge werden durch ein Kraftverfahren hergestellte Zellstoffe als„Kraftzellstoffe“ und durch Sulfitverfahren hergestellte Zellstoffe als„Sulfitzellstoffe“ bezeichnet. As a result, pulps produced by a kraft process are referred to as "kraft pulps" and pulps produced by sulfite processes are referred to as "sulfite pulps".
Papierzellstoffe, also Hoch-Ausbeute-Zellstoffe, weisen eine bimodale Molmassenverteilung auf, wenn sie aus Faubholz hergestellt werden, oder zumindest eine zusätzliche Schulter im niedermolekularen Bereich, wenn sie aus Nadelholz hergestellt werden (Sixta 2006, 11.2 Paper-Grade Pulp S. 1018). Paper pulps, that is, high yield pulps, have a bimodal molecular weight distribution when made from hardwood, or at least one additional low molecular weight shoulder when made from softwood (Sixta 2006, 11.2 Paper-Grade Pulp p. 1018). ,
Unter„bimodal“ wird hier und im Folgenden eine Molmassenverteilung bezeichnet, welche mehr als ein Maximum, insbesondere zwei Maxima aufweist. The term "bimodal" here and below denotes a molecular weight distribution which has more than one maximum, in particular two maxima.
J. Oberlerchner et al.,„OverView of Methods for the Direct Molar Mass Determination of Cellulose“, Molecules 20 (6), 2015, 10313-10341 zeigt in Abbildung 5 die Molmassenverteilung eines Zellstoffs aus Laubholz, welche eine niedermolekulare Schulter, aber kein zweites Maximum aufweist. J. Oberlerchner et al., "OverView of Methods for the Direct Molar Mass Determination of Cellulose", Molecules 20 (6), 2015, 10313-10341 shows in Figure 5 the Molar mass distribution of a pulp of hardwood, which has a low molecular weight shoulder, but no second maximum.
Weitere Zellstoffe, deren Molmassenverteilung eine niedermolekulare Schulter, aber kein zweites Maximum aufweist, sind in Other pulps whose molecular weight distribution has a low molecular weight shoulder but no second maximum are
- K. Fischer et ab,„Hemicellulose in Dissolving Pulp and its Behaviour during its Processing to Viscose“, Macromolecular Symposia, 262 (1), 2008, 85-88 ) (Abbildungen 1 und 3) und - K. Fischer et ab, "Hemicellulose in Dissolving Pulp and its Behavior during its Processing to Viscose", Macromolecular Symposia, 262 (1), 2008, 85-88) (Figures 1 and 3) and
- H. Sixta et al.„Evaluation of new organosolv dissolving pulps. Part I: Preparation, analytical characterization and viscose processability“, Cellulose 11 (1), 2004, 73-73 (Figuren 1 und 11) offenbart. H. Sixta et al., Evaluation of new organosolv dissolving pulps. Part I: Preparation, analytical characterization and viscose processability ", Cellulose 11 (1), 2004, 73-73 (Figures 1 and 11).
A.Potthast et al.,„Comparison testing of methods for gel permeation chromatography of cellulose: coming closer to a Standard protocol“, Cellulose 22 (3), 2015, 1591-1613 offenbart einen Zellstoff„Pulp 3“ mit einem Gehalt an Xylose und Mannose von deutlich weniger als 5 Gew.% (Tabelle 2). Ein ebenfalls in diesem Dokument offenbarter ungebleichter Zellstoff „Pulp 4“ weist einen DP von 4401 auf. A. Potthast et al., Cellulose 22 (3), 2015, 1591-1613 discloses pulp "Pulp 3" containing xylose. "Comparative testing of methods for gel permeation chromatography of cellulose: coming closer to a standard protocol" and mannose of significantly less than 5% by weight (Table 2). An unbleached Pulp 4 pulp, also disclosed in this document, has a DP of 4401.
Weiterer Stand der Technik ist aus EP 1 362 935 Al und US 2009/004473 Al bekannt. Further prior art is known from EP 1 362 935 A1 and US 2009/004473 A1.
Bisher ist es Stand der Technik, dass Chemiezellstoffe zur Verwendung in einem Lyocell- Verfahren in großtechnischem Maßstab von zumindest einer Tonne Faser So far, it is state of the art that chemical pulps for use in a large scale lyocell process of at least one ton of fiber
Produktionskapazität pro Jahr (semi -kommerzieller Maßstab) bis hin zu 30.000 Tonnen Faser Produktionskapazität pro Jahr und mehr keinen bis einen sehr geringen Production capacity per year (semi-commercial scale) up to 30,000 tons of fiber production capacity per year and more none to a very small one
niedermolekularen Anteil an Kohlenhydraten aufweisen dürfen. Gleichzeitig muss ihr Gehalt an Restlignin und Extraktstoffen (vorzugsweise <0,1%) sehr niedrig sein, damit sie ohne Schwierigkeiten wie etwa Schaumbildung im Prozess oder Ablagerungen, may have low molecular weight carbohydrates. At the same time, their content of residual lignin and extractives (preferably <0.1%) must be very low so that they can be processed without difficulty, such as foaming in the process or deposits,
Filterverstopfungen oder Fadenabrissen an der Spinndüse weiter verarbeitbar sind. Filter clogging or thread breaks on the spinneret are processed further.
Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen neuen Chemiezellstoff zur The present invention has set itself the task of a new chemical pulp for
Verfügung zu stellen, der trotz eines deutlich erhöhten Gehalts an niedermolekularen Kohlenhydraten gut zur Verwendung in einem großtechnischen Verfahren zur Herstellung von Fyocellfasem geeignet ist. To provide, despite a significantly increased content of low molecular weight carbohydrates is well suited for use in a large-scale process for the production of Fyocellfasem.
Diese Aufgabe wird durch einen Chemiezellstoff gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angeführt. Kurze Beschreibung der Figuren: This object is achieved by a chemical pulp according to claim 1. Preferred embodiments are given in the subclaims. Brief description of the figures:
Figur 1 zeigt einen Vergleich der typischen Molmassenverteilung eines kommerziell erhältlichen Vorhydrolyse-Kraftzellstoffs und eines kommerziell erhältlichen Sulfitzellstoffs. Figur 2 zeigt die Molmassenverteilung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellstoffs, verglichen mit der Molmassenverteilung von zwei Kraftzellstoffen. FIG. 1 shows a comparison of the typical molecular weight distribution of a commercially available prehydrolysis kraft pulp and of a commercially available sulphite pulp. Figure 2 shows the molecular weight distribution of an embodiment of the pulp according to the invention, compared with the molecular weight distribution of two kraft pulps.
Figur 3 zeigt die Molmassenverteilung zweier weiterer Ausführungsformen des  FIG. 3 shows the molar mass distribution of two further embodiments of the invention
erfindungsgemäßen Zellstoffs, verglichen mit der Molmassenverteilung eines marktüblichen Sulfitzellstoffs. Pulp according to the invention, compared with the molecular weight distribution of a commercially available sulfite pulp.
Figur 4 zeigt die Molmassenverteilung einer weiteren Ausführungsform des  FIG. 4 shows the molecular weight distribution of a further embodiment of the invention
erfindungsgemäßen Zellstoffs, verglichen mit der Molmassenverteilung eines marktüblichen Sulfitzellstoffs Pulp according to the invention, compared with the molecular weight distribution of a commercially available sulfite pulp
Detaillierte Beschreibung der Erfindung: Detailed description of the invention:
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass ein bimodal -verteilter Zellstoff mit einem deutlich erhöhten Gehalt an niedermolekularen Kohlenhydraten im Lyocell-Verfahren großtechnisch eingesetzt werden kann. Der deutlich erhöhte Gehalt an niedermolekularen Kohlenhydraten spiegelt sich im zweiten Maximum der Kurve der Molmassenverteilung der erfindungsgemäßen Zellstoffe im Bereich geringerer Molmassen wieder. Dieser Surprisingly, it was found that a bimodal-distributed pulp with a significantly increased content of low molecular weight carbohydrates in Lyocell process can be used on an industrial scale. The significantly increased content of low molecular weight carbohydrates is reflected in the second maximum of the curve of the molecular weight distribution of the pulps according to the invention in the range of lower molecular weights. This
Chemiezellstoff kann mit einem konventionellen sauren Sulfitverfahren mit anschließender TCF- oder ECF-Bleiche erzeugt werden. Durch den gesteigerten Erhalt niedermolekularer Kohlenhydrate im Zellstoff wird die Ausbeute signifikant erhöht. Dies führt zu einer insgesamt höheren Nutzung des Rohstoffes Holz und damit zu einer verbesserten Chemical pulp may be produced by a conventional acid sulfite process followed by TCF or ECF bleaching. The increased yield of low molecular weight carbohydrates in the pulp significantly increases the yield. This leads to an overall higher use of the raw material wood and thus to an improved
Nachhaltigkeit und somit Ökobilanz des gesamten Prozesses und der Produkte hieraus. Sustainability and thus LCA of the entire process and the products from this.
Unter dem Begriff„ein Zellstoff mit bimodaler Molmassenverteilung“ ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein einziger Zellstoff zu verstehen, der durch Kochung aus einem einzigen Ausgangsmaterial und nicht etwa durch Mischen mehrerer Zellstoffe mit unterschiedliche Molmassenverteilung hergestellt wird. For the purposes of the present invention, the term "a bimodal molecular weight pulp pulp" is to be understood as meaning a single pulp which is produced by boiling from a single starting material and not by mixing a plurality of pulps having a different molecular weight distribution.
Dies ist daran erkennbar, dass bei einem bimodalen Zellstoff, der durch Mischen mehrerer Zellstoffe erhalten wird, ein Maximum im niedermolekularem Bereich aus This is evident from the fact that in a bimodal pulp obtained by mixing several pulps, a maximum in the low molecular weight range
niedermolekularer Cellulose gebildet wird, während es beim erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoff aus Hemicellulosen und einem geringen Anteil an niedermolekularer Zellulose gebildet ist. Von einem Papierzellstoff unterscheidet sich ein Chemiezellstoff bereits durch seine in Summe niedrigere durchschnittliche Molmasse. Für Laubholz -Papierzellstoffe gibt Sixta 2006 einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad (DP) zwischen 2636 und 4050 an - das entspricht einem log Mw von 5,6 bis 5,8 -, für Chemiezellstoffe für das Viskoseverfahren nur einen DP von bis 1790 - das entspricht einem log Mw von 5,4, da es sich um eine logarithmische Skalierung handelt, sie sind also deutlich niedriger viskos. Der DP von Chemiezellstoffen für das Lyocellverfahren liegt etwa zwischen 600 und 2000 (log Mw 5,0 bis 5,5). low molecular weight cellulose is formed, while it is formed in the bimodal pulp according to the invention from hemicelluloses and a low proportion of low molecular weight cellulose. From a paper pulp, a chemical pulp already differs by its overall lower average molecular weight. For hardwood paper pulp, Sixta indicates in 2006 an average degree of polymerization (DP) between 2636 and 4050 - which corresponds to a log M w of 5.6 to 5.8 -, for chemical pulps for the viscose process only a DP of up to 1790 - this corresponds to one log M w of 5.4, since it is a logarithmic scaling, so they are much lower viscous. The DP of chemical pulps for the lyocell process is approximately between 600 and 2000 (log M w 5.0 to 5.5).
Hier und in der Folge basieren die Angaben von log M jeweils auf der (gegebenenfalls mittleren) Molmasse in g/mol. Here and in the following, the data from log M are based on the (if appropriate average) molar mass in g / mol.
Der erfindungsgemäße Zellstoff ist durch ein Sulfit- Aufschlussverfahren hergestellt. The pulp according to the invention is produced by a sulfite pulping process.
Durch ein Sulfit- Aufschlussverfahren hergestellte Zellstoffe unterscheiden sich bei gleichen Rahmenparametem wie DP, Viskosität u.ä. von einem nach einem Kraftverfahren Pulps produced by a sulfite pulping process differ in the same parameters as DP, viscosity and the like. from one to a force method
hergestellten Zellstoff insbesondere durch produced pulp in particular by
Einen deutlich höheren Gehalt an Carbonylgruppen A significantly higher content of carbonyl groups
Einen höheren Anteil an hochmolekularen Celluloseketten (mit einem DP von 2000 oder mehr) und  A higher proportion of high molecular weight cellulose chains (with a DP of 2000 or more) and
- Unterschiede in der Zellwandmorphologie aufgrund der unterschiedlichen  Differences in cell wall morphology due to different
chemischen und physikalischen Abläufe im Kraftverfahren bzw. im Sulfitverfahren.  chemical and physical processes in the kraft process or in the sulfite process.
Insbesondere kann der erfindungsgemäße Chemiezellstoff nach einem Magnesium-Bisulfit- Verfahren hergestellt sein. In particular, the inventive chemical pulp may be prepared by a magnesium bisulfite process.
Der erfindungsgemäße Chemiezellstoff ist durch ein erstes Maximum der The inventive chemical pulp is characterized by a first maximum of
Molmassenverteilung im Bereich von 4,2 bis 6,0 log M, bevorzugt 4,3 bis 5,7, besonders bevorzugt 4,5 bis 5,5 gekennzeichnet. Molar mass distribution in the range of 4.2 to 6.0 log M, preferably 4.3 to 5.7, more preferably 4.5 to 5.5 characterized.
Weiters ist der erfindungsgemäße Chemiezellstoff gekennzeichnet durch ein zweites Furthermore, the inventive chemical pulp is characterized by a second
Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von 3,0 bis 4,2 log M, bevorzugt 3,5 bis 4,0, besonders bevorzugt 3,6 bis 3,9. Der erfindungsgemäße Chemiezellstoff weist beide Maxima in den oben beschriebenen Bereichen der Molmasse auf. Maximum molecular weight distribution in the range of 3.0 to 4.2 log M, preferably 3.5 to 4.0, particularly preferably 3.6 to 3.9. The inventive chemical pulp has both maxima in the above-described ranges of molecular weight.
Zwischen diesen beiden Maxima liegt ein Minimum der Molmassenverteilung. Between these two maxima lies a minimum of the molecular weight distribution.
Abgesehen von den bereits oben beschriebenen prinzipiellen Unterschieden zwischen einem Chemiezellstoff und Papierzellstoffen unterscheiden sich auch diese Maxima grundlegend von den Maxima einer bimodalen Molmassenverteilung in Laubholz -Papierzellstoffen. Apart from the fundamental differences between a chemical pulp and paper pulps already described above, these maxima also differ fundamentally from the maxima of a bimodal molar mass distribution in hardwood pulp pulps.
Gemäß Sixta 2006 hat der niedermolekulare Anteil von Laubholzzellstoff ein Maximum von bei ca. log M 4,2 für Sulfit- und 4,7 für Kraftzellstoffe. Dort liegt für die erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe etwa das Minimum. Das niedermolekulare Maximum der According to Sixta 2006, the low molecular weight fraction of hardwood pulp has a maximum of about log M 4.2 for sulfite and 4.7 for kraft pulps. There is about the minimum for the inventive chemical pulps. The low molecular weight maximum of
erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe dagegen liegt bevorzugt deutlich tiefer zwischen log M von 3, 6-3, 9. On the other hand, preference is given to significantly lower chemical celluloses according to the invention between log M of 3, 6-3, 9.
Der erfindungsgemäße Chemiezellstoff ist weiters durch ein Massenmittel der Molmasse von log Mw 5, 0-5, 5 g/mol, bevorzugt 5, 2-5, 5 g/mol gekennzeichnet. Dies liegt unterhalb des Massenmittels der Molmasse von Papierzellstoffen. The inventive chemical pulp is further characterized by a weight average molecular weight of log M w 5, 0-5, 5 g / mol, preferably 5, 2-5, 5 g / mol. This is below the weight average molecular weight of paper pulps.
Im erfindungsgemäßen Zellstoff liegt der Anteil von Cellulose unter 95 Gew.%. Das bedeutet dementsprechend, dass der Gehalt an Hemicellulosen 5 Gew.% oder mehr beträgt. In the pulp according to the invention, the proportion of cellulose is below 95% by weight. Accordingly, it means that the content of hemicelluloses is 5% by weight or more.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Chemiezellstoff gekennzeichnet durch einen Anteil (Gew.%) an Polymerketten mit einem log Mw von 5,5 (entspricht einem DP von 2000) oder mehr von 25% oder weniger, bevorzugt < 22%, besonders bevorzugt < 19%. Dieser Anteil ist deutlich geringer als jener von In a preferred embodiment, the inventive chemical pulp is characterized by a proportion (% by weight) of polymer chains with a log M w of 5.5 (corresponds to a DP of 2000) or more of 25% or less, preferably <22%, more preferably <19%. This proportion is significantly lower than that of
Papierzellstoffen. Paper pulps.
Der erfindungsgemäße Zellstoff kann aus Laubholz, Nadelholz oder einer Mischung aus beiden hergestellt werden. The pulp of the invention may be made of hardwood, softwood or a mixture of both.
Die zur Herstellung des Zellstoffes verwendeten Hackschnitzel können aus Rundholz, Sägerestholz, Altholz oder einer beliebigen Mischung daraus hergestellt werden. The chips used to make the pulp may be made from logs, sawdust, waste wood or any mixture thereof.
Der Rindenanteil sollte 2%, vorzugsweise 1% nicht überschreiten. Der erfindungsgemäße Zellstoff ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass er einen The bark content should not exceed 2%, preferably 1%. The pulp according to the invention is preferably characterized in that it has a
Weißgrad von 75 [%ISO] und mehr, bevorzugt 85 [%ISO] und mehr, besonders bevorzugt 90 [% ISO) und mehr aufweist. Whiteness of 75 [% ISO] and more, preferably 85 [% ISO] and more, more preferably 90 [% ISO] and more.
Solche Weißgrade können nur erhalten werden, wenn der Zellstoff gebleicht wurde. Such degrees of whiteness can only be obtained if the pulp has been bleached.
Der erfindungsgemäße Zellstoff kann bevorzugt total chlorfrei (TCF) gebleicht werden. The pulp according to the invention may preferably be bleached totally chlorine-free (TCF).
Der erfindungsgemäße Zellstoff kann einen Aceton-Extraktstoffgehalt von >0,1% aufweisen. The pulp according to the invention may have an acetone extractant content of> 0.1%.
Als Extraktstoffgruppen wurden in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zellstoffs folgende Gruppen mit typischen Mengen gefunden: As extractant groups, the following groups with typical amounts were found in embodiments of the pulp according to the invention:
- Fettsäuren /Harzsäuren >0, 19mg/g Fatty acids / resin acids> 0.19 mg / g
- Sterole >0,082mg/g  - Sterols> 0.082 mg / g
- Sterylester >0,072mg/g  Steryl ester> 0.072 mg / g
- Triglyceride >0,013mg/g  Triglycerides> 0.013mg / g
Der erfindungsgemäße Zellstoff kann eine Kupferzahl von >2,0% aufweisen. The pulp according to the invention may have a copper number of> 2.0%.
Der erfindungsgemäße Zellstoff kann nach einem Kraft- oder Sulfitaufschluss- Verfahren, insbesondere nach dem Magnesiumbisulfit- Verfahren hergestellt werden. The pulp according to the invention can be produced by a kraft or sulfite pulping process, in particular by the magnesium bisulfite process.
Das Magnesiumbisulfit-Verfahren ist dem Fachmann gut bekannt und geht auf den schwedischen Forscher Ekman zurück, der 1872 als Erster Holz damit zu Papierzellstoff aufgeschlossen hat (Ingruber in Ingruber et al. 1985). Die Herstellung von The magnesium bisulfite process is well known to the person skilled in the art and goes back to the Swedish researcher Ekman, who in 1872 became the first wood to dig for paper pulp (Ingruber in Ingruber et al., 1985). The production of
Chemiezellstoffen zur Weiterverarbeitung im Viskose- oder Lyocellprozess ist an sich Stand der Technik und wird im Detail von Sixta in Sixta 2006 beschrieben. Die Herstellung des neuen bimodalen Chemiezellstoffes konnte für alle folgenden Beispiele mit gleichen Chemical pulp for further processing in the viscose or lyocell process is state of the art in itself and is described in detail by Sixta in Sixta 2006. The production of the new bimodal chemistry pulp was similar for all following examples
Modifikationen eines an sich herkömmlichen Verfahrens erreicht werden. Der große Vorteil des Sulfit- Verfahrens ist, dass im Gegensatz zu alkalischen Verfahren in der Kochphase über lange Zeit die Delignifizierung, also die Entfernung des Lignins aus dem Rohstoff Holz, gegenüber dem Abbau von Kohlenhydraten favorisiert wird ( Rydholm 1985 S. 505). Modifications of a per se conventional method can be achieved. The great advantage of the sulphite process is that, unlike alkaline processes in the cooking phase, delignification, ie the removal of lignin from the raw material wood, is favored over a long period of time over the breakdown of carbohydrates (Rydholm 1985 p. 505).
Zusätzlich kann das Glucomannan, das den Großteil der Hemizellulosen im Nadelholz ausmacht, durch eine niedrigere Temperaturführung stabilisiert und damit im Zellstoff erhalten werden (. Rydholm 1985 S. 512). Somit konnte die Einstellung der In addition, the glucomannan, which accounts for the majority of hemicelluloses in softwood, can be stabilized by a lower temperature regime and thus preserved in the pulp (Rydholm 1985, p. 512). Thus, the setting of the
Verfahrensparameter in der Delignifizierung des Prozesses, also während der Kochung und Sauerstoff-Bleiche bzw. alkalischer Extraktion erfolgen. Dies kann z. B. mit Hilfe einer Veränderung des SCk-Angebotes in der Kochsäure oder auch mit der Senkung des H-Faktors geschehen. Der H-Faktor ist ein aus der Literatur (Sixta 2006) bekannter Faktor, der die Intensität des Aufschlussprozesses anhand der Variablen Temperaturverlauf und Zeit beschreibt. Process parameters in the delignification of the process, ie during the cooking and Oxygen bleaching or alkaline extraction take place. This can be z. B. with the help of a change of the SCk offer in the cooking acid or with the lowering of the H-factor happen. The H-factor is a factor known from the literature (Sixta 2006), which describes the intensity of the digestion process on the basis of the variables temperature profile and time.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen The present invention also relates to the use of an inventive
Chemiezellstoffs zur Herstellung von cellulosischen Formkörpem, insbesondere Fasern, insbesondere zur Herstellung von Lyocellfasem oder Viskosefasern, bevorzugt zur Chemical pulp for the production of Cellulosischen Formkörpem, in particular fibers, in particular for the production of Lyocellfasem or viscose fibers, preferably for
Herstellung von Lyocellfasem. Production of Lyocell fibers.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch einen cellulosischen Formkörper, insbesondere eine Lyocellfaser, erhältlich durch das Verspinnen einer organischen Lösung eines erfindungsgemäßen Chemiezellstoffes, insbesondere einer Lösung des Zellstoffes in einem wässerigen tertiären Aminoxid. Accordingly, the present invention also relates to a cellulosic molded body, in particular a lyocell fiber, obtainable by spinning an organic solution of a chemical pulp according to the invention, in particular a solution of the pulp in an aqueous tertiary amine oxide.
Ein erfindungsgemäßer Formkörper, insbesondere eine erfindungsgemäße Lyocellfaser ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Cellulose unter 95 Gew. % liegt. Das bedeutet, dass umgekehrt der Gehalt an Hemicellulosen 5 Gew.% oder mehr beträgt. A molded body according to the invention, in particular a lyocell fiber according to the invention, is characterized in that the proportion of cellulose is less than 95% by weight. That is, conversely, the content of hemicelluloses is 5% by weight or more.
Beispiele: Examples:
Zu den in den folgenden Beispielen verwendeten Abkürzungen wird auf das The abbreviations used in the following examples are referred to
Abkürzungsverzeichnis am Ende des Beschreibungsteils verwiesen. List of abbreviations at the end of the description section.
Analysenmethoden: Analysis Methods:
Bestimmung der Molmassenverteilung Determination of molecular weight distribution
Die Molmassenverteilung wird mittels Größenausschlusschromatographie (SEC) in DMAc- LiCl-Lösung bestimmt. Es wird ein multi-angle-laser-light-scattering (MALLS) Detektor verwendet. Die Methode wurde von Schelosky et al. (1999) detailliert beschrieben. Zur Bestimmung des niedermolekularen Anteils wurde der Anteil der gesamten Molmasse bestimmt, der kleiner als die Molmasse des Minimums ist, angegeben als Prozent der Gesamtmolmasse. The molecular weight distribution is determined by size exclusion chromatography (SEC) in DMAc-LiCl solution. A multi-angle laser light scattering (MALLS) detector is used. The method was described by Schelosky et al. (1999). To determine the low molecular weight fraction, the proportion of the total molar mass, which is smaller than the molecular weight of the minimum, stated as a percentage of the total molar mass, was determined.
Analyse der Extraktstoffgruppen Die Extraktstoffgruppen werden in Anlehnung an Ösa et al. (1994) bestimmt. lOg Probe werden im Soxhlet-Extraktor mit Cyclohexan/ Aceton (9:1) extrahiert. Der Extrakt wird auf lOOml aufgefüllt lml Extrakt wird lml Standard zugegeben und bei 40°C im Analysis of the extract substance groups The extract substance groups are based on Ösa et al. (1994). 10 g of sample are extracted in the Soxhlet extractor with cyclohexane / acetone (9: 1). The extract is made up to 100ml lml extract is added lml standard and at 40 ° C in
Vakuumtrockenschrank getrocknet. Der Standard ist ein Multistandard aus Heneicosansäure, Cholesterin, Cholesterylpalmitat und l,3-Dipalmitoyl-2-oleyl-glycerol. Durch die Zugabe von 160 mΐ BSTFA:TMCS (9+1) wird die Probe bei 70°C 20 min derivatisiert. Diese Lösung wird direkt in das GC 6890 von der Fa. Agilent injiziert unter Verwendung der Säule Zebron ZB-5HT Inferno von der Fa. Phenomenex und eines FI-Detektors. Dryed vacuum oven. The standard is a multistandard of heneicosanic acid, cholesterol, cholesteryl palmitate and 1,3-dipalmitoyl-2-oleyl-glycerol. By adding 160 mM BSTFA: TMCS (9 + 1), the sample is derivatized at 70 ° C for 20 min. This solution is injected directly into GC 6890 from Agilent using the Zebron ZB-5HT Inferno column from Phenomenex and an FI detector.
Lyocell-Anwendungstest Lyocell application test
Der Zellstoff wird in NMMO gelöst und anschließend nach einer Standard-Methode getestet wie beschrieben in Schild et al. (2011). Die Spinnmasse wird mit einer konstanten The pulp is dissolved in NMMO and then tested by a standard method as described in Schild et al. (2011). The dope is with a constant
Geschwindigkeit durch einen Filter gepresst. Der Filterwert ist die Zeit in Minuten bis zur Verdoppelung des Anfangsdruckes. Um Zahlenwerte in der Größenordnung des Speed pressed through a filter. The filter value is the time in minutes until the initial pressure is doubled. To numerical values of the order of
Viskosefilterwertes zu erhalten, wird der Wert mit 10 multipliziert. Viscose filter value, the value is multiplied by 10.
Beispiel 1 example 1
In einem lOl-Pilotkocher wurde aus industriellen Eucalyptus globulus Hackschnitzeln ein Mg-Bisulfit-Chemiezellsto ff hergestellt („Zellstoff #1“). Die Kochung erfolgte bei einer Temperatur von l45°C und einem H-Faktor von 75. Das Gesamt-SCk wurde mit 200g/kg atro Holz dosiert. Zum Vergleich wurde ein Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff From industrial Eucalyptus globulus chips, a Mg bisulfite chemical cell stock ("pulp # 1") was made in a 10L pilot cooker. The boiling was carried out at a temperature of 45 ° C and a H-factor of 75. The total SCk was dosed with 200g / kg of dry wood. For comparison, a prehydrolysis kraft pulp was used
(„Vergleichszellstoff #3“) nach konventionellen Bedingungen des VisCBC-Verfahrens (continuous batch cooking mit Dampf-Vorhydrolyse) ebenfalls im Pilotmaßstab hergestellt. Die Dampfvorhydrolyse wurde bei einer Temperatur von l70°C und einem P-Faktor von 600 durchgeführt. Die Kochung erfolgte bei einem H-Faktor von 300 bei l50°C. Die Effektivalkali-Konzentration betrug 30g/l. ("Comparative Pulp # 3") also prepared on a pilot scale using conventional VisCBC (continuous batch cooking with steam prehydrolysis) conditions. The steam prehydrolysis was carried out at a temperature of l70 ° C and a P-factor of 600. The boiling took place at an H-factor of 300 at 150 ° C. The effective potassium concentration was 30 g / l.
Beide Zellstoffe wurden mit einer einheitlichen O-Z-P-Sequenz endgebleicht. Die Both pulps were end-bleached with a uniform O-Z-P sequence. The
Sauerstoffbleiche O erfolgte bei einer Temperatur von 90°C, einer Stoffdichte von 12% und einer NaOH Zugabe von 20kg/t Zellstoff über einen Zeitraum von 60min. Die Oxygen bleaching O was carried out at a temperature of 90 ° C, a consistency of 12% and a NaOH addition of 20kg / t pulp over a period of 60min. The
Ozondosierung in der Z-Stufe wurde zur Erreichung der Endviskosität angepasst. Die Reaktionstemperatur betrug 50°C. Die P-Stufe wurde bei 70°C durchführt und dauerte l20min. In dieser Stufe wurden folgende Bleichchemikalien pro Tonne Zellstoff zugegeben: 6,0kg NaOH, 5,0kg H202, 5,0kg MgS04. Im Folgenden werden die beiden Zellstoffe zusätzlich mit einem marktüblichen Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff (dem„Vergleichszehstoff #1“ aus Fig. 1) verglichen. Ozone dosage in the Z-stage was adjusted to reach the final viscosity. The reaction temperature was 50 ° C. The P-stage was carried out at 70 ° C and lasted for l20min. At this stage, the following bleaching chemicals were added per ton of pulp: 6.0 kg NaOH, 5.0 kg H 2 O 2 , 5.0 kg MgS0 4 . In the following, the two pulps are additionally compared with a commercially available prehydrolysis kraft pulp (the "comparative stock # 1" of Fig. 1).
Tabelle 1: Qualitäten des endgebleichten bimodalen Sulfitzehstoffes aus Pilotkochungen im Vergleich zu einem Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff Table 1: Grades of the final bleached bimodal sulphite pulp from pilot cooks as compared to a prehydrolysis Kraft pulp
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Die Kappazahl ist bei Zellstoff #1 und Vergleichszellstoff #3 vergleichbar. Durch die Anwendung gleicher Bleichbedingungen ist der Zellstoff #1 dem Vergleichszehstoff #3 im Weißgrad deutlich überlegen. Auch das Wasserrückhaltevermögen als Maß für das The kappa number is comparable for # 1 pulp and # 3 comparative pulp. By using the same bleaching conditions, # 1 pulp is clearly superior to # 3 in terms of whiteness. Also, the water retention as a measure of the
Porenvolumen und damit die Saugfähigkeit und Zugänglichkeit des Zellstoffes für die weitere Verarbeitung hegt beim Zellstoff #1 höher als beim Vergleichszehstoff #3. Der R18- Wert ist aufgrund des stark erhöhten niedermolekularen Anteils der Kohlenhydratketten niedriger. Dies wird auch in den niedermolekularen Fraktionen DP<50 bzw. <100 und an einem hohen PDI sichtbar. Die Werte für den Zellstoff #1 sind sehr hoch im Vergleich zum Vergleichszellstoff #3. Pore volume and thus the absorbency and accessibility of the pulp for further processing is higher in pulp # 1 than in comparison # 3. The R18 value is lower due to the greatly increased low molecular weight portion of the carbohydrate chains. This is also in the low molecular weight fractions DP <50 or <100 and at a high PDI visible. The values for pulp # 1 are very high compared to the comparative pulp # 3.
Ähnliche Tendenzen zeigen sich auch im Vergleich zum marktüblichen Similar trends are also apparent in comparison to the market
Vergleichszellstoff #1. Comparative pulp # 1.
Die Figur 2 zeigt die Molmassenverteilung der Pilotproben des neuen bimodalen FIG. 2 shows the molecular weight distribution of the pilot samples of the new bimodal
Sulfitzellstoffes Zellstoff #1 im Vergleich zu Vergleichszellstoff #3 und #1. Sulphite pulp # 1 compared to Comparative # 3 and # 1 pulp.
Zur grafischen Darstellung der Molmassenverteilung wird der Massenanteil der gelösten Probe in mol/g, der zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Trennung am GPC eluiert, über der Molmasse M aufgetragen. Für eine bessere Übersichtlichkeit wird die X-Achse For the graphic representation of the molecular weight distribution, the mass fraction of the dissolved sample in mol / g, which elutes at a specific point in time after separation on the GPC, is plotted against the molecular weight M. For better clarity, the X-axis
logarithmiert, also als log M auf Basis in g/mol. Es kann davon folglich abgeleitet werden, wie groß die Fraktion der Probe ist, die eine bestimmte Molmasse und damit eine bestimmte Kettenlänge besitzt - also eine Verteilung der Kettenlängen im untersuchten Zellstoff. logarithmized, that is log M based on g / mol. It can therefore be deduced from this, how large the fraction of the sample, which has a certain molecular weight and thus a certain chain length - so a distribution of the chain lengths in the pulp examined.
Während die Molmassenverteilung des neuen Zellstoffs #1 bimodal ist, zeigen sowohl Vergleichszellstoff #1 als auch Vergleichszellstoff #3 eine unimodale Verteilung. Dieses niedermolekulare zweite Maximum des erfindungsgemäßen Zellstoffes bei einer log Molmasse von 3,78 zeugt von dem Erhalt der niedermolekularen Bestandteile des Holzes im Zellstoff in großem Ausmaß auch noch nach der Bleiche während Vergleichszellstoff #1 und #3 kein zweites Maximum aufweisen .Das schlägt sich natürlich in einem Ausbeutevorteil nieder. Nach der Kochung ist die Ausbeute des erfindungsgemäßen Zellstoffs um 8,5% höher als die des Vergleichszellstoffs #1. In der Bleiche baut der erfindungsgemäße Zellstoff stärker ab als der Vergleichszellstoff #1, behält jedoch als Endprodukt einen eindeutigen Ausbeutevorteil von 2,9%. Der Zellstoff #1 weist nach der einheitlichen Bleiche einen hohen Weißgrad von 94,2% auf. Hier können durch Optimierung der Bleichbedingungen abgestimmt auf den jeweiligen Kochprozess Bleichchemikalien eingespart werden und dadurch der Abbau des Zellstoffes während der Bleiche verringert werden, was die Ausbeute noch weiter erhöht. While the molecular weight distribution of the new pulp # 1 is bimodal, both comparative pulp # 1 and comparative pulp # 3 show a unimodal distribution. This low molecular weight second maximum of the pulp according to the invention with a log molecular weight of 3.78 shows the retention of the low molecular weight constituents of the wood in the pulp to a large extent even after bleaching, while comparative pulp # 1 and # 3 have no second maximum. This naturally suggests itself in a yield advantage. After cooking, the yield of the pulp of the invention is 8.5% higher than that of the comparative pulp # 1. In bleaching, the pulp according to the invention degrades more strongly than the comparative pulp # 1, but retains, as the end product, a clear yield advantage of 2.9%. Pulp # 1 has a high whiteness of 94.2% after uniform bleaching. Here, by optimizing the bleaching conditions matched to the particular cooking process, bleaching chemicals can be saved, thereby reducing the degradation of the pulp during bleaching, which further increases the yield.
Beispiel 2 Example 2
Mit Fagus sylvatica Hackschnitzeln wurden Produktionsversuche zur Herstellung des neuen bimodalen Sulfit-Chemiezellstoffes durchgeführt. Hierbei wurde die Viskosität so eingestellt, dass die Produkte zur Weiterverarbeitung im Lyo cell- Verfahren geeignet sind. Die Werte von zwei erfindungsgemäßen Zellstoffen („Zellstoff #2“ und„Zellstoff #3“) werden mit einem Sulfit-Marktzellstoff gleicher Viskosität (dem„Vergleichszellstoff #2“ aus Figur 1) verglichen. Beide Zellstoffe wurden großtechnisch mit dem gleichen Production experiments were carried out with Fagus sylvatica woodchips to produce the new bimodal sulfite wood pulp. Here, the viscosity was adjusted so that the products are suitable for further processing in the Lyo cell process. The values of two pulps of the invention ("pulp # 2" and "pulp # 3") are compared with a sulfite market pulp of the same viscosity (the "comparative pulp # 2" of Figure 1). Both pulps were commercialized with the same
Aufschlussverfahren hergestellt nämlich mit dem sauren Magnesium-Bisulfit- Verfahren und anschließend mit einer vergleichbaren TCF-Sequenz endgebleicht bestehend aus Sauerstoff-, Ozon- und Peroxidbleiche. Digestion process namely made with the acidic magnesium bisulfite process and then with a comparable TCF sequence end bleaching consisting of oxygen, ozone and peroxide bleach.
Tabelle 2: Ergebnisse der Produktionsversuche zur Herstellung zweier bimodalen Sulfit- Chemiezellstoffe im Vergleich zu einem Sulfit-Marktzellstoff Table 2: Results of the production experiments for the production of two bimodal sulfite chemical pulps compared to a sulfite market pulp
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
Die erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoffe sind gut vergleichbar mit dem Marktzellstoff, obwohl der Marktzellstoff aus Fichtenholz und die Zellstoffe aus den Produktionsversuchen aus Buchenholz sind. Die Viskositäten sind nahezu identisch. Der Zellstoff #2 erreicht einen hohen Weißgrad wie der Vergleichszellstoff #2. Der Weißgrad des Zellstoffs #3 mit 90,9% ist ebenso ausreichend. R10, R18 und der Aschegehalt liegen auf gleichem Niveau. Die erfindungsgemäßen Zellstoffe aus den Produktionsversuchen unterscheiden sich lediglich durch die hohen Aceton-Extrakte von 0,22% und 0,26% und das zweite niedermolekulare Maximum in der Molmassenverteilung. The bimodal pulps of the present invention are well comparable to the market pulp, although the market pulp is from spruce wood and the pulps from the production trials are from beechwood. The viscosities are almost identical. The pulp # 2 attains a high degree of whiteness like the comparative pulp # 2. The whiteness of pulp # 3 at 90.9% is also sufficient. R10, R18 and the ash content are at the same level. The pulps according to the invention from the production experiments differ only by the high acetone extracts of 0.22% and 0.26% and the second low molecular weight maximum in the molecular weight distribution.
Die Figur 3 zeigt die Molmassenverteilung der erfindungsgemäßen Sulfitzellstoffe im Vergleich zum einem Sulfit-Marktzellstoff Vergleichszellstoff #2. Die log-Werte der niedermolekularen Maxima der Zellstoffe #2 und #3 liegen bei 3,80 und 3,86, während der Vergleichszellstoff #2 kein zweites niedermolekulares Maximum aufweist. Der Anteil an Kohlenhydraten mit einem DP<l00 ist leicht erhöht, der Anteil DP<50 beträgt das 2,5- bis 3-fache. Dadurch wird die Molmassenverteilung etwas breiter. Der Polydispersitätsindex für die erfindungsgemäßen Zellstoffe beträgt 5,3 und 5,5, während jener des Vergleichszellstoffs bei 4,1 liegt. Der hochmolekulare Anteil ist dagegen bei allen Zellstoffen gleich (vgl. Figur 3). FIG. 3 shows the molar mass distribution of the sulfite pulps according to the invention in comparison to a sulfite market pulp of comparative pulp # 2. The log values of the low molecular weight maxima of pulps # 2 and # 3 are 3.80 and 3.86, while comparative pulp # 2 has no second low molecular weight peak. The proportion of carbohydrates with a DP <100 is slightly increased, the proportion DP <50 is 2.5 to 3 times. As a result, the molecular weight distribution is slightly wider. The polydispersity index for the pulps of the present invention is 5.3 and 5.5 while that of the comparative pulp is 4.1. By contrast, the high molecular weight fraction is the same for all pulps (compare FIG. 3).
Die Methode der Kappazahlbestimmung wird allgemein zur Charakterisierung eines Zellstoffes herangezogen. Sie beschreibt den Restgehalt an Lignin. In endgebleichten Chemiezellstoffen liegt kaum noch Lignin vor, daher werden hier eher oxidierbare The kappa number determination method is generally used to characterize a pulp. It describes the residual content of lignin. In endgebleichten chemical pulps lignin is hardly, so here are more oxidizable
Inhaltsstoffe erfasst. Um diese Stoffgruppen besser zu charakterisieren, wurden zusätzlich die Extraktstoffe mittels Aceton-Extraktion bestimmt und anschließend mit Hilfe der Gaschromatographie einzelne Extraktstoffgruppen analysiert. Hier zeigte sich noch ein weiterer deutlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Zellstoffe im Vergleich zu Ingredients recorded. In order to better characterize these groups of substances, the extractives were additionally determined by means of acetone extraction and then analyzed with the aid of gas chromatography individual extract groups. Here was another significant difference of the pulps of the invention compared to
Marktzellstoffen. Die erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe sind trotz eines erhöhten Gehalts an Extraktstoffen, und zwar durchgehend in allen Extraktstoffgruppen (vgl. Tabelle 3), für den Lyocell-Prozess geeignet. Als Vergleich dienen drei Marktzellstoffe, der Nadelholz- Sulfitzellstoff Vergleichszellstoff #2 und zusätzlich ein Sulfitzellstoff aus Laubholz Market pulps. The inventive chemical pulps are suitable for the lyocell process, despite an increased content of extractives, specifically throughout all extractant groups (see Table 3). Three market pulps, the softwood sulfite pulp comparison pulp # 2 and additionally a sulphite pulp from hardwood, serve as comparison
(Vergleichszellstoff #4) und ein weiterer Vorhydrolyse-Kraftzellstoff aus Laubholz (Comparative pulp # 4) and another hardwood prehydrolysis kraft pulp
(Vergleichszellstoff #5). Die Extrakte der neuen bimodalen Zellstoffe betragen das 2- bis 3- Fache der Marktzellstoffe, liegen also weit über den bisher geforderten Grenzwerten für den Einsatz in Direktlöseverfahren. Alle Zellstoffe wurden großtechnisch im Lyocell-V erfahren erfolgreich zu Fasern weiterverarbeitet. (Comparative pulp # 5). The extracts of the new bimodal pulps amount to 2 to 3 times the market pulp, thus far exceeding the previously required limits for use in direct dissolving processes. All pulps were successfully processed on an industrial scale in the Lyocell-V experience into fibers.
Tabelle 3: Extraktstoffgruppen der neuen bimodalen Sulfit-Chemiezellstoffe im Vergleich zu Marktzellstoffen Table 3: Extract substance groups of the new bimodal sulfite chemical pulp compared to market pulps
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
Beispiel 3 Example 3
Ein Sulfitzellstoff aus Fichtenholz wurde nach der Kochung und der ersten Bleichstufe aus der Produktion entnommen. Dieser Zellstoff wurde mit Ozon und Wasserstoffperoxid endgebleicht. Die Ozonstufe wurde bei mittlerer Stoffdichte und bei 50°C durchgeführt.A sulphite pulp made of spruce wood was removed from production after cooking and the first bleaching stage. This pulp was finally bleached with ozone and hydrogen peroxide. The ozone stage was carried out at medium consistency and at 50 ° C.
1 lkg Ozon wurden pro Tonne Zellstoff dosiert. Die anschließende P-Stufe erfolgte bei 65°C über 180min. Es wurden 5,0kg NaOH und 4,0kg H202 pro Tonne Zellstoff dazugegeben.1 lkg of ozone was metered per ton of pulp. The subsequent P-stage was carried out at 65 ° C for 180min. There were added 5.0 kg of NaOH and 4.0 kg of H 2 O 2 per ton of pulp.
Der entstandene erfindungsgemäße Zellstoff wird als„Zellstoff #4“ bezeichnet. The resulting pulp of the invention is referred to as "pulp # 4".
Zum Vergleich wird wieder der Sulfit-Marktzellstoff („Vergleichszellstoff #2“) aus BeispielFor comparison, again the sulfite market pulp ("Comparative Pulp # 2") from Example
2 herangezogen. Beide Zellstoffe wurden aus Fichtenholz hergestellt, somit ist ein Einfluss der Holzart ausgeschlossen. Beide Zellstoffe wurden mit dem Mg- Sulfitverfahren hergestellt, damit konnte auch der Einfluss des Aufschlusses vernachlässigt werden. Nach der Endbleiche hat der erfindungsgemäße bimodale Sulfit-Chemiezellstoff vergleichbare Eigenschaften wie der Marktzellstoff Vergleichzellstoff #2 (vgl. Tabelle 4). Es wurden auch ein ähnliches Niveau der Kappazahl und des Weißgrades erreicht. Auch Aceton-Extrakt und Asche sind vergleichbar. Überraschenderweise konnte der erfindungsgemäßen Zellstoff auch mit einer hohen Kupferzahl von >2% weiterverarbeitet werden. Die Viskosität des erfindungsgemäßen Zellstoffs liegt in dem für den Lyocell-Prozess geforderten Bereich leicht über jener des Marktzellstoffes. Tabelle 4: Eigenschaften des erfindungsgemäßen Sulfit-Chemiezellstoffes im Vergleich zu einem Marktzellstoff aus Fichtenholz 2 used. Both pulps were made from spruce wood, thus excluding the influence of the wood species. Both pulps were produced using the Mg sulphite process, which also neglected the influence of the pulping process. After final bleaching, the bimodal sulfite chemical pulp of the present invention has comparable properties to the market pulp of Comparative Pulp # 2 (see Table 4). Also, a similar level of kappa and whiteness was achieved. Also acetone extract and ash are comparable. Surprisingly, the pulp according to the invention could also be further processed with a high copper number of> 2%. The viscosity of the pulp according to the invention is slightly higher than that of the market pulp in the range required for the lyocell process. Table 4: Properties of the sulfite chemical pulp according to the invention in comparison with a market pulp made of spruce wood
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
Deutlich wird die bimodale Verteilung des erfindungsgemäßen Zellstoffes im Vergleich zum Vergleichszellstoff #2 sowohl aus Figur 4 wie aus Tabelle 4. Das zusätzliche The bimodal distribution of the pulp according to the invention becomes clear in comparison to the comparative pulp # 2 both from FIG. 4 and from FIG
niedermolekulare Maximum des erfindungsgemäßen Zellstoffs #4 liegt bei einer log Molmasse von 3,81 g/mol. Die niedermolekularen Anteile PD<50 und <100 sind signifikant höher, gleichzeitig ist der hochmolekulare Anteil DP>2000 stark erhöht. Dadurch ergibt sich eine viel breitere Molmassenverteilung (PDI) für den bimodalen Zellstoff. Sie liegt bei 7,3 gegenüber 4,1 für den Marktzellstoff Vergleichszellstoff #2. Gleichzeitig liegen die Maxima der hochmolekularen Kohlenhydrate für die untersuchten Zellstoffe sehr nahe bei einander. Charakterisierung des niedermolekularen Maximums Low molecular weight maximum of the inventive pulp # 4 is at a log molecular weight of 3.81 g / mol. The low molecular weight fractions PD <50 and <100 are significantly higher, while the high molecular weight fraction DP> 2000 is greatly increased. This results in a much broader molecular weight distribution (PDI) for the bimodal pulp. It is 7.3 versus 4.1 for the market pulp # 2 comparative pulp. At the same time, the maxima of the high molecular weight carbohydrates are very close to each other for the investigated pulps. Characterization of the low molecular weight maximum
Die erfindungsgemäßen bimodalen Chemiezellstoffe wurden aus verschiedenen Laub- und Nadelhölzern im Pilotmaßstab und in Produktionsversuchen mittels TCF- Bleiche hergestellt. Der Rohstoff weist also eine unterschiedliche Kohlenhydratzusammensetzung auf. Auch die Versuchsbedingungen variieren. Zusätzlich weichen die mittleren The bimodal chemistry pulps of the invention were prepared from various hardwood and softwoods on a pilot scale and in production trials by means of TCF bleaching. The raw material thus has a different carbohydrate composition. The experimental conditions also vary. In addition, the middle soft
logarithmischen Molmassen (log M) stark voneinander ab. Sie hegen zwischen 5,23 für den Zellstoff #2 und 5,60 für Zellstoff #1. Da es sich um eine logarithmische Auswertung und Darstellung handelt, ist der Unterschied sehr deutlich und spiegelt sich auch in der Viskosität wieder, die zwischen 405 ml/g für Zellstoff #2 und 580 ml/g für Zellstoff #1 variiert. Die Unterschiede zeigen sich extrem in der Molmasse des hochmolekularen Maximums. logarithmic molar masses (log M) strongly from each other. They range between 5.23 for pulp # 2 and 5.60 for pulp # 1. Since this is a logarithmic evaluation and presentation, the difference is very clear and is also reflected in the viscosity, which varies between 405 ml / g for pulp # 2 and 580 ml / g for pulp # 1. The differences are extremely evident in the molecular weight of the high molecular weight maximum.
Während der Zellstoff #1 ein Maximum bei einem M von 5,37 aufweist, hegt der niedrigste Wert beim Zellstoff #2 bei 4,75 (vgl. Tabelle 6). Das entspricht einem Polymerisationsgrad von 1456 bzw. 345. While pulp # 1 has a maximum at a M of 5.37, the lowest value of pulp # 2 is 4.75 (see Table 6). This corresponds to a degree of polymerization of 1456 or 345.
Überraschenderweise hat dies nur sehr wenig Auswirkungen auf den niedermolekularen Anteil der erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoffe. Die Molmassenverteilungen der niedermolekularen Kohlenhydrate sind für alle untersuchten Zellstoffe sehr ähnlich. Das Minimum hegt bei einem DP zwischen 51 und 72. Das entspricht einem log M von 3,91 bzw. 5,07. Das niedermolekulare Maximum hegt zwischen einem DP von 28 und 44. Das entspricht einem log M von 3,66 bzw. 3,86. Surprisingly, this has very little effect on the low molecular weight fraction of the bimodal pulps according to the invention. The molecular weight distributions of the low molecular weight carbohydrates are very similar for all pulps investigated. The minimum for a DP is between 51 and 72. This corresponds to a log M of 3.91 and 5.07, respectively. The low molecular maximum lies between a DP of 28 and 44. This corresponds to a log M of 3.66 and 3.86, respectively.
Das Muster der neuen Zehstofftype Zellstoff #4 auf Fichtenholzbasis hegt genau im geforderten Bereich für Lyocell-Anwendung hinsichtlich Viskosität (440ml/g). The pattern of the new Zehstofftype pulp # 4 on spruce wood basis is exactly in the required range for lyocell application in terms of viscosity (440ml / g).
Charakteristisch zeigt sich für die Molmassenverteilung abermals das klare Minimum zwischen den beiden maximalen Peaks, über das die Bimodalität definiert ist, und welche das Ermitteln des niedermolekularen Anteils erlaubt. Characteristically, the molecular weight distribution again shows the clear minimum between the two maximum peaks, over which the bimodality is defined, and which allows the determination of the low molecular weight fraction.
Der Massenanteil der niedermolekularen Kohlenhydrate, die unterhalb des Minimums hegen, beträgt 6,1%. Dieser Anteil charakterisiert die erhöhte Ausbeute durch den Erhalt der niedermolekularen Kohlenhydrate. Daraus ergeben sich ein signifikanter wirtschaftlicher Vorteil und eine effizientere Nutzung des Rohstoffes Holz und somit eine bessere Ökobilanz für die gesamte Produktionskette und die Produkte. The mass fraction of low molecular weight carbohydrates below the minimum is 6.1%. This fraction characterizes the increased yield by obtaining the low molecular weight carbohydrates. This results in a significant economic advantage and a more efficient use of the raw material wood and thus a better eco-balance for the entire production chain and the products.
Die Summe der Hemizellulosen weicht deutlich ab vom niedermolekularen Anteil der Zellstoffe. So hat der Zellstoff #1 einen niedermolekularen Anteil von 8,7% und einen Hemizellulosenanteil von insgesamt 5,2%. Bei diesem Zellstoff ist also der niedermolekulare Peak deutlich größer als der Hemizellulosenanteil, d. h. im niedermolekularen Anteil befinden sich auch andere Polymere wie abgebaute kurzkettige Zellulose. The sum of the hemicelluloses differs significantly from the low molecular weight fraction of the pulps. Thus pulp # 1 has a low molecular weight content of 8.7% and a hemicellulose content of 5.2% in total. In this pulp so is the low molecular weight Peak significantly larger than the hemicellulose content, ie in the low molecular weight fraction are other polymers such as degraded short-chain cellulose.
Anders ist es dagegen beim Zellstoff #4. Hier hegt der niedermolekulare Anteil mit 8,0% geringfügig unter der Summe der Hemizellulosen mit 8,9%, d. h. es hegen in dieser Probe auch Hemizellulosen vor, die so lange Polymerketten aufweisen, dass sie nicht in dem niedermolekularen Peak zu finden sind. Das bedeutet zusammenfassend, dass im It is different with pulp # 4. At 8.0%, the low molecular weight fraction is slightly below the sum of the hemicelluloses with 8.9%. H. Hemicelluloses, which have polymer chains so long that they can not be found in the low-molecular peak, also have a role in this sample. That means in summary that in the
niedermolekularen Peak auch abgebaute Zellulose zu finden ist und dass gleichzeitig Hemizellulosen in einer längerkettigen Form vorhegen können, sodass sie nicht im niedermolekularen Peak zu finden sind. Der niedermolekulare Peak ist somit auf keinen Fall identisch mit dem Anteil an Hemizellulosen im Zellstoff low-molecular peak also degraded cellulose is to be found and that at the same time hemizelluloses in a longer-chained form can hold, so that they are not to be found in the low-molecular peak. The low molecular weight peak is thus by no means identical to the proportion of hemicelluloses in the pulp
Tabelle 6: Vergleich der Maxima der neuen bimodalen Sulfit-Chemiezellstoffe bzw. des niedermolekularen Anteils Table 6: Comparison of the maxima of the new bimodal sulfite chemical pulps or of the low molecular weight fraction
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0001
Verwendung der erfindungsgemäßen Zellstoffe zur Herstellung von Lyocellfasern: Use of the Pulps According to the Invention for the Production of Lyocell Fibers:
Es wurde in der Literatur wiederholt festgesteht, dass ein verringerter Zellulosegehalt negative Auswirkungen auf die Spinnbarkeit und die Faser qualitäten im Lyocell-Prozess hat. Fink beobachtete bei ungebleichten Organosolvzellstoffen, die also einen erhöhten Gehalt an Hemizellulosen und Lignin aufwiesen, dass das Spinnverhalten im Lyocell-Prozess dadurch äußerst mangelhaft war. Chen konnte die schlechte Spinnbarkeit direkt auf einen erhöhten Hemizellulosegehalt zurückführen. Gleichzeitig erhielt er Lasern mit deutlich geringeren mechanischen Eigenschaften bei erhöhtem Hemizellulosegehalt. Er bezeichnet die It has been repeatedly stated in the literature that a reduced cellulose content has a negative impact on the spinnability and fiber qualities in the lyocell process. Fink observed in unbleached Organosolvzellstoffen, which thus had an increased content of hemicelluloses and lignin, that the spinning behavior in the lyocell process was characterized by extremely poor. Chen attributed the poor spinnability directly to increased hemicellulose content. At the same time he received lasers with significantly lower mechanical properties at elevated hemicellulose content. He calls that
Entfernung der verzweigten Hemizellulosen als Schlüssel zur Herstellung besserer Lasern. Removal of branched hemicelluloses as the key to making better lasers.
Das schlechte Spinnverhalten von Zellstoffen mit hohem Hemicellulosegehalt wird in der Literatur darauf zurückgeführt, dass Lignin, Hemizellulose und Zellulose im Zellstoff miteinander assoziiert sind und sogenannte Lignin-Kohlenhydrat-Komplexe bilden. Diese lösen sich in Direktlöseverfahren wie z. B. mit NMMO oder ionischen Flüssigkeiten nicht vollständig, sondern bilden gel-ähnliche Strukturen aus. Dies wiederum führt zu einer Inhomogenität der Spinnlösung, zu einer Veränderung ihres viskosen Verhaltens und schließlich zu einer verringerten mechanischen Festigkeit der Fasern. Dies konnte bisher nur im Direktlöseverfahren mit ionischen Flüssigkeiten aufwändig umgangen werden, indem der Zellstoff zusätzlich vor dem Löseprozess mit Elektronenbestrahlung behandelt wurde ( Ma et al. 2018). Damit konnten die Lignin-Kohlenhydrat-Bindungen gelöst werden und die Zellstoffe wurden erfolgreich in ionischen Flüssigkeiten gelöst und ausgesponnen. Bei Fasern mit einem niedrigen Zellulosegehalt jedoch traten auch hier wieder The poor spinning behavior of high hemicellulose pulps is attributed in the literature to lignin, hemicellulose and cellulose in the pulp are associated with each other and form so-called lignin-carbohydrate complexes. These dissolve in Direktlöseverfahren such. B. with NMMO or ionic liquids are not complete, but form gel-like structures. This in turn leads to inhomogeneity of the spinning solution, to a change in its viscous behavior and finally to a reduced mechanical strength of the fibers. Up to now, this has only been possible by using ionic liquids in a direct dissolution process, since the pulp was additionally treated with electron radiation before the dissolution process (Ma et al., 2018). Thus, the lignin-carbohydrate bonds could be solved and the pulps were successfully dissolved in ionic liquids and spun out. However, fibers with a low cellulose content also occurred here
Festigkeitseinbußen auf. Loss of strength.
Im Gegensatz dazu war für die Herstellung von Lyocell-Fasem aus den erfindungsgemäßen Zellstoffen jedoch keinerlei Vorbehandlung des Zellstoffes nötig. Überraschenderweise konnten die Fasern direkt aus den erfindungsgemäßen Zellstoffen hergestellt werden und zeigten großtechnisch keine Auswirkungen auf das Spinnverhalten oder die  In contrast, however, no pretreatment of the pulp was necessary for the production of lyocell fibers from the pulps of the invention. Surprisingly, the fibers could be prepared directly from the pulps of the invention and showed no industrial effect on the spinning behavior or the
F aserfestigkeiten. Fatigue strength.
Beispiel: Example:
Der erfindungsgemäße Zellstoff #4 wurde einem Lyo cell- Anwendungstest unterzogen. Zum Vergleich wurde der Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff aus Beispiel 1 (Vergleichszellstoff #3) herangezogen sowie zwei Marktzellstoffe (vgl. Tabelle 7). Insgesamt ist festzustellen, dass die aus den erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe hergestellten Fasern mit den aus den Marktzellstoffen hergestellten Fasern sehr gut vergleichbar sind. Die Faser aus den erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoff #4 zeigte eine gute Dehnung von 9,4%. Die textile Festigkeit liegt unterhalb jener der aus den anderen Zellstoffe hergestellten Fasern. The pulp # 4 according to the invention was subjected to a Lyo cell application test. For comparison, the prehydrolysis kraft pulp from Example 1 (comparative pulp # 3) and two market pulps (see Table 7) were used. Overall, it should be noted that the fibers produced from the inventive chemical pulps are very well comparable with the fibers produced from the market pulp. The fiber of the bimodal pulp # 4 of the present invention showed a good elongation of 9.4%. The textile strength is below that of the fibers made from the other pulps.
Es ist aus der Polymerchemie gut bekannt, dass ein hoher Anteil niedermolekularer It is well known from polymer chemistry that a high proportion of low molecular weight
Polymere wie in diesem Beispiel die Festigkeit negativ beeinflusst. Der Filterwert ist ausreichend. So ist dieser Zellstoff im Anwendungstest ausreichend gut verarbeitbar. Die erfindungsgemäßen Zellstoffe sind damit geeignet zur Herstellung einer neuen Fasertype nach dem Fyocell-Verfahren. Polymers such as in this example adversely affected the strength. The filter value is sufficient. So this pulp is sufficiently easy to process in the application test. The pulps according to the invention are thus suitable for the production of a new fiber type by the fyocell method.
Tabelle 5: Fyocell-Anwendungstests des Zellstoffs #4 im Vergleich zu Vorhydrolyse-Kraft- und Marktzellstoffen
Figure imgf000023_0001
Table 5: Fyocell application tests of pulp # 4 compared to prehydrolysis kraft and market pulps
Figure imgf000023_0001
Abkürzungen Abbreviations
CBC Kontinuierliche Batch-Kochung (continuous batch cooking)CBC Continuous batch cooking
CCE Kalt- Alkali-Extraktion (cold caustic extraction) CCE cold alkaline extraction (cold caustic extraction)
DP Polymerisationsgrad (degree of polymerization)  DP degree of polymerization
EA Effektivalkali (effective alkali)  EA effective alkali
ECF Elementarchlorfreie Bleiche  ECF elemental chlorine-free bleach
HCE Heißalkaliveredelung (Hot caustic extraction)  HCE hot alkaline extraction (Hot caustic extraction)
IL Ionische Flüssigkeiten (ionic liquid)  IL ionic liquids
LH Laubholz  LH hardwood
M Molmasse, Molare Masse  M molecular weight, molar mass
MALLS Multi-angel laser light Scattering  MALLS multi-angel laser light scattering
M„ Zahlenmittel der molekularen Masse  M "number average molecular mass
MgS Magnesium-Bisulfit-Zellstoff  MgS magnesium bisulfite pulp
Mw Massenmittel der molekularen Masse M w is the mass average of the molecular mass
NH Nadelholz  NH softwood
NMMO N-methyl-morpholine-N-oxid  NMMO N-methyl-morpholine-N-oxide
O Sauerstoffbleiche  O oxygen bleach
odp Im Ofen getrockneter Zellstoff (oven dry pulp) odp Oven-dried pulp (oven dry pulp)
odw Im Ofen getrocknetes Holz (oven dry wood) or Oven dried wood (oven dry wood)
P Wasserstoffperoxid Bleiche (hydrogenperoxide bleaching stage) P hydrogen peroxide bleaching (hydrogenperoxide bleaching stage)
PDI Polydispersitätsindex Mw/Mn (Polydispersity index) PDI polydispersity index M w / M n (polydispersity index)
SEC Größenausschlusschromatographie (size exclusion chromatography) ssp. Subspezies  SEC size exclusion chromatography ssp. subspecies
R10 Alkaliresistenz bei lO%-iger NaOH  R10 Alkali resistance at 10% NaOH
R18 Alkaliresistenz bei !8%-iger NaOH TCF Total chlorfreie Bleiche R18 Alkali resistance with! 8% NaOH TCF Total chlorine-free bleaching
VisCBC Kontinuierliche Batch-Kochung zur Herstellung von Chemiezehstoffen VisCBC Continuous batch cooking for the production of chemicals
VH-K Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff VH-K prehydrolysis kraft pulp
WRV Wasserrückhaltevermögen (water retention value)  WRV water retention value
Z Ozonbleiche  Z ozone bleaching
Nicht-Patent-Literatur Non-patent literature
Ingruber OV in Ingruber OV, Kocurek MJ, Wong A (Ed.) (1985): Pulp and Paper  Ingruber OV in Ingruber OV, Kocurek MJ, Wong A (Ed.) (1985): Pulp and Paper
Manufacture Vol. 4 Sulfite Science & Technology, Historical Development, p VII ff. Manufacture Vol. 4 Sulfites Science & Technology, Historical Development, p VII et seq.
Örsa F, Holmbom B (1994): A Convenient Method for the Determination of Wood  Örsa F, Holmbom B (1994): A Convenient Method for the Determination of Wood
Extractives in Papermaking Process Waters and Effluents. Journal of Pulp and Paper Science: Vol 20, No 12 Extractives in Papermaking Process Waters and Effluents. Journal of Pulp and Paper Science: Vol. 20, No 12
Rydholm SA (1985) Pulping Processes. 9 Chemical Pulping S. 505 und 512. Wiley Verlag. Schelosky N, Röder T, Baldinger T (1999): Molmassenverteilung cellulosischer Produkte mittels Größenausschlusschromatographie in DMAc/LiCl. Das Papier 53(l2):728-738 Schild G, Sixta H (2011): Sulfur- free dissolving pulps and their application for viscose and lyocell. Cellulose 18:1113-1128  Rydholm SA (1985) Pulping Processes. 9 Chemical Pulping pp. 505 and 512. Wiley Verlag. Schelosky N, Röder T, Baldinger T (1999): Molar mass distribution of cellulosic products by size exclusion chromatography in DMAc / LiCl. Paper 53 (l2): 728-738 Shield G, Sixta H (2011): Sulfur-free dissolving pulps and their application for viscose and lyocell. Cellulose 18: 1113-1128
Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Vol. 1; 4.3 Sulfite Chemical Pulping, S. 432, 437, 452.  Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Vol. 1; 4.3 Sulfites Chemical Pulping, p. 432, 437, 452.
Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Volume 2; 11.3 Dissolving Grade Pulp, p. 1022 ff. Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Volume 2; 11.2 Paper-Grade Pulp, p. 1010 ff. Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Volume 2; 11.3 Dissolving Grade Pulp, p. 1022 ff. Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Volume 2; 11.2 Paper Grade Pulp, p. 1010 ff.
Ma Y, Stubb J, Kontra I, Nieminen K, Hummel M, Sixta H; Filament spinning of unbleached birch kraft pulps: Effect of pulping intensity on the processability and and the fiber properties, Carb Polym 179: 145-151, 2018. Ma Y, Stubb J, Kontra I, Nieminen K, Hummel M, Sixta H; Filament spinning of unbleached birch kraft pulps: Effect of pulping intensity on the processability and the fiber properties, Carb Polym 179: 145-151, 2018.
Fink, H-P, Weigel P, Ganster J, Rihm R, Puls J, Sixta H and Parajo JC; Evaluation of new organosolv dissolving pulp. Part II: Structure and NMMO processability of the pulps, Cellulose 11 :85-98, 2004.  Fink, H-P, Weigel P, Ganster J, Rihm R, Puls J, Sixta H and Parajo JC; Evaluation of new organosolv dissolving pulp. Part II: Structure and NMMO processability of the pulps, Cellulose 11: 85-98, 2004.
Chen, Jing-Huan; Wang, Kun; Xu, Feng; Sun, Runcang; Properties of regenerated bamboo fibers prepared from raw materials with different hemicellulose content,  Chen, Jing-huan; Wang, Kun; Xu, Feng; Sun, Runcang; Properties of regenerated bamboo fibers prepared from raw materials with different hemicellulose content,
Abstracts of Papers, 249th ACS National Meeting & Exposition, Denver, CO, United States, March 22-26, 2015  Abstracts of Papers, 249th ACS National Meeting & Exposition, Denver, CO, United States, March 22-26, 2015

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Chemiezellstoff, gekennzeichnet durch eine Kombination der folgenden Merkmale: 1. chemical pulp, characterized by a combination of the following features:
- der Zellstoff ist durch ein Sulfit- Aufschlussverfahren hergestellt  - The pulp is made by a sulfite pulping process
- der Zellstoff weist eine bimodale Verteilung der Molmasse auf, wobei ein erstes Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von (auf Basis g/mol) 4,2 bis  - The pulp has a bimodal distribution of the molecular weight, wherein a first maximum of the molecular weight distribution in the range of (based g / mol) 4.2 to
6,0 log M, bevorzugt 4,3 bis 5,7, besonders bevorzugt 4,5 bis 5,5 liegt und ein zweites Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von 3,0 bis 4,2 log M, bevorzugt 3,5 bis 4,0, besonders bevorzugt 3,6 bis 3,9 liegt  6.0 log M, preferably 4.3 to 5.7, more preferably 4.5 to 5.5 and a second maximum of the molecular weight distribution in the range of 3.0 to 4.2 log M, preferably 3.5 to 4 , 0, more preferably 3.6 to 3.9
- der Zellstoff weist ein Massenmittel der Molmasse von log Mw 5,0 bis 5,5, bevorzugt 5,2 bis 5,5 auf - The pulp has a weight average molecular weight of log M w 5.0 to 5.5, preferably 5.2 to 5.5 on
- der Zellstoff weist einen Gehalt an Cellulose von unter 95 Gew.% auf.  - The pulp has a content of cellulose of less than 95 wt.%.
2. Chemiezellstoff gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil (Gew.%) an Polymerketten mit einem log Mw von 5,5 oder mehr von 25% oder weniger bevorzugt < 22%, besonders bevorzugt < 19%. 2. A chemical pulp according to claim 1, characterized by a proportion (wt.%) Of polymer chains with a log M w of 5.5 or more of 25% or less preferably <22%, particularly preferably <19%.
3. Chemiezellstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 3. chemical pulp according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass er einen Weißgrad von 75 [%ISO] und mehr, bevorzugt 85  characterized in that it has a brightness of 75 [% ISO] and more, preferably 85
[%ISO] und mehr, besonders bevorzugt 90 [% ISO] und mehr aufweist.  [% ISO] and more, more preferably 90 [% ISO] and more.
4. Chemiezellstoff gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er total chlorfrei (TCF) gebleicht wurde. 4. chemical pulp according to claim 3, characterized in that it was totally chlorine-free (TCF) bleached.
5. Verwendung eines Chemiezellstoffs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von cellulosischen Formkörpem, insbesondere Fasern. 5. Use of a chemical pulp according to one of the preceding claims for the production of cellulosic Formkörpem, in particular fibers.
6. Verwendung gemäß Anspruch 5 zur Herstellung von Lyocellfasem oder 6. Use according to claim 5 for the production of Lyocellfasem or
Viskosefasern.  Viscose fibers.
7. Cellulosischer Formkörper, insbesondere Lyocellfaser, erhältlich durch das Verspinnen einer organischen Lösung eines Chemiezellstoffes gemäß einem der Ansprüche 1 bis7. Cellulosic shaped body, in particular lyocell fiber, obtainable by spinning an organic solution of a chemical pulp according to one of claims 1 to
4. 4th
8. Formkörper gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von 8. Shaped body according to claim 7, characterized in that the proportion of
Cellulose unter 95 Gew. % liegt.  Cellulose is below 95 wt.%.
PCT/EP2019/055436 2018-03-06 2019-03-05 Dissolving pulp WO2019170667A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18160309.3 2018-03-06
EP18160309 2018-03-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019170667A1 true WO2019170667A1 (en) 2019-09-12

Family

ID=61622325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/055436 WO2019170667A1 (en) 2018-03-06 2019-03-05 Dissolving pulp

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW201938591A (en)
WO (1) WO2019170667A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115707805A (en) * 2021-08-18 2023-02-21 上海凯鑫分离技术股份有限公司 Method for producing lyocell fibers by using sulfite cooking chemical papermaking pulp

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994012719A1 (en) 1992-12-02 1994-06-09 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh Viscose production process
US6210801B1 (en) 1996-08-23 2001-04-03 Weyerhaeuser Company Lyocell fibers, and compositions for making same
US6331354B1 (en) 1996-08-23 2001-12-18 Weyerhaeuser Company Alkaline pulp having low average degree of polymerization values and method of producing the same
US6444314B1 (en) 1996-08-23 2002-09-03 Weyerhaeuser Lyocell fibers produced from kraft pulp having low average degree of polymerization values
US6528163B2 (en) 1996-08-23 2003-03-04 Weyerhaeuser Company Lyocell fiber from sawdust pulp
US6685856B2 (en) 1999-02-24 2004-02-03 Weyerhaeuser Company Use of thinnings and other low specific gravity wood for lyocell products method
US6686040B2 (en) 1999-02-24 2004-02-03 Weyerhaeuser Company Use of thinnings and other low specific gravity wood for lyocell products
WO2007128026A1 (en) 2006-05-10 2007-11-15 Lenzing Aktiengesellschaft Method for producing a type of pulp
US20090004473A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 Weyerhaeuser Co. Lyocell fibers
EP2855765A1 (en) 2012-05-28 2015-04-08 Södra Cell AB New process and a dissolving pulp manufactured by the process

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994012719A1 (en) 1992-12-02 1994-06-09 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh Viscose production process
US6210801B1 (en) 1996-08-23 2001-04-03 Weyerhaeuser Company Lyocell fibers, and compositions for making same
US6331354B1 (en) 1996-08-23 2001-12-18 Weyerhaeuser Company Alkaline pulp having low average degree of polymerization values and method of producing the same
US6440523B1 (en) 1996-08-23 2002-08-27 Weyerhaeuser Lyocell fiber made from alkaline pulp having low average degree of polymerization values
US6444314B1 (en) 1996-08-23 2002-09-03 Weyerhaeuser Lyocell fibers produced from kraft pulp having low average degree of polymerization values
US6514613B2 (en) 1996-08-23 2003-02-04 Weyerhaeuser Company Molded bodies made from compositions having low degree of polymerization values
US6528163B2 (en) 1996-08-23 2003-03-04 Weyerhaeuser Company Lyocell fiber from sawdust pulp
US6605350B1 (en) 1996-08-23 2003-08-12 Weyerhaeuser Company Sawdust alkaline pulp having low average degree of polymerization values and method of producing the same
EP1362935A1 (en) 1998-03-16 2003-11-19 Weyerhaeuser Company Lyocell fibers, and compositions for making the same
US6685856B2 (en) 1999-02-24 2004-02-03 Weyerhaeuser Company Use of thinnings and other low specific gravity wood for lyocell products method
US6686040B2 (en) 1999-02-24 2004-02-03 Weyerhaeuser Company Use of thinnings and other low specific gravity wood for lyocell products
WO2007128026A1 (en) 2006-05-10 2007-11-15 Lenzing Aktiengesellschaft Method for producing a type of pulp
US20090004473A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 Weyerhaeuser Co. Lyocell fibers
EP2855765A1 (en) 2012-05-28 2015-04-08 Södra Cell AB New process and a dissolving pulp manufactured by the process

Non-Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Handbook of Pulp", vol. 1, 2006, article "4.3 Sulfite Chemical Pulping", pages: 432,437,452
"Handbook of Pulp", vol. 2, 2006, article "11.2 Paper-Grade Pulp", pages: 1010 ff
"Handbook of Pulp", vol. 2, 2006, article "11.3 Dissolving Grade Pulp", pages: 1022 ff
A.POTTHAST ET AL.: "Comparison testing of methods for gel permeation chromatography of cellulose: coming closer to a standard protocol", CELLULOSE, vol. 22, no. 3, 2015, pages 1591 - 1613, XP035500363, DOI: doi:10.1007/s10570-015-0586-2
CHEN, JING-HUAN; WANG, KUN; XU, FENG; SUN, RUNCANG: "Properties of regenerated bamboo fibers prepared from raw materials with different hemicellulose content", ACS NATIONAL MEETING & EXPOSITION, 22 March 2015 (2015-03-22)
FINK, H-P; WEIGEL P; GANSTER J; RIHM R; PULS J; SIXTA H; PARAJO JC: "Evaluation of new organosolv dissolving pulp. Part II: Structure and NMMO processability of the pulps", CELLULOSE, vol. 11, 2004, pages 85 - 98
H. SIXTA ET AL.: "Evaluation of new organosolv dissolving pulps. Part I: Preparation, analytical characterization and viscose processability", CELLULOSE, vol. 11, no. 1, 2004, pages 73 - 73, XP055117273, DOI: doi:10.1023/B:CELL.0000014767.47330.90
H. SIXTA ET AL: "Evaluation of new organosolv dissolving pulps. Part I: Preparation, analytical characterization and viscose processability", CELLULOSE, vol. 11, no. 1, 1 March 2004 (2004-03-01), pages 73 - 83, XP055117273, ISSN: 0969-0239, DOI: 10.1023/B:CELL.0000014767.47330.90 *
INGRUBER OV IN INGRUBER OV; KOCUREK MJ; WONG A: "Sulfite Science & Technology, Historical Development", vol. 4, 1985, article "Pulp and Paper Manufacture", pages: VII
J. OBERLERCHNER ET AL.: "Overview of Methods for the Direct Molar Mass Determination of Cellulose", MOLECULES, vol. 20, no. 6, 2015, pages 10313 - 10341, XP055361591, DOI: doi:10.3390/molecules200610313
JOSUA OBERLERCHNER ET AL: "Overview of Methods for the Direct Molar Mass Determination of Cellulose", MOLECULES, vol. 20, no. 6, 4 June 2015 (2015-06-04), pages 10313 - 10341, XP055361591, DOI: 10.3390/molecules200610313 *
K. FISCHER ET AL.: "Hemicellulose in Dissolving Pulp and its Behaviour during its Processing to Viscose", MACROMOLECULAR SYMPOSIA, vol. 262, no. 1, 2008, pages 85 - 88, XP055472789, DOI: doi:10.1002/masy.200850209
KLAUS FISCHER ET AL: "Hemicellulose in Dissolving Pulp and its Behaviour during its Processing to Viscose", MACROMOLECULAR SYMPOSIA., vol. 262, no. 1, 1 January 2008 (2008-01-01), DE, pages 85 - 88, XP055472789, ISSN: 1022-1360, DOI: 10.1002/masy.200850209 *
MA Y; STUBB J; KONTRO I; NIEMINEN K; HUMMEL M; SIXTA H: "Filament spinning of unbleached birch kraft pulps: Effect of pulping intensity on the processability and and the fiber properties", CARB POLYM, vol. 179, 2018, pages 145 - 151
ÖRSA F; HOLMBOM B: "A Convenient Method for the Determination of Wood Extractives in Papermaking Process Waters and Effluents", JOURNAL OF PULP AND PAPER SCIENCE, vol. 20, no. 12, 1994
POTTHAST ANTJE ET AL: "Comparison testing of methods for gel permeation chromatography of cellulose: coming closer to a standard protocol", CELLULOSE, SPRINGER NETHERLANDS, NETHERLANDS, vol. 22, no. 3, 13 March 2015 (2015-03-13), pages 1591 - 1613, XP035500363, ISSN: 0969-0239, [retrieved on 20150313], DOI: 10.1007/S10570-015-0586-2 *
RYDHOLM SA: "Chemical Pulping", vol. 9, 1985, WILEY VERLAG, article "Pulping Processes", pages: 505,512
SCHELOSKY N; RÖDER T; BALDINGER T: "Molmassenverteilung cellulosischer Produkte mittels Größenausschlusschromatographie in DMAc/LiCl", DAS PAPIER, vol. 53, no. 12, 1999, pages 728 - 738
SCHILD G; SIXTA H: "Sulfur-free dissolving pulps and their application for viscose and lyocell", CELLULOSE, vol. 18, 2011, pages 1113 - 1128, XP019923268, DOI: doi:10.1007/s10570-011-9532-0
SIXTA, DISSOLVING GRADE PULP S., vol. 11.3, 2006, pages 1035

Also Published As

Publication number Publication date
TW201938591A (en) 2019-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT503610B1 (en) METHOD FOR PRODUCING A PULP
DE60122169T2 (en) ALKALINE PULP WITH A LOW AVERAGE POLYMERIZATION LEVEL AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
EP0426652B2 (en) Process for the chlorine-free bleaching of pulp
DE69434732T2 (en) Control of dissolved solids in pulp production
DE4228171C2 (en) Process for the production of cellulose
DE60302539T2 (en) Use of low specific gravity wood for the production of lyocell products
DE60302540T2 (en) Use of low specific gravity wood for the production of lyocell products
EP1753908A1 (en) Method for producing a chemical conversion pulp
US6254722B1 (en) Method for making dissolving pulp from paper products containing hardwood fibers
DE60318810T2 (en) Use of low specific gravity wood for lyocell products
DE1299517B (en) Process for the production of degraded crystalline celluloses
AT514001A1 (en) Process for the preparation of a cellulosic molding
WO2000034568A1 (en) Method of obtaining alpha dissolving pulp from chips
WO2019170667A1 (en) Dissolving pulp
AT503611B1 (en) METHOD FOR PRODUCING A PULP
CA3092615A1 (en) Pulp and lyocell articles with reduced cellulose content
DE2005526C3 (en) Process for the production of pulp
DE3227843C2 (en)
WO2005118923A1 (en) Method for producing cellulose shaped bodies
AT524693B1 (en) Process for a chemically supported mechanical pulping process for wood chips or chips
AT404740B (en) Process for the chlorine-free bleaching of pulps
DE2327900A1 (en) BLEACH DOMESTION OF PULP WITH SIGNIFICANTLY REDUCED CHLORINE USE
AU2023201426B2 (en) Crosslinked pulps, cellulose ether products made therefrom; and related methods of making pulps and cellulose ether products
WO2007128027A1 (en) Method for producing cellulose
WO2019170743A1 (en) Lyocell fibers without mannan

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19707823

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19707823

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1