<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von halbehemischem Neùtralsulfitzellstoff
Neutralsulfitzellstoff wird gewöhnlich in Ausbeuten von 65 bis 9clo durch Aufschliessen von Holz, hauptsächlich Laubholz, durch eine mit Soda gepufferte Dinatriumsulfitlösung bei Temperaturen, die im allgemeinen zwischen 160 und 180 C liegen, und anschliessende mechanische Zerfaserung des aufgeschlossenen Materials hergestellt.
Bei Erhitzung von Holz im vorerwähnten Temperaturbereich entstehen organische Säuren, die eine Braunfärbung der Holzsubstanz bewirken. Um diesen Übelstand einigermassen zu beseitigen, versetzt man die Natriumsulfitlösung mit Soda oder Bicarbonat, so dass deren Pufferungsfähigkeit erhöht wird. Der Sodazusatz beträgt gewöhnlicherweise etwa ein Viertel der eingesetzten Sulfitmenge. Durch die gesteigerte Pufferungsfähigkeit werden entstehende organische Säuren in grösserem Umfang gebunden, und die Verfärbung des Holzes wird erniedrigt.
Eine reine Natriumsulfitlösung hat einen PH- Wert von etwa 9, 5 und besitzt keine Pufferungsfähigkeit. Üblicherweise wird die Imprägnierlösung durch Auflösung von Natriumsulfit und Soda oder Bicarbonat zubereitet, unter Umständen wird sie jedoch auch durch Einleitung von SO in eine Sodalösung zubereitet. bis die erwünschte Zusammensetzung von Natriumsulfit und Soda erzielt ist.
Die Versuche gemäss der Erfindung haben jedoch erwiesen, dass bei sorgfältig durchgeführter Imprägnierung der Holzspäne die Sulfitlösung keine nennenswerte Pufferungsfähigkeit im pH-Bereich von 9,5 bis 7. 5 zu haben braucht. Weiterhin wurde gefunden. dass der Kohlensäuregehalt der Sulfitlösung, ob frei oder gebunden, dem Prozess schädlich ist, da sich beim Aufschluss Soda bzw. Bicarbonat unter Bildung gasförmiger Kohlensäure, die einen Teil der Kochflüssigkeit verdrängt, innerhalb der Holzspäne zersetzt, und die Neutralisierung der entstehenden Säuren wird erschwert, wodurch die Gefahr der Braunfärbung der Holzspäne erhöht wird. Man hat ebenfalls feststellen können, dass bei Verwendung von mit Soda bzw.
Bicarbonat gepufferten Sulfitlösungen die eigentliche Imprägnierung erschwert wird. Gasförmige Kohlensäure setzt auch den Partialdruck des Wasserdampfes herab, so dass eine entsprechende Dampfmenge stets ausgelassen werden muss, damit die gewünschte Reaktionstemperatur aufrecht erhalten wird.
Es wurde auch festgestellt, dass bei einer sorgfältig durchgeführten Imprägnierung des Holzes der Weissheitsgrad des Zellstoffs erhöht wird, wenn der pH-Wert der Imprägnierlösung innerhalb des Bereiches 9,5-6 herabgesetzt wird, jedoch natürlich unter der Voraussetzung, dass der Aufschluss unter ähnlichen Bedingungen hinsichtlich Temperatur usw., wie in den Tabellen I-IV angegeben ist, durchgeführt wird.
Im Gegensatz zum bisherigen Fachwissen hat es sich als ausserordentlich wichtig erwiesen, dass die Holzspäne ; ehe sie auf 110-120 C erwärmt werden, mit Kochflüssigkeit gut imprägniert werden, falls eine Verfärbung und zweckloser Abbau der Holzsubstanz vermieden werden soll. Falls die Holzspäne von der Kochflüssigkeit nicht völlig durchtränkt werden, tritt nämlich bei Erwärmung der Holzspäne im vorerwähnten Temperaturbereich eine allmähliche Verfärbung des Zellstoffs ein, was bei den in der Praxis gewöhnlich verwendeten Temperaturen von 140 bis 1800C noch mehr in Erscheinung tritt.
Durch ein Dämpfen der Holzspäne wird die Imprägnierung weitgehend erleichtert, und die Dämpfdauer wird je nach Holzart, Trockengehalt, Grösse der Späne usw., festgestellt. Diese muss deshalb von Fall zu Fall ermittelt werden und kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Für z. B. Späne verschiedener Birkenholzarten erwies es sich als notwendig, die Dämpfdauer zwischen 5 und 10 min zu variieren, damit eine einwandfreie Imprägnierung erreicht wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Bei einem gut durchgeführten Dämpfen müssen normale Birkenholzspäne. je nach dem Feuchtigkeitsgehalt, nach dem Dämpfen mit der Kochflüssigkeit 1/2 - 2 h in Berührung bleiben, wenn die Imprä- gnierung so durchgreifend werden soll, dass der Zellstoff einen möglichst hohen Weissheitsgrad erhält. Im Hinblick auf den vorerwähnten kritischen Temperaturbereich ist es ebenfalls von grosser Bedeutung. dass die Temperaturen während der Imprägnierperiode unter 110OC, zweckmässig auf etwa 1000C oder niedriger, gehalten werden.
E. L. Keller und'J. N. Mc Govern haben in einem Aufsatz in der TAPPI, Vol. 32, Nr. 9, sehr richtig festgestellt, dass die Farbe der Zellstoffmasse bei Verwendung von ungepuffertem Natriumsulfit einen höheren Weissheitsgrad als mit Puffer erhält, Der von ihnen erreichte Weissheitsgrad ist jedoch sehr niedrig, 52% G. E. im Verhältnis zu dem von den Patentinhabern erreichten Ergebnis, und diese Tatsache muss im wesentlichen einer zu hohen Temperatur (120 C) bei der Imprägnierung zugeschrieben werden.
Aus den Versuchen gemäss der Erfindung ging es nämlich hervor, dass bei einer sorgfältig durchgeführten Imprägnierung ein Weissheitsgrad z. B. bei Birkenzellstoff von 62 bis 65% bei einer Ausbeute von 80 bis 9rP/o erreicht werden kann. wenn bei der Imprägnierung auf sowohl die erlaubte Höchsttemperatur von 110 bis 120 C als auch auf die erforderliche Zeit von 30 bis 120 min vorschriftsmässig Rücksicht genommen wird.
Die Imprägnierdauer ist mindestens ebenso wichtig wie die Temperatur, damit eine einwandfreie Imprägnierung erreicht wird. Gemäss der Erfindung wurde festgestellt, dass gut gedämpfte Holzspäne mindestens 30 min mit der Imprägnierlösung in Berührung sein müssen, damit das Ergebnis der Imprägnierung zufriedenstellend wird, und diese Zeit muss oft auf 60-120 min verlängert werden.
Husband hat in einem Aufsatz in der TAPPI, Vol. 36, Nr. 12, beschrieben, dass der Weissheitsgrad des Zellstoffs in hohem Masse von der Imprägnierung abhängig ist, was mit den Ergebnissen der Erfindung gut übereinstimmt, aber obwohl Husband eine Evakuierung der Holzspäne vorgesehen hatte, wurde die von ihm angewendete Imprägnierzeit von 15 min bei 100 C zu kurz, um einen ausreichenden Weissheitsgrad zu ergeben.
Falls die Imprägnierung so ausgeführt wird, dass die Holzspäne nach dem Dämpfen komprimiert und unmittelbar in der Kochflüssigkeit entspannt werden, z. B. gemäss dem sogenannten Asplund-Verfahren, kann die Imprägnierdauer erheblich abgekürzt werden. Die Versuche haben jedoch ergeben, dass die Imprägnierdauer nicht kürzer als 3-10 min sein darf, wenn z. B. Birkenzellstoff einen Weissheitsgrad von etwa 60 bis 65 B, E. erhalten soll.
Es ist festgestellt worden, dass eine Imprägnierflüssigkeit, die durch Einleiten von 502 in Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 9, 5 bis 6, insbesondere von etwa 7, 5 bis 6, 5, zubereitet worden ist, zur Her-
EMI2.1
Einsätzen von NaO mehr 502 erfordern, was einen höheren Chemikalienaufwand mit sich bringt. Bei pH-Werten bis etwa 6,5 hinunter sind aber diese Mehrkosten sehr geringfügig.
Durch eine sorgfältige Imprägnierung nach einem gut durchgeführten Dämpfen, Abwägen der Kochtemperatur und Kochzeit sowie durch Verwendung einer geeigneten ungepufferten Sulfitlösung, die Sulfit und Bisulfit enthält, kann man also eine bisher nicht erreichte Güte des Neutralsulfitzellstoffs aus Birkenholz mit guter Festigkeit bei hoher Ausbeute (80-90%) und mit einem für die Herstellung von Zeitungsund Zeitschriftenpapier völlig ausreichenden Weissheitsgrad erhalten.
Mit Rücksicht auf die vorerwähnten Erwägungen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von halbchemischem Neutralsulfitzellstoff, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Holzspäne nach einem Dämpfen mit einer Lösung von Natriumsulfit und Bisulfit mit einem pH-Wert von etwa 9,5 bis 6 und frei von loser oder gebundener Kohlensäure bei einer Temperatur von unter 1000c sorgfältig imprägniert, von überschüssiger Imprägnierlösung befreit, ohne Anwesenheit freier Flüssigkeit bei einer Temperatur von 165 bis 175 C aufgeschlossen und anschliessend einer Zerfaserung und Auspressung der Lauge ohne nennenswerte Verdünnung unterworfen werden.
Gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Holzspäne gedämpft und mindestens 30 min, vorzugsweise 60-120 min, mit einer Imprägnierlösung in Berührung gebracht.
Nach einer andern Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Holzspäne gedämpft, komprimiert und anschliessend in der Imprägnierflüssigkeit, wo sie mindestens 3 min, zweckmässig mehr als 10 min, gehalten werden, entspannt.
<Desc/Clms Page number 3>
Es hat sich ferner erwiesen, dass eine weitere Erhöhung des Weissheitsgrades erhalten werden kann, wenn die Zellstoffsuspension nach erfolgter Koch- und Grobzerfaserung durch Auspressen auf allmählich steigenden Trockengehalt von Ablauge befreit wird, ohne dass Verdünnungswasser zugesetzt wird. Da das Aufschliessen gemäss dem beschriebenen Verfahren ohne Anwesenheit freier Flüssigkeit erfolgt, kann es erforderlich sein, nach der Grobzerfaserung eine geringere Flüssigkeitsmenge hinzuzufügen, um die Bildung des Zellstoffs zu erleichtern, Dabei soll vorzugsweise unverdünnt Ablauge von der Presse verwendet werden. Das Pressen erfolgt zweckmässig in kontinuierlichen Pressen, z. B. Schraubpressen oder Scheibenpressen von in der Zellstoffindustrie üblicher Art.
Schon durch Pressen auf einen Trockengehalt von 300/0 vor der Verdünnung mit Wasser ist eine Weissheitsgraderhöhung von etwa 2 G. E.-Einheiten im Vergleich zu einem Auswaschen in einem Diffusor erzielt worden. Beim Pressen auf einen Trockengehalt von 4Clo hat die Weissheitsgraderhöhung etwa 3 G. E. - Einheiten betragen. Bei einem Trockengehalt von 50% ist der Weissheitsgrad um noch etwa 1 Einheit erhöht worden.
Nach dem Pressen ist der Zellstoff mit Wasser bis 3-4% Konzentration verdünnt, raffiniert, verdünnt, ausgewaschen und zu Bogen geformt worden. Die Weissheitsgradmessung wurde mit dem so erhaltenen Papier vorgenommen.
Es hat sich gezeigt, dass die erhaltene Wirkung darauf zurückzuführen ist, dass, wenn die Zellstoffsuspension nach erfolgtem Kochen mit Wasser verdünnt oder gewaschen wird, geringe Mengen feinkörniger organischer Substanz ausgefällt und auf den Fasern absorbiert werden, wodurch der Weissheitsgrad des Zellstoffs nachlässt. Dies hat man bei der Herstellung von Zellstoff hoher Ausbeute von Laubbäumen, wie Birke und Pappel, feststellen können, Sulfitzellstoff hoher Ausbeute von Fichte zeigt dieselbe Neigung, die Erhöhung des Weissheitsgrades ist jedoch wesentlich geringer.
Die Erfindung ermöglicht weiterhin, dass ein bisher nicht erzielter Weissheitsgrad bei einem verhält-
EMI3.1
Holzes beträgt, erhalten wird.
Bei Durchführung der Imprägnierung gemäss der Erfindung wird nämlich erreicht, dass sämtliche Teile eines Holzstücke eine vorbestimmte erforderliche Chemikalienmenge aufnehmen. "1me dass irgendwo im Holzstück ein unnötiger Überschuss vorhanden ist, was beim Aufschluss zu höchstmöglichem Weissheitsgrad und Festigkeit unter Einsatz eines Minimums an Chemikalien führt.
In der USA-Patentschrift Nr. 1, 673,089 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zellstoff aus Laubholz beschrieben, wobei die Holzspäne zuerst gedämpft und anschliessend mit einer Lösung von Natriumsulfit und Soda oder Bicarbonat imprägniert werden. Die Lösung dürfte einen PH- Wert über 9, 5 aufweisen und besitzt hohe Puffeungsfähigkeit. die durch Zusatz organischer, mehrbasischer Säuren weiter verstärkt wird. Die Imprägnierung erfolgt bei 100-125 C. Hievon unterscheidet sich das erfindungsgemässe Verfahren dadurch, dass von der Kochflüssigkeit Kohlensäure ausgeschlossen ist, der PH-Wert niedriger gehalten wird und schliesslich die Imprägnierung bei tieferen Temperaturen erfolgt.
Durch diese unterschiedlichen Massnahmen wird bewirkt, dass der Zellstoff nach der Erfindung eine höhere Weissheit als jener gemäss dem Verfahren der genannten Patentschrift gewonnene besitzt.
Gemäss der USA-Patentschrift Nr. l, 971, 564 wird Zellstoff hergestellt, indem man Holzspäne mit einer sauren Sulfitlösung bei 100-1500C während 3-11 h behandelt. Diese Lösung weist einen pH-Wert unter'5 auf. wodurch sich dieses Verfahren grundsätzlich vom erfindungsgemässen unterscheidet. Da bei diesem bekannten Verfahren keine besonderen Massnahmen zur Erzielung einer guten Imprägnierung getroffen werden. eignet es sich nicht für die Herstellung von Neutralsulfitzellstoff.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, 610, 119 ist schliesslich ein Verfahren zur. Herstellung halbchemischen Zellstoffs beschrieben, wobei man die Holzspäne mit einer sauren oder basischen Kochflüssigkeit längere Zeit hindurch (4-28 h) imprägniert. Beim erfindungsgemässen Verfahren ist eine derart lange Imprägnierungsdauer nicht erforderlich, denn die Holzspäne werden zuerst gedämpft und dann in die Flüssigkeit ein- geführt, wodurch die Imprägnierung in längstens 2 h vollendet ist. Schliesslich findet sich in dieser Patentschrift kein Hinweis auf die Verwendung einer Kochflüssigkeit mit einem PH- Wert wie beim erfindungsgemässen Verfahren, die ausserdem frei von freier oder gebundener Kohlensäure sein muss.
Das vorliegende Verfahren gestattet es somit, in kürzerer Zeit als das bekannte einen Neutralsulfitzellstoff herzustellen, der sich durch besonders hohen Weissheitsgrad auszeichnet,
Die in den folgenden Tabellen angegebenen Versuche, bei denen ausserhalb des erfindungsgemässen PH-Bereiches gearbeitet wird, dienen lediglich dazu, um zu zeigen, dass keine weiteren Verbesserungen der Eigenschaften des Zellstoffs erzielt werden, wenn dieser Bereich unterschritten wird.
<Desc/Clms Page number 4>
Tabelle I
EMI4.1
<tb>
<tb> Kochung <SEP> Imprägn.
<SEP> 2 <SEP> h <SEP> % <SEP> Na2O <SEP> Aufnahme <SEP> von <SEP> PH <SEP> nach <SEP> Ausbeute <SEP> WeissheitsPH <SEP> Chemikalien <SEP> der <SEP> % <SEP> grad
<tb> vornach <SEP> g/kg <SEP> Kochung <SEP> 0/0
<tb> Nap <SEP> SO2
<tb> 2980 <SEP> 9, <SEP> 5 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 42,8 <SEP> 44,5 <SEP> 5,9 <SEP> 86 <SEP> 65,1
<tb> 2982 <SEP> 7,5 <SEP> 7,5 <SEP> 3,1 <SEP> 42,2 <SEP> 45,9 <SEP> 5,5 <SEP> 86 <SEP> 65,7
<tb> 2981 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 41, <SEP> 5 <SEP> 71, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP> 85 <SEP> 69, <SEP> 2
<tb>
Tabelle II
EMI4.2
<tb>
<tb> Kochung <SEP> Imprägn.
<SEP> 1 <SEP> h <SEP> % <SEP> Na2O <SEP> Aufnahme <SEP> von <SEP> PH <SEP> nach <SEP> Ausbeute <SEP> WeissheitsPH <SEP> Chemikalien <SEP> der <SEP> % <SEP> grad
<tb> vor <SEP> nach <SEP> g/kg <SEP> Kochung <SEP> %
<tb> NaO <SEP> SO <SEP>
<tb> 2971 <SEP> 9,5 <SEP> 8,7 <SEP> 3,0 <SEP> 36,9 <SEP> 56,5
<tb> 2965 <SEP> 7,5 <SEP> 7,5 <SEP> 3,0 <SEP> 38,5 <SEP> 61,5
<tb> 2975 <SEP> 6,0 <SEP> 6,0 <SEP> 3,0 <SEP> 37,8 <SEP> 63,1
<tb> 2979 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> 3. <SEP> 0 <SEP> 37,0 <SEP> 62,5
<tb>
Tabelle III
EMI4.3
<tb>
<tb> Kochung <SEP> Imprägn.
<SEP> 1 <SEP> h <SEP> % <SEP> Na20 <SEP> Aufnahme <SEP> von <SEP> PH <SEP> nach <SEP> Ausbeute <SEP> WeissheitsPH <SEP> Chemikalien <SEP> der <SEP> % <SEP> grad
<tb> vor <SEP> nach <SEP> g/kg <SEP> Kochung
<tb> Na2O <SEP> SO2
<tb> 3035 <SEP> 9,5 <SEP> 8,5 <SEP> 3,1 <SEP> 46,9 <SEP> 49,1 <SEP> 86 <SEP> 58, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3032 <SEP> 7,5 <SEP> 7,5 <SEP> 3,1 <SEP> 45,6 <SEP> 50,5 <SEP> 87 <SEP> 59, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 3031 <SEP> 6,7 <SEP> 6,7 <SEP> 3,1 <SEP> 45,3 <SEP> 56,5 <SEP> 87 <SEP> 60, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 3037 <SEP> 5,0 <SEP> 5,0 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 47, <SEP> 3 <SEP> 95. <SEP> 5 <SEP> 88 <SEP> 61, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Tabelle IV
EMI4.4
<tb>
<tb> Kochung <SEP> Imprägn.
<SEP> 1 <SEP> h <SEP> % <SEP> Na20 <SEP> Aufnahme <SEP> von <SEP> PH <SEP> nach <SEP> Ausbeute <SEP> WeissheitsPH <SEP> Chemikalien <SEP> der <SEP> % <SEP> grad
<tb> vor <SEP> nach <SEP> g/kg <SEP> Kochung <SEP> %
<tb> Na20 <SEP> SO2
<tb> 3036 <SEP> 9,5 <SEP> 8,5 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 35. <SEP> 7 <SEP> 37, <SEP> 2 <SEP> 87 <SEP> 56. <SEP> 5
<tb> 3033 <SEP> 7,5 <SEP> 7,5 <SEP> 2,4 <SEP> 34,6 <SEP> 37, <SEP> 1 <SEP> 55, <SEP> 0
<tb> 3034 <SEP> 6,7 <SEP> 6, <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 34,2 <SEP> 43, <SEP> 4 <SEP> 87 <SEP> 59,8
<tb> 3038 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 33,8 <SEP> 68, <SEP> 7 <SEP> 87 <SEP> 59, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zur Herstellung von halbchemischem Neutralsulfitzellstoff, dadurch gekennzeichnet, dass Holzspäne nach einem Dämpfen mit einer Lösung von Natriumsulfit und-bisulfit mit einem pH-Wert von etwa 9, 5 bis 6 und frei von loser oder gebundener Kohlensäure bei einer Temperatur von unter 100 C sorgfältig imprägniert, von Überschüssiger Imprägnierlösung befreit, ohne Anwesenheit freier Flüssigkeit bei einer Temperatur von 165 bis 175 C aufgeschlossen und anschliessend einer Zerfaserung und Auspressung der Lauge ohne nennenswerte Verdünnung unterworfen werden.