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Kontinuierliches Verfahren zur Papierstoffherstellung aus IHartholzspänen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Papierstoffherstellung aus Hartholzspänen
für die Erzeugung eines Papierstoffes, der zumindest gleiche Güte besitzt wie der
bekannte gemahlene Holzstoff, der allgemein bei der Herstellung von Zeitschriftenpapier,
Zeitungspapier, Papiermache-Erzeugnissen, Faserplatten, Spanplatten u. dgl. benutzt
wird.
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Gemahlener Holzstoff wird, wie dies der Name bereits ausdrückt, durch
mechanisches Brechen in einzelne Fasern erzeugt, doch wird hierbei praktisch nur
ein Papierstoff gewonnen, der hauptsächlich aus Faserbündeln besteht. Obwohl gemahlener
Holzstoff vielfach benutzt wurde und wird, ist er mit erheblichen wirtschaftlichen
Nachteilen behaftet, die sich in erster Linie aus einer zunehmenden Verknappung
der sogenannten weichen (Nadel-) Hölzer ergeben. Da sich der Bestand an Weichhölzer
vermindert hat, hat sich auch der Preis des gemahlenen Holzstoffes erhöht, so daß
er jetzt einen unwirtschaftlichen Stand erreicht hat. Mit dem Ziel, diese zunehmenden
Kosten zu umgehen und einen geeigneten Ersatz für den gemahlenen Holzstoff zu finden,
sind die sogenannten halbchemischen Verfahren entwickelt worden. Mit solchen Verfahren
ermöglicht man die Verwendung der sogenannten Harthölzer oder Laubhölzer. Bei derartigen
bisher ausgeführten Verfahren werden die Späne mit einer chemischen Lösung, beispielsweiseNatriumhydroxyd,Natriumsulfit,
Natriumsulfid u. dgl., behandelt. Das wesentliche Merkmal ist dabei, daß die Späne
durch die Chemikalien durchdrungen werden und das Lignin oder die Lignincellulose
erweicht und durch Hitze und/oder chemische Reaktion aufgeschlossen wird. Es muß
aber dazu unbedingt hervorgehoben werden, daß die so behandelten Späne ungleichmäßig
durchdrungen werden und auch ungleichmäßig der chemischen Reaktion unterliegen und
daß sie dann einer mechanischen Behandlung unterworfen werden, durch die die Fasern
mehr oder weniger getrennt werden. Der sich ergebende Papierstoff wird ausgewaschen,
um die gelösten Verbindungen zu entfernen. Verfahren dieser Art sind in der gegenwärtigen
Praxis als Kaltsodaverfahren, neutrales Sulfitverfahren oder Hartholzkraftverfahren
bekannt. Eine solche Defibrierung unvollständig aufgeschlossenen Pflanzenmaterials
kann etwa mit Hilfe einer Hammermühle erfolgen, durch die ein ständiger Wasserstrom
geleitet wird, der die feinen Stoffanteile durch ein Sieb spült und die groben Anteile
an einer dem Wasserzulauf gegenüberliegenden Stelle über dem Sieb auswirft.
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Obwohl derartige Verfahren weitgehende Anwendung gefunden haben, weisen
sie gewisse Nachteile auf, von denen der Hauptnachteil die außerordentlich geringe
Ausbeute auf Grund. der Entfernung der gelösten Verbindungen während der Behandlung
ist. Tatsächlich geben beim augenblicklichen Stand der Praxis die meisten .halbchemischen
Verfahren eine Ausbeute von etwa 65% trockener Holzfasern. Das Kaltsodaverfahrenstellt
Wervon eine Ausnahme dar und gibt eine Ausbeute bis zu. 90%, .jedoch halten die
Kosten für die Chemikalien und den Energieaufwand den Preis des dabei erzeugten
Papierstoffes verhältnismäßig hoch. Trotz des Vorteiles, in der Lage zu sein, Papier
aus Harthölzern herzustellen, ist demzufolge der Preis auf Grund der geringen Ausbeute
und der verhältnismäßig hohen Kosten für die Behandlungschemikalien und, den Energieaufwand
noch unwirtschaftlich hoch.
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Eines der Haupthindernisse . bei den bisherigen halbchemischen Verfahren,
insbesondere dem Kaltsodaverfahren, besteht in . der Unmöglichkeit, die Späne gleichmäßig
zu druchdringen:-Dies bedeutet, daß, gleichgültig wie lange die Späne irt der Lösung
getränkt werden, ein Unterschied der chemischen Konzentration zwischen der Spanoberfläche
und der Spanmitte besteht. Das: Zellstoffmaterial ist daher nicht gleichmäßig durchsetzt
.und der chemischen Reaktion unterworfen, und .es ist unmöglich, die
Späne
zu einem Papierstoff zu veredeln, der Fasern gleichmäßiger Größe und Zusammensetzung
enthält.
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Weiterhin hat man bereits versucht, Holzspäne mit weniger teuren Chemikalien,
wie Erdalkalihydroxyden, Calciumhydroxyden, Magnesiumhydroxyden oder Bariumhydroxyden,
zu behandeln. Solche Anstrengungen haben aber bisher nur geringen Erfolg gezeigt,
weil solche Chemikalien im wesentlichen unlöslich sind und demzufolge die Holzspäne
nicht in dem erforderlichen Maß durchdringen, um die Verbindungen zwischen den Fasern
zu einer leichten Trennung hinreichend aufzuweichen.
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Zur Verbesserung des Holzaufschlusses durch Kochen etwa mit kaustischen
Alkalien in Verbindung mit Natriumsulfid oder Kaliumsulfid, Alkalisulfiten od. dgl.
sind Verfahren bekannt, bei denen die Kochlauge durch den Kocher zirkuliert, wobei
in einem speziellen Verfahren die freigemachten Fasern in dem Maße, in dem sie frei
gemacht werden, mit dem Strom der Kochlauge aus dem Kochgefäß geführt und aufgefangen
werden. Ein anderes bekanntes Verfahren sieht in der ersten Stufe eine gewöhnliche
alkalische Kochung in einem Kocher vor, wobei man in einem Ablaßtank die übliche
Schwarzlauge erhält. Ein anderes Verfahren zur Zellstoffgewinnung aus Holz in Form
von größeren Stücken beruht auf dem Kochen mit Alkalien oder sauren Salzen, wodurch
das Holz zunächst oberflächlich weich gekocht wird, der nachfolgenden mechanischen
Entfernung der aufgeschlossenen Schicht und einer daran anschließenden erneuten
chemischen Kochung der nicht angegriffenen inneren Kerne z. B. mit l%iger Natronlauge.
Dieses Verfahren muß so lange fortgesetzt werden, bis die Holzstücke vollständig
aufgeschlossen sind. Die genannten vorbekannten Verfahren besitzen also alle den
Nachteil, daß sie nicht bei schonenden Bedingungen arbeiten können und jeweils nach
der chemischen Behandlung eine mechanische Entfernung der aufgeschlossenen Teile
erfordern, die eine Zerstörung eines beträchtlichen Teiles der Fasern zu Folge hat.
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Bekannt sind auch Verfahren, bei denen durch Wärme und/oder chemische
Eigenwirkung mit anschließender mechanischer Wirkung unter wechselnder Kompression
und Entspannung das Material erweicht wird, doch muß bei solchen bekannten Verfahren
zusätzlicher Druck angewandt werden, so daß sie nicht die Vorteile einer schonenden
Erweichungsbehandlung mit Calciumhydroxyd in einem Temperaturbereich aufweisen,
in dem die behandelten Oberflächenfasern nachgiebig werden, aber keine irreversible
Verfärbung zeigen. Die nämlichen Nachteile weisen auch bekannte Aufschlußverfahren
mit Natronlauge oder durch Kochen mit Kalk unter einem Druck von 1,5 at mittels
gespanntem Wasserdampf auf, die nicht die schonende Aufschlußbehandlung und Entfernung
der so gelockerten Oberflächenlage aus den im wesentlichen gleichförmigen Fasern
nach der Erfindung betreffen.
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Die Erfindung geht nämlich im Gegensatz zu vorbekannten Verfahren
von der Feststellung aus, daß billige Chemikalien, wie Erdalkalihydroxyde und speziell
Calciumhydroxyd, trotz ihrer Urlöslichkeit erfolgreich dazu gebracht werden können,
die Oberflächenanlagen von Hartholzspänen zu durchdringen und mit diesen zu reagieren.
Auf diese Weise wird nach der Erfindung eine gelockerte Oberflächenlage aus im wesentlichen
gleichförmigen Fasern erzeugt, die von den Spännen dadurch entfernt werden können,
daß man diese abwechselnd Kompressionen und Entspannungen unterwirft, ohne dabei
die Späne als Ganzes einer mechanischen Zerstörung des Spanaufbaues nach bekannten
Verfahren auszusetzen, wodurch eine Zerstörung eines beträchtlichen Teiles de>F
Fasern vermieden wird. Anstatt, wie dies bisher üblich war, mechanische Kraft durch
Vermahlen oder Zerreißen auszuüben, ist man nach der Erfindung bestrebt, nur die
gelockerten Oberflächenanlagen zu entfernen, während die verbleibenden Späne zur
Behandlung durch das System zurückgeführt werden, bis sie in nachfolgenden Durchgängen
praktisch völlig aufgelöst sind.
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Das kontinuierliche Verfahren zur Herstellung von Papierstoff aus
Hartholzspänen nach der Erfindung, bei dem nach dem Erweichen durch Wärme und/oder
chemische Einwirkung mit Calciumhydroxydlauge die Späne einer mechanischen Wirkung
mit abwechselnder Kompression und Entspannung unterworfen werden, worauf der Papierstoff
in üblicher Weise unter zwischenzeitlichem Waschen und/oder erneutem Aufschlämmen
in eine Stofffraktion von hohem Fasergehalt und eine Grobfraktion zerlegt wird,
die Holzschnitzel von verminderter Größe enthält und zurückgeleitet wird, besteht
darin, daß bei der Erweichungsbehandlung die Späne oder Schnitzel nur oberflächlich
mit Calciumhydroxydlauge bei einer solchen Temperatur umgesetzt werden, bei der
die behandelten Oberflächenfasern nachgiebig werden, aber eine irreversible wesentliche
Verfärbung nicht eintritt, daß die mechanische Kompressions- und Entspannungsbehandlung
in milder Weise so gesteuert wird, daß nur die gelockerten Oberflächenfasern entfernt
werden, während die Faserstruktur der urdurchdrungenen restlichen Schnitzelkörper
im wesentlichen ungestört bleibt, und daß bei der Rückführung der unaufgeschlossenen
Schnitzel nach ihrer Abtrennung von den Oberflächenfasern die Menge an Kreislaufschnitzeln
im Verhältnis zu neu eingeführten Schnitzeln mindestens 10, vorzugsweise bis zu
etwa 50% beträgt.
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Bei der Reaktion mit den Fasern der Oberflächenlage der Späne, bildet
die chemische Behandlung nach der Erfindung mit dem die Fasern verbindenden Material
in den Spänen ein unlösliches Reaktionsprodukt, das als ein Teil des endgültigen
Papierstoffes benutzt wird und so dazu beiträgt, die Ausbeute zu erhöhen. Dies steht
im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren, die durch mechanische Kraftanwendung viele
der chemischen Reaktionsprodukte abbauen und verwerfen und dadurch die Ausbeute
beträchtlich herabsetzen.
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Vorteilhaft besteht die benutzte Imprägnierflüssigkeit aus einer Aufschwemmung
von Calciumhydroxyd, der eine geringe Menge von Alkali, vorzugsweise in Form von
Natriumcarbonat zugesetzt ist, und zwar in einer Menge, die ausreicht, um sicherzustellen,
daß das Verhältnis von Calciumhydroxyd zu Natriumcarbonat ein solches ist, daß der
pH-Wert der siel ergebenden Behandlungsaufsehwemmung im Bereich von 10 bis 12,5
(vorzugsweise 11 bis 12,5), gemessen bei 60° C liegt. Wenngleich nicht in allen
Fällen notwendig, hat die Benutzung von etwa Alkali zur Erzielung eines höheren
pH-Wertes den Vorteil, daß sie ein leichtes Aufschwellen der Holzspäne bewirkt,
das die Imprägnierung und Trennung leichter zu machen scheint. Jedoch sind pH-Werte
bis etwa 14, wie sie
im Kaltsodaverfahren angewandt werden, zu vermeiden,
weil in diesem Bereich der Abbau der a-Cellulose und die Löslichkeit der Hemicellulose
beträchtlich ist.
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Die relative Menge der Behandlungsaufschwemmung muß ausreichend sein,
um in der reagierenden Masse einen pH-Wert von zumindest 9,3 aufrechtzuerhalten.
Dies bedeutet, daß jederzeit ein überschuß von Calciumhydroxydalkalität zur Verfügung
stehen muß. Obwohl die genaue Funktion des Calciumhydroxyds nicht vollständig aufgeklärt
ist, kann angenommen werden, daß es mit Verbindung mit freiem Alkali in den Behandlungschemikalien
dahingehend wirkt, farbbeständige Calciumsalze zu bilden. Die darin eingeschlossenen
Reaktionen kann man sich, wie folgt, vorstellen: Zunächst Neutralisierung der Holzsäuren
durch freies Alkali (Na2C03) und zweitens Rückkaustizierung der sich ergebenden
Salze durch Kalk, um farbbeständige Calciumsalze zu bilden und das Alkali zu regenerieren.
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In der Praxis kann die zu benutzende Ca(OH)2 Menge angenähert in Einklang
mit der folgenden Formel stehen: %-Acetyl-Wert (CH,ICO-) - 100 = kg Ca(OH)2 pro
Tonne ofentrockenen Holzes. Der Acetylwert des Holzes ist eine bekannte Größe, die
leicht bestimmt werden kann, beispielsweise nach dem Verfahren, wie es durch Phillips
in »Industrial and Engineering Chemistry, Analytical Edition«, Bd. 6, S. 321, beschrieben
worden ist.
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Es ist wichtig, daß die Späne bei geeigneter Temperatur behandelt
werden. Nach der Erfindung soll die Mindesttemperatur ausreichend sein, um die Späne
aufzuweichen, so daß sie während der Imprägnierung eher nachgeben als reißen oder
brechen. Die Höchsttemperatur soll unterhalb derjenigenTemperatur liegen, bei der
eine Entf'ärbung und ein rascher Abfall in der Ausbeute eintritt. Für die meisten
Harthölzer sollten die Temperaturen im Bereich von etwa 40 bis etwa 60° C während
des gesamten Verfahrens gehalten werden. Die rohen Späne werden durch das ganze
Verfahren, vorzugsweise durch Berührung mit den Imprägnierchemikalien (wenn erforderlich
jedoch auch durch zusätzliche Wärmequellen) auf eine Temperatur von 50 bis 55° C
erwärmt, um ein Aufweichen sicherzustellen. Oberhalb etwa 60° C tritt eine Entfärbung
vielleicht auf Grund des Ligningehaltes ein und es kommt zu einer Verringerung der
Ausbeute auf Grund des Auflösens von Hemicellulose und a-Cellulose, die dann im
Waschvorgang verlorengehen. Hierdurch entstehen dann gleichzeitig Probleme für die
Abfallbeseitigung.
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Die Konsistenz des Materials, wie es der Imprägnatormühle zugeführt
wird, wird auf mindestens 40% Feststoffgehalt gehalten (Gewichtsprozent des Trockenstoffes).
Die Gesamtmenge der benötigten ersten Chemikalien liegt im Bereich von 7 bis 17
Gewichtsprozent Calciumhydroxyd zu trockenem Holz. Dies befriedigt den chemischen
Bedarf, aber sieht keinen unwirtschaftlichen überschuß über die chemische Notwendigkeit
vor, mit den Bindestoffen zwischen Fasern zu reagieren.
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Obwohl die früheren Verfahren eine verhältnismäßig lange Verweilzeit
der Späne in der Behandlungsflüssigkeit vorsahen, enthält das Verfahren nach der
Erfindung keine solche Beschränkung, obwohl ein gewisser kleiner Vorteil dadurch
erzielbar ist, wenn man die imprägnierten Späne für eine kurze Dauer stehenläßt,
wird kein besonderer Vorteil durch eine lange Verweiilzeit erzielt, und jegliche
Verweilzeit über 30 Minuten hinaus ist unnötig. Tatsächlich besteht einer der Hauptvorteile
der Erfindung in der Möglichkeit, die Späne unmittelbar nach der Imprägnierung ohne
irgendwelche besondere Verweilzeit zu feinen.
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Bezüglich des Feinens hat es sich herausgestellt, daß bei einer verhältnismäßig
langsamen Arbeitsweise, durchgeführt bei .einer hohen Spänekonsistenz, vorzugsweise
in der Umgebung von 30 bis 40%, eine außerordentlich hohe Güte des Papierstoffes
zum Ergebnis hat. Dieses Feinen mit geringer Geschwindigkeit ist wichtig, weil es
die Reibung vermindert und so die Möglichkeit schafft, die Verfahrenstemperaturen
in dem angeführten. kritischen Bereich zu halten. Es wird dadurch die Bildung sogenannter
»Vogelkörner« vermieden, die bei höheren Temperaturen auf Grund von Aufweichen und
Agglomeration von thermoplastischenLigäinverbindunge. eintreten kann, die dann darauffolgend
als-Ergebnis chemischer Kondensation und Polymerisatisü erhärten. Niedrigere Behandlungstemperaturen
vermindern auch die Reaktionsgeschwindigkeit der Alkali empfindlichen Substanzen,
beispielsweise Hemicellulose, die, wenn sie bei höherer Temperatur mit Alkalimaterial
reagieren können, eine geringere Ausbeute hervorrufen. Kurz gesagt, der chemische
Angriff auf die Cellulosesubstanzen erhöht sich bei höheren Temperaturen oberhalb
des angeführten Bereiches; und dies ist gerade die Wirkung, die vermieden werden
soll.
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Verhältnismäßig hohe Konsistenz während des Feinens trägt zu hoher
Güte in dein sich ergebenden Papierstoff bei und trägt zusätzlich unmittelbar zu
einer wirksameren Anwendung der Energie bei, weil die Kräfte in einer mehr unmittelbaren
Weise auf die biegsame Substanz übertragen werden, während verhältnismäßig weite
Abstände zwischen den wirksamen Oberflächen der Feinungsmaschine möglich sind und
unter diesen Bedingungen die nnechanische Wirkung auf die Späne oder Faserbündel
positiver und gleichförmiger ist. Man erhält so eine positive, jedoch mildere Scher-
und Reibwirkung bei hoher Konsistenz und erhöhter Berührung zwischen Faser und Faser
im Gegensatz zu der plötzlichen und sehr hohen Schergeschwindigkeit, wie sie bei
schnellem Feinen bei geringer Konsistenz auftritt, wo die Elastizität der Masse
gering ist und die Berührung zwischen Faser und Metall groß.
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Zum besseren Verständnis der $rfMung wird im folgenden an Hand der
Zeichnung eine Ausführungsform beschrieben. In der Zeichnung ist F i g. 1 ein schaubildliches
Flußscherna, das im wesentlichen eine bevorzugte Ausftihrungsform zur Durchführung
der Erfindung wiedergibt, F i g. 2 eine teilweise. geschnittene Draufsicht, ebenfalls
schaubildlich, gier bevorzugten Ausführungsform der Imprägnatormühle, wie. sie im
Verfahren nach der Erfindung benutzt werden kann, und F i g. 3 eine vereinfachte
Endansicht der Vorrichtung nach F i g. 2 in der Ebene der Linie 3-3 der F i g. 2,
in der der Klarheit halber einige -Elemente weggelassen sind.
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Nach F i g. 1 werden Späne einer gewünschten Größe, im allgemeinen
im Bereich von 0,95 bis etwa 3,2 cm (g/8 bis 1i/4 Zoll) Länge durch eire geeignete
Fördervorrichtung 10 in ein Einweichbecken 11 eingeführt, wo sie mit einer erhitzten
Flüssigkeit, die durch eine Leitung 12 zugeführt wird, in Berührung
gebracht
werden. Sobald die Späne auf die richtige Temperatur (20 bis 40° C) gebracht worden
sind, werden sie über eine Schnecke 13 entfernt, die, wenn erwünscht, eine komprimierende
Schnecke sein kann, um die Späne auf eine gewünschte Konsistenz von mindestens 40%
Feststoff zu entwässern. Die Späne werden von der Schnecke 13 in einen Einlauftrichter
14 eines zweiten Schneckenzuteilers ausgetragen, der sie in der Imprägniermühle
16 fördert. Während der Imprägnierung werden die Späne mit Calciumhydroxydaufschwemmung
besprüht, deren Alkalität (in den meisten Fällen) durch Natriumcarbonat oder irgendeine
andere billige alkalische Substanz auf einen pH-Wert in bevorzugtem Bereich von
10 bis 12,5 (vorzugsweise 11 bis 12,5) bei oder umgerechnet auf 60° C verstärkt
ist. Wenn zum Erwärmen der Späne heißes Wasser allein benutzt wird, muß die Menge
der Aufschwemmung, die während der Imprägnierung in die Mühle 16 eingeführt wird,
größer als in solchen Fällen sein, in denen die chemische Imprägnierung bereits
im Becken 11 beginnt.
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Im Verlauf ihres Durchganges durch die Mühle 16 werden die an ihrer
Oberfläche aufgelockerten Späne einer wechselnden Kompression und Entspannung unterworfen,
worauf sie durch einen Feinermechanismus 15 treten, in welchem die Masse mild gerieben
wird. Die Tätigkeit der Mühle und der Feinereinrichtung wird jedoch in ihren Einzelheiten
in Verbindung mit den F i g. 2 und 3 beschrieben.
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Die gefeinten Späne und Fasern laufen in einen Aufschlämmer 18, in
welchem die Masse durch Zufügen von einer geeigneten Flüssigkeit, die über eine
Leitung 19 in hinreichender Menge zuläuft, wieder aufschwemmt, um die Papierstoffkonsistenz
auf 1/2°/o (Feststoffe zum Gesamtgewicht von Papierstoff + Wasser) zu vermindern.
Der sich ergebende Papierstoff geringer Konsistenz wird dann über ein Sieb 21 geführt,
um die fertigen Fasern von den übergroßen Faserbündeln und restlichen Holzspänen
zu trennen. Diese übergroßen Bestandteile werden dann über die Leitung 22 in das
Aufweich- und Heizbecken 11 zurückgeführt, um erneut durch das System geführt zu
werden. Das fertige Material wird vom Sieb 21 in ein Hydrozyklon 23 oder eine entsprechendeTrenneinrichtung
gespült, in der schweres Ausschußmaterial als Unterlauf entfernt wird, während der
gereinigte Papierstoff als Oberlauf über eine Leitung 24 auf ein Filter 25 geführt
wird, von dem der fertige Papierstoff als Kuchen entfernt, während das Filtrat und
die Waschflüssigkeit, die während des Filtervorganges zugeführt wird, über die Leitung
19
zurückgeführt werden, um als Verdünnungsflüssigkeit im Aufschlämmer 18
zu dienen.
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Ein Speicherbecken 26 ist vorgesehen, um einen angemessenen Zulauf
von Behandlungsaufschlämmung sicherzustellen, und es kann auch ein Erhitzer 27 vorgesehen
sein, durch den die benötigte Temperatur im Becken 11 aufrechterhalten wird.
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Durch ständige Rückführung von Spänen und übergroßen Faserbündeln
und die gewollte Steuerung des Ablaufes, um eine große Menge von solchen übergroßen
Zwischenprodukten zu erzeugen, ist nur ein Mindestmaß von mechanischer Wirkung auf
die Fasern erforderlich, wodurch die höchstmögliche Ausbeute sichergestellt wird.
Die Menge der freigesetzten Fasern und natürlich auch der Prozentsatz des zurückgeführten
Materials hängt bei einem gegebenen Durchgang durch die Feinervorrichtung oder Feineranordnung
des Imprägnators unter anderem von der Art der Späne der Behandlungstemperatur und
dem pH-Wert während der Behandlung ab. Die Rücklaufmenge kann von 10 bis 500/® des
Materialeinlaufes schwanken.
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Bezüglich der Art, in der die Späne während der Imprägnierung einer
wechselnden Kompression und Entspannung unterworfen werden, ist es möglich, daß
dies auf verschiedene Art hervorgerufen werd kann, beispielsweise dadurch, daß die
Späne während der Imprägnierung wechselnden Druckschwankungen unterworfen werden.
Vorausgesetzt, daß dies nicht so heftig durchgeführt wird, daß die imprägnierten
Fasern unter der Spanoberfläche, die noch nicht gelockert sind, zerstört werden,
hat es sich jedoch herausgestellt, daß eine milde Komprimierung und Entspannungswirkung
sehr zufriedenstellende Ergebnisse hervorbringt, und ein solches Gerät wird im folgenden
an Hand der F i g. 2 und 3 beschrieben. Die F i g. 2 und 3 zeigen so eine Mühle
in Forts eines umlaufenden äußeren Zylinders, innerhalb dessen eine kleinere und
angetriebene Walze zur inneren Oberfläche des äußeren Zylinders benachbart g&-lagert
ist. Die aufgeweichten Späne werden am Eingangsende des äußeren Zylinders (linkes
Ende in F i g. 3) eingeführt, und der Zylinder wird mit einer Geschwindigkeit in
Umlauf gesetzt, die hoch genug ist, um sicherzustellen, daß die Späne nach außen
gegen die innere Oberfläche des umlaufenden äußeren Zylinders geschleudert werden
mit dem Ergebnis, daß, wenn die Späne durch den Spalt zwischen der Walze und der
inneren Oberfläche des umlaufenden äußeren Zylinders durchtreten, sie komprimiert
werden und dann, wenn sie aus dem Spalt heraustreten, sie frei werden, um sich durch
Expansion zu entspannen. Während dieses Betriebes wird die Masse (in F i g. 3 nach
rechts) nach dem Auslaufende der Mühle hin durch eine angetriebene Förderschnecke
20 gefördert.
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Obwohl der sogenannte Feinungsvorgang, wie bereits erwähnt, in einem
getrennten Abschnitt der Vorrichtung ausgeführt werden kann, ist es bequem, den
Feinungsvorgang anzusetzen, sobald das imprägnierte Material soeben die Mühle 16
verläßt. Wie in F i g. 3 gezeigt, kann so das Auslaufende des umlaufenden äußeren
Zylinders, wie bei 15 gezeigt, erweitert sein, und in dem erweiterten Mündungsteil
ist eine kegelförmige Scheibe 15 mit Abstand zwischen ihrer Kegelfläche und
der entsprechend konische Oberfläche des erweiterten Mündungsstückes am Auslaufende
der Mühle angebracht. Da die Masse durch den Spalt zwischen den Teilen
15 und 15' austritt, wird sie einer milden Reibwirkung unterworfen,
deren Wirkung darin besteht, irgendwelche verbliebenen Fasern, die hinreichend gelöst
sind, von den Spänen abzureiben und übermäßig gebündelte Fasern zu entwirren.
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Aus den folgenden Daten, die sich auf spezielle Beispiele des Verfahrens
nach der Erfindung be., ziehen, ergeben sich die besonderen Vorteile, die durch
die Erfindung gegenüber den bisher bekanntest erzielt werden.
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Beispiel I Etwa 21 kg gemischter Harthölzer: 40'% Buche, 40% Weißbirke
und 20% Ahorn mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3504, werden benutzt.
Das Holz ist in Form von Spänen in dem Größenbereich
von 0,95 bis
3,2 cm Länge und 0,32 bis 0,65 cm Dicke. Das Trockengewicht des Holzes ist etwa
13,5 kg.
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Die Späne werden für 20 Minuten bei einer Temperatur von 46° C und
einem pH-Wert von etwa 11,7 in eine Behandlungsflüssigkeit aus 701 Wasser, 730 g
Na2C0, und 7 kg Ca(OH)2 getaucht. Nach dem Einweichen, das in erster Linie zum Erwärmen
der Späne dient, aber auch zum Absorbieren eines Teiles der Behandlungsflüssigkeit
herangezogen wird, werden die Späne dann mit einer Konsistenz von 45'% trockener
Holzsubstanz in eine Vorrichtung eingeführt, wie sie schematisch in F i g. 2 und
3 gezeigt ist. Während der Kompressions- und Entspannungswirkung werden 101 zu sämtlichen
Chemikalien der gleichen Zusammensetzung, Nie oben beschrieben, zugefügt. Nach der
Imprägnierung haben die Späne eine Konsistenz von 34,2% trockener Holzsubstanz und
werden dann unmittelbar durch die Feinungseinrichtung 15 in den Aufschlämmer ausgetragen.
Nach dem Feinen wird die sich ergebende Masse auf eine Konsistenz von 1/2% verdünnt
und über ein Trennsieb mit wirksamen öffnungen von 0,5 mm geführt. Der Unterlauf
vom Sieb wird dann über einer weiteren Behandlung in einem herkömmlichen Hydrozyklon
unterworfen. Die Übergröße oder der Ausschuß aus beidem, dem Sieb und dem Hydrozyklon,
die insgesamt etwa 6,7 kg trokkene Holzsubstanz betragen, werden in das Verfahren
zurückgeführt, und 5,9 kg (trockene Holz-Substanz) des fertigen Papierstoffes werden
abgezogen. Die verbleibenden etwa 0,8 kg, die aus löslichen organischen Stoffen
und Faserresten bestehen, verbleiben in der Weißlauge.
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Im fortlaufenden Verfahren wird alles zurückgeführte Material mit
neuen einlaufenden Spänen vermischt, und ein konstanter Umlauf von etwa 50 0/0 des
Einlaufes wird eingerichtet. Verluste aus dem System beschränken sich auf gelöste
organische Stoffe und Faserreste, die gegebenenfalls durch das Endauswaschen des
fertigen Papierstoffes entfernt werden. Diese Verluste haben sich bei wiederholten
Versuchsanläufen nicht über $0% des 'gesamten Zulaufes erhöht. Auf diese Weise ist
die Ausbeute stets oberhalb 9011/o, und in manchen Fällen sind auch Ausbeuten bis
nahe an 10011/o auf Gewichtsbasis erzielt worden. Dies erklärt sich aus der Tatsache,
daß das neue Verfahren einen Prozentsatz der Behandlungschemikalien in Form von
Reaktionsprodukten im Endprodukt zurückhält. Ein Vergleich eines gewaschenen, urigebleichten
Papierstoffes, der nach dem obigen Beispiel hergestellt wurde, mit einem gewaschenen,
urigebleichten Papierstöff aus einem Kaltsodaverfahren von einer auf dem Markt befindlichen
Papiermühle unter Benutzung des gleichen Holzgemisches, ist in der folgenden Tabelle
I niedergelegt, in der ein nach der Erfindung hergestellter Papierstoff als »experimenteller
Papierstoff« und das Vergleichsmuster als »handelsüblicher Kaltsodapäpierstoff«
angeführt ist.
| Tabelle I |
| Experimenteller Handelsüblicher |
| Papierstoff Kaltsodapapierstoff |
| Mahlgrad, canadische Standardeinheiten ..........................
490 335 |
| Permanganatzahl, bestimmt nach den Verfahren wie in TAPPI- |
| Magazine, September 1957, beschrieben . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 135 126 |
| Lignin-Trockengerüst-Basis, % . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .. .. . . . . . . . . . . . . 20 21 |
| a-Cellulose,o/o..................................................
59 67 |
| 0 |
| y-Cellulose,o/o ..................................................
9 7 |
| Bestimmung im Valley-Holländer bei Mahlgradzunahme von hundert- |
| fünfzig canadischen Standardeinheiten |
| (a) TAPPI-Bruchfaktor .....................................
17 18 |
| (b) TAPPI-Reißfaktor ............. .......................
42 35 |
| (c) Zeit für Mahlgradzunahme, Minuten . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 18 23 |
| Null-Spannbruchlänge, m, bei Mahlgrad von zweihundertachtzig
cana- |
| dischen Standardeinheiten......................................
8,500 5,900 |
| Helligkeitserhöhung, Punkte, (General elektrische Skala) bei
10% ver- |
| fügbarem C12 als NaOCI ......................................
30 22 |
Aus der Tabelle 1 ist leicht zu erkennen, daß der Papierstoff, der nach dem Verfahren
der Erfindung hergestellt ist, in vieler Hinsicht sich von dem gebräuchlichen Papierstoff
unterscheidet. An erster Stelle ist der hohe Aufschlußgrad vollständig unerwartet
für einen Papierstoff in einer solchen hohen Ausbeute, die auch in den einzelnen
Fasern überwiegt. Ein solcher hoher Aufschlußgrad ist ein Beweis für den hohen Prozentsatz
einzelner Fasern in dem neuen Papierstoff und ein Hinweis dafür, daß Faserreste
nicht vorhanden sind.
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Der Ligningehalt ist in beiden Papierstoffen im wesentlichen der gleiche
und zeigt, daß bei dem neuen Verfahren kein Verlust an Holzsubstanz eintritt.
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Von außerordentlicher Bedeutung sind die Zahlen bezüglich der relativen
Cellulosebestandteile der Papierstoffe. Es ist beachtlich, daß die Gehalte an ß-
und y-Cellulose in dem neuen Papierstoff nahezu doppelt so hoch wie im Kaltsodapapierstoff
sind. Dies ist ein weiterer Hinweis dafür, daß grundsätzliche Unterschiede zwischen
dem neuen Papierstoff und dem Kaltsodapapierstoff bestehen. Berücksichtigt man,
daß ß- und y-Fraktionen die sogenannten Hemicellulosen enthalten, so ist es ersichtlich,
daß bei dem Verfahren nach der Erfindung ein weitaus
geringerer
Hemicelluloseverlust eintritt als bisher, und die Erhaltung der Hemicellulose ist
ein wesentlicher Faktor für die Erzielung der hohen Ausbeute beim Verfahren nach
der Erfindung. Von mindestens gleicher Bedeutung ist die vorteilhafte Wirkung der
Hemicelluloseerhaltung für die Holländerbehandlung des Papierstoffes und die endgültigen
Festigkeitseigenschaften des hieraus erzeugten Papiers. Die angeführten Werte zeigen
deutlich, daß der neue Papierstoff von einem weitaus höheren Mahlungsgrad (490)
als Papierstoff aus dem Kaltsodaverfahren (335) in beträchtlicher kürzerer Zeit
in den Prüfmahlgrad von 150 übergeht. Obwohl die Bruchfaktoren der Papiere, die
aus den verschiedenen Papierstoffen hergestellt sind, gleichwertig sind, ergibt
der neue Papierstoff ein Papier, das bezüglich seiner Reißfestigkeit und der Nullspannungsbruchlänge
merklich oberhalb des bisherigen Papieres liegt.
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Der neue Papierstoff weist auch eine weitaus verbesserte Bleichbarkeit
auf.
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Auf den erhöhten ß- und y-Cellulosegehalt des neuen Papierstoffes
zurückkommend, kann festgestellt werden, daß dies ein wesentliches Merkmal der nach
dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Papierstoffe ist, ebenso wie der
hohe Prozentsatz einzelner, freier Fasern im Papierstoff.
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Beispiel 1I Zwei getrennte Chargen von gleichen Spänen, wie im Beispiel
I, werden mit den gleichen Behandlungschemikalien imprägniert und in dem gleichen
Verfahren wie im Beispiel I. Beide Proben werden einem einzigen Durchgang durch
Feinungseinrichtung unterworfen, die Probe A mit hoher- Konsistenz und die Probe
B mit geringer Konsistenz. Die Vergleichsergebnisse sind in der folgenden Tabelle
1I niedergelegt.
| Tabelle 11 |
| (Probe AIProbe B |
| Konsistenz während des Feinungs- |
| vorganges, o/o ................ 38,6 5,6 |
| Prozentsatz des brauchbaren Pro- |
| duktes, einmaliger Durchgang |
| durch den Feinungsvorgang .... 40,0 29,0 |
| Mahlgrad (canadische Einheiten) im |
| brauchbaren Papierstoff . . . . . . . . 575,0 498,0 |
| Holländerbestimmung bei Mahl- |
| grad 150 (canadische Standard- |
| einheiten) |
| (a) Zeit, Minuten, zum Erreichen |
| des Mahlgrades............ 27 22 |
| (b) TAPPI-Bruchfaktor. . . . .... 17 12 |
| (c) TAPPI-Reißfaktor . . . . . . . . . 48 41 |
Die obigen Zahlen zeigen die erhöhte Ausbeute des bauchbaren Fasermaterials bei
Feinen bei hoher Konsistenz sowie .die verbesserten Papierstoffeigenschaften. Es
ist zu bemerken, daß die Probe A einen weitaus größeren Mahlgrad als die Probe B
aufweist und daß ihre Bruch- und Reißfaktoren nach der Hol-Länderbehandlung beträchtlich
höher liegen. Die Zeit für die Holländerbehandlung auf einen Mahlgrad 150 ist höher
im Fall der Probe A, aber dies ist im Hinblick auf deren höheren Ausgangsmahlgrad
zu erwarten.