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DE19620241A1 - Process for delignifying pulps and using a catalyst - Google Patents

Process for delignifying pulps and using a catalyst

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DE19620241A1
DE19620241A1 DE19620241A DE19620241A DE19620241A1 DE 19620241 A1 DE19620241 A1 DE 19620241A1 DE 19620241 A DE19620241 A DE 19620241A DE 19620241 A DE19620241 A DE 19620241A DE 19620241 A1 DE19620241 A1 DE 19620241A1
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complex
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fibers
alkyl
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PATT R PROF DR
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Abstract

The invention refers to a method to delignify fibrous material comprising an aqueous suspension of fibers which has a consistency between 5 % - 40 %, with a peroxy compound that is used in amounts between 0.5 % - 10 % based on bone dry fibrous material, and with a metal complex of the general formula (1): [LnMnmXp]<z>Yq wherein Mn stands for manganese or iron, which can be present in oxidation state II, III, IV or V or in mixtures of these states; n and m are the integers 1-4; X is a coordinating ligand; p is an integer from 0 to 12; z is the charge of the complex and can be positive, neutral or negative; Y is a counter-ion or -molecule which depends on the charge of the complex; q is equal to z divided by the charge of Y; and L is a ligand and is represented by a macrocyclic organic molecule with general formula (2) wherein R<1>, R<2>, R<3> and R<4> can be either zero, H, alkyl, aryl or otherwise optionally substituted; D and D' are either N, NR, PR O, or S, wherein R can be substituted by H or alkyl or aryl or otherwise optionally substituted; t and t' are whole integers from 2 to 3, s is an integer between 2 and 4, u is an integer from 1 to 20, and v is 0 or 1; this metal complex is used at an amount of 0.0001 % - 0.1 % based on bone dry fibrous material, wherein the fibers are delignified at an initial pH-level between 7.5 and 13.5, at a reaction temperature between 20 DEG C and 130 DEG C, and with a reaction time between 15 and 360 minutes. Further, the invention relates to the use of a metal complex.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Delignifizieren von Faserstoffen und die Verwendung eines Katalysators in diesem Verfahren.The invention relates to a method for delignifying fibrous materials and the use of a catalyst in this process.

Als Faserstoffe werden nachfolgend alle ligninhaltigen Fasern bezeichnet, die entweder durch den Prozeß der Holzstofferzeugung oder der Zellstofferzeugung mechanisch und/oder chemisch vorbehandelt wurden oder die als chemisch oder mechanisch unbehandelte Naturfasern diesem Verfahren unterworfen werden. Die Fasern können auch mehrere chemische und/oder mechanische Verfahrensstufen durchlaufen haben, beispielsweise einen Zellstoffaufschluß und eine erste delignifizierende Behandlung nach dem Aufschluß.All lignin-containing fibers are referred to below as fiber materials either through the process of producing wood or the Cellulose production has been mechanically and / or chemically pretreated or the as chemically or mechanically untreated natural fibers this Procedures to be subjected. The fibers can also be multiple chemical and / or have undergone mechanical process stages, for example after pulping and a first delignifying treatment the outcrop.

Ligninhaltige Fasern aus Holz oder aus Einjahrespflanzen sollen für die meisten Verwendungszwecke möglichst vom Lignin befreit sein. Außerdem sollen die Fasern hohe Weißgrade aufweisen, vorzugsweise 90% ISO. Diese hohen Weißgrade werden nur dann erreicht, wenn Lignin weitestgehend aus der Faser oder von der Faseroberfläche entfernt ist. Mit Elementarchlor und anderen chlorhaltigen Bleichchemikalien konnten ligninhaltige Fasern effizient und hoch selektiv delignifiziert werden.Lignin-containing fibers from wood or from annual plants are said to be lignin should be exempted for most purposes. Furthermore the fibers should have a high degree of whiteness, preferably 90% ISO. This High degrees of whiteness are only achieved when lignin is largely eliminated the fiber or away from the fiber surface. With elementary chlorine and other bleaching chemicals containing chlorine could efficiently use lignin-containing fibers and delignified in a highly selective manner.

Nachdem der Einsatz von Chlor und chlorhaltigen Chemikalien nunmehr vermieden wird, werden Sauerstoff und sauerstoffhaltige Chemikalien zum Delignifizieren dieser Fasern eingesetzt. Die Reaktionsmechanismen dieser Chemikalien sind weitaus weniger selektiv, so daß die Delignifizierung mit einer größeren Schädigung der Cellulose einhergeht. Dies ist unerwünscht. Es besteht daher ein großes Bedürfnis nach Verfahren und damit auch nach Chemikalien, die selektiv das noch vorhandene Restlignin abbauen.Now that chlorine and chlorine-containing chemicals have been used is avoided, oxygen and oxygen-containing chemicals are used Delignify these fibers. The reaction mechanisms of this Chemicals are far less selective, so delignification with is accompanied by greater damage to the cellulose. This is undesirable. It there is therefore a great need for procedures and thus for Chemicals that selectively break down the remaining lignin.

Nachdem das Restlignin so weit wie möglich entfernt worden ist, werden in der Zellstoffherstellung bleichende Chemikalien eingesetzt, die die Fasern auf möglichst hohe Weißgrade aufhellen sollen. In diesen Bleichstufen sollen noch verbliebene oder teilweise durch vorhergehende Verfahrensstufen entstandene chromophore Gruppen durch Oxidation entfernt werden. Ein Abbau von Fasermasse ist hier ganz unerwünscht, unter anderem, um die Abwässer dieser Bleichstufen nicht zu sehr mit organischer Masse zu belasten. Zu den chlorfreien Bleichmitteln, die zu diesem Zweck in der Zellstoffindustrie eingesetzt werden, gehört Wasserstoffperoxid. Wasserstoffperoxid wird vor allem aus Umweltschutzgründen eingesetzt. Es ist teurer als chlorhaltige Bleichmittel und deutlich weniger selektiv.After the residual lignin has been removed as much as possible, in  The pulping chemicals used to bleach the fibers should lighten the highest possible degrees of whiteness. In these bleaching stages, still remaining or partially due to previous process stages resulting chromophoric groups are removed by oxidation. On Breakdown of fiber mass is quite undesirable here, among other things, to the Waste water from these bleaching stages does not become too organic strain. To the chlorine-free bleaching agents used for this purpose in the The pulp industry used includes hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide is used primarily for environmental reasons. It is more expensive than bleaches containing chlorine and significantly less selective.

Aus diesen Gründen wird Peroxid unter möglichst milden Reaktionsbedingungen dort eingesetzt, wo Faserstoffe aufgehellt, aber nicht delignifiziert werden. Bei verschärften Reaktionsbedingungen, beispielsweise erhöhter Temperatur, erhöhtem Chemikalieneinsatz und/oder verlängerter Reaktionsdauer kommt es zwar zu einem gewissen Abbau etwa noch vorhandenen Restlignins, aber dies ist begleitet von einer verstärkten Schädigung der Faser und Ausbeuteverlusten. Besonders unerwünscht ist, daß die unselektive Reaktion des Wasserstoffperoxids die Cellulose stark angreift, so daß die Festigkeit der Fasern reduziert wird.For these reasons, peroxide becomes as mild as possible Reaction conditions are used where fiber is lightened, but not be delignified. With more severe reaction conditions, for example increased temperature, increased use of chemicals and / or prolonged There is still a certain reduction in response time existing residual lignins, but this is accompanied by an enhanced Damage to the fiber and loss of yield. Is particularly undesirable that the unselective reaction of hydrogen peroxide strongly affects cellulose attacks so that the strength of the fibers is reduced.

Als Delignifizierungsmittel wurde Wasserstoffperoxid bisher kaum eingesetzt, weil die Reaktionsmechanismen des Wasserstoffperoxids nicht dazu geeignet sind, bei ausreichend milden Reaktionsbedingungen die stark kondensierten phenolischen Komponenten des Restlignins abzubauen. Einzelne Verfahren, die Wasserstoffperoxid auch zum Delignifizieren von Zellstoff vorschlagen, ermöglichen in etwa einen Abbau des Restlignins um 30%.So far, hydrogen peroxide has hardly been used as a delignifying agent, because the reaction mechanisms of hydrogen peroxide are not suitable for this are the strongly condensed under sufficiently mild reaction conditions to break down phenolic components of the residual lignin. Individual procedures, who also propose hydrogen peroxide to delignify pulp, allow approximately 30% of the residual lignin to be broken down.

Bisher bekannte Verfahren, so das beispielsweise in der WO 94/00234 beschriebene, die die Reaktionen eines Oxidationsmittels katalysieren, beschreiben die getrennte Zugabe von Metall und Ligand und das Behandeln der Zellstoffasern bei einem pH-Wert von 3,7 bei -0 bis 98°C Reaktionstemperatur. Bei diesem Verfahren in saurem Milieu kommt es jedoch zu erheblichem Abbau der Cellulose. Previously known methods, for example in WO 94/00234 described, which catalyze the reactions of an oxidizing agent, describe the separate addition of metal and ligand and the treatment of the pulp fibers at a pH of 3.7 at -0 to 98 ° C Reaction temperature. However, this procedure occurs in an acidic environment to considerable degradation of the cellulose.  

Um die aufhellende Wirkung des Wasserstoffperoxids möglichst wirksam zu nutzen, werden seit längerem Katalysatoren gesucht, die die zahlreichen unselektiven Nebenreaktionen unterdrücken und dadurch mehr Wasserstoffperoxid für das Entfernen chromophorer Gruppen verfügbar machen. Zu diesem Zweck wurden immer wieder Stoffe eingesetzt, die beispielsweise für die bleichende bzw. aufhellende Anwendung in Waschmitteln eingesetzt wurden. Die Ergebnisse aus dem Bereich der Waschmittel sind jedoch auf die Zellstoff- und Papierindustrie kaum übertragbar, weil im industriellen Prozeß der Zellstoffherstellung neben den zu bleichenden Fasern eine Vielzahl anderer Chemikalien im Prozeßwasser mitgeführt werden. Außerdem handelt es sich bei den Textilfasern nicht um ligninhaltige Fasern. Zahlreiche Untersuchungen haben bisher nicht dazu geführt, daß die Bleichergebnisse der Wasserstoffperoxidstufe durch Zusatz von Katalysatoren verbessert wurden.To make the whitening effect of hydrogen peroxide as effective as possible have long been sought catalysts that the numerous suppress unselective side reactions and thereby more Hydrogen peroxide available for removing chromophoric groups do. For this purpose, substances were repeatedly used that for example for the bleaching or lightening application in Detergents were used. The results from the field of However, detergents are hardly on the pulp and paper industry transferable because in the industrial process of pulp production in addition to Bleaching fibers contain a variety of other chemicals in the process water be carried along. In addition, the textile fibers are not lignin fibers. So far, numerous studies have not done so led to the bleaching results of the hydrogen peroxide stage by addition of catalysts have been improved.

Bedingt durch den Wechsel von chlorhaltigen Chemikalien zu sauerstoffhaltigen Delignifizierungsmitteln hat sich die Prozeßführung in der Zellstoffindustrie stark geändert und es besteht ein besonders großer Bedarf an Chemikalien bzw. Verfahren, die es ermöglichen, Fasern mit einem beträchtlichen Restligningehalt, beispielsweise nach dem Zellstoffaufschluß oder auch nach einer ersten Sauerstoffstufe weiter auf niedrige Restligningehalte zu delignifizieren, um einen chlorfrei auf hohe Weißgrade gebleichten Zellstoff mit guten Festigkeitseigenschaften zu erreichen.Due to the change of chlorine-containing chemicals The process control in the The pulp industry has changed significantly and there is a particularly great need of chemicals or processes that make it possible to use fibers with a considerable residual lignin content, for example after pulping or continue to low after a first oxygen level To delignify residual lignin contents in order to get a chlorine-free to high whiteness to achieve bleached pulp with good strength properties.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur verbesserten, selektiven Delignifizierung von Zellstoffen unter Verwendung chlorfreier Chemikalien bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a method for improved, selective Delignification of pulps using chlorine-free chemicals to provide.

Es überrascht sehr, daß übergangsmetallhaltige Katalysatoren, die die aufhellende oder bleichende Wirkung von Peroxiden in Waschmitteln fördern, eine außerordentlich verbesserte Delignifizierung von Fasern ermöglichen, wobei der Abbau des Lignins außerordentlich selektiv erfolgt.It is very surprising that transition metal-containing catalysts that promote the lightening or bleaching effect of peroxides in detergents, enable extraordinarily improved delignification of fibers, the degradation of the lignin is extremely selective.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Katalysatoren eingesetzt die in den europäischen Patentanmeldungen EP 0 458 397 A2, EP 0 458 398 A2, EP 0 544 490 A1 sowie in der WO 95/30681 und der prioritätsbegründenden DE OS 44 16 438 beschrieben sind und die hiermit ausdrücklich in die vorliegende Beschreibung der Erfindung einbezogen werden, zumindest soweit es die detaillierte Beschreibung der Metall- Komplexe betrifft. Es handelt sich um ein- oder mehrkernige Metall-Komplexe mit der allgemeinen FormelThe catalysts are used in the process according to the invention  those in European patent applications EP 0 458 397 A2, EP 0 458 398 A2, EP 0 544 490 A1 and in WO 95/30681 and priority-based DE OS 44 16 438 are described and hereby expressly included in the present description of the invention at least as far as the detailed description of the metal Concerns complexes. These are single or multi-core metal complexes with the general formula

[LnMnmXp]zYq [L n Mn m X p ] z Y q

wobei Mn Mangan oder Eisen bedeutet, welches in den Oxidationsstufen II, III, IV oder V oder Mischungen dieser Stufen vorliegen kann; n und m sind Zahlen von 1 bis 4; X stellt einen koordinierenden Liganden dar; p ist eine Zahl von 0 bis 12, Y ist ein Gegenion oder -molekül, welches von der Ladung z des Komplexes abhängt und welche positiv, neutral oder negativ sein kann; q ist gleich z dividiert durch die Ladung Y; und L ist ein Ligand und wird durch ein makrocyclisches organisches Molekül mit folgender allgemeiner Formel dargestellt:where Mn is manganese or iron, which in oxidation states II, III, IV or V or mixtures of these stages may be present; n and m are Numbers from 1 to 4; X represents a coordinating ligand; p is one Number from 0 to 12, Y is a counter ion or molecule, which depends on the charge z depends on the complex and which can be positive, neutral or negative; q is equal to z divided by the charge Y; and L is a ligand and will by a macrocyclic organic molecule with the following general Formula shown:

wobei R¹, R², R³ und R⁴ jeweils entweder null sein können, H oder alkyl oder aryl oder optional substituiert sein können, D und D′ sind jeweils entweder N, NR, PR O oder S, wobei R entweder H oder alkyl oder aryl bzw. optional substituiert sein können, t und t′ sind jeweils ganze Zahlen von 2 bis 3, s ist eine Zahl zwischen 2 und 4, u ist eine Zahl von 1 bis 20, v ist 0 oder 1.wherein R¹, R², R³ and R⁴ can each be either zero, H or alkyl or aryl or optionally substituted, D and D ′ are each either N, NR, PR O or S, where R is either H or alkyl or aryl or optional may be substituted, t and t 'are each integers from 2 to 3, s is a number between 2 and 4, u is a number from 1 to 20, v is 0 or 1.

Als besonders geeignet zur Delignifizierung haben sich die erfindungsgemäß verwendeten Komplexe mit folgenden Liganden erwiesen:
Bis-azamakrocyclen, in denen jeweils zwei Moleküle der allgemeinen Formeln I bis V jeweils über einen ihrer Reste R¹ bis R⁴ bzw. R⁵ mittels eines Brückengliedes der Struktur -T- oder -A-(O-A)h zwischen den beiden Stickstoffatomen verknüpft sind, wobei für eine ganze Zahl von 1 bis 19 steht und die Reste R⁵ hierbei zusätzlich die Bedeutung von R¹ bis R⁴ haben können;
T ist eine C₂ bis C₈-Alkylengruppe und
A ist eine C₂ bis C₄-Alkylengruppe;
R bis R⁴ stehen für Wasserstoff, C₁- bis C₆₀-Alkyl, welches durch bis zu 19 nicht benachbarte Sauerstoffatome unterbrochen und zusätzlich bis zu 5 Hydroxylgruppen tragen kann, C₁- bis C₃₀-Alkyl, Phenyl oder Benzyl, wobei der aromatische Kern jeweils durch bis zu drei C₁ bis C₄-Alkylgruppen, C₁ bis C₄-Alkoxygruppen, Halogenatome, Hydroxylgruppen, Sulfogruppen oder Carboxylgruppen substituiert sein kann, oder Gruppierungen der Formel -(CH₂)l-COOH, -(CH₂)l-SO₃H, -(CH₂)l-PO₃H₂ oder -(CH₂)l-OH steht, wobei l jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 4 bedeutet und die genannten Säuregruppen auch in Salzform vorliegen können,
R⁵ steht für Gruppierungen der Formel -(CH₂)l-COOH, -(CH₂)l-SO₃H, -(CH₂)l-PO₃H₂ oder -(CH₂)l-OH oder für ein durch 1 bis 19 nicht benachbarte Sauerstoffatome unterbrochenes und/oder 1 bis 5 Hydroxylgruppen tragendes C₂ bis C₆₀-Alkyl, wobei l jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 4 bedeutet und die genannten Säuregruppen auch in Salzform vorliegen können,
R⁶ steht für Wasserstoff, C₁- bis C₆₀-Alkyl, welches durch bis zu 19 nicht benachbarte Sauerstoffatome unterbrochen und zusätzlich bis zu 5 Hydroxylgruppen tragen kann Phenyl oder Benzyl, wobei der aromatische Kern jeweils durch bis zu drei C₁ bis C₄-Alkylgruppen, C₁ bis C₄-Alkoxygruppen, Halogenatome Hydroxylgruppen, Sulfogruppen oder Carboxylgruppen substituiert sein kann, oder Gruppierungen der Formel -(CH₂)r-COOH, -(CH₂)r-SO₃H, -(CH₂)r-PO₃H₂ oder -(CH₂)r-OH steht, wobei r jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 4 bedeutet und die genannten Säuregruppen auch in Salzform vorliegen können,
Q ist eine aus 1 bis 3 C-Atomen bestehende Gruppierung mit 1 oder 2 Carbonylgruppen und Methylengruppen als restliche Elementen,
s bezeichnet die Zahl 2 oder 3,
w bezeichnet die Zahl 3 oder 4,
g steht jeweils unabhängig voneinander für 0 oder 1
The complexes according to the invention with the following ligands have proven to be particularly suitable for delignification:
Bis-azamacrocycles, in which two molecules of the general formulas I to V are each linked via one of their residues R¹ to R⁴ or R⁵ by means of a bridge member of the structure -T- or -A- (OA) h between the two nitrogen atoms, where stands for an integer from 1 to 19 and the radicals R⁵ may additionally have the meaning of R¹ to R⁴;
T is a C₂ to C₈ alkylene group and
A is a C₂ to C₄ alkylene group;
R to R⁴ represent hydrogen, C₁- to C₆₀-alkyl, which can be interrupted by up to 19 non-adjacent oxygen atoms and can additionally carry up to 5 hydroxyl groups, C₁- to C₃₀-alkyl, phenyl or benzyl, the aromatic nucleus in each case by up can be substituted to three C₁ to C₄ alkyl groups, C₁ to C₄ alkoxy groups, halogen atoms, hydroxyl groups, sulfo groups or carboxyl groups, or groupings of the formula - (CH₂) l -COOH, - (CH₂) l -SO₃H, - (CH₂) l -PO₃H₂ or - (CH₂) l -OH, where l is an integer from 1 to 4 and the acid groups mentioned can also be in salt form,
R⁵ stands for groupings of the formula - (CH₂) l -COOH, - (CH₂) l -SO₃H, - (CH₂) l -PO₃H₂ or - (CH₂) l -OH or for an oxygen atom interrupted by 1 to 19 not adjacent and / or C₂ to C₆₀-alkyl carrying 1 to 5 hydroxyl groups, where l each represents an integer from 1 to 4 and the acid groups mentioned can also be present in salt form,
R⁶ stands for hydrogen, C₁- to C₆₀-alkyl, which is interrupted by up to 19 non-adjacent oxygen atoms and can additionally carry up to 5 hydroxyl groups, phenyl or benzyl, the aromatic nucleus each having up to three C₁ to C bis-alkyl groups, C₁ to C₄-alkoxy groups, halogen atoms, hydroxyl groups, sulfo groups or carboxyl groups can be substituted, or groups of the formula - (CH₂) r -COOH, - (CH₂) r -SO₃H, - (CH₂) r -PO₃H₂ or - (CH₂) r -OH , where r is an integer from 0 to 4 and the acid groups mentioned can also be in salt form,
Q is a group consisting of 1 to 3 carbon atoms with 1 or 2 carbonyl groups and methylene groups as the remaining elements,
s denotes the number 2 or 3,
w denotes the number 3 or 4,
g is independently 0 or 1

Ein weiterer, gut geeigneter Ligand ist 1,2-bis-(4,7-dimethyl-1,4,7-triaza-1,-cyclononyl)ethan.Another ligand that works well is 1,2-bis (4,7-dimethyl-1,4,7-triaza-1, cyclononyl) ethane.

Ein Beispiel eines besonders gut geeigneten Mangankomplexes istAn example of a particularly suitable manganese complex is

[(Ethylenbrücke (Me₂TACN)₂MnIIIMnIV(µ-O)₂(µ-OAc)]2+ (ClO₄)⁻₂[(Ethylene bridge (Me₂TACN) ₂Mn III Mn IV (µ-O) ₂ (µ-OAc)] 2+ (ClO₄) ⁻₂

dabei steht Me für Methylgruppe und TACN steht für Triazacyclononan.Me stands for methyl group and TACN stands for triazacyclononane.

Mit diesen Metallkomplexen, die in Konzentrationen von 0,0001 bis 0,1% bezogen auf die Einsatzmenge an ofentrockenen Fasern eingesetzt werden, kann aber überraschenderweise die Delignifizierung von Fasern mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber der bekannten, nur aufhellenden P-Stufe um bis zu ca. 220% gesteigert werden, wobei die Cellulose nur geringfügig abgebaut wird. Besonders erstaulich ist es, daß diese Steigerungsraten bei eher geringen Restligningehalten erreicht werden, wo erfahrungsgemäß besonders schwer abbaubare, stark kondensierte und damit wenig reaktive Ligninstrukturen vorliegen.With these metal complexes, which in concentrations from 0.0001 to 0.1% based on the amount of oven-dried fibers used, Surprisingly, however, the delignification of fibers with the The inventive method compared to the known, only brightening P level can be increased by up to approx. 220%, the cellulose only is slightly degraded. It is particularly striking that this Rates of increase with rather low residual lignin contents can be achieved where experience has shown that it is particularly difficult to degrade, highly condensed and thus there are few reactive lignin structures.

Diese enorme Delignifizierung wird erreicht, indem die in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensbedingungen eingehalten werden.This enormous delignification is achieved by the in claim 1 specified process conditions are observed.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf unterschiedlichste Fasertypen anwendbar, so auf mechanisch und/oder chemisch vorbehandelte Fasern einschließlich Altpapierfasern aber auch auf unbehandelte Naturfasern. The method according to the invention is based on a wide variety of fiber types applicable, so to mechanically and / or chemically pretreated fibers including waste paper fibers but also on untreated natural fibers.  

Als Peroxyverbindung können Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid freisetzende Verbindungen, aber auch organische oder anorganische Peroxysäuren oder deren Salze, zum Beispiel Peressigsäure, Peroxymonoschwefelsäure oder Percarbonsäuren und deren Salze, eingesetzt werden. In einer Delignifizierungsstufe können Mischungen verschiedener Peroxy-Verbindungen eingesetzt werden. Damit ist eine Abstimmung auf spezielle Verfahrenserfordernisse möglich.Hydrogen peroxide or hydrogen peroxide can be used as the peroxy compound releasing compounds, but also organic or inorganic Peroxyacids or their salts, for example peracetic acid, Peroxymonosulfuric acid or percarboxylic acids and their salts used will. In a delignification stage, mixtures of different Peroxy compounds are used. So that is a vote on special process requirements possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in einem weiten Stoffdichtebereich anwendbar (Stoffdichte ist gleich Anteil ofentrockener Fasermasse am Gesamtgewicht). Die Stoffdichte kann zwischen 3 und 40% betragen, liegt jedoch vorzugsweise zwischen 10 und 15% Stoffdichte.The method according to the invention is in a wide range of consistency applicable (consistency is equal to the proportion of dry fiber mass on Total weight). The consistency can be between 3 and 40% however preferably between 10 and 15% consistency.

Um eine optimale Delignifizierungswirkung zu erreichen, sollten zwischen 0,5 und 10%, vorzugsweise jedoch zwischen 1 und 6% einer Peroxyverbindung eingesetzt werden, jeweils bezogen auf die zu delignifizierende, ofentrockene (otro) Fasermasse.In order to achieve an optimal delignification effect, between 0.5 and 10%, but preferably between 1 and 6% of a peroxy compound are used, each based on the oven-dry to be delignified (otro) fiber mass.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt ausgezeichnete Delignifizierungsergebnisse, wenn zwischen 0,001 und 0,05% des Metallkomplexes bezogen auf ofentrockene Fasermasse eingesetzt werden.The method according to the invention shows excellent Delignification results if between 0.001 and 0.05% of the Metal complex based on oven-dry fiber mass can be used.

Der Abbau des Restlignins erfolgt sehr effizient, wenn der pH-Wert zu Beginn der Reaktion über 10, vorzugsweise über 11 liegt.The residual lignin is broken down very efficiently when the pH value begins the reaction is above 10, preferably above 11.

Die Reaktionstemperatur kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Faserrohstoff in einem weiten Bereich gewählt werden. Zwischen 20°C und 130°C, vorzugsweise jedoch zwischen 40°C und 110°C lassen sich die meisten Fasern delignifizieren. Besonders bevorzugt wird der Temperaturbereich zwischen 50°C und 98°C, weil hier unter milden Bedingungen noch sehr selektiv delignifiziert wird, und dies bei relativ kurzen Reaktionszeiten.The reaction temperature can vary depending on the particular Fiber raw material can be selected in a wide range. Between 20 ° C and 130 ° C, but preferably between 40 ° C and 110 ° C delignify most fibers. The is particularly preferred Temperature range between 50 ° C and 98 ° C, because here under mild Conditions are delignified very selectively, and this at relatively short Response times.

Die Reaktionsdauer kann, in Abstimmung mit der Reaktionstemperatur ebenfalls in einem weiten Bereich, zwischen 5 und 240 Minuten gewählt werden. Bevorzugt wird jedoch eine Reaktionsdauer von 30 bis 150 Minuten. Besonders weitgehend ist die Delignifizierung, wenn das Verfahren über eine Zeitspanne von 45 bis 120 Minuten angewandt wird. Diese Reaktionszeiten sind kürzer als bei üblichen P-Stufen.The reaction time can, depending on the reaction temperature  also chosen in a wide range, between 5 and 240 minutes will. However, a reaction time of 30 to 150 minutes is preferred. Delignification is particularly widespread if the method has a Period of 45 to 120 minutes is applied. These response times are shorter than with normal P-levels.

Die erfindungsgemäß zur Delignifizierung eingesetzten Metallkomplexe verbessern nicht nur die Wirkung einer einfachen Peroxid-Stufe sie steigern auch die Delignifizierung einer Sauerstoff-Stufe, die unter Zusatz von Peroxid durchgeführt wird. Wird mit Zusatz von Sauerstoff gebleicht werden besonders gute Ergebnisse erreicht wenn ein Überdruck zwischen 0,15 und 1,5 MPa angewandt wird. Besonders bevorzugt wird ein Reaktionsdruck von 0,2 bis 0,9 MPa angewandt wird.The metal complexes used according to the invention for delignification not only improve the effect of a simple peroxide step they increase also the delignification of an oxygen level with the addition of peroxide is carried out. Will be bleached with the addition of oxygen achieves particularly good results when an overpressure between 0.15 and 1.5 MPa is applied. A reaction pressure of is particularly preferred 0.2 to 0.9 MPa is applied.

Die Komplexierung von Schwermetallionen wirkt sich vorteilhaft aus. Eingesetzt werden vorzugsweise DTPA, DTPMPA oder Poly-α-hydroxyacrylsäure, die auch bei höheren pH-Werten stabil sind. Zusätzlich oder alternativ können Wasserglas und/oder Magnesiumsulfat eingesetzt werden.The complexation of heavy metal ions has an advantageous effect. DTPA, DTPMPA or poly-α-hydroxyacrylic acid are preferably used, which are stable even at higher pH values. In addition or alternatively, water glass and / or magnesium sulfate can be used will.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einigen Ausführungsbeispielen beschrieben:The method according to the invention is described below with some Described exemplary embodiments:

Für die Untersuchungen zu den katalysierten Delignifizierungsstufen mit peroxy - und gegebenenfalls auch mit sauerstoffhaltigen Chemikalien wurden für die Beispiele 1 bis 3 Fichten-Kraftzellstoff mit folgenden technologischen Daten verwendet:
Kappazahl: 19,3
Weißgrad: 29,3% ISO
Viskosität: 1 020 mg/l
außerdem wurde derselbe Fichten-Kraftzellstoff nach einer Sauerstoffstufe für die Beispiele 4 bis 7 verwendet:
Kappazahl: 10,1
Weißgrad: 34,1% ISO
Viskosität: 901 mg/l.
For the investigations on the catalyzed delignification stages with peroxy - and possibly also with oxygen-containing chemicals, spruce kraft pulp with the following technological data was used for Examples 1 to 3:
Kappa number: 19.3
Whiteness: 29.3% ISO
Viscosity: 1 020 mg / l
in addition, the same spruce kraft pulp was used for Examples 4 to 7 after an oxygen step:
Kappa number: 10.1
Whiteness: 34.1% ISO
Viscosity: 901 mg / l.

Für das Ausführungsbeispiel 8 wurde ein ASAM-Nadelholzzellstoff mit folgenden Eigenschaften verwendet:
Kappazahl: 26,7
Weißgrad: 45,4% ISO
Viskosität: 1237 mg/l.
An ASAM softwood pulp with the following properties was used for embodiment 8:
Kappa number: 26.7
Whiteness: 45.4% ISO
Viscosity: 1237 mg / l.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in Polyethylen-Beuteln im temperierten Wasserbad in Chargen von 10 g otro (ofentrockener Zellstoff) durchgeführt. Das Einmischen der Chemikalien erfolgte in der Art, daß zuerst eine wäßrige Lösung der Additive und des Katalysators untergemischt wurde. In einem zweiten Schritt wurde der für die Reaktion notwendige pH-Wert mit NaOH eingestellt. Als dritter Schritt wurde die für den Versuch jeweils erforderliche Menge an Wasserstoffperoxid zugegeben. Danach wurde der pH-Wert der jeweiligen Probe gemessen und diese dann in einen PE-Beutel überführt, der im entsprechend temperierten Wasserbad befestigt wurde.The process according to the invention was carried out in polyethylene bags tempered water bath in batches of 10 g otro (oven-dry cellulose) carried out. The chemicals were mixed in such a way that first an aqueous solution of the additives and the catalyst was mixed in. In a second step, the pH value required for the reaction was determined NaOH adjusted. The third step was for the trial required amount of hydrogen peroxide added. After that the The pH of each sample was measured and then placed in a PE bag transferred, which was fixed in the appropriately tempered water bath.

Alle Versuche wurden, wenn nicht anders angegeben, bei 10% Stoffdichte durchgeführt. Angaben in "%" beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf die Menge an ofentrockenen Fasern. Die Analysen wurden nach folgenden Standards durchgeführt:Unless otherwise stated, all tests were carried out at 10% consistency carried out. Unless otherwise stated, data in "%" refer to on the amount of oven dry fibers. The analyzes were made after following standards:

Die Kappazahl wurde nach Zellcheming-Vorschrift IV/37/80, die Mikrokappazahl nach TAPPI-Vorschrift UM 246 ermittelt. Die Viskosität der Zellstoffe wurde in Kupferetylendiamin-Lösung nach Zellcheming-Vorschrift IV/36/61 bestimmt. Der Weißgrad wurde mit einem Elrepho 2000 (Fa. Datacolor) nach SCA-Vorschrift 11 : 75 gemessen.The Kappa number was determined according to Zellcheming IV / 37/80, the Microkappa number determined according to TAPPI regulation UM 246. The viscosity of the Pulp was made in copper ethylenediamine solution according to the Zellcheming protocol IV / 36/61 determined. The whiteness was measured with an Elrepho 2000 (Fa. Datacolor) measured according to SCA regulation 11:75.

Zu jedem Ausführungsbeispiel gehört eine Tabelle mit gleicher Nummer, die die jeweiligen Versuchsbedingungen, insbesondere den jeweils eingesetzten Katalysator und die zugehörigen Ergebnisse auflistet.Each embodiment has a table with the same number, the the respective test conditions, especially the one used  Catalyst and related results.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Die Daten zu diesem Beispiel sind in Tab. 1 wiedergegeben, insbesondere wird als Fußnote jeweils der verwendete Katalysator beschrieben. Es wurden Versuche jeweils mit und ohne Katalysator bei unterschiedlichen Temperaturen (50°C und 90°C) durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurden keine sonstigen Additive eingesetzt.The data for this example are shown in Table 1, in particular the catalyst used is described as a footnote. There were Experiments with and without catalyst with different Temperatures (50 ° C and 90 ° C) carried out. In these trials no other additives used.

Durch den Einsatz des Katalysators konnten Steigerungsraten in der Delignifizierung von 70% bei 50°C bzw. 52% bei 90°C Reaktionstemperatur erzielt werden. Die eingesetzte Menge an Wasserstoffperoxid wurde in den Versuchen jeweils vollständig und sehr effizient umgesetzt. Bemerkenswert ist, daß die katalysierte P-Stufe (Versuch P2) im Vergleich zur unkatalysierten P-Stufe (Versuch P3) nicht nur eine verbesserte Delignifizierung sondern darüber hinaus eine in etwa gleiche Viskosität ergibt. Die sich daraus ableitende verbesserte Selektivität (gleiche Viskosität bei geringerem Restligningehalt) deutet wegen der Korrelation zwischen Viskosität und Festigkeitseigenschaften auf eine geringe Schädigung und damit verbesserte Festigkeitseigenschaften der Fasern nach einer P-Stufe hin. Zu der Korrelation zwischen Viskositätsverlust (DP-Abbau) und Festigkeitseinbußen siehe: GURNAGUL et al: "The effect of cellulose degradation on the strength of wood pulp fibres" (Nordic Pulp and Paper Research Journal 7, (3) 1992, S. 152-154.By using the catalyst, rates of increase in the Delignification of 70% at 50 ° C or 52% at 90 ° C reaction temperature be achieved. The amount of hydrogen peroxide used was in the Try each completely and very efficiently implemented. Remarkably, that the catalyzed P stage (test P2) compared to the uncatalyzed P level (trial P3) not only improved delignification but moreover results in approximately the same viscosity. The resulting deriving improved selectivity (same viscosity at lower Residual lignin content) indicates because of the correlation between viscosity and Strength properties to a small damage and thus improved Strength properties of the fibers after a P level. To the correlation between loss of viscosity (DP degradation) and loss of strength see: GURNAGUL et al: "The effect of cellulose degradation on the strength of wood pulp fibers "(Nordic Pulp and Paper Research Journal 7, (3) 1992, p. 152-154.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Bei den Versuchen PS bis P8 wurde vor der P-Stufe eine saure Wäsche des Zellstoffs durchgeführt. Die Reaktionsbedingungen waren: Stoffdichte 3%, pH-Wert 2,0, Reaktionstemperatur 70°C, Reaktionsdauer 30 Minuten. Die Ergebnisse sind in Tab. 2 wiedergegeben. Die saure Vorbehandlung (A) entfernt wirksam Schwermetallionen, die vorwiegend mit dem Zellstoff eingetragen werden. Dadurch wird die Delingifizierung bei ansonsten unveränderten Reaktionsbedingungen im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 deutlich verbessert.In the experiments PS to P8, an acid wash of the Pulp carried out. The reaction conditions were: consistency 3%, pH 2.0, reaction temperature 70 ° C, reaction time 30 minutes. The Results are shown in Tab. 2. The acid pretreatment (A)  effectively removes heavy metal ions, mainly with the pulp be entered. This makes the delingification otherwise unchanged reaction conditions compared to the embodiment 1 significantly improved.

Bemerkenswert ist hier, daß bei annähernd gleichem Restligningehalt (Kappazahl 12,7 bzw. 12,8) in den Versuchen P6 und P7 der Einsatz des Katalysators deutlich verbesserte Viskositätsergebnisse bewirkt. Auch hier sind somit verbesserte Festigkeitseigenschaften des Zellstoffs zu erwarten.It is noteworthy here that the lignin content is approximately the same (Kappa number 12.7 and 12.8) in experiments P6 and P7 the use of the Catalyst significantly improved viscosity results. Here too improved strength properties of the pulp are therefore to be expected.

Bei allen Versuchen P1 bis P8 fällt auf, daß der Einsatz des Katalysators allenfalls annähernd gleiche Weißgradsteigerungen bewirkt wie der unkatalysierte Einsatz von Wasserstoffperoxid. Bei den meisten Versuchen fällt der Weißgrad jedoch schlechter aus.In all experiments P1 to P8 it is noticeable that the catalyst is used at most approximately the same increases in whiteness as the uncatalyzed use of hydrogen peroxide. Most attempts fail however, the whiteness is worse.

Abgesehen davon, daß Chemikalien, die die bleichende bzw. aufhellende Wirkung von Peroxychemikalien fördern, in der Regel keinen Beitrag zum Abbau von Lignin leisten, wären auch die hier untersuchten Katalysatoren bei üblichen Standardversuchen zum Einsatz von Wasserstoffperoxid, die sich auf die Analyse des Weißgrads beschränken, als für die Zellstoff- und Papierindustrie ungeeignet ausgesondert worden.Aside from the fact that chemicals that bleach or whiten Promote effect of peroxy chemicals, usually no contribution to The degradation of lignin would also contribute to the catalysts examined here usual standard experiments on the use of hydrogen peroxide, which are based on limit the analysis of whiteness than for the pulp and Paper industry has been unsuitably discarded.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Tab. 3 zeigt den Einfluß steigender Katalysator-Einsatzmengen auf die Delignifizierung. Wiederum wird Kraftzellstoff nach einer sauren Wäsche eingesetzt. Bis zu einer Einsatzmenge von 0.006% Katalysator bezogen auf otro Zellstoff ist ein Anstieg der Delignifizierungsleistung feststellbar. Über 0,006% Katalysator ist kein weiteres Anwachsen der Delignifizierungsleistung feststellbar. Der verwendete Katalysator ist in der Tab. 3 angegeben.Tab. 3 shows the influence of increasing amounts of catalyst on the Delignification. Again, kraft pulp becomes acidic after washing used. Up to an amount of catalyst of 0.006% based on otro pulp shows an increase in delignification performance. over 0.006% catalyst is no further increase in delignification performance noticeable. The catalyst used is given in Table 3.

Bei steigendem Katalysatoreinsatz nimmt der Restperoxidgehalt stark ab, ohne daß es zu einer besseren Delignifizierung oder zu einem Anstieg des Weißgrades führt. Da ein maximaler Abbau des Restlignins gewünscht wird, wird für die nachfolgenden Versuche die Einsatzmenge des Katalysators auf 0,006% festgelegt.With increasing catalyst use, the residual peroxide content decreases sharply, without causing a better delignification or an increase in the  Whiteness leads. Since maximum degradation of the residual lignin is desired, the amount of catalyst used for the subsequent experiments 0.006% set.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

In den Versuchen P15 bis P18 wird der Effekt des Komplexbildners DTPMPA (Diethylentriaminpentamethylenphosphorsäure) anhand eines mit einer Sauerstoffstufe und einer sauren Wäsche vorbehandelten Zellstoffs untersucht. Unabhängig vom Einsatz des Komplexbildners zeigt sich, daß trotz der niedrigeren Ausgangskappazahl die Delignifizierung mit verdoppeltem Peroxideinsatz weiter gesteigert werden kann. Die Kappazahl bei Einsatz des Katalysators liegt, bezogen auf die Delignifizierungsleistung der unkatalysierten P-Stufe um 83% niedriger. Trotz dieses erheblichen Ligninabbaus weist das Versuchsergebnis von P15 eine weitaus höhere Viskosität auf als der Versuch P16. Der höhere Weißgrad der katalysierten P-Stufe ist wohl vorrangig auf den geringeren Restligningehalt zurückzuführen, da bei Kappazahlen unter 10 eine Reduktion der Kappazahl stets mit einem hohen Weißgradanstieg verbunden ist.In experiments P15 to P18, the effect of the complexing agent DTPMPA (Diethylenetriaminepentamethylenephosphoric acid) using one with a Oxygen level and an acid wash of pre-treated pulp examined. Regardless of the use of the complexing agent, it can be seen that despite the lower initial kappa number, the delignification with doubled peroxide use can be further increased. The kappa number when using the catalyst is based on the delignification performance the uncatalyzed P stage by 83% lower. Despite this substantial Lignin degradation shows that the test result of P15 is much higher Viscosity on than the trial P16. The higher whiteness of the catalyzed P level is probably primarily due to the lower residual lignin content, since with kappa numbers below 10 a reduction in the kappa number always with one high whiteness increase.

Der Zusatz des Komplexbildners bewirkt höhere Rest-Peroxidgehalte in der Flotte, wobei auffällt, daß in Gegenwart des Katalysators das Wasserstoffperoxid weitaus effizienter umgesetzt wird als in der einfachen P-Stufe.The addition of the complexing agent causes higher residual peroxide contents in the Liquor, it noticeable that in the presence of the catalyst Hydrogen peroxide is implemented far more efficiently than in the simple P level.

Ausführungsbeispiel 5Embodiment 5

Tab. 5 zeigt daß derselbe Ausgangs-Zellstoff wie im vorigen Beispiel eingesetzt wurde. Es wurden zwei verschiedene Katalysatoren K1 und K2 getestet. Die jeweils verwendeten Katalysatoren und die entsprechenden Liganden sind in der Tab. 5 beschrieben. Weiter wird der Einsatz von DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) und DTPMPA, jeweils in Gegenwart von 0,5% Magnesiumsulfat bezogen auf otro Zellstoff, untersucht.Tab. 5 shows that the same starting pulp as in the previous example was used. There were two different catalysts K1 and K2 tested. The catalysts used in each case and the corresponding ones Ligands are described in Tab. 5. The use of DTPA continues (Diethylenetriaminepentaacetic acid) and DTPMPA, each in the presence of 0.5%  Magnesium sulfate based on otro pulp, examined.

Beide Katalysatoren erbringen im Vergleich zur einfachen P-Stufe (Versuche P21 und P24) weitaus höhere Delignifizierungsleistungen. Als besonders geeignet erweist sich der Katalysator K1, der im Vergleich zur einfachen P-Stufe um 100% bessere Delignifizierungsleistungen erbringt. Zudem weist er im Vergleich zum Katalysator K2 höhere und damit bessere Viskositäten der Zellstoffasern auf. Schließlich bewirkt K1 gegenüber K2 die höheren Weißgradsteigerungen. Grundsätzlich sind aber beide Katalysatoren für den vorgeschlagenen Verwendungszweck geeignet.In comparison to the simple P-stage (tests P21 and P24) much higher delignification performance. As special the catalyst K1 proves to be suitable, as compared to the simple one P level provides 100% better delignification performance. He also points compared to the catalyst K2 higher and thus better viscosities of the Pulp fibers. Finally, K1 causes the higher than K2 Whiteness increases. Basically, however, both catalysts are for the proposed intended use.

Ausführungsbeispiel 6Embodiment 6

Diese Versuchsreihe zeigt die Delignifizierung in Abhängigkeit von der Reaktionszeit. Der größte Teil des Restlignins wird innerhalb der ersten 15 Minuten abgebaut. Bis zu der maximalen Reaktionszeit von 60 Minuten findet in Gegenwart des Katalysators ein weiterer Ligninabbau statt, der schließlich um 120% über der Delignifizierungsleistung der einfachen P-Stufe liegt.This series of experiments shows the delignification depending on the Reaction time. Most of the remaining lignin is within the first 15 Minutes. Up to the maximum response time of 60 minutes takes place in the presence of the catalyst, further lignin degradation takes place, which eventually is 120% above the delignification performance of the simple P-level.

Bei den Versuchen ohne Katalysator verbleibt ein hoher Anteil des eingesetzten Wasserstoffperoxids ungenutzt in der Bleichlösung, während in Anwesenheit des Katalysators über 80% der eingesetzten Chemikalie bereits innerhalb der ersten 15 Minuten verbraucht werden.In the experiments without a catalyst, a high proportion of the hydrogen peroxide used unused in the bleaching solution, while in The presence of the catalyst already over 80% of the chemical used consumed within the first 15 minutes.

Damit unterscheidet sich der Reaktionsverlauf der Delignifizierung deutlich von der Entwicklung der Bleiche. Während die Delignifizierung nach ca. 45 Minuten sowohl mit als auch ohne Katalysator zum Stillstand kommt, schreitet der Weißgradanstieg langsam aber kontinuierlich fort.The course of the delignification reaction thus differs significantly from the development of bleach. During the delignification after approx. 45 Minutes comes to a standstill both with and without a catalyst the whiteness increase slowly but continuously.

Ausführungsbeispiel 7Embodiment 7

Die zugehörige Tab. 7 zeigt den Einfluß des Alkalieinsatzes bzw. des Anfangs- pH-Wertes auf die Delignifizierungsleistung und die Weißgradentwicklung sowie die Viskosität. Sowohl mit als auch ohne Katalysatoreinsatz steigt der Restligninabbau mit steigendem NaOH-Einsatz. Allerdings ist die Steigerung in der einfachen P-Stufe (Versuche P37 bis P40) außerordentlich gering, während die Delignifizierungsleistung in Gegenwart des Katalysators von 42,6% auf 64,4% ansteigt. Bereits bei einem Anfangs-pH-Wert von 10,4 (Versuch P33) ist die Delignifizierung gegenüber dem Referenzversuch ohne Katalysator deutlich verbessert. Besonders effizient ist jedoch ein Anfangs-pH-Wert, der über 11 liegt. Bei einem Anfangs-pH-Wert von 11,8 (P36) wird bei außerordentlich niedrigen Temperaturen der Restligninabbau gegenüber dem Referenzversuch (P40) um 217% intensiviert.The associated table 7 shows the influence of the alkali use or the initial  pH value on the delignification performance and the whiteness development as well as the viscosity. This increases both with and without the use of a catalyst Residual lignin degradation with increasing use of NaOH. However, the increase extremely low in the simple P stage (tests P37 to P40), while the delignification performance in the presence of the catalyst of 42.6% increases to 64.4%. Already at an initial pH of 10.4 (experiment P33) is the delignification compared to the reference test without Catalyst significantly improved. However, an initial pH is particularly efficient, which is over 11. With an initial pH value of 11.8 (P36) at extremely low temperatures of residual lignin degradation compared to Reference trial (P40) intensified by 217%.

Entsprechend steiler verläuft auch der Anstieg des Weißgrades. Die Viskosität ist bei den Versuchen P33 bis P36, insbesondere in Anbetracht der niedrigen Kappazahlen, erstaunlich stabil, liegt am Ende sogar etwas über den Werten der einfachen P-Stufe. Es ist daher zu erwarten, daß die Festigkeitseigenschaften der unter Verwendung des Katalysators delignifizierten Zellstoffe bessere Ergebnisse zeigen als Zellstoffe, die ohne Zusatz des Katalysators delignifiziert wurden.The increase in whiteness is correspondingly steeper. The viscosity is in experiments P33 to P36, especially considering the low Kappa numbers, surprisingly stable, are even slightly above the values in the end the simple P level. It can therefore be expected that the Strength properties of using the catalyst delignified pulps show better results than those without Addition of the catalyst were delignified.

Ausführungsbeispiel 8Embodiment 8

Hier wird ein Nadelholz-ASAM-Zellstoff nach einer einfachen Komplexbildnerbehandlung delignifiziert. Als Komplexbildner wurde EDTA (0,4% Ethylendiamintetraessigsäure bezogen auf otro Zellstoff) bei pH 4,5, 70°C Reaktionstemperatur und bei 3% Stoffdichte über eine Reaktionsdauer von 30 Minuten eingesetzt.Here a softwood ASAM pulp is made after a simple one Complexing agent delignified. EDTA (0.4% Ethylenediaminetetraacetic acid based on otro pulp) at pH 4.5, 70 ° C Reaction temperature and at 3% consistency over a reaction time of 30 minutes.

Die anschließende Delignifizierung erfolgte durch den kombinierten Einsatz von Sauerstoff und Wasserstoffperoxid (OP-Stufe). Es wurden folgende Reaktionsbedingungen gewählt: 1,5% NaOH, 0,1% MgSO₄, 90°C, 140 Minuten Reaktionszeit (einschließlich Aufheizzeit), 10% Stoffdichte, 800 g otro Zellstoff pro Versuch. Weitere Additive wurden wie in Tab. 8 beschrieben eingesetzt. Die Versuche wurden in einem elektrisch beheizten 15 l Drehkocher durchgeführt.The subsequent delignification took place through the combined use of oxygen and hydrogen peroxide (surgical stage). The following were Reaction conditions selected: 1.5% NaOH, 0.1% MgSO₄, 90 ° C, 140 Minutes response time (including heating up time), 10% consistency, 800 g otro Pulp per attempt. Other additives were described as in Table 8  used. The experiments were carried out in an electrically heated 15 l Rotary cooker performed.

Ohne Einsatz des Katalysators wurde in der OP-Stufe eine Kappazahl von 12 erreicht. Mit Zusatz des Katalysators und Einsatz von 0,1% DTPMPA bezogen auf otro Zellstoff wurden Kappazahlen um 7 und Weißgrade von über 85 erreicht. Der Einsatz von DTPA oder Wasserglas führte zu ähnlichen Delignifizierungsleistungen, resultierte aber in einer niedrigeren Weißgradsteigerung. Der mit Katalysatoreinsatz delignifizierte Zellstoff weist hohe Viskositäten auf, die zwischen 1033 und 1074 liegen.Without using the catalyst, a kappa number of 12 was achieved in the OP stage reached. With the addition of the catalyst and the use of 0.1% DTPMPA Kappa numbers of 7 and whiteness of over 85 were obtained on otro pulp reached. The use of DTPA or water glass led to similar ones Delignification services, but resulted in a lower Whiteness increase. The pulp delignified with the catalyst insert has high viscosities, which are between 1033 and 1074.

Die außerordentlich hohe Delignifizierungsleistung in der OP-Stufe (Versuch OP50 : 73% bezogen auf den Ausgangsszellstoff) konnte bisher nur bei besonders verschärften Reaktionsbedingungen, also nicht ohne hohe Verluste an Viskosität erreicht werden und war damit technisch nicht umsetzbar, weil die Faserschädigung zu stark und damit für die Weiterverwendung nicht akzeptabel war.The extraordinarily high delignification performance in the surgical stage (trial OP50: 73% based on the original pulp) could only be used for particularly severe reaction conditions, not without high losses in viscosity and was not technically feasible because the fiber damage is too strong and therefore not for further use was acceptable.

Es ist überraschend und bisher aus dem Stand der Technik nicht bekannt, daß die delignifizierende Wirkung von Peroxid mehr als verdoppelt wird wenn die vorstehend beschriebenen Katalysatoren eingesetzt werden. Der schonende Abbau des noch vorhandenen Restlignins ermöglicht bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens voraussichtlich das Erreichen von hohen Endweißgraden (90% ISO). Zudem weisen die so delignifizierten und dann gebleichten Zellstoffe aufgrund schonenden und selektiven Verfahrens höhere Viskositäten auf und sind damit fester als Fasern die nach bekannten chlorfreien Verfahren behandelt wurden.It is surprising and not yet known from the prior art that the delignifying effect of peroxide is more than doubled if the catalysts described above are used. Of the gentle degradation of the remaining lignin enables Application of the method according to the invention is likely to achieve this of high final whiteness (90% ISO). In addition, the so delignified and then bleached pulps due to gentle and selective Process higher viscosities and are thus stronger than the fibers after known chlorine-free processes were treated.

Claims (23)

1. Verfahren zum Delignifizieren von Faserstoffen mit
  • - einer wäßrigen Suspension von Fasern, die eine Stoffdichte von 5 bis 40% aufweist, mit
  • - einer Peroxy-Verbindung, die mit 0,5 bis 10% bezogen auf die ofentrockene Fasermasse eingesetzt wird, und mit
  • - einem Metall-Komplex der allgemeinen Formel: [LnMnmXp]zYqwobei Mn Mangan oder Eisen bedeutet, welches in den Oxidationsstufen II, III, IV oder V oder Mischungen dieser Stufen vorliegen kann; n und m sind Zahlen von 1 bis 4; X stellt einen koordinierenden Liganden dar; p ist eine Zahl von 0 bis 12; z ist die Ladung des Komplexes und kann positiv, null oder negativ sein; Y ist ein Gegenion oder -molekül, welches von der Ladung des Komplexes abhängt; q ist gleich z dividiert durch die Ladung Y; und L ist ein Ligand und wird durch ein makrocyclisches organisches Molekül mit folgender allgemeiner Formel dargestellt: wobei R¹, R², R³ und R⁴ jeweils entweder null sein können, H oder alkyl oder aryl oder optional substituiert sein können, D und D′ sind jeweils entweder N, NR, PR, O oder S, wobei R entweder H oder alkyl oder aryl bzw. optional substituiert sein können, t und t′ sind jeweils ganze Zahlen von 2 bis 3, s ist eine Zahl zwischen 2 und 4, u ist eine Zahl von 1 bis 20, v ist 0 oder 1;
    dieser Metall-Komplex wird mit 0,0001 bis 0,1% bezogen auf die ofentrockene Fasermasse zum Delignifizieren von Faserstoffen eingesetzt, wobei
1. Process for delignifying fibrous materials
  • - An aqueous suspension of fibers with a consistency of 5 to 40% with
  • - A peroxy compound, which is used with 0.5 to 10% based on the oven-dry fiber mass, and with
  • a metal complex of the general formula: [L n Mn m X p ] z Y q where Mn is manganese or iron, which may be in the oxidation states II, III, IV or V or mixtures of these stages; n and m are numbers from 1 to 4; X represents a coordinating ligand; p is a number from 0 to 12; z is the charge of the complex and can be positive, zero or negative; Y is a counter ion or molecule that depends on the charge of the complex; q is equal to z divided by the charge Y; and L is a ligand and is represented by a macrocyclic organic molecule with the following general formula: where R¹, R², R³ and R⁴ can each be either zero, H or alkyl or aryl or can be optionally substituted, D and D 'are each either N, NR, PR, O or S, where R is either H or alkyl or aryl or may optionally be substituted, t and t 'are each integers from 2 to 3, s is a number from 2 to 4, u is a number from 1 to 20, v is 0 or 1;
    this metal complex is used with 0.0001 to 0.1%, based on the oven-dry fiber mass, for delignifying fiber materials, whereby
die Fasern bei einem Anfangs-pH-Wert zwischen 7,5 und 13,5 bei einer Reaktionstemperatur zwischen 20 und 130°C und einer Reaktionsdauer zwischen 15 und 240 Minuten delignifiziert werden.the fibers at an initial pH between 7.5 and 13.5 at a reaction temperature between 20 and 130 ° C and one Reaction time between 15 and 240 minutes delignified will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Faserstoffe Zellstoffasern oder Naturfasern sind.2. The method according to claim 1, characterized in that fibrous materials Are cellulose fibers or natural fibers. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Peroxy-Verbindung Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid freisetzende Verbindungen eingesetzt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that as Peroxy compound releasing hydrogen peroxide or hydrogen peroxide Connections is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Peroxy-Verbindung anorganische oder organische Peroxysäuren oder deren Salze eingesetzt werden.4. The method according to claim 1, characterized in that as Peroxy compound inorganic or organic peroxy acids or their Salts are used. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mischungen verschiedener Peroxy-Verbindungen eingesetzt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that mixtures of different peroxy compounds be used. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Delignifizierung bei einer Stoffdichte zwischen 3 und 40% durchgeführt wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the Delignification carried out at a consistency between 3 and 40% becomes. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Delignifizierung bei einer Stoffdichte zwischen 10 und 15% durchgeführt wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the Delignification with a consistency between 10 and 15% is carried out.   8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Delignifizieren zwischen 0,5 und 10% einer Peroxy-Verbindung eingesetzt werden.8. The method according to claim 1, characterized in that for Delignify between 0.5 and 10% of a peroxy compound be used. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Delignifizieren zwischen 1 und 6% einer Peroxy-Verbindung eingesetzt werden.9. The method according to claim 8, characterized in that for Delignify between 1 and 6% of a peroxy compound used will. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Delignifizieren zwischen 0,001 und 0,06% des Mangan-Katalysators, bezogen auf otro Zellstoff, eingesetzt werden.10. The method according to claim 1, characterized in that for Delignification between 0.001 and 0.06% of the manganese catalyst, based on otro pulp. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert zu Beginn der Delignifizierung über 10 liegt.11. The method according to claim 1, characterized in that the pH is over 10 at the beginning of the delignification. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert zu Beginn der Delignifizierung über 11 liegt.12. The method according to claim 1, characterized in that the pH is above 11 at the beginning of the delignification. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur zwischen 40 und 110°C liegt.13. The method according to claim 1, characterized in that the Reaction temperature is between 40 and 110 ° C. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur zwischen 50 und 98°C liegt.14. The method according to claim 13, characterized in that the Reaction temperature is between 50 and 98 ° C. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsdauer zwischen 30 und 150 Minuten liegt.15. The method according to claim 1, characterized in that the Reaction time is between 30 and 150 minutes. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsdauer zwischen 45 und 120 Minuten liegt.16. The method according to claim 15, characterized in that the Response time is between 45 and 120 minutes. 17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Delignifizierung bei einem Druck zwischen 0,15 und 1,5 MPa durchgeführt wird. 17. The method according to claim 1, characterized in that the Delignification at a pressure between 0.15 and 1.5 MPa is carried out.   18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Delignifizierung bei einem Druck zwischen 0,2 und 0,9 MPa durchgeführt wird.18. The method according to claim 17, characterized in that the Delignification at a pressure between 0.2 and 0.9 MPa is carried out. 19. Verfahren nach Anspruch 1, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Delignifizierung in Gegenwart von Sauerstoff durchgeführt wird.19. The method according to claim 1, 17 or 18, characterized in that the delignification is carried out in the presence of oxygen. 20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß organische Komplexbildner, Wasserglas und/oder Magnesiumsulfat vor dem Delignifizieren zugesetzt werden.20. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that organic complexing agents, water glass and / or Magnesium sulfate must be added before delignification. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß DTPA, und/oder DTPMPA vor dem Delignifizieren zugesetzt werden.21. The method according to claim 20, characterized in that DTPA, and / or DTPMPA can be added before delignification. 22. Verwendung eines Mangankomplexes mit der allgemeinen Formel [LnMnmXp]zYqwobei Mn Mangan oder Eisen bedeutet, welches in den Oxidationsstufen II, III, IV oder V oder Mischungen dieser Stufen vorliegen kann; n und m sind Zahlen von 1 bis 4; X stellt einen koordinierenden Liganden dar; p ist eine Zahl von 0 bis 12: z ist die Ladung des Komplexes und kann positiv null oder negativ sein: Y ist ein Gegenion oder -molekül, welches von der Ladung des Komplexes abhängt; q ist gleich z dividiert durch die Ladung Y; und L ist ein Ligand und wird durch ein makrocyclisches organisches Molekül mit folgender allgemeiner Formel dargestellt: wobei R¹, R², R³ und R⁴ jeweils entweder null sein können, H oder alkyl oder aryl oder optional substituiert sein können, D und D′ sind jeweils entweder N, NR PR O oder S, wobei R entweder H oder alkyl oder aryl bzw. optional substituiert sein können, t und t′ sind jeweils ganze Zahlen von 2 bis 3, s ist eine Zahl zwischen 2 und 4, u ist eine Zahl zwischen 1 und 20, v ist 0 oder 1,
wobei der Komplex mit 0,0001 bis 0,1% bezogen auf die ofentrockene Fasermasse eingesetzt wird, in einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 21 zum Delignifizieren von Faserstoffen.
22. Use of a manganese complex with the general formula [L n Mn m X p ] z Y q where Mn means manganese or iron, which may be in the oxidation states II, III, IV or V or mixtures of these stages; n and m are numbers from 1 to 4; X represents a coordinating ligand; p is a number from 0 to 12: z is the charge of the complex and can be positive zero or negative: Y is a counter ion or molecule, which depends on the charge of the complex; q is equal to z divided by the charge Y; and L is a ligand and is represented by a macrocyclic organic molecule with the following general formula: where R¹, R², R³ and R⁴ can either be zero, H or alkyl or aryl or can be optionally substituted, D and D 'are each either N, NR PR O or S, where R is either H or alkyl or aryl or may optionally be substituted, t and t ′ are each integers from 2 to 3, s is a number from 2 to 4, u is a number from 1 to 20, v is 0 or 1,
wherein the complex is used with 0.0001 to 0.1% based on the oven-dry fiber mass, in a method according to one or more of claims 1 to 21 for delignifying fibrous materials.
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