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Verfahren zur Herstellung von Zeitungsdruckpapier aus
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Bagasse Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Zeitungsdruckpapier, und zwar insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines für
die Zeitungspapier-Fabrikation geeigneten Faserstoffes aus Zuckerrohrbagasse.
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Im Zuge des steigenden Lebensstandards in den entwicklungsfähigen
Ländern gewinnt die Zellstoff- und Papierherstellung aus Zuckerrohrbagasse insbesondere
in denjenigen Ländern ständig an Bedeutung, in denen der Rohstoff Holz knapp oder
überhaupt nicht vorhanden ist, und in denen Zuckerrohrabfälle oft den einzigen,
in größeren Mengen zur Verfügung stehenden, pflanzlichen Rohstoff darstellen0 Bei
dem steigenden Informationsbedürfnis der Bevölkerung kommt im Rahmen dieser Entwicklung
der Möglichkeit, aus Zuckerrohrbagasse Zeitungsdruckpapier herstellen zu können,
eine überragende Bedeutung zuO
Gemäß seiner Verwendung als Informationsträger
für Massenmedien sind niedrige Herstellungs- und Verarbeitungskosten die ersten
Forderungen, die an ein Zeitungsdruckpapier gestellt werden0 Die Sonderstellung
dieses Massendruckträgers hat dazu geführt, daß Zeitungsdruckpapier heutzutage nur
auf größten und schnellsten Papiermaschinen wirtschaftlich hergestellt werden kann
Als Ausgangsmaterial für die Zeitungspapierherstellung werden fast ausschließlich
Holziaserstoffe aus Nadelholz verwendet, die zum überwiegenden Teil aus dem auf
mechanischem Wege zerfaserten und mit hoher Ausbeute preisgünstig gewinnbaren, aber
keine besonders hohe Festigkeit aufweisenden Holzschliff und zum geringeren Teil
aus festerem, chemisch aufgeschlossenem, aber teurerem Holzzellstoff bestehend Als
solcher die Laufeigenschaften auf den Verarbeitungsmaschinen verbessernder Zusatz
kommen ungebleichter Sulfit- oder Bisulfit-Zellstoff sowie halbgebleichter Sulfat-Zellstoff
in Frage0 Andere Faserstoffe, wie chemischer Schliff oder Halbzellstoff, werden
weitaus seltener mitverwendet.
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Wird aus Gründen der Rohstoffverknappung angestrebt, den bisher für
die Herstellung von Zeitungsdruckpapier üblichen Faserstoff, wie im Fall der vorliegenden
Erfindung, durch einen anderen zu ersetzen, so ist dieser Austausch nur möglich,
wenn der neue Faserstoff Eigenschaften aufweist, die seine Verarbeitung auf den
erwähnten Großanlagen zur Erzeugung von Zeitungsdruckpapier bei höchsten Geschwindigkeiten
gestatten, und wenn er ein Zeitungsdruckpapier ergibt, das in Bezug auf Laufeigenschaften
(Runability) und Druckqualität (Printability) die Anforderungen' moderner Rotationsdruckmaschinen
sowohl- im Buchdruck wie im Offsetdruck erfüllt
0 Der neue Faserstoff
muß sich also in den hochentwickelten Rahmen der bekannten Verarbeitungstechnologien
einfügen lassen, Für die Beurteilung der Eignung eines Faserstoffes für die Zeitungspapier-Herstcllung
ist neben dessen Entvässerbarkeit und den auf eine bestimmte Entwässerbarkeit bezogenen
mechanischen Pestigkeiten wie Reißlänge9 Bruehdeh nung, Einreißfestigkeit und Falzfestigkeit
insbesondere die initiale Naßfestigkeit ein Maß das den kritischen Punkt des Überganges
der nassen Stoffbahn zwischen Preßpartie und Trockenpartie der Papiermaschine simuliert
Andere, nur rein qualitativ zu beschreibende Eigenschaften können ebenfalls von
entscheidender Bedeutung für die Verarbeitbarkeit eines Faserstoffes auf einer schnellaufenden
Papiermaschine sein, So darf zO Bo die noch nasse Papierbahn nicht zum Kleben an
den Preßwalzen neigen0 Im Hinblick auf die späteren Eigenschaften des Zeitungsdruckpapieres
sind Weiße und.Opazität des verwendeten Faserstoffes von Wichtigkeit.
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Übliche Eigenschaftswerte für eine bekannte Paserstoffmischung für
Zeitungsdruckpapier, welche aus etwa 80 % Fichtenholzweißschliff und aus etwa 20
Nadelholzzellstoff aus Fichte oder Kiefer besteht, liegen bei einem Mahlgrad von
30 - 400 SR in den folgenden Bereichen: Reißlänge: 3000 - 5000 m Initiale Naßfestigkeit:
30 bis 60 g (mittel) 60 " 80 g (gut) 80 " 100 g (sehr gut)
Diese
Sigenschaftswerte sind unter anderem erforderlich, um einen Faserstoff zu einer
bis etwa 10 m breiten Papierbahn bei einer Produktionsgeschwindigkeit bis zu 1000
m/min auf einer modernen Zeitungsdruckpapiermaschine zu einem Papier mit einem Flächengewicht
von etwa 55 g /m² verarbeiten ZU können. Jedoch beschreiben die angegebenen Werte
die Bngnung eines Faserstoffes für seine Verarbeitung keineswegs vollständig.
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rechende Eigenschaftsmessungen am fertigen Zeitungsdruckpapier weichen,
bedingt durch weitere Stoffzusätze und die Maschinenbedingungen, von den Meßwerten
des Rohfaserstoffes ab. Typische Eigenschaftswerte für ein Zeitungsdruckpapier liegen
etwa in folgenden Bereichen: Weißgrad: 67 bis 60 % MgO (Elrepho) Raumgewicht: 0,5
bis 0,6 g/om Reißlänge: 2500 bis 4500 m Weiterreißarbeit: 30 bis 60 cmp/cm Berstfestigkeit:
1,0 bis 1,5 kp/cm2 Die abschließende Beurteilung der Eignung eines Zeitungspapieres
für seinen letztlichen Verwendungszweck kann jedoch erst anhand er Laufeigenschaften
durch die Druckmaschine und anhand des Druckergebnisses erfolgen. Die im Zeitungs-
Buchdruck üblichen Druckgeschwindigkeiten liegen heute zwischen 8 und 10 m/sec Papierbahngeschwindigkeit.
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Insbesondere ist die Weiterreißarbeit von Bedeutung, da die Abrisse
in der Druckmaschine vorzugsweise auf das Weiterreißen seitlicher Einrisse zurückzuführen
sind0 Soll ein aus Zuckerrohrbagasse gewonnener Faserstoff zur Herstellung von Zeitungsdruckpapier
eingesetzt werden, muß er den angegebenen Qualitätsmerkmalen entsprechen.
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Die Herstellung von Papierzellstoffen aus Zuckerrohrbagasse wird seit
mehreren Jahren kommerziell durchgeführt (siehe
Atchison "Utilisation
ro£ Sugar Cane Bagasse in the Pulp and Paper Industry" in Paper Trade Journal 1952)o
Dabei werden Verfahren angewandt, die denjenigen für die Holzzellstoffabrikation
weitgehend analog sind. Besonderheiten bei der Verarbeitung von Bagasse ergeben
sich unter anderem durch die erforderliche Entmarkung, da die im Zuckerrohrstengel
enthaltenen Markzellen für die Zellstoffherstellung ungeeignet sind, Der aus dem
Faseranteil der Zuckerrohrbagasse nach bekannten Analogieverfahren gewonnene Zellstoff
wird mit Erfolg zu den verschiedensten Papiersorten, vorzugsweise jedoch als gebleichter
Zellstoff zu mittelfeinen und feinen Schreib- und Druckpapieren verarbeitet.
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Obwohl die Fachwelt der Überzeugung ist, daß der morphologische Aufbau
des Zuckerrohrstengels bei geeigneter Verarbeitung einen für die Fabrikation von
Zeitungspapier geeigneten Faserstoff ergeben müßte, ist es bisher nicht gelungen,
Zeitungsdruckpapier aus 100 % Bagassefaser kommerziell herzustellen (siehe Pulp
and Paper International June 1972, S. 70).
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An zahlreichen Bemühungen und Versuchen hat ee jedoch nicht gefehlt.
In Pulp and Paper International, May 1972 5. 58 ist von Tetlow ein Verfahren beschrieben,
das unter dem Namen Cusi-Verfahren bekannt ist. Ein weiteres Verfahren ist unter
dem Namen Peadco-Villavicencio-Verfahren bekanntgeworden (siehe Pulp and Paper International
January 1972, S. 41 and 42).
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Beide bekannte Verfahren stellen Weiterentwicklungen der erwähnten
Analogieverfahren für die Gewinnung von Bagaesezellstoffen für Feinpapiere dar.
Mit diesen bekanntgewordenen Verfahren ist es jedoch noch nicht möglich, einen Faserrohetoff
für Zeitungsdruokpapier wirteohaftlioh herzustellen,
der allein
aus Bagasse gewonnen ist und allen oben erwähnten Anforderungen genügt, Es ist zwar
in Großversuchen gelungen, einen hohen Anteil des Faserstoffes für Zeitungsdruckpapier,
und zwar im wesentlichen den Holzschliff durch einen Bagassefaserstoff zu ersetzen;
Ziel aller Entwicklungen sowie der vorliegenden Erfindung ist es aber, einen Faserstoff
für Zeitungsdruckpapier herzustellen, der ausschließlich aus Bagasse bestehen kann0
Dies ist für die meisten holzarmen Entwicklungsländer von besonderer Bedeutung,
da bereits geringe Zusätze an Nadelholzzellstoff zum Zeitungspapierfaserstoff einen
beträchtlichen Devisenbedarf für den Import erfordern, Das Peadco-Villavicencio-Verfahren
(Tappi CA Report NrO 40, 1971, Seiten 137 ff) besteht im wesentlichen aus den folgenden
Verfahrensstufen: a) Bagasse-Lagerung nach einer beliebigen, bekannten Methode;
b) Zweistufen-Entmarkung, bestehend aus einer Feuchtentmarkung und einer Naßreinigung;
c) Vorhydrolyse mit Wasser bei 805 atm und 1750 C; d) Aufschluß bei pH 8 unter Verwendung
von 1 o/o Natriumsilikat und 2 % Natriumbisulfit bei 175° C; e) Waschen, Sortieren,
Cleanern und entwässern nach einer beliebigen, bekannten Methode Eine Bleich-Stufe
ist nicht vorgesehen. Das während des Aufschlusses zugesetzte Natriumsilikat soll
als Oxidationsmittel wirken. Die Ausbeute soll 80, berechnet auf absolut trockene
(atro), entmarkte Bagassefaser, betragen.
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Das Cusi-Verfahren besteht aus den folgenden Verfahrensschritten:
a) Bagasse-Lagerung ohne nähere Angaben; Bagasse-Trocknung wird manchmal empfohlen;
b) Entmarkung ohne nähere Angaben; c) Zweistufen-Aufschluß, bestehend aus einer
Imprägnierungsstufe und einer Kochung unter Verwendung milder Aufschluß bedingungen;
d) Trennung der Zellstoff-Pasern in zwei Fraktionen; e) intensive mechanische Behandlung
der Faserfraktion mit geringerem Aufschlußgrad und anschließendes Wiedervermischen
mit der Faserfraktion von hohem Aufschlußgrad; und f) intensive Bleiche mit 10 %
Natriumhypochlorit, Diese beiden Verfahren haben folgende Nachteile: Bei beiden
Verfahren wird ein Zweistufenaufschluß angewandt, der hohe Investitionen für die
Aufschlußanlage erforderlich macht.; die Vorhydrolyse beim Peadco-Verfahren verläuft
unter unkontrollierten Bedingungen und kann wegen wechselnder Verfahrensparameter
zu unterschiedlichen Ergebnissen führen; die beim Peadco-Verfahren behauptete Oxidation
des Lignins durch das Natriumsilikat widerspricht allen chemischen Erkenntnissen;
es ist bekannt, daß alle Großversuche zur Herstellung von Zeitungsdruckpapier nach
dem Peadco-Verfahren erfolglos verlaufen sind0 Das Cusi-Verfahren liefert zunächst
einen ziemlich dunklen Zellstof der einer intensiven Bleiche unterworfen werden
muß, was hohe Materialverluste und Probleme bei der Beseitigung der chlorhaltigen
Abwasser mit sich bringt. Da das organische Mtteral vorwiegend in der Bleichstufe
herausgelöst wird, ist es
fraglich ob eine chemische Rückgewinnung
der Kochehemikalien mittels Laugenverbrennung möglich und wirtschaftlich ist; nach
dem Cusi-Verfahren wird eine Zellstoffausbeute erzielt, die bis zu , 15 % unter
der der vorliegenden Erfindung liegt; sowohl mit dem Cusi-Verfahren als auch mit
dem Peadco-Verfahren ist die erzielte mechanische Zellstoff-Festigkeit ungenügend;
die Reißlänge liegt zwischen 3000 und 5000 m, die Weiterreißarbeit nur bei 30 bis
70 cmp/cm; nach Literaturberichten (s. Zo Bo Pulp and Paper International, January
1972, Seiten 41 ff) war es bisher weder nach dem Cusi-Verfahren noch nach dem Peadco-Verfahren
möglich, Zeitungsdruckpapier aus 100 Vo Bagassefaser herzustellen Bei beiden Verfahren
mußten erhebliche Mengen an Langfaserzellstoff zugesetzt werden.
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Im Gegensatz hierzu kann nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung
Zeitungsdruckpapier allein aus Bagasse hergestellt werden.
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Um aus Bagasse einen Zellstoff gewinnen zu können, der als alleiniger
Faserrohstoff für die Herstellung von Zeitungsdruckpapier geeignet ist, ist es erforderlich,
die den zur Verarbeitung geeigneten Anteilen des Zuckerrohrstengels innewohnenden
günstigen Eigenschaften bei der Zellstoffgewinnung möglichst vollständig zu erhalten0
Bei den bekannten Verfahren kann eine Paserschädigung weder im Vorprozess noch im
Aufschlußprozeß und insbesondere nicht im Bleichprozeß vermieden werden0 Ursachen
für einen Qualitätsverlust können bereits mit der Art der Anlieferung der Rohbagasse
und ihrer Lagerung beginnen und bis im letzten Verfahrensschritt des Bleichens z
suchen sein.
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Im feuchten Zustand ist die Bagasse während der Anlieferung und Lagerung
infolge ihres Restzuckergehaltes, der etwa 2 ffi0 betragen kann, einer bakteriellen
Zersetzung und damit einem Festigkeitsverlust der Fasern ausgesetzt. Die bakterielle
Zersetzung bei der Feuchtlagerung kann zwar durch verschiedene Maßnahmen (zO B0
durch Zusatz von Schwarzlauge, Zugabe von Propionsäure etcO) vermindert werden,
jedoch müssen auch in diesen Fällen Qualitäts- und Quantitätsverluste hingenommen
werden. Aber auch eine Trocknung des Rohstoffes wirkt sich, abgesehen von den damit
verbundenen Kosten sowie der Brand- und Staubgefahr, infolge oxydativer Oberflächenverhornung
schädlich auf die später erreichbaren Paserfestigkeiten aus0 Bei ungeeigneter Lagerung
von Bagasse besteht ferner die Gefahr, daß die im Rohstoff enthaltenen Farbstoffe
in bestimmte graugrüne bis tiefdunkelbraune Farbstoffkomponen ten übergeführt werden,
die im später nachfolgenden Kochprozeß nicht mehr aufgehellt werden können. In diesem
Falle kann nur durch eine ihrerseits meist faserschädigende, aufwendige Bleiche
der Weißeverlust wieder ausgeglichen werden0 Vor dem eigentlichen Faseraufscbluß
muß das nicht zur Festigkeit des Zellstoffes beitragende und die Fabrikationskosten
durch zusätzlichen Chemikalienverbrauch erhöhende Mark soweit wie möglich aus der
Bagasse entfernt werden.
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Dies ist zO Be bei Zellstoffen für andere Papiersorten nicht in dem
Maße erforderlich. Da jedoch die Markzellen im Rohmaterial teilweise fest an den
Fasern haften, muß mechanische Energie für ihre Abtrennung aufgewandt werden0 Dies
kann aber eine gleichzeitige mechanische Schädigung der zu schonenden Fasern bewirken.
Deshalb ist es wichtig, optimale Bdingungen für die Entmarkung einzuhalten.
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Entsprechend der unterschiedlichen Dichte über den Querschnitt
eines
Zuckerrohrstengels besteht auch das Faser material aus Zellen von verschiedenster
Struktur und chemischer Widerstandsfähigkeit0 Dies würde, um eine Schädigung jeglicher
Fasern zu vermeiden, unterschiedliche chemische Aufschlußbedingungen für die verschiedenen
Fasertypen erfordern. Ein solches Vorgehen ist praktisch ka.um möglich und technisch
sehr aufwendig, Es gilt daher, ein Aufschlußverfahren anzuwenden, dessen milde Bedingungen
dazu geeignet sind, einen Zellstoff als Mischung aus Komponenten verschiedenen Aufschlußgrades
zu erzeugen9 welche im Typ einer bekannten Stoffmischung aus Holzschliff, Hochausbeutezellstoff
und Normalzellstoff nahekommt, Ungeeignete Kochchemikalien, wie zl B. beim Sulfatverfahren,
können zu einer Stabilisierung der dunklen Farbkomplexe beitragen, die dann nur
durch eine scharfe, fasernschädigende Bleiche wieder entfernt werden können.
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Es ist daher erforderlich, die Helligkeit des Faserstoffes bis zum
Ende der Zellstoffkochung so weitgehend zu erhalten oder sogar zu erhöhen, daß eine
nachfolgende Bleiche entfallen oder, wenn dennoch erforderlich, mit derart schonenden
Bleichchemikalien durchgeführt werden kann, daß sich keine weitere Faserschädigung
ergibt, Wichtigstes Ziel dieser Erfindung ist daher die Gewinnung eines Papierzellstoffs
aus Bagassefaser, welcher Eigenschaften aufweist, die ihn für die Verwendung als
alleinigen Faserrohstoff für die Herstellung von Zeitungsdruckpapier geeignet machen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Zeitungsdruckpapier aus Bagasse, dessen Verfahrensschritte so gewählt sind,
daß eine bakterielle Zersetzung der Bagasse während der Lagerung vermieden wird,
daß
die Bagassefasern nicht durch Trocknung eine irreversible Verhornung erleiden, daß
kein Weißeverlust der Bagassefasern auftritt und die Bildung von mehr oder weniger
unlöslichen 'arbstoffkomponenten während der Lagerung und dem Aufschluß vermieden
wird, daß die der Bagassefaser innewohnenden Festigkeitseigenschaften nach dem Aufschluß
auch in der Bleiche erhalten bleiben, und daß die Materialverluste während des gesamten
Verfahrens der Bagasseaufbereitung auf einem Minimalwert gehalten werden.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht mit einem Verfahren, welches
dadurch gekennzeichnet ist, daß a) die rohe Bagasse einer Feuchtvorentmarkung unterworfen
wird, b) die vorentmarkte Bagasse feucht gelagert wird, wobei gegebenenfalls Chemikalien
und/oder Mikrobenkulturen zugesetzt werden, c) die Bagasse im Anschluß an die Feuchtlagerung
einer Naßentmarkung zugeführt wird, wobei gegebenenfalls Chemikalien zugesetzt werden,
welche die in der Bagasse enthaltenen Farbstoffe dieser zumindest teilweise entziehen,
d) die derart vorbehandelte Bagasse einem Aufschluß unterworfen wird, durch welchen
sie nach dem Neutralsulfit-Verfahren (NSC-Verfahren) oder einem anderen faserschonenden
und faserselektiven Verfahren, wie thermomechanischer Zerfaserung, zu Zellstoff
aufgeschlossen wird, wobei gegebenenfalls weitere Hilfschemikalien zugesetzt werden,
welche das noch vorhandene Begleitmaterial dem aufgeschlossenen Bagassezellstoff
entziehen, e) der in Stufe (d) durchgeführte Aufschluß durch eine mechanische Heißzerfaserung
ergänzt wird, f) der aufgeschlossene Bagassezellstoff gewaschen, sortiert und eingedickt
wird, und g) dieser aufbereitete Zellstoff gegebenenfalls einer Peroxid-Bleiche
unterworfen wird in Gegenwart von NaOH und gegebenenfalls eines Stabilisators.
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Die Durchführung einer Vorentmarkung vor der Peuchtlagerung der Bagasse
hat den Vorteil, daß durch Entfernen eines erheblichen Anteils des Parks, in dem
sich ebenfalls Restzucker befindet, die Anfälligkeit der lagernden Bagasse gegen
bakteriellen Angriff vermindert und eine erhebliche Einsparung an eventuellen Konservierungsmitteln
erzielt werden kann0 Durch die verstärkte Entfernung des Restzuckers erden außerdem
Verfärbungen hintangehalten0 Eine Feuchtentmarkung als erste Verfahrensstufe fuhrt,
da die Fasergeschmeidigkeit dabei erhalten bleibt, kaum zu Faserschädigungen durch
mechanische Einwirkung Bei der Feucht-Vorentmarkung sollen etwa bis zu 2/3 des in
der Bagasse vorhandenen Marks entfernt werden0 Eine weitergehende Entfernung in
dieser Verfahrensstufe würde eine zu intensive mechanische Bearbeitung erfordern
und bleibt daher den sich anschließenden beiden Verfahrens stufen vorbehalten0 Für
die Feuchtentmarkung können bekannte Geräte eingesetzt werden.
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An die Vorentmarkung schließt sich eine Feuchtlagerung an, Als Konservierungsmittel
für die Feuchtlagerung können gegebenenfalls organische Säuren und Salze verwendet
werden.
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Ihr Zusatz kann kontinuierlich oder auch diskontinuierlich erfolgen,
Als Zusätze können zO B. Mono-Natrium-maleinat, Di-Natrium-citrat oder Aluminium-monoacetat-phosphat
dienen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich die Konservierung von feuchtlagernder
Bagasse durch mikrobielle Kulturen erwiesen. Eine Konservierung dieser Art ist als
Ritter-Verfahren bekannt (GB-PS 497 960, GB-PS 497 982, US-PS 2 960 444).
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Bei diesem Verfahren übernehmen Bakterienstämme, vorzugsweise Milchsäurebakterien,
die successive Bildung organischer Säuren bei gleichzeitigem Verbrauch der Restzuckermenge
als Nahrungssubstanz, Die in diesem Klima gut gedeihenden Kleinlebewesen verengen
den Lebensraum von Fremdkulturen, die eine gezielte Erzeugung eines limitierten
Säurehaushaltes
verhindern würden. Gleichzeitig beginnt in Gegenwart
der organischen Säuren ein Voraufschluß der Bagasse und ein Abbau der Pflanzenfarbstoffe.
Das Ritter-Verfahren bietet somit Schutz für die Bagasse gegen Verrottung, vermeidet
Verfärbungen des Faserstoffes, unterstützt die Ablösung des restlichen Marks und
leitet einen Voraufschluß der Faser durch milde saure Hydrolyse ein Erfindungsgemäß
kann eine Konservierung durch organische Säuren und Salze mit einer Konservierung
bzwo einem Voraufschluß durch mikrobielle Kulturen kombiniert werden0 Unter Umständen
kann aber auch auf den Zusatz von Säuren oder Salzen, bzwo von Mikrobenkulturen
verzichtet werden.
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Die auf die Feuchtlagerung folgende Naßentmarkung der Bagasse findet
durch hydraulische Scherkräfte in wässriger Suspension statt.
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Hierfür können bekannte hydraulische Stofflöser eingesetzt werden,
in denen mit einer wässrigen Verdünnung von etwa 1 : 5 bis 1 : 10 gearbeitet wird0
Bei der Naßentmarkung wird das restliche in erfindungsgemäßer Weise während der
Lagerung vorgelockerte Mark auf schonende Art von den durch den ständig feuchten
Zustand geschmeidig gehaltenen Faserbündeln gelöst.
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In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden während der Naßentmarkung extrahiv wirkende Chemikalien zugesetzt, durch
welche im Faserstoff enthaltene, färbende Substanzen entfernt werden0 Als derartige
Ohemikalien kommen z. Bo Soda oder Phosphate in Frage.
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Für den eigentlichen Faseraufschluß wird bevorzugt das Neutralsulfit
(NSSC)-Verfahren unter Verwendung von Natriumsulfit und Natriumcarbonat angewandt.
Die Kochung kann in
diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Kochern
bekannter Bauart erfolgen. Das Verhältnis von Kochlauge zu Begasse sollte jedoch
so hoch wie möglich gehalten werden0 Beispielhafte Werte für einen kontinuierlichen
Aufschluß in einem Horizontalrohr-Kocher mit Pörderschnecken sind: Chemikalieneinsatz:
14 ß Na2S03 und 4 % Na2C03, bezogen auf absolut trockene, entmarkte Bagasse; Kochlaugenkonzentration:
160 g/l Na2SO3 und 50 g/l Na2CO3.
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Kochbedingungen: 20-45 min bei 170 - 175°C.
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Während des Kochprozesses können extrahiv bezw. dispergierend wirkende
Chemikalien zugesetzt werden, um Farbstoffe, Harze und Wachse aus dem Faserstoff
zu entfernen.
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Als derartige Stoffe können beispielsweise Polyphosphate dienen.
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Neben dem NSSC-Aufschluß sind auch andere Aufschlußverfahren geeignet,
die eine ähnlich schonende Wirkung auf den Faserstoff ausüben. Unter diesen Verfahren
ist insbesondere die thermisch mechanische Zerfaserung, auch thermomechanischer
Schliff" genannt, zu erwähnen.
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Wenn es aus wirtschaftlichen oder ökologischen Gründen erforderlich
ist, kann das erfindungsgemaße Verfahren mit einer Ablaugenverbrennung und/oder
einer Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien kombiniert werden.
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Da der Aufschluß bei der Kochung nicht bis zur vollständigen Zerfaserung
durchgeführt wird, schließt sich an die Kochung eine mechanische Heißzerfaserung,
vorzugsweise in einem bekannten Doppelscheiben-Refiner an.
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Die weitere Aufbereitung, d.h. die Wäsche, Sortierung, Reinigung und
Eindickung des ungebleMhten Zellstoffes erfolgt auf konventionelle Weise.
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Durch eine mit H202 und NaOH durchgeführte Peroxidbleiche läßt sich
der Weißgrad des Zellstoffes ohne Festigkeitsverluste der Faser stark erhöhen. Voraussetzung
hierfür sind jedoch die die Farbstoffbildung vermeidenden, vorhergehenden Verfahrensschritte.
Die Peroxidbleiche bietet weiterhin den Vorteil, daß durch sie nur eine geringe
Menge organischer Substanz aus dem Faserstoff gelöst und daher eine erhöhte Abwasserbelastung
vermeiden wird. Da die Bleiche einstufig erfolgen kann, ist auch der notwendige
apparative Aufwand begrenzt.
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Die Bleiche wird in einem Medium durchgeführt, welches 0,5 - 10 Wasserstoffperoxid
(100 Gew.-ig), vorzugsweise 1 - 5% Wasserstoffperoxid bezogen auf trockenen Zellstoff
enthält.
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Die zu verwendende Menge an NaOH hängt von der kappa-Zahl des ungebleichten
Zellstoffs ab und liegt im allgemeinen bei 1-5 Gew.%,bezogen auf trockenen Zellstoff.
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Bei einem Zellstoff, der erhebliche Mengen an Schwermetallionen, wie
z.B. Kupfer, Eisen, Mangan, Kobalt usw. enthält, kann die Zugabe eines Peroxid-Stabilisators
erforderlich sein. Geeignete Stabilisatoren sind z.B. Natriumsilikat in einer Menge
von 1-10 Gew.%, vorzugsweise 1-5 Gew.%, bezogen auf trockenen Zellstoff, oder solche
Substanzen, die mit diesen Schwermetallionen Komplexe bilden. Beispiele hierfür
sind Polyaminocarbonsäuren und deren Alkalisalze, wie z.B.
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Äthylendiamintetraessigsäure, Diäthylentiaminpentaessigsäure,
Nitrilotriessigsäure;
Polyoxyearbonsäuren, wie z.B.
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Gluconsäure, Weinsäure, Citronensäure, sowie polymere Oxvcarbonsäuren.
Von diesen komplexbildenden Substanzen werden im allgemeinen etwa 0,05 bis 1 Gew.%
bezogen auf trockenen Zellstoff, verwendet.
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Durch die erfindungsgemäße Verfahrensfolge mit ihren in einigen Verfahrensstufen
den speziellen Erfordernissen anzupassenden Variationsmöglichkeiten wird das Ziel
der Erfindung in optimaler Weise erreicht.
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Durch die Aufeinanderfolge von Feuchtentmarkung, Feuchtlagerung und
Naßentmarkung braucht der Faserstoff bis zum eigentlichen Aufschluß nicht getrocknet
zu werden und ist daher keiner schädlichen Verhornung ausgesetzt.
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Die Feucht-Vorentmarkung vor der Lagerung vermindert die Gefahr des
bakteriellen Angriffs, ohne daß die Entmarkung so weit zu treiben ist, daß das Fasermaterial
dabei mechanisch geschädigt wird. Die Anwendung der Feuchtlagerung nach dem Ritterverfahren
konserviert die Bagasse, lockert das restliche Mark, verhindert die Bildung von
schwer entfernbaren Farbkomplexen und leitet eine schonende Vorhydrolyse des Faserstoffes
ein. In der Naßentmarkung werden das restliche, z.B. durch die Ritter-Lagerung bereits
gelockerte Mark, Feinstoffe und Lösliche, für den Kochprozeß schädliche Bestandteile,
gegebenenfalls
unter Zugabe geeigneter Chemikalien entfernt.
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Erst bei Einsatz des derart vorbereiteten Rohstoffes kann die schonende
und selektive Wirkung des NSSC-Aufschlusses voll zur Wirkung kommen0 Auch die sich
erforderlichenfalls anschließende Peroxidbleiche kann erst dadurch zu optimaler
Wirkung gesteigert werden, daß in allen Vorstufen des Verfahrens die Bildung von
färbenden, schwer entfernbaren Substanzen vermieden wird0 Die Peroxidbleiche verhindert
weitere Ausbeuteverluste und Faserschädigungen, wie sie bei einer Chlor- Hypochlorit-Bleiche
üblich sind, und trägt darüber hinaus zu einer höheren Weißgradstabilität und einer
besseren initialen Naßfestigkeit bei.
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Wichtige wirtschaftliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind noch darin zu sehen, daß das Verfahren optimale Vorbedingungen für eine Chemikalienrückgewinnung
bietet, da die Ausbeute in einem Bereich liegt, der genügend organische Substanz
zur Ablaugenverbrennung gt antierto Das Problem der NSSC-Recovery ist heute als
technisch gelöst zu betrachten0 Andererseits ist die Endausbeute in Anbetracht der
hohen erreichbaren Qualitäten relativ hoch, so daß eine hohe Rohstoffausnutzung
vorliegt Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispiels
im einzelnen erläutert: Ausführungsbeispiel Die von der Zuckerfabrik kommende Rohbagasse
mit 50 % Feuchtigkeit wird in einer Entmarkungsmaschine Typ Hammermühle entmarkt.
Der abeutrennende Markanteil soll 2/3 des vorhandenen TWarkes nicht überschreiten,
um mechanische Schädigung der Faser zu vermeiden. In einem anschließenden Mischaggregat
wird
die vorentmarkte Bagasse mit einer Ritter-Bakterienkultur
innigst gemischt und auf dem Lagerplatz gestapelt. Durch die Imprägnierung mit den
speziell gezüchteten Kulturen wird eine Konservierung über einen längeren Zeitraum
(1 - 1 1/2 Jahre) erreicht.
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Die gelagerte Bagasse aus dem Stapel wird einer weiteren Entmarungsstufe
zugeführte Diese Entmarkung erfolgt im wässrigen Medium in einer EntmarkungstrommelO
Durch die Lagerung ist eine wesentliche Lockerung der Zellverbände des Markes eingetreten,
und das Mark kann ohne mechanis-chen Aufwand leicht abgetrennt und entfernt werden.
In dieser Entmarkungsstufe werden oa. 70410 des restlichen Marke entfernt. Das zum
Aufschluß vorliegende Material ist in jeder Hinsicht sehr gleichmäßig und von guter
Faserqualität. Um den für den Kochprozeß notwendigen Trockengehalt der Bagasse zu
erreichen, wird die Bagasse in einer Entwässerungspresse von überschüssigem Wasser
befreit Der Trockengehalt der zum Kocher gehenden Bagasse soll bei 30 - 35 %0 liegen.
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Die Zuführung der Bagasse zu dem kontinuierlichen Kochaggregat erfolgt
über eine Zuteileinrichtung, in welcher gleichzeitig die für die Kochung notwendigen
Chemikalien zugesetzt werden. Der Aufschluß erfolgt nach dem Neutralsulfitverfahren0
Die erforderlichen Chemikalien werden in wässriger Lösung zugesetzt. Die Konzentration
beträgt 160 g/l Na2S03 und 50 g/l Na2C03. Die für einen normalen Aufschluß erforderliche
Chemikalienmenge beträgt 14 % Na2SO3 und 4 % Na2C03, bezogen auf absolut trockene
Bagasse. Die Kochdauer beträgt 20 bis 40 min bei einer Temperatur von 170 bis 1750
C. Der pH-Wert während der Kochung liegt bei ca. 9-9,5. Im Anschluß an den kontinuierlichen
Kochvorgang findet eine Heißdefibrierung in einem Doppelscheibenmahlaggregat statt.
Hierbei wird das Kochgut sehr schonend und gleichmäßig defibriertO Nach einer Abtrennung
der restlichen Kochflüesigkeit und anschließenden
Wäsche erfolgt
weitere mechanische Aufbereitung, die sich in Reinigung mittels Sieb- und Zentrifugalsortierer
gliedert, Der Verlust an Rejects ist aufgrund der guten Ausgangs qualität des Rohmaterials
sehr gering, Für die Kochung werden ca, 2 t Dampf (12 atü) benatigtO Die Ausbeute,
bezogen auf absolut trockenes (atro) entmarktes Einsatzmaterial, beträgt 70 - 75
%.
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Der mechanischen Reinigung, welche in höherer Verdünnung erfolgt,
schließt sich eine Wäsche und Entwässerung an, Der auf ca. 10 - 15 %0 Faserstoff
entwässerte Zellstoff wird in einer Stapelbütte bevorratet0 Von hier aus erfolgt
gleichmäßiger Abzug zu einer zweiten Reinigungsstufe (sofern diese notwendig ist),
und dann wird nach Entwässerung in einer Peroxidbleichstufe bei höherer Temperatur
aufgehellt.
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Für die Bleiche in hoher Stoffdichte ( 6-1L %) beträgt der Chemikalieneinsatz
1,5% H202, 3 ß NaOH und 3 74 Natriumsilikat, berechnet auf atro Zellstoff Der pH-Wert
während des Bleichvorganges liegt bei 11, die Temperatur je nach Bleichgeschwindigkeit
zwischen 50 und 700 C0 Der Dampfbedarf für die Bleiche beträgt ca, 0,5 t/t atro
Zellstoff0 Nach der Bleiche kann der Zellstoff entweder direkt der Papierfabrik
zugeführt werden oder nach .Entwässerung auf Entwässerungsmaschinen in Bogenform
bzwo nach Entwässerung in Schneckenpressen, Bandpressen oder Vakuumfilternin loser
Form bzw. in Ballen gepreßt der Weiterverarbeitung zugeführt werden. Der aus dem
Verfahren erhaltene Zellstoff weist folgende Festigkeitswerte auf:
| Mahldauer (min) 5 8 11 |
| Mahlgrad (°SR) 33 42 49 |
| Flächengewicht (g/m²) 81 80 80 |
| Dicke (mm) 0,123 0,115 0,112 |
| Raumgewicht (g/cm³) 0,66 0,70 0,71 |
| Bruchlast (kp) 8,7 9,7 10,3 |
| Bruchdehnung (%) 3,9 4,1 4,5 |
| Reißlänge (km) 7,13 8,05 8,62 |
| Weiterreißarbeit (cmg/cm) abs. 135 142 132 |
| rel. 166 177 166 |
| Berstwiderstand (kp/cm²) abs. 3,8 3,30 3,59 |
| rel. 3,78 4,11 4,50 |
Ein daraus hergestelltes Zeitungsdruckpapier ergibt folgende Festigkeitswerte:
Vergleich der physikalischen Eigenschaften von Versuchs-Zeitungsdruckpapier hergestellt
nach verschiedenen Verfahren entnommen aus (TAPPI CA Report, No. 40, S. 137 ff)
| Eigenschaften Erfindgem. Cusi1) Pedaco2) |
| Verfahren |
| Langfaserzusatz 0 keine Angaben 0 |
| + 5 % clay |
| Flächengewicht g/cm² 52 51,3 52,0 |
| Raumgewicht g/cm³ 0,61 0,57 -- |
| Berstdruck kp/cm² abs. 1,43 1,20 0,70 |
| rel. 2,75 2,35 1,35 |
| Weiterreiß- |
| arbeit cmp/cm abs. 43 36 35 |
| rel. 83 70 67 |
| Bruchlast kp 4,33 3,82 3,0 |
| Reißlänge m 5550 4950 3850 |
| Weiße 61 62,0 55 |
| Opäzität 92 74,5 90 |
1) Versuchsanfertigung San Cristobal 2) Versuchsanfertigung Paramonga