Verfahren zur Herstellung von Zellstoffen nach dem Sulfitverfahren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von Zellstoffen nach dem Sulfitverfahren.
Die Erzeugung von Zellstoffen nach verschiedenen Sulfitverfahren ist bekannt. Die nach: den bekannten Verfahren gewonnenen Zellstoffe sind hinsichtlich ihrer Eigenschaften für die Herstellung einer grossen Zahl gebleichter und ungebleichter Papiere besonders geeignet.
Zur Herstellung von Papieren aber, die einer hohen mechanischen Beanspruchung standhalten müs sen, wofür eine hohe Weiterreissfestigkeit des Faserma terials erforderlich ist, zog man den Einsatz von Sulfat- zellstoffen vor, da Sulfitzellstoffen die für Zellstoffe nach dem Sulfatverfahren charakteristische hohe Wei- terreissfestigkeit fehlt.
Diese Weiterreissfestigkeit aber ist, besonders in Kombination mit guten Dehnungs- und Berstdruckeingenschaften zur Herstellung von festigkeitsbeanspruchten Papieren, wie Sack-, Pack- und Beutel-@Papieren, notwendig. Andererseits sind jedoch Sulfatzellstoffe und das Sulfatverfahren mit einer Reihe von Nachteilen. behaftet.
Diese Nachteile sind z. B. die niedrigen Zellstoffausbeuten, die dunkle Farbe und eine demzufolge kostspieligere Bleichbarkeit der Produkte, die energieverschlingende langsamere MaNung der Stoffe in der Papierfabrik und schlechtere Bedruckbarkeit,
um nur einige Kriterien aufzuzählen. Für das Sulfatverfahren als solches kommt noch die Schwierigkeit hinzu, dass man zusätzliche Einsichtun- gen benötigt, um die bei der Kochung entstehenden übelsiechenden Verbindungen nicht in die Atmosphäre entweichen zu lassen.
Man hat daher das Sulfitverfahren so abzuändern versucht, dass Zellstoffe mit besserer Weiterreissfestig- keit erzeugt wurden.
Hierbei stört jedoch der dem Zell- stoffmacher bekannte Antagonismus zwischen, Reiss- länge und Weiterreissfestigkeit. Wenn man nämlich die Kochung beim Sulfitverfahren so lenkt, dass man einen weichen, relativ weitgehend vom Lignin befreiten Stoff, erhält,
so besitzt der Zellstoff zwar verhältnismässig hohe Weiterreissfestigkeitswerte. Bei dem verlängerten oder durch Temperaturerhöhung verschärften Koch- Prozess werden aber andere Festigkeitswerte,, wie ins besondere Reisslänge, aber auch Dehnung und Berst- druck, herabgesetzt und liegen niedriger als, bei Sulfat- zellstoffen. Hierzu kommt noch,
dass die Werte für die Weiterreissfestigkeit eines auf Weiterreissfestigkeit ge kochten Sulfitstoffes trotzdem immer noch rund 30 unter den Werten von Sulfatzellstoffen liegen.
In neuerer Zeit hofft man, mit der Einführung von löslichen Basen in den Sulfit-Kochprozess näher an das Festigkeitsniveau von Sulfatzellstoffen heranzukom- men, da die schwefelsauren Salze z..
B. des Magnesi ums, Natriums und Ammoniums die Herstellung von Hochsäuren höheren p11-Wertes und damit eine scho nendere Kochung erlauben. Insbesondere das Zweistu- fen-Neutral-Verfahren mit Magnesiumbase, bei dem in der ersten Stufe praktisch das Magnefite -Verfahren angewendet wird und nach Einleiten von Magnesia milch in den Kocher die Kochung in einer zweiten Stufe bei pH 6-7 weitergeht,
soll zu Stoffen führen, die in den physikalischen und optischen Eigenschaften eine Brücke zwischen Sulfat- und Sulfitzellstoffen bilden (Tappi 46 (1963), Seite 177A). Die Festigkeitseigen schaften eines Sulfatzeldstoffes nach einem Sulfitverfah+ ren oder modifizierten Sulfitverfahren wurden aber bis her in keinem Falle erreicht.
Grundsätzlich lassen sich die Unterschiede der Zellstoffe nach dem Sulfit- und nach dem Sulfatverfah- ren wie folgt herausstellen:
Sulfitzellstoffe sind dichter, mahlen schnell, haben gute Reisslänge und pergamen- tieren schon nach kurzer Mahldauer. Sulfatzellstoffe sind stärker opak und zeichnen sich durch besonders hohe Weiterreissfestigkeit, Dehnung und Berstdruck aus. Dagegen mahlen, sie sehr langsam, was nachteilig ist.
Der Grund für diese Unterschiede wird darin ge sucht, dass beim Sulfitprozess eine Schädigung und ein damit verbundener Abbau der Celluloseketten nicht wie beim Sulfatprozes,s vom Ende her erfolgt, wobei die Ketten auf ihrer Gesamtlänge aber intakt bleiben, sondern dass die einzelnen Kettenglieder geschädigt werden. Sulfitzellstoffe haben mehr Lo.ckerstellen in den Fasern als Sulfatzellstoffe (Tappü 46 (1963), Seite 198-202A).
Es galt daher die Aufgabe zu lösen, ein Verfahren zu suchen, das es gestattet, mit dem Vorzügen des Sul- fitverfahrens Zellstoffe zu erzeugen, die die guten Eigenschaften sowohl der Sulfitzellstoffe als auch die der Sulfatzellstoffe in sich vereinigen.
Es wurde nun gefunden, dass es trotz der genann- ten Schwierigkeiten gedingt, Zellstoffe nach dem Sulfit- verfahren herzustellen, die in ihren. Festigkeitseigen- schaften, insbesondere Weiterreissfestigkeit, im Bereich der Sulfatzellstoffe liegen.
Das erfindungsgemässe Ver- fahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Hack- schnitzel in einer ersten Stufe in Gegenwart von Alkali- und/oder Erdalkalisalzen der schwefligen Säure bei einem pH-Wert zwischen 3 und 4 kocht und, nach dem ein wesentlicher Teil der Holzsubstanz in Flüssig keit gegangen ist,
in einer zweiten Stufe, gegebenenfalls nach Abzug eines Teiles der Kochflüssigkeit, nach Zusatz von Alkali- und/oder Erdallcalilauge, ein, schliesslich Ammonium., bei einem pH-Wert zwischen: 6 und 11 die Kochung bis zu einem Aufschlussgrad von Sieberzahl 38-52 zu Ende führt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs- gemässen Verfahrens besteht darin, dass man den pH-Wert in der ersten Stufe dadurch auf dem genann ten Wert zwischen 3 und 4 hält,
dass man zu der Auf- schlussflüssigkeit kontinuierlich oder diskontinuierlich Hydroxyde und/oder in Wasser dispergierte oder gelö ste Oxyde der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle zu führt.
Vorzugsweise werden diejenigen Alkali- und/ oder Erdalkalioxyde oder -hydroxyde zugegeben, die bereits als Kationen bei den Salzen der schwefligen Säure Verwendung gefunden haben.
Für das erfindungsgemässe Verfahren eignen sich Hackschnitzel der üblichen Grösse aller Holzarten, d. h. sowohl Laub- als aus Nadelhölzer, wie beispiels weise Buche, Pappel und andere Laubhölzer sowie Fichte und Kiefer.
Zur Bereitung der Kochflüssigkeiten werden die Alkalisalze, einschliesslich des Ammoniums, und/oder die Erdalkalisalze, vorzugsweise Magnesiumsalze der schwefligen Säure herangezogen.
Als Basen, die in der zweiten Stufe Verwendung finden, nimmt man aus Gründen der Zweckmässigkeit, insbesondere im Hin blick auf die Laugenaufbereitung das gleiche Kation., das in der ersten Stufe in Form des Sulfits oder Bisuli- fits eingesetzt ist.
Die höhe der Temperatur während der Kochzeiten hängt weitgehend mit der Aufschlusszeit zusammen. Je höher die Kochtemperatur gewählt wird, desto kürzer ist die Dauer des Aufschlusses und umgekehrt. Wählt man beispielsweise in der ersten Stufe eine Temperatur von 160 C, so ist die Kochung der ersten Stufe nach etwa 1 Stunde, höchstens aber nach 2 Stunden been det.
In der zweiten Stufe genügt eine Kochzeit von 1-3 Stunden, wenn bei einer Temperatur von 170 C gear beitet wird. Es kommt im Prinzip darauf an, dass ein wesentlicher Teil der organischen Substanz in der er sten Stufe gelöst wird.
Die Zugabe der Alkali- und:/oder Erdalkalioxyde und/oder -hydroxyde für die Aufrechterhaltung des pH-Wertes der Aufschlussflüssigkeit in der ersten Stufe des Verfahrens hat den Vorteil, dass stets die zu dem gewünschten Aufschlussgrad des Holzes erforderliche Menge bzw.
Konzentration an Alkali- und/oder Erdal- kali-Sulfit und/oder -Bisulfit vorhanden ist.
Gleichzeitig wird eine Einwirkung der beim Aufschluss sich bilden den und bei der gewählten Aufschlusstemperatur nur zum Teil flüchtigen organischen Säuren auf dem ent standenen Zellstoff vermieden, so dass eine bessere Lenkung des Verfahrens bezüglich des Aufschlussgra- des,
eine höhere Ausbeute sowie eine bessere und. gleichmässigere Qualität des Zellstoffs erzielt wird.
überraschenderweise hat sich ergeben, dass man mit dem erfindungsgemässen Verfahren Zellstoffe her stellen kann, die in, ihren Eigenschaften nicht nur die vorteilhaften. Eigenschaften des Sulfitzellstoffs zeigen, sondern dass sie insbesondere im Hinblick auf die Dehnung, die Weiterreissfestigkeit und den Berstdruck die Eigenschaften der Sulfatzellstoffe nicht nur errei chen,
sondern sogar übertreffen. Von besonderem Vor teil ist dabei weiter, dass der erfindungsgem ss erhal, tene Zellstoff schneller mahlt als Sulfatzellstoff, so dass erhebliche Energie zum Mahlen einsgespart werden kann.
Als weiterer Vorzug muss hervorgehoben werden, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren, gegenüber dem Sulfatverfahren eine um 5-10 % höhere Ausbeute erzielt wird.
In den Diagrammen sind die Ergebnisse aus meh reren Versuchen aufgezeichnet, Die ausgezeichnete Linie vermittelt die gefundenen Werte von Zellstoffen nach dem erfindungsgemässen Verfahren bei verschie denen Mahlgraden nach:
Schopper-Riegler. Zum Ver gleich wurden die Werte eines handelsüblichen unge@ bleichten Sulfatzellstoffs (gestrichelte Linie) und dieje nigen eines solchen unigebleichten Sulfitzellstoffs (strichpunktierte Linie) eingezeichnet, bei dessen Her stellung auf eine besonders hohe Weiterreissfestigkeit geachtet worden ist.
Aus den einzelnen Diagrammen lässt sich besonders deutlich die überlegenheit der er- findungsgemässen Zellstoffe inbezug auf Dehnung, Weiterreissfestigkeit, Reisslänge, Berstdruck, Falzzahl und Mahldauer herauslesen.
Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens dienen die nachstehenden Beispiele: 1. Ein Kocher von 350 Liter Inhalt wird mit 64,8 kg Nadelholz (atro), welches zu gleichen Teilen aus Fichten- und Kieferhalz besteht, gefüllt und dann mit 260 RTI ID="0002.0219" WI="8"HE="5" LX="1285" LY="1820"> Liter einer Kochsäure, welche 4 % S02 und 1,
2 % Magnesiumoxyd enthält, belangt. Danach kocht man drei Stunden auf 160 hoch,
lässt den Kocher 30 Minuten bei dieser Temperatur stehen und zieht an- schliessend 30 % der Kochsäure ab. Die Temperatur sinkt auf 14Q . Darauf gibt man 53 Liter Magnesia milch in den Kochar,
die 40 g Mg0 im Liter enthält, heizt in einer halben Stunde auf 170 und kocht in zwei Stunden fertig. Die Kochflüssigkeit weist während der zweiten Stufe einen: pH-Wert stets über 7 auf.
Dabei: wird ein Stoff in 51 % sortierter Ausbeute mit einer Sieberzahl von 45 erhalten.
Dieser Zellstoff hat bei einem. Mahlgrad von 35 SR, der nach 40 Minuten Mahlung erreicht wird, eine Reisslänge von 8,5 km." eine Dehnung von 4,5 %, 4000 Doppelfalzungen,
eine Weiterreissfestigkeit nach Brecht-Imset von 200 und einen rel. Bersbdruck von 5,5 kg/cm2.
2. Ein Kocher von 200 cbm Inhalt wird mit einem Gemisch von Fichten- und Kiefernholz so gefüllt, dass eine Fülldichte von 200 kg/cbm und ein Säure/Holz- Verhältnis nach dem Belangen gegen 3 atü hydrau lischen Druck von 4,
3 erreicht wird. Von diesem An- fangsdruck ausgehend wird in zwei Stunden auf 150 hochgekocht. Dabei erreicht man im Kocher 10 atü Druck. Bei dieser Temperatur und diesem Druck wird der Kocher 1,5 Stunden belassen,
dann zieht man 35 % der Kochsäure ab und ersetzt 65 % der abgezo- genen Menge durch Magnesiamilch, welche 50 g/1 MgO enthält. Die Temperatur sank dabei auf 125 ab.
Hierauf wurde in, dreissig Minuten erneut auf 170 hochgeheizt, zwei Stunden bei dieser Temperatur be lassen und die Kochung beendet. Der PH-Wert lag in dieser Stufe (kalte Probe) zwischen 7,8 bis 8,0.
Der Stoff hatte eine Ausbeute von 54 % und Sie- berzahl 50. Die Eigenschaften des gewonnenen Zelh stoffies waren die gleichen wie im Beispiel 1 angegeben.
3. 3,7 kg Fichtenholz (Trockengewicht) werden mit 15,2 Liter einer Kochsäure versetzt, die 2,08 % freies S02, 1,98 % an 1,30 % Magnesiumoxyd gebundenes S02, enthält und bei Raumtemperatur 3,2 pH hat,
dann wird drei Stunden lang auf 160 C erhitzt und 30 % der Kochflüssigkeit abgezogen. Beim Hochheizen wird laufend der pH-Wert der kalten Probe gemessen, der - so genau wie möglich - 3,7 weder unter- noch überschreiten soll. Die Einstellung des pH-Wertes er folgt durch Zuführung von Magnesiamilch in den Kocher.
Nach Abzug der obgenannten Menge von Aufschluss flüssigkeit, werden drei Liter Magnesiamilch mit 40 Gramm MgO im Liter zugepumpt, wodurch der pH-Wert im Kocher auf 6,8 ansteigt. Dann wird in 30 Minuten auf 170 C erhitzt und eine Stunde bis zum Abgasen zu Ende gekocht.
Der entstandene Zellstoff fällt mit einer Sieberzahl 52 und 53,5 % Ausbeute an. Er hat bei 35 SR folh gende Festigkeiten:
EMI0003.0097
Reisslänge <SEP> 8,5 <SEP> km
<tb> Dehnung <SEP> 4,3%
EMI0003.0098
Falzzahl <SEP> 3800
<tb> Berstdruck <SEP> 5,5 <SEP> kg/cm2
<tb> Weiterreissfestigkeit <SEP> 210 <SEP> cmg/cm