DD208489A3 - Verfahren zur herstellung von holzstoff mit verbesserten festigkeitseigenschaften - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Holzstoff mit verbesserten Festigkeitseigenschaften fuer die Papier- und Pappeerzeugung. Mit dem erfindungsgemaessen Verfahren soll das Ziel verfolgt werden, durch eine hoehere Temperatur im Holz die Wirkung des Zerfaserungsprozesses zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird diedadurcherreicht, dass das Holz, bevor es die Schleifzone oder die Zone erreicht, in der es, resultierend aus der beim Zerfaserungsprozess entstehenden Waermeentwicklung, auf eine hoehere Temperatur gebracht wird, teilweise oder vollstaendig zielgerichtet auf eine Temperatur hoeher als 40 gradC erwaermt wird.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von Holzstoff mit verbesserten Festigkeitseigenschaften

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Holzstoff mit verbesserten Festigkeltseigenschaf-.ten für die Papier- und Pappeerzeugung, bei dem das zu zerfasernde Holz einer reibenden'Behandlung durch entsprechend gestaltete Oberflächen bewegter Körper ausgesetzt wird. Im üblichen Sinne wird dabei Holzschliff mit rotierenden Schleifsteinen hergestellt, es sind aber auch schon andere als rotierende Körper mit steinartiger Oberfläche für die Zerfaserung von Holz eingesetzt worden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen.

Seit der Erfindung von Keller wird Holzstoff für die Papiez·- erzeugung hergestellt, indem Holzknüppel gegen einen rotierenden Schleifstein gepreßt und dabei von einer Seite her abgeschliffen werden, wobei Wasser zugegeben werden muß. Heuere Verfahren erfordern, daß das Holz zu Hackschnitzeln zerteilt wird, bevor die Zerfaserung zwischen Mahlkörpern erfolgt.

Schon lange ist bekannt, daß· der Zerfaserungsprozeß durch heißes Wasser oder durch Dampf günstig beeinflußt werden kann, weil durch Hitze das zur Holzsubstanz gehörende Lignin erweicht wird, was um so eher eintritt, je feuchter das Holz ist.

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Es ist auch bekannt, daß Holz mit weniger Energieaufwand ve.rsoh.liffen werden kann and den sogenannten Braunscialiff ersibt, wenn, es vorher bei Temperaturen von weit über 100° C einige Stunden gedämpft .wird. Dieser Holzstoff kann bessere '5'Festigkeitseigenschaf ten erreichen als normaler Holzstoff. Er ist aber, wegen.seiner Färbung nicht für Druckpapiere

verwendbar. .

Wird Holz vor dem Schleifen nur bis TOO⁰ G erhitzt, dann tritt die Dunke!färbung des.Holzstoffes nicht .ein* Der Zeitraum zum Erwärmen des Holzes bis zum. Kern-hin hängt u_va. . von seinem Durchmesser ab und kann mehrere Stunden betragen.

In den "DE-Reichspatentschriften 288 717 und 288 639 sind ' Verfahren'zur Herstellung von Holzstoff beschrieben, bei dem

das Holz mittels erwärmten Wassers in einem separaten, ge-1.5 schlossen en Druckgefäß unter Anwendung von Überdruck von 0,3 bis 1,0 MPa- mehrere Stunden behandelt wird, mit dem Ziel der vollständigen Durchtränkung mit Wasser..

Das mit.Wasser durchtränkte Holz soll sich nach der Beschrei-. bung leichter- verschleifen lassen.

nachteilig bei' diesem Verfahren, ist, daß der notwendige apparative Aufwand hoch ist und daß sich das Holz, bis es verschilf fen wird, wieder abkühlt-.

-' Weiterhin, wirkt sich-der zusätzlich notwendige Zwischen-, transport nachteilig aus. . Mit der DR-Patentschrift 400 049 wird ein Verfahren bzw, .Einrichtung beschrieben, wo eine"Vorwärmung mit heißem Wasser erfolgt. In-.'der. dargestellten- Einrichtung erfolgt die HoIzvorwärmung in einem separaten Behälter. -Daraus resultiert, daß ein' Zwischentransport erforderlich wird. Dieser .Zwischentransport bewirkt eine Abkühlung an den Außenschich- ten des Holzes. Auf Grund dieser Abkühlung werden die erwähnten Vorteile nicht wirksam.

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In der DR-Patentschrift 445 717 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der unmittelbar vor dem Schleiferstein die Kolzvorwärmung mit «armen Wasser erfolgt. Dieser Vorrichtung haftet der Mangel an, daß auf Grund der möglichen Wärme über rgangswerte von Wasser zun Holz keine ausreichend hohe KoIsteinperatur erreicht werden kann» Außerdem ist bei dieser Vorrichtung der gesamte Schleiferstein im Wasser bzw,- in der Suspension untergebracht. Diese Anordnung des Schleifersteines führt zu erheblichen technologischen und energiewirtschaftliehen Mangeln.

Bei der DR-Patentschrift 593 533 ist ein Verfahren zum Gewinnen von Holzschliff dargestellt, bei dem Dampf bzw. überhitztes Wasser in die Schleif zone eingeführt wird. Bei diesem Verfahren hat der Dampf nur eine sehr kurze Kontaktzeit zum Holz und diese Zeit reicht für eine Erwärmung der zu schleifenden Holzmenge nicht aus.

Bei vielen aus der Literatur bekannten Verfahren der Heißwasserbehandlung des Holzes, besonders bei Verfahren unter Zugabe von Chemikalien, wird eine anschließende Abkühlung emp-

fohlen. ' :

Nachteilig wirken hier neben dem Wärmeverlust der Verbrauch von Chemikalien und die daraus resultierende Abwasserbela- ; s t ung

Der Schleifprozeß wurde so weiterentwickelt, daß die Ternperaturen in der Wirkzone' zwischen Holz und Stein 100° C erreichten, wenn das notwendige Spritzwasser möglichst heiß' zugegeben werden konnte. Mit der Steigerung der Steinumfangsgeschwindigkeiten wird jetzt beim Schleifprozeß so viel Energie in. Wärme umgesetzt, daß im Holz 1 bis 3 mm vor Erreichen der Wirkzone ein sehr rascher Temperaturanstieg eintritt, der mit Maxijnaltemperaturen von höher als 100° C enden kann, Die Steigerung des Energieumsatses beim Schleifprozeß, erreichbar durch hohe Steinumfangsgeschwindigkeit und größeren Holzvorschub bzw. stärkerer Anpressung des Holzes in der Wirkzone ist begrenzt, da sehr schnell ein Rückgang der j?e-3 tio-ke its eigens chaf ten des Holzstoffes eintreten kann.

Diese Tatsache wird so erklärt,, daß nach Erreichen der Siede, temperatur" -die Temperatur in der Wirkzone diese nicht merklich übersteigen kann, da verstärkt Wasserverdampfung eintritt, die mit Wärmeentzug einhergeht. Ss ergibt sich als Schlußfolgerung die. Erhöhung.der'Siedetemperatur durch Anheben des Druckes im Bereich der Wirkzone. .

Abgeleitet von der Tatsache, daß bei hoher Steinumfangsgeschwindigkeit im Holz, durch initiale Wärmeentwicklung im "Randbereich;an "der Wirkzone zu hohe, schon schädliche Temperaturen entstehen können, wenn der Holzvorschub.klein ist, muß- bei großem Holavorschub mit Nachteilen durch ungenügende Aufheizung des Holzes unmittelbar vor der Wirkzone gerechnet werden, obwohl die Wärmebilanz ergibt, daß für die Aufheizung des Holzes nur wenige Prozent der zugeführten C-esamtwärme erforderlich sind.

Durch eine entsprechend lange Vorwärmzeit ist eine Lockerung der Pasern in der Kittsubstanz möglich. Die beim Schleifprozeß erzeugte Wärme wandert im Holz der Vorschubbewegung ent-.gegen. " .... : . : ^: . .

Auf Grund der. schlechten Wärmeleitung im .Holz entsteht nur bei relativ niedrigen Vorschüben eine stärkere erwärmte Holzschicht, an der Wirkzone, die Temperaturen höher ale 100⁰G erreicht.. Mit zunehmendem Vorschub wird diese Schicht ständig kleiner 'and die Temperaturen bleiben niedriger."

25; Bs wird dadurch keine, ausreichende. Plastifizierung des Lighins erzielt. Die Wirtschaftlichkeit des SchleifProzesses steigt aber mit wachsendem Vorschub, da hierbei der spezifizierte Arbeltsb-edarf... abgesenkt wird» .Je mehr also im energetisch günstigen Bereich gearbeitet' wird, desto· mehr müssen die Fasern.aus dem noch nicht plastifizierten Lignin herausgerissen werden.. Ss entsteht ein Holzstoff mit" einem hohen-Anteil von Splittern und Faserbruchstücken, .. ' ' .. ' "" . .'- .3ei der Herstellung von Druckschliff,' wie in der US-Patents ehr if t rir; 3 808 090 angegeben, erfolgt die irhchung der

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Temperatur in der Wirkzone durch Erhöhung der Siedetemperatur des Wassers, Der Schleifprozeß muß in einer Kammer mit 10 - 60 psig Umgebungsdruck erfolgen, die mit einem inerten Gas gefüllt ist. Sei Druckschleifern -wird im Dauerbetrieb durch Dampfbildung in der Wirkzone die Kammer mit Dampf ausgefüllt.

Das ist auch der Fall,, wenn einem Druckschieifer das Wasser mit Temperaturen höher als 100° C zugeführt wird, wie aus der DS-Offenlegungsschrift 2 812 299 zu entnehmen ist.

Das zu verschleifende Holz ist nur in begrenzter Zeit der Wirkung des Dampfes ausgesetzt und wird dabei nicht durchgehend und gleichmäßig erwärmt, folglich erreicht es nur wenig verändert die Wirkzone und wird im Aufheizbereich unmittelbar vor der Wirkzone nicht wesentlich höhere Temperatüren erreichen als beim Schleifen ohne Überdruck.

Ώβη Vorteilen des Druckschleifens steht, ein- erheblicher Mehraufwand an technischer Ausrüstung entgegen, die Mehrkosten an Anlage- und "Wartungskosten verursachen.

Ziel der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll durch eine höhere Temperatur im Holz die Wirkung des Zerf aserun.gsprozesses gegenüber dem Stand der Technik erhöht werden. Durch die höhere HoIztemperatur und die damit verbundene Lockerung des Gefüges soll die Effektivität des Schleifprozesses bei hohen Vorschubwerten genutzt und mit der Verbesserung der Fasereigenschaften verbunden Werden. Ein weiteres Ziel des Verfahrens besteht darin, daß es sowohl bei neuen, als auch bei vorhandenen Anlagen zur Holzstoff erzeugung nutzbar gemacht werden kann.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein schonendes und effektives Herauslösen der Paser

aus dem Holz.verband zu. verbessern und dadurch, im zu erzeugenden Holzstoff einen erhöhten Langiaseränteil mit möglichst wenig beschädigten Fasern zu erhalten« Erfindungsgemäß wird die' Aufgabe dadurch gelöst, daß das Holz,' bevor es die Schleifzone oder die Zone erreicht, in d-er.es, resultierend aus der. bein Zerf aserungsprozeß entstehenden Wärmeentwicklung, auf eine höhere Temperatur gebracht wird, teilweise oder vollständig zielgerichtet auf eine 'Temperatur höher':als 4-0° --C erwärmt wird.

10 Durch diese bewußte., eigens dazu vorgesehene Vorwärmung <ivird zusammen mit der bei der Zerfaserung entstehenden Erwärmung eine Temperatur erreicht, bei der das Lignin., die Kittsubstanz des. Holzes, plastifiziert wird,

Zur Realisierung einer schnellen Vorwärmung: müssen die. Vor— T5' teile des hohen Wärmeüberganges von Dampf auf Holz genutzt werden. Zur·Intensivierung der Vorwärmung können die Angriffsflächen für den Dampf vergrößert oder auch das Holz einer Vakuumbehandlung unterzogen werden.

Mit. der Vorwärmung- des Holzes durch Dampf wird erreicht, daß die negative Erscheinung der. Zerstörung des Holzes vermieden wird und daß auch bei wirtschaftlich hohen Vorschubgeschwin-. digkeiten eine Piastifizierung des Lignins abgesichert werden kann. ' , · . Damit gelingt es, die Fasern zu einem wesentlich größeren Anteil· unbeschädigt und mit verringerter Energie aus dem ' Verband herauszulösen, da die erwärmte HoIzschicht in der Dicke und der Temperatur ausreichend hoch ist. Der erzeugte Holzstoff mit einem höheren Langfaseranteil besitzt wesentlich bessere dynamische Festigkeitseigenschaften-.^: . ; ^:' .' ..

Die wärme ab ge bend en Medien, die- vorzugsweise aus dem Kreislauf des Prozesses' .(Umlaufwasser, Zahlung u. ä.) der HoIzstofferzeugungentnommen werden, können dabei mit. Zusätzen versehen-werden, die den Wärmeübergang und die Wärmeleitung positiv beeinflussen und damit'die Erwärmung des; Holzes,

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dessen Abmessungen - Querschnitt und Oberfläche - diesen Vorwärmprozeß in besonderer Weise angepaßt sein können, beschleunigen. Ein ca. 3-fach höherer Wärmeübergang wird gegenüber einer Filmkondensation durch eine mit Stearindampf gesteuerte Tropfenkondensation erreicht.

Eine weitere Intensivierung des Eindringens von Wärme kann dadurch erzielt werden, daß das Holz vorerst einem Vakuum und dann dem Wärmemedium zur intensiveren Durchdringung ausgesetzt wird.

In besonderen Fällen kann es notwendig werden, andere Formen der HoIzvorwärmung zu nutzen, wie z. 3. eine Sr^/värmung mittels Strahlungsenergie.

Ausführungsbeispiel

Das zu Holzstoff verarbeitete Holz wird, bevor es in unmittelbare Nähe der Schleifzone gebracht wird, mit einem warmeabgebendem Medium, vorzugsweise Wasserdampf zusammengebracht. Dabei findet zunächst ein Wärmeübergang zu den kälteren Holzbereichen statt und anschließend im Holz eine Wärmeleitung. Da die Wärmeleitzahlen von Holz sehr niedrig sind und dadurch die Zeit zur HqIzerwärmung sehr lange dauert, ist es notwendig, sowohl den Wärmeübergang als auch die Wärmeleitung so zu gestalten, daß ein Optimum hinsichtlich der Erwärmung des Holzes erzielt wird

Durch Verwendung von am Holz kondensierendem Dampf kann ein Maximum an Wärmeübertragung'erreicht werden. Die Wärmeleitung läßt sich durch Feuchtigkeit im Holz effektiver gestalten. Dazu wird Holz mit hohem Feuchtigkeitsgehalt verwendet bzw. der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes durch Zugabe von Wasser vor oder 'während dieser Vorwärmung erhöht.

Bei bekannten Holzschleifern können die dargelegten Maßnah-' men ζ. 3« in der Art realisiert werden, daß dicht oberhalb der Schleifzone" Dampf mit geringem überdruck und Temperatur' von ca. 105° C in den Schleiferschacht, der sich über dem Stein befindet, eingeblasen wird, der sich dem gegen den

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Stein gefördertan- Holz entgeganbewegt und dabei seine Wärme an das Holz abgibt/. Das bei der Kondensation entstehende Wasser erhöht zusammen mit dem zusätzlich eingespritzten Wasser den Feuchtigkeitsgehalt des Holzes.

Zur energetischen Optimierung des Verfahrens, ist es zweckmäßig die für den Vorwärmprozeß notwendige Energie aus. dam Kreislauf des Holzstoffprozesses zu entnehmen, 2, B„ kann dafür, die ,bei'der Nachmahlung des Holzstoffes durch die Mahlmaschihen aufgewendete Energie zu einem großen Teil zurückgewonnen werden. .

Claims (5)

1. Brf indun.gsansioruch

   . Verfahren zur Herstellung von Hoizstoir mit ver-b-ssserten Pestigkeitseigenschaften für die Papiererzeugung, bei dein das zu zerfasernde Holz einer reibenden Einwirkung durch zweckentsprechend gestaltete Oberflächen bewegter Körper ausgesetzt und bereits vor der Zone, in der das Holz durch den Zerfaserungsprozeß erwärmt wird, vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch diese Vorwärmung das Holz in seinem wesentlichsten Teil seiner Stückmassen höher als 40° C erwärmt wird«
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Holzstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorwärmung des Holzes mit Dampf vorgenommen wird.
3. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur intensiveren Vorwärmung des Holzes dieses, in seinen Querschnitten verringert und in der Oberfläche vergrößert wird.
4. 4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet, daß zur schnelleren Durchdringung mit dem Wärmeträger das Holz vor dem Kontakt mit diesem einem Vakuum ausgesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach den Punkten 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwärmung des Holzes Formen der Strahlungsenergie genutzt werden.