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Verfahren zur Herstellung von Zellstoff mit hohem Reinheitsgrad Bei
der Herstellung von Zellstoff nach alkalischen Verfahren, z. B. dem Natronlaugeverfahren
oder dem Sulfatverfahren, erhält man beim Arbeiten in einem Arbeitsgang selbst bei
Anwendung hoher Alkalikonzentrationen und bei hohen Temperaturen bzw. Drücken Zellstoffe,
dis sich zur Verwendung für chemische Zwecke nicht eignen. Es ist beispielsweise
bekannt, daß normale Sulfatz.ellstoffe, auch wenn sie den gleichen Alphacel.lulosegehalt
wie Sulfitzells.toffe aufweisen, bei der Herstellung von Viskoselösungen und ihrer
späteren Verarbeitung außerordentliche Schwierigkeiten bereiten. Ebenso eignem.
sich Sulfatzellstoffe. nicht zur Acetylierung. Diese Erscheinung ist bedingt im
-wesentlichen durch einen besonders hohen Restanteil von Pentosanen in den Zellstoffen,
der sich auf alkalischem Wege) nicht oder nur schwer entfernen läßt. Dies kommt
besonders deutlich in der Tatsache zutage, daß nach dem Sulfatverfahren, vor allern
bei Ausgangsmaterialien mit hohem Pentosan gehalt, wie Laubhölzern, z. B. Buchen-
oder
Pappelholz, bei normalen Alphacellulosegehalten sehr hohe Pentosangehalte,
die, mit dem Alphacellulosegehalt nicht in Einklang zu. bringen sind, gefunden werden.
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Um diesem Mangel abzuhelfen, ist vorgeschlagen worden, durch saure
Vorhydrolyse den pentosanmeichen Pflanzenstoffen Pento-' sa:ne zu entziehen,," aus
dem Vorhydrolysat Furfurol und aus dem nach der- Vorhydrolyse verbleibenden Rückstand
nach dem alkalischen Verfahren pentosanarme Zellstoffe herzustellen. Für die Vorhydrolyse
benutzte man bereits Säuren und saure Salze: vieler Art und ging hierbei grundsätzlich,
ähnlich wie bei den Holzverzudlcerungs- oder alkalischen Veredelungsverfahren für
Zellstoffe, derart voar, daß zwecks. Herauslösung der Pentosane entweder mit verdünnten
Lösungen bei höherer Temperatur unter Druck oder mit höher konzentrierten Lösungen
bei tiefer oder bei mäßig erhöhter Temperatur gearbeitet wurde. Es wurde indessen
darauf hingewiesen, daß verdünnte Säuren bei erhöhter Temperatur zwar in der Lage
sind, den Ausgangsstoffen große Mengen von Pentosanen zu entziehen, daß sie jedoch
schlecht geeignet sind zur Herstellung von Fuirfuro,l, da die Dehy dratisierung
der Pentosane zu Furfurol mit höher konzentrierten Säuren in wesentlich höherem
Umfange eintritt und außerdem die Anwendung von,. Druck, also bei Verwendung verdünnter
Lösungen, nach dem Autoklavprinzip gebaute Apparaturen erfordert, während die Ausübung
eines drucklos arbeitenden Verfahrens sich wesentlich einfacher gestaltet.
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Weiterhin findet sich in dem Schrifttum die Angabe, daß, wenn es darauf
ankommt, nicht nur Furfurol zu gewinnen, sondern auch den Rückstand der Zellstoffgewinnung
zuzuführen, hierzu von allen vorgeschlagenen Mitteln, hauptsächlich die Schwefelsäure
geeignet ist, einmal wegen ihrer Billigkeit und weil sie, Cellulose weniger angreift
als Salzsäure; außerdem wurde, der Anwendung konzentrierter Schwefelsäure der Vorzug
gegeben, da nach bisheriger Anschauung so ein schnelles. Arbeiten bei wenig erhöhter
Temperatur und ohne die Anwendung von Überdruck gewährleistet war.
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Beispielsweise ist empfohlen worden, die Vorhydroiyse! mit einer 1o-
bis 30%igen, vorzugsweise einer 2o%igen, Schwefelsäure bei etwa 70 bis 8o°
ohne Druck durchzuführen. Auch hat man vorgeschlagen, pentosanhaltigen Pflanzenstoffen
mittels io- bis 30%iger Mineralsäure bei etwa go° während 15 bis 5o Minuten die,
Pentosane zu entziehen und den Rückstand auf Cellulose zu verarbeiten oder auch
vor der Gewinnung des Zellstoffs Harze, Pentosane und Hexosane aus dem Holz durch
Behandlung mit einer Lösung von 1,5- bis 2,5%iger Mineralsäure oder sauren Salzen
bei 120 bis i.45° herauszulösen. Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von
reinen Zellstoffen bekannt, bei dem das Holz mit Schwefelsäure behandelt und dann
alkalisch aufgeschlossen wird, wobei die Behandlung des Rohstoffs bei einer Säurekonzentration
von 15 bis. 35010 ohne Druck bei 2o bis. d.o° erfolgt, während bei Verwendung
verdünnter Schwefelsäure in einer Konzentration von i % die Anwendung von viel höheren
Temperaturen, nämlich von ioo° und darüber, d. h. die Anwendung von Druck, notwendig
ist. Schließlich ist auch schon versucht worden, die Vorhydrolyse von Stroh mit
Salzsäure durchzuführen, doch kamen auch hierbei hohe Säurekonzentrationen zur Anwendung.
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Es wurde nun gefunden, daß sich der Pentosangehalt von alkalisch aufgeschlossenen
Zellstoffen wesentlich herabdrücken und der Alphacellulosegeha.lt beträchtlich erhöhen
läßt, wenn man das cellulosehaltige Rohmaterial vor dem Aufschluß mit verdünnter
Salzsäure; in Konzentrationen unter i 0/0 ohne Druck bei Temperaturen bis höchstens
ioo° behandelt.
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Diese Arbeitsweise bietet dem Bekannten gegenüber beträchtliche Vorteile,
die vor allem in einer wesentlichen Vereinfachung und Verbilligung der sauren Vorhydrolyse
bestehen. Aber nicht nur, daß die sauere Vorbehandilung des zur Cellulosegewinnung
verwendeten Materials nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem außerordentlich,
gieringen Aufwand an Säure und in offenen Gefäßen leicht durchgeführt werden kann,
auch der gewonnene Zellstoff ist von wesentlich hellerer Farbe als auf normalem
alkalischen Wege hergestellter Zellstoff und wesentlich leichter bleichbar als dieser.
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Die Arbeits- und Wirkungsweise des Verfahrens werden an folgendem
Beispiel äeutlich: Beispiel i kg Buchenholzschnitzel werden mit 0,5%iger- Salzsäure
5 Stunden lang in einem offenen Gefäß gekocht und danach ausgewaschen. Das so behandelte
feuchte Material wird darauf mit 51 einer Sulfatlauge nach J ay m e , die 30/0 Na
enthält, und zwar davon 6o 0% a,ls NaOH, 25% als Na. C 03 und i 5 % als NaZ S, nach
dem Ankochen 4 Stunden bei 16o° im Autoklav erhitzt. Das urgebleichte, auf diese
Weise gewonnene Material besitzt einen Alphacellulosegehalt von gq.,2%, einen Pentosangehalt
von 6,5% und einen Holzgummigehalt von 3,3%. Wird die saure Vorbehandlung dagegen
weggelassen,
aber der genau gleiche alkalische Aufschlu,ß allein
durchgeführt, so. erhält man einen Stoff, der ungeblbicht folgende Werte gibt: 85,6%
Alphacellulose, etwa 2o °/o Pentosan und 13 % Holzgummi.