Verfahren zur Delignifizierung von Sulfatzellstoffen

Abstract

 Die Erfindung betrifft die Delignifizierung von Sulfatzellstoffen mit Sauerstoff in alkalischem Medium, der eine Behandlung mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid in saurem Medium vorausgeht.
Das Verfahren führt zu Zellstoffen mit geringem Ligningehalt und gleichzeitig befriedigenden Festigkeitswerten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die alkalische Delignifizierung von Sulfatzellstoffen mit Sauerstoff, der eine Behandlung mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid in saurem Medium vorausgeht.

[0002] Die auf chemischem Weg gewonnenen Zellstoffe, wie sie z.B. aus dem Sulfitverfahren oder den alkalischen Natron- oder Sulfatverfahren anfallen, enthalten neben dem Hauptbestandteil Cellulose noch geringe Mengen Lignin, Hemicellulosen und einige andere Bestandteile. Die genannten Begleitstoffe der Cellulose, vor allem das Lignin, bewirken die Verfärbung des Zellstoffes oder daraus hergestellter Produkte.

[0003] Um aus dem Zellstoff Papier oder andere Produkte von hoher Weiße, die nicht zur Vergilbung neigen, herzustellen, ist eine Entfernung der nach dem chemischen Aufschluß verbliebenen Begleitstoffe durch eine Bleiche notwendig.

[0004] Bei der Verwendung von Sauerstoff und Alkali zur Delignifizierung von ungebleichtem Zellstoff ist es nicht sinnvoll, mehr als die Hälfte des im Zellstoff noch vorhandenen Lignins zu entfernen. Unter den Bedingungen der Sauerstoff-Delignifizierung in alkalischem Medium kommt es nämlich bei einer zu intensiven Behandlung des Zellstoffes zu einem Abbau der Kohlenhydratketten und damit zu einem unerwünschten Verlust an Festigkeit der resultierenden Zellstoffasern. Zur Vermeidung der Belastung der Umwelt mit chlorierten Verbindungen aus dem Abwasser der früher ausschließlich ^ge-bräuchlichen Chlorierungsstufe ist es jedoch wünschenswert, möglichst weitgehend zur Delignifizierung nur Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Verbindungen einzusetzen. Die Delignifizierung und Bleiche durch die gleichzeitige Einwirkung von Sauerstoff und Wasserstoffperoxid im sauren Medium führt bei Sulfitzellstoffen zu guten Ergebnissen, wie man der Deutschen Patentanmeldung P 34 28 352.8 entnehmen kann.

[0005] Um auch bei Sulfatzellstoffen eine weitgehende Ligninentfernung bei gleichzeitig guten Viskositätswerten zu erreichen, ist es gemäß DE-OS 32 13 856 (Samuelson) notwendig, den ungebleichten Zellstoff vor der alkalischen Sauerstoff-Delignifizierung mit N0₂ und Sauerstoff vorzubehandeln. Die Verwendung von N0₂ erfordert jedoch eine relativ hohe Konsistenz und ist auch mit den bekannten, sich durch die chemischen Eigenschaften von N0₂ ergebenden Problemen verbunden.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Erreichung eines hohen Delignifizierungsgrades durch Behandlung des Zellstoffs mit Sauerstoff bei gleichzeitig hohen resultierenden Festigkeiten.

[0007] Gegenstand der Erfindung ist ein zweistufiges Verfahren zur Delignifizierung von unter alkalischen oder neutralen Bedingungen erzeugten Zellstoffen (Sulfatzellstoffen) mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zellstoff bei einem pH-Wert < 5 gleichzeitig mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid vorbehandelt und anschließend mit Sauerstoff im alkalischen Medium weiter delignifiziert.

[0008] Durch die Kombination der alkalischen Sauerstoff-Delignifizierung mit der Vorbehandlung erreicht man Kappa-Werte, die niedriger liegen als die mit der Sauerstoff-Delignifizierung erzielten. Gleichzeitig sinkt aber die Viskosität überraschenderweise nicht so stark ab und auch bei der Reißlänge zeigen die erfindungsgemäß delignifizierten Zellstoffe deutlich bessere Werte als die einstufig mit Sauerstoff im alkalischen Medium behandelten Zellstoffe.

[0009] Auch bei hohem Delignifizierungsgrad liegen die resultierenden Festigkeitswerte auf einem hohen Niveau.

[0010] Vorteilhaft läßt man Sauerstoff und Wasserstoffperoxid nur kurzzeitig, d.h. 60 sec bis 60 min, bevorzugt ⁴ bis 3⁰ min, auf den Zellstoff in saurem Medium einwirken.

[0011] Man arbeitet mit einem Sauerstoffdruck von 0,03 bis 0,5 MPa, einer Sauerstoffkonzentration von 0,1 bis 5 Gew.-%, einer Wasserstoffperoxidkonzentration von 0,1 bis 3 Gew.-%, bevorzugt bis zu 2 Gew.-% jeweils bezogen auf atro Zellstoff, einer Stoffdichte von 5 bis 40 % bevorzugt 8 - 25 % in dem pH-Bereich von 1 bis 4, bevorzugt 1,5 bis 3, bei einer Temperatur von 60 bis 120°C, bevorzugt von 80 bis 100°C.

[0012] Die Sauerstoffdelignifizierung im alkalischen Medium in Gegenwart von NaOH als Base erfolgt nach dem Stand der Technik bei 90 - 120°C und einem Sauerstoffdruck von 0,1 bis 0,5 MPa.

[0013] Der Wechsel zwischen der sauren Vorbehandlung und der alkalischen Delignifizierung mit Sauerstoff kann durch die Einschaltung einer Diffusionswäsche so durchgeführt werden, daß nur geringfügig mehr Dampf-und Waschwasser benötigt wird. Die Arbeitsweise ohne Zwischenwäsche, bei der zur Neutralisation der sauren Stufe mehr Alkali benötigt wird, hat dagegen den Vorteil, sowohl überschüssigen Sauerstoff als auch Wasserstoffperoxid aus der Vorbehandlungsstufe in der weiteren Stufe konsumieren zu können. Der Dampfbedarf wird gegenüber der Standarddelignifizierung dann nicht erhöht. Der höhere Alkalibedarf läßt sich aus kaustifizierter Weißlauge decken. Da das Abwasser der Sauerstoff-Stufe zurückgeführt wird, kommt es in der Summe zu keinem höheren Chemikalienbedarf. Die Vorteile dieser Vorbehandlung mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Säuren erläutern folgende Beispiele:

Beispiel 1

[0014] 

a) Kiefernsulfat-Zellstoff mit Kappa-Zahl 29,5 wird bei 100°C und 12 % Stoffdichte 5 Minuten bei ₀,3 MPa I 0,3 Gew.-% Sauerstoff und 0,6 Gew.-% Wasserstoffperoxid bei pH 1,8 behandelt. Nach einer Wäsche des Zellstoffes beträgt die Kappa-Zahl noch 22,8, die Viskosität 1210 dm³/kg. Im zweiten Behandlungsschritt folgt bei 115°C, 12 % Stoffdichte und 90 Minuten Verweilzeit eine Sauerstoffdelignifizierung unter 0,5 MPa 0₂-Druck in Gegenwart von 4 Gew.-% NaOH und 0,5 Gew.-% MgSO₄. Dabei resultiert ein Aufschlußgrad von Kappa 8,9. Der Zellstoff weist folgende Eigenschaften auf:

b) Führt man die Sauerstoff-Delignifizierung wie unter a), jedoch ohne saure O₂/H₂O₂-Vorbehandlung durch, so erhält man folgendes Resultat:

Beispiel 2

[0015] 

a) Fichtensulfat-Zellstoff mit einer Kappa-Zahl von 31,5 wird bei 90°C und 14 % Stoffdichte bei 0,3 MPa mit ₀,_{4 G}ew.-% Sauerstoff und 0,5 Gew.-% H₂0₂ 20 Minuten behandelt. Durch Zusatz von 0,7 Gew.-% H₂S0₄ wurde pH 2,2 eingestellt.

Nach der Vorbehandlung wird nicht gewaschen, sondern durch Zusatz von 5 % NaOH alkalisiert. Der Sauerstoffdruck sowie die Temperatur wird auf 0,5 MPa und 120°C angehoben. Durch den Chemikalien- 'zusatz verringert sich die Konsistenz auf 12 %.

Die Verweilzeit beträgt 90 Minuten. Der so delignifizierte Zellstoff weist folgende Eigenschaften auf: -

b) Delignifiziert man den gleichen Zellstoff mit Sauerstoff unter gleichen Bedingungen (jedoch entsprechend der zur Neutralisierung bei a) notwendigen geringeren Natronlaugemenge) so resultiert ein Zellstoff mit Kappa-Zahl 14,3.

Dieser weist folgende Eigenschaften auf:

Ansprüche

1. Zweistufiges Verfahren zur Delignifizierung von unter alkalischen oder neutralen Bedingungen erzeugten Zellstoffen (Sulfatzellstoffen) mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zellstoff bei einem pH-Wert e-5 gleichzeitig mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid vorbehandelt und anschließend mit Sauerstoff im alkalischen Medium weiter delignifiziert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorbehandlung unter einem Sauerstoffdruck von 0,03 bis 0,5 _MPa, einer Sauerstoffkonzentration von 0,1 bis 5 Gew.-%, mit einer Wasserstoffperoxidkonzentration von 0,1 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf atro Zellstoff, einer Stoffdichte von 5 bis 40 % in dem pH-Bereich von 1 bis 4 bei einer Temperatur von 50 bis 120°C durchführt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man an die Vorbehandlung mit oder ohne Zwischenwäsche eine Sauerstoff-Delignifizierung in Gegenwart von NaOH als Base bei 90 - 120°C und 0,1 - 0,5 MPa Sauerstoffdruck anschließt.