Verfahren zur Behandlung von störende Gefässzellen enthaltendem Zellstoff

Abstract

 Das Verfahren dient der Verbesserung von Laubholz-Zellstoff, insbesondere, wenn er aus tropischen Laubhölzern gewonnen wurde. Das Verfahren umfasst eine Dispergierung des Zellstoffes und verbindet in speziellen Ausführungsformen diese mit einer hochwirksamen Cleaner-Behandlung. Auf diese Weise lässt sich die schädliche Auswirkung der in tropischen Laubhölzern vorkommenden großen Gefäßzellen (vessels) reduzieren oder ganz beseitigen. Eine Schädigung der Zellstofffasern wird vermieden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bekanntlich enthalten Frischzellstoffe, zu deren Erzeugung schnell wachsende Laubhölzer, insbesondere tropische Laubhölzer verwendet werden, sogenannte Gefäßzellen (englisch: vessels), welche in Folge der klimatischen Bedingungen relativ große Abmessungen aufweisen. Ihr Mengenanteil am Zellstoff liegt zumeist bei 3 bis 5 %. Diese Gefäßzellen werden bei der Zellstofferzeugung nicht entfernt und sind bei dem aus einem solchen Zellstoff hergestellten Papier störend, da sie für bestimmte Nachteile verantwortlich sind. So kann es z.B. passieren, dass die Gefäßzellen aus dem Papiergefüge ausbrechen, wodurch sich die Oberfläche verschlechtert und die Papiereigenschaften beeinträchtigt sind. Anders als die Zellstofffasern haben sie hydrophoben Charakter.

[0003] Zwar ist aus der DE 198 16 621 A1 bereits ein Verfahren bekannt, um dieses Problem zu lösen, es findet aber seine Grenzen, wenn die Zellstofffasern durch die dabei angewandte Mahlung in unerwünschter Weise verändert werden.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Nachteile, die sich aus dem Gehalt an Gefäßzellen ergeben, zu reduzieren oder ganz zu beseitigen und gleichzeitig die gewünschten Eigenschaften, wie z.B. spezifisches Volumen, möglichst zu erhalten.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale in Verbindung mit denen des Oberbegriffs gelöst.

[0006] Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, dass die durch die genannten Gefäßzellen drohenden Qualitätseinbußen für das aus dem Zellstoff später hergestellte Papier nicht mehr auftreten. Der weit überwiegende Teil der Gefäßzellen kann entfernt werden, und die eventuell nicht entfernten Gefäßzellen werden so im Faserverbund verankert (verfilzt), dass sie darin verbleiben, auch wenn das Papier beansprucht wird.

[0007] Das Verfahren wird üblicherweise in der Stoffaufbereitung einer Papierfabrik angewendet. Es kann aber auch bereits in der Zellstofffabrik nach dem Aufschluss durchgeführt werden.

[0008] Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1

ein vereinfacht dargestelltes Verfahrensbeispiel;

Fig. 2

ein Diagramm;

Fig. 3

eine vereinfacht dargestellte Verfahrensvariante.

[0009] Das Schema der Fig. 1 zeigt ein wichtiges Beispiel zur Durchführung des Verfahrens. So wird der Zellstoff 1 in suspendierter Form oder nach - nicht gezeigter - Auflösung in Wasser und eventueller Vorreinigung in einem Eindicker 2 auf eine Konsistenz zwischen 15 und 35 % gebracht. Die anschließende Dispergierung erfolgt hier in einem an sich aus der Altpapier-Aufbereitung bekannten Scheibendisperger 3. In anderen Fällen kann ein Knetdisperger verwendet werden. Die Garnituren von Scheibendispergern haben eine sehr große Anzahl von Schlitzen und werden relativ schnell aneinander vorbei bewegt. Ein Beispiel zeigt die DE 30 47 013 A1. Knetdisperger dagegen (s. z.B. DE 42 37 433 A1) haben eine gröbere Struktur und arbeiten mit geringeren Relativgeschwindigkeiten.

[0010] Nach Verdünnung des dispergierten Stoffes 4 in der Bütte 16 wird bei der hier dargestellten Ausführungsform die Suspension mit einer Stoffpumpe 5 durch eine Hydrozyklonanlage 6 gepumpt. Letztere besteht im Regelfall aus einer Vielzahl hochwirksamer Hydrozyklone, sogenannte Cleaner, die mit Zentrifugalfeldern arbeiten, die mindestens das 200-Fache der Erdbeschleunigung erreichen. Auch diese sind aus der Altpapier-Aufbereitung bekannt. Mit dem Rejekt 7 dieser Cleaner werden Gefäßzellen abgeschieden, während der Akzept 8 einen Rohstoff für einwandfreie Papierqualität darstellt. Neben dem Vorteil des Akzeptes 8, keine schädlichen Gefäßzellen zu enthalten, sind auch die Fasern in gutem Zustand, insbesondere was Entwässerungseigenschaften auf der Papiermaschine und spezifisches Volumen des erzeugten Papiers betrifft. Die im Rejekt 7 enthaltenen Fasern können durch weitere - nicht gezeigte - Cleanerstufen eventuell in Verbindung mit mechanischer Bearbeitung zurückgewonnen werden.

[0011] Im Diagramm der Fig. 2 ist die Partikelgröße 9 der Gefäßzellen im Bereich von 0,1 bis 1 mm unten aufgetragen, nach rechts zunehmend. Die Ordinate zeigt die flächenbezogene Häufigkeit 10 der im Probeblatt gefundenen Gefäßzellen, z.B. gemessen in 1/mm². Das Diagramm weist vier Kurven auf, die den Zusammenhang darstellen, je nach dem welche Behandlung der eingesetzte Zellstoff erfahren hat. Die oberste dieser Kurven, die Kurve 11, stellt die Häufigkeitsverteilung der Gefäßzellen im Zellstoff 1 dar, also bevor dieser dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wurde. Dabei zeigt sich, dass im Ausgangszustand die flächenbezogene Häufigkeit 10 bei einer kleinen Partikelgröße 9 relativ hoch ist und zu größer werdenden Partikelgrößen abfällt. Der lediglich dispergierte Stoff 4 hat bereits eine deutlich bessere Qualität, was schematisch in der Kurve 13 dargestellt ist. Nach Durchführung des Verfahrens in der in Fig. 1 gezeigten Form hat der Akzept 8 der Hydrozyklone die in Kurve 14 eingetragene Verteilung, d.h. es sind kaum noch Gefäßzellen vorhanden. In einem Vergleichsversuch ist noch die Kurve 12 ermittelt worden, die zwischen den Kurven 11 und 13 liegt und die den Zustand nach Hydrozyklon unter Umgehung des Scheibendispergers 3 beschreibt. Man kann also feststellen, dass die Dispergierung bereits die gestellte Aufgabe löst und dass insbesondere durch die Kombination beider Verfahrensschritte ein ausgezeichneter Faserstoff erzeugt werden kann, der praktisch frei ist von störenden Gefäßzellen. Selbst wenn im Akzept 8 noch ein Rest von Gefäßzellen vorhanden ist, sind diese sehr stark mit den Zellstofffasern verfilzt, wie es sich mit Hilfe von rasterelekronischen Aufnahmen von aus dieser Suspension gebildeten Blättern klar erkennen ließ, so dass auch von diesen keine qualitätsschädigende Wirkung mehr ausgehen kann.

[0012] Das Diagramm gemäß der Fig. 2 soll die Zusammenhänge nur qualitativ zeigen. Es sind je nach Zellstoffart und Wahl der Parameter Abweichungen von diesem Verlauf möglich, wobei sich die grundsätzliche Verbesserung durch das erfindungsgemäße Verfahren jedoch eindeutig bestätigt.

[0013] Eine Möglichkeit, das Problem der Gefäßzellen mit einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu lösen, zeigt die Fig. 3. Demnach werden die Zellstofffasern in der Hydrozyklonanlage 6 wiederum von Gefäßzellen gereinigt, aber bereits vor der Dispergierung. Dann ist der Rejekt 7' der Hydrozyklonanlage 6 stark mit Gefäßzellen angereichert, so dass die anschließende Dispergerbehandlung gezielt auf die Zerkleinerung und Verfilzung dieser Gefäßzellen gerichtet werden kann. Wegen der weitaus geringeren Menge bleiben Energieverbrauch und apparativer Aufwand in engen Grenzen, so dass diese Variante besonders wirtschaftlich ist. Auch Faserverluste und Faserschädigung lassen sich noch leichter vermeiden. Nach der Dispergierung und eventuellen Verdünnung kann der Faserstoff dem Akzept 8 der Hydrozyklonanlage 6 wieder zugegeben werden, so dass eine Suspension 15 entsteht, die frei ist von störenden Gefäßzellen. Die im Akzept 8' der Hydrozyklonanlage 6 enthaltenen restlichen Gefäßzellen sind so klein, dass sie auch ohne Dispergierung dieses Teilstromes wenig stören.

Ansprüche

1. Verfahren zur Behandlung einer störende Gefäßzellen enthaltenden, insbesondere aus Laubholz hergestellten Frischzellstoffsuspension, durch das die Schädlichkeit der Gefäßzellen ausreichend beseitigt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gemisch aus Zellstofffasern und Gefäßzellen bei einer hohen Konsistenz, vorzugsweise zwischen 15 und 35 % dispergiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gemisch nach dem Dispergieren bei einer niedrigen Konsistenz, vorzugsweise unter 3 % in Hydrozyklonen fraktioniert wird und dass dabei zumindest der überwiegende Teil der Gefäßzellen bei einer Konsistenz unter 3 % in Hydrozyklonen ausgeschieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus dem Gemisch bei einer Konsistenz unter 3 % der überwiegende Teil der Gefäßzellen als Rejekt (7') von Hydrozyklonen ausgeschieden und dass der Rejekt (7') anschließend bei einer Konsistenz zwischen 15 und 35 % dispergiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dispergierung in einem Scheibendisperger bei einer Konsistenz von 25 bis 35 % durchgeführt wird und dass dabei eine spezifische Arbeit von mehr als 70 kWh/t übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dispergierung in einem Knetdisperger bei einer Konsistenz von 25 bis 35 % durchgeführt wird und dass dabei eine spezifische Arbeit von mehr als 90 kWh/t übertragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dispergierung bei einer Temperatur unter 70° C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Zulauf in die Hydrozyklone eine Konsistenz von weniger als 1,3 %, vorzugsweise unter 0,8 %, eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Hydrozyklon ein Rejektstrom kontinuierlich abgezogen wird, dessen Größe 10 - 30 Vol% des Zulaufstromes zum Hydrozyklon entspricht.

Zeichnung