HERSTELLUNG CHEMO-MECHANISCHER UND/ODER CHEMO-THERMO-MECHANISCHER HOLZSTOFFE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Herstellung chemo-mechanischer und/oder chemo-thermo-mechanischer Holzstoffe aus lignocellulosehaltigen Rohstoffen, wie Holzhackschnitzel, Holzspäne, vorzerfasertes Holz oder Sägemehl.

[0002] Die Herstellung von Holzstoffen in Refinern ermöglicht unter optimierten Bedingungen bessere Qualitäten als bei der Steinschliffproduktion. Dazu erforderlich ist jedoch eine thermische oder thermische und chemische Behandlung des Holzes vor der Defibrierung. Ziel einer solchen Vorbehandlung ist die Erweichung des Lignins, wodurch der Energiebedarf zur Lösung der Fasern aus dem Gewebeverband reduziert und Sollbruchstellen im Bereich von Primärwand und S1 erzeugt werden. Die resultierenden Faseroberflächen sind kohlenhydratreich und besitzen dadurch gute Voraussetzungen zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Oberflächen dieser Fasern. Die bei der thermischen Vorbehandlung anzuwendenden Temperaturen liegen zwischen 125 und 150 °C. Bei einer Behandlungsdauer von wenigen Minuten soll das erwähnte Ziel der Ligninplastifizierung zwar erreicht werden, aber letztere soll nicht so weitgehend sein, daß es zu einer Trennung der Fasern im Bereich der Mittellamelle kommt, wodurch zwar eine intakte Faser entstünde, die jedoch mit einer hydrophoben Ligninschicht auf der Oberfläche versehen wäre. Höhere Temperaturen oder eine längere Behandlungsdauer haben zudem den Nachteil, daß die Ligninstruktur sich durch Kondensationsreaktionen verändert und die Fasern erheblich abdunkeln.

[0003] Durch eine Sulfonierung des Holzes im Bereich der Sollbruchstellen wird eine gezielte Defibrierung des Holzes erreicht, ein Weißgradverlust verhindert und ein hydrophileres Lignin im Bereich der späteren Faseroberfläche erzeugt. Als weiterer positiver Aspekt der Sulfonierung ist die Erzeugung flexibler Fasern anzusehen.

[0004] Der Energiebedarf zur Isolierung von Fasern aus dem Holzgewebe wird durch eine thermische oder chemische Vorbehandlung des Holzes vermindert. Zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Faserstoffen für die Papier- und Pappenproduktion müssen diese jedoch weiter mechanisch defibrilliert werden. Hierbei werden durch mechanische Krafteinwirkung von der Oberfläche der Fasern Wandschichten oder Fibrillen abgeschält, wodurch die spezifische Oberfläche der Fasern erhöht und somit ihre Bindungskapazität und ihre Flexibilität verbessert werden. Derartige Verfahren sind ausführlich in der Literaturstelle "Pulp and Paper Manufacture, Volume 2, Mechanical Pulping, Tappi, Atlanta 1987" beschrieben.

[0005] Im Vergleich zum Steinschliffverfahren ist der Energiebedarf bei allen Refinerholzstoff-Verfahren bedeutend höher. Beim Steinschliffprozeß wird die Zerfaserungsenergie gezielt an die Holzschicht abgegeben, die unmittelbar an der Steinoberfläche liegt. Bei Refinerverfahren ist die Energieübertragung ungezielter, da Energie für die Stoffbeschleunigung, für die Reibung der Holzpartikel untereinander und an den Scheiben, für die Formung der Partikel und für die Flüssigkeitsreibung verbraucht wird. Beim Steinschliffprozeß greifen die Kräfte immer quer zur Faserrichtung an, wo das Holz geringere Festigkeiten aufweist. Da die Hackschnitzel im Refiner mit ihrer Faserrichtung nicht immer parallel zur Zentrifugalkraft ausgerichtet sind, ist hier der Energieaufwand für die Zerfaserung höher. Die thermische und chemische Vorbehandlung kann zwar den Energiebedarf zur Lösung der Fasern aus dem Holzgewebe reduzieren, der Gesamtenergiebedarf zur Herstellung eines mehr oder weniger weitgehend defibrillierten Holzstoffes vermindert sich dagegen nicht, da die Faser durch die Vorbehandlung flexibler geworden ist und der Einwirkung der Mahlsegmente des Refiners ausweichen kann, so daß zwar eine gezieltere Defibrillierung möglich wird, für diese jedoch mehr Be- und Entlastungsvorgange erforderlich sind.

[0006] Müssen für einen hochwertigen Nadelholz-Steinschliff etwa 1.500 kWh/t aufgewendet werden, so sind dies für TMP etwa 2.000 und für CTMP 2.500 kWh/t.

[0007] Zur Erzeugung hochwertiger Holzstoffe ist, wie bereits erwähnt, eine Sulfonierung des Lignins erforderlich. Dies geschieht üblicherweise durch Einsatz von Natriumsulfit im alkalischen Medium, da auch gleichzeitig eine Quellung der Faser erfolgt, was günstige Bedingungen für die anschließende Defibrierung schafft. Eine Sulfonierungsreakton läuft bekanntlich auch im sauren pH-Bereich ab, je niedriger der pH-Wert, um so schneller erfolgt sie. Konkurrierende Kondensationsreaktionen des Lignins werden jedoch auch durch niedrige pH-Werte begünstigt. Lignosulfonate mit einem höheren Sulfonierungsgrad sind wasserlöslich und vermindern daher die Faserstoffausbeute. Andererseits greifen Säuren die Kohlenhydrate an, depolymerisieren sie und führen zu einer Schwächung des Faserverbandes.

[0008] Der hohe Energiebedarf, insbesondere der CTMP-Stoffe, begrenzt deren Produktion auf Länder mit günstigen Energiepreisen. Die zukünftige Entwicklung auf dem Gebiet der Holzstoffherstellung ist daher wesentlich vom Energiebedarf der Verfahren abhängig. Eine deutliche Reduzierung des Energieeinsatzes erscheint unabdingbar.

[0009] Aufgabe eines neu zu entwickelnden, energetisch günstigen Holzstoffherstellungsverfahrens ist es daher, Bedingungen zu finden, die eine gezielte Sulfonierung in geringem Ausmaß ermöglichen, eine Kondensation des Lignins verhindern, Ausbeuteverluste vermeiden und den Energiebedarf zur Defibrierung des Holzes und Defibrillierung der entstehenden Fasern deutlich reduzieren. Für die Umweltfreundlichkeit eines solchen Verfahrens wäre es zudem sehr vorteilhaft, wenn die eingesetzten Vorbehandlungschemikalien vollkommen oder zumindest möglichst weitgehend zurückgewonnen werden könnten. Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0010] In M. Jackson et. al. "Chemithermomechanical pulp production and end-uses in Scandinavian", Tappi Journal vol. 85, no 2. Febr. -85, EASTON US Seiten 64-68 sind CTMP/CMP Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.

[0011] Die Benutzung von wäßrigen, sauren Aufschlußlösungen von aliphatischen mit Wasser mischbaren Alkoholen und Schwefeldioxid in der Herstellung von Papier ist zwar aus US-A-2060068 schon lange bekannt. Auch hat Schorning über den basenlosen Sulfitaufschluß unter Einsatz von Methanol zur Herstellung von Zellstoffen in der Literaturstelle "Faserforschung und Textiltechnik 12, 487 bis 494, 1957" berichtet. Der angegebene Lösungsweg hat sich trotz der geschilderten Vorteile in der Praxis nicht durchsetzen können. Obwohl das Schorning-Verfahren bereits 1956 publiziert worden war,, sind die Versuche zum Zellstoff-Alkohol-Aufschluß erst Mitte der 70er Jahre wieder aufgegriffen worden und haben erst dann teilweise zum Erfolg geführt, wie z. B. die DE-A-32 17 767 beweist.

[0012] Anhand der von Schorning aufgeführten Ergebnisse war das Ziel aller durchgeführten Untersuchungen, eine Rezeptur für einen Zellstoffaufschluß aufzufinden, der einen möglichst weitgehend delignifizierten Zellstoff zur Weiteraufbereitung zu Kunstfaserzellstoff zur Verfügung stellt.. Die Ausbeuten lagen dabei für die als gut befundenen Aufschlüsse im Bereich von 40 bis 50 Gew.%.. Aufschlüsse mit höheren Ausbeuten wurden verworfen. Ein Hinweis, daß derartige Zellstoffe auch für die Zwecke der Papierherstellung geeignet sein könnten, ist dieser Literaturstelle nicht zu entnehmen. Insbesondere fehlen Angaben über Festigkeitsuntersuchungen, die irgendwelche Rückschlüsse über die Eignung derartiger Zellstoffe für Papierzwecke ermöglicht hätten.

[0013] Wählt man nun mildere Temperaturbedingungen und/oder kürzere Reaktionszeiten, so läßt sich überraschenderweise ohne größere Ausbeuteverluste das Lignin sulfonieren, ohne daß es zu den gefürchteten Kondensationsreaktionen kommt. Der Kraftbedarf bei der anschließenden Defibrierung des Holzes kann dann in Abhängigkeit von den Vorbehandlungsbedingungen durchaus auf ca. 50 % gesenkt werden, wobei die entstehenden Holzstoffe ausgezeichnete technologische Eigenschaften aufweisen. Dabei wird die spezifische Mahlarbeit in Abhängigkeit des erwünschten Feinheits- oder Mahlgrades in einem Bereich von 1.200 bis 1.900 kWh/t Faserstoff ausgewählt.

[0014] Die Verwendung des sauren Systems aliphatischer Alkohol/Wasser/SO₂ vermag nicht nur Lignin zu sulfonieren, wobei der Alkohol die Funktion der Base übernimmt, sondern durch die Anwesenheit des Alkohols wird auch die Imprägnierung verbessert, werden Kondensationsreaktionen im Lignin zurückgedrängt und Harz- und Fettsäuren gelöst. Der Alkohol erhöht zusätzlich die Löslichkeit des SO₂ im Wasser. Dieses System ist bereits bei Temperaturen unter 100 °C wirksam, aber auch höhere Temperaturen können angewendet werden. Dabei ist jedoch zu beachten, daß die Sulfonierung nur bis zur Erweichung des Lignins an den Sollbruchstellen zwischen Primärwand und S1 des Faserverbandes geführt wird. Eine weitergehende Sulfonierung ergibt durch Ligninherauslösung Ausbeuteverluste und Faserschädigung.

[0015] Ein wesentlicher Vorteil bei dieser Art von Vorbehandlung besteht darin, daß die eingesetzten Chemikalien auf einfache Weise zurückgewonnen werden können. Für den Alkohol ist dies quantitativ möglich, während beim SO₂ nur der nicht mit dem Holz reagierende Anteil zurückführbar ist. Im Vergleich zu basenhaltigen, neutralen oder alkalischen Sulfitsystemen mit deren komplizierter Rückgewinnung ist dies ein bedeutender Vorteil.

[0016] Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete wäßrige Aufschlußlösung enthält 10 bis 70 Vol.% aliphatische, mit Wasser mischbare Alkohole und 1,0 bis 100,0 g/l Schwefeldioxid. Der pH-Wert der Aufschlußlösungen liegt je nach SO₂-Gehalt zwischen 1,0 und 2,0. Die Hackschnitzel werden in dieser Lösung suspendiert, wobei ein Flottenverhältnis von 1 : 3 bis 1 : 6 gewählt wird, d. h. 1 kg atro Hackschnitzel werden in 3 bis 6 kg Lösung suspendiert. Bei der Wahl des Flottenverhältnisses ist die jeweilig gemessene Hackschnitzelfeuchte zu berücksichtigen, die die Konzentration der Aufschlußlösung erniedrigt. Der Anteil des in der Aufschlußlösung enthaltenen Schwefeldioxids hängt vom Vol.%-Gehalt an Alkohol ab. Weitere Gesichtspunkte für die Wahl der Schwefeldioxidkonzentration sind das Ausmaß der gewünschten Ligninsulfonierung im Hinblick auf die gewünschte Ausbeute, die Temperatur und die Zeit, die für die Ligninsulfonierung gewählt werden. Nach dem Tränken der Hackschnitzel mit der Aufschlußlösung werden diese zur Einleitung der Ligninsulfonierungsreaktion auf 50 bis 170 °C erwärmt. Ggf. kann nach dem Tränken überschüssige Aufschlußlösung abgezogen werden, insbesondere dann, wenn die Ligninsulfonierung in der Dampfphase erfolgen soll. Die Erwärmung kann dabei indirekt durch Umwälzen der Aufschlußlösung über einen Wärmeaustauscher oder direkt durch Einleiten von Dampf erfolgen.

[0017] Die Endtemperatur wird dabei wiederum in Abhängigkeit von der gewünschten Ausbeute, der Konzentration der Aufschlußlösungen und der Aufschlußzeit gewählt. Bei kurzen Aufschlußzeiten kann eine höhere Endtemperatur und umgekehrt angestrebt werden. Wird die Endtemperatur über 70 °C gewählt, ist die Durchführung der Reaktion in einem druckfesten Reaktionsgefäß erforderlich, um vorzeitiges Ausgasen des Alkohols und des Schwefeldioxids zu vermeiden.

[0018] Nach Erreichen der vorgewählten Endtemperatur wird diese während eines Zeitraumes von 1 bis 300 Minuten aufrecht erhalten. Bei niedrigen Endtemperaturen sind längere Haltezeiten und umgekehrt, wiederum in Abhängigkeit von der gewünschten Ausbeute, erforderlich.

[0019] Nach Ablauf der Haltezeit kann zunächst das vorhandene Gemisch aus Alkohol, Wasserdampf und nicht verbrauchtem SO₂-Gas abgezogen und einer Wiederaufbereitung, z. B. durch Kondensation, zugeführt werden. Noch in der Flüssigkeit vorhandener Alkohol und Schwefeldioxid kann durch Druckabsenkung bzw. Dampfeinblasung ebenfalls verdampft und wiedergewonnen werden. Die Wiedergewinnung des Alkohols und des nichtverbrauchten Schwefeldioxides kann aber auch erst nach der Defibriereinrichtung in einer nachgeschalteten, an sich bekannten Wärmerückgewinnungsanlage mit Kondensationsstufe erfolgen.

[0020] Daran anschließend werden die Hackschnitzel durch an sich bekannte Fördereinrichtungen einer an sich bekannten Defibriereinrichtung, wie z. B. Scheibenrefiner, zugeführt und mechanisch zerfasert. Ggf. kann der Defibriereinrichtung eine Hackschnitzelwaschvorrichtung vorgeschaltet werden. Ein vorgewählter Feinheitsgrad der zu defibrierenden Hackschnitzel wird durch die Durchsatzmenge pro Zeiteinheit und die Arbeitsaufnahme des Antriebs des Scheibenrefiners in kwh/t Faserstoff erreicht.

[0021] Für die in der Aufschlußlösung verwendeten Alkohole sind solche mit geraden oder verzweigten Ketten, einzeln oder in Mischungen, bevorzugt.

[0022] Um eine vollständige und verfahrenstechnisch einfache Rückgewinnung der Alkohole nach Beendigung der Ligninsulfonierung sicherzustellen, werden Alkohole bevorzugt, deren Siedepunkt bei Normaldruck unterhalb von 100 °C liegt. Zu diesen Alkoholen zählen Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol sowie tertiärer Butylalkohol. Wegen seiner großen Verfügbarkeit und günstigem Preis wird Methanol vorzugsweise eingesetzt.

[0023] Das Mischungsverhältnis zwischen Wasser und Alkohol kann zwar in weiten Grenzen variiert werden, bevorzugt wird jedoch der Alkoholanteil zwischen 20 bis 50 Vol.%, insbesondere zwischen 20 bis 40 Vol.%, ausgewählt.

[0024] Da die Geschwindigkeit der Ligninsulfonierung von der Schwefeldioxidkonzentration abhängig ist, sind an sich hohe Konzentrationen erwünscht. Diese kann jedoch bei erhöhter Temperatur während der Haltezeit zu unerwünschten Ausbeuteverlusten führen, so daß ein Schwefeldioxidgehalt der Aufschlußlösung von 5 bis 40 g/l bevorzugt wird.

[0025] Der angegebene Endtemperaturbereich während der Haltezeit kann zwar in Abstimmung mit der Verweilzeit und der Konzentration der Aufschlußlösung in den angegebenen Grenzen frei gewählt werden. Höhere Temperaturen erfordern jedoch einen Mehraufwand an Wärme sowie zusätzliche konstruktive Maßnahmen an dem Reaktionsgefäß wegen des sich dabei aufbauenden Druckes. Deshalb wird eine Erwärmung der die Hackschnitzel enthaltenden Aufschlußlösung auf eine Temperatur von 80 bis 120 °C bevorzugt. Werden Alkohole mit einem Siedepunkt nahe 100 °C verwendet, so wird eine Temperatur von 100 bis 120 °C gewählt.

[0026] Die Haltezeit bei der Endtemperatur beeinflußt einerseits den Grad der Ausbeute und wird andererseits durch das Volumen des Reaktionsgefäßes in Abhängigkeit des durchzusetzenden Massestromes an Aufschlußlösung und Hackschnitzel vorgegeben. Daher wird insbesondere bei kontinuierlichen Verfahren eine Haltezeit bei Endtemperatur von 2 bis 120 Minuten bevorzugt.

[0027] Soll die Möglichkeit der Energiereduzierung bei der Herstellung von chemisch-thermo-mechanischen Holzstoffen durch Imprägnierung mit einer Alkohol-Wasser-Schwefeldioxidlösung mit einer sehr schonenden Defribrierung kombiniert werden, kann der eigentlichen Imprägnierstufe eine Behandlung vorgeschaltet werden, wobei die Hackschnitzel mit einer alkoholisch wäßrigen Lösung vorbehandelt werden, die eine neutrale und/oder alkalische Natriumverbindung enthält.

[0028] Derartige Natriumverbindungen können aus Natriumsulfit und/oder Natriumhydroxid und/oder Natriumcarbonat bestehen, wobei die Lösung bevorzugt eine Konzentration von 1 bis 10 g/l Gesamtalkali, berechnet als NaOH, enthält.

[0029] Diese Natriumverbindungen haben die Aufgabe, die bei der eigentlichen Ligninsulfonierungsreaktion während der Haltezeit bei Endtemperatur aus dem Holz entstehenden organischen Säuren, wie Ameisen- und Essigsäure, abzupuffern, eine Ligninkondensation durch zu niedrigen pH-Wert zu vermeiden und die Quellung des Holzes zu fördern. Ein weiterer Vorteil der Zugabe der Natriumverbindungen ist die Erhaltung des Weißgehaltes der zu defribierenden Hackschnitzel, insbesondere bei Zugabe von Natriumsulfit.

[0030] Die Behandlung der Hackschnitzel mit einer eine Natriumverbindung enthaltenden wäßrigen Lösung kann auch nach der Ligninsulfonierungsreaktion in dem Reaktionsgefäß und nach dem Austreiben und Abziehen des Alkohols und Schwefeldioxidgases von der verbleibenden Aufschlußlösung erfolgen. Dazu werden die Hackschnitzel zunächst von der verbliebenen Aufschlußlösung mit Hilfe an sich bekannter Vorrichtungen abgetrennt und anschließend mit einer die Natriumverbindung enthaltenden Lösung bei einer Temperatur von 20 bis 150 °C nachbehandelt. Bevorzugt wird eine Lösung, die 1 bis 10 g/l Natriumsulfit, Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat, berechnet als NaOH, allein oder in Abmischung enthält. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, die papiertechnologischen Eigenschaften des zu erzeugenden Holzstoffes positiv zu beeinflussen.

[0031] Das vorliegende Verfahren kann auch auf bereits mechanisch zerfaserte Faserstoffe, wie z. B. bei der Holzschlifferzeugung anfallendes Sauerkraut, angewendet werden.

[0032] Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1:

[0033] Fichtenholzhackschnitzel werden bei 120 °C 10 Minuten mit einem Methanol-Wassergemisch von 40 : 60 Vol.% behandelt, das 12,5 g/l SO₂ enthält. Das Flottenverhältnis beträgt 1 : 4. Nach der Behandlungszeit wird das Methanol sowie das nicht verbrauchte SO₂ in der Gasphase zurückgewonnen und das Holz in einem Refiner zerfasert. Bei einer Mahlung auf 70 °SR beträgt der Mahlenergiebedarf nur 1.400 kWh/t, während mit 25 g/l Na₂SO₃ vorbehandelte Fichtenholzhackschnitzel zur Erzielung des gleichen Mahlgrades 2.500 kWh/t benötigten. Die Energieeinsparung beträgt somit 44 %.

[0034] Die Ausbeute beträgt 95 %, der Faserstoff hat folgende technologische Werte:

Reißlänge	3.260 m
Fortreißfestigkeit (Brecht/Imset)	1,04 J/m
spez. Volumen	2,30 cm³/g
Lichtstreuungskoeffizient nach SCAN C27:69	42,5 m²/kg

Beispiel 2:

[0035] Fichtenholzhackschnitzel werden zunächst 15 Min. bei 100 °C mit einem Methanol-Wassergemisch, das 5 g/l Na₂SO₃ enthält, behandelt, anschließend wird eine wäßrige SO₂-Lösung mit 50,0 g/l zugegeben und 60 Min. bei 100 °C aufgeschlossen. Das Flottenverhältnis beträgt nach der Zugabe der SO₂-Lösung 1 : 4. Nach Rückgewinnung der gasförmigen Aufschlußchemikalien werden die Hackschnitzel im Refiner auf einen Mahlgrad von 70 °SR zerfasert. Der Energiebedarf beträgt 1.850 kWh/t, was im Vergleich zu einem Standard-CTMP eine Einsparung von 26 % bedeutet.

[0036] Die Ausbeute beträgt 96 %, der Faserstoff hat folgende technologische Werte bei 70 °SR:

Reißlänge	4.320 m
Fortreißfestigkeit (Brecht/Imset)	1,23 J/m
spez. Volumen	2,22 cm³/g
Lichtstreuungskoeffizient nach SCAN C27:69	46,7 m²/kg

Beispiel 3:

[0037] Ein im Refiner ohne Vorbehandlung auf einen Mahlgrad von 15 °SR zerfaserter Holzstoff wird 10 Min. bei 100 °C mit der im Beispiel 1 beschriebenen Methanol/Wasser/SO₂ Lösung behandelt und anschließend in einer Jokro-Mühle unter Standardbedingungen weitergemahlen. Zur Erreichung eines Mahlgrades von 70 °SR wurden 6.750 Umdrehungen benötigt. Der nicht behandelte Referenzstoff benötigte zur Erreichung eines Mahlgrades von 63 °SR 15.750 Umdrehungen.

Beispiel 4:

[0038] Fichtenholzhackschnitzel werden bei 100 °C 60 Minuten mit einem Methanol-Wassergemisch von 30 : 70 Vol.% behandelt, das 50 g/l SO₂ enthält. Nach der Behandlungszeit werden das Methanol sowie das nicht verbrauchte SO₂ zurückgewonnen und die Hackschnitzel in einem Refiner zerfasert. Zum Erreichen eines Mahlgrades von 77 °SR sind 1.390 kWh/t erforderlich.

[0039] Die Ausbeute beträgt 92,0 %, der Faserstoff hat folgende technologischen Werte:

Reißlänge	4.070 m
Fortreißfestigkeit (Brecht/Imset)	0,96 J/m
spez. Volumem	2,03 cm³/g
Lichtstreuungskoeffizient nach SCAN C27:69	39,9 m²/kg

Beispiel 5:

[0040] Fichtenholzhackschnitzel werden 20 Minuten gedämpft und in ein Methanol-Wassergemisch von 50 : 50 Vol.% eingetragen, das 100 g/l SO₂ enthält. Nach einer Imprägnierungszeit von 30 Minuten wird die überschüssige Flüssigkeitsmenge abgezogen. Die auf diese Weise imprägnierten Hackschnitzel werden in einem Defibrator mit 150 °C heißem Dampf 5 Minuten behandelt und anschließend unter Druck defibriert. Die Mahlenergie zum Erreichen eines Mahlgrades von 68 °SR liegt bei 1.510 kWh/t.

[0041] Der hergestellte Faserstoff weist folgende technologischen Eigenschaften auf:

Reißlänge	4.130 m
Fortreißfestigkeit (Brecht/Imset)	1,02 J/m
spez. Volumen	2,28 cm³/g
Lichtstreuungskoeffizient nach SCAN C27:69	41,5 m²/kg

Beispiel 6:

[0042] Ein weiterer Aufschlußversuch fand erfindungsgemäß mit einer Methanol/SO₂-Lösung, die 70 Vol.% Methanol und 23 g/l SO₂ enthielt, bei einer Temperatur von 160 °C während einer Aufschlußdauer von 8 min statt. Diese Hackschnitzel wurden anschließend in einem Scheibenrefiner defibriert.

[0043] Die Ergebnisse der papiertechnologischen Untersuchungen sind in der Tabelle 1 einschließlich der Aufschlußparameter enthalten.

Vergleichsbeispiele 7 und 8:

[0044] Dazu wurden Aufschlüsse an Fichtenholzhackschnitzeln analog Schorning mit einer Methanol/SO₂-Lösung, die 50 Vol.% Methanol und 55 g/l SO₂ enthielt, bei einer Temperatur von 130 °C während einer Aufschlußdauer von 205 min, Beispiel 7, und 300 min, Beispiel 8, durchgeführt.

[0045] Überraschend niedrig sind bei den Schorning-Versuchen die Ausbeute, der Weißgrad, die Reißlänge und die Durchreißfestigkeit. Ein derartiger Faserstoff ist zur Papiererzeugung absolut ungeeignet. Auch der sehr hohe Splittergehalt, nach Schorning sollte der Faserstoff splitterfrei sein, läßt eine Verwendung für Papierzwecke nicht zu.

Tabelle 1

Beispiel		6	7	8
Temperatur	°C	160	130	130
Aufschlußzeit	min	8	205	300
SO₂- Einsatz	%/l	2.3	5.5	5.5
	%/atro	13.9	33.0	33.0
Methanolanteil	Vol.-%	70	50	50
Anfangs- pH- Wert	-	1.1	1.0	0.9
Ausbeute	%	92.5	43.5	39.2
Splittergehalt	%	0.8	13.1	10.6
Splitterfreie Ausbeute	%	91.5	30.4	28.6
Weißgrad	% ISO	61.6	22.8	19.0
Restligningehalt	%	22.2	7.8	7.4
Kappazahl	-	148	51.7	49.5
Grenzviskosität	dm³/kg	-	544	458
Mahlgrad	SR	70	20	19
Reißlänge	km	4480	1970	1670
Berstfestigkeit	kPa	-	50	40
Durchreißfestigkeit	cN	70.2	13.2	11.3

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung chemo-mechanischer und/oder chemo-thermo-mechanischer Holzstoffe aus lignocellulosehaltigen Rohstoffen für die Papier-, Pappe- oder Kartonherstellung mit der Arbeitsabfolge
mechanische Zerkleinerung, Sortierung und Homogenisierung der lignocellulosehaltigen Rohstoffe,
Imprägnierung mit einer Aufschlußlösung,
Aufschließen der Rohstoffe,
Zerfaserung in einer oder mehreren neben- oder hintereinandergeschalteten Defibriereinrichtungen,
Sortierung des erzeugten Faserstoffes,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Vereinigen der lignocellulosehaltigen Rohstoffe mit einer wäßrigen, sauren Aufschlußlösung mit einem pH-Wert von 1,0 bis 2,0, die enthält:

aa) 10 bis 70 Vol.% aliphatische, mit Wasser mischbare Alkohole,

ab) 1,0 bis 100 g/l Schwefeldioxid,

b) Einleiten der Ligninsulfonierungsreaktion durch Erwärmen der Mischung aus a) auf eine Temperatur zwischen 50 und 170 °C,

c) Halten der Endtemperatur während eines Zeitraumes von 1 bis 300 Minuten,

d) Austreiben und Rückgewinnen des Alkohols und des nichtverbrauchten Schwefeldioxids,

e) Zerfaserung des lignocellulosehaltigen Rohstoffes in an sich bekannten Defibriereinrichtungen zu einem vorgewählten Feinheitsgrad mittels vorgewählter spezifischer Mahlarbeit in einem Bereich von 1.200 bis 1900 kwh/t Faserstoff.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlußlösung Alkohole mit geraden oder verzweigten Ketten enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt der Alkohole bei Normaldruck unter 100 °C liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlußlösung 20 bis 50 Vol.% aliphatische, mit Wasser mischbare Alkohole enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlußlösung 20 bis 40 Vol.% aliphatische, mit Wasser mischbare Alkohole enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlußlösung 5 bis 40 g/l gelöstes SO₂ enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Aufschlußlösung und lignocellulosehaltigem Rohstoff auf eine Temperatur von 70 bis 120 °C erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Aufschlußlösung und lignocellulosehaltigem Rohstoff auf eine Temperatur von 70 bis 100 °C erwärmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endtemperatur während eines Zeitraumes von 2 bis 120 Min. aufrechterhalten wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der lignocellulosehaltige Rohstoff vor der Mischung mit der Aufschlußlösung mit einer weiteren Lösung, enthaltend einen mit Wasser mischbaren, aliphatischen Alkohol und/oder Wasser und eine neutrale und/oder alkalische Natriumverbindung, vorbehandelt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Lösung Natriumsulfit und/oder Natriumhydroxid und/oder Natriumcarbonat in einem Anteil von 1 bis 10 g/l Gesamtalkali, berechnet als NaOH, enthält.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der lignocellulosehaltige Rohstoff nach dem Austreiben und Abziehen des Alkohols und SO₂-Gases von der verbleibenden Aufschlußlösung abgetrennt und mit einer wäßrigen Lösung einer neutralen oder alkalischen Natriumverbindung bei einer Temperatur von 20 bis 150 °C nachbehandelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zum Nachbehandeln des lignocellulosehaltigen Rohstoffes Natriumsulfit, Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat in einem Anteil von 1 bis 10 g/l Gesamtalkali, berechnet als NaOH, enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der lignocellulosehaltige Rohstoff vor der Vereinigung mit der Aufschlußlösung mechanisch zu einem Grobstoff vordefibriert wird.

Claims

1. A method for the manufacture of chemo-mechanical and/or chemo-thermo-mechanical wood pulps from lignocellulose-containing raw materials for the manufacture of paper, card or cardboard having the following sequence of operations:
mechanical comminution, sorting and homogenization of the lignocellulose-containing raw materials,
impregnation with a digestion solution,
digestion of the raw materials,
grinding in one or more parallel or series-connected pulping devices,
sorting of the fibrous material produced,
characterized by the combination of the following features:

a) combining the lignocellulose-containing raw materials with an aqueous, acid digestion solution having a pH from 1.0 to 2.0, which contains

aa) 10 to 70 volume % of aliphatic, water-miscible alcohols,

ab) 1.0 to 100 g/l of sulphur dioxide,

b) initiating the lignosulphonation reaction by heating the mixture from a) to a temperature between 50 and 170 °C,

c) maintaining the final temperature for a period of 1 to 300 minutes,

d) driving off and recovering the alcohol and the unconsumed sulphur dioxide,

e) grinding the lignocellulose-containing raw material in pulping devices known per se to a pre-selected degree of fineness by means of preselected specific grinding in a range from 1,200 to 1900 kWh/t of fibrous material.

2. A method according to claim 1, characterized in that the digestion solution contains alcohols having straight or branched chains.

3. A method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the boiling point of the alcohols at normal pressure is below 100 °C.

4. A method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the digestion solution contains 20 to 50 volume % of aliphatic water-miscible alcohols.

5. A method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the digestion solution contains 20 to 40 volume % of aliphatic water-miscible alcohols.

6. A method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the digestion solution contains 5 to 40 g/l of dissolved SO₂.

7. A method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mixture of digestion solution and lignocellulose-containing raw material is heated to a temperature of 70 to 120 °C.

8. A method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the mixture of digestion solution and lignocellulose-containing raw material is heated to a temperature of 70 to 100 °C.

9. A method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the final temperature is maintained for a period of 2 to 120 minutes.

10. A method according to one of claims 1 to 9, characterized in that, before being mixed with the digestion solution, the lignocellulose-containing raw material is pre-treated with a further solution containing a water-miscible, aliphatic alcohol and/or water and a neutral and/or alkaline sodium compound.

11. A method according to claim 10, characterized in that the further solution contains sodium sulphite and/or sodium hydroxide and/or sodium carbonate in a proportion of 1 to 10 g/l of total alkali, calculated as NaOH.

12. A method according to one of claims 1 to 11, characterized in that, after the alcohol and SO₂ gas has been driven off and removed, the lignocellulose-containing raw material is separated from the remaining digestion solution and treated subsequently with an aqueous solution of a neutral or alkaline sodium compound at a temperature from 20 to 150 °C.

13. A method according to claim 12, characterized in that the solution for subsequently treating the lignocellulose-containing raw material contains sodium sulphite, sodium hydroxide or sodium carbonate in a proportion of 1 to 10 g/l of total alkali, calculated as NAOH.

14. A method according to one of claims 1 to 13, characterized in that, before being combined with the digestion solution, the lignocellulose-containing raw material is pre-pulped mechanically to a coarse pulp.

Revendications

1. Procédé de préparation, à partir de matières premières contenant de la lignocellulose, de pâtes de bois chimio-mécaniques et/ou chimio-thermo-mécaniques destinées à la fabrication de papier, de carton mince ou de carton, ledit procédé comportant la séquence suivante d'opérations :
broyage mécanique, classage et homogénéisation de la matière première contenant de la lignocellulose,
imprégnation avec une solution de lessivage,
lessivage de la matière première,
défibrage dans un ou plusieurs dispositifs de défibrage, disposés en parallèle ou en séquence,
ledit procédé étant caractérisé par la combinaison des caractéristiques suivantes :

a) mise de la matière première contenant de la lignocellulose en contact avec une solution aqueuse acide de lessivage, dont le pH vaut de 1,0 à 2,0 et qui contient :

aa) de 10 à 70 % en volume d'alcools aliphatiques miscibles à l'eau, et

ab) de 1,0 à 100 g/l de dioxyde de soufre ;

b) amorçage de la réaction de sulfonation de la lignine, par chauffage du mélange issu de l'étape (a) à une température située entre 50°C et 170°C ;

c) maintien du mélange à la température finale pendant un laps de temps de 1 à 300 minutes ;

d) extraction et récupération de l'alcool et du dioxyde de soufre non consommé ;

e) défibrage de la matière première contenant de la lignocellulose dans des dispositifs de défibrage connus, jusqu'à un degré de finesse choisi au préalable, avec un travail spécifique de raffinage dont la valeur est choisie au préalable dans l'intervalle allant de 1200 à 1900 kWh/t de matière fibreuse.

2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la solution de lessivage contient des alcools à chaîne linéaire ou ramifiée.

3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le point d'ébullition des alcools sous la pression normale est inférieur à 100°C.

4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la solution de lessivage contient de 20 à 50 % en volume d'alcools aliphatiques miscibles à l'eau.

5. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la solution de lessivage contient de 20 à 40 % en volume d'alcools aliphatiques miscibles à l'eau.

6. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la solution de lessivage contient de 5 à 40 g/l de SO₂ dissous.

7. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le mélange de solution de lessivage et de matière première contenant de la lignocellulose est chauffé à une température de 70°C à 120°C.

8. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mélange de solution de lessivage et de matière première contenant de la lignocellulose est chauffé à une température de 70°C à 100°C.

9. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la température finale est maintenue pendant un laps de temps de 2 à 120 minutes.

10. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, avant d'être mélangée avec la solution de lessivage, la matière première contenant de la lignocellulose est traitée au préalable avec une autre solution qui contient de l'eau et/ou un alcool aliphatique miscible à l'eau et/ou un composé sodique neutre et/ou alcalin.

11. Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que l'autre solution contient du sulfite de sodium et/ou de l'hydroxyde de sodium et/ou du carbonate de sodium, en une quantité totale d'alcali, calculée en NaOH, de 1 à 10 g/l.

12. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, après l'extraction et l'élimination de l'alcool et du gaz SO₂, la matière première contenant de la lignocellulose est séparée du reste de la solution de lessivage et subit un post-traitement effectué avec une solution aqueuse d'un composé sodique neutre ou alcalin, à une température de 20°C à 150°C.

13. Procédé conforme à la revendication 12, caractérisé en ce que la solution utilisée pour le post-traitement de la matière première contenant de la lignocellulose contient du sulfite de sodium, de l'hydroxyde de sodium ou du carbonate de sodium, en une quantité totale d'alcali, calculée en NaOH, de 1 à 10 g/l.

14. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la matière première contenant de la lignocellulose subit, avant d'être mise en contact avec la solution de lessivage, un défibrage mécanique préalable qui donne une matière dégrossie.