Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen

Abstract

 Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen, bei welchem man die Bleiche durch Anwendung von Sauerstoffüberdruck bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasserstoffperoxid, Alkali und Natriumsilikat durchführt. Dabei kann man eine Stoffdichte von 10 bis 30 %, eine Temperatur von 50 bis 110°C, ein Sauerstoffdruck von 1 bis 10 bar; eine Peroxidmenge von 0,25 bis 3 %, eine Natronlaugenmenge von 1,0 bis 5 % und eine Natriumsilikatmenge von 1,0 bis 6 % einhalten. Die Zugabe des Sauerstoffes kann gleichzeitig mit dem Wasserstoff-Peroxid erfolgen. Es ist auch möglich, nach dem Einmischen der Sauerstoffes bis zur Peroxid-Zugabe eine Verweilzeit bis zu 60 Minuten bestehen zu lassen.

Beschreibung

[0001] Halbgebleichte Zellstoffe haben Weißgehalte, die zwischen ungebleichtem und hochgebleichtem Zellstoff liegen. Handelsübliche, hochgebleichte Zellstoffe weisen einen Weißgehalt von 88 bis mehr als 90 % Elrepho (R457) auf.

[0002] Angebleichte und halbgebleichte Zellstoffe betreffen den _Be-reich zwischen ungebleicht (bei Sulfatzellstoffen 20 bis 30 % _Elrepho, bei Sulfitzellstoffen 50 bis 60 % Elrepho) und ca. 80 bis 88 % Elrepho.

[0003] Handelsübliche, halbgebleichte Sulfatzellstoffe weisen einen Weißgrad von 70 bis 75 % Elrepho auf.

[0004] Halbgebleichte Zellstoffe haben bereits heute einen Markt. Für viele Papierqualitäten sind mittlere Weißgehalte des Zellstoffes durchaus ausreichend. Dazu gehören holzhaltige Produkte, wie Zeitungs- und Illustriertenpapiere sowie am oberen Ende der Skala auch LWC-Papiere (Light-weight-coated papers) und andere gestrichene holzhaltige Qualitäten. Da der Zellstoff in diesen Papiersorten zur Steigerung der Festigkeit eingesetzt wird, beträgt sein Anteil nur zwischen 10 und 50 %. Der resultierende Weißgehalt dieser Papiere wird durch den überwiegend vorhandenen Holzschliffanteil bestimmt. Mit der Zellstoffweiße kann der Gesamtweißgehalt, beispielsweise von Zeitungspapier, nur in sehr begrenztem Umfang angeboten werden.

[0005] Die Herstellung halbgebleichten Zellstoffs über eine bekannte Bleiche - z.B. C-E-H - bietet jedoch kaum Vorteile für den Produzenten. Der Ausbeuteverlust wird bei der bekannten Bleiche durch den Chlorbedarf der ersten Stufe und die Menge an alkalisch extrahierbarem Material in der darauf folgenden E-Stufe bestimmt. (Das Papier 35, S. V 25 ff (1981).

[0006] Eine unvollständige Chlorierung bringt keine Vorteile, da der dann verbleibende Ligninanteil entweder zu einem erhöhten Hypochlorit-Bedarf mit entsprechend stärkerer Belastung durch diese Stufe führt oder zu einer Braunfärbung des Zellstoffs bei Anwendung von wenig Hypochlorit. Ob der Zellstoff nach den C-E-Stufen mit einer geringen Hypochlorit-Menge auf Weißgehalte um 70 % Remission oder mit einer D-E-D-Sequenz auf 90 % Remission gebleicht wird, spielt für die Gesamtausbeute und Abwasserbelastung nur eine untergeordnete Rolle.

[0007] An einem Bleichverfahren, bei dem im Gegensatz zur bekannten Chlorierung das Lignin teilweise erhalten bleibt, aber dennoch eine Weiße von 70 % oder 75 % Remission erreichbar ist, besteht daher grundsätzlich ein erhebliches Interesse.

[0008] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Delignifizierung und Bleiche mit Sauerstoffüberdruck bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasserstoff- peroxid, Alkali und Natriumsilikat in wässriger Suspension durchführt. Dabei kann man eine Stoffdichte von 10 bis 30 %, vorzugsweise von 10 bis 20 %, eine Temperatur von 50 bis 110°C, vorzugsweise von 60 bis 90°C, einen Sauerstoffdruck von 1 bis 10 bar, vorzugsweise von 2 bis 4 bar, eine Peroxidmenge von 0,25 bis 3 %, vorzugsweise von 0,5 bis 2 %, eine Natronlaugemenge von 1,0 bis 5 %, vorzugsweise von 1 bis 3 % uns eine Natriumsilikatmenge von 1,0 bis 6 %, vorzugsweise von 2 bis 4 % einhalten.

[0009] In einer Ausführungsform kann man nach dem Einmischen des Sauerstoffs bis zur Peroxid-Zugabe eine Verweilzeit bis zu 60 Minuten bestehen lassen.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Bleiche von Laub- und Nadelholzsulfit und -sulfat- Zellstoff auf Weißgehalte von 40 bis 80 % (Elrepho R 457).

[0011] Im Gegensatz zur Anwendung bekannter Bleichchemikalien mit den oben beschriebenen Nachteilen bietet die einstufige bekannte Bleiche mit Wasserstoffperoxid erhebliche Vorteile. Unter weitgehendem Erhalt der Ausbeute werden bei Sulfitzellstoffen Weißgehalte von 70 bis 80 % Remission in einer einzigen Behandlungsstufe zugänglich. Nachteilig für die Anwendung des bekannten Verfahrens sind die relativ hohen Kosten des Wasserstoffperoxides, da zum Erreichen dieses Weißbereiches bis zu 3 % H₂0₂ aufgewendet werden müssen. (Das Papier 35, S v 25 ff (1981).

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht gegenüber dem bekannten Peroxid-Bleichverfahren deutliche Verringerung des Peroxideinsatzes bei vergleichbaren Resultaten hinsichtlich Weißgrad, Ausbeute und Festigkeiten. Es wird ein Zellstoff erhalten, der neben einem hohen Ligningehalt einen hohen Weißgrad aufweist, wobei keine Verringerung der Ausbeute erfolgt.

[0013] Eine besonders einfache Art der Anwendung im technischen Maßstab ist die Kombination einer Sauerstoff- und Alkalieinmischung bei mittlerer Stoffdichte mit einer gegebenenfalls direkt anschließenden Einmischung von Wasserstoffperoxid und Natriumsilikat. Die Zugabe des Sauerstoffes kann über einen Refiner erfolgen. Während der kurzen Verweilzeit des Stoffstromes beim Aufwärtspumpen zu dem Bleichturm in einem Rohr wird durch Sauerstoff eine Teildelignifizierung und eine Oxidation der peroxidverbrauchenden, gelösten organischen Substanzen bewirkt. Wird der Zellstoff anschließend in einen der üblichen abwärts arbeitenden Türme ausreagieren gelassen, so wird erheblich weniger Peroxid zum Erreichen eines gleichen Weißgehaltes benötigt, wie ohne Sauerstoffzusatz. Eine zeitliche Trennung der Sauerstoff- und-Peroxidzugabe ist ebenfalls möglich. Die Peroxidzugabe zum sauerstoffvorbehandelten Zellstoff kann erst direkt vor dem Turmeingang stattfinden. Eine Waschstufe zwischen beiden Einmischvorgängen kann zwar soll aber nicht vorhanden sein, da durch die übliche Verwendung von Kreislaufwasser dabei nur erneut Peroxidverbraucher eingeschleppt werden. In gleicher Art kann vom Sauerstoffmischer aus direkt in einen Aufwärtsturm gearbeitet werden. Der Arbeitsdruck bei dieser Anwendung liegt bei 2 bis 4 bar.

[0014] Überraschenderweise ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Kiefern-Sulfat-Zellstoff sowie Sulitzellstoff einstufig auf einen Weißgehalt von ca. 70 % Elrepho (R 457) zu bleichen.

[0015] Beispiele: Die angegebenen Prozentwerte werden auf ofentrokkenen (ctro) Zellstoff bezogen.

Beispiel 1

[0016] Ein harter Fichtensulfitzellstoff mit Kappa 28 und Ausgangsweiße 51,9 und Festigkeiten von 5,8 km Reißlänge und 1410 mNm/m Weiterreißarbeit bei 20 SR soll auf einen Weißgehalt von 70 % Remission (Elrepho R 457) gebleicht werden.

a) Nach dem Verfahren der bekannten einstufigen Peroxidbleiche werden dabei folgende Chemikalienmengen eingesetzt:

b) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende . Chemikalienmengen benötigt:

1,5 % H₂O₂, 1,4 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung

[0017] Diese Chemikalien werden mit dem ungebleichten Zellstoff unter gleichzeitiger Einwirkung eines Überdruckes von 3 bar Sauerstoffdruck gemischt, Sauerstoffverbrauch 1,1%. Nach 2 Stdn. bei 75 °C und einer Stoffdichte von 14 % erhält man folgende Resulate:

[0018] Der Peroxidbedarf wird durch das erfindungsgemäße Verfahren um über 30 % vermindert. Da die Vorteile der Bleiche mit Peroxid, hohe Ausbeute, geringe Abwasserbelastung und gute Festigkeitswerte erhalten bleiben, wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch die Anwendung des preiswerten Sauerstoffs erheblich verstärkt.

Beispiel 2

[0019] Fichten-Magnefite-Zellstoff für die Anwendung in Zeitungspapier soll auf einen Weißgehalt von 60 gebleicht werden. Die Ausgangsweiße liegt bei 50,7, Kappa bei 32 und die Festigkeiten bei 20 SR bei 8,1 km Reißlänge und 1210 mNm/m Weiterreißarbeit.

[0020] a) Die Bleiche wird nach dem bekannten Verfahren der einstufigen Peroxidbleiche durchgeführt mit:

1,25 % H₂0₂₁ 1,2 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung

[0021] b) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird derselbe Zellstoff wie folgt gebleicht:

0,75 % H₂O₂, 1,1 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung werden in einer Sauerstoffeinmischerapparatur bei einem Sauerstoffpartialdruck von 2 bar mit dem Zellstoff umgesetzt. Sauerstoffverbrauch 1,2 % bez. auf Zellstoff. Nach 10 Minuten Reaktionszeit in einem Steigrohr wird drucklos in einem Turm zuendegebleicht.

Beispiel 3

[0022] Kiefern-Sulfatzellstoff soll einstufig auf einen Weißgehalt von> 50 gebleicht werden.

[0023] Die Ausgangsweiße beträgt 23,4, die Kappa-Zahl 37

a) Nach dem bekannten Verfahren der einstufigen Peroxidbleiche werden 2,8 % H₂0₂, 2,2 % NaOH und 3,5 % Natriumsilikat- Lösung eingesetzt.

b) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird wie folgt gearbeitet:

22 % NaOH werden bei 14 % Stoffdichte, 85 °C und einem Sauerstoffpartialdruck von 3 bar mit dem Zellstoff gemischt. Der Sauerstoffverbrauch liegt bei 1,8 % bez. auf Zellstoff. Nach einer Reaktionszeit von 5 Minuten (= Verweilzeit im Reaktionsrohr) werden in einem zweiten Mischer 1,8 % H₂0₂ und 3,5 % Natriumsilikatlösung zugegeben. Dabei sinkt die Stoffdichte auf 12 %, die Temperatur auf 80°C.

[0024] Nach 90 Minuten erhält man folgendes Ergebnis:

Beispiel 4

[0025] Kiefern-Sulfatzellstoff soll einstufig auf einen Weißgehalt um 70 (R 457) gebleicht werden. Nach dem bekannten Bleichverfahren mit nur einer Peroxidstufe ist dies nicht möglich. Weißgehalte 55 sind von der Ausgangsweiße 23,4 und mit einer Kappa-Zahl von 37 nicht zu erreichen.

[0026] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das gewünschte Weißniveau jedoch wie folgt zu erreichen:

Bei einer Stoffdichte von 25 %, einer Temperatur von 100°C wird der Zellstoff mit 3,0 % NaOH gemischt. Ein Sauerstoffpartialdruck von 7 bar wird während einer Reaktionszeit von 90 Minuten aufrechterhalten (Verbrauch 2,1 %). Direkt nach dem Reaktor wird der Zellstoff mit 1,8 % H₂O₂ und 4,0 % Natriumsilikatlösung gemischt. Eine Stoffdichte von 18 % wird eingestellt. Die Temperatur sinkt dabei auf 83°C. Nach einer Stufe Verweilzeit ergibt sich folgendes Resultat:

Dieser Zellstoff ist für die Anwendung als Zellstoffanteil in Zeitungs-, Illustrierten- und LWC-Papieren hervorragend geeignet. Dabei wurde bei der Bleiche nicht nur im Vergleich zu konventionellen Bleichverfahren wie z.B. CEH eine um 4 % höhere Bleichausbeute, sondern auch eine um 50 % geringere Abwasserbelastung erreicht. Letztere enthält zudem keine chlorierten Verbindungen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bleiche mit Sauerstoffüberdruck bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasserstoffperoxid, Alkali und Natriumsilikat in wässriger Suspension durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Stoffdichte von 10 bis 30 %, eine Temperatur von 50 bis 110 °C, einen Sauerstoffdruck von 1 bis 10 bar, eine Peroxidmenge von 0,25 bis 3 %, eine Natronlaugemenge von 1,0 bis 5 %, und eine Natriumsilikatmenge von 1,0 bis 6 % einhält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Einmischen des Sauerstoffs bis zur Peroxid- Zugabe eine Verweilzeit bis zu-60 Minuten bestehen lassen kann.