DE3001105A1

DE3001105A1 - Verfahren zur herstellung eines breies aus lignozellulose-haltigem fasergut

Info

Publication number: DE3001105A1
Application number: DE19803001105
Authority: DE
Inventors: Sven Goergen Aakerlund; Jan-Erik Hoeoek
Original assignee: Eka AB; Sunds Defibrator AB
Current assignee: Valmet AB; Nouryon Pulp and Performance Chemicals AB
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1980-07-24
Also published as: SE436368B; BR8000205A; FI69324B; DE3001105C2; NO155403B; FI800091A7; NO155403C; SE7900302L; JPS5598992A; FI69324C; US4311553A; CA1143913A; NO800068L

Description

Aus der DE-OS 27 52 081 (entsprechend schwedische Patentanmeldung Nr. 77 03 137) ist es bekannt, daß es von Vorteil ist, mechanisch erzeugte Faserbreie bei Temperaturen wesentlich über 1OO° C mit alkalischen, Peroxid-enthaltenden Bleichflüssigkeiten zu behandeln, wenn das Bleichen in einem Scheibenraffineur stattfindet und die Bleichflüssigkeit direkt in die Mahlzone zwischen sich relativ zueinander drehenden Mahlscheiben zugeführt wird, von denen eine stationär sein kann und dann als Statorscheibe bezeichnet wird.Im letzteren Falle ist es am einfachsten, die Bleichflüssigkeit durch Löcher oder Kanäle in der Statorscheibe zuzuführen, welche Löcher oder Kanäle sich direkt zur Mahlzone hin öffnen. Die Bleichflüssigkeit kann aus einer Peroxid-Lösung bestehen, die in bekannter Weise hergestellt wird und zusätzlich zu Wasserstoffperoxid auch Alkali und ein Schutzkolloid, normalerweise Natriumsilikat enthalten kann. Oftmals wird auch ein Komplexbildner vom DTPA-Typ zugesetzt. Nach einem längeren Betriebsabschnitt wurde jedoch gefunden, daß Probleme durch den Niederschlag von unlöslichen Ablagerungen hervorgerufen werden können, die im wesentlichen aus Kieselsäuren und in einem gewissen Umfang aus unlöslichen Silikaten bestehen. Die unlöslichen Ablagerungen neigen dazu, sich im Schleifoder Mahlmuster der Mahlscheiben auszubilden, wodurch der Mahlwirkungsgrad der Mahlscheiben herabgesetzt wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des-Anspruchs 1 gelöst.

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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei der Herstellung von mechanischen, chemisch-mechanischen oder halbmechanischen Faserbreien aus Lignozellulose-haltigen Ausgangsstoffen wie Weichholz, Hartholz, Bagasse, Stroh und anderen ähnlichen fasrigen Materialien eingesetzt werden, die in geeigneter Weise zu Spänen, Häcksel oder groben Faserbrei zerkleinert worden sind. Diese Ausgangsmaterialien werden im folgenden als "Späne" oder "grober Brei" bezeichnet. Die Erfindung kann insbesondere bei der Herstellung von mechanischen Faserbreien benutzt werden, indem die Späne oder der grobe Brei in Scheibenraffineuren behandelt werden, um zu sog. mechanischen Raffineurbreien oder thermo-mechanisehen Breien (sog. TMP) zu gelangen. Die Breie der ersten Art werden durch Mahlen der Späne bei Atmosphärendruck erzeugt, während die Breie der zweiten Art durch Mahlen bei einem überdruck und bei höheren Temperaturen (100 170 C) erzeugt werden.

Erfindungsgemäß werden die Späne oder wird der Grobbrei vor der Behandlung im Raffineur mit einer wässrigen Lösung eines löslichen Silikats, wie z.B. Natriumsilikat imprägniert; danach kann das Peroxid-Bleichen mit völlig zufriedenstellenden Ergebnissen durchgeführt werden, indem eine silikatfreie alkalische Peroxidlösung verwendet wird. Gleichzeitig werden die vorstehend erwähnten Ablagerungen auf den Mahlscheiben vermieden. Die Imprägnierung kann nach jedem beliebigen Verfahren erfolgen, das auf das Ausgangsmaterial angewendet werden kann. Späne werden am besten imprägniert, indem sie zunächst Dampf ausgesetzt und dann komprimiert werden; danach werden sie im komprimierten Zustand in eine Silikatlösung eingebracht, in der sie expandieren und das Imprägnierungsmittel absorbieren können» Nicht absorbierte Silikatlösung im Überschuß

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kann dann entfernt werden - vollständig oder teilweise -, ehe die Späne in den Raffineur eingespeist werden. Hartholz-Späne können auch mit Vorteil imprägniert werden, indem sie in eine Silikatlösung eingetaucht werden, in der sie das Imprägnierungsmittel ohne Schwierigkeiten wegen der im Hartholz vorhandenen, eine große lichte Weite aufweisenden Kanäle absorbieren. Der Grobbrei wird am einfachsten imprägniert, indem er mit einer Silikatlösung infundiert wird, die von dem Brei infolge von Diffusion über einen geeigneten Zeitraum absorbiert wird. Nicht absorbierte Silikatlösung im Überschuß kann in bekannter Weise abgezogen werden, z.B. durch Vakuumfiltration oder Auspressen.

Vorzugsweise wird das Ausgangsmaterial, insbesondere die Späne, mit einer Lösung aus Natriumsilikat bei einem pH-Wert im Bereich von 6-10 imprägniert. Bei einer Zerfaserungstemperatur von 100 C und höher, im Bereich von 100 C bis 170 C wird der Wirkungsgrad des Raffineurs verbessert. Dies führt zu einem schnelleren Mahlvorgang und die Festigkeitseigenschaften des sich ergebenden Breies sind wesentlich besser als wenn die Zerfaserung ohne vorherige Imprägnation mit dem Silikat durchgeführt würde. Ein höherer Wert für die Mahlung (lower freeness) wird bei den silikatimprägnierten Spänen im Vergleich zu den nicht-imprägnierten Spänen bei gleicher Produktion erzielt.

Es ist wahrscheinlich, daß der verbesserte Wirkungsgrad der Zerfaserung in Beziehung zu dem Niederschlag von Kieselsäuren in oder auf den Fasern steht, wodurch eine Kieselsäurestruktur aufgebaut wird, die die Faser steifer und die Faseroberflächen härter macht, so daß das Mahlen und die Fibrillation schneller ablaufen können,

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selbst bei relativ hohen Temperaturen. Normalerweise besitzen bei 100 C und höher Faserbreie mit einem hohen Gehalt an Lignin und Halbzellulose einen plastischen Zustand, der z.B. in größerer Genauigkeit in der schwedischen Patentschrift 308 983 beschrieben worden ist. Unter diesen Bedingungen ist es sehr schwierig, der Faser ein "Ansprechen" bezüglich des Mahlens aufzuprägen. Der Mahlungswert nimmt langsam zu und der sich ergebende Brei weist schlechte Festigkeitseigenschaften auf mit Ausnahme der Reißfestigkeit; dies Verhalten zeigt an, daß das Mahlen bei hohen Temperaturen im Bereich von 100° C bis 200° C den Effekt hat, daß der Brei ohne nennenswerte Verkürzung der Fasern "geknetet" wird.

Der Niederschlag der Kieselsäuren auf den Fasern wird gleichzeitig mit dem Einspeisen des imprägnierten Faserguts, z.B. der Späne, in den Zerfaserungsvorwärmer herbeigeführt, in dem die Verweilzeit ungefähr 1 bis 10 Minuten beträgt und in dem die Temperatur normalerweise die gleiche wie im Zerfaserer selbst ist, nämlich 100 C bis 170 C; die Temperatur kann aber auch niedriger sein, wenn die Speseverbindung zwischen dem Vorwärmer und dem Defibrator so ausgelegt ist, daß sie dampfdicht ist. Die saure Hydrolyse, die in dem Lignozellulose-haltigen Material beginnt, wenn dieses in dem Vorwärmer erwärmt wird, führt zur Bildung von organischen Säuren, die den pH-Wert der wässrigen Lösung herabsetzen, worauf Kieselsäuren niedergeschlagen werden.

Der Niederschlag von Kieselsäuren kann auch vollständig oder teilweise vor dem Einspeisen des Faserguts in den Vorwärmer erfolgen,

auf

indem die Imprägnierungslösung einen geeigneten pH-Wert mit organischen oder anorganischen Säuren neutralisiert oder angesäuert wird.

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Die Imprägnierungslösung kann dann eine saure, neutrale oder schwach alkalische Reaktion zeigen. Der Niederschlag von Kieselsäure in der beschriebenen Weise kann auch nach Abzug der gesamten nicht absorbierten Imprägnierlösung im Überschuß erfolgen, oder nach Abzug eines Teils der überschüssigen Imprägnierlösung.

Die Wirkung auf den Mahlgang, die bei der Zerfaserung und/oder Raffinierung von Fasergut erreicht wird,in dem Kieselsäure niedergeschlagen worden ist, ähnelt dem Effekt, der bei der Raffinierung von Breien reich an Lignin oder reich an Halbzellulosen bei niedrigen Temperaturen, z.B. bei 60 C, zu beobachten ist, wenn die Gesamtheit der interzellularen Masse in der festen Phase vorhanden ist. Dies vergrößert relativ die Festigkeit und die Härte der Fasern, wodurch der Wiederstand gegenüber dem Mahlen und damit die Wirksamkeit des Mahlprozesses verbessert wird.

Derselbe Effekt wurde nun im Falle des Niederschlags von kaum lösbaren Salzen, wie Silikaten und Karbonaten von Calzium und Magnesium in und auf dem Fasergut beobachtet. Ein derartiger Niederschlag kann erreicht werden, indem zunächst das Lignozellulosehaltige Material mit lösbaren alkalischen Salzen, wie z.B. von Kieselsäure und Kohlensäure imprägniert wird, die dann durch lösliche Salze von Calzium und Magnesium verdrängt werden. Die Imprägnierung und die Verdrängung der Salze kann auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.

Beim Bleichen der Späne oder des groben Breis mit peroxidhaltigen Bleichlösungen kann die für den Bleichgang erforderliche gesamte Menge an Silikat in der Imprägnierungsstufe zugeführt werden, ohne

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daß das Risiko einer schlechteren Bleichwirkung besteht. Das Ergebnis ist ein Brei mit wesentlich verbesserten Festigkeitseigenschaften wie dies aus der nachfolgenden Tabelle ablesbar ist:

Mit Peroxid gebleichter Brei hergestellt mit der TMP-Zerfaserung der Späne.

Chemikalie

Menge in kg per Tonne staubtrockenen Breis zugesetzt bei

Imprägnie- Zerfaserung rung

Eigenschaften des Breis

Free- Abreiß- Iso-Helness CSF länge ligkeit ml m %

nichts

110

3860

54.5

Na₃SiO₃	20	0
DTPA	3.3	0
pH ^a>	7.65	5.5
H₂O₂	O	21
NaOH	0	9.8
Na₂SiO₃	20	0
DTPA	3.3	0
r.rr a)

180
80

4455 5695

55 55

160

4655

66

pH nach Imprägnierung bzw. Zerfaserung

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Zusammenfassung;

Verfahren zur Herstellung von mechanischen, chemisch-mechanischen oder halbmechanischen Breien aus Lignozellulose-haltigem Fasergut in Form von Spänen oder grobem Faserbrei. Das Lignozellulose-haltige Fasergut wird mit einem oder mehreren löslichen, anorganischen Salzen imprägniert,ehe das Material erwärmt wird und die nachfolgende Zerfaserung und/oder Raffinierung stattgefunden hat.

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Claims

Patentansprüche

./ Verfahren zur Herstellung von gebleichten mechanischen, chemisch-mechanischen oder halbmechanischen Breien aus Lignozellulose-haltigem Fasergut in Form von Spänen oder grobem Zellulosebrei durch Zerfaserung in einem Raffineur, dadurch gekennzeichnet, daß das Lignozellulose-haltige Fasergut mit einer Lösung von Alkalisilikat und Sequestrierungsmittel (Komplexbildner) imprägniert wird, daß durch Ansäuerung Kfeelsäuren auf und in dem Fasergut niedergeschlagen werden, welches Fasergut in gesättigtem Dampf bei 100° C bis 170° C während des Zeitraums von 1 bis 10 min erhitzt wird, daß das heiße Fasergut dann in gesättigtem

Dampf bei 100° C bis 170° C gemahlen wird und daß silikatfreie, alkalische

Peroxidlösung gleichzeitig dem Fasergut zugeführt wird,

wenn dieses in die Mahlzone zwischen den Mahlelementen des Raffineurs eingespeist worden ist.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lignozellulose-haltige Fasergut mit einer Lösung von Alkalisilikat und Komplexbildner von einem pH-Wert im Bereich von 6 bis 10 imprägniert wird, daß Kieselsäuren auf und in dem Fasergut durch Ansäuerung mit organischen Säuren niedergeschlagen werden, die darin durch die Wirkung von saurer E^drolyse gebildet werden, wenn das Fasergut in gesättigtem Dampf auf eine Temperatur im Bereich von 100° C bis 170° C erwärmt wird, daß das Fasergut dann in gesättigtem Dampf bei einer Temperatur von 100° C bis 170° C gemahlen wird und daß silikatfreie Alkaliperoxidlösung gleichzeitig dem Fasergut zugesetzt wird, wenn dieses in die Mahlzone zwi-

einschen die Mahlelemente des Raffineurs gespeist worden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lignozellulose-haltige Fasergut mit einer Lösung von Alkalisilikat und Komplexbildner imprägniert wird, daß Kieselsäuren in Gegenwart von lösbaren Salzen von Magnesium und Calzium auf und in dem Fasergut niedergeschlagen wird, das in gesättigtem Dampf auf eine Temperatur von 100° C bis 170 C erwärmt wird, daß das heiße Fasergut in gesättigtem Dampf von 100° C bis 170 C gemahlen wird und daß silikatfreie Alkaliperoxidlösung gleichzeitig dem Fasergut zugeführt wird, wenn dieses in die Mahlzone zwischen die Mahlelemente des Raffineurs eingespeist worden ist".
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergut nach Impragnation und Behandlung durch Niederschlag von Kieselsäuren in einem Mahlscheiben-Raffineur gemahlen wird und daß die silikatfreie Lösung von Alkaliperoxid gleichzeitig der Mahlzone über Kanäle eingespeist wird, die in

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einer der Mahlscheiben vorgesehen sind und sich direkt in die Mahlzone hin öffnen, wie dies in der deutschen Patentanmeldung P 27 52 Q8T.6-45 beschrieben ist.

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