DE581806C - Verfahren zum Aufschluss von Pflanzenfaserstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Aufschluß von Pflanzenfaserstoffen Zum Aufgchluß von Zellstoffenthaltenden Pflanzenstoffen sind bisher nur Lösungsmittel verwandt worden, die Gruppen enthalten, die chemisch leicht in Reaktion treten. Das Herauslösen der Inkrustationssubstanzen erscheint nach den bisherigen Kenntnissen nur möglich bei gleichzeitiger chemischer Einwirkung des Lösungsmittels. Es wurde nun gefunden, daß man in befriedigender Weise Pflanzenstoffe unter Gewinnung von Zellstoff und inItrustierenden Stoffen aufschließen kann, wenn man die Ausgangsstoffe mit Dioxan behandelt;.. Dieses Lösungsmittel ist ein cyclischer Diäther, enthält also keine chemisch reaktionsfähigen Gruppen. Trotzdem gelingt @es überraschenderweise durch einfaches mehrstündiges Erwärmen von Holz mit Dioxan auf Temperaturen von beispielsweise 9o° C praktisch alles Lignin in Lösung bzw,. kolloidale Lösung zu bringen. Es können natürlich auch höhere Temperaturen, z. B. Siedetemperatur (i03° C), bei Anwendung erhöhten Druckes sogar noch höhere Temperaturen, anderseits jedoch auch unterhalb 9o° C liegende Temperaturen angewandt werden.
• Es ist nichterforderlich, chemisch reines Doxan zu verwenden. Das handelsübliche Produkt ist für den vorliegenden Zweck sehr geeignet.
• Es ist bekannt, daß Dioxan ein vorzügliches Lösungsmittel für viele Stoffe, wie beispielsweise Harze, Fette, Wachse u. dgl., ist. Bei dem vorliegenden Verfahren findet zwar neben dem Aufschluß der Pflanzenstoffe auch eine Extraktion von Harz statt, wenn harzartige Stoffe nicht schon vor Beginn der Behandlung mit Dioxan entfernt worden sind. Das Wesentliche des vorliegendenn Verfahrens besteht in einer Lösung des in. Pflanzenfaserstoffen enthaltenen Lignins und seiner Abtrennung von dem Zellstoff. Das Lignin ist in seinen Eigenschaften grundsätzlich verschieden von den bekanntermaßen in Dioxan löslichen Stoffen. Lignin ist im Gegensatz zu den genannten Stoffen immer nur durch Behandlung mit chemisch reagierenden Stoffen in lösliche Form übergeführt worden. Nach den bisherigen Erfahrungen war tes nicht zu erwarten, daß ein indifferentes Lösungsmittel (zumal ein verhältnismäßig niedrig siedendes) Lignin lösen würde, ohne dabei die wertvollen Eigenschaften der Cellulosie ungünstig zu beeinflussen.
• Von ausschlaggebender Wichtigkeit für den schnellen und glatten Verlauf der Einwirkung ist u. a. der Zusatz geringer Mengen von, Katalysatoren, beispielsweise Säuren, wie ,Salzsäure, Essigsäure, sauer reagierende Salze, wie z. B. Fe CIB, das sich in: Dioxan löst, Säure abspaltende Stoffe oder Säure bildende Stoffee, wie die Halogene. Die saure Reaktion ist jedoch nicht unbedingte Voraussetzung für die Wirksamkeit des Katalysators. Die Behandlung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich in bekannter Weise in beliebigen Extraktionsapparaten erfolgen.
• Man kann das Ausgangsmaterial lufttrocken oder völlig trocken oder auch ungetrocknet anwenden. Da sich das Extraktionsmittel mit Wasser mischt, wird die Extraktion dadurch nicht behindert. Anderseits kann es erwünscht sein, zwecks leichterer Wiedergewinnung des Lösungsmittels dieses möglichst wasserfrei zu halten. In diesem Falle ist es zweckmäßig, entweder bereits getrocknetes Ausgangsmaterial zu verwenden oder aber vor der Behandlung mit Dioxan mit Benzol, Xylol oder Benzin oder mit Benzol-Alkohol-Gemisch o. dgL. zu erwärmen zwecks Entfernung des Wassers. Hiermit kann. die meist erwünschte Entfernung der Harze und ähnlicher Stoffe vertunden werden.
• Das Dioxan kann auch im Gemisch mit anderen Lösungsmitteln, wie z. B. Benzol, Alkohol, Acceton oder .anderen, angewandt werden.
• Die Wiedergewinnung des Lösungsmittels kann durch einfaches Abdestillieren, gegebenenfalls im Vakuum oder mit Wasserdämpfen oder Trägergasen, verfolgen. Dabei ist der verhältnismäßig niedrige Siedepunkt des Dioxans ein beträchtlicher Vorteil gegenüber Lösungsmitteln; wie z. B. Phenol oder Glykol. Gegebenenfalls kann das Dioxan für mehrere Chargen nacheinander als Lösungsmittel dienen, ohne dazwischen vom Lignin befreit zu werden. In diesem Fall wird zweckmäßig nach dem Gegenstrbmprinzip gearbeitet.
• Geeignete Ausgangsstoffe sind beispielsweise Fichtenholz, Kiefernholz, Buchenholz, Stroh, Torf. Infolge der gelinden Reaktionsbedingungen und des chemisch indifferenten Charakters des Lösungsmittels erfolgt die Gewinnung es ungelöst bleibenden Zellstoffs in sehr schonender Weise. Das gleiche gilt für das in Lösung bzw. kolloidale Lösung gehende Lignin. Dieses kann mittels Wasser, Äther u.dgl. ausgefällt werden oder durch Abdestillieren des Lösungsmittels gewonnen werden und kann für beliebige Zwecke Verwendung finden.
• Aus .den angegebenen Gründen ist auch die Abnutzung der verwendeten Apparate und die Korrösion des zu ihrer Herstellung benutzten Materials eine wesentlich geringere als bei anderen Verfahren.
• Gegenüber den älteren Verfahren bietet die Verwendung von Dioxan neben den bereits erwähnten Vorzügen, daß bei gelinden Bedingungen gearbeitet werden kann, den, daß das Lösungsmittel leicht regeneriert und daher immer wieder verwendet werden kann, ohne daß unerwünschte oder gar schwer zu beseitigende Nebenprodukte entstehen. Wenn die Verarbeitung auf Lignin oder de Beseitigung von Lignin beabsichtigt ist, ist nicht die Eindampfung beträchtlicher Flüssigkeitsmengen wie etwa bei Bisulfitablaugen erforderlich. Beispiel z Fichtenholzmehl wird mit der achtfachen Gewichtsmenge Dioxan 5 bis i o Stunden auf 8o bis 9o° C unter Zusatz einer kleinen Menge Salzsäure (i o% oder weniger bezogen auf Dioxan) erwärmt. Unter leichter Braunfärbung des Lösungsmittels gehen die Inkrustationsstoffe in Lösung. Der ungelöste Zellstoff' wird abgetrennt und kann in der üblichen Weise gereinigt und weiterverarbeitet werden. Infolge der Mischbarkeit des Dioxans mit Wasser läßt sich der Zellstoff leicht mit Wasser waschen. Nach dem Trocknen beträgt die Menge des Zellstoffs etwa 6o% der angewandten Substanz. Der Zellstoff enthält weniger als 3% Lignin. Das Lösungsmittel wird entweder durch Abdestillieren vom Ligninrückstand getrennt und kann dann ohne weiteres wieder verwendet werden, oder aber man fällt das Lignin mit Äther aus, filtriert und gewinnt das Dioxan durch Abdestillieren des Athers wieder.
• Mit Buchenholz oder Stroh erhält man entsprechende Ergebnisse. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise kommt man mit etwa der doppelten Gewichtsmenge Lösungsmittel, bezogen auf Trockensubstanz, aus. Beispiel 2 i ao g lufttrockene Fichtenholzspäne (Wassergehalt i o %) von der beim. Sulfitzellstoffverfahren üblichen Größe werden mit der 2i/2fachen Menge Dioxan übergossen und o,2 ccm konz. Salzsäure zugesetzt und dann etwa 2o Stunden auf 9o° C erhitzt. Es empfiehlt sich dann, die braune Lösung abzutrennen und noch einmal kurz mit frischem Diöxan zu ,erhitzen. Die Cellulose wird durch Absaugen abgetrennt. Sie enthält noch etwa 2 % Lignin und o, 5- bis i % Pentosane. Die Cellulose kann in der üblichen Weise gebleicht und weiterverarbeitet werden. Das Dioxan, das die Inkrustationssübstanzen in Lösung enthält, wird durch Abdestillierenvon den gelösten Substanzen getrennt und ist dann ohne weiteres wieder verwendbar. Der zähsirupOse braune Destillatioxisrückstand wird mit Wasser angerieben. Dabei wird das Lignin sofort fest und in Formeines hellbraunen Pulvers gewonnen; es ist in Dioxan, Aceton und einigen anderen organischen Lösungsmitteln löslich. Die nach dem Abfiltrieren des Ligninserhaltene wäßrige Lösung -enthält die aus den Pentosanen stammenden Zucker i und kann ohne weitere Behandlung vergoren werden oder kann für beliebige andere Zwecke Verwendung finden. Ist nicht die restlose Wiedergewinnung des Dioxans beabsichtigt, so kann auch in der Weise verfahren werden, daß man die Dioxanlösung bis zu einem beliebigen Grad einengt und das Lignin mit Wasser fällt. Die nach dem Abtrennen des Lignins erhaltene wäßrige Dioxanlösungenthält dann die aus den Pentosanen stammenden Zucker, für deren Verwertung das oben Gesagte gilt. Ebenso kann, wie in Beispiel i angegeben, mit Äther gefällt werden.
• Die Ausbeuten betragen, bezogen auf lufttrockenes Holz, 46% Cellulose, etwa 25% Lignin und etwa i o % Zuckergemisch.
• Bleispiel 3 Unter deal gleichen Bedingungen wie in Beispiel e werden Kiefernholzspäne aufgeschlossen. Die Aufarbeitung geschieht, wie in Beispiel i oder 2 angegeben. Die Ligninfällung enthält hierbei die Harze, die mit Benzol oder anderen Lösungsmitteln vom Lignin abgetrennt werden können. Die Ausbeute an Cellulose, bezogen auf lufttrockenes Holz, beträgt 40%.
• Beispiel 4 Unter den gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 2 angegeben, werden Buchenholzspäne aufgeschlossen. Die Aufarbeitung geschieht, wie in Beispiel i bzw. 2 angegeben. Die Ausbeute an Cellulose, bezogen auf lufttrockenes Holz, beträgt 40%.
• Beispiel 5 Unter den gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 2 angegeben, werden Eichenholzspäne aufgeschlossen. Die Aufarbeitung erfolgt in der in Beispiel i bzw. 2 angegebenen Weise.
• Beispiel 6 Sog lufttrockene Fichtenholzspäne werden mit i2o ccm Dioxan übergossen und mit o, i ccm konz. Salzsäure versetzt und im Autokl.aven auf i2 o° C erhitzt. Nach etwa 7 0 Minuten ist der Aufschluß beendet. Die Aufarbeitung erfolgt in der in Beispiel i bzw. 2 angegebenen Weise.
• Beispiel? Lufttrockene Fichtenholzspäne werden etwa 5 Stunden mit einem Gemisch von gleichen Teilen Dioxan und Aoeton auf i i o° C erhitzt. Auf ioog Holz wendet man etwa 250 ccm Flüssigkeitsgemisch an; denen 0,2 ccm konz. Salzsäure zugesetzt sind. Die Aufarbeitung kann in gleicher Weise, wie in Beispiel i oder 2 angegeben, erfolgen, nur ist dabei zu berücksichtigen, daß an Stelle von Dioxan stets ein Gemisch von Aceton und Dioxan tritt. Das Abdestillieren des Lösungsmittelgemisches kann mit oder ohne Trennung in die Komponenten erfolgen.

Claims (1)

1. PATRNTANSPRUCFI: Verfahren zum Aufschluß von Pflanzenfaserstoffen mit Hilfe von organischen Lösungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufschlußmittel Dioxan, zweckmäßig unter Zusatz von Katalysatoren, verwendet wird.