Lignocellulosischer Faserstoff aus Einjahrespflanzen

Die Erfindung betrifft einen lignocellulosischen Faserstoff aus Einjahrespflanzen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Faserstoffs aus Einjahrespflanzen.

Zu den Einjahrespflanzen zählen im Sinne dieser Erfindung neben Gräsern oder deren Teilen (Bambus, Stroh) auch faserhaltige Pflanzenbestandteile wie Bagasse oder Bananenschalen. Lignocellulosische Fasern aus Einjahrespflanzen werden unter anderem zur Herstellung von Papier und Pappe eingesetzt. Es ist eine große Zahl von industriell her- gestellten lignocellulosischen Fasern bekannt, die sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden:

Als Holzstoff werden Fasern (auch aus Einjahrespflanzen) bezeichnet, die durch mechanische Zerfaserung des Faserverbundes mittels Mahl- oder Schleifaggregaten erzeugt werden. Bei der Herstellung von Holzstoff wird kaum Holzsubstanz bzw. Lignin abgebaut. Die ursprünglich eingesetzte Biomasse findet sich fast vollständig im Holzstoff wieder. Bei mechanischer Zerfaserung der Einjahrespflanzen werden diese - meistens nach einer Vordämpfung - in Mahlaggregaten in Faserbündel zerlegt. Diese Faserbündel werden dann durch weitere Mahlung in einzelne Fasern defibrilliert. Die Ausbeute ist sehr hoch, allerdings auch die aufzuwendende Mahlenergie. Die Festigkeit der Fasern ist -auch nach Mahlung- sehr gering, weil die Fasern viel natives Lignin enthalten und daher wenig Bindungspotential aufweisen. Sie werden zudem durch die mechanische Zerfaserung stark gekürzt, was ihre Recyclingfähigkeit beeinträchtigt. Die Holzstoff- Erzeugung erfordert hohen Energieeinsatz.

Neuere Verfahren zur Herstellung von Holzstoff versuchen, durch Vorbehandlung der Einjahrespflanzen mit Dampf und/oder Chemikalien die Fasereigenschaften zu verbessern und/oder den Energiebedarf zu verringern. Hierzu gehören insbesondere CTMP (Chemo-Thermomechanical Pulp)und TMP (Thermomechanical PuIp). Bei CTMP wer-

den in der technischen Anwendung üblicherweise zwischen 1 - 5 Gewichts-% Chemikalien bezogen auf otro Holz eingesetzt, um ein teilweises Lösen des Faserverbundes zu ermöglichen. Holzstoff ist allgemein charakterisiert durch niedrige Festigkeitseigenschaften, insbesondere niedrige Reißlänge und besonders niedrige Durchreißfestigkei- ten, und hohe Opazität und Lichtstreuung bei geringem Weißgrad mit hoher Vergil- bungsneigung.

Als Zellstoff werden Fasern bezeichnet, die durch chemische Auflösung des Faserverbundes aus lignocellulosischem Rohstoff erzeugt werden. Bei der Herstellung von ZeIl- Stoff werden Chemikalien eingesetzt, die meist unter hohem Druck und hoher Temperatur auf die Biomasse wirken. Unter mehr oder weniger weitgehender Entfernung des Lignins und eines Teils der Kohlenhydrate, also unter signifikantem Verlust an Ausbeute, entstehen aus Einjahrespflanzen Fasern mit guten Festigkeitseigenschaften, insbesondere hoher Reißlänge und mit guter Bleichbarkeit auf hohe Weißgrade und geringer Vergilbungsneigung. Die für die Herstellung des Zellstoffs erforderliche Energie wird aus der Ablauge des Aufschlusses gewonnen.

Für die Verwendung der Fasern ist der Ligningehalt oft nicht entscheidend. Kritisch ist in der Regel das Festigkeitsniveau, da es oft die Einsatzbereiche limitiert. Es wurden daher zahlreiche Verfahren entwickelt, die versuchen, auf der Basis von Verfahren der Zellstoff-Herstellung auch für Fasern mit höherem Ligningehalt ein höheres Festigkeitsniveau zu erreichen.

Ein solches Verfahren, das sich vereinzelt in der Praxis etabliert hat, ist das NSSC- Verfahren. Unter Einsatz von möglichst geringen Mengen Sulfit wird in der technischen Anwendung mit neutralen bis leicht alkalischen pH-Werten angestrebt, bei minimalem Abbau von Lignin eine möglichst hohe Festigkeit der Faser zu erreichen. Die Chemikalienmengen werden in der Praxis so gering wie möglich gehalten. Nach dem NSSC- Verfahren hergestellte Faserstoffe werden meist ungebleicht eingesetzt.

Ein anderes Verfahren ist das Bisulfit- Verfahren, das bei pH-Werten um 4 betrieben wird. Auch andere Verfahren, wie das Kraft- Verfahren (auch Sulfat- Verfahren genannt) oder das Soda-Verfahren, die an sich für die Herstellung von Zellstoffen mit minimalem

Ligningehalt entwickelt wurden und angewendet werden, sind auf ihre Eignung für die Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen geprüft worden.

Bei der Eignungsprüfung für solche Faserstoffe ist man stets von der praktischen Erfah- rung ausgegangen, dass aufgrund des hohen Ligningehalts die Faser im ungemahlenen oder im wenig gemahlenen Zustand nur unbefriedigend niedrige Festigkeiten aufweist und eine wirtschaftliche Nutzbarkeit nicht gegeben ist. Eine gute übersicht über Hochausbeute-Faserstoffe aus dem Rohstoff Holz bietet "Choosing the best brightening pro- cess", N. Liebergott und T. Joachimides, PuIp & Paper Canada, Vol. 8o, No 12, Decem- ber 1979, T391 - T395. Dort wird für ungebleichte Faserstoffe, die mit verschiedenen Verfahren hergestellt wurden, das erreichbare Festigkeitsniveau in Abhängigkeit von der Ausbeute und vom Ligningehalt angegeben. Als Untergrenze für Fasern, die zur Papierherstellung verwertbar sind, wird das Festigkeitsniveau bei 500 ml CSF (26 ⁰ SR) gemessen, und es wird eine Vergleichsmessung für 300 ml CSF (41 ⁰ SR) durchgeführt. Bei Ausbeuten von ca. 80 % werden für Fichte Reißlängen (Breaking length) von ca. 9- 10 km bei 500 ml CSF (26 ⁰ SR) erreicht. Bei weiterer Mahlung steigen die Festigkeitswerte. Diese bereits verhältnismäßig hohen Werte werden durch Aufschlüsse im sauren pH-Bereich (Bisulfitaufschluss, saurer Sulfitaufschluss) erzielt. Für Fasern aus neutralen und alkalischen Aufschlüssen (Neutralsulfit-Aufschluss, Kraft- und Soda- Aufschluss) werden deutlich niedrigere Festigkeitswerte angegeben, die zudem mit einem um das Mehrfache höheren Einsatz an Zerfaserungs- und Mahlenergie erzeugt werden müssen. Dies lässt sich an den höheren Umdrehungszahlen des PFI-Mahlwerks ablesen, die erforderlich sind, um einen Mahlgrad von 500 ml CSF (26 SR) bzw. 300 ml CSF (41 ⁰ SR) zu erreichen.

Für Bagasse sind Faserstoffe bekannt, die z. B. bei 523 ml CSF einen Tenside Factor von ca. 5000 und einen Tear Factor von ca. 46 aufweisen. Der Weißgrad solcher Faserstoffe liegt bei ca. 35 % ISO. Chemikalien bestimmen die Verfahrenskosten mit, also werden sie möglichst sparsam eingesetzt. CTMP-Faserstoffe werden üblicherweise mit Chemi- kalienmengen von 1 % bis 5 % hergestellt. Bei bekannten, industriell etablierten Verfahren zur Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen, z. B. dem NSSC-Verfahren, werden bis zu 10 % Chemikalien bezogen auf das Ausgangsmaterial eingesetzt. Bei einem so limitierten Chemikalieneinsatz wird bevorzugt keine Recovery für die Rückgewinnung

der Chemikalien installiert.

Trotz der verhältnismäßig geringen Chemikalienmengen führt diese Art der Faserstoff- Herstellung zu einer erheblichen Umwelt-, insbesondere Gewässerbelastung, nicht nur wegen des Chemikalieneintrags sondern vor allem wegen der organischen Fracht, die in die Vorfluter abgegeben wird.

Zur Kostensituation ist anzumerken, dass bei mechanisch hergestellten Faserstoffen die stark steigenden Energiepreise die Herstellungskosten belasten. Bei chemisch hergestellten Hochausbeute-Faserstoffen ist die Produktion mit den Kosten für die verlorenen Chemikalien belastet.

Die auf mechanischem und/oder chemischem Wege hergestellten Hochausbeute- Faserstoffe werden insbesondere dort eingesetzt, wo nicht unbedingt ein hoher Endweißgrad und hohe Weißgradstabilität erforderlich sind. Sie könnten sich noch zahlrei- che weitere Einsatzgebiete erschließen, wenn das Festigkeitsniveau gesteigert werden könnte.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen ungebleichten und einen gebleichten Faserstoff aus Einjahrespflanzen bereitzustel- len, der bei hohem Ligningehalt der Faser ein hohes Festigkeitsniveau bietet.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem lignocellulosischen Faserstoff aus Einjahrespflanzen mit einer Reißlänge von mehr als 4,5 km bei 20 ⁰ SR und einem Ligningehalt von mindestens 8 % bezogen auf den ungebleichten otro Faserstoff.

Der vorbeschriebene Faserstoff weist einen Ligningehalt von mindestens 8 % bezogen auf den otro Faserstoff auf. Dieser Ligningehalt wird ermittelt durch Bestimmung des Klason-Lignins und des säurelöslichen Lignins (Definition hierfür siehe weiter unten). Klason-Lignin und säurelösliches Lignin zusammen ergeben den Ligningehalt des je- weiligen Faserstoffs. Der Ligningehalt des erfindungsgemäßen Einjahrespflanzen-

Faserstoffs kann aber auch durchaus höher liegen, insbesondere bei mehr als 10 %, bei mehr als 12 % oder bei mehr als 14 %. Je höher der Ligningehalt des Einjahrespflanzen- Faserstoffs bei einer Reißlänge von mehr als 4,5 km bei 20 ⁰ SR ist, desto geringer sind

die Ausbeute-Verluste beim Herstellen des Faserstoffs. Dieses Mehr an Ausbeute steigert die Wettbewerbsfähigkeit des Faserstoffs.

Der erfindungsgemäße Faserstoff aus Einjahrespflanzen unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass die Fasern bereits bei einem gegenüber bekannten Fasern aus Einjahrespflanzen weitaus geringeren Mahlgrad hohe Festigkeitswerte zeigen. Der Mahlgrad ist ein Maß für das Entwässerungsverhalten einer Fasersuspension. Bei einem Mahlgrad von 20 ⁰ SR ist die Faser morphologisch nur wenig verändert. Bekannte Fasern z. B. aus Stroh oder Bambus mit verhältnismäßig hohem Ligningehalt weisen bei 20 ⁰ SR eine Struktur auf, die nicht in der Lage ist, eine gute Bindung an benachbarte Fasern - und damit ein akzeptables statisches Festigkeitsniveau- aufzubauen. Der erfindungsgemäße Faserstoff ist jedoch bereits bei niedrigem Mahlgrad von 20 ⁰ SR -und damit nach geringem Aufwand an Mahlenergie- in der Lage, eine gute Bindung an benachbarte Fasern aufzubauen.

Die erreichbaren Festigkeitswerte liegen für Einjahrespflanzen mit einem Ligningehalt von mindestens 8% über 4,5 km. Werte von mehr als 5 km, von über 6 km und - bevorzugt- von mehr als 7 km Reißlänge bei jeweils 20 ⁰ SR sind für diese Faserstoffe ohne weiteres erreichbar.

Der erfindungsgemäße Faserstoff aus Einjahrespflanzen zeichnet sich jedoch nicht nur durch hohe Reißlängen aus. Vielmehr ist das Festigkeitsniveau insgesamt hoch. So weist der erfindungsgemäße Einjahrespflanzen-Faserstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 8 % bei 20 ⁰ SR und bezogen auf ein Blattgewicht von 100 g/m ² eine Durchreißfes- tigkeit von mindestens 45 cN auf. Diese Durchreißfestigkeit in Verbindung mit den hohen Reißlängen bereits bei so ungewöhnlich niedrigen Mahlgraden von 20 ⁰ SR für Einjahrespflanzen ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt.

Gleichzeitig weist der Faserstoff bei einem hohem Ligningehalt von mehr als 8 % einen ungewöhnlich hohen Weißgrad auf. Nach dem Aufschluss, also ohne jede Bleichbehandlung, werden Werte von 40 %ISO und mehr gemessen. Es ist auch ohne weiteres möglich, Werte von über 50 %ISO zu erreichen. Da das Lignin im Allgemeinen als farbge- bend für den Faserstoff angesehen wird, ist es bemerkenswert, wenn trotz des hohen

Ligningehalts ein solcher Weißgrad erzielt wird.

Wird der erfindungsgemäße Faserstoff einer Bleichbehandlung unterzogen, so verbessern sich die Faser-Eigenschaften erheblich. Die Bleichbehandlung ist für manche An- Wendungen mit höheren Anforderungen an den Weißgrad erforderlich; sie zielt aber auch auf die Einstellung und Verbesserung der Fasereigenschaften ab. Der gebleichte Faserstoff weist nicht nur einen deutlich höheren Weißgrad von über 6o %ISO, bevorzugt von über 65 %ISO und vorteilhaft von mehr als 70 % ISO auf. Mit der Bleichbehandlung steigern sich die Reißlängen auf mehr als 5,5 km, bevorzugt auf mehr als 5,5 km besonders bevorzugt auf mehr als 7,5 km bei 20 ⁰ SR. Während der Bleichbehandlung kann die Durchreißfestigkeit stabilisiert werden.

Verfahren zur Herstellung von Faserstoff aus Einjahrespflanzen

Es sind wie vorstehend beschrieben, Verfahren bekannt, die aus Einjahrespflanzen Fa- serstoffe mit einem verhältnismäßig hohen Ligningehalt von über 7 % erzeugen. Sie erbringen eine Ausbeute von 70 % oder mehr bezogen auf das eingesetzte Ausgangsmaterial. Diese Verfahren basieren auf chemischer und/ oder auf mechanischer Zerlegung der Einjahrespflanzen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Verfahren zur Herstellung von Faserstoff aus Einjahrespflanzen mit einem Ligningehalt von mehr als 8 % vorzuschlagen, mit dem auf wirtschaftliche Weise Faserstoffe hoher Festigkeit hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem ersten Verfahren zur Herstellung von Faserstoff aus Einjahrespflanzen mit einem Ligningehalt von mindestens 8 %, jeweils bezogen auf die otro Fasermasse. Dieses erste Verfahren weist die Schritte auf:

Herstellen einer Chemikalienlösung mit mehr als 5 % Chemikalien (berechnet als NaOH), jeweils bezogen auf die otro Menge der eingesetzten Einjahrespflanzen, - Mischen der Chemikalienlösung mit den Einjahrespflanzen in einem vorgegebenen Flottenverhältnis,

Erwärmen der Chemikalienlösung und der Einjahrespflanzen auf eine Temperatur über Raumtemperatur und anschließend

entweder (1. Alternative)

Entfernen frei fließender Chemikalienlösung und Aufschließen der Einjahrespflanzen in der Dampfphase oder (2. Alternative) - Aufschließen der Einjahrespflanzen in Gegenwart der Chemikalienlösung in flüssiger Phase und Separieren der frei fließenden Chemikalienlösung und der Einjahrespflanzen.

Das erste erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass zur Herstellung von Hoch- ausbeute-Faserstoffen höhere Chemikalienmengen eingesetzt werden als bisher üblich. Mehr als 5 % Chemikalien liegen deutlich über den bisher üblichen Chemikalienmengen für die technische Faserstoff- Erzeugung aus Einjahrespflanzen eingesetzt werden. Dieser hohe Chemikalieneinsatz erbringt Faserstoffe mit guter Ausbeute und exzellenten Festigkeitseigenschaften. So werden für Einjahrespflanzen mit einem Ligningehalt von 8 % oder mehr bei Mahlgraden von nur 20 ⁰ SR Werte von mehr als 4,5 km, aber auch Reißlängen von mehr als 5 km und mehr als 6 km gemessen. Damit wird das gewünschte hohe Festigkeitsniveau erreicht.

Es ist als außerordentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, dass diese Festigkeitswerte bereits bei äußerst geringen Mahlgraden erreicht werden, wie sie bisher für Hochausbeute-Faserstoffe nicht verfügbar waren. Einjahrespflanzen- Faserstoffe nach dem Stand der Technik zeigen bei Mahlgraden von 20 ⁰ SR ein nicht akzeptables Festigkeitsniveau. Bekannte Faserstoffe haben bei diesen niedrigen Mahlgraden bisher Fasern ergeben, die kein ausreichendes Bindungsvermögen aufgewiesen haben und die entsprechend keine ausreichenden Festigkeitseigenschaften für eine wirtschaftliche Verwendung solcher Faserstoffe geboten haben.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Faserstoffe weisen dagegen bereits bei Mahlgraden im Bereich von 20 ⁰ SR Reißlängen von mehr als 4,5 km bis über 7 km und Durchreißfestigkeiten von mehr als 45 cN bis zu mehr als 60 cN auf, bezogen auf ein Blattgewicht von 100 g/m ² . Diese geringen Mahlgrade werden überdies mit einem niedrigen spezifischen Bedarf an Mahlenergie erreicht, der sogar weniger als 300 kWh/t Faserstoff betragen kann. Die Erkenntnis, dass das hohe Festigkeitsniveau be-

reits bei niedrigen Mahlgraden von um 20 ⁰ SR und darunter erreicht wird, ist wesentlicher Teil der Erfindung.

Diese hohen Festigkeitswerte sind für Faserstoffe aus Einjahrespflanzen mit einem Lig- ningehalt von mehr als 8 % bisher nicht bekannt. Das hohe Festigkeitsniveau kann aber auch für Faserstoffe mit einem noch höheren Ligningehalt beibehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet zur Herstellung von Einjahrespflanzen- Faserstoffen mit einem Ligningehalt von mehr als 10 %, bevorzugt mehr als 12 %, vorteilhaft von mehr als 14 % bezogen auf die otro Fasermasse.

Die zur Herstellung eines Faserstoffs aus Einjahrespflanzen mit einer Ausbeute von mindestens 70 % bzw. mit einem Ligningehalt von mindestens 8 % erfindungsgemäß einzusetzende Chemikalienmenge beträgt für das erste erfindungsgemäße Verfahren mindestens 7 %, jeweils bezogen auf die aufzuschließende otro Masse von Einjahres- pflanzen. Die Qualität des hergestellten Faserstoffs zeigt die besten Ergebnisse bei einem Chemikalieneinsatz von bis zu 30 % bezogen auf otro Einjahrespflanzen. Bevorzugt werden zwischen 10 % und 27,5 %, besonders bevorzugt zwischen 10% und 20 % Chemikalien bezogen auf die eingesetzten otro Einjahrespflanzen zugesetzt. Als optimal hat sich ein Einsatz an Chemikalien erwiesen, der bevorzugt zwischen 10 % und 15 % be- trägt.

Das Einstellen eines spezifischen pH-Werts ist für das erste erfindungsgemäße Verfahren keineswegs erforderlich. Nur wenn z.B. besondere Eigenschaften der Zellstoffe (besonders hoher Weißgrad, ein bestimmtes Verhältnis von Reißlängen und Durchreißfes- tigkeit) mit dem Aufschluss erreicht werden sollen, kann es sinnvoll sein, Säure oder eine alkalische Komponente vor oder während des Aufschlusses zuzusetzen. Nach einer vorteilhaften Ausführung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens kann, unabhängig von dem gewählten Einsatz an Chemikalien insgesamt, ein Verhältnis zwischen einer alkalischen Komponente und Schwefeldioxid (SO2) in einem weiten Bereich eingestellt werden. SO2 wird hier stellvertretend für die oben erwähnte saure Komponente genannt. Es kann also statt SO2 auch eine Säure eingesetzt werden. Da die ggf. zugesetzte Chinon-Komponente nur in minimalen Mengen, meist von deutlich unter 1 % eingesetzt wird, ist sie für die Einstellung dieses Verhältnisses vernachlässigbar. Ein Verhältnis

alkalische Komponente : S02 in einem Bereich von 4 : 1 bis 1,6 : 1 ist gut geeignet, das erste erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen und Faserstoffe mit hohen Festigkeitseigenschaften zu erreichen. Ein üblicher, besonders geeigneter Bereich liegt zwischen 2 : 1 und 1,6 : 1. Die Anpassung der anteiligen Komponenten erfolgt in Abhängig- keit vom aufzuschließenden Rohstoff und der jeweils gewählten Verfahrensführung (Aufschlusstemperatur, Aufschlussdauer, Imprägnierung).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst mit einem zweiten Verfahren zur Herstellung von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff mit den Schritten:

Herstellen einer Chemikalienlösung mit weniger als 20 % Sulfit (berechnet als Na- SO3), jeweils bezogen auf die otro Menge der eingesetzten Einjahrespflanzen, Mischen der Chemikalienlösung mit dem Holz in einem vorgegebenen Flottenver- hältnis,

Erwärmen der Chemikalienlösung und des Holzes auf eine Temperatur über Raumtemperatur und anschließend entweder (1. Alternative) Entfernen frei fließender Chemikalienlösung und - Aufschließen der Einjahrespflanzen in der Dampfphase oder (2. Alternative)

Aufschließen der Einjahrespflanzen in Gegenwart der Chemikalienlösung in flüssiger Phase und Separieren der frei fließenden Chemikalienlösung und der Einjahrespflanzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass zur Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen ein Minimum an Chemikalien eingesetzt wird. Trotz des geringen Chemikalieneinsatzes erbringt das erfindungsgemäße Verfahren Faserstoffe mit guter Ausbeute und exzellenten Festigkeitseigenschaften. So werden für Einjahrespflanzen- Faserstoffe mit einem Ligningehalt von mehr als 8 %, die nach dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, bei Mahlgraden von nur 20 ⁰ SR Werte von mehr als 4,5 km, aber auch Reißlängen von mehr als 5 km und mehr als 6 km gemessen. Damit wird das gewünschte hohe Festigkeitsniveau erreicht.

Bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren ist man der Auffassung, dass die Qualität des dort erzeugten Hochausbeute-Faserstoffs aus Einjahrespflanzen auf den hohem Chemikalieneinsatz von mehr als 5 % (berechnet als NaOH) zurückzuführen sei. Versu- che haben aber ergeben, dass ein Faserstoff mit gleichen Qualitäten durchaus auch hergestellt werden kann, wenn geringere Mengen an Sulfit eingesetzt werden und wenn auf den Einsatz von Alkali, z. B. von NaOH oder von Na2CO3 verzichtet wird. Der Bedarf an Sulfit kann bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem ersten Verfahren um 10 % bis 50 %, in den meisten Fällen um 20 % bis 40 %, üblicherweise um 25 % bis 35 % verringert werden.

Damit ist ein erheblicher Fortschritt zum einen bei den Verfahrenskosten erreicht. Zum anderen arbeitet das zweite erfindungsgemäße Verfahren weitaus umweltfreundlicher, weil insgesamt ein Minimum an Chemikalien eingesetzt wird, um einen besonders hochwertigen und vielseitig verwertbaren Faserstoff zu erzeugen. Zudem ist zur Kreislaufschließung dieses Verfahrens nur eine kleine und deshalb besonders wirtschaftliche und umweltfreundliche Chemikalienwiederaufbereitung erforderlich. Welches der beiden erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, hängt vom aufzuschließenden Rohstoff und von den Anforderungen an den herzustellenden Faserstoff ab.

Das zweite erfindungsgemäße Verfahren wird nach einer vorteilhaften Ausführung zur Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen aus Einjahrespflanzen eingesetzt. Diese hohen Festigkeitswerte sind für Faserstoffe aus Einjahrespflanzen mit einem Ligninge- halt von mehr als 8 % bisher nicht bekannt. Das hohe Festigkeitsniveau kann aber auch für Faserstoffe mit einem noch höheren Ligningehalt beibehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet zur Herstellung von Faserstoffen aus Einjahrespflanzen mit einem Ligningehalt von mehr als 10 %, bevorzugt mehr als 12 %, vorteilhaft von mehr als 14 % bezogen auf die otro Fasermasse.

Die vorstehend beschriebenen Vorteile treffen uneingeschränkt für Hochausbeute- Faserstoffe aus Einjahrespflanzen zu, die nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Es ist als außerordentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, dass die beschriebenen Festigkeitswerte bereits bei äußerst geringen

Mahlgraden erreicht werden, wie sie bisher für Hochausbeute-Faserstoffe in Verbindung mit hohen Festigkeitswerten nicht verfügbar waren. Faserstoffe aus Einjahres- pflanzen zeigen nach dem Stand der Technik bei Mahlgraden von 20 ⁰ SR ein nicht akzeptables Festigkeitsniveau. Bekannte Faserstoffe haben bei diesen niedrigen Mahlgra- den bisher Fasern ergeben, die kein ausreichendes Bindungsvermögen aufgewiesen haben und die entsprechend keine ausreichenden Festigkeitseigenschaften für eine wirtschaftliche Verwendung solcher Faserstoffe geboten haben.

Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Faserstoffe weisen dagegen bereits bei Mahlgraden im Bereich von 20 ⁰ SR Reißlängen von mehr als 4,5 km und Durchreißfestigkeiten von mehr als 45 cN auf, bezogen auf ein Blattgewicht von 100 g/m ² . Diese geringen Mahlgrade werden überdies mit einem niedrigen spezifischen Bedarf an Mahlenergie erreicht, der niedriger als 250 kWh/t Faserstoff liegt. Die Erkenntnis, dass das hohe Festigkeitsniveau bereits bei niedrigen Mahlgraden 20 ⁰ SR und darunter erreicht wird, ist wesentlicher Teil der Erfindung.

Die Zusammensetzung der zum Aufschluss verwendeten Chemikalienlösung kann in Abstimmung auf das aufzuschließende Holz und die gewünschten Faserstoff- Eigenschaften festgelegt werden. In der Regel wird allein eine Sulfit- Komponente einge- setzt. Alternativ oder in Ergänzung kann eine Sulfid-Komponente hinzu kommen. Ein Aufschluss mit einer Sulfit- Komponente wird durch die Gegenwart von Sulfid- Komponenten nicht gestört. Technisch wird meist Natriumsulfit eingesetzt, aber auch die Verwendung von Ammonium- oder Kaliumsulfit oder von Magnesiumbisulfit ist möglich. Wenn bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren hohe Mengen an Sulfit eingesetzt werden, kann auf den Einsatz einer alkalischen Komponente verzichtet werden, weil sich auch ohne Zugabe alkalischer Komponenten ein hoher pH-Wert einstellt, der den Aufschluss begünstigt.

Zur Einstellung des pH-Werts und zur Unterstützung der Delignifizierung kann für das erste erfindungsgemäße Verfahren eine saure und/oder eine alkalische Komponente zudosiert werden. Als alkalische Komponente wird technisch meist Natriumhydroxid (NaOH) eingesetzt. Möglich ist aber auch der Einsatz von Carbonaten, insbesondere Natriumcarbonat. Die Angaben zu Chemikalien-Mengen des ersten erfindungsgemäßen

Aufschlussverfahrens in diesem Dokument, z. B. zum Gesamt-Chemikalieneinsatz oder zur Aufteilung der Sulfit- Komponente und der alkalischen Komponente, sind, soweit nicht anders angegeben, jeweils berechnet und angegeben als Natriumhydroxid (Na- OH). Die Angaben zu Chemikalien-Mengen des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens in diesem Dokument sind jeweils berechnet und angegeben als Natriumsulfit.

Als saure Komponente können für das erste erfindungsgemäße Verfahren Säuren zudosiert werden, um den gewünschten pH-Wert einzustellen. Bevorzugt wird aber der Zusatz von SO2, ggf. in wässriger Lösung. Es ist preiswert und gut verfügbar, insbesondere dann, wenn die verbrauchte Chemikalienlösung z. B. auf der Basis von Natriumsulfit, nach dem Aufschluss für eine Weiterverwendung aufbereitet wird.

Es wird für beide erfindungsgemäßen Verfahren als eigenständige erfinderische Leistung angesehen, die Vorteile der Verwendung einer Chinon-Komponente für den erfin- dungsgemäßen Hochausbeute-Aufschluss erkannt zu haben. Chinon-Komponenten, insbesondere Anthrachinon, werden bisher bei der Herstellung von Zellstoffen mit minimalem Ligningehalt eingesetzt, um gegen Ende des Aufschlusses einen unerwünschten Angriff auf die Kohlenhydrate zu verhindern. Durch Zusatz von Chinon- Komponenten wird es möglich, den Aufschluss von Einjahrespflanzen weiter bis zum annähernd vollständigen Abbau des Lignins fortzuführen. Es hat sich als bisher nicht gekannte, unerwartete Eigenschaft von Chinon-Komponenten herausgestellt, dass diese die Geschwindigkeit des Ligninabbaus bei der Herstellung von Hochausbeute- Zellstoffen signifikant erhöhen. Die Dauer des Aufschlusses kann z. B. bei der Herstellung von Einjahrespflanzen-Faserstoffen um mehr als die Hälfte, je nach Aufschlussbe- dingungen um mehr als drei Viertel verkürzt werden. Diese bemerkenswerte Wirkung wird mit minimalem Einsatz von Chinon erreicht. Zweckmäßig ist ein Einsatz von z. B. Anthrachinon zwischen 0,005 % und 0,5 %, vorteilhaft werden 0,025-0,2 % Anthrachinon, besonders vorteilhaft 0,025-0,1 % Anthrachinon eingesetzt. Ein Einsatz von Anthrachinon von bis zu 1 % erbringt auch die gewünschte Wirkung. Ein Einsatz von mehr als 3 % Anthrachinon ist meist unwirtschaftlich.

Aus einzelnen oder mehreren der vorgenannten Chemikalien wird für die erfindungsgemäßen Verfahren eine Chemikalienlösung hergestellt. Meist wird eine wässrige Lö-

sung angesetzt. Als Option kann auch der Einsatz oder der Zusatz von organischen Lösungsmitteln vorgesehen werden. Alkohol, insbesondere Methanol und Ethanol, ergeben in Mischung mit Wasser besonders wirkungsvolle Chemikalienlösungen für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Hochausbeute-Faserstoffen. Das Mischungs- Verhältnis von Wasser und Alkohol kann für den jeweiligen Rohstoff in wenigen Versuchen optimiert werden.

Die erfindungsgemäßen Verfahren können in einem weiten pH-Wert-Bereich durchgeführt werden. Das Verhältnis von alkalischer Komponente zu saurer Komponente bzw. der Einsatz einer sauren oder einer alkalischen Komponente kann beim ersten erfindungsgemäßen Verfahren so eingestellt sein, dass zu Beginn des Verfahrens ein pH- Wert zwischen 5,5 und 11, bevorzugt zwischen 5,5 und 10, besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 8,5 eingestellt wird. Die eher alkalischen pH-Werte zwischen 8 und 11, die für die erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft sind, begünstigen auch die Wirkung der Chinon-Komponente. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind hinsichtlich des pH- Werts tolerant; es sind insbesondere beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren keine oder wenig Chemikalien zur pH-Wert Einstellung erforderlich. Dies wirkt sich günstig auf die Kosten für Chemikalien aus.

Ohne weiteren Zusatz von Säure oder alkalischer Komponente stellt sich am Ende des Aufschlusses ein pH-Wert zwischen 5,5 und 10, meist zwischen 7,5 und 8,5 in der frei fließenden Chemikalienlösung sowie den darin gelösten organischen Bestandteilen, die durch den Aufschluss verflüssigt wurden, ein. Zu den gelösten organischen Bestandteilen zählen vor allem Lignosulfonate.

Das Flottenverhältnis, also das Verhältnis der Menge der otro Einjahrespflanzen zur Chemikalienlösung, wird für beide Verfahren zwischen 1 : 1,5 und 1 : 6 eingestellt. Bevorzugt wird ein Flottenverhältnis von 1 : 3 bis 1 : 5. In diesem Bereich ist eine gute und einfache Mischung und Imprägnierung des aufzuschließenden Materials gewährleistet. Für Einjahrespflanzen wird ein Flottenverhältnis von 1 : 4 bevorzugt.

Die Mischung oder Imprägnierung der Einjahrespflanzen-Hackschnitzel erfolgt vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen. Ein Erhitzen der Hackschnitzel und der Chemi-

- _I4 -

kalienlösung auf bis zu 170 ⁰ C, bevorzugt auf bis zu 150 ⁰ C, besonders bevorzugt auf bis zu 130 ⁰ C führt zu einem schnellen und gleichmäßigen Aufschluss der Einjahrespflan- zen. Für das Mischen oder Imprägnieren der Hackschnitzel ist ein Zeitraum von bis zu 30 Minuten, bevorzugt von bis zu 60 Minuten, besonders bevorzugt von bis zu 90 Minu- ten vorteilhaft. Die jeweils optimale Zeitdauer hängt unter anderem von der Menge der Chemikalien und dem Flottenverhältnis sowie der Art des Aufschlusses (flüssig oder Dampfphase) ab.

Der Aufschluss des mit der Chemikalienlösung gemischten oder imprägnierten lignocel- lulosischen Materials erfolgt bevorzugt bei Temperaturen zwischen 120 ⁰ C und 190 ⁰ C, vorzugsweise zwischen 150 ⁰ C und 180 ⁰ C. Für die meisten Einjahrespflanzen werden Aufschluss-Temperaturen zwischen 155 ⁰ C und 170 ⁰ C eingestellt. Höhere oder niedrigere Temperaturen können eingestellt werden, aber in diesem Temperaturbereich stehen der Energieaufwand für das Aufheizen und die Beschleunigung des Aufschlusses in ei- nem wirtschaftlichen Verhältnis zueinander. Höhere Temperaturen können sich zudem negativ auf die Festigkeiten und den Weißgrad der Faserstoffe auswirken. Der durch die hohen Temperaturen erzeugte Druck kann durch entsprechende Auslegung des Kochers ohne weiteres aufgefangen werden. üblicherweise beträgt die Dauer des Aufheizens nur wenige Minuten, meist bis zu 30 Minuten, vorteilhaft bis zu 10 Minuten, insbesondere, wenn mittels Dampf aufgeheizt wird. Die Dauer des Aufheizens kann bis zu 90 Minuten, bevorzugt bis zu 60 Minuten dauern, z. B. wenn in flüssiger Phase aufgeschlossen wird und die Chemikalienlösung zusammen mit den Hackschnitzeln zu erhitzen ist.

Die Dauer des Aufschlusses wird vor allem in Abhängigkeit von den gewünschten Faser- stoff-Eigenschaften gewählt. Die Dauer des Aufschlusses kann auf bis zu 2 Minuten verkürzt werden, z. B. für den Fall eines Dampfphasen-Aufschlusses von Einjahrespflanzen mit geringem Ligningehalt. Sie kann aber auch bis zu 180 Minuten betragen, wenn z. B. die Aufschlusstemperatur gering und der natürliche Ligningehalt der aufzuschließenden Einjahrespflanzen hoch ist. Auch wenn der Anfangs-pH-Wert des Aufschlusses im neut- ralen Bereich liegt, kann eine lange Aufschlussdauer erforderlich sein. Bevorzugt beträgt die Aufschlussdauer bis zu 90 Minuten. Besonders bevorzugt beträgt die Aufschlussdauer bis zu 60 Minuten, vorteilhaft bis zu 30 Minuten. Eine Aufschlussdauer von bis zu 60 Minuten kommt vor allem bei Einjahrespflanzen mit geringem Ligningehalt in Betracht.

Der Einsatz einer Chinon-Komponente, insbesondere Anthrachinon, ermöglicht eine Verringerung der Aufschlussdauer auf bis zu 25% des Zeitbedarfs ohne Zusatz von Anthrachinon. Wird auf den Einsatz von Chinon- Komponenten verzichtet, verlängert sich für vergleichbare Aufschlussresultate die Aufschlussdauer um mehr als eine Stunde, zum Beispiel von 45 Minuten auf 180 Minuten.

Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dauer des Aufschlusses in Abhängigkeit von dem gewählten Flottenverhältnis eingestellt. Je geringer das Flottenverhältnis ist, desto kürzer kann die Verfahrensdauer eingestellt sein.

Die Herstellung von Hochausbeute-Faserstoff nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren mit hohem Chemikalieneinsatz von mehr als 5 % für Einjahrespflanzen, wie es gemäß des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen wird, erscheint zu- nächst unwirtschaftlich. Versuche haben aber ergeben, dass nur ein Teil der Chemikalien während des teilweisen Aufschlusses des lignocellulosischen Materials verbraucht wird. Der überwiegende Teil der Chemikalien wird unverbraucht ausgeschleust, entweder vor dem Aufschluss (Dampfphasen-Aufschluss) oder nach dem Aufschluss (Auf- schluss in der flüssigen Phase). Der eigentliche Verbrauch an Chemikalien liegt unter den in der Aufschluss-Lösung eingesetzten Mengen.

Der Chemikalienverbrauch wird für beide erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erfasst als die Menge an Chemikalien die - bezogen auf die ursprünglich eingesetzte Menge an Chemikalien - nach dem Entfernen oder Separieren der Chemikalienlösung sowie ggf. dem Erfassen von Chemikalienlösung, die nach dem Zerfasern oder in Verbindung mit einer Erfassung der Chemikalienlösung gemessen wird. Der Chemikalienverbrauch ist abhängig von der absoluten Menge der für den Aufschluss eingesetzten Chemikalien, bezogen auf die aufzuschließende otro Masse an Einjahrespflanzen. Je höher der Einsatz von Aufschlusschemikalien ist, um so geringer ist der direkte Umsatz an Chemikalien. Bei einem Einsatz von 27,5 % Chemikalien bezogen auf otro Einjahres- pflanzen-Masse für das erste erfindungsgemäße Verfahren, werden beispielsweise nur ca. 30 % der eingesetzten Chemikalien verbraucht. Bei Einsatz von 15 % Chemikalien bezogen auf otro Einjahrespflanzen werden jedoch 60 % der eingesetzten Chemikalien

- l6 -

verbraucht, wie in Laborversuchen nachgewiesen werden konnte. Der Chemikalienverbrauch für das erste erfindungsgemäße Verfahren beträgt nach einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens während des Aufschlusses bis zu 80 %, bevorzugt bis zu 40 %, besonders bevorzugt bis zu 40 %, vorteilhaft bis zu 20%, besonders vorteilhaft bis zu 10% des Chemikalieneinsatzes, der zu Beginn des Aufschlusses eingesetzt wird.

Der Chemikalienverbrauch zum Herstellen einer Tonne Faserstoff liegt bei ca. 6 % bis 14 % Sulfit- und/oder Sulfid-Komponente sowie ggf. alkalischer und/oder sauerer Komponente sowie ggf. Chinon-Komponente bezogen auf otro Faserstoff (Laub- und Nadel- holz). Erfindungsgemäß genügt diese Menge Chemikalien nach dem ersten vorgeschlagenen Verfahren, um einen Faserstoff mit den vorgegebenen Eigenschaften herzustellen. Um jedoch ein gleichmäßiges Verfahrensergebnis zu gewährleisten und ggf. besondere, gewünschte Faserstoff- Eigenschaften zu erhalten, kann es sich gemäß des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens als sinnvoll erweisen, höhere Chemikalienmengen für den Aufschluss einzusetzen, z. B. die vorstehend genannten bis zu 30% Chemikalien bezogen auf otro Einjahrespflanzen-Masse.

Der Einsatz dieser Chemikalienmengen zu Beginn des Aufschlusses zeigt beim ersten erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafte Wirkung, da die auf diese Weise erhaltenen Faserstoffe bisher nicht verfügbare Eigenschaften, insbesondere hohe Festigkeitseigenschaften und hohe Weißgrade aufweisen. Insbesondere ist bisher kein Aufschlussverfahren verfügbar, dass über ein breites pH-Wert-Spektrum vom neutralen bis zum alkalischen Bereich Faserstoffe mit hohen Festigkeiten erzeugt. Als wirtschaftlich besonders attraktiv hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäß hergestellten Faserstoffe mit weitaus geringerem Energiebedarf auf vorgegebene Mahlgrade zu mahlen sind als bekannte Faserstoffe aus Einjahrespflanzen. Zudem entwickeln sie die hohen Festigkeiten bereits bei ungewöhnlich niedrigen Mahlgraden von 20 ⁰ SR.

Ein überschuss an Chemikalien befindet sich bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Mischen und Imprägnieren der Einjahrespflanzen mit der Chemikalienlösung bzw. nach dem Aufschluss in der frei fließenden Flüssigkeit. Dieser überschuss wird vor dem Aufschluss (1. Alternative) oder nach dem Aufschluss (2. Alternative) abgezogen. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Verfahren wird die Zusammensetzung der

- Y] -

entfernten Chemikalienlösung erfasst und anschließend für den erneuten Einsatz zur Herstellung von Fasern auf eine vorgegebene Zusammensetzung eingestellt. Die Chemikalienlösung, die vor oder nach dem Aufschluss der Einjahrespflanzen entfernt wird, weist nicht mehr die ausgangs eingestellte Zusammensetzung auf. Mindestens ein Teil der zum Aufschluss eingesetzten Chemikalien ist - wie vorstehend beschrieben - in das aufzuschließende Material eingedrungen und/oder ist beim Aufschluss verbraucht worden. Die unverbrauchten Chemikalien können ohne weiteres wieder für den nächsten Aufschluss eingesetzt werden. Es wird jedoch für beide erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, die Zusammensetzung der entfernten Chemikalienlösung zunächst zu bestimmen und dann die verbrauchten Anteile an z. B. Sulfit, alkalischer Komponente, Chinon-Komponente oder auch Wasser bzw. Alkohol zu ergänzen, um wieder die vorgegebene Zusammensetzung für den nächsten Aufschluss herzustellen. Dieser Ergänzungsschritt wird auch als Aufstärken bezeichnet.

Es ist als erheblicher Vorteil dieser Maßnahme anzusehen, dass die Chemikalienlösung erst recht bei einem Entfernen vor dem Aufschluss, aber auch bei einem Entfernen nach dem Aufschluss gar keine oder nur sehr wenige Substanzen enthält, die sich bei einer erneuten Verwendung der aufgestärkten Chemikalienlösung für den nächsten Aufschluss als störend erweisen. Das erste erfindungsgemäße Verfahren, dass darauf ab- stellt, bei der Imprägnierung ein überangebot an Aufschluss-Chemikalien zur Verfügung zu stellen, kann also trotz der zunächst unwirtschaftlich erscheinenden Vorgehensweise des hohen Chemikalieneinsatzes äußerst wirtschaftlich arbeiten, denn das Entfernen bzw. das Separieren und das Aufstärken der Chemikalienlösung kann einfach und kostengünstig durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäßen Verfahren werden gezielt so gesteuert, dass nur möglichst wenig des eingesetzten Ausgangsmaterials abgebaut oder gelöst wird. Angestrebt wird es, einen Faserstoff herzustellen, der mindestens 4 % Lignin bezogen auf die otro Fasermasse aufweist, bevorzugt von mindestens 5 % Lignin, besonders bevorzugt von min- destens 6 % Lignin, vorteilhaft von mindestens 7 % Lignin.

Die Ausbeute der erfindungsgemäßen Verfahren liegt bei mindestens 70 %, bevorzugt bei mehr als 75 %, vorteilhaft bei mehr als 80 %, jeweils bezogen auf die eingesetzten

Einjahrespflanzen. Diese Ausbeute korreliert mit dem vorstehend angegeben Ligninge- halt des Faserstoffs. Der ursprüngliche Ligningehalt der Einjahrespflanzen ist spezifisch für die Art. Der Ausbeuteverlust stellt sich bei dem vorliegenden Verfahren überwiegend als Verlust an Lignin dar. Bei unspezifischen Aufschlussverfahren ist der Anteil an Koh- lenhydraten deutlich erhöht, z. B. weil Aufschluss-Chemikalien in an sich unerwünschter Weise auch Cellulose oder Hemicellulosen in Lösung bringen.

Eine weitere, vorteilhafte Maßnahme ist es, nach dem Zerfasern und ggf. Mahlen des lignocellulosischen Materials die noch verbliebene Chemikalienlösung zu entfernen und einer Weiterverwendung zuzuführen. Diese Weiterverwendung kann für beide Verfahren in bevorzugter Ausgestaltung zwei Aspekte umfassen. Zum einen wird das während des teilweisen Aufschlusses abgebaute oder in Lösung gebrachte organische Material, überwiegend Lignin, weiter genutzt. Es wird beispielsweise verbrannt um Prozessenergie zu gewinnen. Oder es wird aufbereitet, um anderweitig genutzt zu werden. Zum an- deren werden die verbrauchten und unverbrauchten Chemikalien wieder so aufbereitet, dass sie für einen erneuten, teilweisen Aufschluss von lignocellulosischem Material eingesetzt werden können. Dazu gehört die Aufbereitung von verbrauchten Chemikalien.

Nach einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Verfahren wird die eingesetzte Chemikalienlösung außerordentlich effizient genutzt. Nach dem Zerfasern und ggf. Mahlen wird der Faserstoff gewaschen, um die Chemikalienlösung so weit wie möglich durch Wasser zu verdrängen. Das bei diesem Wasch- bzw. Verdrängungsvorgang entstehende Filtrat enthält beträchtliche Mengen an Chemikalienlösung und organischem Material. Erfindungsgemäß wird dieses Filtrat der entfernten oder separierten Chemikalienlösung zugeführt, bevor die Chemikalienlösung aufgestärkt und dem nächsten Aufschluss zugeführt wird. Die im Filtrat enthaltenen Chemikalien und organischen Bestandteile stören den Aufschluss nicht. Soweit sie noch einen Beitrag zur Delignifizie- rung während des nächsten Aufschlusses leisten, wird ihr Gehalt in der Chemikalienlösung erfasst und bei der Bestimmung der für diesen Aufschluss erforderlichen Chemika- lienmenge berücksichtigt. Die weiter in dem Filtrat enthaltenen Chemikalien verhalten sich während des anstehenden Aufschlusses inert. Sie stören nicht. Die im Filtrat enthaltenen organischen Bestandteile verhalten sich ebenfalls inert. Sie werden nach dem nächsten Aufschluss bei der Aufbereitung der Chemikalienlösung weiter verwendet,

entweder um Prozessenergie zu erzeugen oder auf andere Weise.

Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass durch diese Führung des Filtrats weniger Frischwasser und weniger Chemikalien für den Aufschluss verwendet werden. Gleichzeitig wird ein Maximum an gelöstem organischem Material erfasst. Auch diese verbesserte Nutzung des in Lösung gegangenen organischen Materials verbessert die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im Folgenden werden Wege zur Herstellung sowie wesentliche Eigenschaften des erfin- dungsgemäßen Faserstoffs anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Eigenschaften der Fasern wurden nach folgenden Standards erfasst und gemessen:

Die Ausbeute wurde durch Wägung des eingesetzten Rohstoffs und des nach dem Aufschluss oder der Bleiche erhaltenen Faserstoffs, jeweils bei 105 ⁰ C auf Gewichtskonstanz (otro) getrocknet, berechnet.

Der Ligningehalt wurde als Klason-Lignin bestimmt gemäß TAPPI T 222 om-98. Das säurelösliche Lignin wurde bestimmt gemäß TAPPI UM 250 Der Weißgrad wurde ermittelt durch Herstellung der Prüfblätter nach Zellcheming- Merkblatt V/19/63, gemessen wurde nach SCAN C 11:75 mit einem Datacolor el- repho 450 x Photometer; die Weiße ist in Prozent nach der ISO-Norm 2470 angegeben.

Die Opazität wurde nach den Vorschriften des Zellcheming-MerkblattsVI/1/66 bestimmt. - Die papiertechnologischen Eigenschaften wurden an Prüfblättern bestimmt, die nach Zellcheming-Merkblatt V/8/76 hergestellt wurden. Raumgewicht wurde nach Zellcheming- Vorschrift V/11/57 ermittelt. Reißlänge wurde nach Zellcheming- Vorschrift V/ 12/57 bestimmt. Die Durchreißfestigkeit wurde nach DIN 53 128 Elmendorf ermittelt. Sie wird für ein Blatt mit einem Blattgewicht 100 g/m ² angegeben.

- Der Mahlgrad wurde nach Zellcheming-Merkblatt V/3/62 erfaßt.

- Die Ermittlung von Tensile-, Tear- und Burst-Index erfolgte gemäß TAPPI 220 sp-96.

AlIe Prozentangaben in diesem Dokument sind Gewichtsangaben, soweit nicht anders vermerkt.

Erstes erfindungsgemäßes Verfahren Beispiel l - Aufschluss in flüssiger Phase

Bagassen-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (30 Minuten bei Sattdampf mit 105 ⁰ C) mit einer Natriumsulfit-Aufschlusslösung bei einem Flottenverhältnis von Ba- gasse : Aufschlusslösung 1 : 3 versetzt. Der gesamte Einsatz an Chemikalien betrug 27,5 % bezogen auf otro Bagassen-Hackschnitzel. Der pH-Wert zu Beginn des Aufschlusses wurde auf pH 8,5 bis 9,5 eingestellt.

Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Bagassen-Hackschnitzel wurden über einen Zeitraum von 90 Minuten auf 170 ⁰ C aufgeheizt und über 30 Minuten bei dieser maximalen Temperatur aufgeschlossen.

Anschließend wurde die frei fließende Flüssigkeit durch Zentrifugieren entfernt, aufgefangen und in einer Anordnung zum Rückführen unverbrauchter Flüssigkeit analysiert und aufgestärkt und so für den nächsten Aufschluss bereitgestellt.

Die aufgeschlossenen Bagassen-Hackschnitzel wurden zerfasert. Teilmengen des so erzeugten Faserstoffs wurden verschieden lang gemahlen, um die Festigkeit bei verschiedenen Mahlgraden zu ermitteln. Der Energieaufwand zum Zerfasern der teilweise aufgeschlossenen Bagassen-Hackschnitzel betrug weniger als 300 kWh/t Faserstoff.

Beispiel 2

Bagassen-Hackschnitzel werden mit 27,5 % Chemikalienzusatz bei einem Flottenverhältnis von Holz : Chemikalienlösung = 1 : 5 bei 120 ⁰ C in der Dampfphase für 120 Minuten imprägniert. Als Chemikalien werden Sulfit und 0,1 % Anthrachinon eingesetzt. Zu Beginn der Imprägnierung stellt sich ein pH-Wert von 9,4 ein. Nach der Imprägnie- rung wird die Chemikalienlösung entfernt.

Die mit der Chemikalienlösung imprägnierten Hackschnitzel werden mit Dampf in ca. 5 Minuten auf 170 ⁰ C aufgeheizt. Diese Dampfphase bei 170 ⁰ C wird über 15-20 Minuten

gehalten. dann wird der Dampf abgelassen und innerhalb von 30 Sekunden wird der Kocher auf 100 ⁰ C abgekühlt, und es stellt sich Umgebungsdruck ein. Die Hackschnitzel werden dem Kocher entnommen und zerfasert. Teilmengen des so hergestellten Bagas- sen-Faserstoffs werden gemahlen und für die gemahlenen Teilmengen werden Mahl- grad und Faserstoff- Eigenschaften bestimmt.

Zweites erfϊndungsgemäßes Verfahren Beispiel 1 - Aufschluss in flüssiger Phase

Bagassen-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (30 Minuten bei Sattdampf mit 105 ⁰ C) mit einer Natriumsulfit-Aufschlusslösung bei einem Flottenverhältnis von Holz : Aufschlusslösung 1 : 3 versetzt. Der gesamte Einsatz an Chemikalien betrug 15 % berechnet als Natriumsulfit, bezogen auf otro Bagassen-Hackschnitzel.

Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Bagassen-Hackschnitzel wurden über einen Zeitraum von 90 Minuten auf 170 ⁰ C aufgeheizt und über 30 Minuten bei dieser maximalen Temperatur aufgeschlossen. Der Anfangs-pH-Wert stellte sich im Bereich von pH 8,0 bis 9,5 ein.

Anschließend wurde die frei fließende Flüssigkeit durch Zentrifugieren entfernt, aufge- fangen und in einer Anordnung zum Rückführen unverbrauchter Flüssigkeit analysiert und aufgestärkt und so für den nächsten Aufschluss bereitgestellt. Aufstärken bedeutet, dass die vorgegebene Sulfitkonzentration durch Zugabe von frischem oder wieder aufbereitetem Sulfit erneut für den nächsten Aufschluss eingestellt wird. Der Chemikalienverbrauch bei diesem ersten Aufschluss beträgt 82 %.

Die aufgeschlossenen Bagassen-Hackschnitzel wurden zerfasert. Teilmengen des so erzeugten Faserstoffs wurden verschieden lang gemahlen, um die Festigkeit bei verschiedenen Mahlgraden zu ermitteln. Der Energieaufwand zum Zerfasern der teilweise aufgeschlossenen Bagassen-Hackschnitzel betrug weniger als 300 kWh/t Faserstoff.

Die Ausbeute beträgt 79,2 % bezogen auf otro Faserstoff. Die Reißlänge wurde bei 16 ⁰ SR mit 4,5 km gemessen, der Tear-Index mit 7,0 mN*m ² /g. Der Weißgrad wurde nach dem Aufschluss mit 41 % ISO bestimmt.

Beispiel 2

Bagassen-Hackschnitzel werden mit 23,6 % Sulfit bei einem Flottenverhältnis von Holz : Chemikalienlösung = 1:5 bei 120 ⁰ C in der Dampfphase für 120 Minuten imprägniert. Als Chemikalien werden Sulfit und 0,1 % Anthrachinon eingesetzt. Zu Beginn der Imprägnierung stellt sich ein pH-Wert von 9,4 ein. Nach der Imprägnierung wird die Chemikalienlösung entfernt.

Die mit der Chemikalienlösung imprägnierten Hackschnitzel werden mit Dampf in ca. 5 Minuten auf 170 ⁰ C aufgeheizt. Diese Dampfphase bei 170 ⁰ C wird über 20 Minuten gehalten. Dann wird der Dampf abgelassen und innerhalb von 30 Sekunden wird der Kocher auf 100 ⁰ C abgekühlt, und es stellt sich Umgebungsdruck ein. Die Hackschnitzel werden dem Kocher entnommen und zerfasert. Teilmengen des so hergestellte Bagas- sen-Faserstoffs werden gemahlen und für die gemahlenen Teilmengen werden Mahl- grad und Faserstoff-Eigenschaften bestimmt.

Bei 16 ⁰ SR wurden 5 km Reißlänge und 102 cN / 100 g/m ² Papiergewicht gemessen. Der Weißgrad wurde mit 42,6 % ISO bestimmt und die Ausbeute betrug 78,9 %.