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Mikroskopische Aufnahme von Cellulose

Zellulose ist das wichtigste Rohstoff vor dem Papier-. Andere für Zellulose gebräuchliche Begriffe sind Zellstoff oder Papierzellstoff, Papierfaser und Zellulose.

Zellstoff als Rohstoff entsteht nach folgenden Arbeitsgängen:

• Sammeln Sie Holz als Rohstoff, in der Regel gefälltes Holz aus Produktionswäldern, Dünnholz und Sägewerksreste.
• Sägen, Entrinden und manchmal Hacken. Beim Hacken wird das Holz verkleinert, damit es besser bearbeitet werden kann.
• Entriegelung der Fasern.
• Bleichen.
• Trocknen und zu Zelluloseballen formen.

Dieser letzte Schritt erfolgt nur, wenn es sich nicht um eine integrierte Papierproduktion handelt. Das bedeutet, dass das Papier woanders produziert wird als dort, wo die Faser herkommt.

Die Rohstoffe für Zellstoff sind hauptsächlich Weichholz und Hartholz. Normalerweise Zellulose aus Eukalyptus als dritte Gruppe, wegen der speziellen Fasern, obwohl es eigentlich zu Harthölzern gehört.

In den Niederlanden gibt es keine Zellstoffindustrie. Alle Rohstoffe für die Feinpapierherstellung werden importiert.

Faserrohstoffe erschließen

Es gibt zwei Formen der Entriegelung: mechanisch oder chemisch. Es gibt auch eine Zwischenform. Mechanisch zersetzter Zellstoff wird auch als holzhaltig, chemisch zersetzt holzfrei bezeichnet.Holz besteht neben Zellulose auch aus Lignin. Lignin sorgt für die Verbindung der Zellulose im Baum und müssen daher entfernt oder behandelt werden, um Zellulose herzustellen.

Cellulose steht eigentlich nur für chemisch abgebaute Fasern, dennoch werden hier auch die mechanischen Abbauformen kurz diskutiert.

Mechanische Entriegelung

Die erste Form der Verdauung ist Zellstoff. Ein Baumstamm wird gegen einen rotierenden Wetzstein geschoben. Dabei wird viel Wärme frei, sodass das Holz mit extra Wasser gekühlt werden muss. Die dabei entstehende hohe Temperatur schwächt das Lignin und setzt die Faser beim Mahlen frei. Ein Teil der Fasern wird dabei gekürzt.

Die zweite Form des Aufschlusses ist das Druckmahlen, das fast dem Holzmahlen gleicht, jedoch unter hohem Druck. Bei höheren Drücken kann die Temperatur auch höher sein, wodurch das Lignin noch weiter geschwächt wird.

Die dritte Form des Aufschlusses ist die Thermovermahlung, die unter Normaldruck abläuft. Hier wird die Temperatur im Prozess geregelt. Anstelle von kaltem Holz wird warmes Holz verwendet.

Die vierte Form des Aufschlusses stellt RMP, Refiner Mechanical Pulp, dar. Hier wird Holzhackschnitzel verwendet. Das Holz wird einem Refiner zugeführt. Ein Refiner besteht aus einer oder mehreren Platten mit Messern darauf. Die rotierenden Platten drücken gegen eine stationäre Platte und entfernen die Fasern aus dem Holz beim Kontakt mit den Platten.

Die fünfte Form des Aufschlusses ist CRMP, chemischer Refiner Mechanical Pulp. Dies ist eigentlich eine Zwischenform zwischen mechanisch und chemisch. Bevor die Späne dem Refiner zugeführt werden, werden sie zunächst mit Sulfit oder Bisulfit. Dies führt zu einer stärkeren Faser, jedoch mit einem geringeren Ertrag.

Die sechste Form des Aufschlusses stellt TMP, Thermo Mechanical Pulp, dar. Die Späne werden vorgewärmt, bevor sie dem Refiner zugeführt werden.

Die siebte Form des Aufschlusses stellt CTMP, Chemo-Thermo-Mechanical Pulp, dar. Neben der Hitze werden die Späne auch mit Sulfit vorbehandelt.Dieser Zellstoff ist der beste holzhaltige, mechanisch aufgeschlossene Zellstoff.

Diese letzte Form wird auch "semi-chemisch" genannt und ist somit der Übergang von der mechanischen zur chemischen Entriegelung.

Chemische Entriegelung

Es gibt 2 Verfahren zum chemischen Aufschluss: das Sulfitverfahren und das Sulfatverfahren.

Sulfit-Prozess

Dieses Verfahren wurde erfunden in 1867. Etwa 15 % des Zellstoffs werden mit dem Sulfitverfahren hergestellt. Die chemische Reaktion nutzt schweflige Säure (H₂SO₃). Für einen ausreichend hohen Reaktionsgeschwindigkeit die Temperatur wird auf etwa 120°C erhöht. Das Lignin ist normalerweise nicht wasserlöslich. Das Bisulfit-Ion (HSO₃⁻), das aus schwefliger Säure gebildet wird, reagiert mit (Sulfonaten) dem Lignin, wodurch das Lignin wasserlöslich wird. Die Säure (H₃Ö) hydrolysiert das Lignin mit dem gleichen Ergebnis. Das Sulfitverfahren ist ein diskontinuierliches Verfahren. Die Rendite beträgt ca. 55%.

Sulfatprozess

Der Sulfatprozess wurde 1879 in Benutzung. Dieser Vorgang ist alkalisch. Das Ätznatron Holzstruktur aufquellen lassen, damit die Kochflüssigkeit in das Holz eindringen kann. Dies geschieht bei einer hohen Temperatur von 180 °C. Da dieses Verfahren so aggressiv ist, eignet es sich auch für schwierige Holzarten wie: Kiefernholz.

Folgende chemische Reaktionen treten auf:

${displaystyle mathrm {NaOH longrightarrow Na^{ } OH^{-}} }$

${displaystyle mathrm {Na_{2}S H_{2}O longrightarrow SH^{-} 2 Na^{ } OH^{-}} }$

${displaystyle mathrm {SH^{-} H_{2}O longrightarrow H_{2}S OH^{-}} }$

Der Wirkstoff ist der Schwefelwasserstoff-ion ​​(HS⁻), abgeleitet von Natriumsulfid (Nach dem₂S). Die Kochflüssigkeit enthält auch Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumcarbonat (Nach dem₂CO₃). Der Name des Verfahrens kommt von der Substanz Natriumsulfat (Nach dem₂SO₄), die beim Aufarbeiten der Kochflüssigkeit zu Natriumsulfid ist reduziert.

Das Hydrogensulfid-Ion reagiert mit dem Methoxygruppen (CH₃Ö⁻) des Lignins im Holz und bildet Methanthiol, ein stinkender Thiol, die den typischen Geruch (oder Gestank) einer Zellstofffabrik erzeugt. Außerdem werden die Ligninketten mit den Hydroxid- und Hydrogensulfid-Ionen aufgebrochen.

Das Endprodukt enthält noch 3 bis 5 % Lignin. Neben Lignin ist die Wachsen mit diesem Verfahren aus dem Holz entfernt.Das Sulfatverfahren ist ein kontinuierliches Verfahren. Der Wirkungsgrad beträgt 45 bis 50 %.

Bleichen

Bleichen ist getan, um Weiße erhöhen, ansteigen. Bleichen beinhaltet auch die Reduzierung oder Behandlung des Lignins, das nach der Faserverdauung verbleibt. Lignin verursacht eine Braunfärbung. Es gibt ligninentfernende Bleichen und ligninmodifizierende Bleichen.

Lignin-modifizierendes Bleichen

Dieses Bleichen zielt darauf ab, die Resonanzgruppen (Resonanz in einem Molekül verursacht die Bräunung) des Lignins aufzubrechen. Dies kann durch oxidatives und reduktives Bleichen erfolgen. Oxidativ Bleichen geschieht mit Wasserstoffperoxid in alkalischem Medium bei einer Temperatur von 70 °C. Da dadurch nicht alle farbverursachenden Gruppen eliminiert werden, a reduzierend Bleichen vorgenommen werden. Dieses Bleichen erfolgt mit Hydrosulfit (S₂Ö₄⁻) das mit Sauerstoff antwortet. Dieser Sauerstoff muss dem Lignin entzogen werden, damit diese Gruppen am Lignin nicht mehr farbaktiv sind. Da der Sauerstoff für einen guten Wirkungsgrad nicht aus der Luft kommen darf, muss darauf geachtet werden, dass die Reaktion ohne Luft abläuft. Diese Reaktion findet in einer neutralen Umgebung statt.

Lignin-entfernendes Bleichen

Die Bleichschritte sind mehrere Schritte des Bleichens und dann des Waschens des Zellstoffs.

In der Vergangenheit hauptsächlich mit Chlor (Cl₂) gebleicht. Unter dem Druck der Umweltbewegungen diese Bleichverfahren wurden durch umweltfreundlichere Verfahren ersetzt. Das Hauptproblem bei dieser Bleichmethode ist die Bildung von chlorhaltigen Abbauprodukten.

Heute im ECF-Verfahren (elementar chlorfrei) hauptsächlich Chlorbleichlauge oder Hypochlorit (ClO⁻) und Chlordioxid (ClO₂) benutzt.

Im TCF-Verfahren (total chlorfrei) werden folgende Stoffe verwendet: Sauerstoff (O₂), Wasserstoffperoxid (H₂Ö₂) und Ozon (Ö₃).

Das Bleichen erfolgt in mehreren Stufen. Zum Beispiel C-E-H-D-E-D, was Chlor bedeutet, Extraktion mit Natronlauge, dann Hypochlorit, Chlordioxid, Extraktion mit Natronlauge, Chlordioxid.

Chlorbleiche funktioniert durch die Reaktion des Chlors mit dem Lignin, wodurch das Lignin löslich wird, um zu bilden Salzsäure. Hypochlorit wirkt durch Aufbrechen der farbverursachenden aromatischRinge des Lignins. Chlordioxid ist ein starkes Oxidationsmittel, bei dieser Bleiche entsteht auch Salzsäure. Die Peroxidbleiche funktioniert auch durch Oxidation der aromatischen Ringe im Lignin. Die Wirkung der Sauerstoff- oder Ozonbleiche beruht auf der Oxidation des Lignins (wie bei Chlor). Die Alkaliextraktion (mit Natronlauge) muss die sauren Abbauprodukte des Lignins entfernen.

Der Umweltnutzen des TCF-Verfahrens im Vergleich zum ECF-Verfahren ist begrenzt und umstritten. Obwohl weniger chlorhaltige Abfallprodukte anfallen, ist die Ausbeute an Holz, das zu Zellstoff verarbeitet wird, geringer.

Umweltaspekte

Die Herstellung von Zellstoff erfordert viel Wasser und viel Energie, außerdem muss Holz geschnitten werden. Auch die bei der Zellstoffherstellung anfallenden Abfallprodukte sind umweltschädlich. Außerdem verursachen Zellstofffabriken Gerüche und oft, auch durch den Wasserdampf, vor allem im Winter, Nebel.

Viele Entwicklungen in der Zellstoffindustrie zielen darauf ab, die schädlichen Umweltaspekte zu verbessern. Das bedeutet, Energie und Wasser effizienter zu nutzen, Abfallprodukte durch Verbrennung wiederzuverwenden und die entstehende Wärme für den Produktionsprozess zu nutzen sowie die Effizienz zu steigern, damit weniger Bäume eingesetzt werden müssen.

Siehe auch

• Papiermaschine