cellulose

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Cellulose fra et lommetørklæde, 200 gange, ca. 600 × 800 µm
Cellobiose (en glukosedimer) er grundenheden i et cellulosemolekyle
Cellulosemolekyler (fra venstre mod højre, stiplede: hydrogenbindinger ) danner stærkt sorterede strukturer; Fibrene i frugtkødet er skabt over flere organisatoriske niveauer

Som papirmasse (engelsk kemisk papirmasse eller pulp kort) refererer til den i kemiske papirmasse, der stammer fra plantefibre, består fibermasse hovedsageligt af cellulose . Sammen med træmasse er frugtkød en vigtig råvare i papirproduktionen . 90% af massen, der produceres på verdensplan, er fremstillet af træ. [1] Brugen af halm , bagasse , kenaf eller bambus som råvarer falder markant på verdensplan.

Produktionen af ​​cellulose foregår forskelligt fra region til region fra industrielt affaldstræ eller plantagetræ . I Europa og Nordamerika bruges f.eks. Savtræ (mest blødt træ ). I Sydamerika, Sydafrika og Australien bruges hårdttræ fra skovplantager (hurtigt voksende eukalyptus ). Træet afbarkes først og forarbejdes derefter til fliset træ (flis). Træet fordøjes derefter kemisk:

  • Den alkaliske sulfatproces , som over 95% af verdens produktion produceres med, er dominerende. Både hårdttræ og nåletræ kan bruges.
  • Der er også syresulfitprocessen . Kun 2% til 3% produceres ved hjælp af denne proces. Fordøjelsen af ​​træ med et højt harpiksindhold , såsom fyr , er sjældent her. For det meste bruges gran , bøg eller eukalyptustræ. Sulfitprocessen har en stabil markedsniske inden for produktion af viskosemasse .

Der skelnes kvalitativt mellem hårdttræ og hårdttræsmasse. Softwood sulfatmasse har lange, faste fibre i gennemsnit 3,3 mm i længden, hvilket giver papir en forstærkning . Hårdttræsmasse har kortere fibre på cirka 1 mm i længden. Det er velegnet til fremstilling af glatte papirer (skrive-, kopipapir ) eller tissuepapir (hygiejnepapir). [1]

historie

I begyndelsen blev papir udelukkende fremstillet af klude . I det 19. århundrede førte den stigende efterspørgsel efter papir til udviklingen af papirmasse og træmasse.

Fordøjelsen af ​​træ med kaustisk soda (NaOH) blev udviklet af H. Burgess og C. Watt i England i 1851 og introduceret i USA i 1854. Den store efterspørgsel efter kaustisk sodavand gjorde fordampning, forbrænding og re- kaustikering for dyr. C. Dahl i Danzig forsøgte at tilføje natriumsulfat (Na2SO 4) direkte i genvindingssystemet. Den natriumsulfit (Na2SC 3) fremstillet af reduktion signifikant forbedret kvalitet fiberen. I 1884 modtog Dahl et patent på procesændringen. De alkaliske betingelser resulterede i meget stærke fibre, som dog var farvet mørkebrune. I lang tid blev de kun brugt til fremstilling af ublegede papirprodukter (papirsække, papkasser ). [1]

I 1867 blev sulfitfordøjelsen patenteret til BC Tilghman i USA (USP 70.485). Denne procedure anvender en opløsning af calciumbisulfit (Ca (HSO 3 ) 2 ) og frit svovldioxid (SO 2 ). Det første store anlæg blev bygget i Sverige i 1874 under CD Ekman, det brugte små, roterende komfurer og magnesiumbisulfit [Mg (HSO 3 ) 2 ]. I Tyskland blev Tilghman von Mitscherlich sulfitprocessen introduceret i 1875. Mitscherlich brugte liggende komfurer, lave temperaturer på 110 ° C og meget lange rotationstider. [1] Den sure sulfitkogning ifølge Mitscherlich fører til forholdsvis lette fibre. Ved brug af træflis fra godt afbarket træ kan der opnås en grad af hvidhed på næsten 70% ISO . Klorblegning med chloreret kalk blev brugt til at lette fibrene yderligere.

Råmateriale

Kilde: [2]

Træsorter Eucalyptus globulus Eucalyptus grandis birk fyrretræer Grantræer bøg Acacia Popler
Distributionsområde Den iberiske halvø Sydamerika Nordlige halvkugle Nordlige halvkugle Nordlige halvkugle Nordlige halvkugle Indien , Indonesien
Udbytte [m 3 / ha / år]
15-30
 3-8 2-10 4-10 2-9 15-25
Levetid [år]
9-14
 25-45 75-110 60-80 100-140 6-12
frugtbarhed
[m 3 træ / t papirmasse] [3]		 2,8-2,9 3,8-4,0 4.5 5 3 4.9

Fremstilling

Træ består af en cellulosematrix, der er vævet sammen med højmolekylær lignin (inkrustationer)

Flis, der er så jævnt formet som muligt, er påkrævet til fremstilling af papirmasse. Den mekaniske findeling forbedrer træets ensartede imprægnering med fordøjelsesopløsningen. Meget groft træflis er ikke fuldstændigt imprægneret, hvilket fører til ufordøjede rester. For fine træflis har ulempen ved en kraftig mekanisk afkortning af fibrene. Savværksaffald (flis) eller fliset træ er næppe egnet. Træ består hovedsageligt af lignocellulose . Under fordøjelsen splittes og opløses ligninets inkrustationer i cellulosematricen, mens cellulosestrukturen stort set bevares.

Sulfatproces

Papirmasse og papirmølle i Georgetown, South Carolina
(se hovedartikel sulfatproces )

Sulfatprocessen (også kaldet sulfatfordøjelse eller proces) kaldes også Kraft -processen på grund af de stærkere fibre. Det er opkaldt efter procesens “make-up kemikalie”, Glaubers salt (natriumsulfat, Na 2 SO 4 ). De aktive stoffer er kaustisk soda og natriumsulfid. Fordøjelsen foregår hovedsageligt i kontinuerlige fordøjere. Ændringer af den originale batchproces anvendes også. Træflisen imprægneres med madlavningen og føres ind i de stående reaktorer ovenfra. Ved en temperatur på op til 170 ° C opløses trækomponenter såsom hemicelluloser og ligniner alkalisk. Ligninet depolymeriseres ved nukleofil etherspaltning af sulfitionerne (SO 3 2− ). Nedbrydning af cellulosefibrene er uønsket, hvorfor fordøjelsesprocessen afsluttes, før alt ligninet er opløst. Ubleget cellulose indeholder derfor stadig omkring 2% til 3% lignin . [1] Op til 1,3 millioner tons papirmasse produceres årligt i en produktionslinje på et anlæg til produktion af papirmasse.

I Tyskland opererer to papirmassefabrikker ved hjælp af sulfatprocessen: Zellstoff- und Papierfabrik Rosenthal GmbH i Blankenstein / Thüringen med en årlig kapacitet på 360.000 tons og Zellstoff Stendal GmbH nær Arneburg / Sachsen-Anhalt, som har en årlig kapacitet på 660.000 tons.

Sulfitproces

(se hovedartikel sulfitproces )

Det svovldioxid, der kræves til sulfitprocessen (også kaldet sulfitfordøjelse eller -proces) blev tidligere produceret ved direkte afbrænding af svovl eller ristning af sulfidmalm og passeret gennem et trætårn med kalksten. Ved dryssning med koldt vand blev den nødvendige calciumbisulfitopløsning med yderligere frit svovldioxid dannet. Flydende svovldioxid bruges i dag. Syresulfitprocessen bryder bindingen mellem lignin og cellulose ved sulfonering og etherspaltning af ligninet. Den lave pH -værdi skader strukturen af ​​cellulosekæderne på acetalbroerne mellem sukkermolekylerne. Det krystallinske område af cellulosen forbliver stabilt. [1] Fiberstyrken af ​​sulfitmasse er dårligere end sulfatmassen. Det hydrofile , sulfonerede lignin er letopløseligt i vand og kan videreforarbejdes til lignosulfonater . Disse bruges som hjælpestoffer til spredte farvestoffer .

Fremstilling af papir kræver næsten altid blegning af papirmasse , som opløser ligninrester gennem oxidation . Under sulfitprocessen opløses hemicelluloser også af det alkaliske blegemiddel.

Udbyttet pr. Tør masse af træ er 40% til 45% for sulfatprocessen og 45% til 50% for sulfitprocessen. Spildevandsbelastningen korrelerer direkte med mængden af ​​opløst stof.

Andre procedurer

Andre processer, såsom soda (Na 2CO 3 · 10H 2 O) og soda / anthraquinon proces (soda / AQ-processen), ved hvilken anthraquinon tjener som en katalysator for en bedre delignificering , ikke spiller en rolle teknisk.

Den alkaliske sulfitfordøjelse med tilsætning af anthraquinon og methanol (ASAM -proces) [4] eller Acetocell -processen med peroxyeddikesyrefordøjelse [5] bør også nævnes. Disse processer er blevet testet i pilotanlæg, men er ikke økonomiske. Den Organocell proces med kaustisk soda og methanol (CH3OH) viste sig også at være konkurrencedygtige. Et stort anlæg baseret på dette princip i Kelheim blev sat i drift i 1992 med betydelige offentlige midler, men blev lukket ned i 1993 på grund af kvalitetsproblemer. [6]

Den eksperimentelle fordøjelse ved hjælp af myresyre og eddikesyre repræsenterer en miljøvenlig tilgang. [7]

Kemisk genvinding

I den klassiske Mitscherlich -proces blev spildvandet fra calciumsulfitfordøjelsen bortskaffet via det modtagende vand. Således forurenede halvdelen af ​​den anvendte træmasse spildevandet og vandområderne. Moderne papirmasseanlæg genvinder massekemikalierne. På grund af dannelsen af ​​calciumsulfataflejringer ( gips ) bruges kun den sure magnesiumsulfitproces i Centraleuropa - med få undtagelser. Efter "kogning" vaskes pulpen og spildevandet fordampes. Den sure " sortlut " opnås. Når de er "brændt", magnesiumsulfit er termisk opdelt i magnesiumoxid (MgO) og svovldioxid. MgO afsættes på elektrostatiske filtre og omdannes tilbage til magnesiumbisulfit [Mg (HSO 3 ) 2 ] med SO 2 indeholdt i røggassen i Venturi -reaktorer.

Når " sortluten " (sort ikke refererer til farven, men derimod den lave renhed) brændes med reduceret adgang til luft, dannes en smeltning af natriumcarbonat (Na 2 CO 3 ) og natriumsulfid (Na 2 S) . " Grøn spiritus " opnås ved opløsning i vand. Natriumcarbonatet kausticeres med calciumhydroxid [skyllet kalk, Ca (OH) 2 ] til dannelse af natriumhydroxidopløsning. Filtrering skaber " hvidluden ". Dette bruges igen i processen. Det filtrerede calciumcarbonat brændes tilbage til calciumoxid (hurtig kalk, CaO) i en roterende ovn .

Denne genvinding aflaster ikke kun det modtagende vand, men den nødvendige procesenergi opnås også fra spildvandet. Moderne systemer genererer et overskud af elektrisk energi. Den overskydende damp kan bruges til papirtørring i en integreret papirmasse- og papirproduktion.

Små papirmasseanlæg har normalt ikke et genvindingsanlæg. Den store miljøforurening forårsaget af det høje indhold af lignin og hemicelluloser i spildevandet fører i stigende grad til lukning. Alene i Kina er over 10.000 halmfræmøller med en årlig produktion på mindre end 5.000 tons blevet nedlagt af regeringen i de sidste ti år på grund af forurening af floder og søer. Indsatsen for genvinding af kemikalierne er for høj i små planter.

Pulpkvalitet

Styrken af ​​cellulosefibre er afgørende for fremstilling af nogle typer papir. Papirmasse til forbedring af papirstyrken er kendt som forstærkningsmasse. Den har lange og tynde fibre. Blødt træ fra regioner med kølige vintre, men varme somre har disse egenskaber. Denne papirmasse bruges til fremstilling af træholdigt papir (magasin, katalogpapir). I regioner med en lang vækstsæson produceres nåletræsfibre, der er både lange og relativt tykke. Disse grove fibre er ideelle til fremstilling af robuste papirposer eller til kaffefiltre .

De korte fibre i hårdttræet muliggør en glat, jævn papiroverflade. Højkvalitetspapir kan kun fremstilles af hårdttræsmasse på papirmaskiner . Blandinger af lange og kortere fibre kræves til ældre maskiner. [8.]

Massefremstillingsprocessen har en betydelig indvirkning på fiberkvaliteten. Tab af kvalitet skyldes forkortelse af træflisens fibre, for intensiv fordøjelse eller fra blegning af papirmasse. Kvalitetsværdier for mekaniske styrketest er brudlængde eller rivestyrke . Derudover er der forholdet mellem polymerisationsgraden af cellulosen og fiberstyrken. Analysen af viskositeten af en opløst fiberprøve giver oplysninger om graden af ​​fiberskader.

Pulp produceres i forskellige kvaliteter. Nordbleget langfibersulfatmasse , normalt kaldet NBSK-papirmasse eller NBSK (forkortelse for nordbleget blødt træskraft ), bruges til fremstilling af forskellige typer papir. Cellulosevat ( fnugmasse ) er fremstillet af blødt træ, har en høj vandbindingsevne og bruges hovedsageligt til hygiejneprodukter som bleer . Kemisk papirmasse ( opløsningsmasse ) har en lav farve, en ensartet molær massefordeling [9] og bruges ikke til papirfremstilling, men til yderligere kemisk forarbejdning; hårdttræ med et højt celluloseindhold bruges til at øge kvaliteten af ​​slutproduktet. [10]

Handel med papirmasse

Verdensomspændende massefremstilling fra 1990 til 2005 ved hjælp af blegemetoden
Grøn: bleget med elementært chlor (Cl 2 )
Blå: ECF ( elementært klorfrit ), dvs. bleget med chlordioxid eller chlorit
Grå: TCF ( helt klorfri ), dvs. bleget med ozon eller hydrogenperoxid

Pulp forhandles hovedsageligt bleget. For 2004 blev verdensproduktionen af ​​bleget papirmasse anslået til 80 millioner tons. [11] I dag er ECF (elementært klorfri) blegede kvaliteter med en hvidhed på 88% til 90% ISO for blødt træmasse og over 90% ISO for hårdttræsmasse i spidsen. Lyse hvide hårdttræsmasser med en hvidhed på over 92% ISO bruges til at fremstille fotopapir .

En anden kvalitetsegenskab er stabiliteten mod gulning. Dette kan være lavt med TCF (Totally Chlorine Free) bleget hårdttræsmasse.

brug

Kemiske papirmasseprodukter :

Miljøaspekter

→ se papir: miljøaspekter og genbrug

Se også

Weblinks

Wiktionary: pulp - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle beviser

  1. ↑ a b c d e f H. Sixta, Handbook of Pulp, 2006, ISBN 3-527-30999-3 .
  2. ↑ ENCE : Sustainable Forest management and Eucalyptus (PDF), 2009, s.32.
  3. ↑ Krav til tørt træ i m 3 til produktion af 1 ton lufttørret papirmasse
  4. ^ Hans -Ludwig Schubert: problemer med implementering af nye teknologier i industriel praksis, eksemplificeret ved A lkalischen S ulfitverfahrens med A Q og M ethanol - ASAM. (PDF) I: Lenzingerberichte, 86 (2006) 24-31. 2006, arkiveret fra originalen den 21. maj 2013 ; tilgået den 26. april 2018 .
  5. ^ Paper Lexicon, Deutscher Betriebswirte-Verlag, Gernsbach 1999, bind 1, 41, ISBN 3-88640-080-8 .
  6. ^ Paper Lexicon, Deutscher Betriebswirte-Verlag, Gernsbach 1999, bind 2, 379, ISBN 3-88640-080-8 .
  7. ^ Jan Beringer: Pulp fra hvedestrå: ekstraktion ved fordøjelsesprocesser med myresyre og eddikesyre samt undersøgelser af frugtkødets struktur og dets egnethed som papir og kemisk papirmasse. I: Logos Verlag Berlin, 2005, ISBN 978-3-8325-0797-8 .
  8. ^ H. Holik, Handbook of Paper and Board, VCH-Wiley, Weinheim 2006 ISBN 3-527-30997-7 .
  9. ↑ Christopher J. Biermann: 3 . I: Handbook of Pulping and Papermaking , 2. udgave 1996, ISBN 978-0-12-097362-0 , s. 72-73.
  10. ^ FC Aldred: Pulpkvalitet i plantage dyrkede arter . I: Commonwealth Forestry Review . 46, nr. 4, december 1967, s. 270-277.
  11. ↑ Søgeordet "blegning". I: Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry 7. udgave 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA online-udgave.
Hentet fra " https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Zellstoff&oldid=212613666 "