Holz und Zellstoff

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Holz und Zellstoff


Inhaltsverzeichnis

1. Holzarten 31.1. Holzaufbau 61.2. Holzwachstum 71.3. Entstehung von Zellstoff 81.4. Chemischer Aufbau 9

2. Zellstoffproduktion 102.1. Holzplatz 112.2. Entrinden 122.3. Chipping 132.4. Holzaufschluss 14

2.4.1. Mechanical vs. chemical pulp 152.4.2. Mechanical pulp 162.4.3. Chemical pulp 19

2.5. Messdaten 242.6. Bleichen 25

2.6.1. Bleichmethoden 27

3. Übersicht Zellstofffabrik Sappi Gratkorn 28


1. Holzarten

Holzarten

Laubholz(Hardwood)

Buche

Birke

Pappel

Nadelholz(Softwood)

Fichte

Tanne

Kiefer

Sorten


1. Holzarten

Laubholz – Kurzfaser Nadelholz – Langfaser

Struktur


1. Holzarten

LaubholzKurzfaser

NadelholzLangfaser

Festigkeit Mittel Hoch

Elastizität Mittel Hoch

Bulk/Volumen Hoch Mittel

Opazität Hoch Mittel

Geeignet für Hohe g/m² Niedrige g/m²

Faserlänge 1 mm 2-3 mm

Faserbreite 15-25 µm 35-45 µm

Eigenschaften für die Papiermischung (Halbzeug)

Grundsatz: Es kommt später auf die Mischung an


1.1. Holzaufbau• Borke:

– Äussere Rindenschicht aus abgestorbene Korkzellen– Schützt vor Beschädigungen, Wasserverlust, Witterung, Bakterien– Borkenzellen wachsen nicht aber reißen auf

• Korkkambium:– Bildet Korkzellen und so auch die Borke– Schließt Risse im Borkenmantel

• Bast: (Innere Rinde)– Speicherung der Assimilaten und deren Transport– Assimilation = Stoff- und Energieumwandelung

• Kambium:– Wachsender Teil des Baumes

• Splintholz:– Wasser- und Nährsalztransport, Festigung und Assimilaten Speicherung– Jedes Jahr bildet sich einen neuen Ring (Jahreszeitlich bedingte Phasen)– Einlagerung von Lignin (Klebstoff)

• Kernholz:– Stützende Säule, die meist beginnt im Alter von 20-40 Jahren

• Mark:– Totes Fasergebinde, Mittelpunkt des Stammes


1.2. Holzwachstum

Frühjahr Kambium spaltetdünnwandige Zellen

ab: FrühholzBreite Jahresringe

Sommer Kambium spaltetdickwandige Zellen

ab: SpätholzSchmale

Jahresringe

Winter Einstellung derWachstumstätigkeit Keine Ringbildung

• Wachstumsperiode abhängig vom Klima und Breitengrad


1.3. Entstehung von Cellulose

– Traubenzucker (Glucose) wird durch Wasserabgabe umgewandelt zu Stärke– Durch deren Vervielfachung entsteht Zellulose


1.4. Chemischer Aufbau

• Cellulose:– Gerüstsubstanz der Zellwand– Lange, fadenförmige Polysaccharidketten aus Traubenzuckermolekülen– Aufgrund von Wasserstoffbrückenbildung entsteht eine kristallähnliche Struktur

• Hemicellulose:– Kittsubstanzen und Flexibilisatoren– Kurze Polysaccharidketten aus unterschiedlichen Zuckern

• Lignin:– Klebstoff des Holzes– Füllsubstanz im Zellulosegerüst– Verursacht die Verholzung– Nimmt Druckkräfte auf, schützt vor Angriffe


2. ZellstoffproduktionAblaufplan


2.1. HolzplatzSchritt 1


2.2. EntrindenSchritt 2: Debarking drum / Rindentrommel


2.3. ChippingSchritt 3


2.4. HolzaufschlussSchritt 4


2.4.1. Mechanical vs. chemical pulp

Mechanical pulp Chemical pulp

Finanzierung Billig Teuer

Ausbeute Hoch: ca. 90% Niedrig: ca. 50%

Chemische Stoffe Wenig Viele (Wiederverwertung >99%)

Energie Intensiver Verbrauch Energiegewinn

Helligkeit Niedrig Hoch

Vergilbung Hoch Niedrig

Opazität Hoch Niedrig

Festigkeit Niedrig Hoch


2.4.2. Mechanical pulp

• Steinschliff (SGW)– Entwickelt 1843 von F. G. Keller– Keine Vorbehandlung– Verarbeitung unter atmosphärischem Druck und Temperatur– Ausbeute: 90-95% Holzinhaltstoffe bleiben vollständig erhalten

• Braunschliff– Dämpfung des Holzes vor Schleifprozess– Fasern bräunlich gefärbt– Ausbeute: <90% Aber bessere Festigkeit

• Druckschliff (PGW)– Verarbeitung unter Druck (2 bis 4,5 bar) und hoher Temperatur (110-135°C)

• Chemischer Schliff (CGW)– Chemische Vorbehandlung– Lignin wird teilweise entfernt Geringere Ausbeute

Holzschliff


2.4.2. Mechanical pulp

• TMP– Hackschnitzel werden gedämpft– In Refinern unter Dampfdruck in einzelne Fasern zermahlen

• CTMP– Hackschnitzel werden imprägniert (mit einem chemischen Stoff gemischt)– Gekocht– Gemahlen– Gebleicht

(Chemi) Thermo Mechanical Pulp


2.4.2. Mechanical pulp(Chemi) Thermo Mechanical Pulp

C: chemicalimpregnationof woodchips

T: light cooking ofwoodchips

M: mechanical refining

P: pulpready forbleaching


2.4.3. Chemical pulp

• Ziel:– Abbau und Herauslösen des Lignins Lignin bindet die einzelnen Fasern

– Faserstruktur der Cellulose soll erhalten bleiben

• In Praxis:– Es bleibt nur Restlignin übrig– Hemicelullose und Cellulose werden auch zum Teil abgebaut– Die Ausbeute ist ca. 50% (vs. Holzschliff ca. 90%)

• Hauptarten:– Sulfatzellstoff– Sulfitzellstoff



Sulfatzellstoff(Kraftzellstoff) Sulfitzellstoff

Kochdauer 1-2 Stunden 3-8 Stunden

Temperatur 170-180°C 130-140°C

pH-Werte 13+ (alkalisch) 1-2 (sauer)

Ausbeute 45-50% 50-55%

Festigkeit HochFasern von aussen angegriffen

NiedrigFasern von innen angegriffen

Rohstoffe Flexibel Limitiert

Finanzierung Teuer Billig

Geruch Stinkt Wenig geruch



• Entwickelt 1879– 80 – 85 % der weltweiten Zellstoffproduktion

• Ausgangsmaterial:– Rundholz und Hackschnitzel

• Alkalisches Kochverfahren: pH Wert 11

• Besonderheiten:– Alle Hölzer sowie Einjahrespflanzen können aufgeschlossen werden– Rückgewinnung der verwendeten Chemikalien ist obligatorisch– Verbrennung der Ablauge für die Energieerzeugung

Sulfatzellstoff



• Entwickelt zwischen 1876 und 1878– 15 – 20 % der weltweiten Zellstoffproduktion

• Ausgangsmaterial:– Rundholz und Hackschnitzel

• Saures Kochverfahren: pH-Wert 4– Kochdauer 3-8 Stunden mit schwefliger Säure (Magnesiumbisulfitverfahren)– Auswaschen des Lignins in saurem Milieu– Aufschluss erfolgt unter Druck bei 130-145°C– Hohe Ansprüche an die Güte des Holzes– Ausbeute ca. 55%

• Besonderheiten:– Harzreiche Hölzer (Kiefer) können nicht aufgeschlossen werden– Rückgewinnung der verwendeten Chemikalien ist heute obligatorisch

Sulfitzellstoff



Vorteile Nachteile

Kleinere Einheiten wirtschaftlich ab Sulfit: 100‘000 TO/Jahr Sulfat: 500‘000 TO/Jahr

Begrenzte Rohstoffbasis

Gute Ausbeute Rindenempfindlich

Gute Bleichbarkeit Geringere Festigkeit

Hoher Ausgangs-Weißgrad Sulfit: Gräulich Weiß / Sulfat: Braun

Abwasserbelastung

Sulfitzellstoff


2.5. Messdaten

Zellstoffhärte Kappa RestligninSehr weich 0,5 – 1 1,5%Weich 11 – 15 1,5 – 2,5%Normal 23 – 31 3,0 – 4,0%Hart 46 – 54 6,0 – 7,0%Sehr Hart 54 – 69 7,0 – 9,0%


2.6. Bleichen

• Farbige Substanzen werden im Zellstoff modifiziert– Verlieren die Fähigkeit Licht vollständig zu absorbieren– Restlignin und andere unerwünschte Stoffe werden entfernt

Kochen O₂ Bleichen


2.6. Bleichen

• Waschstufen zwischen den chemischen Behandlungen

Erste Waschstufe Letzte Waschstufe


2.6.1. Bleichmethoden

• Zellstoff kann gebleicht werden mit:– Elementarchlor und Chlordioxid Alter Vorgang Hohe Umweltbelastung Heute ECF/TCF Zellstoff Elementar-/Total chlorfrei gebleicht

– Ozon (O3) und Sauerstoff (O₂) in verschiedenen Formen Papier nahezu geruchslos Sappi war der erste mit dem „Sapoxal oxygen bleach process“

– Wasserstoffperoxid (H₂O₂) Komponenten: Natronlauge, Wasserglas, Schwefelsäure Oxidativer Vorgang: Metall + Sauerstoff wird zu Metalloxid

– Natriumdithionit (NaS₂O4) Reduktiver Vorgang: Metalloxid zerlegt in Metall + Sauerstoff


3. Übersicht Zellstofffabrik Sappi Gratkorn


Besten Dankfür ihre Aufmerksamkeit!

Jörg Abelmann

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