Archiv Papiertechnik

Zellstoff… Teil 2

…unterscheidet sich im Aufschlussverfahren nach Sulfit- und Sulfatzellstoff.

Unabhängig vom Verfahren bestehen die gewonnenen Zellstofffasern, chemisch gesehen, aus Cellulose, Hemicellulose und einem restlichen Anteil von Lignin, welches speziell in den Faserwänden angesiedelt ist. Beide Verfahren verfolgen unter Verwendung einer chemischen Kochlösung und unter dem Einfluss von Druck, Temperatur und Zeit natürlich als Hauptziel die fast vollständige Entfernung des Lignins zwischen den Fasern.

Beim Sulfitverfahren kommt eine wässrige Kochlösung, die so genannte Kochsäure, zum Einsatz, die je nach Modifizierung des Verfahrens unterschiedlich zusammengesetzt ist. Hauptbestandteile sind jeweils freie und gebundene schweflige Säure. Ursprünglich wurde überwiegend mit dem Calciumbisulfit-Verfahren (Ca(HSO3)2) aufgeschlossen. Später nutzte man den Vorteil von löslichen Basen und arbeitete nach dem Magnesiumbisulfit-Verfahren (Mg(HSO3)2). Diese Lösung wird durch SO2– Gas angereichert, so dass sie sauer wird. Die wirksamen Mittel in der Lösung sind hauptsächlich die Sulfite und Bisulfite, die unter speziellen Bedingungen das Lignin so funktionalisieren, dass es hydrolysierbar und somit löslich wird. Diese Reaktion wird in der Fachsprache als Sulfonierung des Lignins bezeichnet. Weltweit sind noch weitere abgewandelte und angepasste Sulfitverfahren im Einsatz.

Auffällig in einer Sulfit-Zellstofffabrik sind einmal der große Behälter, in dem die wässrige Kochlösung hergestellt wird, und dann natürlich der meist 200 – 300 m³ fassende große Kocher aus säurefestem Edelstahl, in dem der Kochprozess stattfindet. Die gewaschenen Hackschnitzel werden in der Regel vorgedämpft den großen stehenden Kochern zugeführt und durch Einwirken der Kochsäure unter Druck und Temperatur über mehrere Stunden zu Zellstoff gekocht. In der ersten Phase findet der Sulfonierungsprozess statt und anschließend besorgt die schweflige Säure die Lösung des nun vorbehandelten Lignins. Der Kochprozess wird dann bei ca. 125 – 145 °C zu Ende geführt. Der gesamte Kochvorgang kann sich je nach Aufschlussgrad über drei bis acht Stunden erstrecken. Entsprechend der angestrebten Zellstoffqualität variieren die Kochbedingungen, also die Zusammensetzung der Kochsäure, die Zeit, der Druck und die Temperatur von Fabrik zu Fabrik. Auch im Kochregime selbst, ob nun diskontinuierliches oder kontinuierliches Kochen, sind weitere Modifizierungen möglich.

Nach Beendigung des Kochprozesses wird der Zellstoff ausgeblasen und die Kochsäure abgetrennt. Die Ausbeute liegt bei etwas mehr als 50 Prozent. Allerdings spielt hier die Aufschlusstemperatur und somit der Aufschlussgrad eine entscheidende Rolle.

Nun folgt die Zerfaserung des Zellstoffs mit angeschlossener Grob- und Feinsortierung, die Wäsche und Trocknung. Fertig ist nun der ungebleichte Sulfitzellstoff. Um eine vorgegebene Helligkeit des Faserstoffes zu erreichen, muss anschließend ein in der Regel mehrstufiger Bleichprozess folgen, in dem es gilt, das noch enthaltene Lignin, speziell in den Faserwänden, weiter zu eliminieren. Je nach Aufschlussgrad, d.h. Anteil des Restlignins, unterscheiden wir einerseits harten (ca. 6,0 – 7,0 Prozent Ligningehalt) und anderseits weichen Zellstoff (ca. 1,5 – 2,0 Prozent Ligningehalt). Harter ungebleichter Zellstoff findet Verwendung für die Herstellung von transparenten und fettdichten Spezialpapieren. Weicher gebleichter Sulfitzellstoff steht für Volumen und Weichheit und dies sind sehr bevorzugte Parameter für Tissue. Die Eigenschaften des Zellstoffs werden insgesamt sehr stark beeinflusst durch den Aufbau des eingesetzten Holzes und das angewandte Kochregime. Als Faserholz verwendet man harzarme Nadel- und Laubhölzer, wie zum Beispiel Fichte bzw. Buche.

Sulfitzellstoff kommt überwiegend in der Papiererzeugung zum Einsatz. Weist er einen bestimmten hohen Anteil an Hemicellulose auf, sind gute Festigkeitseigenschaften zu erwarten. In der Regel liegen diese aber niedriger als beim Sulfatzellstoff. Hochwertige Papiere mit besonderen hohen Reinheitsanforderungen verlangen meistens vollgebleichte Zellstoffe.

Ein geringerer Teil der erzeugten Zellstoffmenge geht als Chemiezellstoff mit hohen Reinheitsanforderungen in die Weiterverarbeitung unter anderem zu Viskosefasern. Viskose ist eine natürliche Kunstfaser, die für die Textilindustrie zu einem Endlosfaden versponnen wird. Ein typisches Unterscheidungsmerkmal im Aufschlussprozess ist der hohe Temperaturbereich von ca. 135 – 145 °C. bu