DE60318810T2

DE60318810T2 - Verwendung von Holz mit niedrigem spezifischem Gewicht für Lyozellprodukte

Info

Publication number: DE60318810T2
Application number: DE2003618810
Authority: DE
Inventors: James E. Federal Way Sealey; W. Harvey Persinger Jr.; Kent Robarge; Mengkui Luo
Original assignee: Weyerhaeuser Co
Current assignee: Weyerhaeuser Co
Priority date: 2003-01-02
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: US20030186055A1; CA2452944C; EP1441050A1; MXPA04000073A; CN100460594C; TWI238861B; TW200424371A; ZA200309826B; BR0305991A; EP1441050B1; CA2452944A1; BR0305991B1; KR20040062398A; DE60318810D1; JP2004211281A; KR100564515B1; CN1517491A; ATE384809T1; JP3965153B2; US6686040B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf Pulpen gerichtet, die zur Herstellung von Lyocell-Formkörpern geeignet sind, die Überzüge (Filme), Fasern und nicht gewebte Vliesstoffe umfassen, und auf Verfahren zur Herstellung solcher Pulpen, die zur Herstellung der Lyocell-Formkörper geeignet sind, auf Lyocell-Formkörper, die aus den Pulpen hergestellt sind, sowie auf Verfahren zur Herstellung der Lyocell-Formkörper. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf die Verwendung von "Jung"-Holz (oftmals auch als "Kernholz", "Jugendholz", "Holz mit einer geringen relativen Dichte" oder in einigen Fällen als "Durchforstungsholz" bezeichnet) gerichtet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Cellulose ist ein D-Glucose-Polymer sowie ein struktureller Bestandteil von Pflanzenzellwänden. Diese Zellen werden als Fasern bezeichnet. Cellulosefasern kommen in den Baumstämmen, aus welchen sie extrahiert, in Pulpe umgewandelt und anschließend verwendet werden, um eine Vielzahl an Produkten herzustellen, besonders reichlich vor.
Als Reyon wird eine faserartige Form von gewonnener Cellulose bezeichnet, die in der Textilindustrie in großem Umfang verwendet wird, um Bekleidungsartikel herzustellen. Seit über einem Jahrhundert sind durch die Viskose- und Kupferoxid-Ammoniak-Verfahren kernige Reyonfasern hergestellt worden. Das letztere Verfahren wurde zuerst 1890 patentiert und das Viskose-Verfahren zwei Jahre später. In dem Viskose-Verfahren wird Cellulose zunächst in eine merzerisierende stärkende Ätznatronlösung eingetaucht, um eine Alkalicellulose zu bilden. Die Cellulose wird anschließend mit Schwefelkohlenstoff umgesetzt, um Cellulosexanthogenat zu bilden, welches anschließend in verdünnter Ätznatronlösung gelöst wird. Nach der Filtration und Entlüftung wird die Xanthogenatlösung aus untergetauchten Spinndüsen in ein Regenerierungsbad von Schwefelsäure, Natriumsulfat und Zinksulfat extrudiert, um kontinuierliche Filamente zu bilden. Die sich ergebende Viskose Reyon wird zur Zeit in Textilien verwendet und wurde früher in großem Umfang zum Verstärken von Gummiartikeln, wie beispielsweise Reifen und Antriebsriemen verwendet.
Cellulose ist auch in einer Lösung von Ammoniakkupferoxid löslich. Diese Eigenschaft bildet die Grundlage zur Herstellung von Kupferoxid-Ammoniak-Reyon. Die Celluloselösung wird durch untergetauchte Spinndüsen in eine Lösung von 5 % Ätznatron oder verdünnter Schwefelsäure gepreßt, um die Fasern zu bilden, welche anschließend entkupfert und gewaschen werden. Kupferoxid-Ammoniak-Reyon ist in Fasern mit sehr niedrigen Denier erhältlich und wird nahezu ausschließlich in Textilien verwendet.
Die vorhergehenden Verfahren zur Herstellung von Reyon erfordern sowohl, dass die Cellulose chemisch derivatisiert als auch komplexiert wird, um sie löslich zu machen und daher in Fasern gesponnen werden kann. In dem Viskose-Verfahren wird die Cellulose derivatisiert, während die Cellulose in dem Kupferoxid-Ammoniak-Reyon-Verfahren komplexiert wird. In beiden Verfahren muss die derivatisierte oder komplexierte Cellulose regeneriert werden, und die zum Anlösen verwendeten Reagenzien müssen entfernt werden. Die Derivatisierungs- und Regenerationsschritte bei der Herstellung von Reyon tragen wesentlich zu den Kosten dieser Form von Cellulosefaser bei. Folglich sind in den letzten Jahren Versuche zur Ermittlung von Lösungsmitteln unternommen worden, die nicht derivatisierte Cellulose lösen können, um eine Spinnlösung von nicht derivatisierter Cellulose zu bilden, aus welcher Fasern gesponnen werden können.
Eine Klasse von organischen Lösungsmitteln, die zum Lösen von Cellulose geeignet ist, sind Amin-N-Oxide, insbesondere die tertiären Amin-N-Oxide. Zum Beispiel offenbart Graenacher in U.S. Patent Nr. 2,179,181 eine Gruppe von Aminoxid-Materialien, die als Lösungsmittel geeignet sind. Johnson beschreibt in U.S. Patent Nr. 3,447,939 die Verwendung von wasserfreiem N-Methylmorpholin-N-Oxid (NMMO) und anderen Amin-N-Oxiden als Lösungsmittel für Cellulose sowie für viele andere natürliche und synthetische Polymere. Franks et al. handelt in U.S. Patent Nr. 4,145,532 und 4,196,282 die Schwierigkeiten des Lösens von Cellulose in Aminoxid-Lösungsmitteln und des Erreichens höherer Cellulose-Konzentrationen ab.
Lyocell ist eine anerkannte allgemeine Bezeichnung für eine Cellulosefaser, die aus einer organischen Lösung ausgefällt wird, wobei keine Substitution von Hydroxylgruppen stattfindet und keine chemischen Zwischenprodukte gebildet werden. Verschiedene Hersteller stellen zur Zeit Lyocell-Fasern hauptsächlich zur Verwendung in der Textilindustrie her. Zum Beispiel stellt Acordis, Ltd. zur Zeit eine Lyocell-Faser her, die Tencel^®-Faser genannt wird, und verkauft diese.
Gegenwärtig erhältliche Lyocell-Fasern werden aus Holzpulpen hergestellt, die zur Entfernung von Nicht-Cellulosebestandteilen, insbesondere Hemicellulose, weitgehend veredelt worden sind. Diese hochveredelten Pulpen werden als Pulpen von Lösungsqualität oder als Pulpen mit hohem alpha-Gehalt (oder hohem α-Gehalt) bezeichnet, wobei sich die Bezeichnung alpha (oder α) auf den prozentualen Anteil an Cellulose bezieht. Daher enthält eine Pulpe mit hohem alpha-Gehalt einen hohen prozentualen Anteil an Cellulose und einen entsprechend niedrigen prozentualen Anteil an anderen Bestandteilen, insbesondere Hemicellulose. Die Veredelung, die erforderlich ist, um eine Pulpe mit hohem alpha-Gehalt zu erzeugen, trägt wesentlich zu den Kosten von Lyocell-Fasern und daraus hergestellten Produkten bei.
Da das herkömmliche Kraft-Verfahren verbleibende Hemicellulosen gegenüber weiterem alkalischen Angriff stabilisiert, ist es nicht möglich, durch anschließende Behandlung von Kraft-Pulpe in den herkömmlichen Bleichschritten annehmbare Pulpen mit hohem alpha-Gehalt für Lyocell-Produkte zu erhalten. Um durch das Kraft-Verfahren Pulpen mit hohem alpha-Gehalt herzustellen, ist es notwendig, die Holzschnitzel vor dem Schritt des alkalischen Aufschlussverfahrens in einer Säurephase vorzubehandeln. Eine wesentliche Menge an Material, vor allem an Hemicellulose, in der Größenordnung von 10 % oder mehr der ursprünglichen Holzsubstanz, wird in dieser Säurephasen-Vorbehandlung angelöst, und auf diese Weise sinken die Verfahrensausbeuten. Unter diesen Bedingungen ist Cellulose weitgehend widerstandsfähig gegenüber Angriffen, aber die verbleibenden Hemicellulosen werden zu einer weitaus kürzeren Kettenlänge abgebaut und daher in der anschließenden Kraft-Kochung durch eine Vielzahl von Hemicellulose-Hydrolysereaktionen oder durch Lösen weitgehend entfernt. Der Nachteil von herkömmlichen Pulpen mit hohem alpha-Gehalt, die für Lyocell verwendet werden, ist der sich ergebende Verlust an Ausbeute, der von dem Erfordernis, Hemicellulosen zu entfernen, herrührt.
Angesichts des finanziellen Aufwands zur Herstellung kommerzieller Pulpen mit hohem alpha-Gehalt ist es wünschenswert, Alternativen zu herkömmlichen Pulpen mit hohem alpha-Gehalt zur Herstellung von Lyocell-Produkten zu haben. Darüber hinaus möchten Hersteller die Kapitalinvestitionen, die zur Herstellung solcher Pulpenarten notwendig sind, durch Verwendung bestehender Großanlagen minimieren. Daher besteht ein Bedarf nach verhältnismäßig kostengünstigen Pulpen mit niedrigem alpha-Gehalt (z.B. mit hoher Ausbeute, hohem Hemicellulose-Anteil), die Merkmale aufweisen, die sie für die Herstellung von Lyocell-Formkörpern geeignet machen.
In U.S. Patent Nr. 6,210,801 ist offenbart, dass Pulpen mit niedriger Viskosität und hohem Hemicelluloseanteil für die Herstellung von Lyocell-Formkörpern geeignet sind. Die Pulpe wird durch Vermindern der Viskosität der Cellulose hergestellt, ohne dass dabei der Hemicellulosegehalt wesentlich vermindert wird. Solche Verfahren verwenden eine Säure oder ein Säureersatzmittel oder andere hierin beschriebene Verfahren.
Während die in dem '801 Patent beschriebenen Verfahren zur Senkung des durchschnittlichen Polymerisationsgrades (P.G.) von Cellulose ohne wesentliche Senkung des Hemicellulosegehaltes effektiv sind, bestand ein weiterer Bedarf für ein Verfahren, welches keinen separaten Schritt zur Senkung der Kupferzahl erfordert und welches für Pulpenwalkmaschinen leicht anwendbar ist, die Sauerstoffreaktoren, mehrfache alkalische Schritte und/oder alkalische Bedingungen aufweisen, die für eine wesentliche P.G.-Verminderung von gebleichter oder halbgebleichter Pulpe geeignet sind. Umweltbedingte Belange haben auch ein großes Interesse daran erzeugt, Bleichmittel zu verwenden, die die Verwendung von Chlorverbindungen senken. In den letzten Jahren ist Sauerstoff als delignifizierendes Mittel in kommerziellem Maßstab verwendet worden. Beispiele für Ausrüstung und Geräte, die zum Ausführen eines Sauerstoff-Delignifizierungsverfahrens geeignet sind, sind in U.S. Patent Nr. 4,295,927 ; 4,295,925 ; 4,298,426 und 4,295,926 beschrieben. In U.S. Patent Nr. 6,331,354 ist eine Pulpe mit einem hohen Hemicellulosegehalt und niedriger Viskosität offenbart, der zur Bildung von Lyocell-Formkörpern geeignet ist. Die Pulpe wurde aus einer alkalischen Pulpe durch Behandeln der alkalischen Pulpe mit einem Oxidationsmittel in einem Reaktor für mittlere bis hohe Konsistenz hergestellt, um den P.G. der Cellulose ohne wesentliches Vermindern des Hemicellulosegehaltes oder Erhöhen der Kupferzahl zu senken.
Weitere Bemühungen zum Senken der Herstellungskosten von Lyocell-Formkörpern haben zu dem U.S. Patent 6,605,350 geführt. Die '274-Anmeldung beschreibt Pulpen, die aus Sägemehl und anderem Holz von niedriger Faserlänge unter Verwendung einer ähnlichen Prozedur wie derjenigen des '554-Patentes hergestellt sind. Diese Pulpen weisen einen hohen Hemicellulosegehalt und eine niedrige Viskosität auf, was sie für die Bildung von Lyocell-Formkörpern besonders geeignet macht.
Die Holzverarbeitungsindustrie erzeugt weiterhin im normalen Ablauf der alltäglichen Forstwirtschafts-Unternehmensführung und Holzverarbeitung riesige Mengen an Abfallprodukten. Diese Abfallprodukte werden größtenteils nicht genutzt. Der Bedarf, Rohstoffquellen durch Verwendung von Holzabfallprodukten über neue Wege zu erhalten, stellt eine einzigartige Gelegenheit dar. Es ist vorteilhaft, eine preiswerte Pulpe zu entwickeln, die für die Herstellung von Lyocell-Formkörpern aus all diesem nicht genutzten Holz geeignet ist, nämlich dem Kernholz oder Jung- oder Jugendholz, wie beispielsweise Durchforstungsholz, welches hier im Folgenden als Holz mit niedriger relativer Dichte bezeichnet wird. Daher wird eine preiswerte Alternative zu den hochveredelten Pulpen mit hohem alpha-Gehalt dargestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Lyocell-Produkt bereit, das mindestens 7 Gewichts-% Hemicellulose und Cellulose umfasst, wobei die Pulpe, die zur Herstellung des Produktes verwendet wird, eine Viskosität von weniger als 0,032 Pa·s (32 cP), eine Kupferzahl von weniger als 2, eine gewichtsgemittelte Faserlänge von weniger als 2,7 mm; und eine Rauhigkeit von weniger als 23 mg/100 m aufweist. Lyocell-Produkte können zum Beispiel Fasen, Überzüge oder nichtgewebte Vliesstoffe sein.
Ein Verfahren zur Herstellung des Lyocell-Formkörpers umfasst das Lösen einer Pulpe in einem Lösungsmittel, um eine Celluloselösung zu bilden; Bilden eines Lyocell-Formkörpers aus der Lösung; und Regenerieren des Formkörpers, wobei die Pulpe mindestens 7 Gewichts-% Hemicellulose, eine Viskosität von weniger als 0,032 Pa·s (32 cP); eine Kupferzahl von weniger als 2; eine gewichtsgemittelte Faserlänge von weniger als 2,7 mm und eine Rauhigkeit von weniger als 23 mg/100 m aufweist. Das Verfahren kann Meltblowing, ein Zentrifugalspinnverfahren, Spunbonding oder eine Trocken-Nass-(dry-jet wet)-Methode verwenden.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Pulpe umfasst das Aufschließen von Feuchtmaterial mit einer relativen Dichte von weniger als 0,41 unter Verwendung eines Alkali-Aufschlussverfahrens; sowie Bleichen der Pulpes, um die Viskosität der Pulpe auf 0,032 Pa·s (32 cP) oder weniger zu vermindern. Die gebleichte Pulpe weist mindestens 7 Gewichts-% Hemicellulose, eine Kupferzahl von weniger als 2, eine gewichtsgemittelte Faserlänge von weniger als 2,7 mm und eine Rauhigkeit von weniger als 23 mg/100 m auf.
Die Verwendung von Holz mit niedriger relativer Dichte kann für eine vorgegebene Kappa-Zahl zu ungebleichtem Holz mit einer niedrigeren Viskosität führen. Die Verwendung von Holz mit niedrigen relativen Dichtewerten vermindert die Temperatur des Bleichschrittes und die Chemikaliendosierung, die in der Bleichanlage benötigt werden, um Pulpe mit annehmbaren Lyocell-Spezifikationen aufzuweisen. Holz mit niedriger relativer Dichte führt zu einem sehr niedrigen Grad an Viskosität, ohne dass dabei die Kupferzahl der Pulpe oder die Carbonylkonzentration in der Pulpe über einen annehmbaren Grad erhöht wird. Das Verfahren verwendet vor dem Aufschließen keine Säurephasen-Vorbehandlung, und die anschließenden Bleichbedingungen führen zu keiner wesentlichen Abnahme des Hemicellulosegehalts.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden Aspekte und viele der begleitenden Vorteile dieser Erfindung erkennt man leicht, da diese unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:
1 ein Flussdiagramm darstellt, welches eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Pulpe veranschaulicht; und
2 ein Flussdiagramm darstellt, welches eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Lyocell-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von Lyocell veranschaulicht, wobei Pulpe aus Holz mit niedriger relativer Dichte gelöst wird. Das Verfahren kann so aufgefasst werden, dass es zwei breite Veredelungsbereiche umfasst, wobei das Aufschließen als Block 126 und das Bleichen als Block 128 dargestellt ist.
In Block 100 wird ein Pulpenkocher mit Holzschnitzeln mit niedriger relativer Dichte beladen oder beschickt. Die relative Dichte stellt gemäß The Handbook of Pulping and Papermaking, 2. Ausgabe, von Christopher J. Biermann, das (einheitslose) Verhältnis der Dichte von festem Holz zur Dichte von Wasser bei derselben Temperatur dar. Wie hierin verwendet, ist die relative Dichte die durchschnittliche relative Dichte jeder beliebigen Population von Holzausgangsmaterial. Die Dichte des festen Holzes kann unter Verwendung von grünem Volumen, von ofengetrocknetem Volumen oder von Zwischenvolumina bestimmt werden. Die Holzschnitzel, die beim Ausüben der Erfindung verwendet werden können, können aus einer beliebigen Cellulosequelle hergestellt werden. Im Gegensatz zur herkömmlichen Denkweise hat man herausgefunden, dass Holz mit niedriger relativer Dichte zur Verwendung als Cellulosequelle zur Herstellung von Lyocell-Formkörpern geeignet ist. Ein geeigneter Bereich von Holz mit niedriger relativer Dichte, der für die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist ein beliebiges Holzmaterial mit einer relativen Dichte von etwa gleich oder weniger als 0,41. Holz mit niedriger relativer Dichte führt zu einer niedrigeren Viskosität von ungebleichter Pulpe, wovon man annimmt, dass die Verwendung bleichender Chemikalien in der Bleichanlage vermindert ist. Typische Quellen für Holz mit niedriger relativer Dichte können von "Durchforstungsholz" und "Jugend"-Holz stammen. Jugend-Holz ist gemäß Biermann als die ersten 10 Jahresringe, die das Kernholz umgeben, definiert. Andere definieren es jedoch als Holz, das in der Nähe des Kernholzes des Baums gebildet wird, welches oft durch breite Jahresringe, niedrigere Dichte und kürzere Fasern charakterisiert ist. In einigen Fällen kann sich das Jugend-Holz auf 15 Ringe oder mehr erstrecken. Die relative Dichte nimmt mit der zunehmenden Höhe des Baumes zu, so dass die relative Dichte bei 4,8 m, 9,8 m oder 14,6 m (16 Fuß, 32 Fuß oder 48 Fuß) stufenweise höher ist als am unteren Stammende des Baumes. In einigen Ausführungsformen beträgt die relative Dichte weniger als 0,41 und kann weniger als 0,38, 0,36, 0,34, 0,32 oder 0,30 oder weniger betragen.
Pulpenkocher zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können jeden beliebigen Pulpenkocher umfassen, der geeignet ist, Holz mit niedriger relativer Dichte aufzuschließen. Ein Beispiel eines geeigneten Pulpenkochers ist ein kontinuierlicher Pulpenkocher, der oft als "Kamyr"-Pulpenkocher bezeichnet wird. (Es ist anzumerken, dass Kamyr der Name einer Firma ist, die solche Pulpenkocher entwickelt und gebaut hat, und dass die Bezeichnung Kamyr nur lose mit einem kontinuierlichen Pulpenkocher in Zusammenhang steht. Kamyr existiert nicht mehr als Firma. Solche kontinuierlichen Pulpenkocher werden von Kvaerner geliefert.) Diese Pulpenkocher sind in der Pulpen- und Papierindustrie für mehrere Jahre verwendet worden, wobei der erste 1950 in Schweden eingeführt wurde. Im Laufe der Jahre sind an diesen Pulpenkochern Modifizierungen durchgeführt worden, um ihren Betrieb zu verbessern. Das System des Pulpenkochers kann entweder ein Ein-Gefäß- oder ein Zwei-Gefäß-System sein.
"Kamyr"-Pulpenkocher werden üblicherweise beim Kraft- oder Alkali-Aufschlussverfahren von Holz verwendet, können aber auch in halbchemischen Aufschlussverfahren verwendet werden. Weitere kontinuierliche Pulpenkocher, wie beispielsweise der M&D-Pulpenkocher und der Pandia-Pulpenkocher sind ebenso zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Die vorliegende Erfindung kann auch unter Verwendung eines beliebigen diskontinuierlichen Pulpenkochers oder anderen kontinuierlichen Pulpenkochern ausgeübt werden.
Unter Bezugnahme auf 1 liegen innerhalb. des Aufschlussverfahrens, Block 126 mehrere Prozessschritte vor, die als Blöcke 100–116 dargestellt sind. Beschicken oder Beladen mit Schnitzeln findet, wie oben erörtert, in Block 100 statt. Die Holzschnitzel können vor der Kochung mit Dampf vorbehandelt werden, Block 102. Dampf bei atmosphärischem Druck wärmt die Schnitzel vor und vertreibt Luft, sodass das Eindringen von Lauge verstärkt wird. Nachdem der Prozessschritt des Vorbehandelns mit Dampf beendet ist, kann Kochlauge, bezeichnet als Weißlauge, welche die Chemikalien zum Aufschluss enthält, zu den Schnitzeln zugegeben werden, Block 104. Der Pulpenkocher wird anschließend mit Weißlauge und Schnitzeln beschickt. Beim Kraft-Aufschluss sind die wirksamen chemischen Verbindungen NaOH und Na₂S. Andere Chemikalien können hinzugefügt werden, um wünschenswerte Effekte beim Aufschlussverfahren zu beeinflussen oder zu vermitteln. Diese zusätzlichen Chemikalien sind einem Fachmann wohlbekannt. Die vorliegende Erfindung stellt eine niedrigere Viskosität der ungebleichten Pulpe aus Holz mit verhältnismäßig niedriger relativer Dichte bereit im Vergleich dazu, wenn es aus Holz mit einer höheren relativen Dichte bestehen würde, d.h. die relative Dichte bezieht sich auf die Kappa-Zahl.
Das Imprägnieren, Block 106, ist der Zeitraum, während dessen die Chemikalien das Holzmaterial mit niedriger relativer Dichte imprägnieren können. Ein gutes Eindringen der Lauge unterstützt eine gleichmäßige Kochung der Schnitzel.
"Kochung" findet in Blöcken 108 und 110 statt. Im Anschluss an den Gleichstrom-Flüssigkeitskontakt-Prozessschritt, Block 108, erfolgt der Gegenstrom-Flüssigkeitskontakt-Prozessschritt, Block 110. Die Kochung des Holzes mit niedriger relativer Dichte findet während dieser zwei Prozessschritte statt. Entweder in Block 108 oder 110 können die Kochlauge und Schnitzel erwärmt werden.
Das Waschen im Pulpenkocher, Block 112, wird durch Einbringen von Waschlauge in den unteren Teil des Pulpenkochers durchgeführt und im Gegenstrom zu der gekochten Pulpe bewegt. Die Kochung ist größtenteils beendet, wenn die Pulpe auf die kühlere Waschlauge trifft.
Nach Beendigung des Kochprozessschrittes und des Waschens im Pulpenkocher wird der Pulpenkocherinhalt ausgeblasen, Block 112. Das Ausblasen des Pulpenkochers umfasst das Übertreiben der Holzschnitzel und der Lauge bei atmosphärischem Druck. Das Übertreiben findet mit einer ausreichenden Menge an Druck statt, um die Faserauftrennung zu bewirken. Gegebenenfalls kann der Ausblastank mit Ausrüstung zur Wärmerückgewinnung ausgestattet sein, um Betriebsaufwendungen zu reduzieren.
In Block 114 wird die Pulpe von dem Ausblastank zu externen Wäschern für gebleichte Pulpe geführt. Die Abtrennung der Schwarzlauge von der Pulpe findet bei den Wäschern für gebleichte Pulpe statt.
In einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von Pulpe aus Holz mit niedriger relativer Dichte, welches bei der Herstellung von Lyozell-Formkörpern verwendet werden sollte, beträgt die Zeit, welche für das Imprägnieren in Block 106 vorgesehen ist, etwa 35 Minuten. Die anfängliche prozentuale Menge an effektivem Alkali beträgt etwa 8,5. Die prozentuale Menge an effektivem Alkali bei 5 Minuten beträgt etwa 1,6. Die prozentuale Sulfidität beträgt etwa 29. Das Laugenverhältnis beträgt etwa 4. Die Ausgangstemperatur beträgt etwa 110 °C. Die verbleibenden Gramm pro Liter an effektivem Alkali betragen etwa 9,63. Die verbleibende prozentuale Menge an effektivem Alkali beträgt etwa 3,85. Der pH-Wert beträgt etwa 12,77 und der H-Faktor beträgt etwa 2.
In einer Ausführungsform des Gleichstromprozessschrittes, Block 108, beträgt die prozentuale Menge an effektivem Alkali etwa 4,2. Nach Biermann ist Effektivalkali als diejenigen Bestandteile definiert, die Laugen unter Aufschlussbedingungen tatsächlich produzieren. Die prozentuale Sulfidität beträgt etwa 29. Nach Biermann ist die Sulfidität das Verhältnis von Natriumsulfid zu effektivem Alkali, welches in Prozent ausgedrückt ist. Die Zeitdauer der Laugenzugabe beträgt etwa 1 Minute. Die Temperaturen können sprungartig auf die endgültige Kochtemperatur erhöht werden, wobei das Verfahren bei einer oder mehreren Temperaturen gestoppt werden kann. Die erste Temperaturstufe beträgt etwa 154 °C. Die Zeitdauer bis zum Erreichen der Temperatur beträgt etwa 9 Minuten und die Zeitdauer, während dessen die Temperatur beibehalten wird, beträgt etwa 5 Minuten. Eine zweite und höhere Kochtemperatur beim Gegenstrom-Prozessschritt wird bei 170 °C bereitgestellt. Die Zeitdauer bis zum Erreichen der zweiten Temperatur beträgt etwa 51 Minuten und die Zeitdauer, während dessen die Temperatur beibehalten wird, beträgt etwa 3 Minuten. Das effektive Alkali, das nach einem Kochprozeßschritt verbleibt, wird Restalkali genannt. Die im Anschluss an den Gegenstrom-Prozessschritt verbleibenden Gramm pro Liter an effektivem Alkali betragen etwa 9,42. Die verbleibende prozentuale Menge an effektivem Alkali beträgt etwa 3,77. Der pH-Wert beträgt etwa 12,92 und der H-Faktor beträgt etwa 649.
In einer Ausführungsform des Gegenstrom-Prozessschrittes, Block 110, beträgt die prozentuale Menge an effektivem Alkali etwa 8. Die prozentuale Sulfidität beträgt etwa 29,2. In dem Gegenstromschritt besteht auch die Möglichkeit für ein sprungartiges Erhöhen auf zwei unterschiedliche Temperaturen. In einer Ausführungsform liegen die Temperaturen der ersten und zweiten Kochung jedoch beide bei etwa 171 °C. Die Zeitdauer bis zum Erreichen der Temperatur beträgt etwa 54 Minuten und die Zeitdauer, während dessen die Temperatur beibehalten wird, beträgt etwa 162 Minuten. Die Gramm pro Liter an effektivem Alkali betragen etwa 16,0. Die Verdrängungsrate beträgt etwa 93 ml pro Minute. Das Verdrängungsvolumen beträgt etwa 20 Liter. Die hier angegebenen Volumina sind verhältnismäßig klein, da das Verfahren an einem Ofenreaktor im Labormaßstab getestet wurde. Mit den hierin bereitgestellten Parametern und ohne unverhältnismäßigen experimentellen Aufwand kann das Verfahren jedoch auf eine beliebige Rate skaliert werden. Die verbleibenden Gramm pro Liter an effektivem Alkali betragen etwa 9,95. Die verbleibende prozentuale Menge an effektivem Alkali beträgt etwa 3,98. Der pH-Wert beträgt etwa 12,74 und der H-Faktor beträgt etwa 3877. In einer Ausführungsform beträgt die gesamt Zeitdauer etwa 319 Minuten, und die prozentuale Menge an effektivem Alkali für die Gesamtkochung beträgt etwa 22,3.
In einer Ausführungsform beträgt die Viskosität der gebleichten Pulpe nach dem Waschen etwa 0,153 Pa·s (153 cP). Die Gesamtausbeute an ofengetrocknetem Holz beträgt etwa 41,04.
Im Anschluss an das Aufschlussverfahren, das in 1 allgemein als Referenzzahl 126 veranschaulicht ist, wird die ungebleicht Pulpe, die aus dem Holz mit niedriger relativer Dichte hergestellt ist, zum Vermindern ihrer Viskosität gebleicht. Das Bleichverfahren führt zu keiner wesentlichen Verminderung des Hemicellulosegehalts der Pulpe. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einen gebleichten Kunstfaserzellstoff her, welcher zur Herstellung von Lyocell-Formkörpern geeignet ist. Das Bleichen der chemischen Pulpen umfasst die Entfernung von Lignin mit gleichzeitiger Abnahme an Pulpenfaserlänge und -viskosität. Das Bleichverfahren führt jedoch zu keiner wesentlichen Verminderung des Hemizellulosegehaltes der Pulpe. Das Bleichen von ungebleichter Pulpe, die aus Holz mit niedriger relativer Dichte hergestellt ist, kann weniger Chemikalien erfordern als die herkömmlichen, hochveredelten Pulpen mit hohem alpha-Gehalt, welche zur Zeit für Lyocell verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann die ungebleichte Pulpe mit niedriger relativer Dichte, die erfindungsgemäß hergestellt wurde, in verschiedenen Schritten in der Bleichanlage mit verschiedenen Chemikalien behandelt werden. Die Schritte werden in Gefäßen oder Türmen von herkömmlicher Ausgestaltung ausgeführt. Eine typische Bleichabfolge ist ODE_pD. Die Prozessschritte, die in der Bleichanlage stattfinden, werden durch die Referenzzahl 128 in 1 gemeinsam dargestellt. Weitere Ausführungsformen des Nachbleichens der Pulpe nach dem Aufschluss sind in U.S. Patent Nr. 6,331,354 und U.S. Anmeldung Nr. 09/842,274 beschrieben.
Der erste Bleichschritt ist ein O-Schritt, Block 116. Der O-Schritt umfasst Bleichen mit Sauerstoff. Nach Biermann betrachten jedoch einige das Sauerstoffbleichen als Ausweitung des Aufschlussverfahrens. Sauerstoffbleichen stellt die Delignifizierung von Pulpen unter Verwendung von Sauerstoff unter Druck dar. Der Sauerstoff wird für die Entfernung von Lignin als weniger spezifisch als die Chlorverbindungen gehalten. Sauerstoffbleichen findet in einem Sauerstoffreaktor statt. Geeignete Sauerstoffreaktoren, die das Verfahren ausführen können, sind in U.S. Patenten Nr. 4,295,925 ; 4,295,926 ; 4,298,426 ; und 4,295,927 beschrieben. Der Reaktor kann bei hoher Konsistenz arbeiten, wobei die Konsistenz des Zustroms zu dem Reaktor größer als 20 % ist. Alternativ kann der Reaktor bei einer mittleren Konsistenz arbeiten, wobei die mittlere Konsistenz im Bereich zwischen 8 % und 20 % liegt. Bevorzugt kann der Sauerstoffdruck den zugelassenen Höchstdruck für den Reaktor erreichen, wenn ein Sauerstoffreaktor für hohe Konsistenz verwendet wird. Stärker bevorzugt ist der Sauerstoffdruck jedoch größer als 0 bis 568 kPa Gauge (0 bis 85 psig (pounds per square inch, gauge scale) (Pfund pro Quadratzoll, Eichmaßstab). In Reaktoren für mittlere Konsistenz kann der Sauerstoff in einer Menge von größer als 0 bis 50 g/kg (0 bis 100 Pfund pro Tonne) der Pulpe vorliegen, es ist jedoch stärker bevorzugt, dass er in einer Menge vorliegt, die 25 bis 40 g/kg (50 bis 80 Pfund pro Tonne) der Pulpe beträgt. Die Temperatur des O-Schrittes reicht von 100 °C bis 140 °C.
In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens einer Pulpe, welches zur Verwendung bei der Herstellung von Lyocell-Formkörpern geeignet ist, findet ein D-Schritt, Block 118, im Anschluss an den O-Schritt, Block 116, statt. Der D-Schritt umfasst das Bleichen der Pulpe, die aus dem Sauerstoffreaktor kommt, mit Chlordioxid. Chlordioxid ist für die Ligninentfernung selektiver als Sauerstoff. Die Menge an Chlordioxid, die in diesem Schritt verwendet wird, reicht von 20 bis 30 Pfund/Tonne, welche niedriger sein kann als in einer herkömmlichen Bleichanlage, die Pulpe aus Holzschnitzeln veredelt, wobei die Holzschnitzel eine relative Dichte aufweisen, die nicht innerhalb des niedrigen relativen Dichtebereiches dieser Erfindung liegt. Die Temperatur des D-Schrittes reicht von 50 °C bis 85 °C.
In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens einer Pulpe, die zur Herstellung von Lyocell-Formkörpern geeignet ist, erfolgt im Anschluss an den D-Schritt, Block 118, ein E_P-Schritt, Block 120. Der E_P-Schritt stellt den durch Wasserstoffperoxid verstärkten Extraktionsschritt dar, wobei Lignin aus der Pulpe unter Verwendung von Ätznatron in einer Menge, die von 10 bis 25 g/kg (20 bis 50 Pfund/Tonne) reicht, entfernt wird. Die Menge an Wasserstoffperoxid reicht von 10 bis 30 g/kg (20 bis 60 Pfund/Tonne), welche niedriger sein kann als bei einer herkömmlichen Bleichanlage, die Pulpe aus Holzschnitzeln mit einer Dichte veredelt, die nicht innerhalb des niedrigen relativen Dichtebereichs dieser Erfindung in Betracht kommt. Die Temperatur des E_P-Schrittes reicht von 75 bis 95 °C.
In einer Ausführungsform findet im Anschluss an den E_P-Schritt, Block 120, ein zweiter D-Schritt, Block 122, statt. Die Menge an Chlordioxid, die in diesem Schritt verwendet wird, reicht von 5 bis 15 g/kg (10 bis 30 Pfund/Tonne), was niedriger sein kann als bei einer herkömmlichen Bleichanlage, die Pulpe aus Holzschnitzeln mit einer herkömmlichen relativen Dichte veredelt, die nicht innerhalb des niedrigen relativen Dichtebereichs dieser Erfindung liegt. Die Temperatur des D-Schrittes reicht von 60 °C bis 90 °C.
Eine Ausführungsform einer Pulpe, die aus Holz mit niedriger relativer Dichte hergestellt ist, weist einen Hemicellulose-Gehalt von mindestens 7 % Hemicellulose, eine Pulpenviskosität von weniger als 0,032 Pa·s (32 cP), eine Kupferzahl von weniger als 2,0 und in einigen Fällen von weniger als 1,3 (TAPPT T430), eine gewichtsgemittelte Faserlänge von weniger als 2,7 mm und eine Rauhigkeit von weniger als 23 mg/100 m auf. Weitere Ausführungsformen von Pulpen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, weisen einen Gesamtgehalt von Kupfer, Mangan und Eisen von weniger als 2 ppm, eine Gesamtmetallbeladung von weniger als 300 ppm und einen Siliciumgehalt von weniger als 50 ppm auf. Lyocell-Formkörper, die aus den Pulpen der Erfindung hergestellt wurden, weisen einen entsprechend hohen Hemicellulose-Gehalt von mindestens 7 Gewichts-% und Cellulose auf.
Hemicellulose wird durch eine Untersuchung des Zuckergehaltes auf Grundlage der TAPPI-Norm T249 hm-85 gemessen.
Verfahren zum Messen der Pulpenviskosität, wie z.B. TAPPT T230, sind im Fachbereich bekannt. Die Kupferzahl stellt ein Maß für den Carboxylgehalt der Pulpe dar. Die Kupferzahl stellt einen empirischen Test dar, der zum Messen des Reduktionswertes von Cellulose verwendet wird. Die Kupferzahl wird als die Anzahl an Milligramm metallischem Kupfer ausgedrückt, welche in einem alkalischen Medium durch ein vorgegebenes Gewicht von Cellulose-haltigem Material von Kupferdihydroxid zu Kupfer(I)oxid reduziert wird. Das Ausmaß, mit welchem sich die Kupferzahl während des Bleichprozessschrittes verändert, wird durch Vergleichen der Kupferzahl der ungebleichten Pulpe, die in die Bleichanlage eintritt, mit der Kupferzahl der gebleichten Pulpe nach der Bleichanlage bestimmt. Eine niedrige Kupferzahl ist zur Bildung einer Spinnlösung wünschenswert, da im Allgemeinen angenommen wird, dass eine höhere Kupferzahl Celluloseabbau und Lösungsmittelzersetzung während und nach dem Lösen der gebleichten Pulpe verursacht.
Die gewichtsgemittelte Faserlänge (GMFL) wird geeigneterweise mit einer FQA-Maschine, Modell Nr. LDA93-R9704, mit der Software Version 2.0 gemessen, welche durch die Optest Company von Hawkesbury, Ontario, Kanada, hergestellt wird.
Die Rauhigkeit wird unter Verwendung des Weyerhäuser Standardverfahrens WM W-FQA gemessen.
Übergangsmetalle sind in Pulpe ungewünscht, da sie den Abbau von Cellulose und die Zersetzung von NMMO in dem Lyocell-Verfahren beschleunigen. Beispiele von Übergangsmetallen, die im Allgemeinen in gebleichten Pulpen nachgewiesen werden, umfassen Eisen, Kupfer und Mangan. Bevorzugt beträgt der Gesamtmetallgehalt dieser drei Metalle in den Pulpen der Erfindung in dem Weyerhäuser Test Nr. AM5-PULP-1/6010 weniger als 20 ppm.
Darüber hinaus weisen Pulpen in dem Weyerhäuser Test Nr. AM5-PULP-1/6010 eine Gesamtmetallbeladung von weniger als 300 ppm auf. Die Gesamtmetallbeladung bezieht sich auf die Gesamtmenge von Nickel, Chrom, Mangan, Eisen und Kupfer, welche in Einheiten von Teilchen pro Million (parts per million (ppm)) ausgedrückt wird.
Sobald die Pulpe zum Vermindern ihrer Viskosität gebleicht worden ist, ohne dass im Wesentlichen ihre Kupferzahl erhöht oder der Hemicellulose-Gehalt erniedrigt wurde, kann die Pulpe entweder in Wasser gewaschen und in ein organisches Lösungsmittelbad, wie beispielsweise N-Methyl-morpholin-N-oxid (NMMO) überführt werden, um die Pulpe vor der Bildung der Lyocell-Formkörper zu lösen. Alternativ kann die gebleichte, gewaschene Pulpe getrocknet und zum Aufbewahren und/oder Versenden in beispielsweise einer Rolle, einer Folie oder einem Ballen in Bruchstücke aufgeschlagen werden.
Um Lyocell-Produkte aus Holzpulpen mit niedriger relativer Dichte herzustellen, wird die Pulpe zunächst in einem Aminoxid, bevorzugt einem tertiären Aminoxid, gelöst. Typische Beispiele von Aminoxid-Lösungsmitteln, die in der Technik der vorliegenden Erfindung geeignet sind, und in U.S. Patent Nr. 5,409,532 dargelegt. Das bevorzugte Aminoxid-Lösungsmittel ist NMMO. Weitere typische Beispiele für in der Technik der vorliegenden Erfindung geeignete Lösungsmittel umfassen Dimethylsulfoxid (D.M.S.O.), Dimethylacetamid (D.M.A.C.), Dimethylformamid (D.M.F.) und Caprolactanderivate. Die gebleichte Pulpe wird durch ein beliebiges bekanntes Mittel, wie dasjenige, das in U.S. Patenten Nr. 5,534,113 ; 5,330,567 ; und 4,246,221 dargelegt ist, in einem Aminoxid-Lösungsmittel gelöst. Die Pulpenlösung wird Spinnlösung genannt. Die Spinnlösung wird verwendet, um Lyocell-Fasern, -Überzüge und nichtgewebte Vließstoffe oder andere Produkte durch eine Vielzahl von Methoden herzustellen, die Melt Blowing, Spun-Bonding, Zentrifugalspinnverfahren, Trocken-Nass (Dry-Jet Wet)-Verfahren oder ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren umfassen. Beispiele einiger dieser Methoden sind in U.S. Patenten Nr. 6,235,392 ; 6,306,334 ; 6,210,802 ; und 6,331,354 beschrieben. Beispiele von Methoden zum Herstellen von Überzügen sind in U.S. Patenten Nr. 5,401,447 und 5,277,857 dargelegt. Melt Blowing, Zentrifugalspinnverfahren und Spun-Bonding, welche verwendet werden, um Lyocell-Fasern und nichtgewebte Vliesstoffe herzustellen, sind in U.S. Patenten Nr. 6,235,392 und 6,306,334 beschrieben. Trocken-Nass-Verfahren sind in U.S. Patenten Nr. 6,235,392 ; 6,306,334 ; 6,210,802 ; 6,331,354 ; 4,142,913 ; 4,144,080 ; 4,211,574 ; und 4,246,221 ausführlicher beschrieben.
Es wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von Lyocell-Produkten, einschließlich Fasern, Überzügen und nichtgewebten Vliesstoffen aus Spinnlösung, die aus Pulpe stammt, bereitgestellt, wobei die Pulpe aus Holz mit niedriger relativer Dichte hergestellt ist, und wobei die Pulpe mindestens 7 % Hemicellulose, eine Viskosität von weniger als 0,032 Pa·s (32 cP), eine Kupferzahl von weniger als 2, eine gewichtsgemittelte Faserlänge von weniger als 2,7 mm und eine Rauhigkeit von weniger als 23 mg/100 m aufweist. Das Verfahren umfasst das Extrudieren der Spinnlösung durch eine Düse, um eine Vielzahl von Filamenten zu bilden, Waschen der Filamente zum Entfernen des Lösungsmittels, Regenerieren der Filamente mit einem Nicht-Lösungsmittel einschließlich Wasser oder Alkohol, und Trocknen der Filamente.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Bildung von Lyocell-Fasern aus Pulpen, die aus Holz mit niedriger relativer Dichte gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Ausgehend von Holzpulpe mit niedriger relativer Dichte in Block 200 wird die Pulpe mechanisch zerkleinert, z.B. in einem Reißwolf in Block 202. Die Pulpe wird mit einem Aminoxid-Wasser-Gemisch gelöst, um eine Spinnlösung zu bilden, Block 204. Die Pulpe kann mit einem Nicht-Lösungsmittel-Gemisch von etwa 40 % NMMO und 60 % Wasser befeuchtet werden. Das Gemisch kann in einem zweiarmigen Sigma-Flügelmischer gemischt werden und es kann ausreichend Wasser herausdestilliert werden, so dass etwa 12 bis 14 % basierend auf NMMO übrig bleibt, damit eine Cellulose-Lösung gebildet wird, Block 208. Alternativ kann zunächst NMMO mit geeignetem Wassergehalt verwendet werden, sodass kein Vakuumdestillationsblock 208 benötigt wird. Dies stellt eine zweckmäßige Art und Weise dar, um Spinnlösungen im Labor herzustellen, wobei kommerziell erhältliches NMMO mit einer Konzentration von etwa 40 bis 60 % mit dem Laborreagenz NMMO, welches nur etwa 3 % Wasser aufweist, gemischt werden kann, um ein Cellulose-Lösungsmittel mit 7–15 % Wasser zu erzeugen. Die Feuchtigkeit, die üblicherweise in der Pulpe vorliegt, sollte dazu dienen, das Wasser, welches in dem Lösungsmittel vorliegt, einzustellen. Es wird auf die Artikel von Chanzy, H., und A. Peguy, Journal of Polymer Science, Polymer Physics Ausg. 18: 1137–1144 (1980) und Navard, P. und J.M. Haudin, British Polymer Journal, S. 174 (Dez. 1980) Bezug genommen, welche die Laborherstellung von Cellulosespinnlösungen in NMMO- und Wasser-Lösungsmitteln beschreiben.
Die gelöste, gebleichte Pulpe (nunmehr Spinnlösung genannt) wird in einem Verfahren, welches Spinnen genannt wird, durch Öffnungen einer Extrusionsdüse gepresst, Block 210, um Cellulosefilamente herzustellen, die anschließend mit einem Nicht-Lösungsmittel, Block 202, regeneriert werden. Spinnen zur Bildung von Lyocell-Formkörpern einschließlich Fasern, Überzügen und nichtgewebten Vliesstoffen, kann Melt Blowing, Zentrifugalspinnen, Spun-Bonding und Trocken-Nass-Methoden umfassen. Schließlich werden die Lyocell-Filamente oder -Fasern gewaschen, Block 214.
Das Lösungsmittel kann entweder entsorgt oder wiederverwendet werden. Aufgrund seiner hohen Kosten ist es im Allgemeinen unerwünscht, das Lösungsmittel zu entsorgen. Die Regeneration des Lösungsmittels weist den Nachteil auf, dass das Regenerationsverfahren gefährliche, potenziell explosive Bedingungen mit sich bringt.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen lediglich die beste Ausführungsform, die nunmehr für das Ausüben der Erfindung vorgesehen ist, sie sollten jedoch nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie die Erfindung einschränken.
BEISPIEL 1
Ein kommerzielles, kontinuierlich ausgeweitetes Delignifizierungsverfahren wurde im Labor unter Verwendung eines speziell gebauten Reaktorgefäßes mit dazugehöriger Hilfsausrüstung einschließlich Umlaufpumpen, Akkumulatoren und Direktwärmeaustauschern, etc. nachgebildet. Reaktortemperaturen wurden durch indirektes Erwärmen und kontinuierliche Zirkulation von Kochlauge reguliert. Das Reaktorgefäß wurde mit einer üblichen Menge an gleichwertigem feuchtigkeitsfreiem Holz beladen. Ein optionaler Schritt des atmosphärischen Vorbehandelns mit Dampf kann vor der Kochung ausgeführt werden. Eine Menge an Kochlauge, die von a 50 % bis 80 % der Gesamtmenge reicht, wurde anschließend zusammen mit Verdünnungswasser auf den Pulpenkocher aufgesetzt, um das vorgegebene Lauge zu Holz-Verhältnis zu erreichen. Der Reaktor wurde anschließend auf Imprägnierungstemperatur und -druck gebracht und für die vorgegebene Zeit bei dieser Temperatur und diesem Druck belassen. Im Anschluss an den Imprägnierungszeitraum wurde ein zusätzlicher Anteil der Gesamtkochlauge zu dem Reaktorgefäß zugegeben, welcher von etwa 5 % bis 15 % der Gesamtmenge reicht. Der Reaktor wurde anschließend auf Kochtemperatur gebracht und für die vorgegebene Zeitdauer dort belassen, um den Gleichstromabschnitt der Kochung nachzubilden.
Im Anschluss an den Gleichstromabschnitt der Kochung wurde der Rest der Kochlauge mit einer bestimmten Rate zu dem Reaktorgefäß hinzugefügt. Die Rate ist von der vorgegebenen Zeitdauer und dem Anteil der Kochlauge, die für diesen Schritt der Kochung verwendet wird, abhängig. Der Reaktor wurde auf eine vorgegebene Kochtemperatur reguliert und während der Simulation des Gegenstromabschnitts der Kochung bei dieser Temperatur belassen.
Verbrauchte Kochlauge wurde mit derselben vorgegebenen Rate aus dem Reaktor in einen externen Sammelbehälter abgezogen. Am Ende der Kochung wurde der Druck im Reaktorgefäß langsam abgebaut, und das Reaktorgefäß wurde stehen gelassen, bis es auf eine Temperatur unterhalb des Flammpunktes abgekühlt war. Das Reaktorgefäß wurde geöffnet, und die aufgekochten Holzschnitzel wurden gesammelt, die Lauge wurde abgegossen, sie wurden gewaschen, sortiert und zur Untersuchung bereitgestellt. Es wurden drei Kochungen von Holzschnitzeln mit niedriger relativer Dichte zusammen mit drei Kochungen von Holz, das keine niedrige relative Dichte aufweist, zubereitet.
BEISPIEL 2
PARAMETER DES AUFSCHLUSSVERFAHRENS FÜR HOLZ MIT NIEDRIGER RELATIVER DICHT

Eine Kochung für Holzschnitzel mit niedriger relativer Dichte wies die folgenden Parameter auf. TABELLE 1

Holzschnitzel S.G.	0,410
Vorbehandeln mit Dampf bei 110 °C, Minuten	5
Imprägnierung:
Zeit, Minuten	35
% Effektivalkali, anfänglich	8,5
% EA, Sekunde bei 5 Minuten	1,6
% Sulfidität	29
Laugenverhältnis	4
Temperatur – Grad C	110
Rest, G/L EA	9,63
Rest, % EA	3,85
pH-Wert	12,77
H-Faktor	2
Druckausgleichzeit, Minuten	3
Gleichstrom:
% Effektivalkali	4,2
% Sulfidität	29

Zeit zum Zugeben der Lauge, Minuten Holz	1
Temperatur – Grad C	154
Zeit bis, Minuten	9
Zeit während, Minuten	5
Temperatur – Grad C	170
Zeit bis, Minuten	51
Zeit während, Minuten	3
Rest, G/L EA	9,42
Rest, % EA	3,77
pH-Wert	12,92
H-Faktor	649
Gegenstrom:
% Effektivalkali	8
% Sulfidität	29,2
Temperatur – Grad C	171
Zeit bis, Minuten	54
Zeit während, Minuten	0
Temperatur – Grad C	171
Zeit bis, Minuten	0
Zeit während, Minuten	162
EA, G/L – Stärke	16,0
Verdrängungsrate, CC/M	93
Verdrängungsvolumen, Liter	20,00
Rest, G/L EA	9,95
Rest, % EA	3,98
pH-Wert	12,74
H-Faktor	3877
Gesamtzeit, Minuten	319
% Effektivalkali – Gesamtkochung	22,3
Abgenommene Produkte, % bezogen auf O.D. Holz	41,01
Ausschuss, % bezogen auf O.D. Holz	0,03
Gesamtausbeute, % bezogen auf O.D.	41,04
Kappazahl, 10 Minuten	16,80

BEISPIEL 3
BLEICHVERFAHREN FÜR HOLZ MIT NIEDRIGER RELATIVER DICHTE
Die durch das Verfahren von Beispiel 2 hergestellte Pulpe wurde gemäß der folgenden Prozedur gebleicht.
O-Schritt
Inwoods Holzschnitzel mit niedriger relativer Dichte wurden in einer alkalischen Kraft-Pulpe mit einer Kappa-Zahl von 16,8 (TAPPT Norm T236 cm-85) und einer Viskosität von 0,239 Pa·s (239 cP) (TAPPT T230) aufgeschlossen. Die ungebleichte Pulpe wurde in einem Druckgefäß mit Hochkonsistenz-Mischleistungsfähigkeit mit Sauerstoff behandelt. Das Gefäß wurde auf etwa 120 °C vorgewärmt. Eine Menge von Natriumhydroxid (NaOH), die 50 g/kg (100 Pfund pro Tonne) Pulpe entspricht, wurde zu der alkalischen Pulpe hinzugefügt. Das Reaktionsgefäß wurde anschließend verschlossen, und der Druck wurde durch Einbringen von Sauerstoff in das Druckgefäß auf 414 kPa Gauge (60 psig (pounds per square inch, gauge scale) (Pfund pro Quadratzoll, Eichmaßstab) erhöht. Wasser lag in dem Gefäß in einer ausreichenden Menge vor, um eine Konsistenz von 10 % bereitzustellen.
Nach 45 Minuten wurde das Rühren beendet, und die Pulpe wurde aus dem Druckgefäß entfernt und gewaschen. Die sich ergebende Viskosität der gewaschenen Pulpe betrug 0,0353 Pa·s (35,3 cP) und wies eine Kappa-Zahl von 3,8 auf.
D-Schritt
Der D-Schritt behandelte die Pulpe, die in dem O-Schritt veredelt wurde, durch dreimaliges Waschen mit destilliertem Wasser, Entstauben der Pulpe mit einem Staubabscheider und anschließendes Überführen der Pulpe in einen Polypropylensack. Die Konsistenz der Pulpe in dem Polypropylensack wurde durch Zugabe von Wasser auf 10 % eingestellt. Chlordioxid, welches einer Menge entspricht, die 14,2 g/kg (28,4 Pfund pro Tonne) der Pulpe entspricht, wurde durch Lösen des Chlordioxids in dem Wasser, welches verwendet wurde, um die Konsistenz der Pulpe in dem Sack einzustellen, in die verdünnte Pulpe eingebracht. Der Sack wurde abgedichtet und gemischt und anschließend bei 75 °C für 30 Minuten in einem Wasserbad belassen. Die Pulpe wurde entfernt und mit entionisiertem Wasser gewaschen.
E_P-Schritt
Die gewaschene Pulpe aus dem D-Schritt wurde anschließend in einen frischen Polypropylensack gegeben und Ätznatron wurde mit der Hälfte der Menge an Wasser, die notwendig ist, um eine Konsistenz von 10 % bereitzustellen, eingebracht. Wasserstoffperoxid wurde mit der anderen Hälfte des Verdünnungswassers gemischt und in den Sack gegeben. Die Beladung mit Wasserstoffperoxid entsprach 40 Pfund pro Tonne der Pulpe. Der Sack wurde abgedichtet und gemischt und für 55 Minuten bei 88 °C in einem Wasserbad belassen. Nach dem Entfernen der Pulpe aus dem Sack und Waschen mit Wasser wurde der Vlies filtriert und anschließend in den Polypropylensack wieder eingebracht und per Hand zerlegt.
D-Schritt
Chlordioxid wurde zusammen mit dem Verdünnungswasser, welches notwendig ist, um eine Konsistenz von 10 % bereitzustellen ein zweites Mal in einer Menge in die Pulpe eingebracht, die 9,5 g/kg (19 Pfund pro Tonne) der Pulpe entspricht. Der Sack wurde abgedichtet und gemischt und anschließend für 3 Stunden bei 88 °C in einem Wasserbad belassen. Die behandelte Pulpe wies eine Kupferzahl von etwa 0,9 auf, welche mittels der TAPPT Norm 430 gemessen wurde, und wies einen Hemicellulose-(Xylan- und Mannan-)Gehalt von 12,7 % auf.
BEISPIEL 4
Holz mit niedriger relativer Dichte, welches eine relative Dichte von 0,410 aufweist, wurde unter Verwendung des Kraft-Verfahrens aufgeschlossen und anschließend gebleicht und zum Vermindern seiner Viskosität mit verschiedenen Mengen an Sauerstoff behandelt. Die Bestandteile in den Pulpen, die unter Verwendung der Inwoods-Holzschnitzel mit niedriger relativer Dichte hergestellt wurden, sind 7,2 % Xylane und 5,5 % Mannane.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse für drei verschiedene Kochbedingungen. Während ungebleichte Pulpe WAFL bereitgestellt wird, ist es offensichtlich, dass gemäß den Bedingungen der vorliegenden Erfindung das Bleichen der ungebleichten Pulpe zum Vermindern ihrer Viskosität ohne wesentliches Vermindern des Hemicellulose-Gehaltes zu keinem spürbaren Anstieg an gebleichter Pulpe WAFL führt und tatsächlich niedriger sein mag als die ungebleichte Pulpe WAFL. TABELLE 2

	Inwoods-Holzschnitzel Kochung A	Inwoods-Holzschnitzel Kochung B	Inwoods-Holzschnitzel Kochung C
Relative Schnitzeldichte	0,410	0,410	0,410
Kappa-Zahl der ungebleichten Pulpe	24,4	20,1	16,8
Ausbeute %	43,2	41,4	41,0
Viskosität der ungebleichten Pulpe Pa·s (cP), Kugelfall	0,414 (414)	0,235 (235)	0,153 (153)
Ungebleichte Pulpe WAFL (mm)	2,70	2,70	2,69
Rauhigkeit der ungebleichten Pulpe (mg/100 m)	18,3	17,9	17,6
O2 Pulpenviskosität Pa·s (cP) (30 g/kg NaOH) (100 Pfund/Tonne NaOH)	0,055 (55) 7,6 Kappa	0,034 (34) 6,0 Kappa	0,028 (28) 3,8 Kappa
O2 Pulpenviskosität Pa·s (cP) (30 g/kg NaOH) (60 Pfund/Tonne NaOH)	0,080 (80) 6,0 Kappa	0,063 (63) 7,5 Kappa	0,049 (49) 5,6 Kappa
Rauhigkeit der gebleichten Pulpe (mg/100 m)	32,4		21,8
Gebleichte Pulpenfasern/g × 10⁶	4,8		4,6
Viskosität der gebleichten Pulpe Pa·s (cP)	0,0318 (31,8)		0,0295 (29,5)
Strukturviskosität der gebleichten Pulpe	4,1		4,2
Gebleichte Pulpe Cu (ppm)	0,6		< 0,6
Gebleichte Pulpe Fe (ppm)	12		14,3
Gebleichte Pulpe Mn (ppm)	1,5		3,6
Gebleichte Pulpe Cr (ppm)	< 0,4		< 0,3
Gebleichte Pulpe Si (ppm)	41		31

VERGLEICHSBEISPIEL 5
PARAMETER DES AUFSCHLUSSVERFAHRENS FÜR HOLZ OHNE NIEDRIGE RELATIVE DICHTE

Herkömmliche Tolleson-Holzschnitzel, die aus Holz mit einer relativen Dichte von 0,495 hergestellt wurden, wurden unter Verwendung des Kraft-Verfahrens aufgeschlossen und anschließend zum Vermindern seiner Viskosität mit unterschiedlichen Mengen an Sauerstoff behandelt. Tabelle 3 zeigt die Aufschlussbedingungen für eine Kochung von Tolleson-Holzschnitzeln. TABELLE 3

Holzschnitzel S.G.	0,495
Vorbehandeln mit Dampf bei 110 °C, Minuten	5
Imprägnierung:
Zeit, Minuten	35
% Effektivalkali, anfänglich	8,5
% EA, Sekunden bei 5 Minuten	1,6
% Sulfidität	30,5
Laugenverhältnis	4
Temperatur – Grad C	110
Rest, G/L EA	9,17
Rest, % EA	3,67
pH-Wert	13,24
H-Faktor	2
Druckausgleichszeit, Minuten	2
Gleichstrom:
% Effektivalkali	4,2
% Sulfidität	30,5
Zeit zum Zugeben der Lauge, Minuten	1
Temperatur – Grad C	157
Zeit bis, Minuten	14
Zeit während, Minuten	0
Temperatur – Grad C	170
Zeit bis, Minuten	54
Zeit während, Minuten	0
Rest, G/L EA	8,31
Rest, % EA	3,32
pH-Wert	13,07
H-Faktor	680
Gegenstrom:
% Effektivalkali	8
% Sulfidität	30,0

Temperatur – Grad C Holz	171
Zeit bis, Minuten	54
Zeit während, Minuten	0
Temperatur – Grad C	171
Zeit bis, Minuten	0
Zeit während, Minuten	162
EA/, G/L – Stärke	20,4
Verdrängungsrate, CC/M	73
Verdrängungsvolumen, Liter	15,87
Rest. G/L EA	9,72
Rest, % EA	3,89
PH-Wert	13,18
H-Faktor	3975
Gesamtzeit, Minuten	319
% Effektivalkali – Gesamtkochung	22,3
Abgenommene Produkte, % bezogen auf O.D. Holz	44,23
Ausschluss, % bezogen auf O.D. Holz	0,13
Gesamtausbeute, % bezogen auf O.D.	44,36
Kappa-Zahl, 10 Minuten	17,75

Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse von drei verschiedenen Kochungen unter Verwendung von herkömmlichen Tolleson-Holzschnitzeln, die aus Holz ohne niedrige relative Dichte hergestellt sind. Bestandteile in den Pulpen, die unter Verwendung der Tolleson-Holzschnitzel ohne niedrige relative Dichte hergestellt wurden, sind 6,5 % Xylose; 6,6 % Mannose; 5,7 % Xylane; und 5,9 % Mannane. TABELLE 4

	Tolleson-Holzschnitzel Kochung A	Tolleson-Holzschnitzel Kochung B	Tolleson-Holzschnitzel Kochung C
Relative Schnitzeldichte	0,495	0,495	0,495
Kappa-Zahl der ungebleichten Pulpe	26,9	20,8	17,8
Ausbeute %	46,6	46,1	44,4
Viskosität der ungebleichten Pulpe Pa·s (cP), Kugelfall	(0,633) 633	(0,358) 358	(0,243) 243
Ungebleichte Pulpe WAFL (mm)	4,13	4,14	4,19

	Tolleson-Holzschnitzel Kochung A	Tolleson-Holzschnitzel Kochung B	Tolleson-Holzschnitzel Kochung C
Rauhigkeit der ungebleichten Pulpe (mg/100 m)	26,1	24,4	24,3
O2 Pulpenviskosität Pa·s (cP) (50 g/kg NaOH) (100 Pfund/Tonne NaOH)	0,096 (96) 6,4 Kappa	0,043 (43) 6,9 Kappa	0,041 (41) 4,7 Kappa
O2 Pulpenviskosität Pa·s (cP) (30 g/kg NaOH) (60 Pfund/Tonne NaOH)	0,180 (180) 8,3 Kappa	0,088 (88) 5,5 Kappa	0,070 (70) 6,2 Kappa
Rauhigkeit der gebleichten Pulpe (mg/100 m)	24,9		27,5
Gebleichte Pulpenfasern/g × 10⁶	3,8		2,8
Viskosität der gebleichten Pulpe Pa·s (cP)	0,0285 (28,5)		0,0242 (24,2)
Strukturviskosität der gebleichten Pulpe	4,3		4
Gebleichte Pulpe Cu (ppm)	< 0,6		< 0,7
Gebleichte Pulpe Fe (ppm)	11,5		16
Gebleichte Pulpe Mn (ppm)	5		6
Gebleichte Pulpe Cr (ppm)	< 0,4		0,3
Gebleichte Pulpe Si (ppm)	≥ 1		32

Man kann erkennen, dass die Viskosität der Pulpen, die aus den Inwoods-Holzschnitzeln mit niedriger relativer Dichte hergestellt wurden, niedriger ist als die Viskosität der Pulpen, die aus den Tolleson-Holzschnitzeln ohne niedrige relative Dichte hergestellt wurden.
Man kann erkennen, dass die Viskosität der Pulpen, die aus den Inwoods-Holzschnitzeln mit niedriger relativer Dichte hergestellt wurden, niedriger ist als die Viskosität der Pulpen, die aus den Tolleson-Holzschnitzeln ohne niedrige relative Dichte hergestellt wurden.

Claims

Lyozell-Produkt umfassend: mindestens 7 Gewichts-% Hemizellulose; und Zellulose, wobei die Pulpe, die zum Herstellen des Produktes verwendet wird, eine Viskosität von weniger als 0,032 Pa·s (32 cP), eine Kupferzahl von weniger als 2, eine gewichtsgemittelte Faserlänge von weniger als 2,7 mm und eine Rauigkeit von weniger als 23 mg/100 m aufweist.
Lyozell-Produkt nach Anspruch 1, wobei das Produkt eine Faser, ein Film oder ein nichtgewebter Vliesstoff ist.