2. Inhaltsverzeichnis
1. Holzarten 3
1.1. Holzaufbau 6
1.2. Holzwachstum 7
1.3. Entstehung von Zellstoff 8
1.4. Chemischer Aufbau 9
2. Zellstoffproduktion 10
2.1. Holzplatz 11
2.2. Entrinden 12
2.3. Chipping 13
2.4. Holzaufschluss 14
2.4.1. Mechanical vs. chemical pulp 15
2.4.2. Mechanical pulp 16
2.4.3. Chemical pulp 19
2.5. Messdaten 24
2.6. Bleichen 25
2.6.1. Bleichmethoden 27
3. Übersicht Zellstofffabrik Sappi Gratkorn 28
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3. 1. Holzarten
Sorten
Holzarten
Laubholz Nadelholz
(Hardwood) (Softwood)
Buche Fichte
Birke Tanne
Pappel Kiefer
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4. 1. Holzarten
Struktur
Laubholz – Kurzfaser Nadelholz – Langfaser
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5. 1. Holzarten
Eigenschaften für die Papiermischung (Halbzeug)
Laubholz Nadelholz
Kurzfaser Langfaser
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
Grundsatz: Es kommt später auf die Mischung an
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6. 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
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7. 1.2. Holzwachstum
Frühjahr
Kambium spaltet
dünnwandige Zellen Breite Jahresringe
ab: Frühholz
Sommer
Kambium spaltet
Schmale
dickwandige Zellen
Jahresringe
ab: Spätholz
Winter Einstellung der
Wachstumstätigkeit
Keine Ringbildung
• Wachstumsperiode abhängig vom Klima und Breitengrad
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8. 1.3. Entstehung von Cellulose
– Traubenzucker (Glucose) wird durch Wasserabgabe umgewandelt zu Stärke
– Durch deren Vervielfachung entsteht Zellulose
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9. 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
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11. 2.1. Holzplatz
Schritt 1
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12. 2.2. Entrinden
Schritt 2: Debarking drum / Rindentrommel
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13. 2.3. Chipping
Schritt 3
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14. 2.4. Holzaufschluss
Schritt 4
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15. 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
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16. 2.4.2. Mechanical pulp
Holzschliff
• 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
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17. 2.4.2. Mechanical pulp
(Chemi) Thermo 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
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18. 2.4.2. Mechanical pulp
(Chemi) Thermo Mechanical Pulp
T: light cooking of
C: chemical woodchips
impregnation
of woodchips
P: pulp
ready for
bleaching
M: mechanical refining
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19. 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
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20. 2.4.3. Chemical pulp
Sulfatzellstoff Sulfitzellstoff
(Kraftzellstoff)
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 Hoch Niedrig
Fasern von aussen angegriffen Fasern von innen angegriffen
Rohstoffe Flexibel Limitiert
Finanzierung Teuer Billig
Geruch Stinkt Wenig geruch
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21. 2.4.3. Chemical pulp
Sulfatzellstoff
• 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
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22. 2.4.3. Chemical pulp
Sulfitzellstoff
• 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
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23. 2.4.3. Chemical pulp
Sulfitzellstoff
Vorteile Nachteile
Kleinere Einheiten wirtschaftlich ab Begrenzte Rohstoffbasis
Sulfit: 100‘000 TO/Jahr
Sulfat: 500‘000 TO/Jahr
Gute Ausbeute Rindenempfindlich
Gute Bleichbarkeit Geringere Festigkeit
Hoher Ausgangs-Weißgrad Abwasserbelastung
Sulfit: Gräulich Weiß / Sulfat: Braun
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24. 2.5. Messdaten
Zellstoffhärte Kappa Restlignin
Sehr 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%
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25. 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
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26. 2.6. Bleichen
• Waschstufen zwischen den chemischen Behandlungen
Erste Waschstufe Letzte Waschstufe
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27. 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
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