Sulfatverfahren (Papierherstellung)

Erweiterte Suche

Kraft-Papiermühle am Sampit River, Georgetown, South Carolina

Sulfatverfahren oder Kraft-Aufschluss (so genannt wegen der Festigkeit des so hergestellten Papiers, siehe Kraftpapier) nennt man einen chemisch-industriellen Prozess zur Herstellung von Cellulose aus dem Holz von Bäumen oder aus einjährigen Pflanzen wie Schilf, Getreide(Stroh), Zuckerrohr (Bagasse), Mais- oder Sonnenblumen(stängeln). Die Zellwände werden dabei aufgeschlossen und das im pflanzlichen Material enthaltene Lignin sowie Polyosen werden dabei abgetrennt. Die entstehenden Zellstoffe können hervorragend als Verstärkungsfasern dienen. Das Sulfatverfahren, bei dem Holzschnitzel mehrere Stunden in Natronlauge gekocht werden, ist das häufigste Verfahren zur Herstellung von Papierzellstoff.

Verfahren

Beim Sulfat- oder Kraftverfahren erhitzt man Hackschnitzel oder zerkleinerte Pflanzenstängel in Druckkesseln drei bis sechs Stunden lang bei erhöhtem Druck (7 bis 10 bar) mit im Wesentlichen Natronlauge, Natriumsulfid und Natriumsulfat. Hierbei wird durch einen nukleophilen Angriff des Sulfid-Anions das Lignin gespalten und geht in sog. Schwarzlauge (lösliches Alkali-Lignin) über, die dann mit Hilfe von Zellenfiltern von dem zurückbleibenden Zellstoff abgetrennt wird. Beim Kochen und Eindampfen der Lauge entwickeln sich übelriechende Thiole.

Vorprozesse

Durch eine dem Kraft-Aufschluss vorgeschaltete Hydrolyse kann der Anteil an Polyosen verringert und ein Zellstoff mit sehr hohem Zellulose-Gehalt gewonnen werden.

Nebenprozesse

Aus den Ablaugen der Sulfatverfahren lassen sich z.T. noch mehr brauchbare Chemikalien und Nebenprodukte gewinnen als aus den Ablaugen des konkurrierenden Sulfitverfahrens. Bei der Verarbeitung von harzreichen Hölzern (z.B. Kiefer) fallen auf je 1000 kg Zellstoff 30 kg Tallöl sowie Sulfat-Terpentinöl und verschiedene Holzzucker an. Die Harze können auch zu Papierleimungsmittel, zu Phenolharzen, zu Dispersionsmitteln usw. verarbeitet werden. Aus den Fettsäuren lassen sich Alkydharze, Tenside oder Weichmacher herstellen.

Das Beiprodukt Natrium-Lignin kann zur Produktion von Kunststoffen verwendet und Schwarzlaugen-Rückstände zu Düngemitteln verarbeitet werden. Deshalb bietet das Sulfatverfahren ökonomische Vorteile.

Verfahrensverbesserungen

Durch geschickte Kombination von Verfahrensschritten (z.B. Verbrennen der Sulfat-Ablauge) lassen sich die eingesetzten Chemikalien weitgehend wieder gewinnen. Der Zusatz von Anthrachinon, das als Katalysator die Spaltung des Lignins beschleunigt, kann die Energiebilanz des Verfahrens verbessern.

Eigenschaften und Einsatzgebiete

Mit einem geringen Einsatz an Schwefel gelingt es mit diesem Verfahren, aus minderwertigen, harzreichen Hölzern oder aus den Resten von einjährigen Pflanzen einen Zellstoff mit guten papiertechnischen Eigenschaften herzustellen. Sowohl Recyclingfasern als auch Holzfasern aus dem Sulfitverfahren reichen in der Regel nicht aus, um erhöhte Papierfestigkeiten zu erreichen, Daher wird Sulfat-Zellstoff als Verstärkungs-Faserstoff mit verwendet, um beispielsweise Papiersäcke, Pappen, technische Schmirgelpapiere, Kraftpapiere und Erntebindegarn herzustellen.

Beim Aufschluss wird nur etwa die Hälfte des eingesetzten Rohmaterials Holz als direktes Hauptprodukt in Form des Zellstoffs gewonnen. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird gesteigert, wenn die Nebenprodukte verwertet werden.

Marktbedeutung

Bei der Produktion von Zellstoff für die Papierherstellung findet weltweit (2009) hauptsächlich dieses Verfahren Verwendung. Rund 85 % des in Deutschland verbrauchten Zellstoffs wird im Sulfatverfahren gewonnen, im Jahr 2008 waren dies 3,7 Millionen Tonnen Sulfatzellstoff. Das Sulfitverfahren wird für lediglich ca. 15 % des in Deutschland verbrauchten Zellstoffs angewendet.[1] Jedoch wird in Deutschland mehr Sulfitzellstoff hergestellt. Dies liegt daran, dass das Sulfatverfahren früher einen sehr intensiven Geruch mit sich brachte und in Deutschland wegen strenger Auflagen meist den Kürzeren zog.

Literatur

Einzelnachweise

  1. Verband deutscher Papierfabriken e.V.: Papierkompass 2009 (pdf)

Weblinks

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die letzten News aus den Naturwissenschaften

11.06.2021
Sonnensysteme - Planeten - Sterne
Die Taktgeber der Sonne
Nicht nur der prägnante 11-Jahres-Zyklus, auch alle weiteren periodischen Aktivitätsschwankungen der Sonne können durch Anziehungskräfte der Planeten getaktet sein.
09.06.2021
Galaxien - Sterne - Schwarze_Löcher
Wenn Schwarze Löcher den Weg für die Sternentstehung in Satellitengalaxien freimachen
Eine Kombination von systematischen Beobachtungen mit kosmologischen Simulationen hat gezeigt, dass Schwarze Löcher überraschenderweise bestimmten Galaxien helfen können, neue Sterne zu bilden.
09.06.2021
Monde - Astrobiologie
Flüssiges Wasser auf Monden sternenloser Planeten
Monde sternenloser Planeten können eine Atmosphäre haben und flüssiges Wasser speichern.
03.06.2021
Planeten - Astrophysik - Elektrodynamik
Solar Orbiter: Neues vom ungewöhnlichen Magnetfeld der Venus
Solar Orbiter ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der NASA, die bahnbrechende neue Erkenntnisse über die Sonne liefern wird.
03.06.2021
Festkörperphysik - Quantenphysik
Quantenbits aus Löchern
Wissenschafter haben ein neues und vielversprechendes Qubit gefunden – an einem Ort, an dem es nichts gibt.
03.06.2021
Supernovae - Astrophysik - Teilchenphysik
Gammablitz aus der kosmischen Nachbarschaft
Die hellsten Explosionen des Universums sind möglicherweise stärkere Teilchenbeschleuniger als gedacht: Das zeigt eine außergewöhnlich detaillierte Beobachtung eines solchen kosmischen Gammastrahlungsblitzes.
27.05.2021
Quantenphysik
Verblüffendes Quantenexperiment wirft Fragen auf
Quantensysteme gelten als äußerst fragil: Schon kleinste Wechselwirkungen mit der Umgebung können zur Folge haben, dass die empfindlichen Quanteneffekte verloren gehen.
27.05.2021
Quantenphysik - Teilchenphysik
Symmetrie befördert Auslöschung
Physiker aus Innsbruck zeigen in einem aktuellen Experiment, dass auch die Interferenz von nur teilweise ununterscheidbaren Quantenteilchen zu einer Auslöschung führen kann.
26.05.2021
Exoplaneten
Wie Wasser auf Eisplaneten den felsigen Untergrund auslaugt
Laborexperimente erlauben Einblicke in die Prozesse unter den extremen Druck- und Temperatur-Bedingungen ferner Welten. Fragestellung: Was passiert unter der Oberfläche von Eisplaneten?
25.05.2021
Quantenphysik - Thermodynamik
Neues Quantenmaterial entdeckt
Auf eine überraschende Form von „Quantenkritikalität“ stieß ein Forschungsteam der TU Wien gemeinsam mit US-Forschungsinstituten. Das könnte zu einem Design-Konzept für neue Materialien führen.