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 Zellstoff
 Eigenschaften
Zellstoff
Definition
Zellstoff ist jener Halbstoff (Faserrohstoff), welcher aus Bäumen gewonnen und zum Endprodukt Papier verarbeitet wird. Ziel der Zellstoffherstellung ist das Herauslösen der Fasern aus dem Holz; daher bezeichnet man als Zellstoff jene Masse, welche aus Holz durch chemischen Aufschluss gewonnen wird.

Weil Papier überwiegend durch den Einsatz von Holz gewonnen wird, ist Papier in seiner Basis ein Naturprodukt.


Vom Holz zum Zellstoff
Holz besteht aus Cellulose (~50%), Hemicellulosen (~15%), Lignin (~30%), Asche und verschiedenen Begleitstoffen. Die Cellulose ist die eigentliche Fasersubstanz und ist der Basisrohstoff für die Papierherstellung, wobei die Cellulosefasern sich nach der Holzart unterscheiden. Bei Nadelhölzern (Fichte, Tanne, Kiefer, Lärche) sind diese durchschnittlich 3mm lang, bei Laubhölzern (Buche, Pappel, Birke, Eukalyptus, Akazie) weisen die Fasern eine Länge von durchschnittlich 1 mm auf. Die langen Fasern sind für die Festigkeiten des Papiers verantwortlich, die kurzen dienen der gleichmäßigen Blattbildung. Der Halbstoff Zellstoff resultiert aus der Kochung, bei der die Cellulosefasern durch Entfernung des Ligninanteils herausgelöst wurden.

 

Chronologie der Halbrohstoffe
Es gibt im Wesentlichen 3 verschiedene Arten von Halbstoffen, aus
denen Papier hergestellt werden kann.

1)

Papiererzeugung über den Einsatz von Holzstoff
(Holz – Holzstoff – Papier).

Holzstoff/Holzschliff wird durch mechanische Zerfaserung von Holz mittels Refiner (Mahlmaschine) und Heißdampf zu TMP (Thermo- Mechanical-Pulp) bzw..mit Zusatz geeigneter Chemikalien zu CTMP (Chemical-TMP) oder im Steinschliffverfahren zu GMP (Groundwood-Mechanical-Pulp) erzeugt.

Diese Halbstoffe (Faserprodukte) werden für die Produktion von Zeitungsdruckpapier, Hygienepapier, Karton, Pappe und Druckpapier anteilig eingesetzt. Solche Papiere gelten als holzhaltig (mittelfeine Papiere), weil auch das hinsichtlich Festigkeiten qualitätsmindernde Lignin in Papier verbleibt.

2)

Papiererzeugung über den Einsatz von Zellstoff
(Holz – Zellstoff – Papier).

Beim chemischen Aufschluss von Holz entsteht Zellstoff. Das daraus erzeugte Papier hat eine höhere Wertigkeit, weil Papier damit an Qualität hinsichtlich Weiße und Festigkeiten gewinnt. Als Beispiel seien grafische Papiere, Schreib-/ Kopierpapiere, höherwertige Hygiene- und Druckpapiere genannt.

3)

Papierherstellung über den Einsatz von Altpapier
(Altpapier – Papier).

Dabei wird das Altpapier mit Wasser dispergiert und entweder gleich oder nach einem Deink-Prozess (DIP – Deinked Pulp) wieder zu Papier, Karton oder Pappe verarbeitet. Als „Deinken“ wird das Entfernen der Druckfarben bezeichnet.

Die Anforderung an das Endprodukt Papier wie beispielsweise Trocken- und Nassfestigkeit, Alterungsbeständigkeit, Weiße, Opazität, Volumen, Steifigkeit oder Durchreißwiderstand bestimmen neben diverser Chemikalien zur Erzielung bestimmter Effekte, den Halbstoffeinsatz.


Wir vernachlässigen die Positionen 1 und 3 und beschreiben den
Produktionsverlauf Holz – Zellstoff – Papier zur Erzeugung gehobener Papieransprüche.
 
 
Produktionskennzahlen
Zellstoffherstellung
Schema Papiermaschine
 

 

Der Produktionsverlauf

1) Das Holz
Das Holz wird in die Zellstoff-/ Papierfabrik angeliefert, je nach Verwendungszweck abgelängt und in einer Entrindungstrommel von der Rinde befreit.

Für die Zellstoffherstellung muss das entrindende Holz zu kleinen Stücken gehackt werden. Diese „Hackschnitzel“ werden zu Lagerhaufen (Piles) angehäuft. Dies bewirkt im Laufe der Lagerungsdauer eine Oxidation des Harzes, welches dadurch bereits vor dem Eintritt in die Kochung unschädlich gemacht wurde.

Die Förderung der Hackschnitzel in den Kocher ist der Beginn des Produktionsprozesses. Die darauf folgende Kochung mit alkalischer oder saurer Kochlösung dauert je nach Verfahren 2 bis 5 Stunden bei 160 bis 180 °C und 8 bis 9 bar Druck. Im alkalischen Verfahren erhält man Sulfat-Zellstoff, im sauren Verfahren Sulfit-Zellstoff.

2) Die Kochung
Ziel der Kochung - auch Aufschlussprozess genannt - ist das Herauslösen des u. a. zum Vergilben führenden Lignin (Delignifizierung) und damit das Freilegen der Cellulosefasern. Auch Harze und die Hemicellulosen werden teilweise gelöst. Bei der Kochung des Holzes im Säure- und Laugenbad ist es wichtig, dass der Kochvorgang rechtzeitig beendet wird. Bei „Überkochung“ besteht die Gefahr der Beschädigung der Cellulosefasern. Lignin ist die verholzende Substanz im Holz und führt bei Nichtentfernung nicht nur zu Vergilbung, sondern auch zu frühzeitigem Zerfall des Papiers.

 


Im Sulfitzellstoffverfahren wird als Aufschlussflüssigkeit (Kochsäure) Magnesiumbisulfit, beim Sulfatzellstoffverfahren Natriumhydroxid und Natriumsulfat verwendet. Sulfatzellstoff besitzt im Vergleich zu Sulfitzellstoff reißfestere Fasern. Sulfitzellstoff wird hauptsächlich bei der Herstellung von weichen Hygienepapieren, Sulfatzellstoff für hochweiße Schreib- und Druckpapiere eingesetzt.

Nach der Kochung müssen Kochgut und Kochflüssigkeit (Ablauge) voneinander getrennt werden. Die Ablauge enthält neben den Chemikalien das herausgelöste Lignin. Beim Kochprozess entstehen die geruchsempfindlichen Schwefelverbindungen.

Heute wird vorwiegend das Sulfatverfahren angewendet, für das sich die meisten Holzarten eignen, auch die harzreiche Kiefer. Die Holzausbeute für die Zellstoffproduktion liegt um die 50%.

3) Der braune Zellstoff
Nach dem Kochbetrieb und dem Entfernen der Ablauge wird der Stoff ausgewaschen und anschließend über die Sortierung der Schmutz und Minderqualitäten abgesondert.

Der fertige Stoff wird entweder zum Bleichen in die Bleicherei gepumpt oder wird in einer Entwässerungsmaschine getrocknet und als ungebleichter Zellstoff (braun) über einen Bogenschneider zusammengeschnitten und zu Ballen versandmäßig verpackt.

  4) Die Bleiche
Wenn man weißes Papier produzieren will, ist eine Bleichung des noch braunen Zellstoffs, bei der das Restlignin entfernt wird, notwendig. Die Bleiche setzt den chemischen Aufschluss der Kochung mit selektiveren Chemikalien fort und wird entweder als ECF-Bleiche (elementary chlorine free) oder als TCF-Bleiche (totally chlorine free) durchgeführt.

Die Bleichmittel im ECF-Bleichverfahren sind Chlordioxid, flüssiger Sauerstoff und Wasserstoffperoxid. Bei TCF wird Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und zur Erreichung maximaler Weiße eventuell auch Ozon verwendet. Zu hoher Bleiche sind jedoch Grenzen gesetzt. Je höher der Weißgrad, desto mehr fallen die Festigkeiten ab.

5) Der weiße Zellstoff und der Versand
Der fertige Zellstoff wird entweder in einer integrierten Papierfabrik (Zellstoff- und Papierproduktion) zur Stoffzentrale geführt oder für den Versand auf eine Entwässerungsmaschine geleitet, entwässert und getrocknet (90% Trockengehalt),, zu Zellstoffblätter geschnitten, gebündelt und für den Verkauf fertig zu Ballen verpackt.

Im Allgemeinen trägt die Faserlänge, der Aufschlussprozess (Kochung) und die verschiedenen Arten der Mahlung bei der Papierherstellung wesentlich zur gewünschten Papierqualität bei.

 

 

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