TU Darmstadt / ULB / tuprints

Vergleichende Untersuchungen zur Zellstoffbleiche mit chlorhaltigen und chlorfreien Bleichmitteln

Schacht, Matthias :
Vergleichende Untersuchungen zur Zellstoffbleiche mit chlorhaltigen und chlorfreien Bleichmitteln.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2001)

[img]
Preview
PDF
Dissertation_Matthias_Schacht.pdf
Available under Simple publication rights for ULB.

Download (1252Kb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Vergleichende Untersuchungen zur Zellstoffbleiche mit chlorhaltigen und chlorfreien Bleichmitteln
Language: German
Abstract:

In den letzten Jahren wurden in der Technologie der Zellstoffbleiche zahlreiche Veränderungen vollzogen. Dabei spielt die Umstellung der Bleiche von chlorhaltigen Bleichmitteln auf chlorfreie Bleichmittel eine entscheidende Rolle. Ziel der Arbeit war es, Zellstoff mit grundlegend unterschiedlichen Bleichsequenzen zu bleichen und deren Wirkungen auf die primären und sekundären Zellstoffeigenschaften zu bestimmen. In der chlorhaltigen Bleichsequenz wurden die Chemikalien Elementarchlor (C) mit anschließender Natronlaugeextraktion (E) und Hypochlorit (H) zu einer C-E-H-Sequenz hintereinandergeschaltet. Für die totalchlorfreien Bleichsequenz wurden Sauerstoff (O), Ozon (Z) und Wasserstoffperoxid (P) benutzt (O-Z-P). Bisher liegen keine solchen systematischen Vergleichsuntersuchungen vor und die unzähligen Literaturangaben zur Zellstoffbleiche beziehen sich auf ganz verschiedene Ausgangsmaterialien und zumeist auf eine sehr komplexe Reaktionsführung. Der größte Unterschied der unterschiedlichen Sequenzen liegt in der Selektivität der Ligninentfernung. In der chlorhaltigen Sequenz wird bereits durch die erste Stufe eine Delignifizierung von 90% erreicht. Für die O-Z-P-Sequenz ergibt sich hingegen nur eine 60%-ige Entfernung des Lignins durch die erste Stufe. Eine den C-E-H gebleichten Zellstoffen entsprechende Delignifizierung lässt sich erst durch die beiden nachgeschalteten Stufen (Z und P) erreichen. Betrachtet man dabei die Grenzviskositätszahl, als Mass der Kettenlänge der Cellulosen, so ist festzustellen, dass die größte Schädigung der Cellulosen während der Ozonbleichstufe eintritt. Diese Änderung ist dabei drastischer je aggressiver die Bleichbedingungen gewählt werden. Für die gesamte chlorhaltige Bleichsequenz werden hingegen nur minimale Schädigungen an der Cellulose beobachtet. Um zu klären, welche strukturellen Veränderungen oder Schädigungen durch die Behandlung mit den Bleichmittel eintreten, wurde der Gehalt an Carbonyl- und Carboxylgruppen in den Zellstoffen ermittelt. Es konnte festgestellt werden, dass sowohl durch Ozon als auch durch Chlor eine Erhöhung der Carbonylgruppen eintritt. Diese neue gebildet CO-Gruppen lassen sich anschließend in der chlorhaltigen Bleichsequenz (H-Stufe) effektiver entfernen als in der P-Stufe. Für die Carboxylgruppen konnte festgestellt werden, dass durch die aggressive Ozonstufe, auch bei einer Überdosierung an Bleichmittel keine neuen Gruppen generiert werden. Bei der Betrachtung der papiertechnischen Eigenschaften stellt sich heraus, das bezüglich der mechanischen Eigenschaften die chlorhaltig gebleichten Zellstoffe deutlich besser abschneiden. Der Abfall der Festigkeit (Reisslänge) ist bei den O-Z-P gebleichten Zellstoffen ca. doppelt so hoch wie bei den C-E-H gebleichten Zellstoffen. Bei den optischen Eigenschaften zeigt sich hingegen, dass die mit sauerstoffhaltigen Bleichmitteln gebleichten Zellstoffe ein besseres Eigenschaftsprofil ausweisen, als die Zellstoffe, welche mit chlorhaltigen Bleichmitteln gebleicht wurden. Sowohl Weissgrad als auch die Farbwerte sind bei den O-Z-P-gebleichten Zellstoffen vorteilhafter als bei den C-E-H-gebleichten. Bei vergleichbarem Weissgrad haben die mit sauerstoffhaltigen Bleichmittel behandelten Zellstoffe einen deutlich höhere Opazität. Vergleicht man die Alterung der aus den Zellstoffen hergestellten Papiere miteinander so stellt sich heraus, dass für die thermische Vergilbung eine Korrelation mit der Kettenlänge besteht. Im Verlauf der Bleiche nimmt die Vergilbung dabei zu. Bei den endgebleichten Zellstoffen zeigen die O-Z-P-gebleichten Zellstoffe aber ein deutlich besseres Vergilbungsverhalten. Bei der lichtinduzierten Belastung wird durch eine Verminderung des Ligningehaltes durch die C-, O- und Z-Stufe eine Verbesserung der Vergilbung erzielt. Erst durch die Endbleichstufen H und P wird dann der Zellstoff geschädigt und es tritt wieder eine Verschlechterung der Vergilbungstendenz ein.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Numerous modifications were made in the technology of cellulose bleaching over the past years. The conversion from chlorine based bleaching agents to chlorine free bleaching agents plays an significant role. The aim of this thesis was to bleach pulp with different basic bleaching sequences and to specify its effect on the primary and secondary pulp characteristics. During the chlorine based bleaching sequence the stages chlorine (C), extraction with sodium hydroxide solution (E) and hypochlorite (H) were combined into a C-E-H-sequence. Oxygen (O), ozone (Z) and hydrogen peroxide (P) were used for the total chlorine free bleaching sequence (O-Z-P). Up to now there are no comparable systematical investigations available and the innumerable literature references on cellulose bleaching refer to different basic raw materials and mostly on a very complex process of reaction. The largest difference between the sequences is the selectivity of the elemination of lignin. In the chlorine based sequence a delignification of 90 % is already reached during the first stage, whereas in the first stage (O) of the O-Z-P-sequence only a 60 % delignification is achieved. After the last two stages (Z and P), pulp with a respectively low content of lignin, compared to C-E-H bleached pulp, is produced. Considering the limiting viscosity number (GVZ) as measurement for the chain length of cellulose, it can be determined, that the largest degradation of cellulose occurs during the ozone bleaching stage. The more aggressive bleaching conditions are used, the more intense are the degradations. For the complete chlorine based bleaching sequence only minimal damages of the cellulose can be observed. To specify the structural modifications or damages by the treatment with bleaching agents, the content of carbonyl and carboxyl groups were determined. It was realized, that an increase of the carbonyl groups was reached through ozone as well as through chlorine. These new generated CO-groups can be removed more effectively during the H-stage than during the P-stage. Even during the most aggressive bleaching stage with ozone, no increase in carboxyl groups was observed. Considering the paper technological properties, it was proved that regarding the mechanical characteristics the chlorine based bleached cellulose yielded better results. The decrease of strength of O-Z-P bleached pulp is twice as high as the decrease of strength of C-E-H bleached pulp.On the other hand, considering the optical properties, it turned out, that the pulp bleached with oxygen based bleaching agents shows a better property profile than the pulp bleached with chlorine based bleaching agents. Both brightness and color coordinates of the O-Z-P-bleached pulp are more profitable than of the C-E-H-bleached pulp. At a comparable brightness, pulp treated with oxygen based bleaching agents show a distinct larger opacity. Comparing the ageing of papers produced out of pulp, a correlation with the chain length concerning the thermic yellowing can be found. During the progression of bleaching, the yellowing increases. Concerning the finally bleached pulp, O-Z-P-bleached pulp however shows a significant better yellowing behaviour. Concerning the photoyellowing an improvement of the brightness is reached by a decrease of the lignin during the C-, O- and Z-stage. During the final bleaching stages H and P, the pulp will then be damaged and a deterioration of the yellowing tendency arises.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: Fachbereich Chemie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 11:47
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000141
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-1418
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Rehahn, Prof.Dr. M.
Advisors: Gruber, Prof.Dr.ph Erich
Refereed: 10 July 2000
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/141
Export:

Actions (login required)

View Item View Item