Bleichen ist ein mehrstufiger Prozess, der Rohzellstoff veredelt und aufhellt. Ziel ist es, das beim Aufschluss nicht entfernte braun gefärbte Lignin aufzulösen (Zellstoff) oder zu modifizieren (Holzstoff), wobei die Integrität der Zellstofffasern erhalten bleibt. Eine Fabrik stellt kundenspezifischen Zellstoff her, indem sie die Reihenfolge, Konzentration und Reaktionszeit der Bleichmittel variiert.
Jede Bleichstufe wird durch Bleichmittel, pH (Säuregrad), Temperatur und Dauer definiert (Tabelle 1). Nach jeder Bleichstufe kann der Zellstoff mit Alkali gewaschen werden, um verbrauchte Bleichchemikalien und gelöstes Lignin zu entfernen, bevor er zur nächsten Stufe fortschreitet. Nach der letzten Stufe wird der Zellstoff durch eine Reihe von Sieben und Reinigern gepumpt, um Verunreinigungen wie Schmutz oder Kunststoff zu entfernen. Anschließend wird es konzentriert und der Lagerung zugeführt.
Tabelle 1. Bleichmittel und ihre Anwendungsbedingungen
|
Symbol |
Konzentration |
pH |
Konsistenz* |
Temperaturen |
Zeit (h) |
|
|
Chlor (Cl2) |
C |
2.5-8 |
2 |
3 |
20-60 |
0.5-1.5 |
|
Natriumhydroxid (NaOH) |
E |
1.5-4.2 |
11 |
10-12 |
<80 |
1-2 |
|
Chlordioxid (ClO2) |
D |
~1 |
0-6 |
10-12 |
60-75 |
2-5 |
|
Natriumhypochlorit (NaOCl) |
H |
1-2 |
9-11 |
10-12 |
30-50 |
0.5-3 |
|
Sauerstoff (O2) |
O |
1.2-1.9 |
7-8 |
25-33 |
90-130 |
0.3-1 |
|
Wasserstoffperoxid (H2O2) |
P |
0.25 |
10 |
12 |
35-80 |
4 |
|
Ozon (O.3) |
Z |
0.5-3.5 |
2-3 |
35-55 |
20-40 |
<0.1 |
|
Säurewäsche (SO2) |
A |
4-6 |
1.8-5 |
1.5 |
30-50 |
0.25 |
|
Natriumdithionit (NaS2O4) |
Y |
1-2 |
5.5-8 |
4-8 |
60-65 |
1-2 |
* Faserkonzentration in Wasserlösung.
Historisch gesehen basiert die gebräuchlichste Bleichsequenz zur Herstellung von gebleichtem Kraftzellstoff in Marktqualität auf dem fünfstufigen CEDED-Prozess (siehe Tabelle 1 für die Definition der Symbole). Die ersten beiden Bleichstufen vervollständigen den Delignifizierungsprozess und gelten als Erweiterungen des Aufschlusses. Aufgrund von Umweltbedenken in Bezug auf chlorierte organische Stoffe in Abwässern von Zellstofffabriken ersetzen viele Fabriken Chlordioxid (ClO2) für einen Teil des Chlors (Cl2) in der ersten Bleichstufe (CDEDED) und verwenden Sie Sauerstoff (O2) Vorbehandlung während der ersten Laugenextraktion (CDEODED). Der aktuelle Trend in Europa und Nordamerika geht zur vollständigen Substitution mit ClOXNUMX2 (z. B. DEDED) oder Eliminierung beider Cl2 und ClO2. Wo ClO2 verwendet, Schwefeldioxid (SO2) wird während der letzten Waschstufe als „Antichlor“ hinzugefügt, um das ClO zu stoppen2 Reaktion und zur Kontrolle des pH-Wertes. Neu entwickelte chlorfreie Bleichsequenzen (z. B. OAZQP, OQPZP, wobei Q = Chelatbildung) verwenden Enzyme, O2, Ozon (O3), Wasserstoffperoxid (H2O2), Persäuren und Chelatbildner wie Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA). Bis 1993 wurde in acht Fabriken weltweit vollständig chlorfreies Bleichen eingeführt. Da diese neueren Verfahren die sauren Bleichschritte eliminieren, ist das Säurewaschen eine notwendige Ergänzung zu den Anfangsstufen des Kraftbleichens, um die Entfernung von an die Zellulose gebundenen Metallen zu ermöglichen.
Sulfitzellstoffe sind aufgrund ihres geringeren Ligningehalts im Allgemeinen leichter zu bleichen als Kraftzellstoffe. Kurze Bleichsequenzen (z. B. CEH, DCEHD, P, HP, EPOP) können für die meisten Papiersorten verwendet werden. Bei Sulfit-Zellstoffen mit Auflösungsqualität, die bei der Herstellung von Kunstseide, Zellophan usw. verwendet werden, werden sowohl Hemicellulose als auch Lignin entfernt, was komplexere Bleichsequenzen erfordert (z1C2ECHDA). Die abschließende Säurewäsche dient sowohl der Metallkontrolle als auch Antichlorzwecken. Die Abwasserbelastung für Sulfitzellstoffe in Lösungsqualität ist viel größer, weil so viel Rohholz verbraucht wird (typische Ausbeute 50 %) und mehr Wasser verwendet wird.
Die Aufhellung wird verwendet, um das Bleichen von mechanischen und anderen Zellstoffen mit hoher Ausbeute zu beschreiben, weil sie durch die Zerstörung chromophore Gruppen ohne Auflösung des Lignins weiß gemacht werden. Zu den Aufhellern gehören H2O2 und/oder Natriumhydrosulfit (NaS2O4). Historisch gesehen wurde Zinkhydrosulfit (ZnS2O4) wurde häufig verwendet, wurde jedoch aufgrund seiner Toxizität im Abwasser weitgehend eliminiert. Chelatbildner werden vor dem Bleichen hinzugefügt, um Metallionen zu neutralisieren und so die Bildung von farbigen Salzen oder die Zersetzung von H zu verhindern2O2. Die Wirksamkeit der mechanischen Zellstoffbleiche hängt von der Holzart ab. Harthölzer (z. B. Pappel und Pappel) und Weichhölzer (z. B. Fichte und Balsam), die wenig Lignin und Extraktstoffe enthalten, können auf einen höheren Helligkeitsgrad gebleicht werden als die harzigere Kiefer und Zeder.