Die Papierherstellung mit Bambusfasern blickt in China auf eine lange Tradition zurück. Bambusfasern weisen besondere Merkmale in Morphologie und chemischer Zusammensetzung auf. Die Fasern sind im Durchschnitt lang, und die Mikrostruktur ihrer Zellwände ist speziell. Dies führt zu einer guten Festigkeit der Faserentwicklung und verleiht dem gebleichten Zellstoff gute optische Eigenschaften: hohe Opazität und einen hohen Lichtstreukoeffizienten. Der Ligningehalt des Bambusrohstoffs (ca. 23–32 %) ist hoch, was zu einem höheren Alkali- und Sulfidgehalt (in der Regel 20–25 %) beim Aufkochen des Zellstoffs führt, ähnlich wie bei Nadelholz. Der höhere Gehalt an Hemicellulose und Silizium im Rohmaterial erschwert den Betrieb der Anlagen zur Zellstoffwäsche, Schwarzlaugenverdampfung und -konzentration. Daher ist Bambus als Rohmaterial für die Papierherstellung nicht optimal.
Zukünftige Bleichanlagen für Bambuszellstoff im mittleren und großen Maßstab werden im Wesentlichen auf dem TCF- oder ECF-Bleichverfahren basieren. Durch die Kombination von Delignifizierungsgrad und Sauerstoffdelignifizierung während der Zellstoffaufbereitung kann Bambuszellstoff mithilfe der TCF- oder ECF-Bleichtechnologie und der Anzahl der Bleichstufen auf einen ISO-Weißgrad von 88 % bis 90 % gebleicht werden.
Vergleich der Bleichung von Bambus-ECF und TCF
Aufgrund des hohen Ligningehaltes von Bambus ist eine Kombination mit Tiefendelignifizierungs- und Sauerstoffdelignifizierungstechnologien erforderlich, um den Kappa-Wert der in ECF und TCF einlaufenden Suspension zu kontrollieren (empfohlen <10). Hierfür wird eine Eop-optimierte zweistufige ECF-Bleichsequenz, eine Säurevorbehandlung oder eine Eop-optimierte zweistufige TCF-Bleichsequenz eingesetzt. Alle diese Verfahren ermöglichen das Bleichen von sulfatiertem Bambuszellstoff auf einen hohen Weißgrad von 88 % ISO.
Die Bleichleistung verschiedener Bambusrohstoffe variiert stark, Kappa liegt bei etwa 11 bis 16, selbst mit zweistufiger Bleichung (ECF und TCF) kann der Zellstoff nur einen Weißgrad von 79 bis 85 % erreichen.
Im Vergleich zu TCF-Bambuszellstoff weist ECF-gebleichter Bambuszellstoff geringere Bleichverluste und eine höhere Viskosität auf, die in der Regel über 800 ml/g liegt. Selbst der verbesserte, moderne TCF-gebleichte Bambuszellstoff erreicht jedoch nur eine Viskosität von 700 ml/g. Die Qualität von ECF- und TCF-gebleichtem Zellstoff ist unbestritten, doch die Frage, welches Verfahren für die Bambuszellstoffbleiche – ECF oder TCF – unter Berücksichtigung der Zellstoffqualität, der Investitions- und Betriebskosten am besten geeignet ist, lässt sich noch nicht abschließend klären. Unternehmen entscheiden sich daher für unterschiedliche Verfahren. Die zukünftige Entwicklung deutet jedoch darauf hin, dass ECF- und TCF-Bleichung von Bambuszellstoff noch lange parallel existieren werden.
Befürworter der ECF-Bleichtechnologie argumentieren, dass ECF-gebleichter Zellstoff eine höhere Zellstoffqualität aufweist, mit weniger Chemikalien auskommt, eine höhere Bleicheffizienz erzielt und das Anlagensystem ausgereift und stabil arbeitet. Verfechter der TCF-Bleichtechnologie hingegen betonen deren Vorteile: geringere Abwassermenge aus der Bleichanlage, niedrigere Anforderungen an den Korrosionsschutz der Anlagen und geringere Investitionskosten. Die chlorfreie TCF-Bleichanlage für sulfathaltigen Bambuszellstoff arbeitet mit einem halbgeschlossenen Bleichsystem. Die Abwasseremissionen der Bleichanlage lassen sich auf 5 bis 10 m³/t Zellstoff begrenzen. Das Abwasser aus dem PO-Abschnitt wird der Sauerstoffdelignifizierung zugeführt, das Abwasser aus dem O-Abschnitt der Siebwäsche und anschließend der Alkalirückgewinnung. Saures Abwasser aus dem Q-Abschnitt wird einer externen Abwasserbehandlungsanlage zugeführt. Da die Bleiche chlorfrei erfolgt, sind die verwendeten Chemikalien nicht korrosiv. Für die Bleichanlagen ist kein Titan oder Spezialedelstahl erforderlich; herkömmlicher Edelstahl genügt, wodurch die Investitionskosten niedrig bleiben. Im Vergleich zur TCF-Zellstoffproduktionslinie sind die Investitionskosten für eine ECF-Zellstoffproduktionslinie um 20 bis 25 % höher, die Investitionskosten für die Zellstoffproduktionslinie selbst sind ebenfalls um 10 bis 15 % höher, die Investitionen in das Chemikalienrückgewinnungssystem sind auch größer und der Betrieb ist komplexer.
Kurz gesagt, die Herstellung von hochweißem, vollständig gebleichtem Bambuszellstoff mit einem Weißgrad von 88 % bis 90 % ist durch TCF- und ECF-Bleichung realisierbar. Für die Zellstoffaufbereitung sollten Tiefendelignifizierungstechnologien, Sauerstoffdelignifizierung vor der Bleichung, Kontrolle des Kappa-Werts des Zellstoffs im Bleichsystem sowie ein Bleichprozess mit drei oder vier Bleichsequenzen eingesetzt werden. Die empfohlene ECF-Bleichsequenz für Bambuszellstoff ist OD(EOP)D(PO), OD(EOP)DP; die L-ECF-Bleichsequenz ist OD(EOP)Q(PO); die TCF-Bleichsequenz ist Eop(ZQ)(PO)(PO), O(ZQ)(PO)(ZQ)(PO). Da die chemische Zusammensetzung (insbesondere der Ligningehalt) und die Fasermorphologie zwischen verschiedenen Bambussorten stark variieren, sollte vor dem Bau der Anlage eine systematische Studie zur Zellstoff- und Papierherstellungsleistung verschiedener Bambussorten durchgeführt werden, um die Entwicklung geeigneter Prozesswege und -bedingungen zu unterstützen.
Veröffentlichungsdatum: 14. September 2024
