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Sulfatverfahren (Papierherstellung)
Sulfatverfahren oder Kraft-Aufschluss nennt man einen
chemisch-industriellen Prozess zur Herstellung von Zellulose 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
Kraft-Papiermühle am Sampit River,
Georgetown, South Carolina
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,