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Zellstoff,

 

Bezeichnung für bis zu 99 % aus Cellulose bestehende Faserstoffe, die durch chemischen Aufschluss aus Holz und anderen Faserpflanzen isoliert werden. Zellstoff ist ein Halbstoff, der v. a. zur Herstellung von Papier, Pappe, Viskosefasern, Zellglas, Celluloseestern und -äthern sowie als Füllstoff verwendet wird.

 

Als Rohstoff für die Herstellung von Papierzellstoff wird wegen seiner langen Fasern Nadelholz (Fichte, Kiefer) bevorzugt, verwendet werden aber auch Laubholz, Einjahrespflanzen (z. B. Stroh, Zuckerrohrbagasse) und Sägewerksabfälle. Zunächst wird das Holz mechanisch in Hackmaschinen (mit Messern ausgestattete rotierende Scheiben oder Walzen) zu Hackschnitzeln zerkleinert. Zur Gewinnung von Zellstoff werden die Hackschnitzel in bis zu 15 m hohen Druckgefäßen (Zellstoffkochern) durch Kochen mit Wasser und Chemikalien von Lignin, Hemicellulosen und Harzen befreit. Die einzelnen Cellulosefasern sollen dabei möglichst schonend freigelegt werden. Das Sulfatverfahren, nach dem weltweit etwa 90 % des Zellstoffs produziert werden, ist besonders wirtschaftlich bei großen Holzmengen. Sulfatzellstofffabriken befinden sich deshalb in der Nähe großer Waldgebiete (z. B. in Skandinavien, Nordamerika). Bei diesem Verfahren werden die Hackschnitzel etwa 5 Stunden bei 100-180 ºC mit einer Lösung von Natriumhydroxid und Natriumsulfid gekocht. Durch den Abbau des Lignins gebildete Phenolate (Alkalilignin) gehen dabei in Lösung. Die gebrauchte Kochlauge (Schwarzlauge) wird nach Aufkonzentrierung durch Eindampfen und Zusatz von Natriumsulfat zum Ausgleich von Chemikalienverlusten in einem Dampfkessel verbrannt. Die dabei als Schmelze anfallenden Chemikalien werden in den Prozess zurückgeführt. Aus den Ablaugen des Sulfatverfahrens können Tallöl und Sulfatterpentinöl isoliert werden. Sulfatzellstoff zeichnet sich durch besonders lange und feste Fasern aus. In Deutschland arbeiten Zellstofffabriken ausschließlich nach dem Sulfitverfahren. Der Aufschluss erfolgt bei diesem Verfahren bei 125-160 ºC mit Sulfit- oder Hydrogensulfitlösungen (»Sulfitlaugen« ursprünglich mit Calciumhydrogensulfit oder, wegen der Möglichkeit der Chemikalienrückführung, heute v. a. mit Magnesiumhydrogensulfit). Dabei wird das Lignin des Holzes sulfoniert, hydrolysiert und als Ligninsulfonat gelöst. Sulfitzellstoff zeichnet sich durch Weichheit und Saugfähigkeit aus. - Ungebleichter Zellstoff enthält noch etwa 5 % Lignin und ist deshalb gelb bis braun gefärbt. Klassische Bleichverfahren, bei denen das Restlignin durch elementares Chlor entfernt wird, sind aus Umweltschutzgründen (u. a. Möglichkeit der Dioxinbildung) zunehmender Kritik ausgesetzt. Durch den Einsatz von Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und zum Teil Ozon kann heute beim Bleichen von Sulfitzellstoff vollständig auf Chlor verzichtet werden. Bei der Herstellung von besonders weißem Sulfatzellstoff ist der vollständige Ersatz von Chlor und Chlorverbindungen (Chlordioxid) noch nicht möglich. - In der Entwicklung befinden sich umweltfreundlichere Aufschlussverfahren (Vermeidung von Abwässern und geruchsintensiven Abgasen, Gewinnung von Zellstoff, die chlorfrei gebleicht werden können, Verringerung des Energieverbrauchs usw.), die z. B. mit Wasser und organischen Lösungsmitteln (Organosolv-Verfahren), mit Methanol und Natronlauge (Organocell-Verfahren) oder Essigsäure (Acetosolv-Verfahren) im Kreislauf arbeiten; ebenfalls in der Entwicklung befindet sich ein vom Sulfitverfahren abgeleitetes Aufschlussverfahren (ASAM-Verfahren, Abkürzung von alkal. Sulfitlösung mit Zusätzen von Anthrachinon und Methanol), mit dem sich helle, reißfeste Zellstoffe erzeugen lassen, die chlorfrei gebleicht werden können. Zur Herstellung von Halbzellstoff werden die Hackschnitzel zum Teil chemisch aufgeschlossen und anschließend in Zerfaserungsaggregaten mechanisch nachbehandelt. - Aus 100 kg trockenem Holz können etwa 90-95 kg Holzstoff, 55-75 kg Halbzellstoff, 50 kg Zellstoff oder 30 kg reinster Edelzellstoff gewonnen werden.

 

Wirtschaft:

 

Die Weltproduktion an Zellstoff, fast ausschließlich von Industriestaaten erbracht, betrug (1999; in Mio. t) 118,6; die acht größten Produzenten waren die USA (48,6), Kanada (13,6), Japan (9,4), Schweden (7,4), Finnland (6,9), Russland (3,6), Frankreich (1,8) und Portugal (1,7). Die Erzeugung in Deutschland belief sich auf rd. 1,0, in Österreich auf 1,1 und in der Schweiz auf 0,1 Mio. t.