Konzept für die Technologie und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Ziel Ziel war die Erstellung eines konzeptionellen Entwurfes für ein ES-Verfahren zur Modifizierung von Polymerdispersionen im Bypass-Verfahren bei der Streichfarbenherstellung sowie die Wirtschaftlichkeitsbewertung von Technolo-gie und neuen Schichten.

Vorbemerkun-gen

In den vorangegangenen Arbeitspakten wurden die verschiedenen Bindemittel jeweils am IOM (Forschungsstelle 2) modifiziert und dann bei der PTS (For-schungsstelle 1) zur Herstellung von Streichfarben genutzt. Diese Konzeptio-nierung soll nun Kombination beider Arbeitsschritte berücksichtigen, so dass eine kontinuierliche Herstellung von ES-modifizierten Bindemitteln zur Herstel-lung von Streichfarben u.ä. möglich ist.

Abbildung 12 Trocknereinheit (Infrarot-strahler) am Technikum-coater der PTS

Konzept Zur Erstellung eines Konzepts zur kontinuierlichen Herstellung von ES-modifi-zierten Bindemitteln können die Durchsätze eines durchschnittlichen Techni-kumsversuches (PTS) herangezogen werden. Dabei werden 5 L/h Streichfarbe hergestellt, wofür im Durschnitt 1 L/h Bindemittel verbraucht werden.

Wenn an Stelle der normalen Bindemittel deren ES-Modifikate zum Einsatz kommen sollen, muss ein zusätzlicher Prozessschritt integriert werden. Dabei muss zunächst das Bindemittel mit den zu verwendenden Modifizierungsrea-genzien gemischt werden und anschließend an der ES-Quelle vorgebeigeführt werden (Skizze in Abbildung 13). Zur Herstellung der ES-Modifikate eignen sich entweder eine kontinuierliche oder eine Bypass-Fahrweise. Eine diskontinuier-liche Fahrweise zur ES-Modifizierung der Bindemittel ist nicht ratsam, da so zusätzlich zum neuen Prozessschritt weiterer Aufwand für Lagerung etc. ent-steht. Dabei ist zu beachten, dass die ES-Modifizierung in einem für diese Tech-nik geeigneten Reaktionsraum (z.B. Glasrohr) stattfindet, welcher aktiv gekühlt werden muss um die bei der Bestrahlung entstehende Wärme abzuführen.

Die Kosten für Modifizierungsreagenzien wie bspw. PEG 400 (35€/L) sind ver-gleichsweise gering. Für die ES-Modifizierung sind des Weiteren keine Medien wie bspw. Stickstoff o.ä. notwendig. Der Stromverbrauch einer solchen Anlage wird im Wesentlichen von der Energie ausgemacht, welche für die Kühlung be-nötigt wird (maximale Kühlleistung der am IOM installierten ES-Quelle:

100 kW). Der Stromverbrauch der eigentlichen ES-Quelle ist im Vergleich dazu vernachlässigbar.

Der wesentlichste Kostenpunkt für die Installation ist die ES-Quelle selbst. Die Kosten für die am IOM aufgebaute ES-Anlage beliefen sich auf ca. 2,5 Mio.€.

Dabei ist jedoch zu beachten, dass für eine Anlage zur Bestrahlung von Binde-mitteln andere Spezifikationen benötigt werden, welche in engen Grenzen defi-niert werden können. Die Investitionskosten für eine ES-Anlage sollten dem-nach signifikant geringer ausfallen. Eine konkrete Abschätzung ist an dieser Stelle jedoch nicht möglich, da der jeweilige Durchsatz an zu modifizierenden Bindemitteln die Auslegung der ES-Quelle maßgeblich beeinflusst. Das Poten-tial für eine Kostenersparnis liegt im Preisunterschied von einfachen Bindemittel (ca. 1000 Euro / Tonne) zu Spezialbindemitteln (bis 2500 Euro / Tonne). Kann man eine Funktion der Spezialbindemittel durch Modifikation generieren, so ist durch einen Ersatz oder Teilersatz aufgrund der Elektronenbestrahlung eine wirtschaftliche Einsatzmöglichkeit gegeben.

Abbildung 13 Konzept zur kontinuierlichen Herstellung von Streichfarben mit ES-modifizierten Bindemitteln

Fazit Die Verwendung von mittels Elektronenstrahlung modifizierten Bindemitteln zur Herstellung von Papierbeschichtungen mit verbesserten Eigenschaften ist grundsätzlich möglich. Sowohl durch das Zumischen von Modifizierungsrea-genzien wie PEG als auch durch die Elektronenbestrahlung mit bzw. ohne Modifizierungsreagenz konnten die Eigenschaften der Bindemittel und der da-raus resultierenden Papierbeschichtungen messbar verändert werden.

Gemessen am Grad der Veränderung der Eigenschaften muss jedoch ge-schlussfolgert werden, dass die erreichten Vorteile unzureichend sind um eine technische Umrüstung und Installation einer Anlage zur Elektronenbestrahlung der Bindemittel in einem bestehenden Produktionsprozess zu rechtfertigen.

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