Forschungsstelle:
PTS München Heßstr. 134 80797 München
Leiter der Forschungsstelle:
Dr. P.W. Rizzi Projektleiter:
Dr.-Ing. P.-C. Le
Tel: 089 / 12146-75
Fax: 089 / 12146-36
Internet: www.ptspaper.de E-mail: P.-C.Le@ptspaper.de Forschungsgebiet: Prozessziele Schlagworte:
Messen/Steuern/Regeln im Prozess Analyse, Ablagerungen, Fleck, Papierfehler
Thema:
Neu- bzw. Weiterentwicklung schneller Mikromethoden zur Analytik von Heterogenitäten und zur Reklamationsbearbeitung in der Papierindustrie
Ausgangssituation/Problemstellung
Die Papiererzeuger haben in zunehmendem Maße Probleme mit Produktionsstörungen durch Ablagerungen und Qualitätsmängeln des Papiers, wie z. B. Löchern oder Flecken, transparenten Stellen, Problemen bei der Benetzbarkeit und Bedruckbarkeit etc. Die Folge sind immense Kosten durch den durch Maschinenstillstände verursachten Produktionsausfall, vermehrten Ausschuß und Kundenreklamationen. Die Ursachen für diese Störungen können sehr vielfältig sein. Die Kenntnis der in den Ablagerungen oder Flecken enthaltenen Stoffe und ihrer Herkunft ist eine notwendige Voraussetzung für ihre weitestgehende Vermeidung und Bekämpfung sowie für die Erarbeitung von geeigneten zukünftigen Gegenmaßnahmen. Bei der Aufklärung der Ursachen von Produktionsstörungen durch Ablagerungen und Fehler im Papier spielt daher die Analytik eine entscheidende Rolle. Die Untersuchungsergebnisse müssen möglichst schnell vorliegen, um die durch Maschinenstillstände oder nicht optimale Produktionsbedingungen verursachten Kosten zu minimieren. Dies erfordert den Einsatz moderner analytischer Methoden mit einer entsprechenden Probenvorbereitung zur Anreicherung der nachzuweisenden Komponente und zur Abtrennung von störenden Bestandteilen.
Forschungsziel/Forschungsergebnis
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Analysenganges für Ablagerungen und Fehler im Papier sowie die Erarbeitung und Anpassung der dafür notwendigen Analytik für die Papierindustrie mit schnellen und modernen Analysegeräten. Durch optimierte Anwendung bekannter und neuer Verfahren für den Bereich des Papierstoffs sollten verursachende Heterogenitätten klassifiziert und identifiziert werden und somit Störungen sowohl im Prozess der Papiererzeugung als auch im Produkt (Papier oder Karton) schneller behoben werden. Es wurden zunächst relativ einfach durchführbare Methoden untersucht, die für Vortests und in Kombination mit den instrumentellen Analysenverfahren geeignet sind, wie z. B. Lichtmikroskopie oder spezifische Anfärbungsmethoden (Spot Tests) für den Nachweis von Schleim und Mikroorganismen. Diese wurden auf ihre Spezifität bzw. Selektivität (Querempfindlichkeit) überprüft und systematisch weiterentwickelt. Der Umgang mit diesen Spot Tests wurde abgesichert und damit Möglichkeiten geschaffen, vor Ort Schleimprobleme deutlich schneller eindeutig erkennen zu können als bisher. Durch die raschere Einleitung geeigneter Gegenmaßnahmen können schleimbedingte Stillstandszeiten deutlich reduziert werden. Weitere aufwendige, moderne Mikroanalysenverfahren, die für den Einsatz bei der Klärung der Ursachen von Produktionsstörungen und Qualitätsmängeln der Fertigprodukte geeignet sind, wurden eingesetzt und ihre Aussagefähigkeit und Einschränkungen diskutiert. Anhand der Ergebnisse wurde ein schematischer Analysengang für den Einsatz von ausgewählten Verfahren erarbeitet. Speziell wurden die für den Nachweis der wichtigsten in der Papierherstellung eingesetzten Trocken- und Nassfestigkeitsmittel geeigneten Analysenverfahren zusammengestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bestandteile der typischen in der Papierindustrie auftretenden Ablagerungen und Flecken mit den Methoden der FTIR-Spektrometrie (speziell der ATR-Mikroskopie), der NIR-Spektrometrie sowie dem Rasterelektronenmikroskop (REM) in Kombination mit der Röntgenmikroanalyse (RMA) in der Regel zuverlässig identifiziert werden können. Damit können zweckdienliche Hinweise auf die Ursachen der Produktionsstörungen erhalten werden, wie z. B. die Klärung der Herkunft von Harz (aus Harzleim oder Fasern), der Nachweis von White Pitch, die Identifizierung der Ursachen von Stickies oder der sichere Nachweis von Schleim bzw. Mikroorganismen. Für die Reklamationsbearbeitung und zur Klärung von speziellen und komplizierten Fällen können zusätzlich andere Methoden, wie z.B. Röntgendiffraktometrie, Röntgenfluoreszenz- Spektrometrie, Pyrolyse-Gaschromatographie/Massenspektrometrie, Dünnschichtchromatographie etc. herangezogen werden. Abschließend wurde die Eignung ausgewählter Analysenmethoden zur Untersuchung von Ablagerungen und Flecken anhand von Beispielen aus der Praxis demonstriert.
Anwendung/Wirtschaftliche Bedeutung
Mit Hilfe der Analysenergebnisse sowie der Kenntnis des Produktionsprozesses kann man schnell aussagekräftige Hinweise auf die störenden Stoffe erhalten, und somit entsprechende Maßnahmen zur Problembeseitigung ergreifen. Dies ermöglicht eine Verringerung der Produktionsausfälle und des Ausschusses. Der Deckungsbeitrag einer modernen Papiererzeugungsanlage kann zwischen Euro 20.000,-- und Euro 40.000,-- je Stunde betragen. Unter der Annahme, dass durch Einsatz der neuen Analysemethodik eine Verkürzung der Produktionsausfallzeiten diese pro Maschine und Tag um 5 Minuten zurückgehen, ergibt sich für eine kleinere Papiermaschine mit einem Deckungsbeitrag von Euro 20.000,-- pro Stunde eine Ersparnis von 400 TEuro/a.
Bearbeitungszeitraum: 01.05.2002 – 30.04.2003 Bemerkungen
Das Forschungsvorhaben AiF 13280 wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit gefördert.
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