Forschungsstelle:
PTS Heidenau Pirnaer Str. 37 01809 Heidenau
Leiter der Forschungsstelle:
Dr.-Ing. H. Großmann Projektleiter:
Dr. J. Murr
Dipl.-Chem. W. Leonhardt Tel: 03529 / 551-60 Fax: 03529 / 551899
Internet: www.ptspaper.de E-mail: W.Leonhardt@ptspaper.de
Forschungsgebiet: Schlagworte:
Prozessziele, Faserstofferzeugung,
Faserstoffbehandlung Kneten, Faserumformung
Thema:
Gezielte Veränderungen von Faserstoffeigenschaften beim Kneten im Hochtemperaturbereich in offenen und geschlossenen Systemen
Ausgangssituation/Problemstellung:
Zu den Gebrauchswertanforderungen bei Verpackungspapieren gehören eine gute Imprägnierfähigkeit und Stei- figkeit, welche mit den physikalischen Größen spezifisches Volumen und Entwässerungsverhalten im Zusam- menhang stehen. Häufige Maßnahmen zu deren Entwicklung sind der Einsatz von Hilfsstoffen und die Änderung des Faserstoffeintrages. Ein selten beschrittener Weg ist die Beeinflussung der Faserform. Untersuchungen zum Einfluss der Faserkrümmung bei Holzstoffen (Latenz, Ligninplastifizierung) veranschaulichen die starke Wirkung bestimmter Prozessstufen auf die Faserform und somit auf Papiereigenschaften. Die Plastifizierung reiner Cellulose beginnt erst bei Temperaturen über 200 °C. Praktische Erfahrungen und Berichte aus der Lite- ratur geben jedoch dazu Anlass, Faserumformprozesse ligninarmer Faserstoffe schon bei Temperaturen ab 100
°C näher zu untersuchen.
Forschungsziel/Forschungsergebnis:
Es wurden die Faserstoffe CTMP, Fichten-Sulfitzellstoff, Sulfatzellstoff, Testliner (Verpackungspapier), Kraftliner (Sackpapier) und Altpapier der Gruppe 1.09 (D31, Deinkingware Zeitungen und Illustrierte) für die Untersuchun- gen vorbereitet, d. h. analog den Bedingungen für eine Latenzbeseitigung gewaschen. Die somit definierten Ausgangsstoffe wurden bei Temperaturen von 25, 110, 150 und 190 °C drucklos und im Fall von Zellstoff auch unter Druck und über 200 °C im Knetzerfaserer dispergiert. Die Faserstoffprüfungen ergaben, dass die Knet- dispergierung bei Zellstoffen bei niedrigen Temperaturen bis etwa 150 °C keine plastischen Faserdeformationen erzeugt. Gewisse Eigenschaftsveränderungen müssen hier der reinen Dispergierung zugeschrieben werden. Bei höheren Temperaturen können jedoch Faserumformungen nachgewiesen werden. Sie äußern sich deutlich in einer Abnahme der statischen Festigkeitseigenschaften und in einer Zunahme der Saugfähigkeit. Auch das spe- zifische Volumen wird durch das Kneten im Hochtemperaturbereich sichtbar erhöht. Bei Zellstoffen wird diese Erhöhung bis zu 5 % nur durch die Faserkrümmung infolge der Zelluloseplastifizierung getragen. Ist der Faser- stoff auch nur geringfügig ligninhaltig, kann das spezifische Volumen schon ab Temperaturen von etwa 100 °C über 10 % gesteigert werden. Abhängig ist diese Erhöhung von der konkreten Temperatur, der Knetintensität und der Faserstoffzusammensetzung. Geringe Änderungen durch das Knetdispergieren erfahren die dynami- schen Festigkeitseigenschaften der Prüfblätter wie Durchreißfestigkeit, Dehnung und Biegesteifigkeit. Beson- ders Eigenschaften, welche maßgeblich durch die Dichte des Faserstoffs mitbestimmt werden (Steifigkeit, Stauchwiderstand), können sich durch das Kneten verschlechtern.
Anwendung/Wirtschaftliche Bedeutung:
Bei der Holzstoffproduktion konnte nachgewiesen werden, dass Latenz im Fertigprodukt zu Festigkeitseinbußen führt und dass diese Qualitätsreserve nicht immer erkannt wird. Häufig genügen für eine Abhilfe schon geringfü- gige Änderungen von Prozessparametern. Ähnliches gilt auch für die gewünschte Erzeugung von Faserkrüm- mungen. Wenn die Behandlung ligninarmer Faserstoffe schon unter 200 °C zu plastischen Faserumformungen führt, ließen sich auch hier ökonomisch vertretbar Qualitätsmerkmale der Fertigprodukte wie geringere Dichte und höhere Saugfähigkeit zielgerichtet entwickeln, und eine breitere Einsatzpalette dieser Faserstoffe könnte das Ergebnis sein. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen sind häufig bei erkennbarem Vorteil bereit, Änderungen im Produktionsregime vorzunehmen, weil kleinere Produktionsserien ein schnelles und häufiges Umstellen von Verfahrensschritten verlangen. Da es sich dann um eine sehr breite Produktpalette handelt, z. B.
Verpackungspapiere, Karton und Hygienepapiere (entspricht weltweit etwa 40 % der gesamten Papier- und Pappeproduktion), dürfte ein großes ökonomisches Interesse vorhanden sein.
Bearbeitungszeitraum: 01.06.1999 – 31.05.2001 Bemerkungen:
Das Forschungsvorhaben AiF 12 113 wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie gefördert.
