Forschungsstelle:
PTS München Heßstr. 134 80797 München
Leiter der Forschungsstelle:
Dr.-Ing. H. Großmann Projektleiter:
Dipl.-Ing. Hubert Runge Dr.-Ing. P.-C. Le Tel: 089 / 12146-0 Fax: 089 / 12146-36
Internet: www.pts-papertech.de E-mail: P.-C.Le@pts-papertech.de
Forschungsgebiet: Schlagworte:
Papier- und Kartonherstellung inkl. Ausrüstung Ablagerungen, Wasserglas Thema:
Optimierung des Einsatzes von Wasserglas bei der Papierherstellung Ausgangssituation/Problemstellung:
Weißgrad und Helligkeit sind heute marktentscheidende Papiereigenschaften geworden. Zur Erhöhung des Weißgrads und der Helligkeit kommt die Peroxidbleiche zum Einsatz. Die katalytische Wirkung von Schwermetal- lionen erfordert hierbei die Zugabe von Stabilisatoren wie Wasserglas, um die Zersetzung von Wasserstoffpero- xid zu verhindern. Wasserglas wird dabei sowohl als Bleichchemikalie (bei der Holzstoffbleiche) als auch als Deinkingchemikalie (bei der Altpapieraufbereitung) eingesetzt. Wasserglas führt jedoch, vor allem bei höheren Einsatzmengen, sowohl zu Ausfällungen bereits im Stoff als auch zu Ablagerungen, z. B. in den Rohrleitungen, auf Sieben und Filzen, auf Saugwalzen sowie Presswalzen. Diese harten Beläge lassen sich kaum entfernen und führen zu schwerwiegenden Beeinträchtigungen des Papiermaschinenbetriebs. Bedingt durch die neutrale Pa- pierherstellung gelangt unausgefälltes Wasserglas bis auf die Papiermaschine und bewirkt ungewollte Wechsel- wirkungen mit kationischen Hilfsmitteln der Papierherstellung. Dies führt zu einer Wirksamkeitsbeeinträchtigung von kationischen Hilfsmitteln und zu einer drastischen Verschlechterung der Retention und des Entwässerungs- verhaltens. Aus diesem Grund sind eine Reduzierung von Wasserglas und die Optimierung der Prozessführung erforderlich. Dies erfordert unter anderem die Optimierung der relevanten Einflussparameter wie pH-Wert, Tem- peratur, Wasserhärte etc.
Forschungsziel/Forschungsergebnis:
Ablagerungen aus verschiedenen holzstoff- und altpapierverarbeitenden Papierfabriken, die Wasserglas einset- zen, wurden mittels Röntgenmikroanalyse (RMA) und Fourier-Transform-Infrarot- (FTIR)-Spektrometrie auf ihre Stoffzusammensetzung untersucht. Es handelte sich in einigen Fällen eindeutig um Silicatablagerungen, die von Wasserglas verursacht wurden. Die in den Stoffwasserkreisläufen der betreffenden Papiermaschinen vor- liegenden Silicatkonzentrationen lagen zwischen 20 bis 60 mg/l. Im Labormaßstab wurden die Vorgänge beim Einsatz von Wasserglas detailliert untersucht, um die Einflussparameter (Molverhältnis von SiO2:Na2O, Einsatz- menge, pH-Wert, Temperatur, Wasserhärte, Verweilzeit etc.) bei der Blattbildung zu klären. Mit Hilfe des Dyna- mic Drainage Analyzers (DDA) und des Dynamic Filtration Systems (DFS 02) wurden die Wechselwirkungen verschiedener Wasserglastypen mit kationischen Hilfsmitteln der Papiererzeugung (vor allem Entwässerungs- und Retentionshilfsmittel) sowie die Möglichkeit der Fixierung von unverbrauchtem Wasserglas auf den Fasern untersucht. Dabei wurden eine eindeutige Beeinträchtigung der Entwässerung und der Retention sowie eine Abhängigkeit der adsorbierten Silicatmengen von den einzelnen Wasserglas-Typen festgestellt: je höher das Verhältnis von SiO2:Na2O ist, um so höher ist auch der Polymeranteil im Wasserglas, um so stärker sind die Wechselwirkungen von Wasserglas mit kationischen Additiven und um so größer ist die Neigung zu Ausfällun- gen. Ein niedriger pH-Wert, hohe Temperatur, hohe Wasserhärte und längere Verweilzeit begünstigen die Aus- fällung von Wasserglas. Aluminiumsulfat und Polyaluminiumchlorid erwiesen sich als gute Fixiermittel für Was- serglas.
Anwendung/Wirtschaftliche Bedeutung:
Die durch Wasserglas verursachte Beeinträchtigung der Entwässerung hat einen beträchtlichen Anstieg der er- forderlichen Trocknungsenergie zur Folge. Dazu kommen die bekannt hohen Kosten für Produktionsausfälle durch ablagerungsbedingte Maschinenstillstände, durch Qualitätsbeeinträchtigungen der hergestellten Papiere sowie durch den Mehrverbrauch an kationischen Hilfsmitteln infolge ungewollter Wechselwirkungen mit anioni- schen Stoffen. Durch ungewollte Wechselwirkungen von kationischen Additiven mit Wasserglas könnten pro Jahr Mehrkosten von ca. DM 1.000.000 verursachen. Durch gezielte Maßnahmen zum Wasserglasersatz bzw. zur Prozessoptimierung lassen sich erhebliche Kosten einsparen. Damit tragen die Ergebnisse zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Papierindustrie bei.
Bearbeitungszeitraum: 01.10.1998 – 30.09.2000 Bemerkungen:
Das Forschungsvorhaben AiF 11 749 wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie gefördert.
