Cellulose-Papierindustrie

Papier hat einen langen Weg zurückgelegt, bevor er begann, in dieser Form, in der wir ihn heutzutage kennen, hergestellt zu werden. In China erfunden, von Anfang an bildetete er ein wichtiger Informationsträger und zu dessen Herstellung wurden Seiden- und Leinenfasern benutzt. Zurzeit sind verschiedenartige pflanzliche Faser-Rohstoffe, die unter anderen aus Nagel- und Laubbäumen aber auch aus anderen Pflanzen wie z. B. aus Lein, Bambus oder Baumwolle gewonnen werden, ein Ausgagngsmaterial zur Herstellung der Cellulosemasse.

Herstellungsverfahren vom Papier besteht aus einigen Etappen. Die erste davon beruht auf Zerkleinerung und Reinigung der Fasermasse, die aus Primärfaserstoffen (Holz) oder  Sekundärfaserstoffen (Altpapier) herkommen kann. Die Hauptquelle für Cellulosefasern ist ein Holz, das in Sägewerken in einigen Formen z. B. als Rundhölzer, Späne oder Sägespäne gewonnen wird.

In der nächsten Etappe wird der Faserstoff einer weiteren Verarbeitung unterlegen, wo er in einen Holzstoff und der Holzstoff wiederum in einen Papier verwandelt wird. Die Herstellung vom Holzstoff kann mit mechanischen oder chemischen Methoden erfolgen. Im chemischen Aufschlussverfahren werden gewöhnlich Alkalien (z. B. Natriumhydroxid in der Form einen Lauge oder auch kaustische Soda) benutzt, deren Zweck die Entfernung von Lignin ist, das die Fasern verbindet.

Entscheidend ist es auch die Verwendung von schaumdämpfenden Präparaten bei jeder Etappe der Papierherstellung. Schaumdämpfende Substanzen werden beim Verfahren von Papierwaren aller Art verwendet.  Der Schaum entsteht als Ergebnis von Mischen der Gasen mit dem Zellstoff und wird darin infolge der Anwesenheit von oberflächenaktiven Mitteln festgehalten. Zur Beseitigung des Schaumes, der in weiteren Etappen der Papierherstellung entsteht, können Produkte mit Erfolg verwendet werden, die sich im Angebot der PCC-Gruppe befinden. Dazu gehören Blockcopolymere EO/PO mit dem Namen ROKAmer und die Serie von alkoxilierten Fettalkoholen (ROKAnol LP). Ihre hohe Wirksamkeit bei der Beseitigung vom Schaum und bei der Vorbeugung dessen Enstehung ermöglichen eine Verbesserung der Effizienz von weiteren technologischen Etappen.

Chemische Methoden vom Fasernaufschluss

Chemische Methoden vom Fasernaufschluss beruhen hauptsächlich auf Verwendung von verschiedenen chemischen Reagenzien und auch auf Zulieferung der Wärme zwecks der Weichmachung von Lignin. Als Ergebnis der Wirkung von chemischen Mitteln kommt es zur Lösung von Lignin und dann zur mechanischen Rafination, die zur Abtrennung der Fasern führt. In der Praxis werden zwei verschiedene Verfahren des chemischen Aufschlusses verwendet.

Das erste davon ist ein Sulfatverfahren, umgangssprachlich Kraft-Prozess genannt. Zurzeit ist das eine dominierende Technologie. Dank deren Verwendung werden etwa 80% der Weltherstellung der Cellulosemasse verarbeitet. Der Kraft-Prozess ist aufgrund mehrerer Faktoren zur am häufigsten verwendeten Methode geworden. Die Fasern nach dem Sulfataufschluss charakteresieren sich mit beserer Festigkeit im Vergleich zu Fasern, die mit anderen zugänglichen Technologien gewonnen wurden. Zusätzlich kann der Sulfataufschluss bei allen Holzarten verwendet werden, und das Verfahren selbst ermöglicht eine wirksame Wiedergewinnung von verwendeten chemischen Rohstoffen.

Kraft-Methode beruht auf Verbindung von Holzschnitzeln mit der weißen Lauge (das ist eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid und Natriumsulfid). Unter Bedingungen von erhöhtem Druck und der Temperatur löst diese Lösung das Lignin, indem sie Cellulosefasern befreit. Nach der abgeschlossenen Reaktion der Ätzung werden die schwarze Lauge und die Cellulosemasse gewonnen. Die Lauge enthält gelöste organische Substanzen, die wiedergewonnen werden und wiederum beim chemischen Aufschluss benutzt werden können. Von der gewonnenen Masse jedoch (in der Anwesenheit vom Sauerstoff und Natriumhydroxid) wird das Lignin beim Verfahren der Sauerstoffdelignifikation entfernt. Das auf diese Weise gewonnene Material wird gebleicht, um entsprechende Nutzungseigenschaften, wie Festigkeit, Helligkeit und Reinheit, des Endproduktes zu gewinnen.

Das zweite der chemischen Aufschlussverfahren ist das Sulfitverfahren. Es beruht auf Verwendung der wässrigen Lösung von Schwefeldioxid in der Anwesenheit der Basen (z. B. Kalkwasser, Magnesiumhydroxid, Natronlauge und Amoniakwasser. Bei diesem Verfahren sind Produkte heller und zur Bleichung leichter, sie besitzen jedoch eine wesentlich niedrigere Festigkeit im Vergleich zum häufiger verwendeten Sulfataufschluss. Das Sulfitverfahren fordert auch eine sorgfältige Auswahl von Holzrohstoff – die Methode ist intolerant z. B. für Kieferholz. Das Sulfitverfahren, im Vergleich mit Kraft-Methode, herstellt wenigere Menge von unangenehmen Gasen, charakterisiert sich mit größerer Effizienz und erlaubt auch, einen sehr hellen Holzstoff zu gewinnen, der leicht gelaugt wird. Leider, wegen der schwächeren Qualität der Fasern, des höheren Energieverbrauchs und der niedrigen Fähigkeiten der chemischen Rohstoffe, die im Verfahren verwendet wurden, wurde die Technologie von Sulfitverfahren durch das Kraft-Prozess verdrängt.

Mechanische Methoden vom Fasernaufschluss

Der mechanische Aufschluss erlaubt eine sehr hohe Effizienz der Gewinnung von Fasernmasse vom Holz. Die Hauptverfahren, die industriell verwendet werden, sind ein Verfahren vom klassischen Steinholzschliff (SGW), ein Verfahren der  thermomechanischen Holzstofferzeugung (TMP) und ein Verfahren der chemothermomechanischen Holzstofferzeugung (CTMP).

Der Holzschliff wird unter atmosphärischem Druck im Verfahren des Schleifens vom Holz mit einem Stein gewonnen. Das Holz, das vorher entrindet wurde, wird mit Hilfe vom Stein zerfasert und dann mit Wasser gewaschen. Die auf diese Weise vorbereitete Masse wird mit Hydrozyklonen getrocknet und von hier aus kommt sie in eine Verdickungsmaschine. In der weiteren Etappe kommt die dicke Holzmasse in einen Lagerkessel und das Umlaufwasser (entstandenes Filtrat) wird wiederum in die Schleifanlage rezirkuliert. Bei der Holzstofferzeugung vom verarbeiteten Holz werden Harzsubstanzen befreit, die leicht agglomerieren und an Schleifer oder an inneren Seiten der Leitungen Rückstande bilden. Sie verursachen oft Verschmutzungen der Steinoberfläche und das verschlechtert Schleifeigenschaften vom Stein. Um die so genannten „Harzschwierigkeiten” zu bekämpfen, werden verschiedene chemische Mittel verwendet. Am häufigsten werden dazu Dispergatore verwendet, deren Aufgabe es ist, enstehende Rückstande auseinander zu treiben, und dadurch erleichern sie, dann die Rückstande zu beseitigen. Hervorragende Dispergatore, die der Cellulose-Papierindustrie angeboten werden, sind Produkte aus der Serie ROKAcet und ROKAfenol. Neben ihren Dispergierungsfähigkeiten können die Produkte eine Rolle von Reinigungsmitteln, Emulgatoren und antistatischen Mitteln erfüllen. ROKAfenol  bewähren sich hervorragend bei Emulgierungs- und Fleckenentfernungsverfahren der Papiermasse und der Cellulose. ROKAcet R40W wiederum ist ein Mittel mit weichmachenden Eigenschaften, das in der Textil- Lederwaren- und Papierindustrie benutzt werden kann.

Eine Verbesserung von SGW ist ein Aufschlussverfahren der thermochemischen Masse (TMP). Beim TMP-Verfahren werden Holzschnitzel anfangs gewaschen, um Sand, Steine und andere harte Verschmutzungen zu beseitigen, danach mit Dampf unter erhöhtem Druck beheizt und dann an einer Scheibenmühle zerfasert. In der nächsten Etappe kommt die Masse in einen Latenzkessel, wo die Ausrichtung und Beseitigung der Verformungen erfolgt, die an Fasern entstanden sind. Am Ende wird die Masse in einen Lagerkessel geleitet. Um die Menge der schädlichen im Holzstoff enstehenden Harze zu verringern, werden ähnliche chemische Mittel bei der TMP-Technologie wie im Verfahren der Herstellung des klassischen Holzschliffes verwendet. Die auf diese Weise entstandene Masse wird am häufigsten zur Herstellung vom Zeitungspapier benutzt.

Das CTMP-Verfahren verbindet in sich ein TMP-Verfahren mit der chemischen Imprägnierung der Holzschnitzel. In der ersten Phase werden sie gewaschen und gesiebt und dann imprägniert. Abhängig von der Holzart werden entsprechende Chemikalienlösungen verwendet. Natriumsulfat wird gewöhnlich für Nadelholz verwendet, für Laubholz werden am häufigsten basische Peroxide gewählt. Nach dem abgeschlossenen Imprägnierungsverfahren werden Späne beheizt und mit Wasser vermischt, das die Ligninverbindungen lockert und Fasern befreit. Das CTMP-Verfahren erlaubt reine Fasernmasse mit genügender Festigkeit und entsprechenden optischen Eigenschaften zu gewinnen. CTMP wird vor allem zur Erzeugung der Fasernbestandteile von Papiermassen verwendet, die zur Herstellung von Druck- und Hygienepapieren dienen können.

Flotation und Bleichen

Die nächste Etappe der Verarbeitung von Fasernmasse ist ein Bleichen, das mit mechanischer Entfernung von Verunreinigungen verbunden wird. Beim Altpapier, das zur Papierherstellung verwendet wird, ist die Farbe der wichtigste Parameter (das so genannte Weiß beim Druckpapier). Deswegen muss das Altpapier gründlich von der Druckfarbe befreit werden. Die grundsätzliche Bedingung von deren Beseitigung ist eine Befreiung der Farbelemente von den Fasern und ihre Erhaltung in einem dispergierten Zustand. Die auf diese Weise zerkleinerten Tinteelemente werden dann von der Fasernsuspension getrennt. Das erfolgt am häufigsten auf dem Prinzip der Unterschiede zwischen physischen Eigenschaften der Materialien, wie z. B. der Wichte der unerwünschten Substanzen im Vergleich mit Fasern und Wasser. Da größere Verunreinigungen, wie z. B. Metallteile (Heftklammern), Steine und Sand, schon in der Zerfasernetappe beseitigt werden, werden Flotationsverfahren sehr oft gegenüber den so winzigen Verunreinigungen verwendet.

Ein zusätzliches und oft durchgeführtes Verfahren ist das Bleichen. Es wird bei Produkten verwendet, die eine hohe Reinheit erfordern, wo die Vergilbung unerwünscht ist (z. B. Scheib- und Druckpapiere). Ein sehr beliebtes Mittel, das zum Bleichen benutzt wird, ist Natriumhypochlorit. Es kann auch zur Herstellung von Carboxymethylcellulose (CMC) aus Spänen benutzt werden. Bei diesem Verfahren werden auch Natronlauge und Chloressigsäure  (MCAA) benutzt. Das Bleichen beruht auf Verwendung von entsprechenden Chemikalien, die direkt zum Dispergator zwecks der Erhöhung von Weiß der Masse hinzugefügt werden. Die Art der verwendeten Fasern und die erwünschten Endeigenschaften des Produkts haben einen großen Einfluß auf die Stufe vom Bleichen der Cellulosemasse. Massen, die Materialien mit hoher Verdichtung enthalten, sind schwierig zum Bleichen und erfordern die Verwendung von großen Dosen der Chemikalien.  Abwässer von den Bleichenanlagen bedürfen, vor der Zurückleitung, einer Verwendung von einer Reihe der chemischen Mittel, die ein Ziel haben, die Schaumbildung, Korrosionsfähigkeit oder auch die Fähigkeit zur Kalksteinentstehung zu verringern. Die Produkte der PCC-Gruppe, wie ROKAmer, eignen sich hervorragend zur Verwendung bei Verfahren, wo ein Prozess der Schaumbildung von Abwässern und technologischen Gewässern erscheint. ROKAmer sind Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid. Die Produkte verringern die Oberflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der Luft und zugleich verbessern Entwässerung vom Schaum und infolgedessen wird der Schaum reduziert.

Endverarbeitung der Papiermasse

Nachdem Aufschluss- Flotations- und Bleichenverfahren abgeschlossen worden sind, wird die fertige Cellulosemasse zu einer Papiermasse verarbeitet, die dann zur Papierherstellung benutzt wird. Das Verfahren umfasst einige Etappen:

  1. Mischen der Cellulosemasse,
  2. Bildung der Dispersion der Cellulosemasse im Wasser,
  3. Raffination,
  4. Einführung der unentbehrlichen Hilfsmittel.

Spezialzubehör werden zur Erzeugung von Papierprodukten mit speziellen Eigenschaften (so genannte Spezialpapiere) oder zur Verbesserung vom Papierverfahren benutzt. Die populärsten Hilfsmittel sind:

  1. Harze und Wachse zur Hydrophobisierung,
  2. Füllstoffe, wie z. B. Tone, Talkum und Kieselerde,
  3. anorganische und organische Farbstoffe,
  4. anorganische Verbindungen, die Druckstruktur, -dichte, -helligkeit und –qualität (z. B. Titandioxid, Calciumsulfat und Zinksulfid) verbessern,
  5. Emulgatoren und Reinigungsmittel. Die PCC-Gruppe besizt in ihrem Angebot die Serie von ROKAcet, die eine Gruppe von Produkten bilden, die die beiden Funktionen erfüllen können. Dank ihrer Struktur können sie auch in der Papierindustrie als schaumdämpfende und weichmachende Mittel benutzt werden.

Die der Verarbeitung unterlegende Masse wird zum Papierprodukt mit Hilfe von speziellen Maschinen verarbeitet. Nach dem abgeschlossenen Verfahren wird der Papier in eine Papierrolle aufgerollt, deren Aufgabe es ist, den Papier vor Beschädigungen und Verschmutzung zu schützen. Zur Verpackung vom Papier wird ein Laminat PE-Papier am häufigsten verwendet. Diese Verpackung sichert einen guten Schutz vor mechanischen Beschädigungen, Staub und Feuchte. Ein riesiger Vorteil von derartigen Verpackungen ist auch, dass sie völlig recycelt werden und dadurch wieder verwertet werden können.

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