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Eine kosteneffektive Produktion ist heutzutage die größte Herausforderung bei der Herstellung gestrichener und ungestrichener Feinpapiere. Die wichtigsten Faktoren dabei sind:

• Reduktion der laufenden Kosten

• Verbesserung der Laufeigenschaften, der Produktivität und der Effizienz von Papiermaschinen.

Eine Möglichkeit dieses Ziel zu erreichen, ist der Einsatz von hochentwickelten Retentions-und Entwässerungssystemen wie zum Beispiel MicroStar®, die eine bessere Formation und höhere Füllstoffanteile im Papier ermöglichen.

Nach einer Entwicklungs‐ und Versuchsphase wurde MicroStar® Anfang 2010 offiziell in den Markt eingeführt. Das neue Verfahren für den Nassbereich der Kartonbeziehungsweise Papiermaschine besteht aus einem Dreikomponentensystem, das organische Mikropolymere und an-organische Mikropartikel

zusammenführt, um die Retention und Entwässerungseigenschaften voneinander unabhängig zu optimieren.

Das bedeutet für den Papiererzeuger eine größere Flexibilität, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Es bietet Vorteile, wie eine verbesserte Formation und Blattqualität, eine verbesserte Bedruckbarkeit, eine Erhöhung desFüllstoffanteils sowie einen stabileren Wet‐End‐Lauf.

Das MicroStar® System wurde nun schon auf einigen Papiermaschinen mit Weltklasseniveau installiert, und unsere Kunden haben bestätigt, dass sie eine erhebliche Erhöhung der Wertschöpfung in Bezug auf Betrieb und Entwicklung der Gesamtkosten verzeichnen können.

Ende 2012 wurde ein Betriebsversuch mit MicroStar® gegenüber einem 3‐Komponenten‐Retentions‐ und Entwässerungsmittelsystem der Konkurrenz durchgeführt, um die Vor‐ und Nachteile zu eruieren.

Dabei wurden die drei Komponenten sukzessiv durch die ACAT Produkte ausgetauscht und dabei die Dosiermengen und Dosierorte optimiert.

Die verwendeten ACAT Produkte waren:

• RetStar® 201P ‐ Mittelmäßig kationisches Polyacrylamid Pulver

• MicroStar® 2400 ‐ Anionische Mikropolymer Emulsion

• BentStar® S190 ‐ Modifizierter hochweißer Bentonit

Bei der Papiermaschine handelte es sich um einen Voith Duoformer

• Produktion: 35t/Stunde
• Papiersorte: 60 g/m², 70 g/m² und 80 g/m² Kopierpapier

• Geschwindigkeit:1400m/min

• Aschegehalt:18% PCC
• Leimung: ASA/ Stärkeleimlösung

Ziel des Betriebsversuches war es aufzuzeigen, dass die Qualitäts-und Produktionsparameter trotz Kostenreduktion für das Retentionsmittelsystem, verbessert werden können.

Versuchsergebnisse, im Vergleich zu dem 3‐Komponentensystem des Wettbewerbs:

• RetStar® 201P:

Reduktion der Dosiermenge um 34,1 % bei allen Papiersorten

• MicroStar® 2400:

Reduktion der Dosiermenge um 34,1% bei allen Papiersorten

• BentStar® S190:

Reduktion der Dosiermenge um 10,9% bei allen Papiersorten

Die Zugabemengen der Retentionsmittel wurden über eine Siebwasserkonsistenzregelung den jeweiligen Papiersorten stets angepasst.

Fazit: Mit dem MicroStar®‐System bestehend aus den Komponenten RetStar® 201P, MicroStar® 2400L und BentStar® S190 und einer optimierten Dosierung ist es möglich, die Formation zu verbessern, die Füllstoffretention zu optimieren und die Entwässerung der Papiermaschine zu steigern. Dabei können sogar die Dosiermengen und damit die Kosten deutlich gesenkt werden.

Die Technologie hat sich von der Anwendung einfacher kationischer oder anionischer Polyacrylamide, hin zu Mikropartikeln / Micropolymeren und Multimikropartikelsystemen entwickelt, die derzeit den Markt dominieren. Heute muss ein Lieferant das richtigen Retentions-und Entwässerungsmittel, die geeignete Zugabestelle und die richtige Dosierung für den Kunden ermitteln.

Drucklose Labortests für Entwässerungs-und Retentionsmittel

Am Beginn wird eruiert welche Produkte für den Papierbrei benötigt werden. Üblicherweise kommt dabei die Methode der freien Entwässerung  zur Anwendung. In der Regel kommen das Canadian-Standard-Freeness CSF-)Verfahren (Bodenauslass blockiert) oder eine modifizierte Bestimmung des Mahlgrades nach Schopper Riegler zum Einsatz. Es wird jene Zeit  gemessen, die eine vorgegebene Menge oder die Rückstauwassermenge benötigt, um durch das System zu laufen. Mit der Zeit sammeln sich  immer größere Mengen an Rückstauwasser an. Die gesammelten Daten können einen Einblick in Bereiche z.B. wie die anfängliche Entwässerung geben. Das ist sehr wichtig für das Arbeiten im Fourdrinier-Bereich wo eine schnelle Entwässerung zu vorzeitiger,  schlechter Formation führen kann. Zur Ergänzung der freien Entwässerungstests ist es üblich, den Einsatz der besten Produkte/Systeme für die First-Pass Retention und in manchen Fällen auch für First Pass Ascheeinbindung zu testen.

Dies gilt insbesondere für Papiersorten wie unbeschichtete Feinpapiere.

Der Britt Jar Test wird verwendet für die First-Pass-und First-Pass-Ash-Retention. Der Fachmann kann bei sorgfältiger Einstellung der Dosierung vorhersagen, wie sich ein System unter verschiedenen Wet-end Konditionen verhalten wird, und er kann daher die beste Retentions- und Entwässerungssysteme für jede Maschine und für die Wet-End-Chemie empfehlen.

Für viele Papiermaschinen und Papierqualitäten kann die oben beschriebene Prüfung ausreichend sein. Während der Testphase kann man schon sehr gut beurteilen, welche Chemikalien, in welcher Reihenfolge und in welcher Menge für den spezifischen Einsatz in Frage kommen. Für bestimmte Papiersorten oder genauer gesagt Kartonsorten sind jedoch weitere Tests notwendig, um die tatsächlichen Anforderungen an die  Retentions- und Entwässerungsmittel sichtbar zu machen. Qualitäten mit höheren Grammaturen, speziell die Kartonsorten, erfordern eine sorgfältigere Untersuchung. Die Grenzen des freien Entwässerungstests werden offensichtlich, wenn höhere Dosierungen ermittelt werden, als diese normalerweise in der Praxis an der Papiermaschine zum Einsatz kommen. Für alle Retentions-und Entwässerungsmittel gilt, dass, wenn die Zeit, die benötigt wird, um ein festgelegtes Volumen an Rückstau zu sammeln, immer weniger wird, dann muss die Dosierung erhöht werden. Siehe Grafik.

Eine zu hohe Flockung (> 1,5 kg / t Polymer) würde  an der Papiermaschine zu einer schlechten Blattbildung führen, sowohl in Bereichen, die reich an Fasern sind,  und besonders in Bereichen mit sehr wenigen  Fasern. Wenn ein zu feuchtes Blatt in den Pressbereich gelangt, dann ist dies eine unerwünschte Situation, die Papiermacher gut kennen. Große Flocken neigen dazu, in der Siebpartie stark zu entwässern, jedoch zu große Flocken neigen dazu, eine erhebliche Menge an Wasser in den Flocken zu halten.

Die Entfernung dieses Wassers aus der Preß-und Trockenpartie der Papiermaschine ist schwierig und teuer Es können aber auch Tests durchgeführt werden, mit denen man feststellen kann, wie nass das Blatt in die Pressenpartie der Papiermaschine gelangt.

Wir bei ACAT nennen sie Vakuum Entwässerungstests.

Vakuum Entwässerung

Beim  Vakuum-Entwässerung Test erfolgt die Stoffaufbereitung auf die gleiche Weise wie beim druckfreien Entwässerungstest. Anstatt der Schopper-Riegler Apparatur wird ein Hartley-Trichter verwendet.

Der Stoff wird zur Entwässerung in den Hartley-Trichter gegossen und unter Vakuum gesetzt. Gemessen werden die Entwässerungszeit, das Nassgewicht des sich bildenden Belages und das Gewicht des getrockneten Belages.

Von den beiden letztgenannten wird der Feststoffanteil in Prozenten ermittelt. Je höher der Feststoffanteil ist, desto trockener wird das Blatt in die Pressenpartie gelangen.

Die Ergebnisse der drucklosen Entwässerung im Vergleich zur Vakuum Entwässerung sind im obigen Diagramm zusehen. Bei der drucklosen Entwässerung verbessert sich die Entwässerungsleistung mit zunehmender Dosierung(in diesem Fall ist es ein Polymer) Die Flocken nehmen an Größe zu und das freie Wasser kann schnell ablaufen. Aus der gelben Kurve kann man ablesen, dass die optimale Polymerzugabe bei ca. 0,5kg/t liegt. Die pinke Kurve für die Ergebnisse der Vakuum Entwässerung zeigt, dass die optimale Polymerzugabe ca. 0.20kg/t ist. Sie ist wesentlich niedriger als bei der drucklosen Entwässerung.

Bei der Vakuum Entwässerung zeigen Dosierungen über 0,5kg/t eine geringere Entwässerungsperformance. Das ist auf eine zu starke Flockung zurückzuführen, die bewirkt, dass Luft durch die Beläge durchgezogen wird, anstatt dass sie das Wasser entfernt.

Vom Labor zur Praxis

Von einer Kokurrenzfirma wurde ein Retentions-und Entwässerungsmittelsystem für einen Versuch vorgeschlagen. Das bestehende System war ein Mikropartikelsystem von ACAT. Das vorgeschlagene System basierte auf anionischen und kationischen Polyacrylamiden mit einem sehr hohen Molekulargewicht und sollte die Feststoffe im Siebwasser reduzieren und die Entwässerungsleistung verbessern. Im Labor zeigte sich, dass das vorgeschlagene System sehr gut funktionierte.

Die Reduktion der Feststoffe im der Siebwasser und die drucklose Entwässerung waren ebenfalls sehr gut. Doch die Ergebnisse der Vakuumentwässerung waren in der Tat sehr schlecht. Die Ergebnisse der Vakuumentwässerungsversuche zeigt das Diagramm.

Bei der gleichen Vakuumentwässerungszeiten waren die Belag-Feststoffe bei dem vorgeschlagenen Dual- Polymersystem deutlich niedriger als beim Mikro-Partikelsystem. Das deutete darauf hin, dass das Blatt beim Erreichen der Pressenpartie bei dem Dual- Polymer-Systems viel feuchter sein würde.

Die Ergebnisse des Maschinenversuches mit dem dualen Polymer-System die Ergebnisse sind unten zu sehen. Der Versuch wurde abgebrochen als wegen der verminderten Laufgeschwindigkeit  die Produktionsleistung sank. Die Geschwindigkeit der Papiermaschinemusste reduziert werden, damit die Feuchteregelung an der Maschine erreicht werden konnte.

Der Labor-Vakuum Entwässerungstest zeigte, dass die im Dual Polymersystem gebildeten Flocken das Wasser im Inneren gefangen halten. Dadurch wurden die Flocken zu groß, um effizient gepresst zu werden.

Das hat sich dann im Maschinenversuch bewahrheitet. Die drucklosen Entwässerung- und Retention Tests im Labor entsprachen genau den Ergebnissen, die auf der Papiermaschine erreicht wurden.

Geeignete Tests für die entsprechende Papiermaschine und die Papierqualitäten können bereits im Labor zeigen, was in der praktischen Anwendung passieren wird.