Zielgenaue Optimierung für Festigkeit und Runability
Profitieren Sie von unserer zum Patent angemeldeten Technologie, um den ständig steigenden Anforderungen in der Papierproduktion gerecht zu werden. Unsere Produkte garantieren Ihnen:
Die internationale Papierindustrie ist mit vielfältigen Herausforderungen konfrontiert und entwickelt sich ständig weiter. Innovative Technologien sind einer der Schlüssel, um nachhaltig und profitabel zu wachsen. ACAT hat die Zeichen der Zeit schon vor vielen Jahren erkannt und mit den BondStar® Trockenverfestigern eine sehr wirksame Produktfamilie entwickelt, mit der Papier kostengünstig und effizient hergestellt werden kann.
download >Die Anfänge der BondStar® Trockenverfestiger von ACAT reichen bis ins Jahr 2010 zurück. „Damals begann der elektronische Handel so richtig aufzublühen und der Bedarf an Verpackungsmaterial stieg rapide. Einen Höhepunkt der Nachfrage gab es dann während der weltweiten Coronapandemie“, berichtet Nuri Kerman, der die Division papertech leitet und die Entwicklung der BondStar® Produkte bei ACAT federführend vorangetrieben hat.
Um Verpackungen kostengünstig und nachhaltig herzustellen, wird in erster Linie Altpapier als Primärrohstoff eingesetzt. „Es war abzusehen, dass durch den höheren Bedarf an Altpapier die Sammelquoten nochmals steigen mussten. Durch das mehrfache Recycling hat aber die Faserqualität enorm gelitten. Die große Herausforderung war es daher, die Festigkeitsverluste zu kompensieren, um die verpackten Waren weiterhin sicher transportieren zu können. Hier sind dann unsere BondStar® Trockenverfestiger auf Polymerbasis ins Spiel gekommen“, so Kerman. 2017 erfolgte die Anmeldung eines eigenen, weltweit gültigen Patents.
14 Jahre Know-how
Die langjährige Erfahrung mit den BondStar®-Trockenverfestigern zeigt eindrucksvolle Ergebnisse in der täglichen Praxis, weiß Kerman: „Sie führen zu einer deutlichen Steigerung aller Festigkeitswerte und verbessern die Lagenhaftung erheblich. Zudem erhöht sich die anfängliche Nassfestigkeit, was das Papier widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeit macht.“ Außerdem erhöhen die BondStar® Trockenverfestiger die z-Festigkeit, was wiederum weniger Rupfen und Stauben bedeutet. Ein weiterer positiver Effekt ist eine stabilere Papierbahn, die ein reibungsloses Aufführen und höhere Produktionsgeschwindigkeiten gewährleistet. Darüber hinaus bieten die BondStar® Trockenverfestiger die Möglichkeit, Primärfasern durch Altpapier zu ersetzen und den Einsatz von Wet-End oder Oberflächenstärken zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren. Dies trägt maßgeblich zu einer verbesserten Laufruhe und signifikanten Energieeinsparungen bei, einschließlich geringerer Dampfkosten.
Vorteile schwarz auf weiß
Alle diese Vorteile spiegeln sich auch in ganz konkreten Zahlen wider, wie ein Blick in eine Papierfabrik zeigt, die auf die Innovationen von ACAT vertraut. So war dort im Herstellungsprozess 38 Prozent weniger Oberflächenstärke notwendig – bei gleichen Festigkeiten. Der Bedarf an Dampf sank um 11 Prozent, die Abrisse gingen um 44 Prozent zurück. Die Ausfallzeiten reduzierten sich um die Hälfte, der Bedarf an Retentionsmitteln um ein Fünftel. Und was besonders wichtig ist: Die Produktion konnte um sechs Prozent gesteigert werden.
Nuri Kerman: „Wir haben uns auf die Fahnen geschrieben, sehr kundenorientiert zu arbeiten und die beste Lösung für unsere Kund:innen anzubieten. Mit BondStar® ist uns das sehr erfolgreich gelungen, wie die konkreten Erfahrungen in der Praxis untermauern.“
Produktion vor Ort
Die Einsatzgebiete der BondStar® Trockenverfestiger von ACAT, die rund um den Globus nachgefragt werden, sind vielfältig. Die Bandbreite reicht von Verpackungspapieren über grafische Papiere bis zum Tissue-Bereich. BondStar® ist in unterschiedlicher Konzentration als Handelsware erhältlich. „Darüber hinaus sind wir auf die on-site Technologie spezialisiert, bei der die Herstellung kosteneffizient in der Papierfabrik vor Ort erfolgt.“ Dafür errichtet ACAT maßgeschneiderte Anlagen direkt beim Kunden. ●
Trockenverfestiger sind schon jahrzehntelang in der Papierindustrie und der Literatur bekannt. Dazu zählen natürliche wie auch synthetische Produkte. Als Beispiele dienen vor allem Stärke oder Produkte auf Polymerbasis.
download >Trockenverfestiger sind schon jahrzehntelang in der Papierindustrie und der Literatur bekannt. Dazu zählen natürliche wie auch synthetische Produkte. Als Beispiele dienen vor allem Stärke oder Produkte auf Polymerbasis. ACAT BondStar® Produkte sind hauptsächlich auf Polymerbasis und entfalten ihre Wirkung durch ein Zusammenspiel von Aldehyd- und Hydroxylgruppen. Die Festigkeiten entstehen schon in der Pressenpartie und entfalten sich beim Trocknen voll. Die massiven Bindungen stärken das Blattgefüge und geben dem Papiermacher ganz neue Möglichkeiten und Werkzeuge zur Papierherstellung.
Den Durchbruch haben BondStar® Produkte vor allem in den letzten Jahren erlebt. Die Papierwelt hat sich rapide verändert und die Digitalisierung ist nicht aufzuhalten. Die immer häufiger recyclierten Altpapierfasern und der schrumpfende Frischfaseranteil sind eine echte Herausforderung für die Papierindustrie. Bei der Beschaffung von Altpapier spielen in der heutigen Zeit immer mehr globale und politische Einflüsse eine Rolle. Das hat Auswirkungen auf die Qualität und Preise. Im Verpackungspapierbereich wird versucht, mit der niedrigsten Faserqualität das bestmögliche Endprodukt herzustellen. Das gelingt nicht immer. Hier kann das Endprodukt mit ACAT Trockenverfestigern in seinen Festigkeitswerten stabilisiert, oder darüber hinaus auf ein nächst höheres Qualitätsniveau angehoben werden.
Der grafische Papiersektor hat in den letzten Jahren besonders stark an den Erlösen gelitten und leidet teilweise immer noch. Hier wird ständig der Versuch unternommen, ein sehr kostenbewusstes Produkt marktgerecht herzustellen. Dies zeigt sich oft bei der Suche nach günstigeren Alternativfaserstoffen oder den immer weiter steigenden Füllstoffmengen. Damit das Endprodukt immer noch die Festigkeits- und Bedruckbarkeitseigenschaften erfüllen kann, kommen immer mehr Trockenverfestiger zum Einsatz. Dabei sind es BondStar® Trockenverfestiger Produkte, die immer häufiger angefragt werden. BondStar® ist in unterschiedlicher Konzentration als Handelsware erhältlich und darüber hinaus gibt es noch die on-site Technologie, bei der kosteneffizient die Herstellung in der Papierfabrik vor Ort erfolgt.
ACAT ist auf die on-site Technologie spezialisiert und hat daraus die BondStar® Produktreihe kreiert. Oft beginnen neue Projekte mit Laborarbeit, die den Grundstein für einen erfolgreichen Maschinenversuch legt. Gelingt es uns, den Kunden von der Technologie auf der Maschine zu überzeugen, erfolgt der Bau einer an den Kunden zugeschnittenen Anlagentechnik. Nach
Installation der Anlagentechnik erfolgt eine Optimierung der Applikation und der Wirtschaftlichkeit. Für die Betreuung der Anlagen arbeiten wir mit modernsten Überwachungs- und Wartungssystemen, wodurch wir dem Kunden immer eine zuverlässige Applikation garantieren. Im Hinblick auf die Logistik arbeiten wir im höchsten Maßstab vorausschauend und mit telemetrischer Überwachung.
DIE LABORARBEIT – DER GRUNDSTEIN ZUM ERFOLG
Bevor wir einen Papiermaschinenversuch empfehlen, beginnt unsere Arbeit oft im Labor beim Kunden. Dabei spezialisieren wir uns immer mehr auf die Nachbildung der Papiersorte und des Prozesses des Kunden. Somit können wir im Vorfeld genau analysieren, ob unsere BondStar® Trockenverfestiger den Erwartungen gerecht werden und welche Effekte wir auf der Papiermaschine erwarten können. Es gilt auch, den Kunden im Vorfeld mit den Laborergebnissen von unserem Produkt zu überzeugen. Im Labor können wir so auf dem Blattbildner viele Papiersorten reproduzieren und den Prozess der Einmischung und Zugabe der Additive simulieren. Somit können wir die im Labor hergestellten Prüfblätter auf Festigkeitsparameter und auch auf einige Bedruckbarkeitseigenschaften testen.
Die gängigsten Prüfmethoden für Festigkeiten sind hierbei Bruchkraft, Bruchdehnung, Reißlänge, SCT/RCT, Berstdruck, Spaltfestigkeit und CMT. Als Beispiel für BondStar® zur Steigerung der Spaltfestigkeit vergautschen wir zwei Laborblätter im nassen Zustand und simulieren dabei eine zwei- oder mehrlagige Papiermaschine. Im Hinblick auf die Bedruckbarkeitstests arbeiten wir mit dem Kunden eng zusammen und prüfen unter anderem den Dennison Wachstest, IGT,
die Glätte und Rauigkeit. Als Beispiel hierfür könnte der Einsatz von BondStar® zur Steigerung der Füllstoffmengen sein. Dabei gilt es, die Bedruckbarkeitsanforderungen einzuhalten. Ein zu hoher Füllstoffeinsatz würde zum Beispiel im Offsetbereich Probleme auf den Drucktüchern verursachen. Mit Hilfe von BondStar® lässt sich die Asche besser im Papier fixieren.
DER MASCHINENVERSUCH MIT BONDSTAR® – EIN WEITERER MEILENSTEIN
Wenn wir unseren Kunden mit der Laborarbeit für einen Betriebsversuch begeistern konnten, organisieren wir die entsprechende Anlagentechnik und das Rohmaterial.
Hierbei haben wir zwei Methoden entwickelt, um die Versuche zu realisieren. Die erste Methode ist sehr simpel und für Kurzversuche bis zwei Tage angedacht. Dabei entnehmen wir das vor Ort hergestellte BondStar® bei einem unserer Bestandskunden und liefern das fertige Produkt per IBC Container oder Tankzug direkt zum Versuchskunden. Mit entsprechender Dosiertechnik wird das Produkt in der Papierfabrik appliziert.
Die zweite Methode ist etwas aufwändiger, jedoch auch ohne weitere Probleme zu realisieren. Hierbei stellen wir beim Versuchskunden eine manuelle BondStar® Anlage auf. Diese Anlage wird während des ganzen Versuches kontinuierlich von ACAT Mitarbeitern betreut und BondStar® vor Ort frisch zubereitet. Mit dieser Anlage ist ein Versuch über mehrere Tage möglich.
Bei weiten Fahrstrecken ist diese Methode die einzige Möglichkeit, einen Versuch durchzuführen. Somit bietet diese Vorgehensweise mehr Flexibilität. Sie bedarf jedoch eines großen Personalaufwandes. Der Maschinenversuch wird über die ganze Zeit von ACAT Spezialisten betreut und zusammen mit der Produktionsleitung und den Maschinenführern begleitet. Dank zahlreicher Erfahrungen wissen wir genau, welche Schrauben wir an der Papiermaschine bewegen müssen, damit der Versuch zum Erfolg führt. Dadurch kann immer ausgeschlossen werden, dass Verluste oder Schäden verursacht werden.
Für viele Kunden sind nicht nur Festigkeits- oder Bedruckbarkeitseigenschaften wichtig. Immer öfter geht es auch darum, die Papiermaschine und ihren Lauf zu optimieren. BondStar® ist hierfür ein wunderbares Werkzeug für den Papiermacher. Es bietet einige spannende Möglichkeiten, welche wir in der Grafik (Abbildung 3) zeigen.
Die braunen Verpackungshersteller erwarten von BondStar® oftmals eine Steigerung der Festigkeiten. Als Nebeneffekte können Produktionssteigerungen und eine Verbesserung der Runability verbucht werden.
Unter Runability versteht der Papiermacher den Maschinenlauf ohne Abrisse und Störungen. Gerade bei niedrigen Flächengewichten ist die Runability sehr gefragt. Durch immer schlechter werdendes Altpapier mit stagnierenden Festigkeiten und steigenden Aschegehalten können Trockenverfestiger, wie unser BondStar®, den Produktionsprozess deutlich verbessern. Darüber hinaus wird BondStar® auch oft eingesetzt, um die gewünschte Spezifikation einzuhalten beziehungsweise erst zu erreichen. Somit können sehr effektiv die Reklamationskosten gesenkt und oftmals auch neue Kunden gewonnen werden.
Nach Einschalten von BondStar® können die ersten positiven Effekte sehr schnell wahrgenommen werden. In sauberen Kreisläufen steigt als Nebeneffekt zudem die Retention an und die Entwässerung verbessert sich. Entsprechend sinkt der spezifische Dampfeinsatz zur Trocknung des Papiers. In Folge dessen können die Züge in der Trockenpartie gelockert und der Maschinenlauf dadurch verbessert werden. Unmittelbar nach dem Einschalten kann der Einsatz von BondStar® hinsichtlich Festigkeiten und Oberflächeneigenschaften im Labor gemessen werden. Somit hat der Papiermacher einen sehr schnellen Einfluss auf seine Qualitätsparameter. BondStar® bietet die Möglichkeit, schnellere Sortenwechsel auf höhere Qualitäten ohne Zwischensorten durchzuführen. Die grafischen Papiererzeuger erwarten wieder andere Ergebnisse vom Einsatz von BondStar®. Hier geht es hauptsächlich um Kostenoptimierung und Substitution teurer Rohstoffe durch günstigere Ersatzstoffe.
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Ein Anwendungsfall hierfür ist zum Beispiel der Offset Bereich. Dort gilt es speziell, die Füllstoffmenge bei gleichzeitiger Einhaltung der Bedruckbarkeits- und Festigkeitseigenschaften zu erhöhen. Dabei ist es mit BondStar® gelungen, die Füllstoffmenge bis auf 34 % zu steigern und alle Parameter einzuhalten.
Der Einsatz von BondStar® bewirkt als Nebeneffekt oft eine Steigerung der Retention und Entwässerung. Gleichzeitig kann die Formation leicht verbessert werden. Mit einem höheren Füllstoffeinsatz kann zudem eine bessere Trocknung erreicht werden. BondStar® verhält sich im System relativ neutral und verträgt sich hierbei mit diversen handelsüblichen chemischen Additiven.
Dies weckt beim Kunden großes Vertrauen, weil er sein System nicht an BondStar® anpassen muss beziehungsweise kann oder will. Somit gibt es zum Beispiel keinen negativen Einfluss auf optische Aufheller, auf diverse Leimungsmittel, Retentionsmittel oder Farben.
INSTALLATION DER ANLAGENTECHNIK – MASSGESCHNEIDERTE LÖSUNGEN FÜR JEDEN KUNDEN
Nach dem erfolgreichen Papiermaschinenversuch erfolgt die Projektierung der Anlagentechnik und deren Installation. ACAT hat einen eigenen Anlagenbau in Österreich und verfügt über alle Möglichkeiten, die Anlagen maßgeschneidert für den jeweiligen Kunden auszulegen. Bevor eine Anlage projektiert wird, wird gemeinsam mit dem Kunden ein idealer Platz für die Anlagentechnik ausfindig gemacht. Anhand von CAD Plänen kann ACAT die Anlagen in 3D einzeichnen und dem Kunden vorab vorstellen. Bei der Installation einer Anlage müssen sämtliche Faktoren, wie zum Beispiel Entladung des Rohmaterials und Nähe zum Dosierort, berücksichtigt werden. Für die Aufstellung und Inbetriebnahme der Anlagentechnik werden meist nicht mehr als fünf Werktage benötigt.
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START-UP UND OPTIMIERUNG
Der Start-Up der Anlagentechnik erfolgt mit dem ACAT-Anfahrteam. Über einen längeren Zeitraum wird das Produkt seitens ACAT sowohl technisch als auch technologisch betreut. Dabei erfolgt eine kontinuierliche Schulung der Papiermacher und eine gemeinsame Optimierung der Einsatzmengen und des Sortenprogramms.
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Über die Start-Up Phase bekommt man ein Gefühl für die Verbrauchsmengen. So kann die Logistik der Rohmaterialien optimal eingetaktet werden.
Oft übernimmt der Kunde nach einer gewissen Zeit die Fahrweise mit BondStar® selbstständig. Wann immer er nun BondStar® benötigt, startet er die Pumpen eigenständig und fährt seine Produktion. Die Anlagentechnik steht die ganze Zeit Standby und produziert nach Bedarf automatisch.
AFTER SALES SERVICE – STEUERUNG DER LOGISTIK
Der regelmäßige Besuch beim Kunden und die Pflege der Anlagentechnik ist bei ACAT Bestandteil des Services. Über diverse telemetrische Dienste sind wir in der Lage, die Anlagen weltweit zu überwachen, zu steuern und zu warten. Hierüber wird auch in Absprache mit dem Kunden die gesamte Rohstofflogistik abgewickelt.
BONDSTAR® – WELTWEIT
Durch langjährige Erfahrungen ist ACAT weltweit führend mit BondStar® on-site Produktion von synthetischen Trockenverfestigern. Von den USA bis nach China ist ACAT mit seiner Technologie vertreten.
Wir freuen uns auf neue Projekte und sind gespannt, wohin uns unsere Reise das nächste Mal bringt.
Durch die immer weiter fortschreitende Schließung der Wasserkreisläufe bei der Papierproduktion und den erhöhten Eintrag von Altpapier kommt es zu einer Anreicherung von sogenannten Störstoffen.
download >Durch die immer weiter fortschreitende Schließung der Wasserkreisläufe bei der Papierproduktion und den erhöhten Eintrag von Altpapier kommt es zu einer Anreicherung von sogenannten Störstoffen. Diese Störstoffe lassen sich sowohl nach ihrer Herkunft als auch nach ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden (Abb.1). Für Betrachtungen prinzipieller Art reicht es jedoch aus, zwischen löslichen und partikulären beziehungsweise unlöslichen Störstoffen zu unterscheiden.
Ein möglicher Weg zur Beschreibung von Störstoffen ist deren Charakterisierung durch fundamentale physikalisch / chemische Parameter.
Die wichtigsten Parameter sind in diesem Zusammenhang die gewichtsspezifische Ladungsdichte und die Partikelgröße. Lösliche Störstoffe sind Moleküle oder Makromoleküle und liegen daher im Bereich unter einem Mikrometer. Mehrere Untersuchungen in Wasserkreisläufen zahlreicher Papierfabriken haben ergeben, dass mehr als 90 Prozent des partikulären Störstoffvolumens in einem Teilchengrößenbereich zwischen 1 μm und 50 μm anzutreffen sind (Abb.2).
Bei der Behandlung von Störstoffen in der Papierherstellung ist eine klare Unterscheidung zwischen Ladungsneutralisation und der Bekämpfung von Ablagerungen wichtig.
Im Falle der unlöslichen Störstoffe liegt der Behandlungsschwerpunkt meist auf der Ladungsneutralisation, wobei bei partikulären Störstoffen der Ablagerungsaspekt im Vordergrund steht.
Für viele partikuläre Störstoffe steht die Ablagerungsneigung im wässrigen Medium – das heißt, während der Stoffaufbereitung und in der Sieb-und Pressenpartie – in einem engen Zusammenhang mit deren „Klebrigkeit“. Die Ablagerungsneigung der Störstoffpartikel steigt mit zunehmender Partikelgröße.
Selbst Störstoffpartikel, die zunächst noch aufgrund geringer Größe ein niedriges Ablagerungspotential besitzen, können durch lange Verweilzeiten im System mit anderen Partikeln koagulieren und so ihr Ablagerungspotential vergrößern.
Eine inzwischen gut etablierte Methode zur Entfernung von Störstoffpartikeln in diesem Größenbereich ist deren Fixierung mit Hilfe kationischer Polymere. Dabei ist es wichtig, dass die Partikel im fein dispergierten Zustand und ohne Koagulatbildung fixiert werden.
Kationische Polymere der BondStar®-Serie bieten unter anderem eine breite chemische Möglichkeit in konkreten Anwendungssituationen.
Chemie der Fixiermittel
Das Fixiermittel wirkt als Verbindungsglied zwischen Faser und Störstoffteilchen. Dabei wirken anziehende Kräfte sowohl zwischen Polymer und Faser, als auch zwischen dem Polymer und dem Störstoffteilchen (Abb.3).
Im Falle der Abscherung des Störstoffteilchens bliebe das Polymer auf der Faser zurück. Zur Einstellung der Wechselwirkungskräfte kann man verschiedene molekulare Parameter des Polymers optimieren. Die wesentlichen Parameter sind das Molekulargewicht, die Ladungsdichte, die Molekularstruktur und die Modifizierung des Moleküls mit zusätzlichen funktionellen Gruppen.
Verschiedenste Stoffsysteme und deren Anwendungsumfeld verlangen ideale Kombinationen in den verschiedensten molekularen Parametern. Diese Flexibilität bieten beispielsweise die Produkte der BondStar®-Serie seitens der ACAT.
BondStar® Produkte weisen über einen breiten pH- Bereich (3 – 10) sehr hohe kationische Ladungen auf (bis zu 15 meq/g), (Abb.4).
In der punktuellen Fixierung kann man BondStar® Produkte optimiert über ein breites Papierproduktionsspektrum einsetzen, von holzfreien Papieren, über Feinpapiere bis zu Papieren aus 100 Prozent Altpapier und in der Kartonerzeugung.
Praxisfall
Probleme in der Runability mit hellen Flecken, Löchern, Abrissen und dergleichen gaben an einer Papiermaschine zur Produktion von Standardzeitungsdruck (500 t/Tag) den Anlass, verschiedenste Versuche zur Reduzierung hydrophober Partikel, resultierend aus Harzsäuren vom TMP, über einen längeren Zeitraum durchzuführen. In mehreren Voruntersuchungen zeigte sich der Einsatz von BondStar als mögliche Variante zur Reduzierung dieser Partikel auf.
Harzsäuren:
Chemisch handelt es sich bei Harzsäuren häufig um Carbonsäuren, die auf Terpenen basieren. Typische Vertreter der Harzsäuren sind: Abietinsäure (Abb.5), Neoabietinsäure, Lävopimarsäure, Pimarsäure und Palustrinsäure.
Neben den herkömmlichen Messmethoden zur analytischen Erfassung von Störstoffen, wie
Polyelektrolyttitration der Verbrauch an kationischen Hilfsmitteln bestimmt) legen wir seitens der ACAT besonderes Augenmerk auf die Auswertungen in der
Verbesserungen durch den Einsatz von BondStar®:
Durch den Einsatz von BondStar® ist eine deutliche Reduktion in der Anzahl der hydrophoben Teilchen nachvollziehbar (Abb. 6).
Dosierstelle BondStar®: im TMP ungebleicht zur Mischbütte.
Dosiermenge BondStar®: 0,5%
der Reinigungsstillstände pro Monat)
(Abb.7)
De Eigenschaften mit sich (Einsparungspotential in den Retentionsadditiven)
Kostendruck bei Feinpapieren hat in den letzten Jahren dazu geführt, dass Möglichkeiten hinsichtlich des Ersatzes von teureren Faserstoffen immer öfter geprüft werden.
download >Um die optischen Papiereigenschaften und Eigenschaften hinsichtlich Bedruckbarkeit nicht negativ zu beeinflussen, kommen als Ersatz für Faserstoffe in erster Linie kostengünstigere Füllstoffe in Frage. Oft sind heute aber die Einsatzmengen von Füllstoffen schon ausgereizt, da die Papierindustrie in dieser Richtung recht aktiv war. Eine weitere Steigerung der Einsatzmengen wird heute über den Einsatz von Chemikalien versucht. Mit dem Einsatz von Trockenverfestigern wie unserem BondStar® 289 L, können einige Festigkeitsparameter trotz höherer Füllstoffanteile zum Teil konstant gehalten werden. Jedoch kommt es durch die Füllstofferhöhung sehr oft zum Verlust der Biegesteifigkeit, die für die Runnability von Druckmaschinen und Ko- pierern von großer Bedeutung ist.
ACAT hat einen Weg gefunden, sein bisheriges System bestehend aus BondStar® 289 L zur Füllstofferhöhung mit BondStar® 201 L zu ergänzen, um die Verluste an Steifigkeit zu kompensieren. Es wurden Versuche an einer Feinpapiermaschine durchgeführt, die vorwiegend Kopierpapier zwischen 60 und 90 g/m² produziert.
Als Retentionsmittel-System kam ein typisches Zweikomponenten-System mit Polymer und Bentonit zum Einsatz. Während des Versuchs lief:
Es wurde zunächst das BondStar® 289 L mit 3kg/t in die Füllstoffleitung eingeführt. In einem weiteren Schritt wurde das BondStar® 201 L mit 1,5 kg/t am Ausgang der Maschinen Bütte zu dosiert. (Siehe Abbildung)
Mit der Einführung von BondStar® 289 L wurde der Füllstoff (GCC) von 22% auf 26% angehoben.
Dabei kam es zu einem Verlust der Steifigkeit von 5%. Um den Verlust zu kompensieren, wurde BondStar® 201 L eingeführt. Damit stieg die Steifigkeit 5% über den Ausgangswert. Um das Potential dieses Systems zu eruieren, wurde der Füllstoffanteil um weitere 2% auf 28% angehoben mit dem Ergebnis, dass die Steifigkeit auf Niveau des Ausgangswertes lag (siehe Abb. unten).
Fazit:
Mit einer Dosiermenge von 3kg/t BondStar® 289 L und 1,5 kg/t BondStar® 201 L ist es möglich, bis zu 6% mehr Füllstoff zu dosieren, ohne Biegesteifigkeit zu verlieren.
ACAT bereichert die BondStar® Reihe mit einer innovativen Weiterentwicklung bekannter Technologie.
download >Nach erfolgreicher Einführung unserer Trockenverfestiger auf Basis von GPAM (Glyoxilierte Polyacrylamide) ergänzen wir nun unser Portfolio im Bereich Trockenverfestigung und Additive zur Steigerung der Effizienz um zwei neue Produkte auf Basis Polyvinylamin (PVAm). Dabei handelt es sich um die Produkte:
BondStar® 206L und BondStar® 284L
Diese Produkte können vor allem bei älteren Papiermaschinentypen, wie Langsiebmaschinen, Obersiebformern oder Papiermaschinen mit Egoutteur, den Trockengehalt steigern und einen Geschwindigkeitsgewinn bis zu zehn Prozent bewirken.
Dieser Effekt beruht vor allem auf der Ausbildung einer feinen Flockenstruktur. Diese Flockenstruktur wirkt sich positiv auf die Vakuumentwässerung und auf das Entwässerungsverhalten in der Pressenpartie aus. Durch den Nebeneffekt der Steigerung von Festigkeiten kann zudem die Effizienz der Papiermaschine durch Reduktion von Abrissen verbessert werden.
Bei Feinpapieren besteht die Möglichkeit Papiere mit höheren Füllstoffgehalten zu produzieren, ohne die Festigkeiten negativ zu beeinflussen. Die oben angeführten Vorteile möchten wir am folgenden Fallbeispiel näher erörtern:
Fallbeispiel Verpackungspapiermaschine:
Papiersorte:
Papiermaschine:
Dosierort und Mengen:
Maschinenbütten (Dickstoff)
(Dünnstoff)
Handelsware
Ergebnisse Versuch 1:
Ergebnisse Versuch 2:
Fazit:
Eine Dosierung im Dickstoffbereich ist zu favorisieren, wenn Festigkeitssteigerungen im Vordergrund stehen. Falls eine Steigerung der Papiermaschinengeschwindigkeit im Vordergrund steht, sollte die Dosierung näher zum Stoffauflauf erfolgen.
Unsere Anwendungstechnik ist gern bereit, auch Ihnen die Vorteile dieser spezifischen Weiterentwicklung der altbekannten Polyvinylamin-Technologie im Rahmen von Labor- und Maschinenversuchen vorzustellen und diese in der Praxis nachzuweisen.
BondStar® ist ein nachhaltiges Produkt, das als Trockenverfestiger im Bereich der Altpapier verarbeitenden Industrie hervorragende Ergebnisse erzielt und keinerlei negative Auswirkungen auf die Umwelt hat. Ersteres bestätigt der erfolgreiche Einsatz weltweit, letzteres umfangreiche Versuchsreihen, die Lucas Wagner im Rahmen seiner Masterarbeit an der FH Oberösterreich durchgeführt hat, um den Einfluss von glyoxilierten Polyacrylamiden auf die anaerobe Behandlung der bei der Produktion von Wellpappenrohpapier anfallenden Abwässer zu untersuchen.
download >Etwa 40 % der in Deutschland in Betrieb befindlichen Anaerobanlagen zur Industrieabwasserbehandlung sind in der Papier- und Zellstoffindustrie im Einsatz. Am häufigsten wird das Verfahren bei den Herstellern von Verpackungspapieren aus Altpapier verwendet, insbesondere bei Wellpappenrohpapieren, die auf Grund der engen Kreislaufschließung mit geringen spezifischen Abwassermengen produziert werden. Durch das ständige Recycling werden die Papierfasern beim Einsatz von Altpapier nämlich zwangsläufig immer kürzer, was zu einer verminderten Papierfestigkeit führt. Um den daraus resultierenden negativen Folgen, wie Nichteinhaltung der geforderten Papierspezifikationen oder im Rahmen des Produktionsprozesses Abrissen auf der Papiermaschine entgegenzuwirken, werden verschiedenste chemische Additive verwendet, darunter auch Trockenverfestiger.
ACAT hat mit der Produktfamilie BondStar® einen synthetischen Trockenverfestiger entwickelt, der weltweit erfolgreich Anwendung findet. BondStar® wird früh im Wet-End der Stoffsuspension zugegeben. Durch das sehr gute Aufziehverhalten von BondStar® verbleibt es zu sehr hohem Anteil in der Papierbahn, so dass nur ein sehr geringer Anteil in den zu behandelnden Abwasserstrom und damit weiter zur Anaerobanlage gelangt. Das Produkt wird in unterschiedlicher Konzentration als Handelsware angeboten. Da aber glyoxilierte Polyacrylamide nur eine sehr beschränkte Haltbarkeitsdauer aufweisen, wurde von ACAT auch eine kosteneffiziente on-site Technologie entwickelt, bei der die Herstellung von BondStar® in der Papierfabrik vor Ort erfolgt und so eine bedarfsgerechte Produktion zur Vermeidung von Problemen mit der Haltbarkeitsdauer ermöglicht.
Durch den Einsatz von BondStar® kommt es zu einer gesteigerten Trockenfestigkeit, weniger Abrissen, höheren Geschwindigkeiten der Papiermaschine und erhöhten Füllstoffanteilen im Endprodukt. BondStar® wirkt – ähnlich wie polymere Flockungshilfsmittel, die in der Schlammeindickung und Schlammentwässerung auf Kläranlagen eingesetzt werden – über ihre Ladung vernetzend/verbindend zwischen solchen Partikeln, die eine andere Ladung aufweisen als das Polymer.
Im Rahmen seiner von Dipl.Ing.Dr.nat.techn. Kiril Atanasoff betreuten Masterarbeit an der FH Oberösterreich in Zusammenarbeit mit der Hochschule Ostwestfahlen-Lippe – Fachbereich Bauingenieurwesen, Labor für Siedlungswasserwirtschaft ist Lucas Wagner der Frage nachgegangen, ob der Einsatz von BondStar® zu negativen Effekten auf den anaeroben Abbau der bei der Produktion anfallenden Abwässer führen kann. Dazu führte er einerseits umfangreiche Batchversuche und andererseits kontinuierliche Laborversuche mit zwei parallel betriebene UASB-Reaktoren im Labormaßstab durch.
Batchversuche
Die Batchversuche wurden in 2-Liter-Glasflaschen angesetzt und bei einer Temperatur von 37 °C ± 1 °C durchgeführt. Als Substrat diente in der ersten Versuchsreihe Abwasser aus der Vorversäuerung der Betriebskläranlage eines Wellpappenrohpapierwerks in Bayern, in einer weiteren Versuchsreihe eine 0,5% ige Essigsäurelösung mit einem pH-Wert von 6,5. Als Impfschlamm kam Pelletschlamm aus der werkseigenen Anaerobanlage des Wellpappenrohpapierwerks in Bayern zum Einsatz. In dem bayerischen Werk wird BondStar® als 2% ige Lösung eingesetzt, und zwar in einer Menge von 66 l/m³ Abwasser.
In den unterschiedlichen Batchansätzen wurde nun davon ausgegangen, dass unterschiedliche Mengen des Trockenverfestigers auf und im Endprodukt Papier verbleiben. Im Umkehrschluss ergeben sich daraus entsprechende Restkonzentrationen für das Abwasser. Diese Restkonzentrationen wurden durch den Einsatz unterschiedlicher Mengen von BondStar® 2 % in den Batchansätzen simuliert.
Kontinuierliche Laborversuche
Mit den im Wellpappenrohpapierwerk durchgeführten Laborversuchen sollte die Auswirkungen eines Störfalls in der Produktionsanlage – beispielsweise einem Rohrbruch oder eine Leckage beim Vorratstank – simuliert werden, wodurch verschieden hohe Mengen an 2% iger BondStar®-Lösung direkt in den Abwasserstrom und damit in die ananaerobe Vorbehandlungsanlage gelangen. Die Auswirkungen der erhöhten BondStar®Konzentrationen im Abwasser verursacht durch einen Störfall auf den ananaeroben Abbauprozess in den UASB Reaktoren sollten erfasst und dokumentiert werden.
Ein kontinuierlicher Versuchsbetrieb mit erhöhten BondStar®-Zusätzen erfolgte nicht, da ein solcher Betriebszustand auf eine nicht bedarfsorientierte Betriebsweise hindeutet und schon aus Produktionskostengründen vermieden werden sollte.
Als Abwasser diente das vorversäuerte Abwasser der großtechnischen Betriebskläranlage. Wobei auch dieses Abwasser infolge des Einsatzes von BondStar® in der Produktion bereits geringe Mengen an BondStar® aufwies.
Die Laborreaktoren für die kontinuierlichen Versuche wurden vom Labor für Siedlungswasserwirtschaft der Hochschule Ostwestfalen-Lippe entliehen. Zur Simulation der fiktiven Störfälle wurden verschiedene BondStar®-Konzentrationen eingestellt, wobei im Rahmen der Versuchsansätze davon ausgegangen wurde, dass ein BondStar®-Zulaufrohr bricht und BondStar® direkt der Kläranlage zuläuft. Im Betrieb selbst werden rund 208,5 ml BondStar® pro 5 l Stoffsuspension zugesetzt.
In den Versuchsannahmen wurde nun davon ausgegangen, dass einmalig rund 10 % – 100 % der eingesetzten BondStar®-Lösung nicht ins Produkt, sondern ins Abwasser gehen. Bei der Simulation der Störfälle wurde davon ausgegangen, dass zum Beispiel ein BondStar®Zulaufrohr bricht und ein Teil beziehungsweise die gesamte Menge BondStar® (100 %) direkt der anaeroben Vorreinigungsstufe zuläuft.
Die den Versuchen zugrunde gelegten Zusätze von BondStar® zum Abwasser in Prozent der eingesetzten BondStar®-Menge (10 %, 50 %, 100 %) sollten simulieren, dass diese Prozentanteile des Trockenverfestigers nicht vom Wellpappenrohpapier aufgenommen wurden, sondern ins Abwasser gelangten.
Der Trockenverfestiger wurde immer einmalig dem Vorlagebehälter für das täglich frisch beigestellte Rohabwasser in den jeweiligen für die Störfallsimulation ausgewählten unterschiedlichen Mengen zugegeben; danach wurde der Reaktor circa 14 Tage mit Abwasser ohne BondStar®-Zusatz weiterbetrieben.
Um die Auswirkungen des Zusatzes von BondStar® im Rahmen des Störfalles ermitteln zu können, wurde einer der beiden UASB Reaktoren nur mit vorversäuertem Rohabwasser betrieben, zu dem zweiten Reaktor wurde einmalig ein Abwasser-BondStar®-Gemisch mit den jeweiligen BondStar®-Zusätzen dosiert. Im Vergleich zwischen den beiden Reaktoren, die im Wesentlichen mit den CSB Raumbelastungen und hydraulischen Aufenthaltszeiten wie in der werkseigenen Anaerobanlage betrieben wurden, sollte sich zeigen, ob und welche Auswirkungen bei einem Störfall mit BondStar® auftreten.
Folgende Schlüsse können aus den Tests gezogen werden:
In ihrer Begutachtung der Masterarbeit von Lucas Wagner kam Prof.Dr.Ing. Ute Austermann-Haun von der Hochschule Ostwestfalen-Lippe zu folgenden Schlüssen:
Das Ergebnis
Bei Vorliegen von BondStar® im Papierfabrikabwasser war unter den beschriebenen Bedingungen weder eine akute noch eine schleichende Toxizität noch eine Hemmung der Biogasproduktion und des CSB Abbaus feststellbar. Es trat weder eine akute, noch eine langfristige Hemmung oder Toxizität auf. Aufgrund der Versuche ist de facto auszuschließen, dass BondStar® bei richtiger Anwendung im Betrieb und selbst bei einzelnen Störfällen, wie sie im Rahmen der Papierproduktion natürlich immer wieder auftreten können, zu einer nachhaltigen Hemmung der Methanisierung führt.
Der letzte Versuchsansatz mit einer direkten Dosierung von 208 ml in den Reaktor simulierte zwar ein unrealistisches Szenario, wurde aber dennoch durchgeführt, um die Auswirkungen zu beobachten und zu beschreiben. 208 ml auf 3,75 l Reaktorvolumen entspricht einer Menge von 55 ml/l entsprechend 55 l/m³ Reaktorvolumen.
In der Realität würde dies beispielsweise für einen Betrieb wie der Papierproduktion für Wellpappe bedeuten, dass circa 70 m³, also mehr als drei Tankfahrzeuge à 20 m³ BondStar® 2% direkt mit dem in Abwasser vermischt schlagartig in die Abwasserbehandlungsanlage und von dort in die Methanreaktoren gelangen würde.
Lucas Wagner konnte in diesem Fall beobachten, dass sich der Schlamm zu einer massiven Schwimmschicht formte. Bei anderen großtechnischen Anlagen konnte Prof. Dr.Ing. Ute Austermann-Haun feststellen, dass eine zu hohe Gabe an polymeren Flockungshilfsmitteln durch die Viskositätsveränderung dazu führt, dass die
Pellets das gebildete Biogas nicht abführen können. Dies wiederum führt zu dem auch hier beobachteten Flotieren der Biomasse. Die mikroskopischen Aufnahmen der Pellets zeigten massive Verklebungen der Pellets und das Binden der Feinststoffe an die Pellets. Die Pellets waren aber weiterhin funktionstüchtig, das heißt im Abbauverhalten nicht beeinträchtigt.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass BondStar® ein nachhaltiges Produkt darstellt, mit dem im Bereich des Einsatzes bei der Papierproduktion aus Altpapier die Produktionsbedingungen schonend verbessert werden.
Störfallsimulationen von ins Abwasser gelangenden erhöhten Anteilen von BondStar® zeigten im Rahmen von Laborversuchen keine akut toxischen noch mittelfristig negativen Auswirkungen auf den anaeroben Abbau.
Unser besonderer Dank gilt Prof.Dr. Ute Austermann-Haun und Frau Dipl.Ing. Heike Witte von der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe sowie Dr. Alexander Jäger von der Fachhochschule Wels für die fachliche und praktische Unterstützung bei der Durchführung der Batch- und Laborversuche.
Die BondStar® Serie ist eine marktführende neue Technologie, die den Kunden eine großartige Geschäftschance bietet.
download >Unsere bisherigen Erfahrungen aus der Praxis mit BondStar® zeigten, dass bei der Produktion von Feinpapieren die Laufeigenschaft der Papiermaschine verbessert, der Füllstoffanteil gesteigert und der Langfaseranteil im Papier reduziert werden kann.
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Bei Anwendungen für Zeitungsdruckpapiere konnten wir eine Füllersteigerung und eine höhere Produktionsleistung verzeichnen, während im Tissue Papier der Laufzeitwirkungsgrad der Maschine verbessert und die Faserverluste verringert werden konnte.
Anwendungstechnische Erfahrung, Optimierung der Dosierstellen und enge Zusammenarbeit mit dem Kunden sind wichtige Voraussetzungen, um die Rentabilität zu maximieren und das beste Preis-Leistungsverhältnis aus dem Produkt zu erzielen.
In der Regel führt eine Erhöhung des Füllstoffgehaltes in Feinpapieren zu einer Verschlechterung der Laufeigenschaften und Festigkeiten, so wie zu vermehrten Ablagerungen in der Maschine.
Die derzeit laufenden Anwendungen von BondStar® 206L in Asien demonstrieren in beeindruckender Weise, was durch Zugabe dieses Additivs erreicht werden kann: BondStar® 206L verbessert die First-Pass-Retention und die Ascheretention, steigert die Entwässerungsleistung, erhöht die Nassbahnfestigkeit der Papierbahn (IWWS), senkt die Energiekosten und erhält die Festigkeitseigenschaften des Blattes.
Die folgenden Ergebnisse stammen aus einer Reihe von verschiedenen aktuellen Anwendungen:
In letzter Zeit werden wir bei Kundenbesuchen immer öfter mit der Frage nach Trockenverfestigung oder höhere Füllstoffgehalte ohne Verlust von Festigkeiten bei grafischen Papieren konfrontiert. Diese Anfragen und unsere Erfahrungen auf dem Gebiet von Trockenverfestigern haben uns dazu motiviert, dieses Thema an dieser Stelle aufzugreifen.
download >Der enorme Kostendruck auf grafische Papierhersteller hat in den vergangenen Jahren dazu geführt, dass teurere Fasern zum Teil durch Füllstoffe, sei es in der Masse und/oder im Strich, ersetzt wurden. Dieser Trend setzt sich momentan weiterhin fort, da sich einige Neuentwicklungen noch im Versuchsstadium befinden. Unterschiedliche Konzepte – sei es durch Trockenverfestiger, verbesserte Füllstoffe oder optimierte Strichfarbenadditive – haben zuletzt zwar bereits Erfolge gebracht.
Doch führen steigende Füllstoffgehalte mittlerweile innerhalb kurzer Zeit zu steigenden Füllstoffgehalten im Altpapier.
Einige Papierhersteller, die vor allem untere Altpapiersorten wie beispielsweise 1.01 verarbeiten, bekommen mittlerweile unter anderem genau dadurch Probleme mit ihren Wasserkreisläufen und mit den Festigkeitswerten. Hierzu zählen vor allem die Zeitungsdruckpapier- und Verpackungspapierhersteller. Einige dieser Papierproduzenten versuchen, die Asche selektiv durch mechanische Aggregate wie zum Beispiel Flotationsanlagen auszutragen, was bis zu einem gewissen Grad auch gelingt und für begrenzte Zeit für Entspannung sorgt.
Zitat von Herrn Michael Habeck, Werksleiter der Papierfabrik Adolf Jass GmbH.: „Wir sind mittlerweile zum Entsorger für die Rügener Kreide geworden“.
Die Verpackungspapierhersteller haben momentan aber mehrere Trends zu bewältigen: Höhere Füllstoffgehalte im System, fallende Altpapierqualität durch hohe Nachfrage und mehrfaches Recyclieren sowie einen Trend zu niedrigeren Flächengewichten. Mittlerweile haben sich 80 g/m² als Standardsorte bei Wellenstoff etabliert. In der Graphik oben sind beispielhaft die durchschnittlichen Aschegehalte eines Verpackungspapierherstellers dargestellt. Die ACAT bietet seit Kurzem unterschiedliche synthetische Trockenverfestiger der Serie BondStar® an. Mit diesen Trockenverfestigern ist es möglich, Frischfasern oder höherwertige Altpapierfasern durch niedrige und damit günstigere Altpapiersorten zu ersetzten, ohne dabei die geforderten Eigenschaften negativ zu beeinflussen.
Weiterhin ist es möglich, trotz höherer Aschegehalte im Papier die Festigkeiten stabil zu halten. Als Nebeneffekt führen diese Chemikalien in einigen Systemen dazu, dass die Effizienz der Papiermaschinen deutlich gesteigert werden kann. Dieser Effekt ist insbesondere einer stabileren und festeren Papierbahn geschuldet, wodurch die Geschwindigkeit gesteigert werden kann und die Abrisse vor allem durch Randfehler reduziert werden.
Unsere synthetischen Trockenverfestiger behalten auch in geschlossenen Systemen mit hohen Leitfähigkeiten ihre Eigenschaften, wo Wet-End Stärke oft nicht mehr funktioniert. Für die Zukunft entsteht ein Markt für synthetische Trockenverfestiger, welche teilweise in Konkurrenz aber mehrheitlich als Ergänzung zu gängigen Trockenverfestigern, wie etwa Stärke, stehen werden.
Diesen Bereich hat sich ACAT als Nummer Eins Forschungs- und Entwicklungsprojekt auf die Fahne geschrieben.
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