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Um eine effektive Reduktion von Störstoffen wie Wood Pitch, White Pitch und Stickies zu erzielen, sollten diese in ihrer kleinsten möglichen Form an Faser-und Feinstoffe fixiert werden. Dies geschieht meist unter Anwendung von anorganischen und organischen Fixiermitteln. Soll eine erfolgreiche Fixierung von kolloidalen Stoffen bei minimierter Agglomeration erreicht werden, sind Fixiermitteltyp, Dosiermenge und Dosierort kritische Variable. Agglomerate können zu Qualitätseinbußen und Abrissen an der Papiermaschine führen.

Oft wird heute die Trübungs-und Ladungsmessung bei der Selektion und Optimierung von Fixiermitteln herangezogen. Diese Messmethoden können einen einfachen Überblick geben, jedoch nicht Informationen über die Art und Weise der Fixierung von kolloidalen Bestandteilen und deren Agglomeration weitergeben.

Hier soll eine neue Methode vorgestellt werden, mit deren Hilfe eine Fixierung von kolloidalen Substanzen auf Faser- und Feinstoffe in die gewünschte Richtung optimiert werden kann. Der Vorteil dieser Methode ist, dass Produktauswahl, Bestimmung der Dosiermengen und Dosierort auch direkt vor Ort in der Papierfabrik erfolgen können. Im Folgenden präsentieren wir Anwendungsbeispiele für den Einsatz dieser Methodik und diskutieren verschiedene Regel-Strategien bei der Dosierung von Fixiermitteln.

Störstoffe und ihre kostspieligen Folgen

 Durch unterschiedliche Faserstoffe und chemische Hilfsmittel werden Störstoffe in Papiermaschinenkreisläufe eingetragen. Werden sie nicht rechtzeitig in ihrer kleinstmöglichen Form behandelt, können sie später im Papiermaschinenkreislauf und an der Papiermaschine zu Ablagerungen führen. In der Folge können Papierdefekte entstehen, die oft erst beim Drucker zutage treten und zu kostspieligen Reklamationen führen.

Ablagerungen können an unterschiedlichen Stellen auftreten, oft sogar dort, wo man sie gar nicht vermuten würde, wie zum Beispiel in Pumpen und Sortierern. Oft ist die Behandlung von Störstoffen mit ungeeigneten Hilfsmitteln für solche Ablagerungen verantwortlich oder auch eine Behandlung an der falschen Stelle sowie mit den falschen Dosiermengen. Durch pH-Änderungen, Temperatur-Änderungen, Scherkräfte und verschiedene vor allem kationische Hilfsmittel führen schlecht fixierte Störstoffe später gern zu Agglomeraten, die sich durch Ablagerungen an Papiermaschinenaggregaten oder im Papier wiederfinden, was zu Produktionsausfällen und Reklamationen führt.

Optimierung mit dem APC (ACAT Pitch Counter)

 Heute gibt es zwar Standardmethoden wie die Trübungsmessung, Ladungsmessung und CSB-Messung, doch können diese bei der Auswahl geeigneter Hilfsmittel, deren Dosiermengen und Dosierort nur unzureichende Informationen liefern. So kann beispielsweise eine Agglomeration von Störstoffen mit diesen Methoden nicht erfasst werden. Die APC-Methode (ACAT Pitch Counter) gibt dagegen Aufschluss darüber, wie Störstoffe fixiert werden. In Abb.1 sind unterschiedliche Mechanismen von perfekter bis schlechter Fixierung dargestellt. Dabei wird sich bei allen Mechanismen der Trübungswert verbessern.

Durch die kompakte Bauweise kann der APC relativ einfach direkt vor Ort in der Papier-oder Zellstofffabrik eingesetzt werden.

Interpretation der Resultate

Auf der x-Achse kann generell die Partikelgröße von Pitch- oder Stickypartikeln in μm abgelesen werden. Auf der y-Achse ist die Anzahl pro ml abzulesen. In diesem Fallbeispiel handelt es sich um White Pitch Partikel aus gestrichenem Ausschuss. Ein ideales Fixiermittel (gelbe und rote Kurve) sollte die Anzahl der Partikel in allen Größenbereichen im Vergleich zur Nullprobe (schwarze Kurve) deutlich reduzieren, ohne dabei aus kleineren Partikeln Agglomerate (blaue Kurve) zu erzeugen. Mit dieser Methode werden mittels APC verschiedene Fixiermittel und Dosiermengen durchgemessen und hinsichtlich Kosten/Nutzen-Faktor bewertet. Anschließend wird gemeinsam mit dem Kunden eine Vorgehensweise definiert.

Fazit

Mit der APC-Methode können das optimale Fixiermittel, die optimale Dosiermenge und die optimalen Dosierstellen ausgewählt werden. Zudem können Untersuchungen direkt in der Papierfabrik durchgeführt und somit Betriebsversuche ideal begleitet werden.

Der Kunde besitzt neben anderen Maschinen im selben Werk eine zweilagige Kartonmaschine. Der Rohstoffeintrag wird aus einem integrierten Zellstoffwerk gedeckt. Je nach Sortenprogramm kommen dabei gebleichte und ungebleichte Sorten zum Einsatz. Zusätzlich variiert ebenfalls entsprechend den Qualitätsanforderungen das Verhältnis von Kurz- und Langfaser. Das Problem trat verstärkt bei der Umstellung von ungebleichter Deckschicht (Kraftliner) auf gebleichte Deckschicht (Topliner) auf.

Im Bereich der chemischen Technologie ist man bei diesem Kunden immer interessiert, sich auf den neuesten Stand zu entwickeln. Es wurde deshalb in den vergangenen Jahren die Leimung auf ASA umgestellt. Als Schutzkolloid wird kationische Massestärke verwendet. Zusätzlich gibt es eine Dosierung von PAC, um allfällige Ablagerungen zu reduzieren.

Im Bereich der Retention wird von uns ein Einkomponenten Bentonitsystem geliefert. Die Dosierung beträgt etwa ein bis eineinhalb Kilogramm Bent-Star pro Tonne Karton. Die Dosierstelle ist jeweils vor dem Stoffauflauf.

Im Rahmen der Optimierung der Leimung traten verstärkt Ablagerungen auf. Insbesondere im Bereich Obersieb kam es zu massiven Problemen und entsprechenden Ausfallzeiten. Unklar war jedoch die exakte Zuordnung der Problematik zu einer eindeutigen Ursache. Auch mit unterschiedlichsten Fahrweisen im Bereich der Leimung und der zugehörigen Komponenten wie Massestärke und PAC war nicht eindeutig nachweisbar, ob es sich tatsächlich um ASA Ablagerungen handelte – was die erste Vermutung aller Beteiligten gewesen wäre. Auch war man weit davon entfernt die Schwierigkeiten technologisch zu beherrschen.

Vorrangige Aufgabe unserer Papiertechnologen war somit die eindeutige Ursachenerhebung. Es wurden deshalb Proben vom Saugkasten Obersieb entnommen und in einem qualifizierten Labor mittels FTIR (Infrarotspektroskopie) untersucht. Anhand der Spektren und der Probenvorbereitung konnte nachgewiesen werden, dass es sich um Harz aus der Zellstoffproduktion handelt. Nach dieser Ursachenerhebung konnte nach einer Lösung gesucht werden.

In umfangreichen Laborscreenings wurden verschiedene Produkte und Verfahren untersucht. Ein wesentlicher Parameter in der Eingangsuntersuchung neben der Ladungsmessung und anderen Verfahren ist die Trübungsmessung. Dazu werden die besten Proben aus diesen Vorversuchen weiter untersucht. Insbesondere die FCM- Methode liefert interessante Ergebnisse, um die Vorversuche zu untermauern. Dabei können Partikel im Filtrat bestimmt werden und es kann zwischen Bakterien, Gesamtpartikeln und hydrophoben Teilchen unterschieden werden. Ziel der eingesetzten Chemikalien ist die Reduktion insbesondere der hydrophoben Teilchen.

Im konkreten Fall waren die Lösungsvorschläge aus den Laborversuchen der Einsatz von einem Kilo FixStar® pro Tonne Karton im Dünnstoff und die Erhöhung von BentStar® auf etwa zwei Kilogramm pro Tonne Karton. Die Umsetzung im Praxisversuch ist gerade in Vorbereitung.