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Initiale Nassfestigkeit von Papier

Prof. Dr. Stephan Kleemann
Fakultät für Versorgungs- und Gebäudetechnik, Verfahrenstechnik Papier und Verpackung, Druck- und Medientechnik


Ausgangssituation/Problemstellung
Es gibt eine Vielzahl von Veröffentlichungen, die empirisch zeigen, dass die initiale Nassfestigkeit von Papierbahnen durch Additive, mechanische oder chemische Fasermodifizierungen beeinflusst werden kann. Dem gegenüber gibt es jedoch kaum Hinweise in der Literatur, welchen chemischen oder physikalischen Mechanismen die initiale Nassfestigkeit folgt und wie diese gezielt beeinflusst werden kann.


Die initiale Nassfestigkeit stellt im Papiererzeugungsprozess die wichtigste Größe zum Einstellen des ersten freien Zuges in der Papiermaschine dar und ist damit der wichtigste Parameter zur Verringerung von Abrissen innerhalb der Papiermaschine. Insbesondere für Papiere, die ein niedriges Flächengewicht haben und/oder die auf Maschinen mit offener Bahnführung nach der Sieb- oder Pressenpartie gefertigt werden, ist dieser Parameter sehr wichtig.


Immer höhere Maschinengeschwindigkeiten in der Folge von Produktivitätssteigerungen führen zu größeren Zugbeanspruchungen der Papierbahn, die häufig zu Abrissen führen. Der Wirkungsgrad einer Papiermaschine ist dabei immer nur so gut, wie der schwächste Abschnitt der Anlage. Der erste freie Zug mit noch initial nasser Papierbahn kann daher den Gesamtwirkungsgrad empfindlich reduzieren.


Forschungsziel/Forschungsergebnis
Das Ziel dieses Projekts ist es, die Mechanismen der initialen Nassfestigkeit zu identifizieren und dieses Wissen zu nutzen, um die initiale Nassfestigkeit in der Produktion von Papieren gezielt zu steigern und damit eine wirtschaftlichere Papierherstellung zu ermöglichen.


Am Rasterelektronenmikroskop konnten sehr gute Aufnahmen zur Festigkeitsentwicklung im nassen Papier gemacht werden. Die Bilder zeigen am realen Blatt mit entsprechend hohen Wassergehalten das Verhalten der Fasern und Fibrillen, das bislang nur in Modellvorstellungen beschrieben werden konnte. Die Untersuchungen zu den Phänomenen der Festigkeitsbildung wurden mit unterschiedlichen Faserstoffen und physikalischen Randbedingungen erfolgreich durchgeführt. Die Ergebnisse fließen in die laufenden Arbeiten bezüglich Nutzung und Weiterentwicklung von Additiven ein. Die Industriepartner arbeiten mit sehr großem Engagement an verschiedenen Problemlösungen. Die Ergebnisse werden in den Arbeitstreffen ausführlich diskutiert.


Anwendungen/Wirtschaftliche Bedeutung
Die Herstellung der Muster für die Mikro- und Makroanalytik wird über die Blattbildner im Labor der Hochschule München erfolgen, oder über die Versuchspapiermaschine vom Institut für Verfahrenstechnik Papier e.V.. Diese hat eine Siebbreite von 22 cm und eine Zwei-Nip-Presse. Über die Einstellungen in der Sieb- und Pressenpartie kann der Trockengehalt der Muster sehr variabel eingestellt werden. Sie eignet sich daher optimal zur schnellen Generierung unterschiedlicher Muster.


Die Papierindustrie und die entsprechenden chemischen Zulieferfirmen bestätigen immer wieder die gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse auf einer solchen Maschine.


Die bayerische Papierindustrie produziert mit großen, schnelllaufenden Maschinen an verschiedenen Standorten Druck- und Verpackungspapier sowie auf langsamer laufenden Maschinen Spezialpapiere. Beide Gruppen haben ein großes Interesse an den Ergebnissen dieses Projekts. An den Maschinen mit großer Tonnage und Geschwindigkeiten sind es besonders die Adhäsions-und Fliehkräfte, die eine hohe initiale Nassfestigkeit in der Presse erfordern. Bei den Spezialpapierherstellern sind es vor allem freie Züge und damit verbundene Zugspannungen zwischen den einzelnen Prozessschritten, die dem noch nassen Papier hohes Kraftaufnahmevermögen abverlangen.


Das Forschungsprojekt wurde vom 01.05.2012 - 30.04.2015 durch die Bayerische Forschungsstiftung (BFS) gefördert.


Projektpartner waren:

  • BTG Instruments GmbH,
  • LEIPA Georg Leinefelder GmbH,
  • Neenah Gessner GmbH,
  • Sappi Stockstadt GmbH,
  • DS Smith Paper Deutschland GmbH,
  • UPM Augsburg,
  • Institut für Verfahrenstechnik Papier e.V. (IVP)