Taschenbuch der Papiertechnik

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung – Historischer Abriss

2 Begriffe und Papiersorten

2.1 Begriffe

2.2 Papiersorten

2.3 Lexikon der Papiersorten

3 Rohstoffe der Papiererzeugung

3.1 Übersicht

3.2 Aufbau und Zusammensetzung des Holzes

3.3 Holzqualität

4 Holzvorbereitung für die Faserstofferzeugung

4.1 Rundholzlagerung

4.2 Entrindung

4.3 Hacken

4.3.1 Einflussgrößen der Hackschnitzel auf die Qualität des Faserstoffes

4.3.2 Einflussfaktoren auf die Qualität der Hackschnitzel

4.3.3 Hacker

4.4 Lagerung der Hackschnitzel

4.5 Sortieren/Sichten des Hackgutes

4.6 Rindenverwertung

5 Mechanische Zerfaserung von Holz (Holzstoff)

5.1 Einführung – Historischer Abriss

5.2 Rohstoff Holz

5.3 Verfahren zur mechanischen Zerfaserung von Holz zu Holzstoff

5.3.1 Stein-Verfahren

5.3.1.1 Wirkprinzip

5.3.1.2 Mechanische und thermische Vorgänge beim Stein-Verfahren

5.3.1.3 Einfluss verschiedener Parameter auf die Eigenschaften des Stein-Holzschliffes

5.3.1.4 Maschinen und Anlagen für die Holzstofferzeugung nach dem Stein-Verfahren

5.3.2 Refiner-Verfahren

5.3.2.1 Wirkprinzip

5.3.2.2 Mechanische, thermische und chemische Prozesse im Refiner-Verfahren

5.3.2.3 Maschinen und Anlagen für das Refiner-Verfahren

5.4 Aufbereitung des Holzstoffes – Sortierung und Rejektbehandlung

5.4.1 Grundprinzipien und Parameter

5.4.2 Maschinen und Anlagen für die Sortierung und Reinigung von Holzstoff

5.4.3 Rejektstoffbehandlung und Wärmerückgewinnung

5.5 Bleiche von Holzstoff

5.6 Latenz und Eigenschaften von Holzstoff

5.6.1 Latenz von Holzstoff

5.6.2 Eigenschaften von Holzstoff

6 Chemischer Aufschluss von Holz

6.1 Sulfitverfahren

6.1.1 Einführung und Überblick

6.1.2 Technologie der Sulfitzellstoffherstellung

6.1.2.1 Sorption von Schwefeldioxid

6.1.2.2 Praktische Durchführung der Kochsäureherstellung

6.1.2.3 Kochprozess

6.1.3 Chemie des Sulfitaufschlusses

6.1.3.1 Kinetik des Sulfitaufschlusses

6.1.3.2 Reaktionen am Lignin

6.1.3.3 Reaktionen an den Kohlenhydraten

6.1.4 Verwertung der Sulfitablauge

6.1.5 Regenerierung der Kochchemikalien

6.1.5.1 Zellstoffwäsche

6.1.5.2 Eindampfung der Ablauge

6.1.5.3 Ablaugenverbrennung

6.2 Sulfatverfahren

6.2.1 Einführung und Überblick

6.2.2 Technologie der Sulfatzellstoffherstellung

6.2.2.1 Kochlauge

6.2.2.2 Aufschlussprozess

6.2.3 Chemie des Sulfataufschlusses

6.2.3.1 Reaktionen am Lignin

6.2.3.2 Ligninkondensation im Alkalischen

6.2.3.3 Reaktionen an den Kohlenhydraten

6.2.4 Nebenprodukte beim Sulfataufschluss

6.2.5 Regenerierung der Kochchemikalien

6.2.5.1 Eindampfung der Ablauge

6.2.5.2 Ausführung der Ablaugeneindampfung

6.2.5.3 Ablaugenverbrennung

6.3 Bleiche

6.3.1 Einführung

6.3.2 Chemie und Technologie der Bleiche

6.3.2.1 Sauerstoffbleiche

6.3.2.2 Chlordioxidbleiche

6.3.2.3 Ozonbleiche

6.3.2.4 Peroxidbleiche

6.3.2.5 Bleiche mit Peressigsäure (PES)

6.4 Eigenschaften von Sulfit- und Sulfatzellstoffen

7 Altpapieraufbereitung

7.1 Begriffe und Definitionen

7.1.1 Kenngrößen

7.1.2 Altpapiersortenliste

7.2 Vor- und Nachteile des Altpapiereinsatzes

7.3 Physikalisch-chemische Besonderheiten von Altpapierfasern

7.4 Reaktivierbarkeit der Eigenschaftskennwerte von Altpapierstoff

7.5 Reaktivierung von Altpapierstoffen für Produkte mit geringen Anforderungen an Helligkeit und optische Homogenität („Braune Linie“)

7.5.1 Lieferformen des Altpapiers

7.5.2 Reaktivierung der Festigkeitskennwerte

7.5.3 Probleme und Potenziale der Mahlung von recycelten Fasern

7.6 Reaktivierung von Altpapierstoffen für Produkte mit hohen Anforderungen an Helligkeit und optische Homogenität („Weiße Linie“)

7.6.1 Wechselwirkung zwischen Druckfarbe und Papier

7.6.2 Chemikalien des Deinking-Flotationsverfahrens und ihre Wirkung

7.6.3 Überblick über die Verfahrenstechnik der Druckfarbenflotation

7.6.3.1 Elementarschritte des Flotationsprozesses

7.6.3.2 Selektivität der Flotation bezüglich der Partikelgröße

7.6.4 Anlagentechnische Realisierung des Deinking-Flotationverfahrens

7.7 Klebende Bestandteile im Altpapier (Stickies)

8 Additive der Papiererzeugung

8.1 Mineralische Additive

8.1.1 Charakterisierung von Füllstoffen und Pigmenten

8.1.1.1 Weißgrad

8.1.1.2 Brechungsindex (Brechzahl)

8.1.1.3 Streuungskoeffizient

8.1.1.4 Partikelmorphologie

8.1.1.5 Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung

8.1.1.6 Spezifische Oberfläche

8.1.1.7 Partikelladung

8.1.1.8 Härte und Abrasivität

8.1.2 Mineralische Füllstoffe und Pigmente

8.1.2.1 Calciumcarbonat – GCC (Ground Calcium Carbonate)

8.1.2.2 Calciumcarbonat – PCC (Precipitated Calcium Carbonate)

8.1.2.3 Kaolin/Clay

8.1.2.4 Talkum

8.1.2.5 Spezialmineralien

8.1.3 Dispergiermittel

8.1.4 Anwendungsbeispiele

8.1.4.1 Anwendungen im Wet End

8.1.4.2 Anwendungen im Bereich der Oberflächenbehandlung (Coating)

8.2 Chemische Additive

8.2.1 Retentionsmittel und Entwässerungsbeschleuniger

8.2.1.1 Aluminiumverbindungen

8.2.1.2 Polyaluminiumchloride PAC

8.2.1.3 Polyacrylamide (PAM)

8.2.1.4 Polyethylenimin

8.2.1.5 Polyvinylamine

8.2.1.6 Polyamidoamine (PAAm)

8.2.1.7 Polydiallyldimethylammoniumchlorid (PolyDADMAC)

8.2.1.8 Mikropartikelsysteme

8.2.1.9 Netzwerkretentionsmittel – Polyethylenoxid (PEO)

8.2.1.10 Modifizierte Stärke

8.2.1.11 Wirkungsmechanismen

8.2.2 Fixiermittel

8.2.3 Leimungsmittel

8.2.3.1 Harzleimung

8.2.3.2 Alkylketendimer (AKD)

8.2.3.3 Alkenylbernsteinsäureanhydrid (ASA)

8.2.3.4 Polymerleimungsmittel

8.2.4 Trockenverfestiger

8.2.5 Nassfestmittel

8.2.5.1 Melaminharz-Nassfestmittel

8.2.5.2 Epichlorhydrin-Harze

8.2.5.3 Glyoxal-Harze

8.2.6 Entschäumer/Entlüfter

8.2.7 Optische Aufheller

8.2.8 Farbstoffe

8.2.8.1 Basische Farbstoffe

8.2.8.2 Saure Farbstoffe

8.2.8.3 Substantive Farbstoffe

8.2.8.4 Nuancierfarbstoffe

8.2.9 Biozide

9 Aufbereitung der Faserstoffe (Halbstoffe)

9.1 Dispergieren/Suspendieren

9.1.1 Kennzeichnung eines suspendierten Halbstoffsystems

9.1.2 Suspendieren von Halbstoffen im LC-Bereich

9.1.3 Suspendieren von Halbstoffen im MC-Bereich

9.1.4 Suspendieren von Halbstoffen im HC-Bereich

9.1.5 Vergleich der Konzepte

9.1.6 Kennzeichnung des Zerfaserungserfolges

9.1.7 Entstipper und Sekundärpulper

9.2 Trennprozesse

9.2.1 Ideale Trennung – Technische Trennung

9.2.2 Klassierprozesse

9.2.3 Sortieren

9.2.4 Schaltungsvarianten und Berechnungsgrundlagen für Trennprozesse

9.2.5 Abscheiden

9.3 Mischen, Stapeln, Lagern

9.4 Faserstoffmahlung

9.4.1 Physikalisch-chemische Aspekte der Mahlung

9.4.2 Mechanische Aspekte der Mahlung

9.4.3 Bauarten von Mahlmaschinen

9.4.4 Wirkpaarung in messergarnierten Mahlmaschinen

9.4.5 Einflussgrößen auf den Mahlprozess

9.4.5.1 Einflüsse des Mahlgutes

9.4.5.2 Einflüsse der Mahlmaschine

9.4.5.3 Einflüsse der Prozessführung

10 Erzeugung von Papier

10.1 Überblick

10.1.1 Aufgabe der Papiermaschine und prinzipielle Lösung

10.1.2 Papiermaschinenarten

10.1.2.1 Papiermaschinen für grafische Papiere

10.1.2.2 Papiermaschinen für Verpackungspapiere

10.1.2.3 Kartonmaschinen

10.1.2.4 Maschinen für Hygienepapiere

10.1.2.5 Maschinen für Spezialpapiere

10.1.3 Beispiele für Einsparungen und Verbesserungen bei der Papiererzeugung

10.2 Stoffzufuhrsystem

10.2.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.2.2 Ausführung

10.3 Stoffauflauf

10.3.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.3.2 Bauformen und Betrieb

10.4 Siebpartie

10.4.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.4.2 Ausführungsformen

10.4.3 Siebe

10.5 Pressenpartie

10.5.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.5.2 Ausführungsformen

10.5.3 Presswalzen

10.5.4 Filze

10.6 Trockenpartie

10.6.1 Aufgabe und prinzipielle Lösungen

10.6.1.1 Kontakttrocknung

10.6.1.2 Konvektionstrocknung

10.6.1.3 Infrarottrocknung

10.6.1.4 Trocknungskurve

10.6.2 Ausführungsformen

10.6.2.1 Mehrzylindertrockenpartien

10.6.2.2 Tissuetrocknung

10.7 Leimpresse

10.7.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.7.2 Ausführungsformen

10.8 Glätten

10.8.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.8.2 Ausführungsformen

10.9 Streichen

10.9.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.9.2 Ausführungsformen

10.10 Rollapparat

10.10.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.10.2 Ausführungsformen

10.11 Lauf der Bahn durch die Papiermaschine

10.11.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

10.11.2 Auf die Bahn wirkende Kräfte

10.11.3 Bahnverhalten und Veränderungen der Bahneigenschaften im Herstellprozess

10.11.4 Aufführen der Bahn durch die Papiermaschine

10.11.5 Ausführungsformen der Bahnführung in den Sektionen

10.12 Gleichförmigkeit der Papierbahn

10.12.1 Längs- und Querprofile von Papierbahnen

10.12.2 Längsprofile

10.12.2.1 Längsprofile Otro-Bahngewicht

10.12.2.2 Längsprofile Dicke, Glätte und Glanz

10.12.3 Querprofile

10.12.3.1 Otro-Querprofil

10.12.3.2 Faserorientierungs-Querprofil

10.12.3.3 Feuchte-Querprofil

10.12.3.4 Dicke-Querprofil

10.12.3.5 Glätte-/Glanz-Querprofil

10.12.4 Formation

10.12.5 Planlage, Ebenheit des Papiers

10.12.5.1 Curl

10.12.5.2 Cockling

10.12.6 Symmetrie der Bahnstruktur in z-Richtung

10.12.6.1 Oberflächenglätte

10.12.6.2 Fein- und Füllstoffverteilung

10.12.6.3 Verdichtung von Bahnober- und Unterseite

11 Glätten und Ausrüsten von Papier

11.1 Einleitung zum Glätten von Papier

11.2 Grundlagen der Glättung

11.2.1 Glättungsparameter

11.2.2 Harter/Weicher Nip

11.3 Ausführungsformen der Glättungsanlagen

11.3.1 Glättwerke

11.3.2 Softnip-Kalander

11.3.3 Superkalander

11.3.4 Multinip-Kalander

11.3.5 Schuhkalander

11.3.6 Metallband-Kalander

11.3.7 Prägekalander

11.3.8 Friktionskalander

11.4 Walzen in Glättwerken und Kalandern

11.4.1 Durchbiegungseinstellwalzen

11.4.2 Beheizte Walzen

11.4.2.1 Aufgabe und prinzipielle Lösung

11.4.2.2 Walzen aus Schalenhartguss

11.4.2.3 Walzen aus Schmiedestahl

11.4.2.4 Walzen aus Sphäroguss

11.4.2.5 Oberflächenbeschichtungen für die beheizten Walzen

11.4.2.6 Ausführungsformen

11.5 Externe induktive Zusatzheizung

11.6 Dampfblaskästen

11.7 Düsenfeuchter

11.8 Rollenschneiden

11.8.1 Wirkprinzip

11.8.2 Aufbau einer Rollenschneidmaschine

11.8.3 Nebeneinrichtungen

11.9 Formatausrüstung

11.9.1 Prinzip

11.9.2 Aufbau und Arbeitsweise des Simplex-Querschneiders

11.9.3 Sonderbauarten von Querschneidern

11.10 Verpacken von Papier

11.10.1 Verpacken von Rollenpapieren

11.10.2 Verpacken von Formatpapier

12 Streichen von Papier und Karton

12.1 Einführung

12.1.1 Zweck und Bedeutung

12.1.2 Entwicklung

12.1.3 Anforderungen beim Streichen von Papier und Karton

12.1.3.1 Anforderungen an die Streichfarbe

12.1.3.2 Anforderungen an das gestrichene Papier

12.2 Materialien

12.2.1 Streichrohpapier

12.2.2 Pigmente

12.2.2.1 Anforderungen an Pigmente

12.2.2.2 Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung

12.2.3 Bindemittel

12.2.3.1 Anforderungen

12.2.3.2 Bindemittelkonzepte

12.2.3.3 Eigenschaften von Bindemitteln

12.2.3.4 Stärke im Strich

12.2.3.5 Latex

12.2.3.6 Steuerung der Eigenschaften von synthetischen Bindemitteln

12.2.4 Strichadditive

12.2.4.1 Dispergiermittel

12.2.4.2 Schaumverhüter, Schaumzerstörer

12.2.4.3 Viskositäts- und WRV-Regler

12.2.4.4 Fließ- und Satinagehilfsmittel

12.2.4.5 Härter/Vernetzer

12.2.4.6 Optische Aufheller

12.2.5 Streichfarben und ihre Eigenschaften

12.2.5.1 Streichfarbenzusammensetzung

12.2.5.2 Scherviskosität

12.2.5.3 Wasserrückhaltevermögen

12.2.5.4 Dehnrheologie

12.2.5.5 Oberflächenspannung

12.3 Prozesse beim Streichen

12.3.1 Streichfarbenaufbereitung

12.3.1.1 Pumpen, Lagern und Bevorraten

12.3.1.2 Filtrieren und Sieben

12.3.1.3 Dispergier- und Mischvorgänge

12.3.1.4 Rohstoffaufschluss

12.3.1.5 Entgasung

12.3.1.6 Kontinuierliche und diskontinuierliche Streichfarbenaufbereitung

12.3.2 Auftragen von Streichfarbe

12.3.3 Dosieren von Streichfarben

12.3.3.1 Blade-Egalisierung

12.3.3.2 Zeitlicher Ablauf beim Blade-Streichen

12.3.3.3 Streichmesser (Blades)

12.3.3.4 Bartbildung

12.3.3.5 Rollschaber-Egalisierung

12.3.3.6 Vergleich verschiedener Egalisierelemente

12.3.4 Übertragung einer vordosierten Streichfarbe

12.3.5 Direktauftrag

12.3.6 Trocknen des gestrichenen Papiers

12.3.6.1 Penetration und Migration

12.3.6.2 Temperaturführung bei der Strichtrocknung

12.3.7 Satinage gestrichener Papiere

12.4 Gestrichene Produkte

12.5 Beispiele für Streichfarben für spezielle Einsatzzwecke

12.5.1 Streichfarbe für Papiere für den Tiefdruck

12.5.2 Streichfarbe für Papiere für den Offsetdruck

12.5.3 Streichfarbe zum Streichen von Karton

12.6 Alternative Streichverfahren

13 Papierverarbeitungstechnik

13.1 Einleitung

13.2 Verfahren der Papierverarbeitung

13.2.1 Umformende Verfahren

13.2.1.1 Einführung

13.2.1.2 Druckumformung

13.2.1.3 Biegeumformung

13.2.1.4 Zug-/Druckumformung

13.2.1.5 Rillen und Falzen

13.2.2 Trennende Verfahren

13.2.2.1 Einführung

13.2.2.2 Druckschnitt

13.2.2.3 Scherschnitt

13.2.2.4 Abtragende Schneidverfahren

13.2.3 Verbindende Verfahren

13.2.3.1 Einführung

13.2.3.2 Kleben

13.2.3.3 Siegeln und Schweißen

13.2.3.4 Kraft- und formschlüssige Verfahren

13.2.4 Verfahren zur Kombination von Materialien

13.2.4.1 Einführung

13.2.4.2 Imprägnieren

13.2.4.3 Beschichten

13.2.4.4 Laminieren und Kaschieren

13.2.5 Verfahren zum Übertragen von Informationen (Drucken)

13.2.5.1 Einführung

13.2.5.2 Konventionelle Druckverfahren

13.2.5.3 Digitale Druckverfahren

13.2.6 Verfahren zum Transport in Maschinen

13.2.6.1 Einführung

13.2.6.2 Transport von Rolle zu Rolle

13.2.6.3 Transport von Bogen zu Bogen

13.3 Zusammenfassung und Ausblick

14 Wasserhaushalt

14.1 Frischwasseraufbereitung

14.1.1 Frischwasserherkunft

14.1.2 Aufbereitungsverfahren

14.2 Wasserkreisläufe

14.2.1 Wassernutzung

14.2.2 Kreislaufwasserreinigung

14.2.3 Funktion und Dimensionierung von Bütten und Behältern

14.2.4 Aspekte eines gut gestalteten Wasserkreislaufs

14.2.5 Wasserkreislaufeinengung

14.3 Abwasser

14.3.1 Abwasserbelastung

14.3.2 Verfahrensstufen einer Abwasserreinigungsanlage

14.3.2.1 Übersicht

14.3.2.2 Vorklärung

14.3.2.3 Anaerobe Verfahren

14.3.2.4 Aerobe Verfahren

15 Prozesskontrolle und Prüftechnik

15.1 Qualität und Prüfungen

15.1.1 Allgemeine Begriffe zu Prüfungen

15.1.2 Grundsätze und allgemeine Abläufe bei Prüfungen

15.1.3 Grundlagen von Prüfungen – Normen und Regelwerke

15.1.4 Dokumentation von Prüfergebnissen

15.2 Prüfungen in der Papiertechnik

15.2.1 Übersicht zu Prüfungen

15.2.2 Häufig verwendete Prüfnormen

15.2.3 Häufig verwendete Gütenormen

15.3 Laborprüfungen

15.3.1 Prüfungen von Faserstoffen

15.3.1.1 Übersicht

15.3.1.2 Mikroskopische Unterscheidung und Bewertung von Faserstoffen

15.3.1.3 Allgemeines Vorgehen bei Faserstoffprüfungen im Labor

15.3.1.4 Bestimmung des Trockengehaltes

15.3.1.5 Bestimmung der Stoffdichte

15.3.1.6 Nassaufschlagen von Halbstoffen im Labor

15.3.1.7 Bestimmung des Glührückstandes

15.3.1.8 Labormahlung

15.3.1.9 Entwässerungsverhalten

15.3.1.10 Formcharakter von Faserstoffen und Kennzeichnung des Mahlungszustandes

15.3.1.11 Laborblattbildung und Prüfung

15.3.2 Prüfungen von Papier, Karton und Pappe

15.3.2.1 Allgemeine Grundeigenschaften von Papierwerkstoffen

15.3.2.2 Festigkeitseigenschaften

15.3.2.3 Oberflächeneigenschaften

15.3.2.4 Permeationseigenschaften

15.3.2.5 Penetrations- und Sorptionseigenschaften

15.3.2.6 Optische Eigenschaften

15.3.2.7 Bedruckbarkeitseigenschaften

15.4 Online-Messungen

15.4.1 Beispiele für Online-Messungen

15.4.2 Zielsetzung der Online-Messungen und Regelungen

15.4.3 Online-Messungen für verschiedene Sortenbereiche

15.4.4 Messverfahren Qualitätsleitsystem

15.4.4.1 Messung der flächenbezogenen Masse

15.4.4.2 Infrarot-Feuchtemessung

15.4.4.3 Messung der Dicke

15.4.4.4 Messung des Füllstoffgehaltes

15.4.4.5 Filzzustandsmessungen

15.4.5 Messverfahren Kamerasysteme

15.4.6 Bahninspektionssystem (WIS)

15.4.7 Abrissanalysesysteme (WBA)

15.4.8 Bahnüberwachungssysteme (WMS)

15.4.9 Maschinendiagnose

15.4.10 Prozessleitsystem mit Feldgeräten

15.4.11 Virtuelle Sensoren

15.4.12 Regelungen

16 Energieeinsatz bei der Papiererzeugung

16.1 Energiebedarf

16.2 Energieerzeugung

16.3 Energieeinsatz

16.3.1 Papiermaschine

16.3.2 Stoffaufbereitung

16.3.3 Nebenanlagen

16.4 Energieeinsatz in der Verarbeitung am Beispiel der Wellpappenerzeugung

16.5 Reduzierung des Energiebedarfs

16.5.1 Optimierungspotenziale

16.5.2 Nutzung von Niedertemperaturabwärme

16.5.3 Ausblick – Neue Wege beschreiten

Sachwortverzeichnis