Anwendungs- und Verwendungsrichtlinien von Trockenverfestigern bei der Papierherstellung

In der Papierindustrie Trockenfestigkeit ist eine wichtige Kennzahl, die die Widerstandsfähigkeit eines Papiers gegen mechanische Schäden bestimmt. Sie umfasst Zugfestigkeit, Berstfestigkeit, Reißfestigkeit und Oberflächenfestigkeit, die alle hauptsächlich abgeleitet werden von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen FasernTrockenverfestiger sind wichtige chemische Zusätze, die die Faser-Faser- und Faser-Füllstoff-Bindung verbessern. Sie tragen zur Optimierung der Rohstoffnutzung bei (z. B. durch Erhöhung des Füllstoff- oder kostengünstigen Faseranteils), erfüllen spezifische Anforderungen an die Papiereigenschaften und steigern den Wert des Endprodukts.

I. Mechanismus der Trockenverfestiger

Trockenverfestiger wirken über die folgenden Hauptmechanismen:

• Stärkung der Wasserstoffbrücken:
  Die meisten Trockenfestmittel enthalten funktionelle Gruppen wie -OH und -CONH₂, die sich an die Faseroberfläche binden und so die Anzahl und Stärke der Wasserstoffbrücken erhöhen.
• Ionische Bindung:
  Kationische Trockenfestmittel (der häufigste Typ) tragen positive Ladungen, die sich elektrostatisch an negativ geladene Zellulose und Füllstoffe binden.
• Kovalente Bindung:
  Einige Spezialmittel (z. B. GPAM) können stabile kovalente Bindungen mit Zellulose bilden oder während des Trocknens eine Selbstvernetzung bewirken.
• Mikrostrukturmodifikation:
  Durch die Verbesserung der Feinanteilretention oder der kontrollierten Flockung können diese Mittel die Gleichmäßigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Papiers positiv beeinflussen.

II. Wichtige Arten von Trockenverfestigern

Trockenfestmittel werden im Allgemeinen wie folgt kategorisiert:

A. Natürliche Polymere und modifizierte Stärken

• Kationische Stärke:
  Weit verbreitet. Kationische Modifikation verbessert die Retention auf Fasern. Kostengünstig mit spürbarer Auswirkung auf Festigkeit und Retention.
• Anionische/zwitterionische/modifizierte Stärken:
  Wird unter bestimmten chemischen Bedingungen oder für besondere Leistungsanforderungen angewendet.
• Pflanzengummis:
  Wie kationisches Guarkernmehl und Johannisbrotkernmehl. Hohes Molekulargewicht sorgt für eine hervorragende Bindung, insbesondere zur Verbesserung der inneren Bindungsstärke. Wird im Allgemeinen in niedrigeren Dosierungen verwendet, ist aber teurer.

B. Synthetische Polymere

• Polyacrylamid (PAM)-Reihe:
  • Kationisches PAM (C-PAM):
    Hocheffizient, mit einstellbarem Molekulargewicht und Ladung. Wird auch zur Retention und Drainage verwendet.
  • Anionisches/zwitterionisches PAM:
    Wird zur Anpassung an verschiedene Nassendbedingungen verwendet.
  • Glyoxyliertes PAM (GPAM):
    Verleiht zusätzlich zur Trockenfestigkeit auch eine temporäre Nassfestigkeit.
• Polyvinylamin (PVAm):
  Stark kationisch, hochwirksam in komplexen Nassbereichsumgebungen.
• Andere:
  Modifizierte Zellulose (CMC), Polyvinylalkohol (PVA) usw. werden in bestimmten Fällen verwendet, häufig für Oberflächenanwendungen.

III. Anwendungsmethoden von Trockenverfestigern

A. Nassteilzugabe (Mainstream)

• Wird normalerweise dem dicken Vorrat hinzugefügt (z. B. am Einlass der Lüfterpumpe).
• Sorgen Sie für eine vollständige Durchmischung und ausreichende Reaktionszeit und vermeiden Sie Schäden durch hohe Scherkräfte (insbesondere bei PAM mit hohem Molekulargewicht).
• Stimmen Sie die Dosierungsreihenfolge mit anderen Additiven wie Schlichtemitteln und Retentionsmitteln ab.

B. Oberflächenleimung

• Modifizierte Stärke oder PVA, die während der Leimpresse oder Beschichtungsphase verwendet wird, um die Oberflächeneigenschaften und die Gesamtfestigkeit zu verbessern.

C. Sprühanwendung

• Zur gezielten Anwendung wird die Lösung auf die Formbahn oder den Vorpressenabschnitt gesprüht.

D. Vorbereitung und Auflösung

• Stärke:
  Für eine vollständige Gelierung muss das Kochen unter präziser Temperatur- und Zeitkontrolle erfolgen.
• Synthetische Polymere:
  • Pulver erfordern spezielle Auflösungssysteme.
  • Emulsionen müssen vor Gebrauch aktiviert werden.
  • Flüssigkeiten können direkt verdünnt werden.

E. Dosierungsreferenz

• Die Dosierung hängt von der Papiersorte, der Zusammensetzung des Papierstoffs, der gewünschten Festigkeit und den Kosten ab.
• Typischer Bereich:
  Kationische Stärke: 0.5–2.0 %
  Synthetische Polymere: 0.05–0.3 % (bezogen auf die Trockenfaser)

IV. Einfluss von Trockenverfestigern auf den Papiermaschinenbetrieb

A. Auswirkungen auf die Bildung

• Negative Auswirkung:
  Eine durch kationische Mittel und Mittel mit hohem Molekulargewicht verursachte Überflockung kann die Formationsqualität beeinträchtigen und Trübungen, Nadellöcher und ungleichmäßige Eigenschaften verursachen.
• Mögliche positive Auswirkungen:
  Eine verbesserte Retention feiner Materialien kann in manchen Fällen die Gleichmäßigkeit der Platten verbessern.
• Kernherausforderung:
  Ausgleich der Kraftverbesserung mit der Formationsqualität.

B. Auswirkungen auf die Entwässerung

• Gemeinsames Problem:
  Reduzierte Entwässerungseffizienz, insbesondere während der Vakuum- und Pressentwässerungsphasen.
• Ursachen:
  • Eine erhöhte Feinanteilretention führt zu einer höheren Wasserretention.
  • Flockenstrukturen und hydratisierte Polymerketten blockieren die Abflusswege.
• Folgen:
  • Höhere Vakuumanforderungen
  • Geringerer Trockengehalt nach dem Pressen
  • Erhöhter Dampfverbrauch
  • Mögliche Geschwindigkeitsreduzierung
• Geringer positiver Effekt:
  Die Schwerkraftentwässerung kann sich aufgrund der Flockenbildung zunächst leicht verbessern.
• Kernherausforderung:
  Verwalten des Entwässerungswiderstands zur Aufrechterhaltung der Maschineneffizienz und Energiekontrolle.

V. Wichtige Anwendungsüberlegungen und Systemverwaltung

1. Chemisches Gleichgewicht im Nassbereich

• Ladekontrolle:
  Überwachen Sie Zetapotenzial und Leitfähigkeit, um eine Ladungsumkehr zu verhindern. Verwalten Sie anionischen Abfall effektiv.
• Chemische Kompatibilität:
  Optimieren Sie die Dosierungsreihenfolge, um Störungen durch andere Mittel wie Leimungs- und Retentionschemikalien zu vermeiden.

2. Zubereitungsqualität

• Stellen Sie eine vollständige Aktivierung und ordnungsgemäße Auflösung/Gelatinierung der Stärke oder des Polymers sicher.

3. Misch- und Schermanagement

• Wählen Sie geeignete Zugabepunkte für eine gleichmäßige Dispersion und vermeiden Sie Polymerabbau oder schwer zersetzbare Flocken.

4. Rückhalte- und Entwässerungsstrategie

• Integrieren Sie die Wirkung von Trockenverfestigern in die Nasspartie-Optimierung.

5. Mikrobielle Kontrolle

• Verwenden Sie Konservierungsmittel und sorgen Sie für die Hygiene von Stärkelösungen, die anfällig für mikrobielles Wachstum sind.

6. Viskositätsmanagement

• Kontrollieren Sie die Konzentration für gute Pumpbarkeit und Mischung.