Mit der Weiterentwicklung der Papierherstellungstechnologie und der zunehmenden Verwendung von Hochleistungszellstoff und deinktem Zellstoff in Kombination mit einem geschlosseneren Siebwasserkreislauf ist die Chemie der Papierherstellung im Nassbereich deutlich komplexer geworden. Eine der größten Herausforderungen ist die Ansammlung anionischer Abfälle – negativ geladene Kolloide und gelöste Substanzen –, die die Wirksamkeit kationischer Additive bei der Papierherstellung beeinträchtigen.
Was ist anionischer Müll?
Anionischer Abfall bezeichnet eine Mischung aus gelösten und kolloidalen anionischen Substanzen, wie z. B. zersetzten Fasern, Extrakten, Füllstoffen und chemischen Rückständen. Diese Substanzen können das Ladungsgleichgewicht stören, die Retentions- und Entwässerungseffizienz verringern und den Chemikalienverbrauch im Papierherstellungsprozess erhöhen.
Der optimale Ansatz zur Handhabung anionischer Abfälle besteht darin, ihre Entstehung zu minimieren. Aufgrund der Komplexität der Rohstoffe und Verarbeitungssysteme lässt sich ihre Anwesenheit jedoch oft nicht vermeiden.
Rolle anionischer Abfallfänger (ATCs)
Die wirksamste Methode zur Minderung der Auswirkungen anionischer Abfälle ist die Vorbehandlung des Zellstoffs mit anionischen Abfallfängern (ATCs) oder Fixiermitteln. Dabei handelt es sich um kationische Polymere mit hoher Ladungsdichte und niedrigem Molekulargewicht, die anionische Substanzen neutralisieren oder adsorbieren können.
Zu den gängigen Arten von ATCs gehören:
- Anorganische ATCs: wie Aluminiumsulfat (Alaun) und Polyaluminiumchlorid (PAC)
- Organische ATCs: wie Polyethylenimin (PEI) und PolyDADMAC
Funktionsweise von ATCs
ATCs funktionieren durch Ladungsneutralisation und Brückenflockung, indem sie lösliche anionische Substanzen einfangen und auf Fasern oder Füllstoffen fixieren. Der Zeitpunkt der ATC-Zugabe ist entscheidend – sie werden typischerweise vor anderen kationischen Additiven zugegeben, um Interferenzen zu vermeiden.
Gängige ATCs bei der Papierherstellung
1. Aluminiumsulfat (Alaun)
Alaun ist ein kostengünstiges ATC und unter sauren Bedingungen wirksam, verliert jedoch bei neutralem oder alkalischem pH-Wert seine kationische Ladung, was seine Verwendung in modernen Papierherstellungssystemen einschränkt.
2. Polyaluminiumchlorid (PAC)
PAC behält über einen breiten pH-Bereich eine hohe kationische Ladung und ist in neutralen bis alkalischen Systemen effizienter als Alaun. Es wird zunehmend als anorganisches ATC bevorzugt.
3. Polyethylenimin (PEI)
PEI ist ein kationisches Polymer mit verzweigter Struktur, das im pH-Bereich von 6–9 eine hervorragende Leistung bietet. Modifizierte Versionen bieten eine noch höhere Ladungsdichte. PEI fängt nicht nur anionische Rückstände ein, sondern verbessert auch die Retention und reduziert den Siebwasserverlust.
4. PolyDADMAC – Azfc® PD40
PolyDADMAC ist ein Polymer mit hoher Ladungsdichte und niedrigem Molekulargewicht, das sich hervorragend als ATC eignet. Seine Wirksamkeit ist umfassend dokumentiert und zeigt deutliche Verbesserungen der Füllstoffretention, wenn es vor kationischer Stärke oder Polyacrylamid eingesetzt wird. Eine Überdosierung kann jedoch zu einer Ladungsumkehr und damit zu einer verringerten Retention führen.
5. Andere Flugsicherungszentren
- Modifiziertes Bentonit: Wirkt in Kombination mit kationischem PAM als Adsorptionsmittel für duale Retentionssysteme.
- Polyaluminiumsilikatsulfat: Wird in der Papierherstellung noch nicht häufig verwendet.
- Polyethylenoxid (PEO): Ein nichtionisches Polymer, das Feinstoffe und Füllstoffe durch Wasserstoffbrückenbindungen statt durch Ladungsneutralisation einfängt. Wirksam in stark anionischen Abfallumgebungen.
Fazit
Anionische Abfälle stellen in modernen Papierherstellungssystemen, insbesondere in stark geschlossenen, neutralen bis alkalischen Umgebungen, erhebliche Herausforderungen dar. Die Auswahl des richtigen ATC ist für die Optimierung der Nassendchemie von entscheidender Bedeutung. Unter den verfügbaren Optionen zeichnet sich PolyDADMAC (Azfc® PD40) durch seine hohe Effizienz und breite Anwendbarkeit aus.
Durch die Integration effektiver Abfallauffangstrategien können Fabriken den Zusatzstoffverbrauch senken, die Retention und Entwässerung verbessern und die Papierherstellungsprozesse stabilisieren.
