1. Einleitung
Trockenverfestiger gehören zu den am häufigsten verwendeten funktionellen Additiven im Papierherstellungsprozess. Diese Additive verstärken die Wasserstoffbrücken zwischen den Zellulosefasern und verbessern so die Gesamtfestigkeit des Papierbogens. Mit der zunehmenden Verwendung von Recyclingzellstoff – dessen Qualität oft minderwertig ist –, höheren Wasserrecyclingraten, höheren Maschinengeschwindigkeiten und vielfältigeren Endverbrauchsanforderungen an Papier und Karton sind verschiedene Arten von Verfestigern wie Trockenverfestiger, GPAM und kationische Stärke unverzichtbar geworden, um die erforderlichen Festigkeitsspezifikationen zu erfüllen.
Zu den wichtigsten Faktoren, die die Festigkeit von Papier beeinflussen, gehören:
- Die intrinsische Festigkeit einzelner Fasern,
- Die Bindungsstärke zwischen Fasern,
- Reibungsfestigkeit durch Faserverwicklung.
Trockenfestigkeitsmittel wirken, indem sie sich an den Fasern verankern, das Potenzial für Wasserstoffbrücken während der Blattbildung und Trocknung erhöhen und die Kontaktfläche zwischen den Fasern vergrößern, was zu einer verbesserten Papierfestigkeit führt.
2. Gängige Typen: Stärke und PAM
Zu den weit verbreiteten Trockenverfestigern zählen Stärke (hauptsächlich kationische Stärke, aber auch anionische, amphotere, pfropfcopolymerisierte und nichtionische Typen) und Polyacrylamid (PAM). Basierend auf den ionischen Eigenschaften kann PAM wie folgt klassifiziert werden:
- Anionisches PAM
- Kationisches PAM
- Amphoteres PAM
Amphotere PAM können weiter unterteilt werden in:
- Mannich-Typ PAM
- Hofmann-Typ PAM
- PAM vom Copolymer-Typ
Unterschiede im Molekulargewicht, in der Struktur sowie im Gehalt und der Verteilung ionischer Gruppen führen zu verschiedenen Anwendungsszenarien.
3. Vergleichende Analyse: PAM vs. Stärke
Stärke ist ein natürliches Polymer, das aus Quellen wie Maniok, Mais und Kartoffeln gewonnen wird. Sie muss vor der Verwendung chemisch modifiziert – oxidiert oder ionisch substituiert – werden. Gewöhnliche kationische Stärke bietet nur eine mäßige Festigkeitssteigerung und muss vor der Verwendung verkleistert werden. Hochsubstituierte Stärken erhöhen die Festigkeit zwar effektiver, können aber zu hohen CSB-/BSB-Werten beitragen, die Abwasserbehandlungskosten erhöhen und durch mikrobielles Wachstum Verderb verursachen. Dennoch ist Stärke kostengünstiger als PAM.
PAM bietet ein breiteres Anwendungsspektrum. PAMs vom Typ amphoterer Copolymere sind besonders vielseitig und ermöglichen anpassbare Molekularstrukturen und Leistungsstabilität unter verschiedenen Papierherstellungsbedingungen. Neben der Verbesserung der Papierfestigkeit bietet PAM auch:
- Verbessert die Entwässerung im Siebbereich,
- Erhöht die Retention von Fein- und Füllstoffen,
- Verbessert die Sauberkeit und Lauffähigkeit der Pressenpartie,
- Reduziert den Dampfverbrauch im Trockenbereich.
4. Entwicklung amphoterer Copolymere PAM
Das Design amphoteres Copolymer PAM müssen die spezifischen Eigenschaften jedes Papierherstellungssystems berücksichtigen. Wichtige Parameter sind:
- Menge und Art der ionischen Monomere (z. B. Itaconsäure, Acrylsäure für anionische; DMDAAC, AETAC, METAC für kationisch),
- Verteilung ionischer funktioneller Gruppen (lineare vs. Netzwerkstrukturen).
Eine gut konzipierte PAM-Formulierung kann die Papierfestigkeit mit maßgeschneiderter Leistung effektiv steigern.
5. Überlegungen zur Nutzung
Vor der Verwendung sollte amphoteres PAM gleichmäßig mit Brauch- oder Leitungswasser verdünnt werden. Die Reihenfolge, in der andere Chemikalien (z. B. Alaun, modifizierte Stärke, Leimungsmittel, Retentionsmittel) hinzugefügt werden, kann die endgültige Papierfestigkeit beeinflussen und muss sorgfältig optimiert werden.
Aufgrund seiner hohen Viskosität sollte PAM mithilfe eines kontinuierlichen Verdünnungssystems aufgetragen werden. Die Originallösung ist bei Raumtemperatur bis zu sechs Monate stabil, reagiert jedoch nach der Verdünnung empfindlich auf pH-Änderungen und Langzeitlagerung, was zu Leistungseinbußen führen kann.
Wichtige Hinweise zur Handhabung:
- Vermeiden Sie das Mischen von PAM mit anderen Chemikalien in konzentrierter Form.
- Verwenden Sie Geräte aus Edelstahl, PVC oder FRP (faserverstärktem Kunststoff) – vermeiden Sie Kohlenstoffstahl,
- Die richtige Verdünnung und kontrollierte Zugabe sind der Schlüssel zu optimalen Ergebnissen.
