Danksagung I

Danksagung

Bedanken möchte ich mich bei meinem Betreuer Herrn Dipl.-Ing. (FH) Johann Strauß, der mir die Bearbeitung dieses interessanten Forschungsthemas an der Papiertechnischen Stiftung (PTS) ermöglicht hat und mir bei allen Fragen mit Rat und Tat zur Seite stand. Frau Prof. Neukirchinger und Herrn Prof. Vass danke ich für ihre freundliche Unterstützung und ihre Bereitschaft, die Betreuung der Diplomarbeit von Seiten der FH München zu übernehmen.

Ein besonderer Dank gilt Frau Dr. Hanecker für die große Hilfsbereitschaft bei allen chemischen und altpapiertechnischen Fragen und für die nützlichen Anregungen bei der Interpretation einiger Messwerte.

Bedanken möchte ich mich außerdem bei Herrn Dieter Schulte für die Hilfe im Laboralltag und seine kreative und tatkräftige Unterstützung bei der Lösung aller nur denkbaren versuchstechnischen Probleme, bei Herrn Blasius und Herrn Schwarz von der PTS-Heidenau für die Durchführung der zahlreichen Schmutzpunktemessungen sowie bei allen Mitarbeitern der PTS-München für die kollegiale Zusammenarbeit. Besonderer Dank gilt allen Mitarbeitern des Kompetenzzentrums Altpapierforschung für das tolle Arbeitsklima und die Hilfe bei der praktischen Durchführung. Mein herzlichster Dank gilt schließlich meinem Mann, meinen Eltern sowie meiner gesamten Familie, die während meines Studiums immer hinter mir standen, mich stets vorbehaltlos unterstützten und somit ganz wesentlich daran beteiligt sind, dass ich mein Studium zu einem erfolgreichen Abschluss bringen konnte.

Kurzfassung II

Kurzfassung

Im Deinkingprozess nicht entfernbare Restdruckfarben beeinträchtigen die Deinkstoffqualität und führen zu deutlich geringeren Weißgraden des aufbereiteten Altpapierstoffs. Ursachen für Restdruckfarben im aufbereiteten Faserstoff können eine schlechte Ablösung der Druckfarben von den Fasern sowie eine Wiederanlagerung von bereits abgelösten, freien Druckfarbenpartikeln sein.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Aufklärung eines möglichen Zustandekommens einer Wiederanlagerung in der Prozessstufe Zerfaserung. Hierfür wurden grundlegende Modellversuche zur Ermittlung der Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an Fasermaterial konzipiert. Um eine möglichst eindeutige Abgrenzung zwischen mangelhafter Druckfarbenablösung und Wiederanlagerung zu erhalten, wurde mit frischem unbedrucktem Faserstoff gearbeitet. Die Zugabe der Druckfarbe erfolgte entweder in Form getrockneter Druckfarbenpartikel oder in Form von bedrucktem nassfestem Papier. Mögliche Einflussgrößen auf eine Wiederanlagerung während der Zerfaserung, wie Faserstoffart, Druckfarbenart, Chemikalieneinsatz, Zerfaserungsdauer und Prozesstemperatur, wurden bei den Untersuchungen variiert. Dies sollte Rückschlüsse auf den Entstehungsmechanismus erlauben. Die Beurteilung der Wiederanlagerung erfolgte durch Vergleich der optischen Eigenschaften von druckfarbenfreiem Faserstoff mit denen des druckfarbenenthaltenden hypergewaschenen Faserstoffs.

Schlagworte: Deinking, Restdruckfarbe, Wiederanlagerung, Zerfaserung

Abstract II

Abstract

Contribution to clarifying the mechanism responsible for the presence of residual ink

in deinked stock.

In the deinking process, non-removable residual ink impairs the DIP quality and results in much lower brightness of the processed RCF pulp. Residual ink in RCF pulp may be due to poor removal of printing inks and redeposition of removed ink particles that are freely available in the paper fibres.

This paper is concerned with clarifying how redeposition might occur in the repulping process stage. Basic model tests designed to investigate ink redeposition onto pulp were therefore created and developed for this purpose. In order to achieve the clearest possible differentiation between poor ink detachment and redeposition, fresh, unprinted pulp was used. The ink was added either in the form of dry printing ink particles or in the form of printed, wet-strength paper. Parameters that might possibly influence redeposition during repulping such as pulp type, chemicals, pulping time and process temperature were varied during the study. This was done to allow conclusions to be drawn about how this mechanism comes about. Redeposition was evaluated by comparing the optical characteristics of inkfree pulp with those of the ink-containing hyperwashed pulp. Keywords: Deinking, residual ink, redeposition, repulping

Inhaltsverzeichnis III

Inhaltsverzeichnis   

Danksagung   I

Kurzfassung   II

Abstract   II

Inhaltsverzeichnis   III

Glossar   IV

1  Einleitung  1

2  Aufgabenstellung und Zielsetzung  2

3  Theoretische Grundlagen  3

3.1  Der Altpapieraufbereitungsprozess im Überblick -----------------------------------------------  3

3.1.1  Suspendieren und Zerfasern.  4

3.1.2  Reinigen  5

3.1.3  Verbessern.  6

3.2  Der Deinkingprozess --------------------------------------------------------------------------------------  7

3.2.1  Die Druckfarbenablösung.  7

3.2.1.1  Mechanische Kräfte  7

3.2.1.2  Faserquellung  8

3.2.1.3  Oberflächenionisation  9

3.2.1.4  Verseifung.  9

3.2.1.5  Stabilisierung  9

3.2.1.6  Deinkingchemikalien.  10

3.2.1.7  Zusammenspiel der Ablösefaktoren  11

3.2.2  Die Druckfarbenentfernung  12

3.2.2.1  Das Flotations-Deinking.  12

3.2.2.2  Das Wasch-Deinking  13

3.3  Druckfarbe und Druckverfahren ---------------------------------------------------------------------  14

3.3.1  Aufbau und Zusammensetzung von Druckfarben.  14

3.3.1.1  Das Farbmittel  14

3.3.1.2  Das Lösungsmittel  14

3.3.1.3  Das Bindemittel (Firnis)  15

3.3.1.4  Druckhilfsmittel  16

3.3.2  Druckverfahren und Eigenschaften des Druckfarbenfilms  17

3.3.2.1  Offsetdruck  17

3.3.2.2  Flexodruck  19

3.4  Wiederanlagerung ----------------------------------------------------------------------------------------  20

3.4.1  Grundlagen und Einteilung  20

3.4.2  Mögliche Einflussgrößen auf eine Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an  

Fasern  bei der Zerfaserung  23

3.4.2.1  Zerfaserungsbedingungen.  23

3.4.2.2  Druckprodukt und Druckfarbe.  28

3.4.2.3  Faserstoff  30

Inhaltsverzeichnis III

3.5  Optische Eigenschaften von deinkten Faserstoffen------------------------------------------  32

3.5.1  Weißgrad  32

3.5.2  Schmutzpunkte und Partikelgrößenverteilung  33

3.5.3  Berechnungsgrundlagen von weiteren Kenngrößen.  34

4  Experimenteller Teil  37

4.1  Konzeption der Untersuchungen--------------------------------------------------------------------  37

4.1.1  Grundidee  37

4.1.2  Ablaufplan  38

4.2  Eingesetzte Materialien und Geräte ----------------------------------------------------------------  39

4.2.1  Eingesetzte Materialien.  39

4.2.2  Verwendete Geräte und Prüfmittel.  39

4.3  Auswahl und Festlegung benötigter Methoden ------------------------------------------------  40

4.3.1  Bereitstellung der Druckfarbenpartikel für die Modellversuche.  40

4.3.1.1  Druckfarbenpartikel aus getrockneter Druckfarbe  40

4.3.1.2  Druckfarbenpartikel aus abgelösten Druckfarbenpartikeln  41

4.3.1.3  Einsatz von bedrucktem nassfestem Papier als  

Druckfarbenpartikelspender.   41

4.3.1.4  Verfahrensauswahl zur Bereitstellung der Druckfarbenpartikel.  43

4.3.2  Auswahl der Methode zur Bewertung der Wiederanlagerung.  44

4.3.2.1  Hyperwäsche mit Haindl-McNett-Fraktionierer  44

4.3.2.2  Hyperwäsche mit Brecht-Holl-Fraktionierer  46

4.3.2.3  Vergleich und Auswahl der Methode  47

4.4  Beschreibung der Verfahrenschritte zur Durchführung der Modellversuche--------  48

4.4.1  Probenvorbereitung  49

4.4.1.1  Vorbereitung des Faserstoffs.  49

4.4.1.2  Herstellung der Chemikalienlösungen  51

4.4.2  Zerfaserung.  52

4.4.3  Probenentnahme  53

4.4.4  Homogenisieren im Desintegrator.  53

4.4.5  Hyperwäsche  54

4.4.6  Herstellung der Laborproben zur Bestimmung der optischen Eigenschaften  55

4.4.6.1  Herstellung der Laborblätter (Nutschenblätter)  55

4.4.6.2  Herstellung der Laborfilter  55

4.5  Beschreibung der Verfahrensschritte zur Ermittlung relevanter Kenngrößen ------  57

4.5.1  Vermessung mittels Spektralphotometer  58

4.5.2  Partikelgrößenverteilung mittels DOMAS-Schmutzpunktmodul.  60

4.5.2.1  Große Schmutzpunktmessung GSM  61

4.5.2.2  Kleine Schmutzpunktmessung KSM.  61

4.5.2.3  Mikroskopie.  62

4.5.3  Abgeleitete Kenngrößen  63

4.5.3.1  Weißgradverlust.  63

4.5.3.2  ERIC-Wert  64

4.5.3.3  Modifizierter ERIC 700 -Wert  65

4.6  Modellversuche -------------------------------------------------------------------------------------------  66

4.6.1  Versuche unter Verwendung des Holzstoffs  67

Inhaltsverzeichnis III

4.6.2  Versuche unter Verwendung des Zellstoffs  69

4.7  Referenzversuche mit Altpapier ---------------------------------------------------------------------  70

5  Ergebnisse  71

5.1  Ergebnisse der Referenzversuche mit Altpapier ----------------------------------------------  71

5.2  Ergebnisse der Modellversuche ---------------------------------------------------------------------  73

5.2.1  Ergebnisse bei Einsatz der Coldset-Offset-Druckfarbe und des Holzstoffs  73

5.2.2  Ergebnisse bei Einsatz der Coldset-Offset-Druckfarbe und des Zellstoffs  77

5.2.3  Ergebnisse bei Einsatz der Heatset-Offset-Druckfarbe und des Holzstoffs.  80

5.1.3  Ergebnisse bei Einsatz der Rußpigmente.  84

5.2  Ergebnisse der Schmutzpunktanalysen ----------------------------------------------------------  86

5.3  Ergebnisse der Mikroskopieuntersuchungen --------------------------------------------------  90

6  Bewertung und Diskussion der Ergebnisse  95

6.1  Bewertung der Einflussgrößen auf eine Wiederanlagerung -------------------------------  95

6.1.1  Bewertung der chemischen Verhältnisse.  97

6.1.2  Bewertung von Druckfarbenart und Menge  100

6.1.3  Bewertung der Prozesstemperatur  102

6.1.4  Bewertung des Faserstoffs  104

6.1.5  Bewertung der Zerfaserungsdauer  105

6.2  Diskussion der Ursachen für das Zustandekommen einer  Wiederanlagerung-----106

6.3  Bewertung des Anteils der Wiederanlagerung am Restdruckfarbengehalt  ---------108

7  Zusammenfassung und Ausblick  110

Summary   112

Abbildungsverzeichnis   114

Tabellenverzeichnis   118

Literaturverzeichnis   119

Anhang   125

Glossar IV

Glossar

aC alkalische Chemikalienrezeptur CH Holzstoff mit Coldset-Druckfarbe CZ Zellstoff mit Coldset-Druckfarbe DIP Deinked Pulp, deinkter Faserstoff DOMAS Digital Optical Measurement and Analysis System Dr Drum-Pulper DTPA Diethylentriaminpentaessigsäure EDTA Ethylendiamintetraessigsäure ERIC Effektive Residual Ink Concentration bei 950 nm [ppm] Effektive Residual Ink Concentration bei 700 nm [ppm] ERIC ⁷⁰⁰ GSM Große Schmutzpunktmessung HC Hochkonsistenz Pulper (Stoffdichte von bis zu 20 %) HH Holzstoff mit Heatset-Druckfarbe HP hypergewaschener Faserstoff (Pulp) K dichtebezogener Lichtabsorptionskoeffizient [m²/kg] KSM Kleine Schmutzpunktmessung LC Konventionelle Pulper (niedrige Stoffdichte meist < 8 %) lutro lufttrocken MC Pulper im Mittelkonsistenzbereich (Stoffdichte meist zwischen 12 und 15 %) MF Membran - Filter nC neutrale Chemikalienrezeptur (Einsatz von Tensid) nf bedrucktes nassfestes Papier NP Nullprobe, druckfarbenfreier Faserstoff NPH Nullprobe Holzstoff, druckfarbenfreie Holzstofffasern NPZ Nullprobe Zellstoff, druckfarbenfreie Zellstofffasern oC ohne Chemikalienzugabe otro ofentrocken P getrocknete Heatset-Druckfarbenpartikel

R ∞

R 0

R457 Weißgrad [%] ΔR457 Weißgradverlust [%-Punkten]

Glossar IV RK Rapid - Köthen - Filter Ru Rußpigmente RuH Holzstoff mit Rußpigmenten S dichtebezogener Lichtstreukoeffizient [m²/kg] SD Stoffdichte [%] UP ungewaschener Faserstoff (Pulp) ZP offsetbedrucktes Zeitungspapier ZPg offsetbedrucktes gealtertes Zeitungspapier

Einleitung 1

1 Einleitung

Altpapier ist der wichtigste Rohstoff für die deutsche Papierindustrie. Neben umweltpolitischen Gründen und dem wachsenden Umweltbewusstsein der Bevölkerung begünstigen aber auch gerade in Deutschland wirtschaftliche Vorteile den Einsatz von Altpapier [1].

Die Altpapiereinsatzquote in Deutschland im Jahr 2005 lag bereits bei 56 % und wird künftig noch weiter ansteigen, da sich die Europäische Papierindustrie zusammen mit anderen Branchen der Wertschöpfungskette verpflichtet hat, die Recyclingquote (Altpapier-Einsatzquote) für Altpapier bis zum Jahr 2010 auf 66 % zu steigern [2; 3]. Mit steigendem Altpapiereinsatz gehen weitere Änderungen der spezifischen Altpapier-Einsatzquoten einher. So hat der Altpapiereinsatz bei Verpackungspapieren wohl sein Maximum erreicht. Wesentliche Steigerungsmöglichkeiten bestehen hauptsächlich im Bereich der graphischen Papiere. Vorraussetzung für den Einsatz großer Mengen Altpapierstoff (aufbereitetes Altpapier) in graphischen Papieren ist die Gewährleistung bestimmter Qualitätsniveaus. Während zum Beispiel von deinktem Faserstoff für die Herstellung von Zeitungsdruckpapieren Weißgrade um 59 % erwartet werden, sind dies bei deinkten Faserstoffen für die Produktion höherwertiger Papiere bereits mindestens 65 % [4]. Das stetig wachsende Altpapierrecycling führt zu einer zunehmenden qualitativen Verschlechterung des zur Verfügung stehenden Altpapiers, gleichzeitig steigen jedoch die Qualitätsansprüche an die optischen Eigenschaften mit Erweiterung der Einsatzbereiche. Die Folge sind Schwierigkeiten bei der Altpapierstoffaufbereitung, die Standards hinsichtlich Ausbeute und optischer Eigenschaften (Weißgrade) zu gewährleisten [5]. Ziel der Altpapierstoffaufbereitung ist es, einen für die erneute Papierherstellung geeigneten Halbstoff bereitzustellen. Um die Qualitätsanforderungen, insbesondere für den Einsatz zur Herstellung höherwertiger altpapierhaltiger Neupapiere, zu gewährleisten, ist es zwingend notwendig die Effizienz der Altpapieraufbereitungsprozesse weiter zu verbessern. Hierbei kommt der Druckfarbenentfernung (Deinking) eine wichtige Rolle zu, da bereits geringe Mengen von Restdruckfarbe im aufbereiteten Faserstoff zu einer deutlichen Verschlechterung dieser optischen Eigenschaften führen können [6].

Aufgabenstellung und Zielsetzung 2

2 Aufgabenstellung und Zielsetzung

Die im Deinkingprozess nicht entfernbaren Restdruckfarben beeinträchtigen die Deinkstoff-Qualität und führen zu geringeren Weißgraden des aufbereiteten Altpapierstoffs. Der Restdruckfarbenanteil beeinträchtigt darüber hinaus auch die Wirkung der in der Bleichstufe eingesetzten Chemikalien.

Ursachen für Restdruckfarben, also an Fasermaterial anhaftende Druckfarbenpartikel, im aufbereiteten Faserstoff sind zum einen eine schlechte Ablösung der Druckfarben von den Fasern und zum anderen die Wiederanlagerung von bereits abgelösten, freien Druckfarben-Partikeln. So können an verschiedenen Stellen des Aufbereitungsprozesses abgelöste Druckfarbenpartikel wieder auf die Fasern aufziehen, was einen signifikanten Verlust der Helligkeit des Faserstoffes bedeutet. Bisherige Untersuchungen zum Verhalten von Druckfarben hinsichtlich ihrer Wiederanlagerung an Fasern befassten sich überwiegend mit wasserbasierenden Druckfarbensystemen (Flexodruck). Es liegen keine systematischen Untersuchungen zum Potenzial einer Wiederanlagerung von den in Deutschland im Wesentlichen verwendeten Druckfarbensystemen (Offset-, Tiefdruck) vor. Das Wissen über die Ursachen für das Vorhandensein bzw. für das Zustandekommen von Restdruckfarben im aufbereiteten Altpapier ist jedoch eine notwendige Voraussetzung, um mögliche technologische Abhilfemaßnahmen für eine Minimierung des Restdruckfarbengehalts ableiten und somit höher Qualitätsanforderungen einhalten zu können. Ziel dieser Arbeit ist es, relevante Einflussgrößen für das Zustandekommen einer Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an Fasermaterial zu ermitteln. Auf Basis dieser Ergebnisse sollen Rückschlüsse auf Ausmaß und Ursachen des Stattfindens einer Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln gezogen werden können, die damit einen Beitrag zu einem theoretischen Modell für die Entstehung von Restdruckfarben in Deinkstoff leisten sollen. Die Untersuchungen begrenzen sich hierbei auf die Prozessstufe Zerfaserung.

Theoretische Grundlagen 3

3 Theoretische Grundlagen

3.1 Der Altpapieraufbereitungsprozess im Überblick

Aufgabe der Faserstoffaufbereitung ist es, die störenden Inhaltsstoffe des gesammelten Altpapiers von den verwertbaren Bestandteilen zu trennen, um eine gereinigte Fasersuspension für die Weiterverarbeitung in der Papiermaschine zu erhalten [7]. Bedingt durch zahlreiche Einflussfaktoren stellt die Altpapieraufbereitung einen hoch komplexen Prozess dar, welcher zudem mit großem technologischen Aufwand verbunden ist [8]. Die Schaltung von Altpapierstoffaufbereitungsanlagen und die eingesetzten Aufbereitungstechniken unterscheiden sich abhängig von der erwünschten Faserstoffqualität, die erreicht werden soll. In der Altpapieraufbereitung wird der Faserstoff häufig durch Stoff abgekürzt. Abbildung 3.1 zeigt eine mögliche Schaltung einer Aufbereitungsanlage für den Altpapiereinsatz zur Herstellung von grafischen Papieren [7].

Abbildung 3.1: Beispiel einer Aufbereitungsanlage für den Altpapiereinsatz bei graphischen Papieren

[7].

Im Folgenden werden nur die wichtigsten Grundprozesse dargestellt.

3

Theoretische Grundlagen 3

3.1.1 Suspendieren und Zerfasern

Unter einer Suspension versteht man in der Chemie ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und einem darin feinverteilten Feststoff. In der Faserstoffaufbereitung entspricht dies einem Gemisch aus Wasser und darin fein verteilten Fasern. Ziel des Suspendierens ist es, eine homogene, pumpfähige Suspension herzustellen, welche eine bestimmte Mischgüte gewährleistet [9]. Um eine solche Suspension zu erhalten, ist zunächst die Zerlegung des Fasergefüges in Einzelfasern notwendig, welche man als Auflösung oder Zerfaserung bezeichnet. Hierfür müssen die Bindungskräfte zwischen den Fasern soweit wie möglich reduziert werden, was mit Hilfe des Wassers und gegebenenfalls unter Zugabe von Chemikalien erreicht wird [7].

Die eigentliche Vereinzelung erfolgt dann durch mechanische oder hydraulische Beanspruchung in einer Suspendiermaschine (siehe Abbildung 3.2). In der Literatur werden für solche Maschinen verschiedene Fachausdrücke synonym gebraucht: Pulper, Auflöser, Stofflöser und Zerfaserer [7].

Pulper sind meist zylindrische Behälter mit einem Volumen von 4 bis etwa 80 m ³ Fassungsvermögen. Ein Rotor, der entweder horizontal oder vertikal eingebaut ist, sorgt für die nötigen Turbulenzen und Scherkräfte [7]. Je nach Gerätewahl kann die Zerfaserung bei unterschiedlicher Stoffdichte durchgeführt werden.

Konventionelle Pulper (LC-Pulper) arbeiten bei niedriger Stoffdichte < 8 % und erzeugen neben Turbulenzen hohe Prall- und Scherkräfte, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, Verunreinigungen zu zerkleinern [10].

Pulper im Mittelkonsistenzbereich (MC-Pulper) haben eine ähnliche Bauform wie LC-Pulper. Da sie aber bei einer Stoffdichte von 12-15 % betrieben werden, wird statt eines konventionellen Rotors ein Schraubenrotor verwendet. [10].

4

Theoretische Grundlagen 3

Hochkonsistenzpulper (HC-Pulper) gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie bei einer Stoffdichte von bis zu 20 % arbeiten und dadurch eine sehr schonende Zerfaserung gewährleisten [10].

3.1.2 Reinigen

Die entstandene Suspension enthält noch zahlreiche Verunreinigungen, die entfernt werden müssen, um die Qualitätsanforderungen an das Endprodukt erfüllen zu können. Die Reinigung erfolgt aufgrund der verschiedenartigen Verunreinigungen in mehreren Schritten. Verunreinigungen werden meist hinsichtlich ihres spezifischen Gewichts bezüglich der gequollenen Faser in

- spezifisch schwerere Bestandteile wie: Steine, Glas, Sand, Metalle u.a.,

- spezifisch gleichschwere wie: Holz, Textilfaser, Kunst- und Klebstoffe, Druckfarben

u.a. und

- spezifisch leichtere Bestandteile wie: Polystyrol, Plastik oder Kork u.a. unterschieden [11].

Bezüglich dieser Unterscheidung werden meist auch die eingesetzten Reinigungsverfahren eingeteilt. Gleichschwere Fremdstoffe werden zum Beispiel in sog. Sortierern abgetrennt. Das Trennungsprinzip beruht auf Unterschieden bezüglich Form und Größe. Indem die Suspension durch Siebe und Schlitze unterschiedlicher Lochweite transportiert wird, können größere Teilchen abgetrennt werden. Hierbei eignen sich Lochsortierer eher für flächige Fremdstoffe, und Schlitzsortierer vorwiegend für Kubische [11]. Nach Durchlaufen verschiedener mechanischer Reinigungsverfahren ist die Suspension weitgehend von Fremdstoffen befreit. Je nach Einsatzbereich des Altpapiers können sich nun weitere Reinigungsverfahren anschließen. Für graphische Papiere folgen an dieser Stelle meist Verfahren zur Beseitigung der Druckfarbe.

Die Ablösung und Entfernung der an den Fasern anhaftenden Druckfarbe wird Deinking genannt. Beim Deinken werden verfahrenstechnisch zwei Grundprozesse unterschieden [7]:

1. Das Ablösen der Druckfarbe von den Fasern und dispergieren der Druckfarbenpartikel in der Stoffsuspension (Druckfarbenablösung).

2. Das Abtrennen der in der Suspension dispergierten Farbpartikel durch Wäsche oder Flotation (Druckfarbenentfernung).

Eine detaillierte Erläuterung des Deinkingprozesses erfolgt in Abschnitt 3.2.

5

Theoretische Grundlagen 3

3.1.3 Verbessern

Den letzten Schritt im Aufbereitungsprozess stellt meist das Verbessern des Faserstoffs hinsichtlich seiner Eigenschaften dar [5]. Die dabei zum Einsatz kommenden Verfahren sind:

• Fraktionieren und Mahlen,

• Dispergieren und

• Bleichen.

Wesentliche Ziele der Mahlung sind die Freilegung der inneren, bindungsfähigen Faserbereiche und die Vergrößerung der spezifischen Faseroberfläche. Die Mahlung des Faserstoffs bewirkt somit eine Verbesserung der Bindungsfähigkeit der Fasern, gleicht Qualitätsschwankungen aus und steigert die Festigkeiten, verschlechtert jedoch auch die Entwässerung [12].

Das Ziel der Dispergierung besteht in der Steigerung der optischen Qualität, indem verbliebene Druckfarben abgelöst, zerkleinert und homogenisiert werden. Durch das Schmelzen und Homogenisieren der verbliebenen Wachse, Paraffine, Stickys und Bitumen werden zusätzlich Störungen der weiterverarbeitenden Maschinen vermieden [7]. Meist erfolgt die Dispergierung in einem Scheibenzerfaserer bei einer Stoffdichte zwischen 25 und 30 % [13].

Um den für höherwertige Papiere geforderten Mindestweißgrad des Altpapierstoffs zu erreichen, werden der Suspension meist während oder nach der Dispergierung, manchmal auch erst am Ende des Aufbereitungsprozesses, Bleichchemikalien zugesetzt. Die Auswahl und Wirksamkeit der Bleichmittel ist abhängig von der Altpapierstoffzusammensetzung und den Prozessbedingungen [14].

6

Theoretische Grundlagen 3

3.2 Der Deinkingprozess

Soll das aufbereitete Altpapier zur Herstellung graphischer Papiere eingesetzt werden, dann sind die optischen Eigenschaften in der Regel das entscheidende Qualitätskriterium. Da die optischen Eigenschaften des aufbereiteten Fertigstoffes ganz wesentlich davon abhängen, wie erfolgreich die Druckfarbe vom Altpapier entfernt werden kann, zählt das Deinken zu den wichtigsten Prozessen der Altpapieraufbereitung im graphischen Einsatzbereich [7]. Das gleichzeitige Ablaufen zahlreicher physikalisch-chemischer Vorgänge an Grenzflächen führt beim Deinkingprozess zu einer großen Anzahl an Wechselwirkungen [6].

3.2.1 Die Druckfarbenablösung

Voraussetzung für die Entfernung von Druckfarben aus der Faserstoffsuspension ist die vorherige Ablösung der auf den Fasern haftenden Druckfarbe sowie die stabile Dispergierung der Partikel in der Suspension.

Abbildung 3.3 zeigt die verschiedenen Mechanismen, welche im Modell von Johansson [15] bei der Druckfarbenablösung beteiligt sind.

Die Ablösung erfolgt demnach während der Suspendierung des Altpapiers durch mehrere Faktoren.

3.2.1.1 Mechanische Kräfte

Die im Pulper auftretenden Reibungs- und Scherkräfte (Shear forces) tragen auf mechanischem Wege dazu bei, die Druckfarbe von den Fasern abzulösen [16], wobei zwischen Wasser/Faser-, Faser/Faser- und Rotor/Faser - Wechselwirkungen unterschieden wird [17].

7

Theoretische Grundlagen 3

Man nimmt an, dass Wasser/Faser - Wechselwirkungen bei kleinen Druckfarbenpartikeln nur geringen Einfluss auf die Ablösung haben. Die relative Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Nähe von Oberflächen, also stillstehenden Schichten wie den Fasern, geht gegen Null. Daher werden kleine Partikel stärker durch die „massiven“ Fasern von den einwirkenden hydrodynamischen Kräften abgeschirmt als größere. Die im Pulper herrschende Hydrodynamik ist im Wesentlichen von dessen geometrischen Aufbau, der Rotorgeometrie, der Drehzahl, der Stoffdichte, dem Scherfaktor, der Viskosität und den Fasereigenschaften abhängig und muss im allgemeinen experimentell für die gewünschte Pulper - Suspension - Kombination bestimmt werden [18].

Hohe Stoffdichten verursachen starke lokal begrenzte Scherkräfte in direkter Rotornähe (Rotor/Faser-Wechselwirkungen), jedoch weniger Faser/Faser-Wechselwirkungen aufgrund der insgesamt verringerten Faserstoffbewegung. Faser/Faser-Wechselwirkungen werden auf mechanischer Seite häufig als wichtigste Einflussgröße auf Stoffzerfaserung und Druckfarbenablösung angesehen, wohingegen Rotor/Faser-Wechselwirkungen meist als Ursache einer starken Fragmentierung der Druckfarbenpartikel genannt werden [15; 19]. Demnach führen zu hohe Stoffdichten zu einer Verminderung der Stoffzerfaserung und einer starken Zerkleinerung der Druckfarbenpartikel. Auf der anderen Seite zeigten Untersuchungen, dass zu geringe Stoffdichten ebenfalls die Effizienz der Zerfaserung verringern und zu einer geringeren Druckfarbenablösung führen [19]. Dieser Effekt wird meist auf die veränderte Hydrodynamik, sprich weniger Faser/Faser- und steigende Wasser/Faser-Wechselwirkungen, zurückgeführt und zeigt die Bedeutung der Anpassung von Stoffdichte und Pulper für eine effiziente Zerfaserung und Druckfarbenablösung [17].

3.2.1.2 Faserquellung

Das Quellen des Faserstoffs (swelling), welcher elastischer ist als die Druckfarbenpartikel, unterstützt ebenfalls das Lösen der Druckfarbe-Faser-Verbindung und ermöglicht gleichzeitig den Chemikalien, an die Grenzflächen zwischen Fasern und Druckfarbe vorzudringen. Die grundsätzliche Ursache des Faserquellens ist ein verringertes chemisches Potential im Faserinneren welches die Aufnahme von Wasser ermöglicht [17].

Abbildung 3.4: Schematische Darstellung der Druckfarbenablösung durch Faserquellung [20] Durch Faserquellung verursachte Volumenvergrößerungen führen zur Dehnung der Faserwände, welche auf die anhaftende, relativ unflexible Druckfarbe übertragen wird. Wie

8

Theoretische Grundlagen 3

Abbildung 3.4 schematisch zeigt, wird die Druckfarbe dadurch abgelöst. Obwohl die Faserquellung bis heute nicht vollständig geklärt ist, wird sie in der Literatur häufig als einer der wichtigsten Druckfarbenablöseprozesse genannt [11; 17; 21].

3.2.1.3 Oberflächenionisation

Die Ionisation der Oberflächen ist ein weiterer wichtiger Einflussfaktor beim Ablöseprozess. Hierbei werden durch Dispergierung und mit Hilfe verschiedener Chemikalien sowohl Fasern, wie auch Druckfarbe negativ aufgeladen. Der Einsatz von Natronlauge spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Natronlauge führt aufgrund der Hydroxid-Ionen (OH ^- ) zu einem alkalischen Milieu, welches die Dissoziation der an der Cellulose gebundenen Carboxyl-Gruppen verstärkt, so dass sich die negative Oberflächenladung des Faserstoffs erhöht. Die Druckfarbenpartikel werden beim Dispergieren ebenfalls negativ aufgeladen, wodurch eine verstärkte elektrostatische Abstoßung zwischen Faser und Druckfarbe entsteht. Dies unterstützt die Ablösung, indem die Verbindung zwischen Druckfarbe und Faser stark gelockert wird [11; 17].

3.2.1.4 Verseifung

Die in den Druckfarben enthaltenen Bindemittel sorgen für eine ausreichende Haftung der Druckfarbe auf dem Papier, indem sie eine netzwerkartige Struktur bilden. Die wichtigste funktionale Gruppe der Bindemittel sind Ester, welche für eine erfolgreiche Druckfarbenablösung abgebaut werden müssen. Der Abbau dieser Bindemittel erfolgt durch Esterspaltung bzw. Verseifung (saponification), also durch Hydrolyse der Esterbindung. Die Esterspaltung führt zu Brüchen im Druckfarbennetzwerk und somit zu kleineren, leichter ablösbaren Druckfarbenpartikeln [17].

3.2.1.5 Stabilisierung

Nach dem Ablösen muss eine Wiederanlagerung der Druckfarbe an die Fasern und eine Ablagerung auf die maschinelle Ausrüstung verhindert werden. Diese Stabilisierung der Druckfarbenteilchen wird durch Dispergierung und Emulgierung erreicht. Die nichtionischen oberflächenaktiven Stoffe, welche zur Ablösung eingesetzt werden, können auch wirkungsvolle Dispergiermittel sein [22]. Eingesetzte und/oder gebildete Tenside haben zum Beispiel einen dispergierenden Effekt auf Druckfarbenpartikel und einen emulgierenden Effekt auf die in den Druckfarben enthaltenen Ölteilchen [17]. Die Tenside sorgen zunächst für die Absenkung der Oberflächenspannung des Wassers und ermöglichen somit eine vollständige Benetzung von Faser und Druckfarbe. Durch Adsorption der Tenside an der

9

Theoretische Grundlagen 3

Oberfläche der Druckfarbe wird die Verbindung zur Faser geschwächt. Bei bereits abgelöster Druckfarbe wird eine Stabilisierung der Partikel in der Fasersuspension erreicht [11].

3.2.1.6 Deinkingchemikalien

Zur Unterstützung des Ablöseprozesses kommen zahlreiche chemische Hilfsmittel zum Einsatz, welche zum Teil mehrere Aufgaben erfüllen [23]. Abbildung 3.5 gibt einen Überblick der beim Deinken eingesetzten Chemikalien [11].

Beim klassischen Deinken werden im allgemeinen folgende chemische Hilfsmittel (Deinkingchemikalien) zugegeben:

• Natronlauge NaOH

• Wasserstoffperoxid H 2 O 2

• Wasserglas

• Fettsäure bzw. deren Seife

• (u.U. Dispergiermittel).

Komplexbildner, wie Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) oder Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) werden als Deinkingchemikalien nicht mehr verwendet [11]. Die zugesetzte Natronlauge sorgt zunächst dafür, dass die Fettsäure in ihr Salz, d.h. in die Seife, überführt und somit wasserlöslich wird. Die gebildete Seife ist eine oberflächenaktive Substanz (Tensid), welche die Oberflächenspannung des Wassers reduziert [11; 22]. Dieses alkalische Milieu begünstigt neben der Faserquellung auch die Zerfaserung. Der Energiebedarf und damit auch die Zerfaserungsdauer im Pulper sind unter neutralen Bedingungen fast doppelt so hoch [9; 17].

10

Theoretische Grundlagen 3

Allerdings verursachen die hohen pH-Werte bei holzhaltigen Altpapieren eine Alkalivergilbung. Um dieser Vergilbung entgegenzuwirken, wird das bleichwirksame Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) eingesetzt (siehe Tabelle 3.1) [8].

Die Bleichwirkung beruht auf der Dissoziation von Wasserstoffperoxid im alkalischen Milieu in Wasser und das Perhydroxyl-Ion (HOO ^- ), wobei das Perhydroxyl-Ion als Bleichreagenz angesehen wird. Aufgrund alkalischer Bedingungen, Temperaturerhöhungen und vor allem durch Schwermetallspuren besteht die Gefahr, dass sich das Wasserstoffperoxid noch vor Entfaltung seiner Bleichwirkung wieder zersetzt [11].

Um diesem katalytischen Zerfall von Wasserstoffperoxid entgegenzuwirken, wird Wasserglas als Stabilisator eingesetzt. Des weiteren trägt Wasserglas zur Verbesserung des Weißgrads und zur Verringerung von Stoffverlusten bei [22].

3.2.1.7 Zusammenspiel der Ablösefaktoren

Die Druckfarbenablösung erfolgt demnach aufgrund zahlreicher physikalisch-chemischer Effekte. Mehrere Untersuchungen [9; 16; 24] haben gezeigt, dass eine Kombination aus mechanischen und chemischen Faktoren für eine erfolgreiche Druckfarbenablösung entscheidend ist. So wurde in Gegenwart von Deinkingchemikalien, jedoch ohne mechanische Beanspruchung, nur eine geringe Druckfarbenablösung festgestellt. Bei ausschließlich mechanischer Beanspruchung war der Ablöseeffekt nur wenig besser. Eine optimale Druckfarbenablösung konnte nur bei gleichzeitiger mechanischer und chemischer Einwirkung erzielt werden. Ähnliche Effekte sind bereits aus dem textilen Waschvorgang bekannt, auch hier sind physikalisch-chemische Synergieeffekte erheblich am erfolgreichen Schmutzaustrag beteiligt [19].

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Theoretische Grundlagen 3

3.2.2 Die Druckfarbenentfernung

In der industriellen Praxis haben sich für die Druckfarbenentfernung im Wesentlichen zwei Verfahren durchgesetzt, das

• Wasch-Deinking und das

• Flotations-Deinking.

Beide Verfahren zielen gleichermaßen auf eine Erhöhung des Weißgrads, auf Verbesserung der Sauberkeit und auf eine Reduzierung der klebenden Verunreinigungen ab. Eine Erhöhung des Weißgrads wird erreicht, wenn es gelingt, die kleinen Druckfarbenpartikel, welche sich bei der Weißgradmessung besonders stark auswirken (siehe Abschnitt 3.5), zu entfernen. Die Sauberkeit wird hingegen durch den Gehalt an großen, mit bloßem Auge erkennbaren Schmutzpunkten, wie Druckfarben- oder Lackteilchen, charakterisiert [11].

3.2.2.1 Das Flotations-Deinking

Das in Europa dominierende Verfahren ist das Flotations-Deinking, welches auf einer selektiven Abtrennung von Druckfarbenpartikeln mittels feinverteilter Luftblasen basiert [7]. Hierfür werden die relativ kleinen Druckfarbenteilchen zunächst durch geeignete Sammlerchemikalien hydrophobiert, agglomeriert und lagern sich anschließend an den eingegasten, fein verteilten Luftblasen an. Die so beladenen Luftblasen strömen durch den Altpapierstoff nach oben (siehe Abbildung 3.6). An der Oberfläche der Flotationszelle scheidet sich dunkler Schaum, der Druckfarbe und geringe Mengen an Papierfaserbruchstücken, Füllstoffen und ggf. Strichpigmenten enthält, ab. Dieser wird mechanisch entfernt. Das Optimum dieses Prozesses liegt bei Druckfarbenpartikeln in den Größen von 20-100 m. Partikel, die kleiner oder größer als die optimale Partikelgröße sind, werden mit geringerer Effizienz flotiert [6].

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3.2.2.2 Das Wasch-Deinking

Das Prinzip der Wäsche beruht auf einem Fest-Fest-Trennvorgang, bei dem ein durch mehrmalige Verdünnungs- und Entwässerungsschritte entstehender Reinigungseffekt genutzt wird. Generell werden bei der Eindickung auf eine höhere Stoffdichte besonders die kleinen Partikel mit dem Wasser ausgetragen [11].

Beim Wasch-Deinking wird daher, im Gegensatz zur Flotation, auf die Agglomeration der Farbpartikel verzichtet und stattdessen eine möglichst starke Zerkleinerung angestrebt. Analysiert man das Größenspektrum der im Altpapier enthaltenen Stoffe, wird deutlich, dass es durch eine Wäsche nicht gelingen kann, Druckfarbenpartikel selektiv abzuscheiden. Prinzipiell werden alle Komponenten, die hinreichend klein sind, um durch die Poren des sich auf dem Trennelement ausbildenden Faservlieses und anschließend durch das Trennelement (Sieb) treten zu können, ausgewaschen. Also auch Füll- und Feinstoffe [8]. Ein Nachteil des Wasch-Deinkens ist die Tatsache, dass die aus dem Stoff abgetrennten Verunreinigungen im Gegensatz zum Schlamm der Flotations-Deinking-Anlage in stark verdünnter Form im Filtrat des Wassers anfallen. Wegen des ohnehin schon enormen Wasserbedarfs wird das Filtrat meist einer aufwendigen Wasseraufbereitung unterzogen. Gereinigt kann es in den Prozess zurück geleitet werden, ohne Reinigung muss es einer Abwasserkläranlage zugeführt werden [11].

Abbildung 3.7 zeigt eine Zusammenfassung der wichtigsten Unterschiede zwischen Flotation- und Wasch-Deinking [11].

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3.3 Druckfarbe und Druckverfahren

Zusammensetzung und Konsistenz von Druckfarben sind nicht frei wählbar, sondern in erster Linie von den Bedingungen und Anforderungen der gewählten Drucktechnologie und dem zu erzeugenden Endprodukt abhängig. Die Tatsache, dass jeder Druckfarbenhersteller mehrere 10.000 verschiedene Farbformulierungen am Markt hat, zeigt zum einen, wie wichtig eine Anpassung der Druckfarbenzusammensetzung an das jeweilige Druckverfahren und Druckprodukt ist [26]. Zum anderen auch, wie unterschiedlich die verschiedenen Druckfarben wechselwirken. Da die Eigenschaften des Druckfarbenfilms wiederum eine mögliche Wiederanlagerung beeinflussen können, sollen zumindest die für graphische Papiere am häufigsten eingesetzten Druckfarben und -verfahren in diesem Abschnitt besprochen werden [27].

3.3.1 Aufbau und Zusammensetzung von Druckfarben

Ganz allgemein lassen sich die Hauptbestandteile der Druckfarben in folgende Komponenten einteilen [27]:

• dem Farbmittel (Farbstoffe oder Pigmente),

• dem Lösungsmittel (Mineralöl, Wasser, Alkohol u.ä.),

• dem Bindemittel (Öle, Harze u.ä.),

• sonstige Hilfs- und Zusatzstoffe (meist nur in geringen Mengen z.b.

Schönungsmittel).

3.3.1.1 Das Farbmittel

Das Farbmittel enthält die farbgebenden Bestandteile der Druckfarbe. Im Fall von Schwarzfarbe werden Pigmente eingesetzt [26]. Diese werden durch ein Bindemittel benetzt und sind idealerweise statistisch über das Anwendungsmedium verteilt [27]. Pigmente sind im Gegensatz zu Farbstoffen im umgebenden Medium (Löse-/Bindemittel) vollkommen unlöslich. Die Farbwirkung ist die Folge der Wechselwirkung des Materials mit Licht durch Absorption und Remission (Streuung und/oder Reflexion) bestimmter Frequenzanteile des sichtbaren Lichts. Als Schwarzpigment wird meistens Kohlenstoff in Form von Ruß eingesetzt [28].

3.3.1.2 Das Lösungsmittel

Die Wahl der Lösungsmittel richtet sich nach den in der Farbe verwendeten Harztypen. Die Aufgaben eines Lösungsmittels sind, die Farbe druckfähig zu machen und die Harze bzw. Farbstoffe anzulösen. Man benötigt das Lösungsmittel lediglich für den Druck, nachher soll es möglichst rasch und vollständig aus der Farbschicht heraustreten und verdunsten [29].

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3.3.1.3 Das Bindemittel (Firnis)

Den Bindemitteln kommen in der Druckfarbe zweierlei Aufgaben zu: Einerseits müssen sie die farbgebende Komponente benetzen, umhüllen und über das Farbwerk und die Druckform auf das Substrat übertragen, andererseits müssen sie die Pigmente auf dem Substrat fixieren und einen widerstandsfähigen Druck herstellen [27; 30]. Eine gute Wechselwirkung zwischen Bindemittel und Pigment erleichtert die Benetzung, beschleunigt den Dispergierungsvorgang und führt zu einer besseren Stabilität der Druckfarben [28]. Das Fixieren der Druckfarbe auf dem Papier geschieht durch Trocknung. In der Druckfarbenchemie werden anstatt Trocknung auch die Begriffe Verfilmung oder Haftung verwendet. Bei der Trocknung spielt der chemische Aufbau des Bindemittels, dessen Reaktionsfähigkeit mit dem Papier und gegebenenfalls dessen Oxidierbarkeit eine Rolle [27]. Dementsprechend unterscheidet man die Bindemittel häufig nach ihrer Trocknungsart [30].

Chemisch trocknende Bindemittel (Oxidation, Polymerisation)

Als chemisch trocknende Bindemittel werden meist pflanzliche Öle, wie der Leinölfirnis, eingesetzt. Da die Naturöle durch Sauerstoffaufnahme trocknen, spricht man auch von oxidativer Trocknung. Die oxidative Trocknung geschieht in 2 Phasen. In der ersten Phase schlägt die Farbe weg und bildet eine „Haut“. In der zweiten Phase trocknet die Farbe oxidativ durch. Das heißt, das in der Farbe befindliche Harz-Öl-Gemisch benötigt eine gewisse Zeit, um nach der „chemischen“ Trocknung einen harten Farbfilm zu bilden. Bei normalen Druckfarben geht man je nach Bedruckstoff von max. 48 Stunden bis zu einem ausreichend trockenen Farbfilm aus [29; 31]. Physikalisch trocknende Bindemittel (Verdunstung und Wegschlagen) Die Verdunstung ist ein rein physikalischer Trocknungsmechanismus, bei dem entweder flüchtige Lösemittel, bei Raum- oder leicht erhöhter Temperatur, oder niedrigviskose Mineralöle, bei hoher Temperatur, die Druckfarbe schnell und fast restlos verlassen und dafür einen trockenen und festen Farbfilm auf dem Papier hinterlassen [50]. Rein wegschlagende Druckfarben sind nur für stark saugfähige Bedruckstoffe geeignet, die in der Lage sind, die flüssigen Druckfarbenbestandteile aufzunehmen. Im Vorgang des Wegschlagens verliert der Druckfarbenfilm an Volumen und die Pigmentteilchen rücken näher zusammen, wie in Abbildung 3.8 zu sehen ist [31].

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3.3.1.4 Druckhilfsmittel

Druckhilfsmittel werden zur Verbesserung der Druckeigenschaften einer Farbe in meist geringen Konzentrationen beigemischt. Sie können Trockenstoffe, Wachse für die Scheuerfestigkeit, Verschnittmittel für die Aufhellung der Farben oder Füllstoffe für Viskosität und Mattierung enthalten [49]. Bei wasserbasierenden Farben kommen zudem Netzmittel, Entschäumer und Konservierungsmittel als spezielle Hilfsmittel zum Einsatz. Im Bezug auf das Deinking wurden Druckhilfsmittel wegen der geringen Einsatzmenge und der Vielfältigkeit der eingesetzten Stoffe bisher nicht näher untersucht [30].

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3.3.2 Druckverfahren und Eigenschaften des Druckfarbenfilms

Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des getrockneten Farbauftrags am Papier hängen in erster Linie vom Trocknungsmechanismus der Druckfarbe und dieser wiederum vom verwendeten Druckverfahren ab. Aufgrund der anfallenden Menge sind Zeitungen, Zeitschriften, Kataloge und Beilagen die wichtigsten Rohstoffe der Deinkingtechnik. Zeitungen werden heute überwiegend im Offset-Coldset-Druck hergestellt. In einigen Ländern, wie Italien, Großbritannien und vor allem den USA, wird deutlich häufiger der wasserbasierende Flexodruck eingesetzt. Typische Druckverfahren für Zeitschriften sind Tief- und Offsetdruck, die eingesetzten Papiere sind überwiegend holzhaltige Papiere [11; 32].

3.3.2.1 Offsetdruck

Das in Deutschland wichtigste und am weitesten verbreitete Druckverfahren ist der Offsetdruck. Der Name stammt vom Englischen "to set off" (absetzen) und beschreibt ein indirektes Druckprinzip. Die druckenden und nichtdruckenden Flächen liegen quasi in einer Ebene, unterscheiden sich aber in ihrem Benetzungsvermögen. Die nicht druckenden Oberflächenbereiche sind hydrophil, also besonders gut mit Wasser bzw. einem Wasser-Alkohol-Gemisch und schlecht mit öligen Flüssigkeiten benetzbar. Die druckenden Bereiche sind hydrophob, verhalten sich also genau umgekehrt. Die Druckplatte wird zunächst mit einem Feuchtmittel (Wasser-Alkohol-Gemisch) in Berührung gebracht, welches die nicht druckenden Bereiche benetzt. Anschließend erfolgt an den druckenden Stellen, die nicht durch Feuchtmittel benetzt sind, der Farbauftrag durch die Farbwalze [32]. Je nach Art der Papierzuführung können Offsetdruckverfahren weiter unterteilt werden. Das Einführen einzelner Blätter in die Maschine wird Bogenoffsetdruck und die bahnenförmige Zufuhr von auf Rollen gewickelten Papieren, wie z.b. beim Zeitungsdruck, wird Rollenoffsetdruck genannt [33].

Alle Offsetdruckverfahren sind dadurch charakterisiert, dass die eingesetzten Farben auf schwer flüchtigen Ölen basieren und nicht mit Lösemitteln verdünnt werden müssen. Insbesondere der Mengenanteil und die stoffliche Zusammensetzung der

Bindemittelkomponente variiert deutlich in Abhängigkeit von den Trocknungsvorgängen bei den verschiedenen Offset-Druckverfahren [31].

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Beim Offsetdruck mit anschließender Heißlufttrocknung (Heatset-Offset) erfolgt die Farbtrocknung in drei Phasen [31]:

Wegschlagen eines kleinen Teils des Grundöls aus der Druckfarbe in das Papier, ^- Verdunsten/Verdampfenweiterer Mineralölanteile (ca. 90 %) im Heizkanal des ^- Trocknersbei 190 - 250 °C und einer Verweilzeit vo n ca. 1 Sekunde, Verfestigung des Farbfilms bei Abkühlung der Papierbahn auf ^- Umgebungstemperatur.

Farben für den Zeitungsrotationsdruck (Coldset-Offset) trocknen dagegen fast ausschließlich durch Wegschlagen der Grundöle in den Bedruckstoff ohne zusätzliche hitzeanwendende Trocknungseinrichtung.

Beim Bogen-Offsetdruck erfolgt der überwiegende Teil der Trocknung durch Oxidationsreaktion der ungesättigten Fettsäuren, die in den sogenannten trocknenden Ölen (z.b. Leinöl, Sojaöl) enthalten sind, mit der Umgebungsluft [27].

Prinzipiell sind Druckfarben, die festhaftende, zähe Druckfarbenfilme bilden, schlechter von den Fasern ablösbar. Beispiele für solche Farben sind strahlungshärtende Systeme (UV-Farben) und Offsetfarben (Bogenoffset- und manche Zeitungsoffsetfarben), die große Anteile an oxidativ trocknenden Ölen wie Lein- oder Sojaöl enthalten [11]. Abbildung 3.9 gibt einen Überblick über Druckfarbe, Druckfarbentrocknung und Ablösbarkeit des Druckfarbenfilms.

Abbildung 3.9: Überblick über Druckfarbe, Druckfarbentrocknung und Ablösbarkeit des