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
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aufgabenstellung und Zielsetzung
3 Theoretische Grundlagen
3.1 Der Altpapieraufbereitungsprozess im Überblick
3.1.1 Suspendieren und Zerfasern
3.1.2 Reinigen
3.1.3 Verbessern
3.2 Der Deinkingprozess
3.2.1 Die Druckfarbenablösung
3.2.1.1 Mechanische Kräfte
3.2.1.2 Faserquellung
3.2.1.3 Oberflächenionisation
3.2.1.4 Verseifung
3.2.1.5 Stabilisierung
3.2.1.6 Deinkingchemikalien
3.2.1.7 Zusammenspiel der Ablösefaktoren
3.2.2 Die Druckfarbenentfernung
3.2.2.1 Das Flotations-Deinking
3.2.2.2 Das Wasch-Deinking
3.3 Druckfarbe und Druckverfahren
3.3.1 Aufbau und Zusammensetzung von Druckfarben
3.3.1.1 Das Farbmittel
3.3.1.2 Das Lösungsmittel
3.3.1.3 Das Bindemittel (Firnis)
3.3.1.4 Druckhilfsmittel
3.3.2 Druckverfahren und Eigenschaften des Druckfarbenfilms
3.3.2.1 Offsetdruck
3.3.2.2 Flexodruck
3.4 Wiederanlagerung
3.4.1 Grundlagen und Einteilung
3.4.2 Mögliche Einflussgrößen auf eine Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an Fasern bei der Zerfaserung
3.4.2.1 Zerfaserungsbedingungen
3.4.2.2 Druckprodukt und Druckfarbe
3.4.2.3 Faserstoff
3.5 Optische Eigenschaften von deinkten Faserstoffen
3.5.1 Weißgrad
3.5.2 Schmutzpunkte und Partikelgrößenverteilung
3.5.3 Berechnungsgrundlagen von weiteren Kenngrößen
4 Experimenteller Teil
4.1 Konzeption der Untersuchungen
4.1.1 Grundidee
4.1.2 Ablaufplan
4.2 Eingesetzte Materialien und Geräte
4.2.1 Eingesetzte Materialien
4.2.2 Verwendete Geräte und Prüfmittel
4.3 Auswahl und Festlegung benötigter Methoden
4.3.1 Bereitstellung der Druckfarbenpartikel für die Modellversuche
4.3.1.1 Druckfarbenpartikel aus getrockneter Druckfarbe
4.3.1.2 Druckfarbenpartikel aus abgelösten Druckfarbenpartikeln
4.3.1.3 Einsatz von bedrucktem nassfestem Papier als Druckfarbenpartikelspender
4.3.1.4 Verfahrensauswahl zur Bereitstellung der Druckfarbenpartikel
4.3.2 Auswahl der Methode zur Bewertung der Wiederanlagerung
4.3.2.1 Hyperwäsche mit Haindl-McNett-Fraktionierer
4.3.2.2 Hyperwäsche mit Brecht-Holl-Fraktionierer
4.3.2.3 Vergleich und Auswahl der Methode
4.4 Beschreibung der Verfahrenschritte zur Durchführung der Modellversuche
4.4.1 Probenvorbereitung
4.4.1.1 Vorbereitung des Faserstoffs
4.4.1.2 Herstellung der Chemikalienlösungen
4.4.2 Zerfaserung
4.4.3 Probenentnahme
4.4.4 Homogenisieren im Desintegrator
4.4.5 Hyperwäsche
4.4.6 Herstellung der Laborproben zur Bestimmung der optischen Eigenschaften
4.4.6.1 Herstellung der Laborblätter (Nutschenblätter)
4.4.6.2 Herstellung der Laborfilter
4.5 Beschreibung der Verfahrensschritte zur Ermittlung relevanter Kenngrößen
4.5.1 Vermessung mittels Spektralphotometer
4.5.2 Partikelgrößenverteilung mittels DOMAS-Schmutzpunktmodul
4.5.2.1 Große Schmutzpunktmessung GSM
4.5.2.2 Kleine Schmutzpunktmessung KSM
4.5.2.3 Mikroskopie
4.5.3 Abgeleitete Kenngrößen
4.5.3.1 Weißgradverlust
4.5.3.2 ERIC-Wert
4.5.3.3 Modifizierter ERIC700-Wert
4.6 Modellversuche
4.6.1 Versuche unter Verwendung des Holzstoffs
4.6.2 Versuche unter Verwendung des Zellstoffs
4.7 Referenzversuche mit Altpapier
5 Ergebnisse
5.1 Ergebnisse der Referenzversuche mit Altpapier
5.2 Ergebnisse der Modellversuche
5.2.1 Ergebnisse bei Einsatz der Coldset-Offset-Druckfarbe und des Holzstoffs
5.2.2 Ergebnisse bei Einsatz der Coldset-Offset-Druckfarbe und des Zellstoffs
5.2.3 Ergebnisse bei Einsatz der Heatset-Offset-Druckfarbe und des Holzstoffs
5.1.3 Ergebnisse bei Einsatz der Rußpigmente
5.2 Ergebnisse der Schmutzpunktanalysen
5.3 Ergebnisse der Mikroskopieuntersuchungen
6 Bewertung und Diskussion der Ergebnisse
6.1 Bewertung der Einflussgrößen auf eine Wiederanlagerung
6.1.1 Bewertung der chemischen Verhältnisse
6.1.2 Bewertung von Druckfarbenart und Menge
6.1.3 Bewertung der Prozesstemperatur
6.1.4 Bewertung des Faserstoffs
6.1.5 Bewertung der Zerfaserungsdauer
6.2 Diskussion der Ursachen für das Zustandekommen einer Wiederanlagerung
6.3 Bewertung des Anteils der Wiederanlagerung am Restdruckfarbengehalt
7 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Phänomen der Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an Fasern während der Zerfaserungsstufe im Altpapier-Deinkingprozess. Das primäre Ziel ist es, die maßgeblichen Einflussgrößen zu ermitteln, um ein theoretisches Verständnis für die Entstehung von Restdruckfarben zu entwickeln und Möglichkeiten zur Qualitätssteigerung beim Altpapierrecycling aufzuzeigen.
- Mechanismen der Druckfarbenablösung und Wiederanlagerung im Zerfaserungsprozess.
- Einfluss von Prozessparametern wie Temperatur, Zerfaserungsdauer und Chemikalieneinsatz.
- Untersuchung verschiedener Druckfarbensysteme (Coldset, Heatset) und Faserstoffarten.
- Methodische Entwicklung von Modellversuchen zur Differenzierung von Ablösungs- und Anlagerungseffekten.
- Optische Bewertung der Ergebnisse mittels Weißgradmessung und Partikelgrößenanalyse.
Auszug aus dem Buch
3.4.1 Grundlagen und Einteilung
Je nach Haftung der Druckfarbe unterscheidet man
- Lumen-Loading,
- reversible und
- irreversible Wiederanlagerung,
wobei davon ausgegangen wird, dass vor allem die irreversible Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an den Fasern beim Deinken eine wichtige Rolle spielt [17].
Unter reversibler Wiederanlagerung versteht man Druckfarbenpartikel, die sich zwar an den Fasern angelagert haben, jedoch mit Hilfe einer Hyperwäsche wieder entfernt werden können. Bei irreversiblen Wiederanlagerungen hingegen wäre ein erneutes Wiederablösen durch keines der derzeit bekannten Druckfarbenentfernungsverfahren möglich. Einen Spezialfall der irreversiblen Wiederanlagerung stellt das sogenannte Lumen-loading dar, bei dem Druckfarbenpartikel durch Öffnungen oder Beschädigungen der Faserwände in das Innere der Faser (Lumen) eindringen und nicht wieder entfernt werden können.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Arbeit erläutert die Bedeutung von Altpapier als Rohstoff und die Notwendigkeit, Deinkingprozesse zur Einhaltung hoher Qualitätsstandards für grafische Papiere zu optimieren.
2 Aufgabenstellung und Zielsetzung: Ziel ist die Identifizierung von Einflussgrößen für die Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an Fasern, um ein theoretisches Modell zur Vermeidung von Restdruckfarben zu schaffen.
3 Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel behandelt den Altpapieraufbereitungsprozess, die Deinking-Verfahren, die Chemie von Druckfarben und die Mechanismen der Wiederanlagerung.
4 Experimenteller Teil: Beschreibung der methodischen Konzeption, der verwendeten Materialien, der Versuchsaufbauten und der Analyseverfahren zur Bewertung der Wiederanlagerung.
5 Ergebnisse: Dokumentation der Versuchsergebnisse, differenziert nach Altpapier-Referenzversuchen, verschiedenen Druckfarbentypen und Einflussfaktoren auf die Partikelgrößenverteilung.
6 Bewertung und Diskussion der Ergebnisse: Analyse der Einflussgrößen auf die Wiederanlagerung sowie Diskussion der Ursachen und des Anteils der Wiederanlagerung am Gesamtrestdruckfarbengehalt.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse über die Wiederanlagerung und Empfehlungen für zukünftige Forschungsansätze.
Schlüsselwörter
Deinking, Altpapier, Zerfaserung, Wiederanlagerung, Restdruckfarbe, Weißgrad, Partikelgrößenverteilung, Hyperwäsche, Faserstoff, Druckfarbenpartikel, Flotation, Offsetdruck, Heatset, Coldset, Modellversuch
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Aufklärung des Entstehungsmechanismus von Restdruckfarben im Altpapier-Deinkingprozess, speziell mit dem Prozess der Wiederanlagerung bereits abgelöster Farbpartikel an die Papierfasern.
Welches sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Schwerpunkte liegen auf der Prozessstufe der Zerfaserung, der Untersuchung verschiedener Offset-Druckfarbentypen sowie dem Einfluss von Chemikalien, Temperatur und Zerfaserungsdauer auf die Wiederanlagerungsrate.
Was ist die primäre Forschungsfrage der Arbeit?
Es wird untersucht, welche prozesstechnischen Einflussgrößen während der Zerfaserung maßgeblich für die Wiederanlagerung von Druckfarbenpartikeln an das Fasermaterial verantwortlich sind.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Analyse verwendet?
Es wurden grundlegende Modellversuche mit unbedrucktem Faserstoff durchgeführt, bei denen gezielt Druckfarbenpartikel zugegeben wurden, um den Prozess der Wiederanlagerung isoliert zu analysieren und mittels Hyperwäsche quantitativ zu bewerten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen des Deinking-Prozesses, eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Aufbaus sowie die systematische Auswertung der Ergebnisse hinsichtlich Weißgradverlust und Schmutzpunktanalysen.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?
Die Arbeit ist am besten durch Begriffe wie Deinking, Wiederanlagerung, Altpapieraufbereitung, Zerfaserung, Restdruckfarbe und Weißgradverlust charakterisiert.
Warum wird zwischen Holzstoff und Zellstoff unterschieden?
Die Untersuchung differenziert zwischen diesen Stoffen, da ihre unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit und chemische Zusammensetzung das Anlagerungsverhalten von Druckfarbenpartikeln unterschiedlich beeinflussen.
Welchen Einfluss hat die Zerfaserungsdauer auf das Deinkingergebnis?
Eine steigende Zerfaserungsdauer führt einerseits zu einer verbesserten Ablösung der Farbe, kann aber andererseits durch Fragmentierung der Partikel oder die Zunahme von Wechselwirkungen die Wiederanlagerung begünstigen und so den Weißgrad verschlechtern.
Welche Rolle spielt die chemische Umgebung beim Deinking?
Alkalische Bedingungen bewirken oft eine Agglomeration der Druckfarbenpartikel und verhindern so eher die Wiederanlagerung, während neutrale Bedingungen (mit Tensiden) zwar die Ablösung fördern, aber auch die Wiederanlagerung kleiner Partikel begünstigen können.
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- Dipl.-Ing. (FH) Sonja Kunkel (Author), 2007, Beitrag zur Aufklärung des Entstehungsmechanismus für das Vorhandensein von Restdruckfarben im Deinkstoff, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/120703
