Papier und Zellstoff

Papier wird aus Holzfaserpulpe, Füllstoffen, Pigmenten und Flockungsmitteln hergestellt. Füllstoffe wie Tonerden oder Kreide werden hinzugefügt, um das Papier opak zu machen. Mittels Farbstoffen und Pigmenten, wie z. B. Titandioxid, wird die gewünschte Helligkeit des Fertigprodukts erzielt. Die verbesserte Verwertung dieser Bestandteile ist während der Papierherstellung von größter Wichtigkeit.

Zetapotenzial und Rheologie in der Papierherstellung

Die Wechselwirkung zwischen allen verwendeten Komponenten und den physikalischen Eigenschaften des Produkts sowie der Effizienz der Papierherstellungsanlage ist komplex. Zwei Parameter sind jedoch besonders nützlich - das Zetapotenzial und die rheologischen Eigenschaften. Das Zetapotenzial ist der Parameter, der die elektrische Wechselwirkung zwischen den Partikeln bestimmt. Ein hoher Zetapotenzialwert - ob negativ oder positiv - verhindert die Ausflockung. Wird der Wert null angenähert, können sich die Partikel aufeinander zubewegen und ausflocken. Änderungen des Zetapotenzials können sich auf die Retensionswerte, Festigkeit, Teerablagerung, die erforderlichen Additive und damit auf die Kosten auswirken. Abgesehen vom Prozess an sich hängt auch die wirksame Abwasserbehandlung hochgradig vom Zetapotenzial der ausgegebenen Materialien ab. Zetapotenzialmessungen können schnell und einfach mit dem Zetasizer Nano Z oder Nano ZS durchgeführt werden.

Die Anwendung der Zetapotenzialmessungen in einer Papierfabrik kann auf zweierlei Weise erfolgen. Zum einen kann ein Zetapotenzialprofil der Anlage in gut funktionierendem Zustand erstellt werden. Entstehen später Probleme, können diese durch Untersuchung der Abweichungen von dieser Norm abgeklärt werden. Zum anderen lassen sich die bestehenden Prozesse verbessern, indem das Zetapotenzial in jeder Prozessphase untersucht wird.

Das Zetapotenzial der Pulpe und anderer Partikel im Prozess kann aus mehreren Gründen variieren, z. B. Änderungen beim Abscheidungsprozess, pH-Wert, Pulpequelle und Mengen der verwendeten Additive. Die Auswirkungen dieser Parameter auf das Zetapotenzial der Pulpe und anderer Partikel können mit einer Kombination des Zetasizer mit dem Multi-Purpose Titrator (MPT-2) automatisch untersucht werden. Mittels MPT-1 ist die automatische Messung der Auswirkung von pH-Wert, Leitfähigkeit oder Additivkonzentration auf das Zetapotenzial der Dispersion möglich.

Alles was über das Zetapotenzial gesagt wurde, gilt für auch für die rheologischen Eigenschaften. Rheologische Messungen werden in der Regel an Bulkmaterial durchgeführt und erfordern keinerlei Verdünnung. Dadurch kann z.B. simuliert werden wie sich Papierbeschichtungsmaterial (in seiner komplexen Zusammensetzung) verhalten wird, wenn es den hohen Scher- und Stressbedingungen ausgesetzt wird, wie es beim Papierbeschichtungsprozess der Fall ist. Kostenintensive Produktionstests und Produktionsprobleme können vermieden werden, wenn die Bedingungen zuerst in einem Rheometer simuliert werden, oder wenn ein Rheometer eingesetzt wird, um die Zusammensetzung des Material mit den gewünschten Eigenschaften genau zu ermitteln, anstatt Prozessprobleme und Fehlzeiten in Kauf zu nehmen.

Partikelgrößenbestimmung und Papierherstellung

Im Papierherstellungsprozess spielt die Partikelgröße eine wichtige Rolle. Die Partikelgröße der im Prozess verwendeten Rohmaterialien muss gewissenhaft überwacht werden, da Abweichungen zu minderwertigen Produkten führen können. So wirkt sich zum Beispiel die Größenverteilung der Titandioxidpartikel, die als Pigment im Papierherstellungsprozess verwendet werden, auf die Helligkeit des Endprodukts aus. Die Partikelgröße kann mit einem Zetasizer gemessen werden, wenn die Partikelgröße des Materials klein genug ist (im typischen Fall weniger als 1 µ). Für die Messung von Proben mit größeren Partikeln ist die Laserbeugung das geeignete Verfahren. Für diese Anwendungen kann der Mastersizer 2000 zusammen mit einer geeigneten Dispergiereinheit für nasse oder trockene Proben eingesetzt werden.