Beitrag zur Aufklärung des Entstehungsmechanismus für das Vorhandensein von Restdruckfarben im Deinkstoff

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

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.