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Wählen Sie Stärke für den Nassbereich, wenn das Hauptziel eine stärkere Bindung innerhalb der Bahn ist und die Papiermaschine die zugegebene Stärke wirksam zurückhalten kann. Wählen Sie Oberflächenstärke, wenn die Oberflächenfestigkeit, die Verringerung von Rupfen oder Staubbildung oder die Kontrolle des Verhaltens der Bahn beim Drucken und Weiterverarbeiten im Vordergrund steht. Viele Papiersorten profitieren von beiden Verfahren; das richtige Verhältnis hängt jedoch davon ab, wo es an Festigkeit fehlt, wie sich die Faserstoffzusammensetzung verhält und was die Anwendungstechnik leisten kann.

Für technische Fachleute, die modifizierte Stärke für Anwendungen in der Papierindustrie vergleichen, ist daher zunächst der Einsatzpunkt zu bestimmen. Eine Stärke, die sich im Stoffsystem bewährt, ist möglicherweise für eine Leimpresse ungeeignet. Umgekehrt kann eine Stärke für die Oberflächenleimung mit ausgezeichneter Viskositätskontrolle wenig bewirken, wenn sie einem Faserstoff zugesetzt wird, der sie nicht zurückhalten kann. Gehen Sie vom Schadensbild der Bahn aus und leiten Sie daraus die geeignete Stärkchemie, die Aufbereitungsbedingungen und die Anwendungsgrenzen ab.

Die zu verbessernde Eigenschaft bestimmen

„Höhere Festigkeit“ ist eine zu allgemeine Vorgabe für die Auswahl von Stärke. Eine geringe innere Bindung, eine schwache Zugfestigkeit, Rupfen an der Oberfläche und eine unzureichende Widerstandsfähigkeit gegenüber Belastungen bei der Weiterverarbeitung können unterschiedliche Maßnahmen erfordern. Eine Bahn kann eine ausreichende Festigkeit im gesamten Volumen aufweisen und dennoch beim Drucken Fasern freisetzen. Eine andere kann eine feste Oberfläche, aber eine unzureichende Bindung durch ihre Dicke hindurch haben. Wird der Stärkeeinsatz erhöht, ohne diese Bedingungen zu unterscheiden, können die Kosten steigen, während die begrenzende Eigenschaft weitgehend unverändert bleibt.

Stärke für den Nassbereich unterstützt die Faserbindung innerhalb der Bahn, sofern sie wirksam zurückgehalten und verteilt wird. Bei der Oberflächenapplikation wird Stärke auf und unter der Oberfläche aufgebracht; die Eindringtiefe hängt von der Rohbahn und den Anwendungsbedingungen ab. Dadurch können Eigenschaften verbessert werden, die über die äußerste Schicht hinausgehen. Tiefe und Gleichmäßigkeit dieses Beitrags müssen jedoch für die betreffende Papiersorte ermittelt werden.

Unterscheiden Sie außerdem zwischen Oberflächenleimung und Wasserbeständigkeit. Stärke kann die Oberfläche festigen und verdichten, doch sollte nicht davon ausgegangen werden, dass Stärke allein die erforderliche Beständigkeit gegenüber flüssigem Wasser bietet. Wenn die Wasseraufnahme eine Spezifikationsanforderung ist, muss das vollständige Leimsystem bewertet werden, einschließlich interner oder oberflächenwirksamer hydrophobierender Leimungsmittel und ihrer Verträglichkeit mit der Stärkerezeptur.

Legen Sie vor der Anforderung von Mustern die begrenzende Eigenschaft, das maßgebliche Prüfverfahren und die Betriebsbedingungen fest, unter denen das Problem auftritt. Bei einer Verpackungspapiersorte kann dies die Festigkeit nach Konditionierung und Weiterverarbeitung umfassen. Bei einer Druckpapiersorte ist die Oberflächenintegrität unter repräsentativen Druckbedingungen möglicherweise aussagekräftiger als ein allgemeiner Festigkeitswert.

Die Auswahl von Stärke für den Nassbereich hängt von Retention und Ladungsverträglichkeit ab

Kationische Stärke ist ein verbreiteter Ausgangspunkt für die Festigkeitsentwicklung im Nassbereich, da ihre positive Ladung die Adsorption an negativ geladenen Bestandteilen des Faserstoffs fördern kann. Ihr Nutzen hängt davon ab, wie viel davon die für die Bindung relevanten Stellen erreicht. Fasern, Feinstoffe, Füllstoffe sowie gelöste oder kolloidale Substanzen beeinflussen diese Verteilung. Die Zugabemenge allein sagt daher wenig über die tatsächliche Nutzung aus.

Ein Faserstoff mit erheblichem anionischem Bedarf kann einen Teil der Ladung der Stärke binden, bevor sie wirksam zur Faserbindung beiträgt. Rezyklierte Faserstoffe können aufgrund gelöster Verunreinigungen, Feinstoffe und verbleibender Prozesschemikalien Schwankungen verursachen. Auch die Leitfähigkeit und Veränderungen beim Schließen des Wasserkreislaufs können Adsorption und chemische Wechselwirkungen beeinflussen. Eine Stärke, die unter vergleichsweise sauberen Laborbedingungen ausgewählt wurde, kann sich daher im zirkulierenden Maschinenwasser anders verhalten.

Ein höherer kationischer Substitutionsgrad führt nicht automatisch zu einer besseren Leistung. Er verändert das Adsorptionsverhalten und die Wechselwirkungen mit den übrigen Bestandteilen des Nassbereichsprogramms. Je nach System kann er die Nutzung verbessern oder ein ungünstiges Gleichgewicht mit Retentionsmitteln, Fixiermitteln und anderen geladenen Additiven schaffen. Vergleichen Sie die Sorten mit repräsentativem Faserstoff und Prozesswasser und achten Sie dabei auf eine für die Papiermaschine relevante Zugabereihenfolge und Mischbedingungen.

Amphoterische Stärke kann infrage kommen, wenn ihre Kombination geladener Gruppen zur Chemie des Faserstoffs passt. Die Bezeichnung allein belegt jedoch nicht die Eignung für einen bestimmten pH-Wert, eine bestimmte Leitfähigkeit oder Belastung durch Verunreinigungen. Bitten Sie Lieferanten, die Ladungseigenschaften und den vorgesehenen Betriebsbereich der Sorte zu beschreiben, und überprüfen Sie die Eignung anschließend unter den Bedingungen der Papiermaschine.

Auch die Kochqualität ist wichtig. Unvollständige Verkleisterung, ein uneinheitlicher Feststoffgehalt oder eine Verschlechterung während der Lagerung können eine ansonsten geeignete Chemie beeinträchtigen. Die Bewertung sollte das tatsächliche Kochverfahren der Papiermaschine, die Verdünnungspraxis, die Temperatur während der Bereitstellung und die Verweilzeit berücksichtigen. Eine Laboraufbereitung, die sich im Produktionssystem nicht reproduzieren lässt, bietet nur eine schwache Grundlage für die Auswahl.

Verfolgen Sie während eines Versuchs die Festigkeit ebenso wie Entwässerung, Formation, Retention und das Verhalten des Klarwassers. Eine höhere Zugfestigkeit kann wirtschaftlich unattraktiv sein, wenn sie mit einer schlechteren Formation oder einer Einschränkung bei der Trocknung einhergeht. Liefert zusätzliche Stärke hingegen kaum einen weiteren Festigkeitsgewinn, kann dies auf eine begrenzte Adsorptionskapazität, Wechselwirkungen mit anderen Substanzen oder einen anderen Engpass bei der Entwicklung der Bahn hindeuten. Eine Dosiserhöhung sollte erst nach einer Ursachenanalyse erfolgen.

Bei der Oberflächenleimung ist ein praktikables Verhältnis zwischen Viskosität und Feststoffgehalt erforderlich

An der Leimpresse oder Filmpresse muss die Stärke eine stabile Applikationslösung bilden, gleichmäßig übertragen werden und in die geeignete Tiefe der Bahn eindringen. Bei der Auswahl stehen daher Kochviskosität, Feststoffkonzentration, Lösungsstabilität, Filmeigenschaften und Wechselwirkungen mit dem Rohpapier im Mittelpunkt. Die Ladung bleibt relevant, insbesondere bei Mischrezepturen, doch die Auswahlkriterien für den Nassbereich lassen sich nicht einfach übertragen.

Oxidierte, enzymatisch abgebaute und weitere viskositätsangepasste Stärken bieten mögliche Wege für die Oberflächenapplikation. Diese Bezeichnungen kennzeichnen allgemeine Modifizierungsverfahren, nicht austauschbare Leistungsstufen. Molekularer Abbau, funktionelle Gruppen, botanische Herkunft und Aufbereitungsbedingungen können die resultierende Lösung und den Film beeinflussen.

Eine Verringerung der Viskosität kann eine Applikation mit höherem Feststoffgehalt ermöglichen und so die Wassermenge verringern, die bei einer bestimmten Trockenstärkeaufnahme eingebracht wird. Dieser Vorteil muss gegen die Festigkeitsentwicklung und die Integrität des Films abgewogen werden. Ein übermäßiger molekularer Abbau kann die Leistung beeinträchtigen, während eine für die Anlage zu viskose Lösung eine ungleichmäßige Applikation verursachen oder den erreichbaren Feststoffgehalt begrenzen kann.

Vergleichen Sie Viskositätswerte nur, wenn die Messbedingungen vergleichbar sind. Ein Zahlenwert des Lieferanten ist ohne Angabe von Feststoffkonzentration, Temperatur, Aufbereitungsverfahren und Messmethode nur begrenzt aussagekräftig. Messungen nach dem Kochen und nach einer repräsentativen Standzeit sind nützlich, da Viskositätsänderungen, Gelbildung oder Instabilität auftreten können, bevor die Lösung den Applikator erreicht.

Das Applikationssystem beeinflusst den Auswahlbereich. Eine Trog-Leimpresse setzt die Bahn einem anderen Übertragungs- und Benetzungsprozess aus als eine dosierte Filmpresse. Maschinengeschwindigkeit, Dosieranordnung, Nip-Bedingungen und Lösungstemperatur wirken sich auf das Applikationsverhalten aus. Eine Sorte, die auf einer Anlage funktioniert, kann auf einer anderen einen anderen Feststoffgehalt oder ein anderes Viskositätsprofil erfordern.

Auch die Saugfähigkeit der Rohbahn ist entscheidend. Eine offene, saugfähige Bahn kann Stärke nach innen ziehen und dadurch zur Festigkeit beitragen, während weniger Stärke an der Oberfläche verbleibt. Eine höhere Rückhaltefähigkeit an der Oberfläche kann die Oberflächenabdeckung begünstigen, führt aber möglicherweise nicht zur gewünschten Eindringtiefe. Bei Vergleichen von Stärken sollten daher interne Leimung, Porosität, Feuchtigkeit und Formation dokumentiert werden. Andernfalls kann eine Veränderung der Rohbahn fälschlicherweise als Produktunterschied interpretiert werden.

Bei Versuchen zur Oberflächenleimung sollten die tatsächliche Trockenaufnahme und ihre Gleichmäßigkeit über die Bahn gemessen werden. Gleiche Badkonzentrationen gewährleisten keine gleiche Applikation. Erzielt ein Kandidat ein höheres Festigkeitsergebnis allein deshalb, weil mehr Stärke übertragen wird, muss die Papiermaschine feststellen, ob der dadurch erhöhte Verbrauch, Trocknungsbedarf und Betriebsaufwand akzeptabel bleiben.

Festlegen, welchen Beitrag die einzelnen Applikationsverfahren leisten sollen

Stärke für den Nassbereich und Oberflächenstärke können sich ergänzen, sind aber nicht beliebig austauschbar. Eine Verlagerung von Stärke an die Oberfläche kann die Applikationseffizienz bei einem oberflächenbedingten Problem verbessern, lässt eine Schwäche der inneren Bindung jedoch möglicherweise ungelöst. Eine Erhöhung der Stärkemenge im Nassbereich kann die Festigkeit der Bahn verbessern, ohne die für Drucken oder Beschichten erforderliche Oberflächenintegrität zu erreichen.

Eine sinnvolle erste Aufteilung orientiert sich daran, wo die Schwäche liegt:

• Bei unzureichender innerer Bindung sollten die Retention und Bindungswirkung von Stärke im Nassbereich zusammen mit der Aufbereitung des Faserstoffs und der Mahlung untersucht werden.
• Bei Rupfen, Staubbildung oder geringer Oberflächenintegrität sollten Oberflächenapplikation, Gleichmäßigkeit der Aufnahme und Kontrolle der Eindringtiefe im Vordergrund stehen.
• Wenn sowohl die inneren als auch die Oberflächeneigenschaften begrenzend sind, sollte das Gesamtprogramm bewertet und der zusätzliche Beitrag jedes Zugabepunkts ermittelt werden.
• Ist die Wasseraufnahme das Hauptproblem, sollte das hydrophobe Leimungssystem und seine Wechselwirkung mit der Stärke bewertet werden, statt die Stärkemenge als einzige Stellgröße zu behandeln.

Dies sind Ausgangshypothesen für Versuche. Einige Oberflächenbehandlungen tragen wesentlich zur Gesamtfestigkeit bei, und Verbesserungen im Nassbereich können das Oberflächenverhalten beeinflussen. Die Entscheidung sollte auf den gemessenen Ergebnissen für den jeweiligen Faserstoff, die Bahnstruktur und die Papiermaschine beruhen.

Ändern Sie bei einem kombinierten Programm zunächst jeweils nur eine wesentliche Variable, bevor Sie eine umfassendere Anpassung prüfen. Ermitteln Sie zunächst die Wirkung der Dosierung im Nassbereich und beurteilen Sie anschließend die Oberflächenaufnahme bei möglichst gleichbleibender Rohbahn. So lässt sich eine sinnvolle Kombination von zwei Zugaben unterscheiden, die ein ungelöstes Prozessproblem ausgleichen.

Den Vergleich an den Bedingungen der Papiermaschine und den Kosten je verkaufsfähiger Tonne ausrichten

Eine praktische Bewertung kann mit einer Laborprüfung beginnen, gefolgt von einer Überprüfung des Aufbereitungssystems und einem kontrollierten Maschinenversuch. Jede Stufe sollte eine andere Frage beantworten: Hat die Chemie Potenzial? Kann die Papiermaschine die Stärke gleichmäßig aufbereiten und handhaben? Liefert sie die erforderlichen Bahneigenschaften ohne unzumutbare betriebliche Nachteile?

Verwenden Sie für Prüfungen im Nassbereich repräsentativen Faserstoff und Prozesswasser sowie realistische pH-Werte, Leitfähigkeiten, Chemikalienreihenfolgen und Mischbedingungen. Vergleichen Sie die Kandidaten zunächst bei gleicher Trockenstoffdosierung und untersuchen Sie anschließend die Dosierungsabhängigkeit. Berücksichtigen Sie Beobachtungen zu Retention und Entwässerung, damit sich die Festigkeitsergebnisse im Kontext interpretieren lassen. Laborblätter helfen bei der Vorauswahl, können jedoch Scherung, Formation und Wasserkreislauf der Papiermaschine nicht vollständig nachbilden.

Bei Prüfungen zur Oberflächenleimung sollten die Kandidaten auf vergleichbare Rohbahnen aufgetragen und sowohl die Trockenaufnahme als auch die Aufbereitungsbedingungen dokumentiert werden. Prüfen Sie die für den vorgesehenen Einsatz relevante Eigenschaft sowie mögliche Auswirkungen auf Porosität, Steifigkeit, Aussehen oder eine nachfolgende Beschichtung. Laborapplikationen helfen, die Auswahl einzugrenzen; Übertragungsstabilität und Verhalten bei Produktionsgeschwindigkeit müssen jedoch weiterhin an der Papiermaschine beurteilt werden.

Vereinbaren Sie vor dem Maschinenversuch Abnahmekriterien. Dokumentieren Sie genügend Betriebsbedingungen, um die Stärkewirkung von Schwankungen des Faserstoffs oder Prozesses unterscheiden zu können. Eine festere Bahn, die mit anderer Feuchtigkeit, Mahlung oder Flächenmasse hergestellt wurde, ist kein aussagekräftiger Vergleich. Berücksichtigen Sie die Reaktionszeit des Systems, insbesondere wenn zirkulierendes Wasser nach einer Änderung im Nassbereich eine verzögerte Stabilisierung verursachen kann.

Für den wirtschaftlichen Vergleich sollten anschließend die Gesamtkosten je verkaufsfähiger Tonne herangezogen werden. Berücksichtigen Sie den Trockenstärkeverbrauch, den Aufbereitungsbedarf, die Trocknungslast, Produktionsbeschränkungen und messbare Qualitätsverluste. Ein niedrigerer Einkaufspreis kann durch schlechte Retention oder einen höheren Aufnahmebedarf zunichtegemacht werden. Umgekehrt muss eine teurere Sorte unter den Bedingungen der Papiermaschine einen messbaren Vorteil bieten, um den Aufpreis zu rechtfertigen.

Das Gespräch mit dem Lieferanten wird produktiver, sobald dieser Betriebsbereich festgelegt ist. Fragen Sie nach sortenspezifischen Angaben zu Ladungseigenschaften, sofern relevant, zur Viskosität unter festgelegten Bedingungen, zu Kochanforderungen, Feststoff- und Feuchtigkeitsspezifikationen sowie zum Lagerverhalten. Bei Papier für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt sollten Sie Unterlagen anfordern, die für die genaue Sorte, den vorgesehenen Verwendungszweck und den Zielmarkt geeignet sind; eine allgemeine Aussage zur Produktfamilie reicht nicht aus.

Die am besten geeignete Sorte ist diejenige, die die maßgebliche Papiereigenschaft innerhalb der Aufbereitungs-, Applikations- und Trocknungskapazität der Papiermaschine wiederholt erfüllt. Wenn zusätzliche Stärke keine sinnvolle Verbesserung mehr bewirkt, sollten Retention, Eindringtiefe und die zugrunde liegende Bahnstruktur erneut geprüft werden, bevor ein höherer Verbrauch festgelegt wird. Dann wird aus dem Vergleich zwischen Nassbereich und Oberflächenleimung eine fundierte betriebliche Entscheidung.