Papier. Inhalt. Grundlagen, Herstellung, Eigenschaften und Verwendung

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1 Papier Grundlagen, Herstellung, Eigenschaften und Verwendung Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren Stora Enso Hagen Kabel Inhalt 1 Grundlagen 1.1 Definition 1.2 Klassifizierung 1.3 Geschichte 1.4 Rohstoffe 2 Herstellung 2.1 Halbstofferzeugung 2.2 Altpapierrecycling 2.3 Stoffaufbereitung 2.4 Papiermaschine 2.5 Veredelung 2.6 Ausrüstung 3 Eigenschaften 3.1 Allgemeine Eigenschaften 3.2 Geometrische Eigenschaften 3.3 Physikalische Eigenschaften 3.4 Mechanische Eigenschaften 3.5 Optische Eigenschaften 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung 4.2 Produktgruppen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 2

2 1 Grundlagen 1.1 Definition Was ist Papier überhaupt? Definition 1.2 Klassifizierung Welche Papiere gibt es? Klassifizierung 1.3 Geschichte Wie ist Papier entstanden? Geschichte 1.4 Rohstoffe Woraus besteht Papier? Rohstoffe Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 3 1 Grundlagen 1.1 Definition Definition DIN 6735 (Deutsche Norm): Papier ist ein flächiger, im Wesentlichen aus Fasern pflanzlicher Herkunft bestehender Werkstoff, der durch Entwässerung auf dem Sieb gebildet wird. Dabei entsteht ein Faserfilz, der anschließend verdichtet und getrocknet wird. DUDEN (Deutsches Wörterbuch): Papier ist ein aus Pflanzenfasern (mit Stoff- und Papierresten) durch Verfilzen und Verleimen hergestelltes, zu einer dünnen, glatten Schicht gepresstes Material, das vorwiegend zum Beschreiben und Bedrucken oder zum Verpacken gebraucht wird. Papier ist faserverstärkte Luft! Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 4

3 1 Grundlagen 1.2 Klassifizierung (1) Flächenmasse: unter 150 g/m² (225 g/m²) : Papier (paper) 150 g/m² bis 600 g/m² : Karton über 600 g/m² (225 g/m²) : Pappe (board) Veredelung: ohne Veredelungsschritt: machine finished (MF) mit Oberflächenglättung: super calandered (SC) (paper) (board) Druckverfahren: Tiefdruck Offsetdruck Papier Karton Pappe Flexodruck Digitaldruck Inkjetdruck 150 g/m² 225 g/m² 600 g/m² Klassifizierung Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 5 1 Grundlagen 1.2 Klassifizierung (2) Drucknorm ISO (ICC-Profile): ungestrichen glänzend gestrichen, weiß, holzfrei, 115 g/m² (ISO-coated) matt gestrichen, weiß, holzfrei, 115 g/m² (ISO-newspaper) glänzend gestrichen, LWC, 65 g/m² (ISO-webcoated) ungestrichen, weiß, Offsetdruck, 115 g/m² (ISO-uncoated) ungestrichen, gelblich, Offsetdruck, 115 g/m² (ISOuncoated-yellowish) gestrichen Strichmasse: 5 g/m² bis 6 g/m² : ultra light weight coated (ULWC) 7 g/m² bis 12 g/m² : light weight coated (LWC) 13 g/m² bis 15 g/m² : medium weight coated (MWC) 16 g/m² bis 20 g/m² : heavy weight coated (HWC) 15 g/m² bis 30 g/m² : Faltschachtelkarton 20 g/m² bis 30 g/m² : Kunstdruckpapier Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 6 Quelle: PMV Strich Papier Klassifizierung Strich

4 1 Grundlagen 1.3 Geschichte (1) Speichermaterialien vor der Papiererfindung Steintafeln aus Schiefer Pergament aus Tierhaut Papyrus aus Schilfrohr Geschichte Pergament Papyrus Steintafel Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 7 1 Grundlagen 1.3 Geschichte (2) Geschichte 150: Erfindung des Papiers durch Tsai Lun in China (Gue Yang in Hunan) 750: Verrat des Geheimnisses des Papiermachens durch chinesische Gefangene an arabische Gewinner der Schlacht in Tukestan (Talas bei Samarkant) 1144: Herstellung von Papier in Spanien (Xantiva bei Valencia) 1268: Herstellung von Papier in Italien (Fabriano bei Ancona) 1354: Herstellung von Papier in Frankreich (Essones bei Paris) 1390: Herstellung von Papier in Deutschland (Gleismühle bei Nürnberg) Tsai Lun Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 8

5 1 Grundlagen 1.3 Geschichte (3) 1453: Erfindung des Buchdrucks durch Johannes Gutenberg Geschichte 1672: Erfindung des Holländers in den Niederlanden 1774: Entdeckung der Chlorbleiche durch Karl Wilhelm Scheele Werkstatt mit Druckpresse Holländer zum Zerfasern und Mahlen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 9 1 Grundlagen 1.3 Geschichte (4) Geschichte 1798: Erfindung des Langsiebs durch Louis Nicholas Robert in Frankreich 1799: Patentierung des Langsiebs durch die Gebrüder Fourdrinier in Frankreich 1843: Erfindung des Schleifens durch Friedrich Gottlob Keller in Darmstadt 1852: Entwicklung des Schleifens durch Professor Walter Brecht in Darmstadt Versuchsschleifer nach Keller Papiermaschine mit Langsieb Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 10

6 1 Grundlagen 1.4 Rohstoffe (1) Rohstoffe Papier Füllstoffe CaCO 3 Kaolin Talkum TiO 2 Faserstoffe Additive Leim Farbstoff Aufheller Binder primär sekundär chemisch mechanisch Zellstoff Holzstoff Holzschliff Altpapier Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 11 1 Grundlagen 1.4 Rohstoffe (2) A Zellstoff Holzstoff Holzschliff Altpapier Papier besteht im Wesentlichen aus einzelnen Fasern, die auf chemischem oder mechanischem Weg aus pflanzlichem Material gewonnen werden. Wenn die Zerfaserung auf chemischen Weg vorgenommen wurde, so wird der gewonnene Faserstoff als Zellstoff bezeichnet. Mit den Begriffen Holzstoff und Holzschliff sind Faserstoffe gemeint, die beide auf einem mechanischen Weg gewonnen wurden. Gegenüber den Einjahrespflanzen hat das Holz als Mehrjahrespflanze eine größere Bedeutung bei der Herstellung von Primärfaserstoffen. Das Altpapier bildet mit einer Einsatzquote von 60 % eine weitere bedeutsame Rohstoffquelle für die Papierfabrikation. Das Papiergefüge wird durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Fasern zusammengehalten. Rohstoffe Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 12

7 1 Grundlagen 1.4 Rohstoffe (3) A Rohstoffe Die Faserbindung kann durch chemische Additive, die Leimungsmittel, verbessert werden, was dem Papier eine höhere Festigkeit verleiht. Des Weiteren werden dem Papier Farbstoffe und optische Aufheller in der Masse zugesetzt oder wie Bindemittel im Stich angewendet. Neben den genannten Papierchemikalien, die im Papier verbleiben, gibt es Prozesschemikalien, welche den Herstellungsprozess beeinflussen. Solche Prozesschemikalien sind zum Beispiel Entschäumer, Dispersionsmittel, Biozide und Aufschlusschemikalien. Die Faserzwischenräume sind zum Teil mit Pigmenten wie Calciumcarbonat, Kaolin, Talkum oder Titandioxid gefüllt. Füllstoffe sind im Vergleich zu Faserstoffen preiswert und verbessern beispielsweise Opazität, Weiße, Glanz und Glätte des Papiers. Leim Farbstoff Aufheller Binder CaCO 3 Kaolin Talkum TiO Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 13 2 Herstellung (1) 2.1 Halbstofferzeugung Wie entstehen die Halbstoffe? Holz Halbstofferzeugung 2.2 Altpapierrecycling Was passiert mit dem Altpapier? Altpapier Altpapierrecycling 2.3 Stoffaufbereitung Was passiert in der Aufbereitung? 2.4 Papiermaschine Wie ist die Maschine aufgebaut? 2.5 Veredelung Wie wird das Rohpapier veredelt? Suspension Stoffaufbereitung Papiermaschine Veredelung Faserstoff Rohpapier 2.6 Ausrüstung Was heißt Ausrüstung von Papier? Ausrüstung Papier Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 14

8 2 Herstellung (2) Holz Altpapier Halbstofferzeugung Lagern Entrinden Hacken Zerfasern Altpapierrecycling Auflösen Sortieren Deinken Mahlen Suspension Auflauf Sieb Stoffaufbereitung Bleichen Mahlen Sortieren Auflösen Papiermaschine Presse Trocknung Aufrollung Faserstoff Rohpapier Papier Verpacken Ausrüstung Schneiden Veredelung Kalandern Streichen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 15 2 Herstellung (3) A Der Prozess der Herstellung von Papier erfolgt in mehreren Subprozessen, die jeweils mehrere Prozessschritte beinhalten. Bei den Subprozessen zur Herstellung von Papier handelt es sich um: Die Halbstofferzeugung aus Holz, Das Recycling von Altpapier, Das Konditionieren in der Stoffaufbereitung, Die Blattbildung auf der Papiermaschine, Die Veredelung des Rohpapiers und Die Ausrüstung zum Endprodukt Holz Altpapier Suspension Halbstofferzeugung Altpapierrecycling Stoffaufbereitung Papiermaschine Veredelung Ausrüstung Faserstoff Rohpapier Papier Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 16

9 2 Herstellung 2.1 Halbstofferzeugung (1) Holz Halbstofferzeugung Lagern Entrinden Hacken Zerfasern Faserstoff Text Holz Fasern Quelle: PMV Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 17 2 Herstellung 2.1 Halbstofferzeugung (2) A Lagern Entrinden Hacken Zerfasern Die Prozessschritte der Halbstofferzeugung sind: Halbstofferzeugung das Lagern: Bis zu seiner Verarbeitung lagert das per Lastkraftwagen, Bahn oder Schiff angelieferte Holz zwei bis drei Wochen lang auf dem Holzplatz. Die Stapel der 2 m bis 4 m langen Holzprügel werden gegen Austrocknung bewässert und mit Chemikalien vor Pilzbefall geschützt. das Entrinden: Die Holzprügel müssen von ihrer dunklen Rinde befreit werden, weil diese die folgenden Prozesse stört und die Papierqualität beeinträchtigt. Nach der Entrindung erfolgt eine optische Kontrolle, wobei unvollständig entrindetes Holz den Prozessschritt erneut durchläuft. das Hacken: Zur Herstellung von Zellstoff und Holzstoff wird das Holz in kleine Chips, die auch Hackschnitzel heißen, zerhackt und in Haufen, den sogenannten Piles, gelagert. Im Fall der Zerfaserung des Holzes zu Holzschliff im Schleifer entfällt der Prozessschritt des Hackens. das Zerfasern: Der Aufschluss erfolgt unter Einsatz von chemischen oder mechanischen Kräften oder einer Kombination von beiden. Zum Einsatz kommen im Fall von Zellstoff die sogenannten Kocher, beim Aufschluss zu Holzstoff die Refiner und Schleifer zur Erzeugung von Holzschliff Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 18

10 2 Herstellung 2.1 Halbstofferzeugung (3) A Lagern Holzplatz Halbstofferzeugung Hacken Entrindungstrommel Entrinden Hackschnitzel Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 19 2 Herstellung 2.1 Halbstofferzeugung Chemische Zerfaserung chemische Zerfaserung von Hackschnitzeln zu Zellstoff nach dem Sulfitverfahren im alkalischen Bereich bei hohen ph-werten nach dem Sulfatverfahren im sauren Bereich bei niedrigen ph-werten Zerfasern Hackschnitzel Halbstofferzeugung Quelle: PMV Zellstoff Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 20

11 2 Herstellung 2.1 Halbstofferzeugung Mechanische Zerfaserung Zerfasern Hackschnitzel Rundholz mechanische Zerfaserung von Hackschnitzeln zu Holzstoff mit einem Quelle: PMV Scheibenrefiner Zylinderrefiner Kegelrefiner von Rundholz zu Holzschliff mit einem Holzstoff Stetigschleifer Magazinschleifer Scheibenrefiner Halbstofferzeugung Stetigschleifer Holzschliff Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 21 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling (1) Altpapier Altpapierrecycling Auflösen Sortieren Deinken Mahlen Faserstoff Text AP: Altpapier DIP: deinked pulp Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 22

12 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling (2) A Auflösen Sortieren Deinken Mahlen Die Altpapieraufbereitung setzt sich aus mehreren Subprozessen zusammen. Die Teilprozesse der Aufbereitung von Altpapier sind: Altpapierrecycling das Auflösen: Das lose oder zu Ballen gepresste und mit Drähten zusammen gehaltene Altpapier wird im Pulper kontinuierlich oder in Chargen suspendiert. das Sortieren: Grobe Verunreinigungen, wie Büroklammern, Heftklammern, Drähte, Sand, Folien und Styropor müssen entfernt werden. das Deinken: Die an den Fasern haftende Druckfarbe kann durch Sortierung nicht entfernt werden, so dass hier auf das Deinking zurückgegriffen wird. das Mahlen: Für die Aktivierung der Faseroberfläche zur Verbesserung der Bindungen zwischen den Fasern muss eine Mahlung vorgenommen werden. Das Auflösen, das Sortieren und das Mahlen sind Prozesse, die auch in der Stoffaufbereitung erfolgen und werden deshalb erst später behandelt. Das Deinking ist der wichtigste Prozessschritt in der Aufbereitung von Altpapier Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 23 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling Deinken A Altpapierrecycling Deinken Wäsche Flotation Die Prozesse der Druckfarbenentfernung aus dem Altpapier werden allgemein als das Deinken bezeichnet. Der Entfernung von störenden Druckfarben aus dem suspendierten Altpapier dienen als gängigen Verfahren: die Flotation (hoher Wirkungsgrad bei größeren Partikeln) die Wäsche (hoher Wirkungsgrad bei kleineren Partikeln) Durch das Deinken sollen die optischen Eigenschaften des anschließend erzeugten Papiers verbessert werden. Diese zu verbessernden optischen Eigenschaften der Suspension aus grob gereinigtem Altpapier sind: die R 457 -Reinheit (diffuser, blauer Reflexionsfaktor) die CIE-Weiße (comission internationale de l éclairage) der ERIC-Wert (effective residual ink concentration) Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 24

13 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling Deinken Flotation (1) Altpapierrecycling Deinken Wäsche Flotation Überlauf, Schaber, Sauger inlet reject Injektor, Impeller Quelle: PMV Quelle: PMV accept Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 25 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling Deinken Flotation (2) A Der Altpapieraufbereitung durch Flotation erfolgt in Flotationszellen. Die Trennung beruht auf mechanischen und chemischen Kräften. Die zugeführte Altpapiersuspension wird in einen möglichst reinen, faserreichen Teil und einen verunreinigten, faserarmen Teil getrennt. Die mechanischen Kräfte werden durch spezielle Bauteile der Flotationszelle beim Belüften, Durchmischen und Abtrennen erzeugt. Für die Erzeugung der mechanischen Kräfte gibt es in der Flotationszelle jeweils statische Lösungen und dynamische Lösungen. Das Belüften erfolgt durch einen Injektor oder durch einen Impeller. Der Durchmischung dienen Zelleneinbauten oder Rührelemente. Das Abtrenne übernehmen ein Überlauf oder Schaber und Sauger. Flotation Deinken Aufgaben Belüften Durchmischen Abtrennen statische Lösung Injektor Zelleneinbauten Überlauf dynamische Lösung Impeller Rührelemente Schaber, Sauger Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 26

14 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling Deinken Flotation (3) A Die chemischen Kräfte basieren auf dem Einsatz verschiedener Flotationschemikalien. Die wichtigsten Flotationschemikalien und ihre Aufgaben sind im Folgenden aufgeführt. Natronlauge fördert die Quellung der Fasern und initiiert die Verseifung der Fettsäure. Mit Wasserglas wird der Zerfall des Peroxid verzögert und der ph-wert gepuffert. Wasserstoffperoxid dient der Hemmung der Vergilbung und Bleiche von Farbstoffen. Durch Tenside wird die Druckfarbe dispergiert und die Agglomeration gefördert. Flotation Aufsteigen der Agglomerate mit Luftblasen Anlagern der Agglomerate an Luftblasen Ca 2+ Ca 2+ Agglomerieren der Farbpartikel Luft Ca 2+ Luft Deinken Ca 2+ Na + Ca 2+ Luft Na + Ca 2+ Na + Na + Ca 2+ Ca 2+ Quellen der Fasern Aufplatzen der Druckfarbe Farbe Ablösen und Dispergieren der Farbpartikel Faser Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 27 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling Deinken Flotation (4) Flotationsmechanismus: Deinken Verseifung der Fettsäure Quellung der Fasern Aufplatzen der Druckfarbe Ablösen und Dispergieren der Farbpartikel Agglomerieren von Farbpartikeln Einbringen von Luftblasen Anlagern der Agglomerate an Luftblasen Aufsteigen der Agglomerate mit Luftblasen Entfernen des Schaums Flotation Aufsteigen der Agglomerate mit Luftblasen Anlagern der Agglomerate an Luftblasen Ca 2+ Ca 2+ Agglomerieren der Farbpartikel Luft Ca 2+ Luft Ca 2+ Na + Ca 2+ Luft Na + Ca 2+ Na + Na + Ca 2+ Ca 2+ Quellen der Fasern Aufplatzen der Druckfarbe Farbe Ablösen und Dispergieren der Farbpartikel Faser Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 28

15 2 Herstellung 2.2 Altpapierrecycling Deinken Flotation (5) A Zunächst haftet die Druckfarbenschicht flächig fest an der Oberfläche der Faser. Das Alter, also die Aushärtung der Druckfarbe, beeinflusst die Deinkbarkeit. Durch die Quellung der Fasern vergrößern sich ihre Länge und der Durchmesser. Infolge dessen platzt die Farbschicht auf und löst sich leichter von der Faser. Die Seifenmoleküle besitzen eine hohe Affinität zur Druckfarbe. Die Seifenmoleküle machen die Druckfarbe durch Anlagerung hydrophil, also wasserlöslich. Die kleinen dispergierten Druckfarbenpartikel bilden größere Agglomerate. Die Agglomerate lagern sich in der Flotationszelle an die aufsteigenden Luftblasen an. Die Luft wird durch Injektoren oder Impeller in die Suspension eingebracht. An der Oberfläche wird der Schaum mit Schabern, Saugern oder einem Überlauf entfernt. Zurück bleibt der mehr oder weniger saubere Faserstoff. Der Faserstoff wird durch weitere Flotationsvorgänge oder eine Wäsche weiterbehandelt. Im Vergleich zur Flotation besitzt die Wäsche ihren maximalen Wirkungsgrad bei niedrigeren Partikelgrößen. Sie wird zum Deinken seltener angewendet. Die Wäsche dient der Entfernung von abrasiven Bestandteilen. Abrasive Partikel sind zum Beispiel bei der Erzeugung von Hygienepapieren unerwünscht. Flotation Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 29 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Faserstoff Stoffaufbereitung Auflösen Sortieren Mahlen Bleichen Suspension wichtigste Prozesse: Auflösen von Zellstoff oder Altpapier im Pulper Sortieren des Faserstoffs im Sortierer oder Cleaner Mahlen des erzeugten Faserstoffs im Refiner Bleichen des Faserstoffs in Bleichturm oder Bütte weiteren Aufgaben: Lagern der verschiedenen Komponenten in Bütten Dämpfen von zeitlichen Schwankungen der Prozesse Überbrücken von Totzeiten bei Maschinenausfällen Rückführen von Ausschuss in den Stoffkreislauf Trennen vom Wasserkreislauf der Maschine Mischen der Stoffsuspension aus allen Bestandteilen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 30

16 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Auflösen Stoffaufbereitung Auflösemechanismen: mechanische Kräfte (Viskosität) thermische Kräfte (Temperatur) chemische Kräfte (ph-wert) Pulperrührwerk Auflösemaschinen: Hochkonsistenz- Pulper (< 19 %) Mittelkonsistenz- Pulper (<12 %) Niederkonsistenz- Pulper (< 6 %) Auflösen Zellstoffzuführung Altpapierauflösung Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 31 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Sortieren Stoffaufbereitung Sortieraufgaben: Entfernung störender Stoffe Schutz folgender Maschinen Sortierkriterien: Größe und Form spezifische Masse Büroklammern und Tackernadeln Schrauben und Drähte Sortieren Kunststofffolie und Styropor Glassplitter und Steine Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 32

17 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Sortieren Sortieren Sortiermaschinen: Sortierer: Die Sortierung erfolgt durch Siebe mit Löchern oder Schlitzen, wobei die Größe und Form der Partikel das Trennkriterium sind. Scheibensortierer Zylindersortierer Cleaner: Die Sortierwirkung beruht auf dem Strömungsfeld in einem Kunststoffkegel, das die Störstoffe nach ihrer spezifischen Masse trennt. Dünnstoffcleaner Dickstoffcleaner Cleanerbatterie Stoffaufbereitung Zylindersortierer Dünnstoffcleaner Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 33 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Mahlen Stoffaufbereitung Das Ziel des Mahlens ist die Erhöhung der spezifischen Faseroberfläche und damit die Verbesserung ihrer Fähigkeit mit anderen Fasern Bindungen einzugehen, was die Festigkeit des Papiers erhöht. Die zwei Extremfälle der Mahlung sind: die rösche, schneidende Mahlung und die schmierige, quetschende Mahlung. schneidende, rösche Mahlung Mahlen quetschende, schmierige Mahlung Scheibenrefiner opakes, saugfähiges, voluminöses Papier Löschpapier, Filterpapier fettdichtes, steifes, transparentes Papier Butterbrotpapier, Transparentpapier Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 34

18 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Bleichen (1) Stoffaufbereitung Bleichchemikalien: oxidierende, chlorhaltige Bleichchemikalien : Chlor Cl 2 (C) Chlordioxid ClO 2 (D) Natriumhypochlorid NaClO 2 (H) oxidierende, chlorfreie Bleichchemikalien : Wasserstoffperoxid H 2 O 2 (P) Sauerstoff O 2 (O) Ozon O 3 (Z) reduzierende, chlorfreie Bleichchemikalien : Peressigsäure HSCH 2 COOH (A) Natriumdithionit Na 2 S2O 4 (Y) Formamidinsulfinsäure HOOSCNHNH 2 (FAS) Bleichen 1. Stufe (Oxidation) 2. Stufe (Reduktion) Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 35 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Bleichen (2) Bleichen A Wie beim Deinken von Altpapier ist das Ziel des Bleichens von Faserstoff die Verbesserung der optischen Eigenschaften. Diese optischen Eigenschaften werden durch optische Kennwerte, wie zum Beispiel die R 457 -Reinheit und die W CIE -Weiße quantifiziert. Alternativ zum Bleichen werden die optischen Eigenschaften beeinflusst durch: optische Aufheller: Durch Fluoreszenz steigt die Intensität des Lichts im blauen Bereich des Spektrums und das gelbe Papier erscheint weißer. absorbierende Farbstoffe: Durch Absorption sinkt zwar die Helligkeit, aber das Spektrum wird gleichmäßiger und das gelbliche Papier unbunter und grau. Neben den eigentlichen Bleichchemikalien sind Chemikalien erforderlich zur: Komplexierung: Komplexierungsmittel bilden mit Schwermetallionen, die den Bleichprozess stören, schwerlösliche und somit unschädliche Chelatkomplexe. Phlegmatisierung: Der Zerfall des bei der oxidierenden Bleich wirksamen Wasserstoffperoxid wird durch Phlegmatisierungsmittel gehemmt. Extraktion, Wäsche: Im Zuge der Extraktionsstufe werden die gelösten, färbenden Stoffe durch Natronlauge aus dem Faserstoff heraus gewaschen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 36

19 2 Herstellung 2.3 Stoffaufbereitung Bleichen (3) Bleichen A Bezüglich des Bleichmechanismus unterscheidet man: die oxidierende Bleiche: Bei der Oxidation werden die färbenden Substanzen gelöst und durch Wäsche aus dem Faserstoff entfernt. Die Oxidationsmittel greifen jedoch auch die Fasern an, was sich letztendlich negativ auf die Festigkeit des Papiers auswirkt. die reduzierende Bleiche: Durch Reduktion werden die färbenden Bestandteile nur entfärbt und verbleiben im Faserstoff. Da die Reduktion durch die Oxidation mit dem Sauerstoff der Luft wieder umgekehrt wird, vergilbt das Papier im Laufe der Zeit. Die Oxidationsmittel und Reduktionsmittel reagieren mit unterschiedlichen Bestandteilen des Faserstoffs. Deshalb kann mit in einer einzigen Bleichstufe kein zufrieden stellendes Bleichergebnis erzielt werden. In der Praxis werden mehrere Bleichsequenzen hintereinander geschaltet, wobei die reduzierende Stufe im Anschluss an die oxidierende Stufe folgt. Aus Umweltschutzgründen zieht man heute der preiswerten Chlorbleichen vor: die ECF-Bleiche (elementary chlorine free): Bleichen ohne elementares Chlor die TCF-Bleiche (totally chlorine free): Bleichen auch ohne Chlorverbindungen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 37 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine (1) Suspension 0,15 % - 1 % 14 % - 20 % 40 % - 55 % 90 % - 96 % Papiermaschine Auflauf Sieb Presse Trocknung Aufrollung Trockengehalt mechanische Entwässerung thermische Entwässerung Rohpapier Entwässerung Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 38

20 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine (2) A Eine Papiermaschine besteht im Wesentlichen aus fünf Einheiten. Bei den fünf Baueinheiten einer Papiermaschine handelt es sich um: den Stoffauflauf die Siebpartie die Pressenpartie die Trockenpartie und die Aufrollung Papiermaschine Abgesehen von Stoffauflauf und Aufrollung wird auf der Papiermaschine aus einer flüssigen Suspension durch Entwässerung ein festes Vlies gebildet. Das Ziel ist es, die Entwässerung möglichst sparsam in Bezug auf die erforderliche Energie und Zeit beziehungsweise den nötigen Platz zu gestalten. In der Sieb- und Pressenpartie erfolgt die Entwässerung unter Aufwendung von mechanischer Energie in Form von Relativbewegung und Druckspannungen. Thermische Energie ist in der Trockenpartie zur Entfernung des restlichen Wassers erforderlich, wenn der Trockengehalt schon recht hoch ist. Die beteiligten Trocknungsmechanismen sind die Kontakt-, Konvektions- und Strahlungstrocknung durch Wärmeleitung, -übergang und -strahlung. Auflauf Sieb Presse Trocknung Aufrollung Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 39 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Auflauf (1) Papiermaschine Anforderungen: gleichmäßige Verteilung in Querrichtung Querstromverteiler Rundverteiler optimale Flockengröße durch Turbulenz Stufendiffusoren Lochwalzen Lamellen Stoffauflauf Querstromverteiler Auflauf Rundverteiler Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 40

21 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Auflauf (2) A Der Stoffauflauf hat die Aufgabe die Stoffsuspension gleichmäßig in Querrichtung aber auch in Maschinenrichtung, also unabhängig von der Zeit, auf dem Sieb zu verteilen. Zur gleichmäßigen Verteilung des Faserstoffs auf dem Sieb muss die Geschwindigkeit beziehungsweise der Druck in Querrichtung konstant sein und darf keinen zeitlichen Schwankungen unterliegen. Das kann durch zwei verschiedene Verteilertypen, nämlich den Querstromverteiler oder den Rundverteiler, realisiert werden, von denen der zuerst genannte weiter verbreitet ist. Des Weiteren muss der Stoffauflauf so aufgebaut sein, dass agglomerierte Faserflocken aufgebrochen werden, was durch die Einbringung von Turbulenz erreicht wird. Die Turbulenz wird durch eingebaute Lamellenwände, Stufendiffusoren oder durch drehende Lochwalzen erzeugt, so dass die Flocken durch Scherkräfte zerstört werden. Beim Austritt aus der Stoffauflauflippe kann die Turbulenzerzeugung jedoch einen negativen Einfluss auf die Blattbildung haben, so dass hier immer ein Kompromiss getroffen werden muss. Auflauf Papiermaschine Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 41 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Sieb (1) Siebgeometrien: Rundsieb oder Rundformer Langsieb oder Fourdrinier Hybridformer oder Duoformer Doppelsieb oder Gapformer Entwässerungselemente: Siebtisch (1) Registerwalze (2) Nasssauger (3) Foil (4) Flachsauger (5) Brustwalze (6) Saugwalze (7) Antriebswalze (8) Egoutteur (9) Langsieb Papiermaschine Duoformer Gapformer Sieb Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 42

22 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Sieb (2) Sieb A In der Siebpartie werden durch die Immobilisierung der Fasern bei der Blattbildung die wesentlichen Eigenschaften des Papiers festgelegt. Die Papiereigenschaften sind abhängig von der Orientierung und Verteilung der Fasern in der Papierebene sowie in Dickenrichtung (ZD). Für die Orientierung der Fasern ist das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Sieb und Strahl von großer Bedeutung. Die Fasern orientieren sich vorzugsweise in Maschinenrichtung (MD: machine direction) und weniger in Querrichtung (CD: cross direction). Aus diesem Grund sind die Eigenschaften von Papier richtungsabhängig. In Dickenrichtung schwankt die Zusammensetzung des Papiers, was auf die unterschiedliche Retention zurückzuführen ist. Auf der Siebseite bleiben zunächst nur gröbere Fasern zurück. Schließlich werden auch feine Fasern und Pigmente herausgefiltert. Entwässerungselemente haben dabei die Aufgabe die Blattbildung zu beeinflussen und die Entwässerung zu beschleunigen. Zu den Entwässerungselementen gehören der Siebtisch, die Registerwalze, Einzelfoils, Multifoils, Nasssauger, Flachsauger, die Saugwalze und der Egoutteur Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 43 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Presse (1) Papiermaschine Pressenkonzepte: Walzenpresse: symmetrische Druckverteilung hohe maximale Nipdrücke für ausreichenden Pressimpuls Schuhpresse: veränderliche Druckverteilung niedriger maximaler Nipdruck für hohe Pressimpulse Pressimpuls= Pressimpuls = Linienbelastung Bahngeschwindigkeit ( ) Nipdruck d Verweilzeit Presse Schuhpresse Nipdruck < Schuhpresse Walzenpresse Verweilzeit Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 44

23 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Presse (2) A Sobald die Blattbildung auf dem Sieb durch Filtration und Eindickung abgeschlossen ist und das Papier eine ausreichende Festigkeit besitzt, kann mit der Verdichtung fortgefahren werden. Das Pressen erfolgt im Spalt zwischen zwei Walzen, wobei die Papierbahn einseitig oder beidseitig durch einen Pressfilz gestützt wird. Neben der Stabilisierung der Papierbahn hat der Filz die Aufgabe das Wasser aufzunehmen, das im Walzenspalt durch die mechanische Druckbelastung aus dem Papier gepresst wird. Der Pressvorgang setzt sich aus den drei Phasen der Verdichtung, der eigentlichen Entwässerung und der Rückbefeuchtung zusammen. Entscheidend für den erreichten Trockengehalt ist der Pressimpuls, der von der Linienbelastung und der Bahngeschwindigkeit beziehungsweise dem Nipdruck und der Verweilzeit abhängt. Pressimpuls= Pressimpuls = Linienbelastung Bahngeschwindigkeit ( ) Nipdruck d Verweilzeit Presse Papiermaschine Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 45 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Trocknung (1) Trocknung Yankee- Zylinder- Trocknung Multi-Zylinder-Trocknung dt q& = dz Trocknungsmechanismen: Wärmeleitung nach FOURIER: q & = dt λ dz (Kontakttrocknung an Trocken- oder Yankee-Zylindern) q α T T Wärmeübergang nach NEWTON: & = U P ( ) (Konvektionstrocknung über Umgebungsluft und Dampf) q C T4 T 4 S Wärmestrahlung nach BOLTZMANN: & = P ( ) (Strahlungstrocknung durch Mikrowellen und Induktion) q & λ P C S α T : Stromdichte : Leitfähigkeit : Übergangszahl : Austauschzahl : Temperatur : Umgebung U : Papier : Strahler Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 46

24 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Trocknung (2) A Trocknung Die thermische Trocknung von Papier erfolgt in drei Phasen, die bezeichnet werden als: Aufheizphase: Im Zuge der Aufheizphase wird die Papierbahn durch die Zufuhr von Wärmeenergie, die größer als die Verdampfungsenthalpie von Wasser sein muss, erwärmt. Die Verdampfungsrate und die Papiertemperatur steigen an. Gleichgewichtsphase: Die Gleichgewichtsphase wird als so bezeichnet, weil die Verdampfungsrate und Temperatur konstant sind. Es wird genau die Energie verbraucht, die zur Verdampfung des freien Wassers erforderlich ist. Widerstandsphase: In der Widerstandsphase muss Energie als die Enthalpie zur Verdampfung von Wasser zugeführt werden, da nun nur noch gebundenes Wasser verdampft. Die Verdampfungsrate sinkt aber die Temperatur steigt. Trocknungsrate Trocknungszeit Papiertemperatur Trocknungszeit Aufheizphase Gleichgewichtsphase Widerstandsphase Aufheizphase Gleichgewichtsphase Widerstandsphase Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 47 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Aufrollung Aufrollung Praktischer Nutzen: nach PM, SM, Kalander oder Umroller durch den Poperoller oder die Aufrollung auf den Tambour, also einen Stahlkern für internen Transport und kurze Lagerung Technische Daten: Massen bis 120 t Durchmesser bis 4 m Bahnbreiten bis 10 m Geschwindigkeiten bis m/min Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 48

25 2 Herstellung 2.4 Papiermaschine Aufrollung A Aufrollung Rollen Wickeln Praktischer Nutzen: nach PM, SM, Kalander oder Umroller durch den Poperoller oder die Aufrollung auf den Tambour, also einen Stahlkern für internen Transport und kurze Lagerung Technische Daten: Massen bis 120 t Durchmesser bis 4 m Bahnbreiten bis 10 m Geschwindigkeiten bis m/min Praktischer Nutzen: nach Rollenschneider oder Doktorwickler durch die Wickeleinheit oder Aufwicklung auf Hülsen aus Pappe oder Kunststoff für externen Transport und lange Lagerung Technische Daten: Massen bis 10 t Durchmesser bis 1,8 m Bahnbreiten bis 4 m Geschwindigkeiten bis m/min Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 49 2 Herstellung 2.5 Veredelung Rohpapier Veredelung Streichen Kalandern Papier Drucken ZD Quelle: PMV ZD Quelle: PMV ZD Quelle: PMV ZD Quelle: PMV nach der Papiermaschine nach der Streichmaschine nach dem Kalander nach der Druckmaschine Ziele der Veredelung: Verbesserung der Bedruckbarkeit: Verbesserung der Verdruckbarkeit: höhere Opazität niedrigerer Farbverbrauch höhere Weiße bessere Laufeigenschaften höherer Glanz schwächere Staubbildung Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 50

26 2 Herstellung 2.5 Veredelung Streichen (coating) (1) Veredelung Streichverfahren Konturstrich Sprühdüsen (spray coating) Farbvorhang (curtain coating) Walzenspalt (film coating) Streichen Konturstrich: Walzenspalt (film coating) Egalisierstrich Schaberklinge (blade coating) Strich Quelle: PMV Egalisierstrich: Schaberklinge (blade coating) Papier Strich Quelle: PMV Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 51 2 Herstellung 2.5 Veredelung Streichen (coating) (1) A Pigmentvolumenkonzentration: PVC: pigment volume concentration Streichen PVC = CPVC: Bindervolumen = Hohlraumvolumen PVC > CPVC: Binderunterschuss bei Streichfarben PVC < CPVC: Binderüberschuss bei Druckfarben kritische Pigmentvolumenkonzentration: CPVC: critical pigment volume concentration CPVC = 43 %: feines Kaolin CPVC = 50 %: grobes Kaolin, Titandioxid und gefälltes Calciumcarbonat CPVC = 69 %: gemahlenes Calciumcarbonat Pigmentvolumen PVC= Pigmentvolumen+ Bindervolumen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 52

27 2 Herstellung 2.5 Veredelung Streichen (coating) Streichen A Offsetdruck Offsetdruck Streichrezeptur: 50 Kaolin Kaolin Streichrezeptur: 70 Kaolin Kaolin 50 Calciumcarbonat 30 Talkum 6 SB-Latex 6 Stärke CaCO 3 5 SA-Latex 0,5 Gleitmittel Talkum 1 Carboxymethylcellulose 0,3 optischer Aufheller 0,6 Nassfestmittel 0,1 Natronlauge Anforderungen: Anforderungen: hohe Rupffestigkeit hohe Dichte hohe Porosität hohe Kompressibilität niedriger Formationsindex niedrige Rauigkeit niedrige Feuchtdehnung niedrige Permeabilität Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 53 2 Herstellung 2.5 Veredelung Kalandern Veredelung Aufbau: beheizte Stahlwalzen Kalandern Optiload-Kalander von Metso Janus-Kalander von Voith unbeheizte Kunststoffwalzen Aufgabe: Glätte (geometrische Eigenschaft) Glanz (optische Eigenschaft) Auslöser: Wärme (thermische Kraft) Druck (mechanische Kraft) Einflussparameter: Papier (Papierfeuchte, Papiertemperatur, Flächenmasse, Fasermaterial, Füllstoff) Strich (Strichfeuchte, Strichtemperatur, Strichmasse, Bindemittel, Pigment) Kalander (Walzentemperatur, Walzenrauhigkeit, Walzenbezug, Biegeausgleich, Linienkraft, Nipdruck, Nipanzahl, Verweilzeit, Geschwindigkeit, Bedampfung) Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 54

28 2 Herstellung 2.6 Ausrüstung Bedeutung des Wortes Ausrüstung: benötigter Werkzeugsatz für eine Aufgabe Kletterausrüstung zugelieferte Bauteile oder Bauteilgruppen Veredeln von textilen Geweben oder Garnen Schneiden und Verpacken von Papier Papier Schneiden Ausrüstung Verpacken Papier Ziele in der Ausrüstung von Papier: Fotoausrüstung Beseitigen von Fehlstellen Zerteilen in Verkaufseinheiten Schützen vor Umwelteinflüssen Kennzeichen des Produkts Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 55 2 Herstellung 2.6 Ausrüstung Schneiden Schneidmaschinen und -prozesse: Schneiden Umroller: Abrollen vom Tambour, Beseitigung von Fehlstellen, Aufrollen auf einen Tambour Rollenschneider: Abrollen vom Tambour, Zerschneiden in Maschinenrichtung, Aufwickeln auf Hülsen Querschneider: Abwickeln von Hülsen, Zerschneiden in Querrichtung, Sammeln als Papierstapel Rollenschneider Ausrüstung Querschneider Längsschneider Schneidpartie Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 56

29 2 Herstellung 2.6 Ausrüstung Verpacken Verpackungsmaschinen und -prozesse: Rollenpackmaschine: Einwickeln von Papierrollen in Packpapier, Kennzeichnen mit Etiketten Einriesmaschine: Abzählen beliebig vieler Bogen, Einschlagen von Formatware in Packpapier Palettenpackmaschine: Sammeln mehrerer Riese, Einschrumpfen Paletten in Kunststofffolie Ausrüstung Verpacken Palettenverpackung Rollentransport Palettentransport Rollenlager Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 57 3 Eigenschaften 3.1 Allgemeine Eigenschaften Hygroskopizität, Inhomogenität, Anisotropie, Zweiseitigkeit 3.2 Geometrische Eigenschaften Masse, Fläche, Flächenmasse, Rohdichte, Dicke 3.3 Physikalische Eigenschaften Physikalische Eigenschaften Glätte, Rauigkeit, Porosität, Luftdurchlässigkeit, Wasseraufnahme, Ölaufnahme, Saughöhe, Kontaktwinkel, Beschreibbarkeit 3.4 Mechanische Eigenschaften Biegesteifigkeit, Kantenstauchwiderstand, Ringstauchwiderstand, Streifenstauchwiderstand, Bruchdehnung, Bruchkraft, Durchreißwiderstand, Weiterreißwiderstand, Berstfestigkeit, Durchstoßarbeit, Spaltwiderstand 3.5 Optische Eigenschaften Glanzkennwerte, Farbkennwerte, Kubelka-Munk-Werte Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 58 Allgemeine Eigenschaften Geometrische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Optische Eigenschaften

30 3 Eigenschaften 3.1 Allgemeine Eigenschaften (1) Hygroskopizität (Reaktion auf Feuchtigkeit der Umgebung) Adsorption (Feuchtigkeitsaufnahme) Desorption (Feuchtigkeitsabgabe) kalt warm Wellen Befeuchten eines kalten Papierstapels durch Auspacken in warmer Umgebung warm Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 59 kalt Tellern Austrocknen eines warmen Papierstapels durch Auspacken in kalter Umgebung Inhomogenität (Schwankungen in der Verteilung der Bestandteile) Mikroebene: Faserorientierung, Füllstoffanteil Makroebene: Formation, Wolkigkeit Normklima Temperatur: 23 C ± 1 C Feuchtigkeit: 50 % ± 2 % Allgemeine Eigenschaften 3 Eigenschaften 3.1 Allgemeine Eigenschaften (2) Anisotropie (Abhängigkeit von der Richtung in der Papierebene) Maschinenrichtung (MD: machine direction): hohe Festigkeit Querrichtung (CD: cross direction): hohe Dehnbarkeit Fingernageltest Einreißtest Befeuchtungstest CD MD CD MD CD MD: schwache Wellung MD: gerade Kante MD: ohne Wölbung CD: starke Wellung CD: gezackte Kante CD: mit Wölbung MD Zweiseitigkeit (Unterschiede im Aufbau beider Papierseiten) Oberseite: glatt, dicht, hoher Feinstoffanteil Unterseite: rau, porös, hoher Grobstoffanteil Allgemeine Eigenschaften Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 60

31 3 Eigenschaften 3.2 Geometrische Eigenschaften (1) Masse [g] Fläche [cm²] Analysenwaage Flächenmasse [g/m²] Rohdichte [g/cm³] Dicke [µm] Geometrische Eigenschaften Flächenmas se= Masse Fläche Flächenmasse Rohdichte = Dicke 100 cm² Dickenmesser Rondenstanze Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 61 3 Eigenschaften 3.2 Geometrische Eigenschaften (2) Geometrische Eigenschaften Flächenmasse Zeitungspapier (Rollentiefdruck): 48 g/m² - 60 g/m² Magazinpapier (Bogenoffsetdruck): 65 g/m² g/m² (paper) (board) Papier Karton Pappe 150 g/m² 225 g/m² 600 g/m² Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 62

32 3 Eigenschaften 3.3 Physikalische Eigenschaften Glätte Rauhigkeit Porosität Luftdurchlässigkeit Wasseraufnahme Ölaufnahme Saughöhe Kontaktwinkel Beschreibbarkeit Physikalische Eigenschaften Glätte nach BEKK: Messwert: Zeitraum zur Abschwächung des angelegten Vakuums Einheit: s Norm: DIN Rauigkeit nach BENDTSEN Messwert: Volumenstrom beim Entweichen durch angelegten Überdruck Einheit: ml/min Norm: DIN Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 63 3 Eigenschaften 3.4 Mechanische Eigenschaften (1) Mechanische Eigenschaften Mechanische Eigenschaft Last Richtung Biegesteifigkeit Biegung MD oder CD Kantenstauchwiderstand Druck MD oder CD Ringstauchwiderstand Druck MD oder CD Streifenstauchwiderstand Druck MD oder CD Bruchdehnung Zug MD oder CD Bruchkraft Zug MD oder CD Durchreißwiderstand Zug MD oder CD Weiterreißwiderstand Zug MD oder CD Berstfestigkeit Zug MD und CD Durchstoßarbeit Zug MD und CD Spaltwiderstand Zug ZD Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 64

33 3 Eigenschaften 3.4 Mechanische Eigenschaften (2) Kraft in N elastische Verformung viskoelastische Verformung plastische Verformung Weg in mm Mechanische Eigenschaften Probenabmessungen: Probenlänge: 200 mm Probenbreite: 30 mm Lastphasen: Belastung Entlastung Verformungsanteile: elastische Verformung viskoelastische Verformung plastische Verformung Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 65 3 Eigenschaften 3.4 Mechanische Eigenschaften (3) Streifenstauchwiderstand DIN Berstfestigkeit nach MULLEN DIN EN ISO 2758, DIN EN ISO 2759 Mechanische Eigenschaften DIN EN Durchreißwiderstand nach ELMENDORF Spaltwiderstand nach BRECHT-KNITTWEIS DIN Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 66

34 3 Eigenschaften 3.5 Optische Eigenschaften (1) Glanzkennwerte 45 DIN-Glanz 75 DIN-Glanz 75 TAPPI-Glanz Farbkennwerte LAB-Wert CIE-Weiße R 457 -Reinheit Kubelka-Munk-Werte Absorptionsvermögen Streuvermögen Opazität Transparenz L*=100 -a* -b* opak Glanz +b* L*=0 +a* Reflexionsphotometer transparent Optische Eigenschaften Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 67 3 Eigenschaften 3.5 Optische Eigenschaften (2) Papiere ohne und mit Aufheller unter Licht ohne und mit UV-Anteil Papier ohne Aufheller Optische Eigenschaften Papier mit Aufheller Licht ohne UV-Anteil Licht mit UV-Anteil Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 68

35 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Verbindende Verfahren Trennende Verfahren Umformende Verfahren Kombinierende Verfahren Transportierende Verfahren Übertragende Verfahren Verbinden Trennen Umformen Kombinieren Transportieren Übertragen Technische Papiere, Spezialpapiere, Sonderpapiere Tissuepapiere, Hygienepapiere, Haushaltspapiere Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 69 Tissuepapiere, Hygienepapiere, Haushaltspapiere technische Papiere, Spezialpapiere, Sonderpapiere Schutzpapiere, Transportpapiere, Verpackungspapiere 4.2 Produktgruppen Grafische Papiere, Druckpapiere, Grafische Papiere, Druckpapiere, Pressepapiere Pressepapiere Schutzpapiere, Transportpapiere, Verpackungspapiere 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Verbindende Verfahren Kleben, Klammern Trennende Verfahren Stanzen, Schneiden Umformende Verfahren Prägen, Falten Kombinierende Verfahren Beschichten, Laminieren Transportierende Verfahren Vereinzeln, Wickeln Übertragende Verfahren Drucken, Etikettieren Verbinden Trennen Umformen Kombinieren Transportieren Übertragen Wellpappe Faltschachteln Rundgefäße Hülsen Bücher Etiketten Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 70

36 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Verbindende Verfahren Verbinden Heften Nähen Nieten Quelle: Tenzer, Leitfaden der Papierverarbeitungstechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig (1989) Stoffschluss Schweißen Kleben Löten Kraftschluss Heften Nähen Nieten Formschluss Prägen Rädeln Stecken Prägen Rädeln Stecken Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 71 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Trennende Verfahren (1) Zerteilen Messerschneiden Druckschneiden Scherschneiden Strahlschneiden Wasserstrahlschneiden Laserstrahlschneiden Spanen Abtragen Zerlegen Reinigen Evakuieren Rotationsstanze Druckschneiden Flachbettstanze Planschneider Schneidwerkzeug Gegenwerkzeug Scherschneiden Obermesser Untermesser Längsschneider Querschneider Synchronschneider Trennen Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 72

37 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Trennende Verfahren (2) Trennen Rotationsstanze Flachbettstanze Planschneider Längsschneider Querschneider Synchronschneider Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 73 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Trennende Verfahren (3) Breite mal Höhe von Formaten nach DIN EN ISO 216 in mm Bezeichnung DIN A B C D Trennen Doppelbogen Bogen Halbbogen Viertelbogen Blatt Halbblatt Viertelblatt Achtelblatt Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 74

38 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Trennende Verfahren (4) Breite zu Höhe entspricht Eins zu Wurzel von Zwei b Trennen A1 b h = 1 2 h A0 A2 A4 A3 A5 A6 A7 b: Breite h: Höhe Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 75 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Umformende Verfahren (1) Ziehen Ziehen Riffeln Falten Wickeln Falzen Plissieren Rillen Prägen Wellpappe Umformen Quelle: Tenzer, Leitfaden der Papierverarbeitungstechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig (1989) 1 Ziehstempel 2 Faltenhalter 3 Arbeitsmaterial 4 Ziehbüchse Rillen 1 Stauchschiene 2 Arbeitsmaterial 3 Stauchschwert Prägen 1 Prägestempel 2 Arbeitsmaterial Vollprägen Hohlprägen Hohlkörperprägen 3 Gegenstempel Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 76

39 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Umformende Verfahren (2) Wellpappenbestandteile: Wellenpapier (engl.: fluting) Wellenstoff (graues, aufbereitetes Altpapier mit Leimungsmitteln) Halbzellstoff (tiefbrauner, unvollständig aufgeschlossener Zellstoff) Deckenpapier (engl.: liner) Schrenz (graues, aufbereitetes Altpapier) Testliner (graues, aufbereitetes Altpapier mit einseitigem Streich) Kraftliner (un- / gebleichter Sulfatzellstoff ohne / mit Strich) Klebstoff (engl.: adhesive) Stärke-Klebstoff Wasserglas-Klebstoff Stein-Hall-Klebstoff No-Carrier-Klebstoff Quelle: PTS Quelle: Agnati Umformen Wellpappe Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 77 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Umformende Verfahren (3) Wellenbezeichnungen Quelle: BHS Corrugated Wellenteilung Wellenhöhe Umformen Wellpappe A 8,0 mm 9,5 mm 4,0 mm 4,8 mm C 6,8 mm 7,9 mm 3,2 mm 3,9 mm B 5,5 mm 6,5 mm 2,1 mm 3,0 mm E 3,0 mm 3,5 mm 1,0 mm 1,8 mm F 0,75 mm G 0,55 mm Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 78

40 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Umformende Verfahren (4) Quelle: BHS Corrugated Wellpappentypen Wellpappe Umformen einseitige Wellpappe einwellige Wellpappe doppelt einwellige Wellpappe zweiwellige Wellpappe dreiwellige Wellpappe Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 79 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Umformende Verfahren (4) Umformen Wellpappe Rundverpackungen Stehsammler Versandtaschen Displayständer Sitzmöbel Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 80

41 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Kombinierende Verfahren Imprägnieren: flüssiges Imprägniermittel (Lösung, Emulsion, Dispersion, Suspension) bestehend aus eigentlichem Imprägniermittel (Paraffine, Wachse, Kunstharze, Silikone) und Hilfsmitteln penetriert das Papier stark Beschichten: flüssige Hilfsmittel (Lösemittel, Bindemittel) im Beschichtungsmittel penetrieren das Papier, eigentliches Beschichtungsmittel (Keramik, Metall, Silikon, Kunststoff) verbleibt auf der Oberfläche des Papiers Kaschieren oder Laminieren: Kombinieren eigentliches Kaschiermittel (Folie, Pulver) verbleibt gänzlich auf der Oberfläche des Papiers, Hilfsmittel (Reagenzklebstoff, Flüssigklebstoff, Schmelzklebstoff) dringt schwach in das Papier ein Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 81 4 Verwendung 4.1 Verarbeitung Transportierende Verfahren Transportieren Rollendruckmaschine Transport von Rolle zu Rolle (Rollendruckmaschine): Abwickeln und Aufwickeln Transport von Rolle zu Bogen (Querschneidemaschine): Abwickeln und Stapeln Abwicklung Bogendruckmaschine Aufwicklung Anlage Transport von Bogen zu Bogen (Bogendruckmaschine): Vereinzeln und Stapeln Auslage Quelle: Kipphan, H.: Handbuch der Printmedien Technologien und Produktionsverfahren. Berlin ; Heidelberg ; New York : Springer, 2000, ISBN Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren Dipl.-Ing. Katharina Kehren 82