Papier & Karton Symposium 2014

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1 Die Kleine Kongresshalle in München Papier & Karton Symposium 2014 Märkte, Ressourcen und Werkstoffe der Zukunft Teil 1 Vom 17. bis 18. September 2014 fand das 20. PTS Papier & Karton Symposium in der Kleinen Kongresshalle in München statt. Die Programmstruktur des Symposiums behandelte in interessanten Vorträgen und einer spannenden Podiumsdiskussion die Herausforderungen und Problemstellungen der gesamten Wertschöpfungskette Papier. Der Vorstandsvorsitzende der PTS, Dr. Frank Miletzky, konnte ca. 160 Teilnehmer zum 20. PTS Papier Symposium begrüßen in einer schwierigen Zeit nicht selbstverständlich. Dr. Frank Miletzky eröffnete das Papier & Karton Symposium Eröffnung und Einführung in das Symposium Die Papierindustrie steht vor besonderen Herausforderungen. Der hohe Anspruch für die PTS bleibt es, auch weiterhin den Teilnehmern des Symposiums ein interessantes und vielseitiges Programm zu bieten. Die Zeit fordert Veränderungen auf allen Gebieten. In diesem Zusammenhang sind auch Veranstaltungsformate und Netzwerke den neuen Bedingungen anzupassen, damit sie zukunftsfähig bleiben. Seit einigen Jahren hat das Symposium eine veränderte Programmstruktur. Am ersten Tag gab es zunächst informative Beiträge zu Märkten und Trends, zu globalen Aspekten, die auf die gesamte Branche wirken und wichtige Rahmenbedingungen betreffen. Darüber hinaus wurde eine ganze Anzahl von Vorträgen angeboten, die sich mit Produktinnovationen und neuen Techniken für Papier und Papierprodukte beschäftigen. Der zweite Tag stand im Zeichen der Themenblöcke Wissenschaft trifft Praxis und Prozessinnovationen. In diesem Jahr war es gelungen, neben der bisherigen Zielgruppe der Papierindustrie und deren Zulieferindustrie auch die Papierverarbeitung in das Symposium mit interessanten Vorträgen zu integrieren. Damit war eine gute Möglichkeit gegeben, den Gedankenaustausch entlang der gesamten Wertschöpfungskette Papier und Verarbeitung durchzuführen. Dr. Miletzky dankte den Referenten, die mit Freude und Engagement daran gearbeitet hatten, den Teilnehmern mit ihren Präsentationen einen guten Wissensfundus zu vermitteln, trotz der schwierigen und von besonderen Anforderungen geprägten Zeit. Er verwies im Besonderen auf die Podiumsdiskussion am zweiten Tag des Symposiums, von der neue Impulse für jeden Einzelnen im Hinblick auf die Wertschöpfungskette Papier ausgehen sollen. Unter dem Motto Marktplatz für Ideen hatten Unternehmen und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, sich mit ihren neuen Entwicklungen zu präsentieren. Auch eine Poster Session war in diesem Jahr neu ins Programm aufgenommen worden. Er dankte den Ausstellern und freute sich, dass das Format so gut angenommen wurde. 618 Wochenblatt für Papierfabrikation 10/2014

2 Blick in den Veranstaltungsort Ein Dank ging auch an die Sponsoren des Symposiums, die auf eine besondere Art und Weise den Schulterschluss der PTS zu den Unternehmen der Branche zeigen und zur Finanzierung der Veranstaltung beitragen. Vor zwei Jahren widmete man sich intensiv der CEPI Roadmap Zwischenzeitlich hat es mit dem Two Team Project weitere Entwicklungen gegeben, acht zukunftsweisende Konzepte wurden bereits veröffentlicht. Auch in Deutschland hat sich dazu einiges getan. Es gibt ein neues Projekt, dass vom VDP, den Verbänden der Papierverarbeiter HPV und WPV und der Forschungsvereinigung Papiertechnik getragen wird. Das Ziel besteht darin, Handlungsfelder für die Zukunft in der gesamten Papierkette zu identifizieren und Ideen für neue Produkte und Geschäftsfelder zu finden. Das Projekt hat mittlerweile eine sehr gute Dynamik bekommen und wird von einem Zukunftsforscher professionell moderiert. Man erwartet mit Abschluss des Projektes im Frühjahr 2015 eine ganze Menge interessanter Ergebnisse, die dann auch in geeigneter Weise publiziert und weiter diskutiert werden. Im Folgenden wird ein Überblick zu den Vorträgen des ersten Symposiumstages gegeben. In einer der folgenden Ausgaben des WfP werden die weiteren Vorträge des zweiten Symposiumstages sowie Langfassungen von ausgewählten Beiträgen des PTS Papier & Karton Symposiums vorgestellt. Fachvorträge Energiepolitik Möglichkeiten und Chancen (Dr. Jörg Rothermel, Energieintensive Industrien in Deutschland (EID), Berlin) Die Energiewende ist das ehrgeizigste politische Vorhaben der Bundesrepublik seit der Wiedervereinigung. Ziel ist der schrittweise Ausstieg aus der Kernenergie (die gegenwärtig immerhin noch 16% der Stromproduktion ausmacht) und die Entkarbonisierung der Wirtschaft bis zum Jahr Wichtigstes Instrument zum Erreichen dieser Ziele ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das jedem, der in Windkraft-, Solar-, Bio- und andere Energieanlagen investiert, großzügig über 20 Jahre finanzielle Unterstützung zusichert. Mittlerweile werden derartige Dr. Jörg Rothermel Anlagen jährlich mit mehr als 20 Mrd. subventioniert, die Kosten trägt der Verbraucher. Die energieintensiven Industrien sind mit 120 TWh die größten Stromverbraucher, ihre internationale Wettbewerbsfähigkeit leidet daher am stärksten unter dieser Regelung. Mittlerweile müssen die Verbraucher EEG-Abgaben in Höhe von 62 pro MWh leisten. Die verbrauchsintensivsten Branchen sind davon befreit, doch das wird mehr und mehr zu einem Problem staatlicher Beihilfe für diese Unternehmen. All diese Regelungen müssen im Kontext europäischer Energie- und Klimaschutzverordnungen wie z. B. des Emissionshandelssystems diskutiert werden, die sich ebenfalls auf die Wettbewerbsfähigkeit der energieintensiven Industrien auswirken. Andererseits sind sowohl die deutsche Energiewende als auch die Ziele der nationalen und europäischen Klimaschutzpolitik nur mit Hilfe innovativer Produkte und Technologien der energieintensiven Industrien realisierbar. Hier bieten sich natürlich Chancen für diese Unternehmen. Herausforderungen in der modernen Handelslandschaft (Michael Weber, Thimm The Highpack Group, Northeim) Das Unternehmen Thimm produziert Verpackungen und Verpackungslösungen, hauptsächlich für den Handel. Der Vortrag behandelte zwei Trends, die die Handelslandschaft extrem beeinflussen: der demografische Wandel und die Markenwelten. Die prognostizierte Entwicklung der Bevölkerung in Deutschland bis 2060 zeigt einen dramatischen Bevölkerungsrückgang von derzeitig 81 Mio. auf ca. 64 Mio. Menschen. Das wird zu einer Überalterung der Gesellschaft führen. Knapp 50% der Bevölkerung sind 2060 über 50 Jahre alt. Daraus ergeben sich vielfältige Herausforderungen für den Handel und die Industrie. Es werden weniger potentielle Kunden zur Verfügung stehen. Die Verpackungen müssen an eine immer älter werdende Generation, Verpackungsgrößen an die neuen Bevölkerungsstrukturen angepasst werden. Einfache Handhabung, gute Lesbarkeit und Öffnung der Verpackung sind Anforderungen, die sich durch die ältere Generation ergeben. Aus weniger Kunden resultiert ein geringerer Gesamtumsatz und eine Erhöhung des Warenkorbwertes. Auch dem Handel Michael Weber werden 10/2014 Wochenblatt für Papierfabrikation 619

3 weniger Arbeitnehmer zur Verfügung stehen. Im Ergebnis dessen wird sich ein langfristiger Personalmangel einstellen, der mit einer Erhöhung der Gehälter verbunden sein wird. Immer kleiner werdende Verpackungsgrößen durch einen Trend zu Einpersonen-Haushalten sowie zu Spezialnahrungsmitteln nehmen in einem Zeitalter der Vergreisung der Gesellschaft immer mehr zu. Der Anteil von Eigenmarken des Handels am Einzelhandelsumsatz in Deutschland hat in den vergangenen Jahren ständig zugenommen und liegt heute bei ca. 41%. Die Kaufentscheidung wird heute zu 70% am Point of Sale getroffen. Die Verpackung als Werbeträger spielt dabei eine entscheidende Rolle 37% der Kaufentscheidungen werden über die Verpackung umgesetzt. Zu den fünf Innovationsfeldern für die Verpackungsgestaltung zählen die Transparenz und Sichtbarkeit des Produktes, die Regal- und Palettenplatzoptimierung, gute Convenience Eigenschaften, nachhaltig produzierte Verpackungen und Recyclingfähigkeit sowie der qualitativ hochwertige Druck. Eine Verpackung ermöglicht eine Differenzierung durch Produktformen, -material und -design. Auf der Verpackung können Zusatzinformationen angebracht und durch den Verpackungsdruck eine Veredlung oder Individualisierung der Verpackung erzielt werden. Der Einsatz mobiler Technologien zur digitalen Vernetzung mit dem Verbraucher führt zu einem informativen Mehrwert für den Käufer. Durch den Einsatz von Warenvorschubsystemen ist ein zusätzlicher Umsatz durch bessere Warenverfügbarkeit und sichtbarkeit gewährleistet. FoodBoard eine funktionale Barriere auf Recyclingkarton (Martin Mühlhäuser, Mayr-Melnhof Karton (MMK), Frohnleiten/AT) Seit Herbst 2009 wird die europäische Papier- und Kartonindustrie mit dem Thema Mineralöl in mit Recyclingkarton verpackten Lebensmitteln konfrontiert. MMK erzeugt jährlich ca. 1,3 Mio. t Recyclingkarton, der zu 60% für Lebensmittelverpackungen verwendet wird. Das Unternehmen sah sich extrem durch die Mineralöl-Kampagne gefährdet. Bereits in der Vergangenheit wurden eine Vielzahl von Substanzen im Altpapier gefunden und die Probleme konnten in angemessener Zeit gelöst werden. Die Quelle der dabei kritisierten Substanzen konnte innerhalb der Supply Chain in der Kartonproduktion / Martin Mühlhauser Verarbeitung gefunden und beseitigt werden. Zeitungsdruck als Quelle von Mineralöl Migration war bisher nicht in der Lieferkette identifiziert worden. So fehlte auch der wirtschaftliche und rechtliche Anreiz, mit der Papierindustrie und der Lebensmittelindustrie zusammenzuarbeiten. Zusätzlich war 2010 eine weitere Reduzierung der Produktion von Zeitungen und Zeitschriften vorhersehbar. Außerdem war die unsichere wirtschaftliche Situation der Verlage nicht förderlich für die Umsetzung eines neuen und vielleicht teureren Produktionsprozesses mit mineralölfreien Druckfarben. Mayr-Melnhof als ein auf Recyclingkarton spezialisiertes Unternehmen beschloss, in die absolute Produktsicherheit für die Zukunft zu investieren. Dies war der Beginn der Entwicklung von FoodBoard TM (FB).Dabei handelt es sich um einen Recyclingkarton mit einer Funktionssperre auf der Rückseite des Kartons, um die Migration von unerwünschten Substanzen in das Lebensmittel zu verhindern. Das Barrierematerial wird über ein Online-Maschinenkonzept aufgebracht. In den letzten drei Jahren wurden ungefähr 3 Mio. aus FB hergestellte Faltschachteln industriell produziert und verpackt. Sie wurden mit verschiedenen Arten von Lebensmitteln gefüllt. Auch nach 18-monatiger Lagerung wurde in FB verpackten Lebensmitteln keine Migration von Mineralöl oder anderen definierten unerwünschten Substanzen gefunden. Die Produkte waren alle im Originalzustand und im Gegensatz zu bestehenden Verpackungslösungen von der Umwelt völlig unberührt. Ein zusätzlicher Vorteil der Barriere ist die hervorragende organoleptische Leistung der Verpackung. Der Umbau der Kartonmaschine KM3 in Frohnleiten erfordert einen dreiwöchigen Stillstand im November Das Herzstück wird ein Mehrlagen-Curtain Coater sein. Das Beschichtungssystem wird aus vier Beschichtungsköpfen bestehen und die weltweit erste kontinuierlich arbeitende Lösung mit zwei Curtain Coatern online sein. Die Jahreskapazität der Maschine beträgt etwa t. Dr. Knut Hornig Neue Messmethode zur Bewertung der Weißbruchneigung mit bildanalytischen Verfahren (Dr. Knut Hornig, Schoeller Technocell, Osnabrück) Fotobücher sind eine relativ junge, stark wachsende Produktsparte. Im Hinblick auf die Bilderzeugung dominieren Flüssigtoner- 620 Wochenblatt für Papierfabrikation 10/2014

4 Verfahren den Markt, Silberhalogenidverfahren und Inkjetdruck werden weiterhin verwendet, mit hohen Wachstumsraten insbesondere bei hochwertigen Produkten. Bei den Bindungsarten zeigt sich ein Trend zur hochwertigen Lay-flat- Bindung. Bei den meisten der verwendeten Bilderzeugungsverfahren und Medien kommt es jedoch im Zusammenhang mit Lay-flat- oder Leporellobindungen zu Weißbruch. Das Problem des Weißbruchs ist auch aus Einsatzbereichen des Offsetdrucks bekannt. Da es kein quantitatives Prüfverfahren für Weißbruch bei Fotobüchern gab, entschloss man sich bei Felix Schoeller, gemeinsam mit der PTS ein solches auf der Basis mikroskopischer Verfahren und Bildanalyse zu entwickeln. Der Referent gab einen Überblick über aktuelle Fotobuchanwendungen, verglich unterschiedliche Medien und Bilderzeugungsverfahren bezüglich Weißbruchneigung und erläuterte das entwickelte neue Analyseverfahren, das mittlerweile als PTS Craze Test standardisiert wurde. Bei der Verfahrensentwicklung kamen drei Papiersorten mit unterschiedlichem Rissbildungsverhalten zum Einsatz. Die Papiere konnten mit dem neuen Verfahren eindeutig in Bezug auf ihre Rissbildungseigenschaften charakterisiert werden. Das Indigo-bedruckte E-Photo -Papier von Felix Schoeller zeigte die besten Ergebnisse fast keinen Weißbruch. Das ebenfalls Indigo-bedruckte gestrichene Rasterdruckpapier als Bedruckstoff vergleichbar mit herkömmlichen Offsetpapieren zeigte eine deutliche Weißbruchneigung, die mit steigender Falzzahl kontinuierlich zunahm. Das klassische Halogensilber-Fotopapier zeigte ebenfalls eine überraschend starke, deutliche Weißbruchneigung, und zwar schon nach wenigen Falzvorgängen. Auch wenn das Muster unter dem Mikroskop etwas anders aussieht als mit bloßem Auge betrachtet (Linien in blau oder magenta vs. weiße Linien), war die Weißbruchneigung eindeutig sichtbar. High-Speed Inkjet: Vorhersage der Druckqualität auf Papier (Dr. Gerhard Drexler, Mondi Uncoated Fine Paper, Ulmerfeld-Hausmening/AT) Angesichts der Vielzahl unterschiedlicher Hochgeschwindigkeits-Inkjetdrucker und ihrer hohen Kosten sind Druckversuche in der Praxis immer schwieriger zu realisieren. Eine Vorhersage der Druckqualität und damit verbundener Aspekte durch intelligente Laborverfahren ist daher von großem Interesse für die Papierhersteller. Im Mittelpunkt des Vortrags standen ausgewählte Aspekte der Be- und Verdruckbarkeit von Papier in Inkjetprozessen, insbesondere Prüfverfahren für die Staubneigung von Labor- und Technikumsdrucken Trocknungszeit der Druckfarbe mittels modifiziertem DataMatrix-Test Farbechtheit mittels drei verschiedener Verfahren. Es wurde gezeigt, dass viele der Wechselwirkungen zwischen Druckfarbe und Papier zusammenhängen und sich gegenseitig beeinflussen positiv oder negativ. Mit den vorgestellten Prüfverfahren lässt sich die Druckqualität von Laborblättern, Technikumsdrucken und Endprodukten gut vorhersagen. Abschließend wurde ein Ausblick Dr. Gerhard Drexler auf weitere Schritte gegeben.

5 Herausforderungen annehmen Zukunft gestalten (Dr. Hans-Peter Sollinger, Voith, Heidenheim) Nach einer Phase deutlichen Wachstums in den 30er Jahren von 1980 bis 2010, in der die Papierindustrie ihre Produktion mehr als verdoppeln konnte, bot sich 2010 aufgrund des Rückgangs im Bereich grafischer Papiere ein völlig anderes Bild. Der Referent beschrieb drei Phasen aus Sicht der Zuliefererbranche: Wichtigster Trend der ersten beiden Dekaden in Phase I ( ) war ein starkes Wachstum der Papierbranche in den westlichen Ländern, während sich in der letzten Dekade das Wachstum auf Asien konzentrierte. Die Unternehmen investierten in neue, modernere und leistungsfähigere Papiermaschinen, um immer größere, nie dagewesene Geschwindigkeiten und Arbeitsbreiten zu erreichen. Zahlreiche Innovationen konnten erfolgreich umgesetzt werden. Kennzeichnend für Phase II (2011 bis heute) ist ein durchgreifender Wandel der Papierindustrie ausgelöst durch den Investitionsrückgang im grafischen Bereich. Der Rückgang der Papierproduktion begann schon vor 2011, wurde damals aber noch nicht als dauerhafter und unumkehrbarer Trend verursacht durch die Entwicklung elektronischer Medien wahrgenommen. In der Papier- und Zulieferindustrie wurden umfangreiche Restrukturierungsmaßnahmen notwendig. Der Referent erläuterte die Veränderungen im Zulieferbereich am Beispiel von Voith Paper. Phase III gibt einen Ausblick auf die mögliche Entwicklung der Papierbranche im Weltmaßstab und auf die Herausforderungen, die dabei zu meistern sind. Papierherstellung in der Zukunft (Dr. Marco Lucisano, Innventia AB, Stockholm/SE) Papierherstellung in der Zukunft ist ein Projekt zur Untersuchung des aktuellen Zustandes und der Zukunft der globalen Papierherstellung. Das Projekt ist eine kritische Untersuchung der wichtigsten Fragen, vor denen die Branche heute und in Zukunft steht. Welche Veränderungen können beobachtet werden? Was sind die aktuellen Herausforderungen, und wie werden sie sich im weiteren Verlauf manifestieren? Welche Bereiche bieten die vielversprechendsten Aussichten für die Papierindustrie und wie gelangt man dort hin? Die Papierindustrie befindet sich gegenwärtig im Prozess der Transformation. Dr. Hans-Peter Sollinger Technologische Entwicklungen führten in den letzten Jahren zu einer Reihe von neuen Produktlösungen, die jetzt in die Realität überführt werden. Barrieren aus Nano-Cellulose werden für den Einsatz in Lebensmittelverpackungen genutzt, während die interaktive Verpackung verwendet werden kann, um die Haltbarkeit und Frische von Lebensmitteln zu überwachen oder Informationen über Qualität und Sicherheitsvorkehrungen in Bezug auf deren Inhalte anzuzeigen. Verpackungen auf Papierbasis, die mit Sensorik ausgerüstet sind, können auf verschiedene Reize reagieren, beispielsweise verdorbene Lebensmittel, Feuchtigkeit und Temperatur, und können sogar als interaktive Displays verwendet werden. Außerdem sind Veränderungen in der Unternehmensstrategie zu beobachten, in denen Innovationen in der industriellen Organisation und Geschäftspraktiken, ob intern oder extern, immer wichtiger werden. Ein Beispiel dafür ist die Verknüpfung mehrerer Akteure mit ähnlichem oder kompatiblem Know-how, sodass Anbieter von Geräten und Chemikalien, Hersteller von Rohstoffen und Endprodukten sowie Distributoren und Support-Bereiche eng zusammenarbeiten, um den neuen Herausforderungen gerecht zu werden. Darüber hinaus sind die Unternehmen mit ansonsten nicht verwandten Produkten kombiniert, um bestehende Produkte durch Produkte mit neuen Funktionalitäten auszuweiten, wie im Fall von elektronischen Anwendungen für Verpackungen. In der Papierindustrie gibt es zunehmend eine neue in Richtung Verbrauchernachfrage getriebene Innovation. In der Branche ist die Konzeption und Entwicklung von neuen und einzigartigen Papier-und Verpackungslösungen erkennbar. Die einst traditionelle Industrie lernt nun, durch Risikomanagement bestehende Marktsegmente auszubauen und sogar neue zu schaffen. Durch eine Kombination von Experteninterviews, Workshops, einer Dephi Umfrage, einer Studentenumfrage und Monaten eigener Forschung sind die wichtigsten Treiber für den globalen Wandel und die wichtigsten wachsenden Trends in der Papier-und Verpackungsindustrie für die nächsten 20 Jahre festgestellt worden. Projiziert man das gesamte Projekt in die Zukunft, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass sich die Papier- und Verpackungsindustrie in eine Bio-Raffinerie focussierte Industrie wandelt, die eine breite Palette von holzbasierten Produkten produzieren Dr. Marco Lucisano wird. 622 Wochenblatt für Papierfabrikation 10/2014

6 Die künftigen Produkte, die den größten Return-on-Investment geben werden, sind Biokunststoffe, Biochemikalien, Bioenergie, Textilien aus Cellulose und Verpackungsmaterialien aus Papier, die alle nachhaltig gewonnen, produziert und recycelt werden. Es ist jedoch entscheidend, dass die Papierindustrie heute durch Investitionen in Marketing, Organisation und Produktinnovationen Strategien für diese vielversprechende Zukunft von morgen entwickelt. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Industrie von der starken Position innerhalb dieser möglichen bio-basierten Welt profitiert, durch Ausnutzung der Infrastruktur der Faserverarbeitung, Wissen und Erfahrung mit der Herstellung von nachhaltigen und Recyclingprodukten aus dem Wald. Andernfalls wird die Rolle der Industrie bei der Schaffung dieser Biowirtschaft weit weniger bedeutsam sein, als wir hoffen. Einsparung von Rohstoffen und Energie durch Schaum-Forming (Dr. Erkki Hellen, VTT, Espoo/FI) Die Branche Papier- und Kartonherstellung erlebt derzeit eine ausgeprägte Transformation. Die Unternehmen sind ständig auf der Suche nach neuen Lösungen, um ihre Ressourcen effizienter nutzen und neue Geschäftsmöglichkeiten generieren zu können. Schaum- oder Foam Forming ist ein Verfahren, das für die Herstellung von Papier, Karton, Tissue und andere faserbasierte Produkte eine ganze Reihe neuer, interessanter Möglichkeiten bietet. Die Testergebnisse eines mit Schaum- Forming erzeugten Kartons haben gezeigt, dass der Faseranteil mit dieser Technologie bei Beibehaltung aller wichtigen Festigkeitseigenschaften um mehr als zehn Prozent gesenkt werden kann. Ermutigt von den vielversprechenden Laborergebnissen entschloss man sich bei VTT, die vorhandene Suora-Pilotforschungsanlage zusammen mit mehreren Industriepartnern zur weltweit ersten Pilotanlage mit der Möglichkeit zum Schaum-Forming umzubauen. Die neue Suora-Anlage erlaubt mittlerweile Pilotversuche mit herkömmlichen oder Schaum-Forming-Verfahren bei voller Geschwindigkeit und mit sehr geringem Rohstoffeinsatz. Der Vortrag beschrieb, was alles notwendig war, um die vorhandene Pilotanlage mit einer Schaum-Forming-Umgebung auszustatten. Die Vorteile, die man aus einer verbesserten Formation erhalten kann, wurden anhand der Ergebnisse mehrerer Versuche mit Tank- und Online-Schaumerzeugung bei Geschwindigkeiten von bis zu 900 m/min aufgezeigt. Es wurden Möglichkeiten zur Steuerung der Faserorientierung und Festigkeit der erzeugten Strukturen erläutert. Ausgehend von den letzten Pilotergebnissen lassen sich die Trocknungskosten mit der neuen Technologie um schätzungsweise 20% senken. Durch Schaum-Forming können hochporöse Strukturen erzeugt werden, die im Leichtbau, zur Herstellung von Erzeugnissen mit neuen Struktureigenschaften, sowie zur Entwicklung völlig neuer faserbasierter Produkte verwendbar sind. Das Verfahren ermöglicht beträchtliche Einsparungen an Produktionskosten, verbesserte Produkteigenschaften sowie den Einsatz traditionell anspruchsvoller Rohstoffe von Nanopartikeln bis hin zu Langfaserstoffen. Nach Meinung des Referenten kann das Schaum-Forming zu einer neuen Herstellungsschiene für faserbasierte Erzeugnisse werden. Es bietet den Unternehmen langfristig eine Alternative zur Verbesserung ihrer Wettbewerbsfähigkeit und Entwicklung von Produkten mit Alleinstellungsmerkmal oder Dr. Erkki Hellen für neue Marktsegmente.

7 M. Sc. Christoph Wenderdel Dr. Jan Matheas Kartonherstellung im Trockenverfahren (M. Sc. Christoph Wenderdel, Institut für Holztechnologie Dresden, Dresden) Abwasserprobleme und der hohe Trocknungsaufwand zur Herstellung von Faserplatten im Nassverfahren haben in den 1960er Jahren zur Entwicklung des Trockenverfahrens geführt. Die Vorteile waren so offensichtlich, dass Faserplatten heute fast nur noch im Trockenverfahren hergestellt werden. Eine Berechnung des aktuellen Energie-, Wasser- und Rohstoffverbrauchs zeigt, dass das Trockenverfahren zur Herstellung eines Kartons mit einer flächenbezogenen Masse von 800 g/m² energetisch und wirtschaftlich günstiger ist als die herkömmliche Technologie. Auch hinsichtlich der Entwicklung von Produktionsanlagen für mitteldichte Faserplatten (kurz MDF), mit denen sich immer dünnere MDF herstellen lassen, zeigen sich bezüglich Umweltbilanz und Rentabilität positive Ergebnisse im Vergleich zur herkömmlichen Kartonherstellung. Daraus ergeben sich enorme Möglichkeiten für den Einsatz dünner MDF anstelle von Karton beispielsweise im Verpackungsbereich. Die sehr unterschiedlichen Eigenschaftsprofile der beiden Produkte und die hohen Anforderungen an die Rezyklierbarkeit von Kartonverpackungen gelten momentan als Haupthindernisse für eine direkte Substitution. Ziel der hier vorgestellten Studie war es, diese Hindernisse durch die Entwicklung von Rohstoff- und Verfahrenskombinationen zu überwinden, welche die Herstellung dünner MDF mit kartonähnlichen Eigenschaften (im Folgenden kurz als Trockenkarton bezeichnet) ermöglichen. Der Trockenkarton soll sich zu Kartonverpackungen weiterverarbeiten lassen und im Vergleich zu herkömmlichen Kartons verbesserte Eigenschaften wie höhere Nassfestigkeit und Oberflächenglätte bieten. Außerdem soll er für den jeweiligen Einsatzzweck ein spezielles Dichteprofil bei gleicher oder geringerer flächenbezogener Masse haben und im Rahmen der herkömmlichen Papierströme recycelbar sein. Durch Zusammenstellung optimierter Rohstoffkombinationen, Anpassung der Airlaid- Technologie und Einsatz optimierter Pressbedingungen lassen sich Trockenkartons herstellen, die für die Faltschachtelproduktion geeignet sind. Gute mechanische Eigenschaften können mit nahezu allen Rohstoffkombinationen erreicht werden. Für ein gutes Falzverhalten muss der Trockenkarton jedoch gestrichen werden. Ein- und mehrlagige Materialien: Effektive Testverfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften (Dr. Jan Matheas, Papiertechnische Stiftung, Heidenau) Halbzeuge oder Zwischenprodukte aus ressourcenschonenden, wiederverwertbaren, mehrlagigen Materialien werden besonders für den Leichtbau immer wichtiger. Um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen, integriert man häufig dünne Schichten mit geringer Steifigkeit in eine Schichtstruktur. Sandwichstrukturen eignen sich besonders gut für Anwendungen, in denen gleichzeitig hohe Biegesteifigkeit und geringes Gewicht gefordert sind beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie, dem Fahrzeugund Maschinenbau oder Bauwesen. Mit papiertechnischen Verfahren erzeugte Werkstoffe können oft viele der geforderten Eigenschaften liefern: Chemikalienbeständigkeit, Steifigkeit, mechanische und Kriechfestigkeit in Schicht-oder Sandwichstrukturen. Für den Entwicklungsprozess und die hierbei notwendige Verifizierung von Eigenschaften wie Tragfähigkeit, Langzeitbeständigkeit, generelle Eignung und Funktionstüchtigkeit müssen die Werkstoffe jedoch ausreichend charakterisiert werden insbesondere bezüglich ihrer mechanischen Kenngrößen. Dazu benötigt man in der Regel spezielle Messverfahren, um die entsprechenden Werkstoffparameter für die kontinuumsmechanischen Materialgleichungen zu ermitteln. Ein häufiges Problem bei der Messung oder Verwendung von Papierstrukturen als diskrete Tragelemente unter in einer Ebene wirkenden Druck- oder Axialbelastungen ist das Einknicken einzelner Wände. Die betreffenden Strukturteile haben aufgrund der verwendeten Materialien im Vergleich zu den übrigen Abmessungen eine geringe Wanddicke. Die ältesten Designlösungen findet man in diesem Zusammenhang in den Bereichen Faltschachtelkarton und Wellpappe. Für einen als Halbzeug dienenden Kartonwerkstoff werden beispielhaft Simulations- und Messverfahren vorgestellt, die im breitesten Sinne zur Entwicklung optimaler Papier-Verbundquerschnitte und Untersuchung ihrer Verformbarkeit einsetzbar sind außerdem auch zur Entwicklung modifizierter oder neuer Produkte aus mehrlagigen Verbundwerkstoffen. 624 Wochenblatt für Papierfabrikation 10/2014

8 Zu diesem Zweck müssen ein- und mehrachsige dehngeschwindigkeitsabhängige Zug-, Druck-, Scher-, Abzugs- und Entspannungsversuche durchgeführt werden, und man muss die Verformung als Folge lokaler mechanischer Belastungen optisch analysieren. Für eine realistische Simulation von Formgebungsprozessen, die den Werkstoff lokal stark beanspruchen, müssen die gängigen Werkstoffmodelle an die speziellen Eigenschaften von Papier angepasst werden. Papier wird zu diesem Zweck im Wesentlichen als Konstruktionswerkstoff verstanden. Das mittels der Versuchsergebnisse entwickelte Werkstoffmodell verbessert die Genauigkeit numerischer Modelle zur Simulation des Verhaltens von Sandwichstrukturen mit Papierkern oder papierhaltigen Schichtstrukturen. Mit Hilfe dieser Simulationsverfahren kann sich der Nutzer innovative Strukturen und Produkte sehr viel schneller und, dank des geringeren Aufwands für teure Versuchsreihen, kostengünstiger entwickeln. Umweltfreundlich und nachhaltig Klebstoffe für Papier und Verpackung (Dr. Marco Bastian, cph Deutschland Chemie Produktions- und Handelsges., Essen) Papierklebstoffe für Einsatzbereiche wie Etikettierung oder Endverpackung müssen die unterschiedlichsten Anforderungen erfüllen mitunter auch gegensätzliche. Ein Etikettierklebstoff für Mehrwegflaschen aus Glas soll beispielsweise eiswasserbeständig sein, damit sich die Etiketten während der Aufbewahrung in kaltem Wasser nicht von der Flasche lösen, gleichzeitig sollen aber auch Etikett und Klebstoff in der Reinigungsmaschine schnell und bei möglichst geringer Temperatur entfernt werden können. Außerdem haben die Eigenschaften der Etiketten und Verpackungskartons einen ganz wesentlichen Einfluss auf die Klebstoffanwendung und jeweilige Klebeverbindung. Im Vortrag wurden die heute üblichen technischen Anforderungen anhand ausgewählter Beispiele dargestellt. Triebkraft für die Entwicklung von Klebstoffen und Chemikalien sind vor allem neue und veränderte Anforderungen infolge des technischen Fortschritts und/oder veränderter Kundenwünsche. Ein weiterer Auslöser für intensive F&E-Arbeit sind Gesetzesänderungen. In den letzten Jahrzehnten wurden die Dr. Marco Bastian Umweltauswirkungen von Chemikalien und speziell Klebstoffen untersucht und abgeschätzt. Der Druck der Öffentlichkeit und Änderungen in der Gesetzgebung haben dazu beigetragen, dass die Entwicklung umweltfreundlicherer Produkte und Verfahren immer mehr in den Vordergrund gerückt ist. Umweltfreundlichkeit ist mittlerweile zu einer wichtigen Marktanforderung geworden. Der Trend geht sogar noch weiter zu Nachhaltigkeit im weitesten Sinne, d. h. nach dem Dreisäulen- Modell. cph hat sich diesem Anspruch seit seiner Gründung im Jahr 1975 verschrieben, das Konzept umweltverantwortlichen Handelns ist eine selbstgewählte Mission. Die Geschichte, Philosophie und jüngste Entwicklung der Unternehmensgruppe belegen das wie auch die Marktposition der Gruppe als Vorreiter im Bereich Umweltfreundlichkeit. Wichtige Meilensteine auf diesem Weg waren u. a. die Entwicklung biologisch abbaubarer Etikettierklebstoffe in den 1980er Jahren, die Umweltzertifizierung nach EMAS als erstes Unternehmen in Deutschland in den 1990er Jahren, die Entwicklung formaldehyd- und TMDDfreier Etikettierklebstoffe, die ständige Verbesserung der CSB- und BSB-Werte sowie neue borax- und/oder zinkfreie Produkte in den letzten zehn Jahren. Die neusten Entwicklungen und Projekte in den Bereichen Etikettierung und Verpackung zielen ebenfalls genau in diese Richtung. Im Vortrag wurden u. a. aktuelle Entwicklungen wie zink- und borfreie Klebstoffe für Etikettierung und Zigarettenherstellung sowie Niedertemperatur-Hotmelts für den Verpackungsbereich wie Deepmelt 95 vorgestellt. Die neusten Ergebnisse aus F&E-Projekten zum breiten Einsatz neuer nachwachsender Rohstoffe wie Apfeltrester und zur Entwicklung eines biobasierten Hotmelts unterstreichen die Rolle der cph-gruppe als Umweltpionier. Dr. Matthias Wanske Einsatz von Reststoffen zur Herstellung von Papier-Kunststoff-Verbunden Paper-Polymer Composites (PPC) (Dr. Matthias Wanske, TU Dresden, Dresden) Erzeugnisse aus naturfaserverstärkten Kunststoffen bedienen die weltweit rapide steigende Nachfrage nach sogenannten Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen (Wood Polymer Composites, WPC), wobei die höchsten Zuwächse momentan in Nordamerika und 10/2014 Wochenblatt für Papierfabrikation 625

9 China zu verzeichnen sind. Die verwendeten Naturfasern werden hauptsächlich aus Holzmehl gewonnen einem sehr vielseitigen Rohstoff, um den in letzter Zeit ein zunehmend erbitterter Wettbewerb geführt wird. Dies wird zwangsläufig zu immer höheren Preisen führen was wiederum ein starker Anreiz für die Suche nach Alternativen ist. Eine solche sind möglicherweise faserhaltige Reststoffe, wie sie in verschiedenster Form und großer Menge in Papierfabriken anfallen, die vorwiegend oder ausschließlich Altpapier verarbeiten. Aktuell gibt es keine wirkliche oder zumindest gewinnbringende Verwendung für diese Reststoffe die Hersteller müssen sie stattdessen auf kostspieligem Wege wieder loswerden. Das geschieht meist durch anerkannte Entsorgungsfirmen oder thermische Verwertung, bei der zumindest ein Teil der Energie zurückgewonnen wird. Beide Optionen sind jedoch teuer und werden daher besonders von kleinen Firmen als wettbewerbsverzerrend angesehen. Vor diesem Hintergrund wurde in einem kürzlich abgeschlossenen öffentlich geförderten Forschungsprojekt untersucht, ob und wenn ja in welchem Umfang Reststoffe aus der Papiererzeugung eine wirtschaftlichere und ausreichend verfügbare Alternative zu Holzmehl in naturfaserverstärkten Kunstoffen bieten können. Dafür wurden in mehreren Papierfabriken Grobstoffe, Drucksortierer- Rückstände und Deinkingschlämme beprobt und bezüglich der projektrelevanten Eigenschaften analysiert. Bevor die ersten Papier- Kunststoff-Verbundwerkstoffe hergestellt werden konnten, wurden die Reststoffe getrocknet, mit synthetischen Polymeren zu Pellets gepresst und zu genormten Probestücken spritzgegossen. Dank der Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Holz- und Papiertechnik der Technischen Universität Dresden und dem Institut für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der Technischen Universität Chemnitz konnten alle notwendigen Schritte von der Beschaffung geeigneter Reststoffe bis hin zur Prototyperzeugung realisiert werden. Die Projektergebnisse belegen eindrucksvoll, dass sich die untersuchten Reststoffe aus der Papiererzeugung sehr gut als Ersatz für Holzmehl in naturfaserverstärkten Kunststoffen eignen. Da sie auf überzeugende Weise das Kriterium einer möglichst ganzheitlichen Nutzung erneuerbarer Rohstoffe erfüllen und eine ganze Reihe weiterer Vorteile bieten, sollten sie zur Unterscheidung von herkömmlichen WPC als Papier-Kunststoff-Verbunde (Paper Polymer Composites PPC) bezeichnet werden. Festigkeitssteigernde Additive zur Herstellung von Recyclingkarton (Dr. Vladimir Grigoriev, Kemira Deutschland, Frankfurt) Die Kartonproduktion der EU-Länder zeigt sich nach wie vor stabil, 2013 konnten durch den Zuwachs von 1,8% die Verluste im schnell schrumpfenden Grafikbereich weitgehend wettgemacht werden. In Deutschland und anderen mitteleuropäischen Staaten ist der Anstieg vor allem auf die Steigerung der Recyclingkartonproduktion zurückzuführen. Diesen positiven Entwicklungen stehen jedoch einige negative Tendenzen gegenüber: Die Qualität der Altpapierfasern hat sich in den letzten zehn Jahren dramatisch verschlechtert. Schwächere Fasern und höhere Aschegehalte machen es immer schwieriger, die erforderliche mechanische Festigkeit das entscheidende Qualitätsmerkmal von Karton zu erreichen. Viele Hersteller greifen daher zu kostspieligen Gegenmaßnahmen: sie geben recyclierte Kraftlinerfasern zu, erhöhen das Flächengewicht oder verwenden festigkeitssteigernde Chemikalien. Bei letzteren kann eine optimale Produkt- und Einsatzstrategiewahl zum Erreichen der Qualitätsziele beitragen und Handlungsspielraum zur Optimierung der Produktionskosten und Effizienz schaffen. Zum Erreichen der gewünschten Festigkeit von Karton werden verschiedene natürliche Polymere und synthetische Harze eingesetzt. Stärke ist wegen ihrer hohen Verfügbarkeit und relativ niedrigen Kosten das am häufigsten verwendete Festigkeitsmittel. Aufgrund von Preisschwankungen und der nur begrenzt festigkeitssteigernden Wirkung von Stärkeprodukten kommen jedoch auch immer mehr synthetische Mittel zum Einsatz ergänzend oder anstelle von Stärke, um höhere Festigkeitswerte zu erreichen. Mitunter verwendet man die synthetischen Mittel auch, um die Wirksamkeit der Stärke zu erhöhen oder ihre Einsatzmenge zu verringern, den CSB zu senken oder insgesamt Produktionskosten zu sparen. Zu den gebräuchlichsten synthetischen Festigkeitsadditiven gehören Harze (kationisch, anionisch, amphoter) auf Basis von Polyacrylamid sowie Polyvinylamin. Der Autor gab einen Überblick über die wichtigsten Aspekte festigkeitssteigernder Additive und erläuterte konventionelle und neue Einsatzmöglichkeiten. Praktische Aspekte wurden anhand von Fallbeispielen aus der Industrie veranschaulicht. Dr. Vladimir Grigoriev (Dr. Kerstin Graf) 626 Wochenblatt für Papierfabrikation 10/2014

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