Von der Faser zum Karton

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1 Von der Faser zum Karton Moderne Verfahren zur Faserstoffgewinnung und Kartonherstellung erfolgen heute in Anlagen, die besonders kapitalintensiv sind und hohe Produktionskapazitäten aufweisen. Sie arbeiten mit den modernsten Technologien der Materialförderung, kontinuierlichen Produktion und Prozesssteuerung. Meist werden, wie auch in den Kartonfabriken von Iggesund Paperboard, Faserstoff und Karton am selben Standort in einem kontinuierlichen integrierten Verfahren hergestellt, was Vorteile für Qualität, Produktivität und Wirtschaftlichkeit mit sich bringt. Der Rohstoff für Zellulosefasern wird in bewirtschafteten Wäldern aus Holzarten wie Fichte, Kiefer und Birke gewonnen. Der Faserstoff wird auf mechanischem oder chemischem Wege hergestellt. Weißgrad und Reinheit können anschließend durch Bleichen erhöht werden. Das Verfahren in der Kartonmaschine beginnt mit der Bildung einer Lage aus verfilzten Fasern auf einem beweglichen Sieb oder Kunststoffgewebe, wobei die Hauptmenge des Wassers abfließt. Weitere Lagen werden meist in der Nassphase zusammengebracht. Durch Pressen und Trocknen wird weiteres Wasser entzogen. Der Karton wird in oder außerhalb der Maschine gestrichen, um die Druckoberfläche zu verbessern. Die großen Rollen in voller Maschinenbreite werden anschließend in kleinere Rollen aufgeteilt oder vor dem Versand an den Kunden auf Bogenmaß geschnitten, etikettiert und verpackt. genutzt, während die dünnere Spitze in die Holz- bzw. Zellstofffabrik kommt. So ist die maximale Nutzung des eingeschlagenen Holzes gewährleistet. Die optimale Nutzung der Rohstoffe ist eines der wichtigsten Prinzipien von Iggesund Paperboard. Das an die Fabriken gelieferte Holz wird in Karton umgewandelt aber auch in Energie für das Produktionsverfahren, zur Beheizung umliegender Häuser und zur Trocknung von Schnittholz. Weitere Endprodukte sind Kompost und Straßenbaustoffe. Die Verwendung des ganzen Baums ist ein wichtiger Teil unserer Bemühungen um eine nachhaltige Produktion. Vom Holz zu den Fasern der Holzaufschluss Wenn die Stämme in der Holz- bzw. Zellstofffabrik ankommen, werden sie zunächst entrindet, da die Rinde keine für die Faserstoffherstellung geeigneten Fasern enthält. Die Rinde wird in einer rotierenden Entrindungstrommel entfernt, indem die Stämme gegeneinander reiben. Die Rinde wird anschließend als Brennstoff im Produktionsverfahren genutzt oder durch Kompostierung zu Gartenerde veredelt. Die nächste Stufe hängt davon ab, welches Verfahren der Faserstoffgewinnung verwendet wird. Der forstwirtschaftliche Zyklus Die Primärfaser für die Kartonherstellung wird aus natürlich vorkommenden Arten wie Fichte, Kiefer und Birke gewonnen, deren Fasern geeignete Eigenschaften aufweisen. Diese Arten stammen aus bewirtschafteten Wäldern in Schweden und anderen europäischen Ländern. Um eine nachhaltige Entwicklung unter Beachtung der biologischen Vielfalt aufrechtzuerhalten, nutzt die moderne Forstwirtschaft verschiedene kombinierte Methoden. Sowohl auf regionaler als auch auf lokaler Ebene werden detaillierte Pläne gemacht, in denen natürliche Regenerierung, Pflanzen und Säen berücksichtigt werden. Biologisch sensible Gebiete und alte Forstbestände werden gemäß den örtlichen Bedingungen geschützt. Ein ebenfalls bedeutender Aspekt ist, dass die Bewirtschaftung von Wäldern integriert betrieben wird: Holz für die Gewinnung von Faserstoff wird zusammen mit dem Holz für die Holzindustrie eingeschlagen. Das Dünnholz, das in verschiedenen Stadien gefällt wird, damit die anderen Bäume besser wachsen können, dient der Faserstoffherstellung. Bei ausgewachsenen Bäumen wird der dickere Teil des Stamms für Schnittholz EINSCHLAGEN Jahre (GB) Jahre (Schweden) Schnittholz Faserholz DURCHFORSTEN Jahre (GB) Jahre (Schweden) PFLANZEN 0-3 Jahre Faserholz SÄUBERN 3-15 Jahre (GB) 3-30 Jahre (Schweden) 26 Kartonhandbuch IGGESUND PAPERBOARD

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3 Faserstoffherstellung Grundsätzlich besteht die Wahl zwischen langen Fasern (Fichte und Kiefer) und kurzen Fasern (Birke). Der Kartonhersteller optimiert Blattbildung, Erscheinungsbild und Funktionseigenschaften durch die sorgfältige Auswahl und Mischung der Fasern, um den Anforderungen bestimmter Produkte gerecht zu werden. Eigenschaften von Holzstoff Im mechanischen Verfahren ist die Faserausbeute aus dem Holz sehr hoch. Der Ligningehalt hat eine Reihe von Auswirkungen: Die Faser ist hart und steif, was die Konsolidierung begrenzt und dem Karton ein großes Volumen (geringe Dichte), Elastizität, Dimensionsstabilität und Steifigkeit verleiht. Durch den Ligningehalt und die geringe Konsolidierung wäre ein ausschließlich aus Holzstoff bestehender Karton nicht besonders strapazierfähig. Die Fasern behalten die Farbe des verwendeten Holzes und haben die bekannte natürliche Zusammensetzung und Reinheit. Refiner-Holzstoff (RMP) wird in zwei Stufen gewonnen. Zunächst werden die entrindeten Stämme in kleine flache Stücke zerhackt, die bei einem Feuchtigkeitsgehalt von % zwischen den rotierenden Metallscheiben des Refiners zermahlen werden. Das Lignin wird durch die dabei entstehende Hitze und den Wasserdampf weich, so dass die Fasern vereinzelt werden können. Der Faserstoff wird gesiebt und gereinigt. Nicht zerfaserte Hackschnitzel werden erneut behandelt. Holzstämme Entrindung Hacken und Waschen Refiner- Zerfaserung Bleichen Waschen + Holzstoff zur Kartonfabrik Rinde als Brennstoff oder für Kompost Transportbänder Zurückgeführter Überschuss an Hackschnitzeln Vorwärmer Vorwärmer Silo für Hackschnitzel Dosierschauben Vorwärmer Waschen und Entwässern der Hackschnitzel Refiner Bleichen Fasern Zum Sieb- und Reinigungssystem 28 Kartonhandbuch IGGESUND PAPERBOARD

4 Beim mechanischen Holzaufschluss ist die Faserausbeute sehr hoch. Etwa 95 % des Holzes werden zu Fasern. Das mechanische Verfahren verbraucht viel elektrische Energie. Üblicherweise wird ein Teil der Energie zurückgewonnen und dem Verfahren als Wärme wieder zugeführt. Eigenschaften von Zellstoff Im chemischen Verfahren bleibt die Faserlänge erhalten. Die reine Zellulose entwickelt einen hohen Konsolidierungsgrad. Diese beiden Eigenschaften ergeben einen sehr festen Kartonbogen. Die Faser ist flexibel und biegsam. Dies gewährleistet gute Eigenschaften beim Rillen, Prägen und Schneiden sowie eine geringe Staubbildung. Gebleichter Zellstoff hat einen hohen Weiß- und Helligkeitsgrad sowie eine hohe Lichtbeständigkeit. Dieses Material verfügt über den höchsten Reinheitsgrad und bietet Produkten den besten Schutz vor Geruchs- und Geschmacksveränderungen. Beim chemischen Verfahren wird das Holz zunächst zu Hackschnitzeln verarbeitet, die anschließend in einer chemischen Lösung gekocht werden. Dabei lösen sich % des Lignins, die Fasern können leicht vereinzelt werden. Das von Iggesund angewendete Sulfatverfahren ermöglicht außerdem eine sehr gute Chemikalienrückgewinnung und Energienutzung. Die Faserausbeute aus dem Holz beträgt bei ungebleichtem Zellstoff etwa %. Das gelöste Lignin und die Harze aus dem Holz werden intern zur Energieerzeugung genutzt. Holzstämme Entrindung Hacken und Waschen Imprägnierung Kontinuierliches Kochen Waschen und Entwässerung Sauerstoffdelignifizierung Diffusionsbleichen Waschen + Zellstoff zur Kartonfabrik Rinde als Brennstoff Chemische Rückgewinnung, Energieerzeugung HACKSCHNITZEL DEFIBRIERUNG O2 NaOH Modifiziertes kontinuierliches Kochen Sauerstoffdelignifizierung Druckdiffusorwäsche Doppelte Entwässerung Abschließende Wäsche ZELLSTOFF CIO2 CIO2 O2 NaOH H2O2 CIO2 CIO2 DIFFUSIONSBLEICHEN IGGESUND PAPERBOARD Kartonhandbuch 29

5 Natriumhydroxid- /Natriumsulfidlösung (Weißlauge) Hochdruckdampf Hackschnitzel + Lauge IMPRÄGNIERER KOCHER Hackschnitzel Gegenstromkochung Gleichstromkochung Natriumhydroxid-/ Natriumsulfidlösung (Weißlauge) Schwarzlauge in Rückgewinnungskreislauf Waschlauge Imprägnierte Hackschnitzel (einschl. Lauge) Zellstoff 30 Kartonhandbuch IGGESUND PAPERBOARD

6 Bleichen Alle Faserstofftypen, die bei der Kartonherstellung verwendet werden, können zur Optimierung von Weiße und Reinheit gebleicht werden. Zellstoff ist braun, die Farbdichte ist abhängig vom Kochprozess und dem verbleibenden Ligningehalt. Ungebleichter Faserstoff kann für einige Anwendungsbereiche wie z. B. Wellpappe verwendet werden, während der Faserstoff für viele grafische Anwendungen und Verpackungszwecke gebleicht werden muss. Das Aufhellen des Faserstoffs wird Bleichen genannt. Die Art des Bleichverfahrens hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Dazu gehören der gewünschte Aufhellungsgrad, die verwendeten Chemikalien, die Behandlungsart und die Frage, ob die farbigen Bestandteile entfernt (Delignifizierung) oder nur aufgehellt werden sollen. All diese Faktoren haben technische und wirtschaftliche Auswirkungen und sind vor allem auch von ökologischer Bedeutung. Es gibt drei Kategorien von Bleichverfahren: Bleichen durch Delignifizierung mit Chlorgas. Dieses Verfahren wurde größtenteils durch umweltfreundlichere Verfahren ersetzt. Statt Chlorgas wird jetzt zunehmend Sauerstoff verwendet. Bleichen mit oxidierenden Chemikalien wie Chlordioxid, Wasserstoffperoxid oder Natriumhypochlorit Bleichen mit reduzierenden Chemikalien wie Natriumbisulfit Bei integrierter Faserstoff- und Kartonherstellung wird der Faserstoff in Zwischenlager gepumpt. Faserstoff, der auf dem freien Markt angeboten werden soll, wird in Form von Bogen oder Flocken getrocknet. Marktfaserstoff wird für den Transport zu Ballen gepresst. IGGESUND PAPERBOARD Kartonhandbuch 31

7 Stoffaufbereitung In Ballen gekaufter Faserstoff wird zunächst in einem großen Rührwerk (Hydrapulper) in Wasser zerfasert. Sämtlicher Faserstoff, d. h. auch der Faserstoff, der ohne Trocknung direkt aus der Holz- bzw. Zellstofffabrik stammt, wird anschließend verschiedenen Behandlungen unterzogen, um ihn für die Verarbeitung in der Kartonmaschine vorzubereiten. Der vorbereitete Faserstoff wird als Stoff bezeichnet. Die Konsolidierungseigenschaften der Fasern können durch mechanische Bearbeitung - Mahlung - optimiert werden. Dabei verändert sich die Oberflächenstruktur der Fasern. Aufquellen in Wasser vergrößert die Oberfläche der Fasern und erhöht dadurch ihre Festigkeit und Konsolidierungsfähigkeit. Zusatzstoffe wie Masseleim können zur Verbesserung der wasserabweisenden Eigenschaften der Fasern beitragen und Retentionsmittel zur Erhöhung der Trockenfestigkeit. Optische Aufheller (OBA oder FWA) können bei Bedarf zur Erhöhung der Weiße zugesetzt werden. Der sogenannte Ausschuss - Abfälle und Abschnitte aus dem Herstellungsverfahren - wird zerfasert und dem Stoff je nach der Kartonlage, für den er vorgesehen ist, in unterschiedlichen Mengen beigemischt. Schließlich muss auch die Stoffdichte (das Verhältnis Fasern/Wasser) fein abgestimmt werden, bevor der Stoff zur Kartonmaschine gepumpt wird. in der Trockenpartie mit einem sehr großen beheizten Zylinder mit polierter Stahloberfläche ausgerüstet. Eine nasse Kartonbahn bleibt an der Zylinderoberfläche haften und wird allmählich getrocknet. Gleichzeitig bildet sich eine sehr glatte Kartonoberfläche. Dieser Glättzylinder wird als MG- oder Yankee-Zylinder bezeichnet. Oberflächenleimung Bei Iggesund Paperboard erfolgt die Oberflächenleimung des Basiskartons vor dem Strich. Bei der Oberflächenleimung wird eine Lösung auf Stärkebasis auf beide Seiten des Produkts aufgetragen. Dadurch erhöht sich die Oberflächenfestigkeit, und die Fasern werden in der Kartonbahn verankert. Kalandrieren Durch das Passieren einer Reihe von Stahlwalzen oder eines Softnip-Glättwerks kann die Glätte der Kartonbahn verbessert und ihre Dicke justiert werden. Blattbildung Die wässrige Fasersuspension mit einem Wassergehalt von etwa 99 % formiert sich in mehreren gleichmäßigen Lagen auf einem beweglichen Sieb oder Kunststoffgewebe. Jede Lage weist eine bestimmte Stoffzusammensetzung auf, jeweils abgestimmt auf die Funktion der Lage im Kartonaufbau. Zusammensetzung und Eigenschaften des Stoffs hängen vom Verhältnis der langen zu den kurzen Fasern, der Art des Faserstoffs, seiner Feinheit, den Retentionseigenschaften und der Menge des zugesetzten Ausschusses ab. Das Gewebe aus verfilzten Fasern wird mit Hilfe von Absaugvorrichtungen entwässert. Die Lagen werden nacheinander in der Nassphase zusammengebracht. Pressen Am Ende der Siebpartie und bei einer Geschwindigkeit von m/min hat sich die mehrlagige Bahn weit genug konsolidiert, um kurzzeitig das eigene Gewicht zu tragen, wenn es auf einem absorbierenden Stofftuch zur Pressenpartie geführt wird. Die Kartonbahn wird zusammen mittels Filzen durch Stahlwalzen hindurchpresst und der Feuchtigkeitsgehalt mit Hilfe von Absaugvorrichtungen weiter auf etwa % reduziert. Trocknen Der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn wird durch das Passieren dampfbeheizter Trockenzylinder je nach Produkt auf 5-10 % reduziert. Einige Maschinen sind OBERFLÄCHENLEIM BASISKARTON 32 Kartonhandbuch IGGESUND PAPERBOARD

8 Stoffauflauf Fasersuspension Formierte Bahn Sieb The forming process H2O 98% H2O 90% H2O 80% H2O H2O H2O H2O H2O H2O Blattbildung IGGESUND PAPERBOARD Kartonhandbuch 33

9 34 Kartonhandbuch IGGESUND PAPERBOARD

10 Oberflächenstrich Kartonprodukte werden gestrichen, um das Erscheinungsbild des Produkts und die Funktionalität beim Drucken zu verbessern. Das Verfahren Nach der Oberflächenleimung wird der Karton mit Rakel- oder Bladestreichmaschinen, im Luftbürstenoder im Curtain-Coater-Verfahren gestrichen. In einer Rakelstreichmaschine wird die Streichmasse mittels einer Auftragswalze oder einer Auftragsdüse auf den Basiskarton aufgetragen. Die überschüssige Streichmasse wird anschließend durch eine Rakel oder ein Blade von der Kartonbahn entfernt. Die überschüssige Streichmasse wird wieder in den Kreislauf zurückgeführt und erneut verwendet. Nach Entfernung der überschüssigen Streichmasse wird der Karton vor dem Auftrag der nächsten Strichlage getrocknet. Der Strich Die Druckseite, in manchen Fällen auch die Rückseite des Kartons, wird mit einer weiß pigmentierten Streichmasse gestrichen. Es handelt sich dabei um sorgfältig ausgewählte, in Wasser dispergierte mineralische Pigmente und synthetische Bindemittel. Die Zusammensetzung richtet sich nach den Produktanforderungen und Verarbeitungsbedingungen. Auftrags- und Glätttechnik sorgen für ein spezifiziertes Strichgewicht und die gewünschte Glätte. Das Auftragen der Streichmasse erfolgt mit Rolle, Luftbürste oder Rakel. Der Karton wird ein-, zwei- oder sogar dreimal gestrichen, um die erforderlichen Eigenschaften in Bezug auf Aussehen, Farbe, Glätte und Druckeigenschaften zu erzielen. Das Pigment macht mengenmäßig den größten Anteil an der Streichmasse aus. Als Pigment wird üblicherweise Kalziumkarbonat (gemahlener Marmor), Kaolin oder eine Mischung aus beiden verwendet. Die Art der Partikel, aus denen das Pigment besteht, hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Eigenschaften des Kartons. Kalziumkarbonat hat eine sehr hohe Weiße, aber eine relativ geringe Opazität. Kaolin verfügt über eine geringere Weiße. Seine Verwendung resultiert in einer glatten Oberfläche mit einem höheren Glanzgrad und einer höheren Opazität. Der zweitgrößte Bestandteil einer Streichmasse ist das Bindemittel, das oft Latex in Form einer wässrigen Emulsion ist. In diesem Zustand besteht der Latex aus einer großen Anzahl sehr kleiner Partikel. Wenn der Latex während des Kartonherstellungsverfahrens erwärmt wird, schmilzt er und bildet einen Film, der die Pigmentpartikel untereinander und an den Basiskarton bindet. Üblicherweise werden Streichmassen auch viele weitere Chemikalien hinzugefügt, um die Funktionalität des Strichs im Produktionsverfahren sowie die Funktionalität des fertigen Kartons zu verbessern. Oberflächenveredelung Einige Kartonmaschinen verfügen über eine Ausrüstung zur weiteren Verbesserung der Oberflächenqualität durch Hochglanzbürsten und Satinieren des Kartons. Aufrollen Der letzte Arbeitsgang in der Kartonmaschine ist das Aufrollen der Kartonbahn in voller Maschinenbreite auf einen festgelegten Rollendurchmesser. VORSTRICH DECKSTRICH STRICH OBERFLÄCHENLEIMUNG BASISKARTON IGGESUND PAPERBOARD Kartonhandbuch 35