Moderne Fasertechnologien im Hightech-Produkt Karton 39. Kolloquium - Bergische Universität Wuppertal Druck- und Medientechnologie

Moderne Fasertechnologien im Hightech-Produkt Karton 39. Kolloquium - Bergische Universität Wuppertal Druck- und Medientechnologie

Gabriel Goldmayer Sales Director Graphics D/CH Technical Service Manager Central Europe M-real Deutschland GmbH

Metsäliitto-Konzern 130.000 private Waldbesitzer 5,2 Millionen Hektar Wald 46 % der finnischen Privatwälder Metsäliitto-Konzern Umsatz 8,5 Mrd. EUR Personal 30.000 Chemische Forstindustrie Holding, Holzanschaffung, Bioenergie Mechanische Forstindustrie Tissue M-real 60,47 % Stimmenanteil / 38,62 % der Aktien Umsatz 5,5 Mrd. EUR Botnia M-r 39 % MLO 14 % (UPM 47 %) Umsatz 1,1 Mrd. EUR Metsäliitto Osuuskunta Umsatz 1,1 Mrd. Euro Thomesto Umsatz 426 Mio. EUR Finnforest- Konzern (inkl. Moelven) 100 % der Stimmen und der Aktien Umsatz 1,9 mrd. EUR Metsä Tissue MLO 66 % Umsatz 685 Mio. EUR MLK/8.6.05

Zellstoff- und Kartonfabriken Botnia Zellstoff/BCTMP Herstellung Rauma, (TCF) Kemi, (ECF) Äänekoski, (ECF)I Kaskinen, (ECF/TCF/BCTMP) Joutseno, (ECF/BCTMP) Lielahti (ECF/BCTMP) Insgesamt Kartonherstellung: Tako Board, FI Kyro, FI Äänekoski Board, FI Simpele, FI Insgesamt 580 ktn 540 ktn 500 ktn 450 ktn 630 ktn 110 ktn 2.810 ktn 240 ktn 130 ktn 165 ktn 210 ktn 745 ktn Projekt in Uruguay zur Herstellung Von ECF Zellstoff aus Eukalyptusholz, 1 Mio. to/jahr

M-real s Kerngeschäfte Kerngeschäfte sind die Bereiche Consumer Packaging, Publishing, Commercial Printing und Office Papers M-real setzt auf strategisches Wachstum in den Segmenten, in denen man am wettbewerbsfähigsten ist Consumer Packaging Publishing Commercial Printing Office Papers

Moderne Fasertechnolohgie am Beispiel der effizienten Verpackung

Verpackungen sind effizient, wenn sie: verkaufsfördernd, schützen, funktionell, kosteneffizient, und nachhaltig sind.

Verpackungsherstellung - ein komplexes Thema Kartonqualitäten (Faserarten) Nationale, multinationale Gesetze Funktionalität Druck- und Verarbeitungsmethoden Schachtel- Konstruktion-, Design Verpackung Sensorik Druckfarben, sonst. Materialien Lieferzeiten

Effiziente Verpackungen Um Verpackungen effiziente zu produzieren, müssen die Kartonqualitäten sorgfältig ausgewählt werden. Dabei sind die verwendete Faserqualitäten bestimmend für die Eigenschaften der Faltschachtel

Auf den Einsatzzweck optimierte Qualitäten NACHFRAGEKETTE FOOD F & E ROH- STOFFE PRODUKTION & QUALITY MANAGEMENT CIGARETTE HEALTHCARE BEAUTYCARE KUNDEN END- PRODUKT GRAPHICS LIEFERKETTE

Faserarten für die Kartonherstellung und deren Gewinnung

Faserarten für Frischfaserkarton Faserstoffe Holzstoff Halbzellstoff Zellstoff syntetischer Faserstoff Steinholzschliff Refinerholzschliff Sulfitzellstoff Sulfatzellstoff Weißschliff RMP (rein mechanischer Refinerholzstoff) Braunschliff TMP (Refinerholzstoff mit thermischer Vorbehandlung) CMP (Refinerholzstoff mit chemischer Vorbehandlung) BCTMP (Gebleichter Refinerholzstoff mit thermischer und chemischer Vorbehandlung) Semi Pulp

Holz als Rohstoff zur Fasergewinnung Holzzellen mit Lignin (Kittsubstanz zwischen den Fasern) Faser Zellulose ca. 47 % Mechanisch separierte Faser Lignin und andere ca. 50 % auflösbare Substanzen Extrakte (Harze/Wachs) ca. 3 % Chemisch separierte Faser

Zellstoffherstellung (Sulfat) Kiefer Birke Chemikalien Rückgewinnung Kaustifizierung (Regenierung d. Ablauge) Entrindung Hackschnitzel Rinde zur Energiegewinnung Frische Kochlösung Electrizität Kochen Filtern ENZYME ZELLSTOFF IN Hitze, Druck, Chemikalien SAUERSTOFF Waschen Gebrauchte Kochlösung (Schwarzlauge) PEROXID ECF Bleiche OZON Bleichen CHLORDIOXID ZELLSTOFF OUT ALKALISCHES WASCHEN Verbrennung zu Kalk Dampf Energiegewinnung Laugenverbrennung Verdampfung

ECF und TCF Zellstoff ECF Zellstoff wird heute ohne Verwendung von elementarem Chlor umweltfreundlich gebleicht. Anstelle von elementarem Chlor wird hier Chlordioxid verwendet, ggf. in Kombination mit Sauerstoff. Der so hergestellte Zellstoff wird als ECF-Zellstoff (Elementar-Chlor-Frei) bezeichnet. Einführung in den 90er Jahren. Wird von M-real bei den Kartonsorten eingesetzt. TCF Zellstoff wird heute ohne Verwendung von elementarem Chlor umweltfreundlich gebleicht. TCF (Total-Chlor-Frei) bedeutet, dass gänzlich ohne Chlor und Chlorverbindungen gebleicht wird. An deren Stelle als Bleichmittel werden Sauerstoffverbindungen wie Ozon, Wasserstoffperoxid und Sauerstoff genutzt. Wird derzeit vorwiegend bei Tissuepapieren eingesetzt. Einführung Ende der 80er Jahren.

Mechanischer Holzstoff am Beispiel Steinschliff (SGW) Entrindung Reinigung von Fremdkörpern Fichte Rinde zur Energiegewinnung Waschen Bleichen Holzblöcke Wasser Zuführung Fasern raus Rotierende Mahlsteine

(B)CTMP Herstellung (Bleached)Chemi-thermo-mechanical process, (B)CTMP Entrindung Hitze 120-160 C, (Chemikalien u.a. Natriumsulfit) Auftrennung der Hackschnitzel in Einzelfasern Reinigung von Fremdkörpern Bleichen, (meist Peroxid) Waschen Typische Holzarten: Espe, Eukalyptus, Pappel (Hartholz), Kiefer (Weichholz) Hackschnitzel Rinde zur Energiegewinnung Scheibenrefiner Filtern Hackschnitzel und Wasser rotierende Scheibenrefiner Fasern raus

Faserarten vergrößert Zellstoff BCTMP Holzschliff Recyclingfaser Faserlänge Nadelholz 2,5-4 mm Laubholz ca. 1 mm Faserlänge 1,5-2 mm 0.1 mm

Faserstoff - Eigenschaften Zellstoff + Festigkeit + Lebensdauer + Weißgrad + Sauberkeit + Sensorik Holzschliff + Ausbeute + Steifigkeit + Opazität BCTMP + Festigkeit + Steifigkeit + Volumen + Weiße + Sensorik Recyclingfaser + Ausbeute + Opazität + reduziert Abfall - Ausbeute - Bleiche - Steifigkeit - Weiße - Vergilbung - Vergilbung - Bleiche - Sauberkeit - Festigkeit - Lebensdauer - Weiße - Vergilbung - Sensorik

Vergleich der Faserlänge Durchschnittliche Faserlänge in mm 2,5 2 1,5 1 0,5 0 TMP, Mahlgrad 100 ml CTMP, Mahlgrad 100 ml CTMP, Mahlgrad 300 ml Softwood Sulfitzellstoff Mahlgrad = Entwässerungskenngröße (je höher der Wert, desto stärker die Entwässerung)

Vergleich der Faserweiße Weißevergleich Fasern Weiße ISO in % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Pappel Holzschliff Birke BCTMP Birke Sulfatzellstoff

Vergleich der Reißfestigkeit Reißfestigkeit (Nm/g) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 Mahlgrad (ml) Zellstoff Holzschliff BCTMP

Typische BCTMP Eigenschaften Weiße Weichholz (Fichte): max. 80 % Hartholz (Birke): > 87 % GC (BCTMP) GZ (Zellstoff) Fasereigenschaften werden je nach Enduse optimiert Bei Karton hat hohes Volumen Priorität. Bei Papier hat hohe Reißfestigkeit Priorität. Bei Kartonsorten, die im Lebensmittelbreich eingesetzt werden ist eine sorgfältige Faserreinigung zwingend erforderlich. Splitteranteil (%) Reißfestigkeit (Nm/g) Weiterreißfestigkeit (mnm/g) 0,15 0,05 30-45 50 6 7-9

Die Fasereigenschaften bestimmen die Kartonqualität

Gebleichter Zellstoffkarton (GZ/SBS) Aus gebleichtem Zellstoff hergestellter Karton Decke Zellstoff Einlage Zellstoff Rückseite Zellstoff

Chromokarton (GC/FBB) Äußere Lagen aus Zellstoff hergestellt. Dazwischen eine oder mehrere Lagen aus Holzstoff. Decke Zellstoff Einlage BCTMP GWP BCTMP Basis Holzschliff (GWP) Basis Zellstoff Rückseite

Querschnitt GC Karton (Fasermix) Doppelter Mineralstrich Deckenlage Mittellage Rücklage Einfacher Mineralstrich

Hohe Biegesteifigkeit durch Fasermix Mehrlagen Konstruktion T-Träger Prinzip! Hohes Volumen durch Holzschliff oder BCTMP = hohe Biegesteifigkeit Zellstoff = flexible Aussenlagen

Hohe Biegesteifigkeit mit BCTMP Einlage M-real Kartonsorten bieten eine hohe Biegesteifigkeit bei niedrigem Flächengewicht => Ökonomischer Nutzen (Yield) ohne Verlust von Opazität oder mechanischer Eigenschaften! Weshalb mehr zahlen als nötig? Steifigkeit ist der wichtigste Faktor für die Runnability bei modernen High Speed Verpackungsanlagen. Nur die Steifigkeit bestimmt die Performance eines Kartons, nicht die Dicke oder das Basisgewicht

Der ideale Karton aus BCTMP GZ + GC = Ideal + Weiße + Formation + Reinheit -Weiße - Formation - Reinheit + Weiße + Formation + Reinheit - Steifigkeit - Volumen - Ausbeute + Steifigkeit + Volumen + Ausbeute + Steifigkeit + Volumen + Ausbeute

Vorteile bei der Auswahl von CTMP Karton am Beispiel einer sensiblen Verpackung

Ansprüche an eine Süsswareverpackung Kosteneffizienz Gesetzliche Konformität Sensorische Unbedenklichkeit Bedruckbarkeit Weiterverarbeitbarkeit (Rillen, Stanzen, Kleben, sonstiges) Abpackverhalten Transport und Lagerung Optimales Erscheinungsbild am POS

Gesetzliche Regelung - globaler Grundsatz Ziel nationaler und europäischer Gesetzgebung: Schutz des Verbrauchers (Consumers health and protection) Es darf kein stofflicher Übergang von der Verpackung ins Füllgut stattfinden und das Füllgut darf sensorisch nicht beeinflußt werden! Ausnahme: Die Stoffe sind zugelassen und unbedenklich und die Konzentration der Migranten liegt im festgelegten Limit. Grundsätzlich gilt das: Non Migration Priciple

Europäische Regelungen für Papier und Karton 3.1. Es gilt die Rahmen Verordnung (EC) Nr. 1935/2004/EG: Keine harmonisierte Regelung in Europa Für alle Materialien, die mit Lebensmittel in Kontakt kommen Die Verordnung 1935/2004 ist in allen Mitgliedsstaaten rechtsverbindlich Es existierten darin bis heute keine spezifizierten Messmethoden für Papier und Karton! Deshalb gelten weiterhin nationale Regelungen (sofern vorhanden): Z. B. Empfehlung XXXVI des BfR vom 1.4.2004 (Deutschland)

Sensorik

Verschiedene Testmethoden ROBINSON METHODE Mehrfacher Vergleichstest 75% relative Luftfeuchtigkeit Beschleunigte Alterung 48 Stunden Auswertung, Skala 0-4 DIN 10955 METHODE Mehrfacher Vergleichstest Trockene Bedingungen 18-20 Stunden Auswertung, Skala 0-4 Resultate deutliche geringer als Robinson Test Methoden mit unterschiedliche Aussagen und Empfindlichkeit EUROPEAN STANDARD pren 1230-2 46 ± 2 Stunden Dreiecks oder mehrfacher Vergleichstest 75 oder 53% relative Luftfeuchtigkeit Auswertung, Skala 0-4 DIN 6739 METHODE Mehrfacher Vergleichstest 53% relative Luftfeuchtigkeit Beschleunigte Alterung 44-48 Stunden Auswertung, Skala 0-4

Versuchsaufbau Robinsontest Geschlossener Behälter Schokolade Kartonprobe gesättigte Salzlösung

5.2. Hexanal als Geruchsindikator Die chemische Verbindung Hexanal gehört zur Familie der Aldehyde und entwickelt durch Oxydation einen Abbau von pflanzlichen Ölen, Alkyden, Harzen ect. Hexanal wird von Kartonherstellern kontrolliert Das Auftauchen von Hexanal verläuft mehr oder weniger parallel mit Wahrnehmnung von Geruch/Geschmack

Veränderung von Hexanal im zeitlichen Verlauf 5.2. Vergleich von GC Qualitäten auf Basis von Holzschliff und CTMP Hexanal value vs storing time 2 Hexanal value mg/m² 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 day 1 mon in plastic 3 mon 6 mon 9 mon 12 mon Time / Months GWP CTMP

Veränderung der Sensorik im zeitlichen Verlauf 5.2. Vergleich von GC Qualitäten auf Basis von Holzschliff und CTMP Robinson value vs storing time 4 Robinson value 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 day 1 mon in plastic 3 mon 6 mon 9 mon 12 mon Time / Months GWP BCTMP

Was bietet BCTMP sonst noch?

BCTMP bietet optimale Voraussetzungen Exzellente Bedruckbarkeit - geringste Mottlingneigung - hohe Glätte und Dimensionsstabilität Problemlose Weiterverarbeitung nach Druck - Stanzen - Rillen - Prägen Sicherheit beim Abpacken, Transport und Lagerung - Hohe Biegesteifigkeit - Hoher Stapelstauchdruck

Kosteneinsparung durch den Einsatz von (B)CTMP Höhere Biegesteifigkeit und Volumen gegenüber Zellstoffkarton Leichtgewichtige Kartons verbrauchen weniger Rohmaterial: Resourcen Energie Einkaufskosten Entsorgungskosten Vergleichbare Druckresultate von BCTMP- und Zellstoffqualitäten Die Gesetzgebung will Verpackungen vermindern (Abfallreduzierung) Kosteneinsparung durch optimale Runabillity in allen Bereichen Langzeitgarantie von Sensorikwerten

CTMP ist wirtschaftlich durch Hohe Steifigkeit 25 20 15 10 Steifigkeit in Querrichtung, mnm GC Karton (FBB) Zellstoffkarton (SBS) Recycling- karton (WLC) 5 0 Flächengewicht g/m 2 200 250 300 350 400 450 SBS 22% schwerer als FBB WLC 33% schwerer als FBB

Kosteneffizienz CTMP hilft Kosten zu senken und Resourcen zu schonen! WLC -13,000 Schachteln 35,000 cartons from 1,000 kg of board SBB -9,000 Schachteln 39,000 cartons from 1,000 kg of board CUK -5,000 Schachteln 43,000 cartons from 1,000 kg of board GC 48,000 Schachteln aus 1,000 kg Karton = bis zu 37% mehr

Galerie Image, Galerie Vision, Gala X und Nova X kombinieren hervorragende Weiße mit hoher Steifigkeit + Weiße + Formation Glätte Gleichmäßigkeit + Reinheit + Steifigkeit + Volumen + Gewichtsreduktion

Kriterien für Drucker und Enduser in der Zukunft Verantwortlicher Umgang mit Rohstoffen (Nachhaltigkeit) Sauberkeit, Produktsicherheit und Erfüllung gesetzlicher Vorlagen Hohe Weiße und beste Oberflächen für optimale Druckprodukte Sicherstellung optimaler Verarbeitbarkeit, Abpackverhalten, sowie gleichbleibende Eigenschaften bei Lagerung und Transport Kosteneffizienz Sich ändernde Anforderungen können teilweise mit dem Wissen um den Kartonaufbau und die zur Verfügung stehenden Faserqualitäten begegnet werden.

Fakten, Trends, Anforderungen

Karton - globale Nachfrage 2002-2012 Prognose der Kartonnachfrage weltweit durchschnittlich bei 3 % 5 5 4 3 GC GD 4 3 2 1 0 GZ 0 0 20 40 60 80 100 % Anteil am Verbrauch SUS Liquid packaging board Cupstock Uncoated Recycled 2 1

Kartonmarkt Deutschland 2004 SBS (GZ) SUB FBB (GC) UC1/GC1 UC2/GC2 Total Frischfaser UD/GD UT/GT Total Recyccling Total Karton 114.600 tons 53.800 tons 313.500 tons 123.000 tons 190.500 tons 481.900 tons 612.000 tons 79.900 tons 691.900 tons 1.173.800 tons Quelle: Cepi

Chemi Thermo Mechanical Pulp (BCTMP) Holzstofferzeugung weltweit 38 Mio Tonnen Zellstofferzeugung weltweit 130 Mio Tonnen Davon derzeit weltweit ca. 6,7 Mio Tonnen CTMP Projektiert ist eine Zuwachs von 10 Mio Tonnen bis 2009. Derzeit macht CTMP 3,5% der jährlichen Faserproduktion aus. 50% Weichholz, 50% Hartholz CTMP Kapazität wächst aufgrund von Qualitätsvorteilen gegenüber Zellstoff und Holzschliff und den rel. geringen Investitionskosten, verglichen mit Sulfitzellstofffabriken. Aber CTMP stellt noch immer nur eine Niche dar.

Rohstoffquellen Hartholz & Mechanical Pulp Mills

Nachhaltigkeit - Forstzertifizierungen Markeninhaber und Händler fragen zunehmend nach Beweisen für eine nachhaltige Lieferkette: Corporate Responsibility Richtlinien, Forstzertifizierung, Umwelteinflüsse usw. Forstzertifizierungen von ENGOS initiiert. ENGOS = Environment Non Government Organistions, der WWF ist u. a. dort Mitglied Die Forstzertifizierungen wurden ürsprünglich für tropische Regionen entwickelt, dann aber auch in Europa und Nordamerika eingeführt Es gibt derzeit ca. 50 unterschiedliche Zertifizierungssysteme -PEFC dies verbreiteste Forstzertifizierung - FSC die bekanteste Forstzertifizierung der Brand derzeit Alle M-real Kartonqualitäten sind nach PEFC zertifiziert

Nachhaltigkeit - Forstzertifizierungen Main Forest Certification Schemes 2006 Million ha 250 200 150 100 192 69% des zertifizierten Waldes 76 28% des zertifizierten Waldes 50 0 PEFC FSC ATFS 13 PEFC Programme for the Endorsement of Forest Certification schemes FSC Forest Stewardship Council ATFS American Tree Farm System (seeking endorsement by PEFC) Source: PEFC July 06, FSC June 06

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