Müller, Peter (2001)
Untersuchungen zur Wechselwirkung von Mikropartikelsystemen mit Faserstoffsuspensionen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Arbeit wurden Wechselwirkungen von Mikro- und Nanopartikel-Retentionssystemen mit vereinfachten Faserstoffsuspensionen zur Papierherstellung untersucht. Als Partikelsysteme wurden ein etabliertes Mikropartikelsystem aus kationischem Polyacrylamid in Kombination mit Bentonit und ein Nanopartikelsystem aus kationischem Polyacrylamid mit Kieselsol betrachtet. Auch eine neue Kombination aus Polymer mit fragmentierter Stärke wurde untersucht. Als Faserstoffe sind Thermomechanischer Holzstoff (TMP) und eine Kombination aus Kiefern- und Fichtensulfatzellstoff verwendet worden. Die Untersuchungen wurden mit und ohne Zugabe von Calciumcarbonat als Füllstoff durchgeführt. Die Bestimmung von Retention und Entwässerung wurden als aussagekräftige prozesstechnische Messgrößen gewählt. Darüber hinaus wurde der Flockungszustand direkt mit zwei unterschiedlichen Methoden (optische Bildanalyse und Lichtstreuung) charakterisiert. Der Einfluss der Retentionssysteme auf papiertechnische Eigenschaften wurde an Laborblättern bestimmt und die Füllstoffverteilung in diesen rasterelektronenmikroskopisch ermittelt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Retentionssysteme für die Entfaltung ihrer Wirksamkeit die Anwesenheit von feinteiligen Bestandteilen des Faserstoffs (Feinstoff) benötigen. Die Polymeren können auf diesen gut adsorbieren und vergrößern so ihren Wirkungsradius. Dabei scheint es ohne Bedeutung zu sein, ob der Feinstoff ligninhaltig oder ligninfrei ist. Weitere Faktoren, die die Wirksamkeit der hier untersuchten Partikelsysteme beeinflussen sind: · die Dosiermengen der Additive, wobei die optimale Dosierung so liegt, dass im gesamten System ungefähr Elektroneutralität erreicht wird (bei einem Zetapotenzial nahe null) · die Zugabereihenfolge der Additive mit den besten Ergebnissen für die herkömmliche Zugabereihenfolge: CaCO3, CPAM, Mikropartikelkomponente · Art und Menge eines zugegebenen Neutralsalzes; mehrwertige Ionen haben einen größeren Einfluss als einwertige · Ladung und Ladungsdichte der Polymeren; anionische und nichtionische Polymere zeigen eine geringere Wirksamkeit als kationische Die Molmassen der Polymeren haben nur für das System CPAM-Bentonit einen Einfluss auf dessen Wirksamkeit. Deutliche Unterschiede zwischen den Partikelsystemen konnten hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit auf Änderungen der Gesamtladungsbilanz des Stoffsystems und auf Störstoffe festgestellt werden. Das Kieselsol-System wird durch Änderungen der Ladungsbilanz stärker beeinflusst als das Bentonit-System. Dieses reagiert auch weniger stark auf die Anwesenheit von Störstoffen. Durch die Anwendung der beiden unterschiedlichen Methoden zur Charakterisierung des Flockungszustandes wurde festgestellt, dass das Kieselsol-System im Vergleich zum Bentonit-System dichtere Flocken ausbildet. Diese Ergebnisse wurden auch durch Sedimentationsuntersuchungen bestätigt. Die Korrelation der Eigenschaften der Laborblätter mit dem Flockenindex war nur für die Füllstoffretention gut. Für die übrigen untersuchten papiertechnischen Eigenschaften wie Porosität, Reißlänge und Formation war kein signifikanter Zusammenhang damit festzustellen. Durch die gefundenen, in dieser Arbeit dargelegten Ergebnisse war es möglich, Modellvorstellungen für die Wirkungsweise der Partikelsysteme zu formulieren. Bei diesen Modellen wird eindeutig zwischen den Kieselsol- und Bentonitsystemen unterschieden. Das im Rahmen der Arbeiten entwickelte und hier vorgestellte neue Mikropartikelsystem bestehend aus kationischem Polyacrylamid und fragmentierter Stärke konnte in nasschemischen Untersuchungen seine Wirksamkeit bezüglich Füllstoffretention zeigen.

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