SCHOLZ-ATI Papierindustrie
Anwendungstechnische Informationen für die Papierindustrie Grundlagen In der Papierindustrie wird bei der Farbgebung von Papieren zwischen Dekorpapieren, Buntpapieren, gestrichenen Papieren und nuancierten Papieren differenziert. Dekorpapier Bei der Dekorpapierherstellung werden die Pigmente bzw. Pigmentpräparationen direkt in die Stoffaufbereitung (Stoffbrei/Pulpe) eingesetzt, auch als Masseneinfärbung bekannt. Bei der anschließenden Weiterverarbeitung mittels Melamin-Formaldehydharzen werden die so eingefärbten Papiere zu Dekorschichtpressstoffen oder Dekorfilmen auf Spanplatten verpresst. Solche Platten / Laminate finden ihre hauptsächliche Anwendung in der Möbelindustrie. Gestrichenes Papier Papiere, welche anschließend bedruckt werden sollen (für z.B. Prospekte, Kalender usw.), werden oftmals beschichtet, oder wie man sagt, „mit einem Strich versehen“. Streichfarben sind in ihrem Aufbau mit Dispersionsfarben vergleichbar. Bestandteile solcher Streichfarben sind Bindemittel, Füllstoffe und Titandioxid, wobei der Titandioxidanteil bei Streichfarben für Karton und Kartonpapier höher liegt. Dies ist durch den bei der Kartonpapierherstellung verwendeten ungebleichten Zellstoff und hohen Altpapieranteil und somit der braunen bis grauen Eigenfarbe begründet. Um hierbei eine gute Opazität (Deckvermögen) der Streichfarbe zu erzielen, sollte der Titandioxidanteil bei ca. 15 Gew.-% liegen. Dahingegen reicht bei normalen Papieren oftmals eine nur mit Extender formulierte Streichfarbe aus, um die benötigte Opazität zu erreichen. Beim Einsatz von Pigmentpräparationen muss die Verträglichkeit in der Streichfarbe gegeben sein (kein Rub-Out /Flockungseffekte). Buntpapier Gestrichenes Papier findet auch bei der Buntpapierherstellung seine Anwendung. Nuanciertes Papier Oftmals sind Papierhersteller bemüht, den Weißgrad der Papiere zu erhöhen, wobei sich der Weißeffekt über die Faktoren Grundweiß der Rohstoffe, Aufhellung und Nuancierung zusammensetzt. Neben dem Einsatz von Weißtönern, die nicht sichtbares UV-Licht in sichtbares blaues Licht umsetzen, kann auch durch Nuancierung das Wellenlängenspektrum dahingehend beeinflusst werden. Dabei werden die ungewollten gelben Wellenlängen (Gelbstich) zum Teil absorbiert und somit in Richtung Blaustich verschoben. Blaustichige Papiere suggerieren einen höheren Weißgrad. Für Nuancierungen können sowohl Farbstoffe als auch organische Pigmentpräparationen verwendet werden. Hierbei werden ca. 10 – 100 ppm, bezogen auf die Gesamtmischung, verwendet. Um eine optimale Weißgradsteigerung zu erzielen, wird bei der Nuancierung oft mit einer Kombination aus blauen und violetten Farbmitteln gearbeitet. Scholz – ATI: Papierindustrie
Ausgabe 14.11.2011
Version 1.0/HV Der Inhalt dieser Scholz-ATI basiert auf Erfahrungen mit den beschriebenen Produkten und deren Anwendungen und soll den Verbraucher bei der Produkthandhabung unterstützen. Ein Haftungsanspruch kann daraus nicht abgeleitet werde.
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Mögliche Farbmittel -
Pigmente Pigmentpräparationen Farbstoffe
Prinzipiell müssen bei der Selektion der möglichen Farbmittel folgende Parameter beachtet werden: -
Optische Eigenschaften Dispergierfähigkeit Retentionsverhalten, speziell bei Pigmentpräparationen Migrationsbeständigkeit Temperaturstabilität Lichtechtheit Verwendungszulassungen
Optische Eigenschaften Durch optische Eigenschaften wie Farbgebung, Farbstärke (Aufhellvermögen bei Weißpigmenten), Opazität (Deckvermögen) wird die Verwendbarkeit eines Farbmittels definiert. Hierdurch wird die eigentliche Farbgebung festgelegt. Die Farbgebung kann über den Quotienten der Lichtabsorption (K) und des Lichtstreuvermögens (S) klassifiziert werden, hierbei gilt: -
K ist größer als S besonders farbtief
-
S ist größer als K helle Farbtöne
-
S ist sehr viel größer als K Weißpigment
-
K ist sehr viel größer als S organische Pigmente und Farbstoffe, die wiederum kein Streuvermögen aufweisen
-
K=S anorganische Pigmente
Dispergierfähigkeit Um eine optimale und kontinuierliche Einfärbung bei der Zellstoffproduktion zu erreichen, sollten die verwendeten Pigmente leicht dispergierbar sein. Nur wenn diese bei der Einarbeitung möglichst optimal aufgeschlossen / dispergiert werden und somit als Primärteilchen vorliegen, zeigen diese ihr volles Leistungsvermögen und werden gleichmäßig in der Pulpe verteilt. Dies kann auch durch eine im Vorfeld selbst hergestellte wässrige Pigmentsuspension, so genannte Slurry, realisiert werden.
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Für solch ein Verfahren eignen sich ausschließlich anorganische Pigmente, idealerweise mikronisierte Typen, die bereits weitestgehend in Primärteilchenform vorliegen. Organische Pigmente können bei diesen Verfahren nicht vollständig aufgeschlossen bzw. dispergiert werden und sind somit nicht für dieses Verfahren geeignet. Bei Pigmentpräparationen, speziell auf Basis organischer Pigmente, liegen die Pigmentteilchen aufgrund intensiver Vermahlung bereits sehr nah am Bereich ihrer Primärteilchen und können somit eingesetzt werden. Bei Farbstoffen besteht die Problematik der Dispergierung nicht, da diese löslich sind.
Retentionsverhalten Bei der Herstellung im Pulper werden der Zellstoffmasse Retentionsmittel zugefügt. Diese Retentionsmittel haben zum einen die Aufgabe, möglichst viele Füll- und Feinstoffe auf dem Sieb zurückzuhalten und zum anderen den Beschickungsfaktor als auch die Abwasserbelastung zu verringern. Darüber hinaus werden hierdurch die zugeführten Farbmittel an die Zellstofffaser angelagert, dies gilt besonders bei Pigmentpräparationen. Die Farbmittelanlagerungen werden über die Verwendung von Retentionsmitteln hinaus maßgeblich über die Ladung der Pigmentpräparation gesteuert. Die Ladung der Pigmentpräparation ergibt sich aus den in der Präparation verwendeten Netz- und Dispergiermitteln. Hierbei wird zwischen anionenaktiv, nichtionogen und kationenaktiv unterschieden. Reine kationenaktive Netz- und Dispergiermittel gibt es nicht, wenn, dann nur in leichter Tendenz, in Richtung kationenaktiv. Direktfarbstoffe sind anionenaktiv, basische Farbstoffe hingegen sind kationenaktiv. Migrationsbeständigkeit Die Migrationsbeständigkeit wird unter anderem über die Wasserlöslichkeit des eingesetzten Farbmittels beeinflusst. Anorganische Pigmente sind absolut wasserunlöslich und somit sind Probleme wie Ausbluten, Ausblühen und mangelnde Lösemittelbeständigkeit nicht zu erwarten. Bei organischen Pigmenten und Farbstoffen muss individuell die Einsatzfähigkeit geprüft werden. Dies gilt auch für die entsprechenden Pigmentpräparationen. Temperaturstabilität Eine notwendige Temperaturstabilität der Pigmente ist hauptsächlich bei der Herstellung von Dekorpapier zu beachten. Speziell anorganische Gelbpigmente können sich im Farbton durch die bei der Verpressung mit Melamin – Formaldehydharzen vorherrschende Temperatur von ca. 150 °C ins Rötliche verschieben. Diese Farbtonverschiebung wird durch die Reduktion des dreiwertigen Eisens hervorgerufen. Speziell die Colortherm – Typen von Lanxess Nachbehandlungen die benötigte Temperaturstabilität.
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bringen
durch
entsprechende
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Lichtechtheit Je nach Verwendung der hergestellten Papiere muss auch die Lichtechtheit der Farbmittel berücksichtigt werden. Dekorpapiere, welche zu Dekorschichtpressplatten verpresst werden, finden ihre Anwendung in der Möbelindustrie und somit muss hier eine entsprechende Lichtechtheit gegeben sein. Bekanntermaßen liegt die Lichtechtheit bei anorganischen Pigmenten bei 8, hingegen kann dieser Wert bei organischen Pigmenten auch im wesentlich niedrigeren Bereich liegen. Verwendungszulassungen Papiere, Kartonagen und Pappen, die für Bedarfsgegenstände eingesetzt werden, und mit Lebensmitteln in Berührung kommen, bzw. auf diese einwirken, müssen nach BfR XXXVI zugelassen sein. Die Zulassungsprüfung erfolgt direkt an dem eingefärbten Papier, Karton oder Pappe. Solche Untersuchungen sollten idealerweise mit Kundenunterstützung durchgeführt werden. Für Zulassungen nach der Tabakverordnung sind speziell die Z – Typen aus dem Hause Lanxess geprüft und zugelassen. Im Bereich der Verordnung EN 71 (Spielzeugnorm) können keine prinzipiellen Aussagen getroffen werden, da diese eine Prüfung des fertigen Produktes (Spielzeug) vorschreibt. Farbmittel aus dem Hause Scholz Pigmente -
Titandioxid Bayferroxe Lichtechtpigmente Ruß
Pigmentpräparationen -
auf Basis oben genannter Pigmente organische Pigmentpräparationen
Bei der Selektion von Pigmentpräparationen ist, wie schon erwähnt, maßgeblich die Ladung der entsprechenden Präparation zu beachten. Hierbei kann wie folgt selektiert werden: Euronox / Euronyl LF 2 = nichtionogen Euronox / Euronyl PI
= anionenaktiv
Euronox AR
= anionenaktiv
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Euronyl CB
= sowohl anionenaktiv als auch nichtionogen
Euronox TiO2
= sowohl anionenaktiv als auch nichtionogen
Anionenaktive Präparationen zeigen speziell bei der Masseeinfärbung sehr gute Retentionseigenschaften und sind hierfür sehr gut geeignet. Für die Einfärbung von Dispersionsfarben, welche für den Strich gedacht sind, haben sich die nichtionogenen LF 2 – Typen bewährt. Dennoch sollten im Vorfeld entsprechende Verträglichkeitsversuche durchgeführt werden.
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Glossar Dekorpapier: Spezialpapiere zur Oberflächenveredlung von Holzwerkstoffen mit hohen Anforderungen an Dimensionsstabilität, Glätte, gute Papierbahnfestigkeit und gleichmäßigem Penetrationsverhalten gegenüber Harzen. Buntpapier: Papiere, deren Oberfläche nachträglich durch unterschiedliche Techniken wie Streichen, Spritzen oder andere Verfahren bunt, veredelt bzw. verschönert wird. Retention: Retention = Zurückhalten; hierbei wird mittels Chemikalien das Filtrationsverhalten der Pulpe bewusst verschlechtert, wodurch sich die Bestandteile der gesamten Papiermischung und die Farbmittel besser an die Zellstofffaser anlagern. Hierbei gilt eine hohe Retention = hoher Anteil an Zusatzstoffen im Papier. Dispergierung: Mittels ausreichender Misch- / Dispergierenergie werden die vorhandenen “groben“ Pigmentteilchen auf Primärteilchen gebracht um dadurch optimale Farbton- und Farbstärke zu erzielen. Migration: Ausbluten / Ausblühen, beschreibt die Wanderung von in Lösung gegangener Pigmentanteile vom Anwendungsmedium an die Oberfläche des umgebenden Mediums. Lichtechtheit: Beständigkeit des Gesamtsystems gegen Tageslicht. Beurteilung findet oft nach der aus der Textilindustrie definierten Blauskala statt, welche aus acht Lichteinheiten abgestufter Färbungen auf Wolle besteht. Die Lichtechtheit wird durch Noten zwischen 1 (sehr geringe) und 8 (sehr hohe) Lichtechtheit definiert. Prüfungen erfolgen im direkten Vergleich mit einer auch zu prüfenden Wollskala. Die Prüfung erfolgt so lange, bis eine deutliche Farbveränderung sichtbar wird, mindestens der Stufe 3. Temperaturbeständigkeit: Definiert die Beständigkeit / Haltbarkeit der Farbmittel gegenüber Temperatureinwirkung. Zum Teil massive Veränderungen im Bereich der Farbgebung können durch Temperatureinwirkungen entstehen, wobei nicht nur die Temperatur sondern auch die Verweilzeit maßgeblich die Farbtonveränderung beeinflusst.
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Zur Vertiefung aller Themen rund um die Papiereinfärbung beachten Sie bitte zudem folgende Veröffentlichungen: -
Anorganische Pigmente Papier von Lanxess, Ausgabe Januar 2006 Pulp & Paper Weiße-Nuancierkonzepte von Kemira, Ausgabe Mai 2008 Faserstoff-Prüfungen im Naßlabor, Band 15, Ausgabe Dezember 1995 Industrielle Organische Pigmente, zweite Auflage, VCH Verlag
Bei allen Fragen rund um das Thema Papiereinfärbung stehen Ihnen unsere Spezialisten gerne zur Verfügung – sprechen Sie uns an! Die Aktualisierung dieser Scholz-ATI erfolgt ständig. Die jeweils neueste Version dieser Scholz-ATI (Versionsnummer siehe Fußnote) können Sie im Internet unter www.haroldscholz.de downloaden. Harold Scholz & Co. GmbH Zentrale Rufnummer im Werk Recklinghausen: +49 (0) 2361-9888-0 Email-Anfrage an:
[email protected] Zur Kontaktaufnahme mit weiteren Standorten sehen Sie bitte die Scholz-Info „Kontaktdaten“
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