Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Neue stärkebasierte Trockenfestmittel mit hydrophoben Eigenschaften

Ziel des Forschungsprojektes ist es, neue stärkebasierte Trockenfestmittel mit hydrophoben Eigenschaften für spezielle Anwendungen im Wet-End-Bereich der Papierherstellung zu entwickeln. Die neu entwickelten Stärkederivate sollen aufgrund der zusätzlich eingebrachten hydrophoben Gruppen bei der Wellpappenrohpapierherstellung mit hochbelasteten, salzhaltigen Prozesswässern eine deutlich höhere Wirkeffizienz hervorrufen, indem sie gut auf den Faserstoff retendieren und analog dazu die entsprechenden Festigkeiten im Papier ausbilden. Ein weiteres Ziel des Projektes ist es, den strukturinhärenten hydrophobierenden Effekt des stärkebasierten Trockenfestmittels bei der Anwendung im Spezialpapierbereich auszunutzen, um den Anteil an synthetischen Leimungs- und Nassfestmittel im Papier zu verringern bzw. vollständig zu ersetzen.

Anhand eines iterativen Prozesses aus Synthese, d. h. aus der Erzeugung von unterschiedlichen molekularen Strukturen und anschließender Testung bis hin zu praxisnahen Bedingungen, sollen die kationisch hydrophoben Stärkederivate zielgerichtet optimiert werden. Diese Erkenntnisse dienen weiterhin der Ableitung von Wirkmechanismen zwischen Faser und Trockenfestmittel, die wiederum direkt in die Modifizierungsrezeptur einfließen.

KmU-Hersteller von Stärkederivaten werden im Ergebnis dazu befähigt, der Papierindustrie maßgeschneiderte stärkebasierte Trockenfestmittel für die Anwendungsbereiche Wellpappenrohpapier und Spezialpapier (Tapetenrohpapier) anbieten zu können. Klein- und mittelständische Additivunternehmen können mittelbar über den kontinuierlichen Verbrauch an Kationisierungs- und Hydrophobierungsmitteln bzw. durch die Möglichkeit ihr Produktportfolio an Spezialchemikalien zu erweitern, profitieren. Ebenso erhalten kmU´s aus dem Bereich des Anlagenbaus durch eine frühe und zielgerichtete Adaption ihrer Anlagen die Möglichkeit sich eine gute Marktposition zu sichern.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens war es, neue stärkebasierte Trockenfestmittel mit hydrophoben Eigenschaften für den Wet-End-Einsatz in der Papierindustrie zu entwickeln. Der Lösungsansatz dazu war die Modifizierung kationischer Stärkederivate mit hydrophoben Gruppen. Anwendungsfelder für diese Entwicklungen wurden vorrangig bei der Herstellung von Wellpappenrohpapieren sowie von Spezialpapieren gesehen.

Durch Modifizierung mit den Quab®-Reagenzien Quab342 und Quab426 lassen sich amphiphile kationische Stärken mit Substitutionsgraden in einem Bereich von 0,01 - 0,70 unter ähnlichen Bedingungen wie bei der Erzeugung von konventionellen kationischen Stärken im Slurry-Verfahren herstellen.

Laborblattbildungsversuche mit Altpapier als Faserstoffgrundlage und salzhaltigem Modellwasser ergaben, dass die Zugabe von Quab342-modifizierten Stärkederivaten zur Faserstoffsuspension das Entwässerungsverhalten, die Stärkeretention und die spezifischen Festigkeiten der damit hergestellten Papiere im Vergleich zu einer kationischen Stärke positiv beeinflusst. Die während der Zerfaserung aus der Faserstoffgrundlage herausgelösten Fein- und Störstoffe sowie Stärke werden durch eine Quab342-Derivat-Zugabe erneut an die Faser fixiert. Wesentliche Ergebnisse konnten auf einer Versuchspapiermaschine validiert werden. Diese Ergebnisse lassen bei längerer Anwendung der entwickelten Quab342-Derivate in Papierfabriken mit hoher Prozesswasserbelastung eine deutliche CSB-Reduzierung des Prozesswassers und eine Steigerung der Additivwirkung erwarten.

Laborblattbildungsversuche für die Anwendung im Spezialpapierbereich haben gezeigt, dass man schon mit einem relativ geringen Substitutionsgrad von 0,04 und einer Zugabemenge von 2% Quab342-Derivat eine Hydrophobierung des Faserstoffes im Wet-End erreichen kann. Die Festigkeiten nehmen aber im Vergleich zum Referenzstärkezusatz deutlich ab.