Archiv Papiertechnik

Hohe Bindungsfähigkeit

Bentonit ist ein natürliches Schichtmineral, das in der Papierindustrie in praktisch allen Phasen – von der Stoffaufbereitung bis hin zum Streichen – zum Einsatz kommt. Es zeichnet sich durch eine besonders hohe Quell- und Bindungsfähigkeit aus.

Hubertus Besting, Dr. Andreas Werner Süd-Chemie AG, Moosburg

Bentonit besteht im Wesentlichen aus Montmorillonit, chemisch gesehen ein schichtförmiges Aluminiumsilikat. Aluminiumsilikate setzen sich im Wesentlichen aus Silizium-, Aluminium- und Sauerstoffatomen zusammen.

Bemerkenswert sind die geringe Dicke, die Biegsamkeit und die große Oberfläche der Montmorillonitkristalle sowie ihre Oberflächenladungsverteilung. Insbesondere die beiden letztgenannten Eigenschaften verleihen dem Bentonit eine hohe Adsorptions- bzw. Bindungsfähigkeit gegenüber anderen Stoffen. Der Montmorillonitkristall ist aus vielen Schichtpaketen zusammengesetzt. In Anwesenheit von Wasser quillt er auf, das heißt, es lagern sich zwischen den einzelnen Schichtpaketen Wassermoleküle ein. Verantwortlich für diese hohe Quellfähigkeit in Wasser sind die Zwischenschichtkationen. Diese umhüllen sich bei Anwesenheit von Wasser mit einer Hydrathülle, was dazu führt, dass sich Wasser zwischen den Silikatschichten einlagert. Dadurch wird der Schichtabstand erweitert und die Bindekraft zwischen den einzelnen Schichtpaketen wird geringer. Die Schichten erhalten damit auch gegeneinander eine gewisse Beweglichkeit und können unter geeigneten Bedingungen vollständig separieren. In dieser feinstverteilten Form hat der Bentonit nicht nur eine sehr große spezifische Oberfläche, er kann in dieser Form auch die Viskosität von wässrigen Lösungen sehr nachhaltig beeinflussen.

Innerhalb der weiten Gruppe der Schichtmineralien, zu denen auch Kaolin, Talkum und andere Tone gehören, nehmen die Bentonite aufgrund ihrer Quellfähigkeit, ihrer adsorptiven und rheologischen Eigenschaften eine Sonderstellung ein. Sie unterscheiden sich stark von anderen Schichtmineralien wie Kaolin oder Talkum, die auch in der Papierindustrie eingesetzt werden.

Von der Entstehung her ist Bentonit ein sogenanntes Sekundärgestein, das durch Verwitterung von vulkanischem Gestein (Primärgestein) unter ganz bestimmten physikalischen und chemischen Bedingungen entsteht. Diese Bedingungen variieren von Lagerstätte zu Lagerstätte, so dass es eine enorme Vielfalt von Bentoniten mit unterschiedlichsten Eigenschaften gibt. Ein qualitativ hochwertiger Bentonit für die Papierherstellung entsteht bereits in der Mine. Bentonite werden heute auf der ganzen Welt nur im Tagebau gewonnen.

Nach dem selektiven bergmännischen Abbau wird Bentonit in der Regel homogenisiert und zum Teil aktiviert, wodurch sich das Quellvolumen erhöht und die natürliche Bindungsfähigkeit und Ionenaustauschkapazität des Bentonits weiter erhöht wird. Daraufhin wird das Material getrocknet und vermahlen. Auch hier ist äußerste Sorgfalt geboten, um die wichtigen Eigenschaften, wie Quellvermögen, Viskosität, Teilchengrößenverteilung und Abrieb innerhalb der vorgegebenen Spezifikationen abbilden zu können.

Anwendungen
Die Anwendungen des Bentonites in der Papierindustrie sind vielseitig. Verschiedene Produkte kommen in praktisch allen Phasen – von der Stoffaufbereitung bis hin zum Streichen – zum Einsatz. Im Folgenden seien vier Anwendungen beispielhaft hervorgehoben.

· Störstoffentfernung

Insbesondere bei harzreichen Zellstoffen, aber auch bei der Altpapierverarbeitung sind harzhaltige Verunreinigungen von erheblicher Bedeutung. Diese Substanzen neigen dazu, sich an verschiedenen Stellen auf der Papiermaschine zu akkumulieren. Dadurch können die Siebe blockiert werden, was unter anderem zu einer geringeren Entwässerungsleistung führen kann. Auch Schwachstellen und Bahnabrisse können eine Folge sein. Schließlich können die auch als Pitch und Stickies bezeichneten meist Ablagerungen von Harzen und anderen klebrigen Substanzen (z.B. aus dem Altpapier) auch zu dunklen Flecken auf der Papierbahn führen. In all diesen Problemfällen können spezielle bentonitbasierte Produkte wie Pitchbent zu erheblichen Prozessverbesserungen führen. Bereits bei geringen Zugabemengen können sie diese Störstoffe binden und aus dem System entfernen. Eine sorgfältige Analyse des jeweiligen Problems vorausgesetzt, ist die Folge des Einsatzes eine Verbesserung der Prozessstabilität mit besserer Produktivität sowie deutlich reduzierter Häufigkeit von Bahnabrissen und Papierfehlern.

· Retentionsmittel

In dualen Retentionssystemen erhöhen spezielle Bentonite gemeinsam mit kationischen Polymeren die Produktivität der Papiermaschine entscheidend durch die Verbesserung der Retention und Entwässerung. Insbesondere bei Hochleistungsmaschinen und bei schweren Papieren zeichnen sich speziell selektierte und aufbereitete Bentonite als Mikropartikel durch die hervorragende Prozessstabilität und hohe Robustheit gegenüber veränderlichen äußeren Bedingungen aus.

· Papierbleiche

Bei der Papierbleiche werden in der Regel organische Komplexbildner eingesetzt, um einen vorzeitigen Abbau von Peroxid, der z. B. durch Schwermetallionen katalysiert wird, zu vermeiden. Spezielle Bentonitprodukte wie Perstab können aufgrund ihrer Ionenaustauschkapazität in Kombination mit ihren Adsorptionseigenschaften wirksam die Schwermetallionen binden und so den Einsatz von organischen Komplexbildnern wie EDTA deutlich reduzieren. Damit sind nicht nur Kostensenkungen möglich, sondern auch eine Verbesserung des Umweltprofils der Anwendung. Darüber hinaus ist häufig eine Reduzierung des Einsatzes von Peroxid möglich.

· Pigmentsystem für Dünnstrich

Eine noch junge Anwendung von sehr hellen, feinst vermahlenen Bentoniten zusammen mit speziellen Vernetzersystemen gibt es im Streichen von Papieren. Dünnstriche mit Auftragsmengen von wenigen Gramm pro Quadratmeter führen zu Multifunktionspapieren, die in verschiedenen Druckverfahren ausgezeichnete Bedruckbarkeiten ergeben. Erste Pilotanlagen- und Praxistests zeigten ausgezeichnete Ergebnisse der Bentonitprodukte sowohl in Bezug auf Prozessstabilität als auch im Hinblick auf die Druckergebnisse.

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