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Refiner-Holzstoff …

… ist wie der Holzschliff ein mechanisch gewonnener Primärfaserstoff. Das Verfahren, speziell die Maschine, ist hier auch im Namen integriert. Ein klarer Unterschied zum Holzschliff sind allerdings die Hackschnitzel, statt Holzprügel, als Ausgangsmaterial.

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Das klassische Verfahren basiert auf dem so genannten Defibratorverfahren, einem thermisch-mechanischen Bearbeitungsprozess der Hackschnitzel zur Gewinnung von Fasern für die Herstellung von Faserplatten. Dabei gelangen die Hackschnitzel zuerst in einen Vorwärmer, in dem sie mit heißem Dampf vorgewärmt bzw. aufgeweicht werden. Mittels Schneckentransport werden diese dann in die eigentlichen Refiner, die so bezeichneten Mahlaggregate, transportiert und zu Fasern gemahlen.

Speziell in der Bauindustrie finden wir diese Holzfaserdämmplatten, die in der Regel zu 85 Prozent aus Holzfasern bestehen.

Betrachten wir nun den Prozess der Gewinnung des Refiner-Holzstoffes für die Papiererzeugung, so werden wir markante Parallelen feststellen. Die Zerfaserung der Hackschnitzel erfolgt ebenso in Refinern, genau genommen zwischen einer Mahlgarnitur, welche sich aus zwei Mahlscheiben zusammensetzt. Je nach Bauart des Refiners werden die Fasern zwischen einer stehenden und einer rotierenden Mahlscheibe, oder zwischen zwei gegenläufig rotierenden Mahlscheiben gewonnen.

Verwendet werden hauptsächlich die typischen Nadelhölzer, wie Fichten-, Tannen- sowie Kiefernholz. Vorteilhaft für den Prozess und die Faserstoffqualität ist immer eine hohe anfängliche Holzfeuchtigkeit, die vor allem bei frischem Holz gegeben ist.

Wir erinnern uns an die idealen Parameter für Qualität und Größe der Hackschnitzel (Ausgabe 03/09), welche natürlich einen entscheiden Einfluss auf die spätere Faserstoffqualität haben.

Auch bei dem Refiner-Verfahren gilt es nun die feste Verbindung zwischen den Fasern und dem Lignin im Faserverbund aufzutrennen.

Die sortierten und gewaschenen Hackschnitzel werden kontinuierlich zentral dem Mahlbereich im Refiner zugeführt. Der erste Schritt ist die Vorzerkleinerung der Hackschnitzel auf etwa Streichholzstärke. Dies passiert in der ersten groben Stufe der Mahlgarnitur, der so genannten Brecherzone. Die vorzerkleinerten Hackschnitzel bewegen sich zwischen den Mahlscheiben im Wesentlichen ungeordnet. Durch die Zentrifugalkräfte werden die zerkleinerten Holzteile weiter nach außen in die direkte Mahlzone der Garnitur getrieben, wo sie nun weiter in die Formbestandteile des Holzstoffes zerlegt werden. Dabei richten sich die Fasern entsprechend der Drehrichtung tangential aus und die Messer bearbeiten sie nun mehr in Längsrichtung der Holzfaser. Speziell an den Messerkanten treten Scherkräfte auf, die ein Heraustrennen der Fasern aus dem Verbund bewirken.

Zwischen den Kanten und Flächen der Mahlgarnitur kommt es im Mahlspalt auch zu hohen Druckwechselbeanspruchungen.

Leicht vorstellbar ist die Entstehung von Reibungswärme in diesem gesamten Prozess durch Kompressions- und Wälzwirkung, die das Lignin erweicht. Das ist eine Grundvoraussetzung für den Zerfaserungsprozess, denn dadurch werden die Faser-Faser-Verbindungen im Holzverbund gelockert und die Basis für das Heraustrennen der einzelnen Fasern gelegt. Allerdings erfordert dieses Verfahren der Zerfaserung durch das viskoelastische Verhalten des Faserverbundes im Mahlbereich und der Reibungsverluste auch erhebliche Energiemengen.

Der Prozess und die Qualität des Holzstoffes kann nur über die Stoffdichte und die Leistungsaufnahme beeinflusst werden, natürlich auch in Abhängigkeit von der Holzart.

Auch dieser Faserstoff wird, wie der Holzschliff, in vielen graphischen holzhaltigen Massenpapieren eingesetzt, meist als Ersatz für den kostenintensiveren Zellstoff. Im direkten Vergleich der Faserstoffqualität erhält der Refiner-Holzstoff gegenüber dem Holzschliff für Faserlänge und Festigkeit seine Pluspunkte.

Der Holzaufschluss mit Refinern wurde seit ca. 1960 entwickelt und hat als rein mechanisches, druckloses Refiner-Verfahren, dem so genannten RMP (Refiner Mechanical Pulp) Einzug in die Papierindustrie gehalten.

Dieses Verfahren findet heute kaum noch Anwendung, denn durch die schlechte Ligninerweichung treten schon während des Herauslösens der Fasern aus dessen Verbund zahlreiche Faserbrüche auf, bei der weiteren Bearbeitung werden die Fasern dann noch stärker gekürzt.

Die Weiterentwicklung verfolgte das Ziel, die Fasern schonender herauszulösen und gleichzeitig den Anteil an Faserlangstoff zu erhöhen, während im Gegenzug der Anteil an Kurzfaser- und Feinstoff abnimmt. Der Schüssel des Erfolges lag in der Erweichung des Lignins vor dem Mahlprozess. Dies wird mit einer thermischen Vorbehandlung, dem Aufwärmen der Hackschnitzel, erreicht.

Abgeleitet vom Prozess wird das Verfahren auch so bezeichnet, nämlich TMP (Thermo Mechanical Pulp).

Die Hackschnitzel werden etwa. 3 bis 5 Minuten lang mit Dampf von ca. 110 – 130 °C aufgewärmt und anschließend zerfasert. In der Regel arbeiten die modernen TMP-Anlagen mit zwei hintereinander geschalteten Refinern. Besondere Unterschiede zu den jeweiligen Stufen sind die Prozessparameter (Druck, Stoffdichte), sowie die angepasste Mahlgarnitur. In der ersten Stufe wird die Vorzerkleinerung der Hackschnitzel unter Überdruck und bei höherer Stoffdichte forciert, um dann in der zweiten Stufe bei Atmosphärendruck und geringerer Stoffdichte die Faserbündel und Einzelfasern schonend zu gewinnen.

Das TMP-Verfahren ist das verbreitetste Refiner-Verfahren und der gewonnene Holzstoff wird besonders für Zeitungspapier, Illustrations- und Magazinpapiere eingesetzt, fachmännisch ausgedrückt, für die Erzeugung von SC- und LWC-Papieren.

Eine Weiterentwicklung ist das CTMP-Verfahren (Chemical Thermo Mechanical Pulp). Die Hackschnitzel werden neben der thermischen Vorbehandlung auch einer chemischen Imprägnierung mit Natriumsulfit und Natronlauge unterzogen. Die Chemikalien greifen das Lignin chemisch an und setzen die Erweichungstemperatur des Lignins herab. In der Regel ist im CTMP-Verfahren abschließend eine Bleiche des CTMP-Stoffs integriert. Dadurch gewinnt dieser nun geschmeidigere Faserstoff mit geringerem Splitteranteil zellstoffähnliche Qualitätsparameter, denn die Qualität steigt in Bezug auf Festigkeit und Weiße. Somit nimmt dieser Faserstoff eine Stellung zwischen Holzstoff und Zellstoff ein.

Durch die chemische Vorbehandlung können auch Laubhölzer, zum Beispiel Pappel, zur Faserstoffgewinnung eingesetzt werden.

Wie der Holzschliff, muss auch jeder Refiner-Holzstoff (RMP, TMP oder CTMP) in den folgenden Prozessschritten einer Reinigung und Sortierung unterzogen werden.