Hintergrund und Aufgabenstellung
Papier und Karton bestehen überwiegend aus Zellulosefasern. Aufgrund der Vielzahl an Hydroxylgruppen ist Zellulose von Natur aus stark hydrophil und besitzt daher eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit.
Direkter Kontakt mit Wasser führt zu:
- Faserquellung
- Strukturveränderungen
- Festigkeitsverlust
- Beeinträchtigung der Bedruck- und Weiterverarbeitbarkeit
Um diese Eigenschaften gezielt zu beeinflussen, werden bereits während der Papierherstellung Leimungsmittel zugesetzt. Besonders in der Papier- und Verpackungsindustrie kommen dabei vor allem AKD (Alkylketendimer) und ASA (Alkenyl-Succinic-Anhydride) zum Einsatz.
Die Leimungsmittel dienen dazu:
- die Wasseraufnahme zu reduzieren
- die Dimensionsstabilität zu verbessern
- die Oberflächenfestigkeit zu erhöhen
- Druck- und Verarbeitungseigenschaften gezielt einzustellen
ASA hat sich aufgrund seiner schnellen Reaktivität und hohen Effizienz als wichtiges Leimungsmittel für moderne Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen etabliert. Damit ASA seine volle Wirkung entfalten kann, muss es vor der Zugabe zum Faserstoffsystem in Form einer stabilen Emulsion in einem Schutzkolloid – üblicherweise kationischer Stärke – fein verteilt und eingekapselt werden.
Die Emulgierung erfüllt dabei mehrere wichtige Funktionen:
- Schutz des reaktiven ASA vor vorzeitiger Hydrolyse
- gleichmäßige Verteilung im Stoffsystem
- gezielte Anlagerung an die Zellulosefasern
- effiziente Hydrophobierung des Endprodukts
Eine hochwertige ASA-Emulsion trägt wesentlich bei zu:
- besserer Wasserbeständigkeit
- verbesserter Bedruckbarkeit
- kontrollierter Saugfähigkeit
- reduzierter Staubbildung
- höherer Prozessstabilität
- gesteigerten Produktionsgeschwindigkeiten
Die Qualität der Emulsion ist damit ein entscheidender Faktor für Papierqualität und Wirtschaftlichkeit.
Die Herausforderungen bei der ASA-Emulgierung
ASA ist ein hydrophobes, ölartiges Produkt, das sich nicht in Wasser löst und gleichzeitig äußerst hydrolyseempfindlich ist. Bereits kurze Kontaktzeiten mit Wasser können dazu führen, dass ASA seine Wirksamkeit verliert.
Um eine effiziente Leimung sicherzustellen, muss ASA unmittelbar vor dem Einsatz als feine Emulsion in kationischer Stärke hergestellt werden. Die Erzeugung stabiler Emulsionen stellt dabei hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnik.
Zu den zentralen Herausforderungen gehören:
- präzise Einstellung der Scherkräfte
- kontrollierte Tropfengrößenverteilung
- vollständige Einkapselung der ASA-Tröpfchen
- Vermeidung von Hydrolyse und Koaleszenz
Typische Probleme bei der Emulsionsherstellung sind:
- zu hohe Scherkräfte, die die Schutzschicht aus Stärke zerstören
- zu geringe Scherkräfte mit zu großen Tropfen und unzureichender Einkapselung
- ungleichmäßige Tropfengrößenverteilungen
- Phasentrennung und Sedimentation
- Ablagerungsbildung im Prozess
- hoher Energie- und Zeitaufwand konventioneller Mischsysteme
Bereits geringe Qualitätsabweichungen der ASA-Emulsion können sich negativ auf die Papierproduktion auswirken.
Mögliche Folgen sind:
- verminderter Leimungsgrad
- schlechtere Bedruckbarkeit
- Beeinträchtigung der Oberflächenqualität
- erhöhte Ablagerungsneigung
- instabiles Maschinenlaufverhalten
- sogenannte „Blue Spots“
- geringere Produktionseffizienz
Die Lösung: Cavitron ASA-Emulgiermaschinen
Cavitron bietet speziell für die Emulgierung von ASA in Stärkeleim entwickelte Emulgiermaschinen mit hochleistungsfähigem Rotor/Stator-System.
Das Herzstück der Technologie ist ein speziell abgestimmtes Rotor/Stator-Design mit:
- geschlitzten und gelochten Rotor- und Statorringen
- extrem engen Spaltmaßen
- optimierter Strömungsführung
Dadurch entstehen exakt kontrollierbare Scherkräfte, die eine reproduzierbare Herstellung feinster und stabiler ASA-Emulsionen ermöglichen.
Während des kontinuierlichen Prozesses wird ASA direkt in die Stärkephase eingearbeitet, fein dispergiert und vollständig von der Stärke umschlossen.
Die Cavitron-Technologie ermöglicht:
- optimale und reproduzierbare Tropfengrößenverteilungen
- homogene Verteilung des ASA in der Stärkephase
- hohe Emulsionsstabilität
- reduzierte Hydrolyse
- verkürzte Prozesszeiten
- geringeren ASA-Verbrauch
- verbesserte Produktqualität
Weitere Vorteile für Papier- und Kartonhersteller:
- konstante und reproduzierbare Prozessqualität
- kontrollierbarer Energieeintrag über die Drehzahlregelung
- geringer Platzbedarf gegenüber Chargensystemen
- geschlossene und saubere Prozessführung
- niedriger Energieverbrauch
- hohe Betriebssicherheit und Wartungsfreundlichkeit
- individuell anpassbare Anlagenkonzepte
Neben Einzelmaschinen liefert Cavitron komplette ASA-Emulgieranlagen inklusive Behältertechnik, Dosiersystemen, Fördertechnik sowie Steuerungs- und Automatisierungslösungen.
Fazit
Die Qualität der ASA-Emulsion hat einen direkten Einfluss auf die Effizienz und Wirtschaftlichkeit moderner Papier- und Kartonproduktionen. Insbesondere die kontrollierte Tropfengröße, die vollständige Einkapselung und die hohe Emulsionsstabilität sind entscheidend für eine optimale Leimungswirkung.
Durch die speziell entwickelte Rotor/Stator-Technologie ermöglichen Cavitron-Emulgiermaschinen eine reproduzierbare, energieeffiziente und hochstabile Emulgierung von ASA in Stärkeleim.
Papier- und Kartonhersteller profitieren von:
- verbesserter Produktqualität
- höherer Prozessstabilität
- geringerem Chemikalienverbrauch
- reduzierten Ablagerungen
- höherer Produktions- und Energieeffizienz
Dank langjähriger Erfahrung in der Emulgier- und Verfahrenstechnik ist Cavitron ein zuverlässiger Partner für die Entwicklung neuer ASA-Emulgieranlagen sowie die Optimierung bestehender Prozesse.
Übersicht Kundenvorteile
1
Große Auswahl an Systemen
2
Rationalisierung durch Prozessintegration
3
Schneller und reproduzierbarer Aufschluss
4
Platzsparend und sauber
5
Bessere Kontrolle von Druck und Temperatur
6
Reduzierter Energieeinsatz
7
Emissionsfreier Betrieb
8
Höhere Konzentrationen möglich
- Große Auswahl an Systemen: Cavitron bietet verschiedene Rotor-Stator-Konstruktionen, die auf die individuellen Anforderungen des Einkapselungsprozesses zugeschnitten werden können. Kunden profitieren von optimal angepassten Maschinen, um ASA in unterschiedlichen Konzentrationen und Viskositäten sicher zu verarbeiten.
- Rationalisierung durch Prozessintegration: Das Einkapseln von ASA kann in einem einzigen Durchgang erfolgen, sodass zusätzliche Prozessschritte entfallen. Dadurch sinken die Produktionszeiten und Kosten, während die Produktqualität durch die direkte und vollständige Einkapselung steigt.
- Schneller und reproduzierbarer Aufschluss: Die engen Spaltmaße und die hohe Scherenergie des Rotor-Stator-Systems sorgen für eine sofortige Zerkleinerung und Verteilung des ASA. Das macht den Prozess reproduzierbar und vereinfacht die Qualitätskontrolle.
- Platzsparend und sauber: Im Vergleich zur klassischen Chargenproduktion benötigt ein kontinuierliches System von Cavitron bis zu 90 % weniger Platz. Es gibt keine verklebten Behälter oder Einbauteile, weil das Produkt durch die Maschine zwangsbefördert wird. Das vermeidet Rückstände und reduziert Reinigungsaufwand.
- Bessere Kontrolle von Druck und Temperatur: Durch das sehr geringe Volumen in der Bearbeitungszone lassen sich wichtige Prozessparameter genau steuern. Dies verhindert vorzeitige Hydrolyse von ASA und sichert eine gleichbleibend hohe Produktqualität.
- Reduzierter Energieeinsatz: Da das Produkt durch extrem kleine Bearbeitungszonen strömt, wird die zum Dispergieren benötigte Energie effizienter genutzt. So entsteht eine stabile Emulsion, ohne dass hohe Rührleistungen benötigt werden.
- Emissionsfreier Betrieb: Der Einkapselungsprozess findet in einem geschlossenen System statt. Keine Stäube gelangen in die Umgebungsluft, was sowohl die Sicherheit der Mitarbeiter als auch den Umweltschutz erhöht.
- Höhere Konzentrationen möglich: Die Maschinen von Cavitron können mit höheren Feststoffanteilen und Konzentrationen umgehen, sodass weniger Wasser oder Lösungsmittel verwendet werden muss. Dadurch verringert sich der Ressourceneinsatz und die Produktionskosten sinken.
Mit diesen Eigenschaften und Vorteilen schaffen die Rotor-Stator-Systeme von Cavitron einen hocheffizienten, verlässlichen und kostengünstigen Einkapselungsprozess für ASA in Stärkeleim. Unternehmen, die auf diese Technologie setzen, profitieren nicht nur von einer verbesserten Produktqualität, sondern auch von einer erheblichen Steigerung ihrer Prozess- und Energieeffizienz.
Allgemeine technische Spezifikationen
Statische Dichtungen:
Viton, Teflon, Kalrez, andere Elastomere.
Betriebsdruck:
Bedarfsabhängig, bis 100 bar, Standard: bis 10 bar.
Betriebstemperatur:
Bedarfsabhängig bis 250 °C, Standard: 150 °C.
Leistungen, Energieeinsatz:
Typenübersicht Download.
Antriebe und Kraftübertragung:
Drehstrommotoren, Hochfrequenzmotoren, mechanische Getriebe, Regelantriebe, stufenlose, elektronisch gesteuerte und kontrollierte. Keilriemen, Poly-V-Riemen.
Intensitätsstufen:
Betriebsbezogene, von der groben Vermischung bis zur Dispergierung im Angström-Bereich.
Lagerung:
Kegelrollenlager, Schrägkugellager (doppelt).
engineered.
