Wie wir das Problem klebriger Ablagerungen in der Papiermaschine gelöst haben: Praktisches Vorgehen und Prävention

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In der Papierindustrie zählen klebrige Ablagerungen (sogenannte Stickies) zu den häufigsten betrieblichen Problemen. Sie entstehen durch Verunreinigungen im recycelten Papier, Klebstoffe oder Lackrückstände und lagern sich allmählich auf Walzen, Sieben und anderen Maschinenteilen ab. Die Folgen sind Papierfehler, häufige Stillstände zur Reinigung und ein erhöhter Energieverbrauch. In diesem Artikel beschreiben wir einen konkreten Fall, in dem wir durch die Kombination von Dispergier- und Reinigungsadditiven nicht nur bestehende Ablagerungen entfernten, sondern auch deren erneute Bildung verhinderten – ohne kostspielige mechanische Eingriffe.

Problem: Klebrige Ablagerungen und ihre Auswirkungen auf die Produktion

Klebrige Ablagerungen, auch bekannt als Stickies, stellen in der Papierindustrie eines der häufigsten und problematischsten Betriebsprobleme dar. Sie entstehen als Nebenprodukt des Papierrecyclings, wenn Klebstoffe, Wachse, Druckfarben oder Kunststoffpartikel aus Verpackungsmaterialien in den Zellstoff gelangen. Diese Verunreinigungen verwandeln sich unter den Betriebstemperaturen (40–70 °C) und -drücken der Papiermaschine in viskose, klebrige Massen, die an Walzen, Sieben, Trockenzylindern und anderen Anlagenteilen haften.

Die Folgen sind unmittelbar und kostspielig: verminderte Papierqualität (Flecken, Löcher, ungleichmäßige Dicke), häufigere Maschinenstillstände zur Reinigung, erhöhter Energieverbrauch und Verschleiß der Anlagen. In unserem Fall trat das Problem besonders an den Sieben und Presswalzen auf, wo die Ablagerungen zu Rissen im Papierband und einem erhöhten Verbrauch von Chemikalien zur Oberflächenbehandlung führten. Ohne systematische Lösung hätte sich die Situation schnell verschlechtert, daher war schnelles und gezieltes Handeln erforderlich.

Diagnose: Wie wir die Ursache und das Ausmaß des Problems identifiziert haben

Der erste Schritt zur Lösung bestand in der genauen Bestimmung der Quelle und der Art der Ablagerungen. Wir führten eine umfassende Analyse von Zellstoffproben sowie der Ablagerungen selbst mit standardisierten Labormethoden durch. Die mikroskopische Untersuchung zeigte das Vorhandensein synthetischer Polymere (z. B. Acrylate und Polyvinylacetate) und Wachse, die aus dem recycelten Papier in das Rohmaterial gelangten. Darüber hinaus kartierten wir die kritischen Stellen in der Papiermaschine, an denen es zu den stärksten Ansammlungen kam – insbesondere im Bereich des Siebs, der Presswalzen und des Trockenteils.

Ein wichtiges Instrument wurde die thermogravimetrische Analyse (TGA), die uns half, die thermische Stabilität der Ablagerungen und ihr Verhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu bestimmen. Wir stellten fest, dass bei Temperaturen über 60 °C eine deutliche Erweichung und Klebrigkeit einiger Komponenten auftritt. Gleichzeitig überwachten wir Prozessparameter wie den pH-Wert des Zellstoffs (normalerweise 6,5–8,0), die Wasserhärte und die Dosierung der Chemikalien, um den Einfluss eines falschen Betriebsregimes auszuschließen.

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Lösung: Kombination chemischer und mechanischer Maßnahmen

Auf Basis der Diagnostik haben wir einen mehrstufigen Ansatz entwickelt, der die chemische Behandlung mit der Anpassung der Betriebsbedingungen kombinierte. Als am effektivsten erwies sich der Einsatz spezieller Dispergiermittel auf Basis von Tensiden und polymeren Additiven, die das Verklumpen klebriger Partikel verhindern und diese in Suspension halten. Diese Substanzen dosierten wir direkt in den Zellstoff in einer Konzentration von 0,05–0,2 % (Massenprozent), und zwar in der Phase vor der Sortierung und Klärung, damit sie ausreichend Zeit für eine wirksame Wechselwirkung mit den Verunreinigungen hatten.

Parallel dazu optimierten wir die mechanische Reinigung der Maschine: Wir führten regelmäßige Spülungen mit heißem Wasser (70–80 °C) unter Zusatz alkalischer Reinigungsmittel ein, die organische Ablagerungen lösen. Bei kritischen Maschinenteilen (z. B. Siebe) erhöhten wir die Reinigungsfrequenz von wöchentlich auf täglich. Außerdem passten wir die Betriebstemperaturen im Trocknungsbereich an, um das Erweichen klebriger Komponenten zu minimieren. Das Ergebnis war eine Verringerung der Ablagerungen um mehr als 70 % innerhalb der ersten zwei Wochen nach Umsetzung der Maßnahmen.

Prävention: Wie Sie Ihre Papiermaschine langfristig frei von klebrigen Ablagerungen halten

Eine langfristige Prävention erfordert einen systematischen Ansatz und regelmäßiges Monitoring. Grundlage ist die Kontrolle der Qualität des Eingangsmaterials – des Altpapiers – und dessen Vorbehandlung mittels Flotations- und Sortierprozessen, die grobe Verunreinigungen entfernen. Wir empfehlen, regelmäßige Analysen des Zellstoffs auf den Gehalt an klebrigen Substanzen durchzuführen, mindestens einmal pro Woche, um rechtzeitig auf Veränderungen in der Zusammensetzung des Rohmaterials reagieren zu können.

Ebenso wichtig ist die Wartung der Maschine: regelmäßige Reinigung kritischer Teile, die Verwendung geeigneter Schmiermittel und Beschichtungen mit geringer Adhäsion (z. B. auf Silikon- oder Fluorpolymerbasis) sowie die Schulung des Bedienpersonals zur frühzeitigen Erkennung erster Anzeichen von Problemen. Nicht zuletzt ist es entscheidend, stabile Betriebsbedingungen – insbesondere Temperatur, pH-Wert und Dosierung der Chemikalien – aufrechtzuerhalten und Sensoren sowie Messgeräte regelmäßig zu kalibrieren. Auf diese Weise lässt sich das Risiko klebriger Ablagerungen minimieren und ein reibungsloser und effizienter Betrieb der Papiermaschine gewährleisten.

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Optimierung der Additivdosierung zur Reduzierung der Klebrigkeit

In der Papierindustrie spielen Additive eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle klebriger Ablagerungen, sogenannter Stickies. Diese Verunreinigungen, die aus recycelten Fasern, Klebstoffen oder Druckfarben stammen, können sich auf Sieben, Walzen und anderen Maschinenteilen ansammeln. Die Lösung besteht im gezielten Einsatz von Dispergier- und Retentionsmitteln, die die Agglomeration von Partikeln verhindern und deren Ausspülung mit Wasser erleichtern. Dispergiermittel, häufig auf Basis von Polyacrylaten oder Phosphonaten, verteilen die klebrigen Partikel in einer feinen Suspension, wodurch ihre Fähigkeit, an Oberflächen zu haften, verringert wird. Retentionsmittel, wie kationische Polymere, helfen dann, diese Partikel in der Papiermasse zu binden und aus dem Prozess zu entfernen.

Die Dosierung der Additive muss sorgfältig abgewogen werden – eine zu niedrige Konzentration löst das Problem nicht, während eine übermäßige Menge zu Schaumbildung, Verschlechterung der Entwässerung oder sogar zu neuen Ablagerungen führen kann. Es wird empfohlen, mit einer Dosierung von 0,05–0,2 % bezogen auf die Trockenmasse der Fasern zu beginnen und diese schrittweise anhand der Ergebnisse von Labortests und betrieblichen Beobachtungen anzupassen. Die Überwachung der Wirksamkeit kann durch Messung der Größe und Menge der klebrigen Partikel in Zellstoffproben mittels standardisierter Prüfmethoden erfolgen, beispielsweise durch mikroskopische Analyse oder Filtration durch Siebe mit definierter Maschenweite.

Anpassung der Prozessparameter zur Minimierung von Ablagerungen

Neben chemischen Maßnahmen ist es unerlässlich, auch die Betriebsbedingungen der Papiermaschine zu optimieren. Die Temperatur und der pH-Wert des Prozesswassers haben einen entscheidenden Einfluss auf das Verhalten klebriger Partikel. Hohe Temperaturen (über 50 °C) können die Klebrigkeit bestimmter Polymere erhöhen, während zu niedrige Temperaturen die Dispergierung verlangsamen. Der ideale Bereich liegt meist zwischen 40–45 °C, wobei der genaue Wert von der Zusammensetzung der Eingangsmaterialien abhängt. Der pH-Wert sollte in einem leicht alkalischen Bereich (7,5–8,5) gehalten werden, da ein saures Milieu die Koagulation klebriger Substanzen und deren Ablagerung auf Maschinenteilen begünstigen kann.

Ein weiterer entscheidender Faktor ist die Strömungsgeschwindigkeit der Pulpe und des Wassers in der Maschine. Eine zu niedrige Geschwindigkeit erhöht das Risiko von Sedimentation, während eine zu hohe Geschwindigkeit mechanische Belastungen und Schaumbildung verursachen kann. Es wird empfohlen, Düsen, Siebe und andere kritische Punkte, an denen es zu einer Verlangsamung der Strömung kommt, regelmäßig zu überprüfen und zu reinigen. In einigen Fällen kann auch eine Anpassung der Rohrleitungsgeometrie oder das Hinzufügen von Turbulatoren hilfreich sein, die die Durchmischung verbessern und das Risiko von Ablagerungen verringern. Diese Anpassungen sollten in Zusammenarbeit mit dem Lieferanten der Maschinenausrüstung durchgeführt werden, um die Gesamtleistung der Maschine nicht zu beeinträchtigen.

Langfristige Überwachung und Wartung für einen stabilen Betrieb

Die Vorbeugung von klebrigen Ablagerungen erfordert einen systematischen Ansatz und eine regelmäßige Überwachung. Es wird empfohlen, ein Betriebsprotokoll einzuführen, in dem wichtige Parameter wie Dosierung von Additiven, Temperatur, pH-Wert, Drücke und der visuelle Zustand der Maschine dokumentiert werden. Diese Daten ermöglichen es, Trends zu erkennen und frühzeitig auf Abweichungen zu reagieren. Beispielsweise kann ein allmählicher Druckanstieg an den Sieben auf eine Ansammlung von Ablagerungen hinweisen, während Veränderungen des pH-Werts auf die Notwendigkeit einer Anpassung des chemischen Regimes hindeuten können.

Die regelmäßige Wartung sollte nicht nur die chemische Reinigung kritischer Maschinenteile umfassen, sondern auch die mechanische Entfernung von Ablagerungen. Zur Reinigung können spezielle Reinigungsmittel auf Basis von Tensiden oder alkalischen Lösungen verwendet werden, die organische Verunreinigungen effektiv auflösen. Es ist wichtig, die empfohlenen Konzentrationen und Einwirkzeiten einzuhalten, um eine Beschädigung der Maschinenmaterialien zu vermeiden. Nach der chemischen Reinigung müssen alle Teile gründlich mit Wasser gespült werden, um Rückstände der Reinigungsmittel auf die Qualität des produzierten Papiers zu verhindern.

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