Bild einer Kartonmaschine mit Streichmaschine. Im Vordergrund eNIR-Trockner von Compact Engineering, im Hintergrund Impact-Strahler

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Blistern und Lagenspalten

Mangelnde Lagenhaftung begegnete mir erst spät in meiner papiermacherischen Karriere, ebenso das Blistern von mehrlagigen Papieren und Karton. Ursache ist eine zu schnelle Erhitzung der Oberfläche des Papiers und Kartons, die sich schnell schließt. Wasser in darunterliegenden Schichten bahnt sich einen Weg durch das Papier in z-Richtung.
Nahe der Oberfläche verdampft es plötzlich, wenn es die heißeren Bereiche der Bahn, nahe der Zylinderoberfläche erreicht. Schlagartiges Verdampfen führt zu einer Lagentrennung bei mehrlagigen Substraten, oder dem Aufplatzen der Oberfläche selbst bei einmaligen Substraten.
Eine sehr einfache Lösung wäre es, die Maschinengeschwindigkeit zurückzunehmen, und vor allem die Temperaturkurve durch Verringern des Dampfdruckes in den ersten Zylindern anzupassen.
Es gibt zwei andere Möglichkeiten, die nicht nur zu einer Verbesserung der Lagenhaftung bzw. Verringern des Blisterns führt, sondern auch gleichzeitig ermöglicht, die Leistung der Maschine wesentlich zu steigern. 10% höhere Produktion sind keine Seltenheit, und dies bei relativ geringen Investitions- und Betriebskosten.
Eine sehr einfache Lösung bei gleichzeitiger Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit und Verbesserung der Füll- und Feinstoffretention ist der Einsatz von Bentonit in der Einlage von Pappen und Kartons. Als Fringe Benefit hat man saubereres Kreislaufwasser und geringere Leitfähigkeit. Die Entwässerung verbessert sich, weil die anionischen Störstoffe ihr intrinsisches Wasserrückhaltevermögen verliert.
Dadurch bewegt sich das Wasser aus der Einlage schneller in Schon- und Deckschicht. Zum einen garantiert dies kontinuierlich höhere Feuchte der Oberfläche, und somit besseren Energieübergang vom Zylinder in das Substrat. Die Glätte verbessert sich signifikant. Durch den kontinuierlichen Wasserfluss von der Einlage zur Oberfläche trocknet die Einlage sehr viel schneller.

Es wurden Geschwindigkeitssteigerungen von 5% und höher erreicht, weil die Arbeit der Trockenzylinder erheblich erleichtert wird.

Bei gleichzeitiger Erhöhung der Füllstoff- und Feinstretention konnte man die Geschwindigkeit steigern ohne zusätzlichen Rohstoffbedarf. Eine Leistungssteigerung fast für lau.
Eine andere recht einfache Lösung, die aber größere Investition erfordert, ist die Vorwärmung nit eNIR-Strahlern.

Hier wird der Karton oder die Pappe so weit erwärmt, dass der folgende Zylinder bereits verdampft. Es werden keine Zylinder mehr benötigt um das Substrat zu erwärmen. Der wesentliche Vorteil ist die konstante Temperatur in z-Richtung unter dem Strahler. Dadurch wird die Oberfläche ab dem Beginn der Verdampfung durch die Verdampfungsenthalpie gekühlt.

Dies sorgt für konstanten Wasserfluss aus der Tiefe des Substrats an die Oberfläche. Der Karton verarmt als erstes in der Mitte, während die Oberfläche feucht bleibt, und für konstanten Energietransport von den Zylindern in die Tiefe garantiert.
Die Einlage wird als erstes getrocknet, danach die Schonschicht und als letztes die Deckschicht. Dies sorgt für perfekte Lagenhaftung und eliminiert Blister und Blasen.

Typischerweise kann die Produktionsgeschwindigkeit um 10% bis 20% gesteigert werden. Der spezifische Dampfverbrauch sinkt entsprechend, zusätzlich kommen die Kosten für die elektrische Energie hinzu. In den meisten Fällen verringern sich die gesamten Energiekosten.

Gleichzeitig ist dies ein Beitrag zur Dekarbonisierung, da sich der Energieeinsatz von fossilen Richtung erneuerbare Energien verschiebt.
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Lagenhaftung und Blistern