Fehlerbehebung bei der Nassendchemie: Schaumbildung, Ablagerungen und schlechte Entwässerung in Papierfabriken

Im Nassteil einer Papiermaschine treffen Chemie, Physik und Maschinenbau unter ständigem Zeitdruck aufeinander. Hier entstehen auch die meisten Probleme mit der Lauffähigkeit. Schaumbildung im Stoffauflauf, klebrige Ablagerungen auf Formsieben und Pressfilzen sowie träge Entwässerung am Sieb – diese drei Probleme sind für einen unverhältnismäßig hohen Anteil an ungeplanten Ausfallzeiten, Bahnabrissen und minderwertiger Produktion in Fabriken weltweit verantwortlich. Jedes hat ein eigenes Ursachenprofil und erfordert einen gezielten diagnostischen Ansatz und nicht eine reflexartige Erhöhung der Chemikaliendosierung. Dieser Leitfaden geht durch die Mechanismen hinter allen drei Fehlermodi und bietet praktische Fehlerbehebungsrahmen, die auf den Prinzipien der Nassendchemie basieren.

▶Schaumbildung: Quellen, Mechanismen und Strategien zur chemischen Kontrolle

Schaum im Nassteil ist kein Einzelproblem – er ist ein Symptom dafür, dass sich oberflächenaktives Material schneller ansammelt, als das System es ableiten kann. Zu den Hauptquellen für schaumerzeugende Tenside in der modernen Papierherstellung gehören Holzextrakte (Fettsäuren, Harzsäuren, Sterole), Verunreinigungen aus recycelten Fasern, Wiedereingliederung von Ausschuss, Prozesswasserrückführung und überschüssige oder nicht ordnungsgemäß gelöste Polymeradditive. Wenn sich diese oberflächenaktiven Verbindungen an der Luft-Wasser-Grenzfläche konzentrieren, stabilisieren sie Luftblasen zu dauerhaften Schaumstrukturen, die die Gleichmäßigkeit der Scheibenströmung stören, zu Sperren in der Folie führen und Lufteinschlüsse verursachen, die die Faserbindung schwächen.

Ein kritischer und häufig übersehener Beitrag zur Schaumbildung im Nassbereich ist die Überdosierung oder unsachgemäße Auflösung von Retentions- und Entwässerungshilfsmitteln auf Polyacrylamidbasis. Wenn PAM-Pulver dem System ohne ausreichende Vorlösung zugesetzt wird – insbesondere wenn die Lösungskonzentration 0,3 % übersteigt oder die Temperatur des Lösungswassers zu niedrig ist – können ungelöste Gelpartikel und teilweise hydrolysierte Polymerfragmente die Oberflächenviskosität der Luft-Wasser-Grenzfläche erhöhen. Dadurch wird der Schaum stabilisiert, statt ihn zu unterdrücken. Das richtige Zubereitungsprotokoll für PAM-basierte Additive ist eine 0,1–0,2 %ige wässrige Lösung, die vor der Dosierung mindestens 60 Minuten lang in sauberem Wasser bei 20–40 °C unter leichtem Rühren gelöst wird.

Zur Fehlerbehebung bei der Schaumbildung muss isoliert werden, ob die Quelle chemisch (Tensidbeladung) oder mechanisch (Luftaufnahme durch Pumpendichtungen, Verwirbelung im Maschinenkasten oder unzureichende Entlüftung im Stoffauflauf) ist. Ein praktischer erster Schritt ist der Ross-Miles-Schaumtest mit Proben, die aus der Ansaugung der Gebläsepumpe und dem Stoffauflaufsystem entnommen werden. Wenn die Schaumpersistenz zwischen diesen beiden Punkten stark zunimmt, ist die Luftaufnahme im Anflugsystem die Hauptursache. Wenn der Schaumpegel an der Maschinenbütte bereits hoch ist, liegt das Problem stromaufwärts in der Ausschusshandhabung, der Rückführung oder der Additivchemie.

Schaumkontrolle: Kompatibilität von Entschäumern mit PAM-Systemen

Entschäumer auf Mineralöl- und Silikonbasis sind wirksam beim Aufbrechen etablierten Schaums, ihr Zugabepunkt und ihre Dosierungsrate müssen jedoch in Mühlen, die auch PAM-Retentionshilfsmittel verwenden, sorgfältig gesteuert werden. Eine Überdosierung von Entschäumern – insbesondere bei Produkten auf Ölbasis – kann hydrophobes Material auf Formgeweben ablagern, die Entwässerungsraten verringern und ein sekundäres Problem schaffen. Der wirksamste Ansatz besteht darin, die Grundursache anzugehen, indem die Tensidbelastung durch Siebwasserklärung, Ausschusswäsche und regelmäßige Systemreinigung kontrolliert wird und der Entschäumer nur als Trimmwerkzeug und nicht als primärer Kontrollmechanismus verwendet wird. Wenn PAM richtig ausgewählt und dosiert wird, kann seine Brücken- und Flockungswirkung tatsächlich die Konzentration freier Tenside im Siebwasser reduzieren, indem es oberflächenaktive Kolloide mit Faserfeinstoffen zusammenflockt und so indirekt zur Schaumreduzierung beiträgt.

▶Pech und klebrige Ablagerungen: Diagnose der Chemie hinter der Stoffverblassung

Ablagerungsprobleme am Nassteil äußern sich in zwei sehr unterschiedlichen Formen: anorganische Ablagerungen (Kalziumcarbonat, Kalziumsulfat, Kieselsäure) und organische klebrige Stoffe oder Pech. Beides kann Formgewebe und Filzporen verstopfen, die Entwässerung verringern, Bahndefekte verursachen und in schweren Fällen zu unkontrollierten Bahnbrüchen führen. Die Unterscheidung ist wichtig, weil die Chemie, die erforderlich ist, um sie anzugehen, grundlegend unterschiedlich ist.

Bildung anorganischer Ablagerungen

Anorganische Ablagerungen bilden sich, wenn die Konzentration schwerlöslicher Salze ihr Löslichkeitsprodukt im Siebwasserkreislauf übersteigt. Bei der alkalischen Papierherstellung – dem weltweit vorherrschenden System seit dem Übergang von der sauren zur neutralen/alkalischen Leimung – ist Kalziumkarbonatablagerungen die häufigste anorganische Ablagerung. Dies wird durch einen hohen Systemschluss (geringere Frischwasserverdünnung), erhöhte Temperaturen und die CO₂-Strippung aus dem Siebwasser gefördert, die allesamt das CaCO₃-Gleichgewicht in Richtung Niederschlag verschieben. Silikatablagerungen sind ein zweitrangiges Problem in Mühlen, die silikathaltiges Prozesswasser oder Ausschuss mit Natriumsilikat aus recycelten Verpackungen verwenden.

Der erste Diagnoseschritt bei Verdacht auf anorganische Ablagerungen ist die Prüfung des Glühverlustes an Stoff- oder Filzablagerungen: Anorganische Ablagerungen hinterlassen erhebliche Ascherückstände, während organische klebrige Ablagerungen sauber verbrennen. Die Identifizierung der spezifischen Ionenspezies mittels ICP-Analyse gelöster Feststoffe in Siebwasserproben bestimmt die Wahl der Kalkinhibitorchemie. Anionisches Polyacrylamid mit sehr niedrigem Molekulargewicht (unter 500.000 g/mol) kann als Kristallwachstumsmodifikator fungieren, der verhindert, dass CaCO₃-Kristalle die kritische Größe erreichen, die für die Oberflächenhaftung erforderlich ist – eine andere Funktion als seine Rolle als Flockungshilfsmittel mit hohem Molekulargewicht. Die Auswahl des falschen APAM-Molekulargewichtsgrads zur Kontrolle der Ablagerungen ist ein häufiger Fehler, der zu einer ineffektiven Behandlung und verschwendeten Chemikalienkosten führt.

Bio-Stickies und Pitch-Kontrolle

Organische Stickies stammen aus zwei Quellen: Primärpech aus Holzharz (veresterte Fettsäuren und Harzsäuren, die beim mechanischen Aufschluss und Hochtemperaturraffinieren freigesetzt werden) und sekundäre Stickies aus recycelten Faserverunreinigungen (Haftklebstoffe, Schmelzklebstoffe, Latexbeschichtungen, Wachs und Tintenrückstände). Beides wird problematisch, wenn die kolloidale Stabilität des Siebwassersystems gestört wird – typischerweise bei Änderungen des pH-Werts, der Temperatur, der Leitfähigkeit oder des Additivprogramms –, was dazu führt, dass zuvor dispergierte kolloidale Pechpartikel agglomerieren und sich auf hydrophoben Oberflächen ablagern.

Der wirksamste auf Chemie basierende Ansatz zur Bekämpfung von Pech und klebrigen Stoffen ist die Fixierung: Dabei wird ein kationisches Polymer verwendet, das an den negativ geladenen kolloidalen Pechpartikeln adsorbiert, ihre Ladung umkehrt und sie an der Faseroberfläche befestigt, bevor sie sich auf Stoffen ablagern können. Hier spielt kationisches Polyacrylamid eine entscheidende Rolle. Die kationischen PAM-Produkte von Hengfeng für die Papierherstellung werden speziell mit kontrollierten Ladungsdichte- und Molekulargewichtsprofilen formuliert, um eine gleichzeitige Pechfixierung, Faserfeinstoffretention und Entwässerungsverbesserung zu erreichen – und vermeiden so den Kompromiss zwischen Sticky-Kontrolle und Entwässerungsleistung, der oft auftritt, wenn generische kationische Polymere verwendet werden, die nicht für Zellstoffsysteme optimiert sind.

Wichtige Diagnoseschritte bei Verdacht auf Stickies-Ablagerungen:

• Messen Sie das Zeta-Potenzial des Siebwassers an der Lüfterpumpe. Ein negativer Wert als -15 mV weist auf eine unzureichende Deckung des Kationenbedarfs und eine hohe kolloidale Pechmobilität hin.
• Führen Sie eine Kationenbedarfstitration (Kolloidtitration) an Siebwasserproben durch, um die anionische Ladung zu quantifizieren, die durch kationische Zusätze neutralisiert werden muss;
• Überprüfen Sie die Reihenfolge der Additivzugabe – kationisches PAM muss stromabwärts von anionischem Abfall (anionische Dispergiermittel, Stärke, CMC) hinzugefügt werden, um eine vorzeitige Ladungsneutralisierung und Polymerausfällung zu verhindern, bevor es mit der Fasermatte in Kontakt kommt;
• Überprüfen Sie die Textilkonditionierungsprogramme – Ablagerungen, die bereits auf Formiersieben vorhanden sind, erfordern eine enzymatische oder alkalische Reinigung, bevor chemische Änderungen die Entwässerungsleistung wiederherstellen können.

▶Schlechte Entwässerung: Systematische Diagnose, die über die einfache Zugabe von mehr Polymer hinausgeht

Eine schlechte Entwässerung ist das schwerwiegendste Problem im Nassbereich, da sich die Auswirkungen direkt auf die Energiekosten für die Trocknung, Einschränkungen der Maschinengeschwindigkeit und Ungleichmäßigkeiten im Feuchtigkeitsprofil der fertigen Folie auswirken. Wenn sich die Entwässerung verschlechtert, besteht die instinktive Reaktion vieler Fabriken darin, die Dosierung des PAM-Retentionsmittels zu erhöhen – doch dadurch wird das Problem häufig noch schlimmer. Um zu verstehen, warum, ist ein klares Modell dafür erforderlich, was Entwässerungs-PAM tatsächlich leistet und was nicht.

Die Entwässerungsrate auf dem Formiersieb wird durch drei Widerstände bestimmt: den Widerstand der Fasermatte selbst, den Widerstand des Drainagegewebes und den hydrodynamischen Widerstand des durch beide verdrängten Wassers. Retentionshilfsmittel – einschließlich PAM – beeinflussen hauptsächlich den ersten Faktor, indem sie Faserfeinstoffe und Füllstoffe zu größeren Flockenstrukturen aggregieren, die weniger dazu neigen, in die Stoffporen einzuwandern und diese zu verstopfen. Wenn die Hauptursache für eine schlechte Entwässerung jedoch ein bereits verstopftes Gewebe, ein überlastetes Siebwassersystem mit übermäßiger Konzentration an Feinpartikeln oder ein Zellstoffeintrag mit übermäßiger Sekundärfaser, die den Mahlgrad verringert, ist, löst die Zugabe von mehr PAM das zugrunde liegende Problem nicht und kann die Mattenbildung durch eine übermäßige Retention von Feinpartikeln verschlechtern, die den Mattenwiderstand weiter erhöhen.

Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Fehlerbehebung bei der Entwässerung

Ein strukturierter Ansatz zur Fehlerbehebung bei der Entwässerung sollte mit der Messung und nicht mit der Anpassung der Chemie beginnen. Die Schopper-Riegler-Werte (SR) oder Canadian Standard Freeness-Werte (CSF) des eingehenden Papiers liefern den Basis-Mahlgrad ohne jegliche chemische Behandlung. Wenn der Mahlgrad im Vergleich zu historischen Benchmarks bei gleicher Stoffzusammensetzung abgenommen hat, ist die Ursache entweder eine Änderung der Faserqualität (Reinigungsgrad, Sekundärfaserverhältnis, Faserlängenverteilung) oder eine Änderung der Siebwasserchemie (Leitfähigkeit, pH-Wert, kolloidale Ladungsbelastung). Beides muss quantifiziert werden, bevor die Chemie verändert wird.

Der Drainagebeitrag des PAM-Programms kann mithilfe eines dynamischen Drainageglases (DDJ) oder eines Britt-Jar-Tests isoliert werden: Führen Sie Proben mit und ohne aktuelle Polymerzusätze an den aktuellen Zugabepunkten durch und testen Sie dann den Sequenzeffekt durch Variation der Reihenfolge der kationischen und anionischen Komponenten. Bei einem ordnungsgemäß funktionierenden Mikropartikel- oder Dual-Polymer-Retentionssystem ist eine Drainageverbesserung von 10–25 % SR-Einheiten im Vergleich zum unbehandelten Ausgangswert erreichbar. Wenn Gefäßtests keine messbare Entwässerungsreaktion auf PAM-Zusätze zeigen, liegt das Problem außerhalb des Chemieprogramms – im Stoffzustand, beim Systemverschluss oder bei der Stoffaufbereitung.

Hengfengs dispergierende PAM-Produkte für Papierfabriken sind darauf ausgelegt, die Viskosität der Zellstoffaufschlämmung zu senken und die Gleichmäßigkeit der Faserverteilung zu verbessern. Dies ist eine Grundvoraussetzung dafür, dass Retentions- und Entwässerungshilfen effizienter funktionieren. Durch die Reduzierung der Faseraggregation im Ansatzsystem erzeugt das Dispergiermittel PAM einen homogeneren Stoff, der eine gleichmäßigere, weniger widerstandsfähige Matte auf dem Sieb bildet – was die Entwässerungsrate direkt verbessert, ohne die Dosierung des Retentionsmittels zu erhöhen. Dies ist eine besonders wirksame Strategie in Fabriken, die hochraffinierte Sekundärfaserstoffe oder einen hohen Mahlgradverlust verarbeiten.

Häufige Entwässerungsproblemszenarien und ihre Hauptursachen:

• Allmählicher Rückgang der Entwässerung über mehrere Wochen: Typischerweise Verstopfung des Gewebes durch Ablagerungen – Behebung durch Reinigung des Gewebes vor Anpassung der Chemie;
• Plötzlicher Entwässerungsverlust infolge eines Materialwechsels oder eines Anstiegs der Wiedereingliederung von Brüchen: Ungleichgewicht der kolloidalen Ladung – messen Sie den Kationenbedarf und das Zeta-Potenzial, bevor Sie die PAM-Dosierung anpassen;
• Verbesserung der Entwässerung, die sich innerhalb weniger Stunden nach Erhöhung der PAM-Dosierung umkehrt: Überretention führt zu Mattenverdichtung – reduzieren Sie die PAM-Dosierung und bewerten Sie den Molekulargewichtsgrad;
• Schlechte Entwässerung beim Start nach längerer Abschaltung: Ungleichgewicht der Systemchemie durch Wiedereingliederung von Ausschuss – Siebwasser spülen und neu ausbalancieren, bevor es mit hoher Geschwindigkeit läuft;
• Saisonaler Rückgang der Entwässerung im Zusammenhang mit Änderungen der Wassertemperatur: Auswirkungen der Viskosität auf die Entwässerungsrate – Erwägen Sie temperaturkompensierte Dosierungsprogramme.

▶Integration der PAM-Chemie in ein stabiles Wet-End-Kontrollprogramm

Die drei oben beschriebenen Probleme im Nassbereich – Schaumbildung, Ablagerungen und schlechte Entwässerung – sind durch die kolloidale Chemie des Siebwassersystems miteinander verbunden. Bei einer Mühle, die den Ladungsausgleich (Zeta-Potenzial), die Menge an anionischem Schmutz und die Reihenfolge der Polymerzugabe streng regelt, treten alle drei Probleme seltener auf und lösen sie schneller, wenn sie auftreten. Der gemeinsame Nenner ist, dass PAM-basierte Chemie am effektivsten ist, wenn sie auf ein gut charakterisiertes System angewendet wird und nicht reaktiv verwendet wird, um Symptome tieferer Ungleichgewichte zu maskieren.

Jiangsu Hengfeng liefert ein komplettes Sortiment an PAM-Produkten für die Papierherstellung – einschließlich Retentionshilfsmitteln, Entwässerungshilfsmitteln, Dispergiermitteln und kationischen Fixiermitteln – mit technischem Support, der Mühlen beim Aufbau stabiler, messungsbasierter Nassendprogramme unterstützen soll. Für Mühlen, bei denen anhaltende Schaum-, Ablagerungs- oder Entwässerungsprobleme auftreten, können die Anwendungstechniker von Hengfeng vor Ort Wasseranalysen, Behältertests und eine Optimierung der Additivsequenz durchführen, um das minimal wirksame Chemieprogramm für Ihre spezifische Stoff- und Maschinenkonfiguration zu ermitteln. Kontaktieren Sie unser Team mit Ihren Siebwasseranalysedaten und dem aktuellen Additivprogramm für eine unverbindliche technische Bewertung.