Eines der Probleme beim Papierrecycling besteht darin, dass die Fasern während des Entwässerungs- und Trocknungsprozesses versteifen, was auch als Verhornung bezeichnet wird. Das Gleiche passiert zum Beispiel auch mit Geschirrtüchern; sie versteifen sich mit der Zeit. Neue Forschungsergebnisse können nun die Mechanismen der Verhornung erklären. Diese Erkenntnisse werden es uns ermöglichen, Papierfasern viel häufiger zu recyceln als derzeit zwischen fünf und sieben Mal.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Zellulose.
„Durch unsere Studien wissen wir jetzt, bei welchem Trockenheitsgrad der Verhornungsprozess beginnt, und zwar bereits bei einem Trockengehalt von 20 Prozent“, sagt Björn Sjöstrand, Dozent für Chemieingenieurwesen beim Schwedischen Forschungsrat.
„Außerdem wissen wir, bei welchen Temperaturen die Verhornung einsetzt, und zwar bereits bei Temperaturen ab 40 °C, die größten Veränderungen treten jedoch bei Temperaturen über 100 °C auf.“ Auch das Lösungsmittel spielt eine Rolle, wenn wir das Wasser im Papierbrei durch ersetzen In anderen Lösungsmitteln verringert es die Verhornung. Dies impliziert, dass die Wasserstoffbrückenbindungen, die sich in der Wasserumgebung bilden, zur Verhornung der Fasern beitragen.“
Die Forschungsergebnisse wurden im Rahmen präsentiert Ekmandagarna 2024, eine jährliche Konferenz, die vom schwedischen Verband der Zellstoff- und Papieringenieure (SPCI) organisiert wird. Die Erkenntnisse finden sich auch in mehreren neu veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten wieder.
„Es war uns eine große Ehre, die Gelegenheit zu haben, unsere Ergebnisse auf der diesjährigen Ekmandagarna zu präsentieren, die viele Teilnehmer aus der gesamten Papierindustrie, sowohl Akademiker als auch Industrievertreter, zusammenbringt. Wir hoffen, dass diese Forschung zu einem verbesserten Papierrecycling beitragen kann, wo die „Fasern können viel öfter recycelt werden“, sagt Sjöstrand. „Darüber hinaus können diese neuen Erkenntnisse über den Verhornungsprozess zu einem geringeren Rohstoffeinsatz bei der Papierherstellung führen, da sie eine genauere Kontrolle der Haltbarkeitseigenschaften von Papiermaterialien ermöglichen.“
Ein besserer Einblick in den Prozess der Verhornung hat viele Vorteile. Die Forschung kann hoffentlich zu neuen Entwässerungsprozessen für die Industrie beitragen, die wiederum mehr Recyclingmöglichkeiten und verbesserte Produkteigenschaften schaffen.
Papieringenieure hoffen, dass es möglich sein wird, die Faser bis zu 25 Mal umzuwälzen, im Vergleich zu heute fünf bis sieben Mal. Die wichtigsten Bereiche, in denen das Wissen über die Verhornung angewendet werden kann, sind Marktzellstoff, Trockenausschuss, Recycling, Auflösungszellstoff sowie Mikro- und Nanozelluloseanwendungen.
Die Forschung liefert neue Einblicke in die Verhornung, ein Forschungsgebiet mit dem Potenzial, der Forstindustrie mehr Möglichkeiten zu bieten, die Veränderungen in der Bindungskapazität von Holzfasern während des Entwässerungsprozesses zu verstehen. Bei der Verhornung kommt es zu chemischen Bindungen innerhalb der Fasern.
Dies verhindert ein Aufquellen der Fasern und reduziert ihre Flexibilität und äußere Fibrillen. Flexible Fasern und äußere Fibrillen sind wichtig für die Entwicklung von Festigkeitseigenschaften bei der Herstellung von Karton und Papier.
„Durch die Verwendung von weniger Fasern bei gleichbleibender mechanischer Leistung der Produkte erhält man eine optimierte Nutzung der Rohstoffe“, sagt Sjöstrand. „Das bedeutet, dass die Ergebnisse unseres Projekts sowohl zu mehr Recycling als auch zu einer nachhaltigeren Ressourcennutzung beitragen werden.“
Mehr Informationen:
Mozhgan Hashemzehi et al., Grade der Verhornung in Weichholz- und Hartholz-Kraftzellstoff während der Trocknung aus verschiedenen Lösungsmitteln, Zellulose (2024). DOI: 10.1007/s10570-023-05657-z
Zur Verfügung gestellt vom Schwedischen Forschungsrat