Faserstoffe 1. Semester an der Hochschule Der Medien Stuttgart | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Faserstoffe 1. Semester an der Hochschule der Medien Stuttgart

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Entwässerungs- und Retentionsmittel

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Entwässerungsmittel setzen die Oberflächenspannung des Papiers herab, so dass schneller entwässert werden kann.


Retention bezeichnet den Anteil der zurückgehaltenen Füll- und
Feinstoffen auf dem Sieb.


Retentionsmittel werden hinzu gegeben um die Teilchen zu größeren Flocken zu
agglomerieren.


Bei zu hoher Zugabe kann es zu unhomogener Faserverteilung kommen  = "wolkigkeit"

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„integrierte Zellstoffproduktion“


Vor-/Nachteile

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Unter den üblichen Massenfaserstoffen für Papier ist Zellstoff der teuerste. Wenn eine Papierfabrik auf demselben Gelände eine Anlage zur Zellstoffherstellung besitzt, die überwiegend dazu dient, den selbst benötigten Zellstoff zu produzieren, spricht man von einer „integrierten Zellstoffproduktion“.


Vorteile

• Nutzung der Energieproduktion der Zellstoffanlage zur Strom- und Dampferzeugung (Kraft- Wärme-Kopplung) 

• Trocknung entfällt (Energieeinsparung) 

• Einfacher Transport: der wässrige Faserbrei kann durch Rohrleitungen direkt in die Maschinenbütte gepumpt werden


Kosteneinsparung 

• Maßgeschneiderte Qualität möglich 

• Geringeres Preisschwankungsrisiko



Nachteile:
• geringe Zwischenlager-Möglichkeit (nasser Zellstoff vergammelt)
• Schlechtere Entwässerung des ungetrockneten Zellstoffs bei der Papierherstellung
• Verunreinigung durch Übernahme von gelösten Bestandteilen („carry over“) aus der Zellstoffproduktion, wenn dieser nicht sehr aufwändig gewaschen wird
• Höherer Kapital-, Platz- und qualifizierter Personalbedarf für das Erstellen und Betreiben der Zellstoffanlage.

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Papiermaschine


5. Trockenpartie

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Die Funktion einer Trockenpartie besteht darin, das Wasser, welches nicht mechanisch entfernt werden kann, thermisch zu entfernen.


Das Wasser ist auf unterschiedliche Arten an der Faser gebunden:
• Wasser zwischen den Fasern
• Wasser an der Faseroberfläche
• Wasser in der Faser


Eine Trockenpartie wird immer in mehrere Trockengruppen unterteilt, die aus mehreren Trockenzylindern bestehen. Diese Zylinder sind dampfbetrieben und bringen über Kontakt die Wärme ins Papier.


Während der Verdampfung des Wasser aus dem Blattgefüge werden die Fasern näher aneinander geführt. Aufgrund dessen kommt es zu einer Längs- sowie Querschrumpfung des Papiers.


Trockengehalte von 100% lassen sich nicht erreichen, da Papier ein hygroskopischer Werkstoff ist, der mit der Feuchtigkeit aus der Luft seiner Umgebung immer versuchen wird, ein Gleichgewicht zu suchen. Typische Trockengehalte von Papieren liegen zwischen 89 - 96%.

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Füllstoffe

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- sind mineralische Hilfsstoffe

--> kommen in Stoff-Wasser-Gemisch oder Streichfarbe


- zum "strecken" des Papiers 

- nehmen kein Wasser auf und müssen somit nicht getrocknet werden


Die am häufigsten eingesetzten Füllstoffe:

Calciumcarbonat (CaCO3)
Kaolin (China Clay)
Titandioxid (TiO2)

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Füllstoffe

Calciumcarbonat

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- auch als Kreide bezeichnet


Eigenschaften:

- hohe Opazität

- gute Weiße

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Füllstoffe


Kaolin (China Clay)

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- weniger weiß als Calciumcarbonat

(daher nicht mehr so of in verwendung da die nachfrage nach weißerem Papier steigt)


- bleibt wärend der Blattbildung eher im Fasergefüge als durch den Sieb zu fallen (aufgrund von agglomerieren: sich anhäufen, sich zusammenballen)

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Füllstoffe


Leimungsmittel

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Durch die Leimung im Papier erreicht man:
=> Hydrophobisierte Oberfläche (Tinte verläuft nicht)
=> Beschreib- und Bedruckbarkeit mit wasserlöslichen Tinten und Farben
=> Geringere Rupf- und Staubneigung in Druck- u. Büromaschinen
=> Bessere Bindung des Strichs


Im wesentlichen werden drei Leimungsmittel eingesetzt:
• Harzleim,
• Alkyldiketene (AKD) und
• Stärke

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Chemische Eigenschaften von Papier

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  • Beständigkeiten gegen Flüssigkeiten (Wasser, Lösungsmittel) 


  • die Witterungs-, Temperatur- und Alterungsbeständigkeit 


  • die ästhetischen Eigenschaften (Farbe und Glanz).



Alle diese Faktoren i.d.R. können nur durch bestimmte chemische
Zusatzstoffe beeinflusst werden.

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Nachwachsende Rohstoffe (Bioökonomie)

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Nachwachsende Rohstoffe sind allgemein solche, die durch Organismen gebildet und vom Menschen als Rohstoffe genutzt werden.

Für eine nachhaltige Nutzung müssen diese Nutzorganismen durch Land- und Forstwirtschaft, durch Aqua- und Bio- kultur in gleichem Maß ständig erzeugt in dem sie verbraucht werden.

Papier ist ein Produkt, das überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird.

Bei diesen Rohstoffen handelt sich dabei entweder um die Stoffe, aus denen sich die Körper der Organismen aufbauen (Gerüststoffe), oder um Reservestoffe, die in Speicherorganen (z.B. Knollen) oder in Samen und Früchten gespeichert sind.

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Holz und Einjahrespflanzen für die Papierindustrie

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Neben den rein forsttechnischen Eigenschaften der Bäume sind die
• Defibrillierbarkeit (Zerfaserbarkeit)
des Holzes und die papiertechnischen Eigenschaften der Fasern entscheidend.


Praktisch wird heute fast nur
- Fichte, Kiefer, Eukalyptus, Hemlock, Birke und Buche
zur Zellstoffproduktion herangezogen.


Da aber der Rohstoff Holz knapp wird --> nutzung von
Einjahrespflanzen:
• Gräser (Heu)
• Weizenstroh
• Flachs
• Hanf

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Gewinnung von Faserstoffen


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Aufschluss


Rohstoffe für Papier sind papiertaugliche Fasern. Diese sollen sich auszeichnen durch:
• Gute Festigkeit
• Gute Flexibilität
• Hohe Anfangsweiße und Vergilbungsresistenz


Um solche Fasern aus Holz zu gewinnen, sollte das
• steife, hydrophobe Lignin weitgehend entfernt werden, das
Cellulosegerüst der Zellwand aber möglichst unbeschädigt
erhalten bleiben
.


Polyosen sind in den Fasern durchaus erwünscht, aber die Extraktstoffe sollten vollständig entfernt worden sein (Terpene, Fette, Wachse und Phenole)


• Holzstoff (Fasern aus vorwiegend mechanisch zerfasertem Holz)
• Zellstoff (Fasern, die vorwiegend chemisch aus Holz oder Einjahrespflanzen isoliert wurden)
• Deinkingstoff oder Sekundärfaserstoff (gereinigter Faserstoff aus Altpapier)

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Teilaufschluss

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Von einem Teilaufschluss spricht man dann, wenn das Pflanzenmaterial nicht allein durch die chemische Behandlung defibrilliert wird. Der auf diese Weise hergestellte Halbzellstoff muss anschließend durch intensive Mahlung weiter zerfasert werden. Dieser Schritt braucht allerdings wesentlich weniger Energie, wenn ein chemische Behandlung vorangegangen ist.

Folgende Verfahren gehören zu den Teilaufschlüssen:
• Natronlauge-Aufschluss Alkali - Sauerstoff - Aufschluss
• Neutralsulfit - Teilaufschluss (NSSC)
• Natriumsulfit - Aufschluss bei einem pH-Wert in der Nähe des Neutralpunkts
• Heißwasseraufschlüsse
• Hydrothermalverfahren
• Dampfexplosionsverfahren (steam explosion process)

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Q:

Entwässerungs- und Retentionsmittel

A:

Entwässerungsmittel setzen die Oberflächenspannung des Papiers herab, so dass schneller entwässert werden kann.


Retention bezeichnet den Anteil der zurückgehaltenen Füll- und
Feinstoffen auf dem Sieb.


Retentionsmittel werden hinzu gegeben um die Teilchen zu größeren Flocken zu
agglomerieren.


Bei zu hoher Zugabe kann es zu unhomogener Faserverteilung kommen  = "wolkigkeit"

Q:

„integrierte Zellstoffproduktion“


Vor-/Nachteile

A:

Unter den üblichen Massenfaserstoffen für Papier ist Zellstoff der teuerste. Wenn eine Papierfabrik auf demselben Gelände eine Anlage zur Zellstoffherstellung besitzt, die überwiegend dazu dient, den selbst benötigten Zellstoff zu produzieren, spricht man von einer „integrierten Zellstoffproduktion“.


Vorteile

• Nutzung der Energieproduktion der Zellstoffanlage zur Strom- und Dampferzeugung (Kraft- Wärme-Kopplung) 

• Trocknung entfällt (Energieeinsparung) 

• Einfacher Transport: der wässrige Faserbrei kann durch Rohrleitungen direkt in die Maschinenbütte gepumpt werden


Kosteneinsparung 

• Maßgeschneiderte Qualität möglich 

• Geringeres Preisschwankungsrisiko



Nachteile:
• geringe Zwischenlager-Möglichkeit (nasser Zellstoff vergammelt)
• Schlechtere Entwässerung des ungetrockneten Zellstoffs bei der Papierherstellung
• Verunreinigung durch Übernahme von gelösten Bestandteilen („carry over“) aus der Zellstoffproduktion, wenn dieser nicht sehr aufwändig gewaschen wird
• Höherer Kapital-, Platz- und qualifizierter Personalbedarf für das Erstellen und Betreiben der Zellstoffanlage.

Q:

Papiermaschine


5. Trockenpartie

A:

Die Funktion einer Trockenpartie besteht darin, das Wasser, welches nicht mechanisch entfernt werden kann, thermisch zu entfernen.


Das Wasser ist auf unterschiedliche Arten an der Faser gebunden:
• Wasser zwischen den Fasern
• Wasser an der Faseroberfläche
• Wasser in der Faser


Eine Trockenpartie wird immer in mehrere Trockengruppen unterteilt, die aus mehreren Trockenzylindern bestehen. Diese Zylinder sind dampfbetrieben und bringen über Kontakt die Wärme ins Papier.


Während der Verdampfung des Wasser aus dem Blattgefüge werden die Fasern näher aneinander geführt. Aufgrund dessen kommt es zu einer Längs- sowie Querschrumpfung des Papiers.


Trockengehalte von 100% lassen sich nicht erreichen, da Papier ein hygroskopischer Werkstoff ist, der mit der Feuchtigkeit aus der Luft seiner Umgebung immer versuchen wird, ein Gleichgewicht zu suchen. Typische Trockengehalte von Papieren liegen zwischen 89 - 96%.

Q:

Füllstoffe

A:

- sind mineralische Hilfsstoffe

--> kommen in Stoff-Wasser-Gemisch oder Streichfarbe


- zum "strecken" des Papiers 

- nehmen kein Wasser auf und müssen somit nicht getrocknet werden


Die am häufigsten eingesetzten Füllstoffe:

Calciumcarbonat (CaCO3)
Kaolin (China Clay)
Titandioxid (TiO2)

Q:

Füllstoffe

Calciumcarbonat

A:

- auch als Kreide bezeichnet


Eigenschaften:

- hohe Opazität

- gute Weiße

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Q:

Füllstoffe


Kaolin (China Clay)

A:

- weniger weiß als Calciumcarbonat

(daher nicht mehr so of in verwendung da die nachfrage nach weißerem Papier steigt)


- bleibt wärend der Blattbildung eher im Fasergefüge als durch den Sieb zu fallen (aufgrund von agglomerieren: sich anhäufen, sich zusammenballen)

Q:

Füllstoffe


Leimungsmittel

A:

Durch die Leimung im Papier erreicht man:
=> Hydrophobisierte Oberfläche (Tinte verläuft nicht)
=> Beschreib- und Bedruckbarkeit mit wasserlöslichen Tinten und Farben
=> Geringere Rupf- und Staubneigung in Druck- u. Büromaschinen
=> Bessere Bindung des Strichs


Im wesentlichen werden drei Leimungsmittel eingesetzt:
• Harzleim,
• Alkyldiketene (AKD) und
• Stärke

Q:

Chemische Eigenschaften von Papier

A:
  • Beständigkeiten gegen Flüssigkeiten (Wasser, Lösungsmittel) 


  • die Witterungs-, Temperatur- und Alterungsbeständigkeit 


  • die ästhetischen Eigenschaften (Farbe und Glanz).



Alle diese Faktoren i.d.R. können nur durch bestimmte chemische
Zusatzstoffe beeinflusst werden.

Q:

Nachwachsende Rohstoffe (Bioökonomie)

A:

Nachwachsende Rohstoffe sind allgemein solche, die durch Organismen gebildet und vom Menschen als Rohstoffe genutzt werden.

Für eine nachhaltige Nutzung müssen diese Nutzorganismen durch Land- und Forstwirtschaft, durch Aqua- und Bio- kultur in gleichem Maß ständig erzeugt in dem sie verbraucht werden.

Papier ist ein Produkt, das überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird.

Bei diesen Rohstoffen handelt sich dabei entweder um die Stoffe, aus denen sich die Körper der Organismen aufbauen (Gerüststoffe), oder um Reservestoffe, die in Speicherorganen (z.B. Knollen) oder in Samen und Früchten gespeichert sind.

Q:

Holz und Einjahrespflanzen für die Papierindustrie

A:

Neben den rein forsttechnischen Eigenschaften der Bäume sind die
• Defibrillierbarkeit (Zerfaserbarkeit)
des Holzes und die papiertechnischen Eigenschaften der Fasern entscheidend.


Praktisch wird heute fast nur
- Fichte, Kiefer, Eukalyptus, Hemlock, Birke und Buche
zur Zellstoffproduktion herangezogen.


Da aber der Rohstoff Holz knapp wird --> nutzung von
Einjahrespflanzen:
• Gräser (Heu)
• Weizenstroh
• Flachs
• Hanf

Q:

Gewinnung von Faserstoffen


A:

Aufschluss


Rohstoffe für Papier sind papiertaugliche Fasern. Diese sollen sich auszeichnen durch:
• Gute Festigkeit
• Gute Flexibilität
• Hohe Anfangsweiße und Vergilbungsresistenz


Um solche Fasern aus Holz zu gewinnen, sollte das
• steife, hydrophobe Lignin weitgehend entfernt werden, das
Cellulosegerüst der Zellwand aber möglichst unbeschädigt
erhalten bleiben
.


Polyosen sind in den Fasern durchaus erwünscht, aber die Extraktstoffe sollten vollständig entfernt worden sein (Terpene, Fette, Wachse und Phenole)


• Holzstoff (Fasern aus vorwiegend mechanisch zerfasertem Holz)
• Zellstoff (Fasern, die vorwiegend chemisch aus Holz oder Einjahrespflanzen isoliert wurden)
• Deinkingstoff oder Sekundärfaserstoff (gereinigter Faserstoff aus Altpapier)

Q:

Teilaufschluss

A:

Von einem Teilaufschluss spricht man dann, wenn das Pflanzenmaterial nicht allein durch die chemische Behandlung defibrilliert wird. Der auf diese Weise hergestellte Halbzellstoff muss anschließend durch intensive Mahlung weiter zerfasert werden. Dieser Schritt braucht allerdings wesentlich weniger Energie, wenn ein chemische Behandlung vorangegangen ist.

Folgende Verfahren gehören zu den Teilaufschlüssen:
• Natronlauge-Aufschluss Alkali - Sauerstoff - Aufschluss
• Neutralsulfit - Teilaufschluss (NSSC)
• Natriumsulfit - Aufschluss bei einem pH-Wert in der Nähe des Neutralpunkts
• Heißwasseraufschlüsse
• Hydrothermalverfahren
• Dampfexplosionsverfahren (steam explosion process)

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