abgeschlossene Promotionen & Habilitationen

Dissertation

Papier wurde bereits vor 2000 Jahren erfunden und leistete zunächst einen entscheidenden Beitrag zur Verbreitung der Schrift. Im Laufe der Zeit hielten Papier, Karton und Pappe Einzug in die verschiedensten Lebensbereiche, so dass deren Bedarf seither stetig gestiegen ist. Heute ist Papier ein ausgesprochenes Massenprodukt. Neue Papiermaschinen besitzen Arbeitsbreiten von bis zu 12 m und Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 2000 m/min. Diese Dimensionen stellen höchste Anforderungen an die Prozessführung dieser Anlagen, insbesondere in Bezug auf Rechtzeitigkeit, Genauigkeit und Stabilität.rnUm derartige Produktionsanlagen wirtschaftlich betreiben zu können, ist es notwendig, alle produktionsrelevanten Parameter, insbesondere jedoch alle Qualitätsparameter möglichst on-line, aber zumindest prozessbegleitend zu messen und zu überwachen. Zu den dabei besonders wichtigen Qualitätsparametern gehören u. a. die flächenbezogene Masse, die Papierfeuchte, die Papierdicke, der Weißgrad und verschiedene Festigkeitseigenschaften. Ein weiterer besonders wichtiger Qualitäts- und Fertigungsparameter ist der Mineraliengehalt des Papiers. Bei der Verwendung von Altpapier sind weder die Mengen an Mineralien noch die einzelnen Komponenten bekannt. Da aber nicht nur die Menge sondern auch die Art der Mineralien die Eigenschaftsausprägung des fertigen Papiers in hohem Maße beeinflussen, müssen zur qualitätsgerechten Überwachung des Mineraliengehalts beim Einsatz von Altpapier die Einzelkomponenten der Mineraliengesamtheit analysiert und deren Konzentrationen ermittelt werden.rnIm Mittelpunkt der Arbeit stand die Entwicklung eines Messverfahrens, welches es ermöglicht, die einzelnen Mineralkomponenten, die sich in der Papierprobe befinden, und deren Konzentration zu bestimmen und damit auf den tatsächlichen Mineraliengehalt der Probe schließen zu können. Dazu wurde ein Messverfahren nach dem Prinzip der energiedissipativen Röntgenfluoreszenz entwickelt. Die entwickelte Messanordnung ist in der Lage, alle Füllstoffe und beliebige Füllstoffkomponenten zu charakterisieren, die ein Element mit der Ord-nungszahl Z≥13 (also ab Aluminium) enthalten. Die Messung bzw. die Identifikation erfolgt unabhängig von der chemischen Bindung und unabhängig vom Feuchtegehalt der Probe.rnDie Analyse des Messgutes erfolgt einerseits durch qualitative Auswertung der aufgenommenen Röntgenfluoreszenzspektren. Danach schließt sich die quantitative Konzentrationsbe-stimmung der gefundenen Füllstoffkomponenten an. Die entwickelten Auswertalgorithmen rechnen Zählraten bzw. Signalpeaks der einzelnen Elemente in die Konzentrationen um. Der Zusammenhang zwischen Zählrate und Konzentration wurde durch Eichproben bzw. Standardprobensätze hergestellt und die Messwertberechnung mit den gefundenen Parametern kalibriert. Die Bestimmung des Gesamtfüllstoffgehaltes wurde mit Unterstützung einer Abschwächungsmessung realisiert, mit deren Hilfe auch Messeinflüsse wie Selbstabsorption, Matrixeffekte oder die Zweiseitigkeit von Papier weitgehend eliminiert werden.rnUmfangreiche Testmessungen haben gezeigt, dass das Messverfahren in der Lage ist, den Füllstoffgehalt und die Füllstoffzusammensetzung gestrichener und ungestrichener Papiere zu quantifizieren und außerdem die Prozessproben zu analysieren. Die kurzen Messzeiten und die einfache Handhabung empfehlen das Funktionsmuster auch zur Inline-Überwachung der Füllstoffentwicklung entlang des gesamten Produktionsprozesses, also vom Rohstoffeintrag bis zum Fertigprodukt. Das Funktionsmuster ist mit den gegebenen Eigenschaften ebenso in der Lage online Sensoren ohne Einzelkomponentenanalyse der Füllstoffgesamtheit die fehlenden Informationen zu liefern, um die Messgenauigkeit auch bei unbekannter Füllstoff-zusammensetzung sehr stark zu erhöhen. Damit wurde eine zusätzliche Möglichkeit zur schnellen und gezielten Beeinflussung des Füllstoffgehaltes an modernen Papiermaschinen geschaffen.

Messung, Asche, Mineraliengehalt, gestrichene, ungestrichene Papiere, Füllstoff