Die Deinkbarkeit eines Druckerzeugnisses wird durch drei Hauptfaktoren bestimmt: das Druckverfahren und die Art der Druckfarbe, das Papier, auf dem es gedruckt wird, und das eingesetzte Deinking-Verfahren. In diesem Artikel geht es vor allem um das Druckverfahren und die verwendete Druckfarbe, aber lassen Sie uns kurz auf das Deinking-Verfahren eingehen.
Recycling
Papier-Deinking: Welche Druckfarben sind am besten für Deinking geeignet?
Einer der komplexesten Schritte im Papierrecyclingprozess ist das Deinking, also das Entfernen der Druckfarbe aus dem Altpapier, damit es zu neuem Papier verarbeitet werden kann. Dieser Prozess wird im ersten Teil unserer Serie ausführlich beschrieben, den Sie hier lesen können. Eine der größten Herausforderungen beim Deinking ist, dass nicht alle Druckfarben gleich sind. Während sich einige leicht entfernen lassen, können sich andere als hartnäckig erweisen – oder vielleicht sogar mit den verfügbaren Deinking-Methoden unvereinbar sein. Damit befassen wir uns in diesem Beitrag.
Deinking-Grundlagen
Die gebräuchlichste Deinking-Methode ist das Flotationsverfahren, mit dem sich herkömmliche Offset- und Tiefdruckfarben sehr gut entfernen lassen. Diese Drucktechniken sind am längsten im Einsatz und machen den Großteil des Altpapiers aus, so dass dieses Deinkingverfahren speziell für die Entfernung dieser Druckfarben entwickelt wurde. Mit der Entwicklung von Digitaldruckmaschinen und neueren Drucktechnologien sind neue Druckfarben auf den Markt gekommen, die sich mit diesem Verfahren nur schwer oder gar nicht deinken lassen.
Sie können hier alles über Flotations-Deinking nachlesen. Die Kurzfassung: Zunächst wird Altpapier gesammelt, sortiert, zerkleinert, gefiltert, gereinigt und in ein Wasserbecken geleert. Beim Flotationsverfahren wird nun dem Gemisch aus Papierfasern und Wasser eine Seifenlösung zugesetzt. Dann wird Luft in den Tank gepumpt, sodass sich Blasen bilden. Die Druckfarbenpartikel lösen sich von den Papierfasern, heften sich an die Seifenblasen und schwimmen nach oben, wo sich ein Schaum bildet, der abgeschöpft wird und weiße Papierfasern ohne Druckfarbe zurücklässt.
Was bestimmt eine gute Deinkbarkeit?
Die Deinkbarkeit von Druckfarben hängt von mehreren Faktoren ab, aber die wichtigsten sind: die (fehlende) Wasserlöslichkeit der Druckfarben, die Größe der enthaltenen Farbpartikel und weitere besondere Eigenschaften dieser Farbpartikel.
Die nachstehende Grafik zeigt, wie geeignet verschiedene Druckfarbarten fürs Deinking sind.
Wasserabweisend oder wasserlöslich
Flotations-Deinking funktioniert dadurch, dass hydrophobe Materialien – Moleküle, die von Wasser abgestoßen werden oder wasserabweisend sind – von hydrophilen Materialien – Molekülen, die von Wasser angezogen werden oder wasserlöslich sind – getrennt werden.
Wenn die Papierfasern in der Seifenlauge aufquellen, lösen sich die wasserabweisenden Druckfarbpartikel von den Fasern, suchen sich ein anderes Medium, an das sie sich binden können und heften sich gerne an die im Wasser aufsteigenden Seifenblasen. Wasserlösliche Druckfarbpartikel hingegen lassen sich zwar theoretisch leicht von den Papierfasern lösen, werden aber vom Wasser angezogen. Aus diesem Grund vermischen sich die Farbpartikel mit dem Wasser (und färben es), statt sich an die Seifenblasen zu heften.
Stellen Sie sich wasserlösliche Druckfarben wie eine rote Socke in der Waschmaschine vor – kleine Mengen reichen aus, um die gesamte Wäsche rosa zu färben. Im Gegensatz zu einer Waschmaschine wird beim Flotationsverfahren jedoch ein geschlossener Wasserkreislauf verwendet. Das bedeutet, dass das verwendete Wasser nicht jedes Mal ausgetauscht werden muss, sondern im nächsten Zyklus wiederverwendet wird und nicht direkt in die Umwelt gelangt. Das ist zwar nachhaltiger, hat aber den Nachteil, dass sich in einem solchen geschlossenen Kreislauf mit der Zeit Druckfarben ansammeln, die nicht aus dem Wasser entfernt werden können. Das bedeutet, dass jede rote Socke, die in den Prozess gelangt, den Wasserkreislauf weiter einfärbt.
Aus diesem Grund können Druckfarben auf Wasserbasis – die also wasserlöslich sind – beim Deinking im Flotationsverfahren nicht effektiv entfernt werden und reichern sich stattdessen im geschlossenen Wassersystem an.
Es kommt auf die Größe an
Auch die Partikelgröße einer Druckfarbe hat einen besonderen Einfluss auf die Deinkbarkeit, da sie das Verhalten der Farbpartikel im Flotationsverfahren beeinflusst. Die richtige Größe von Farbpartikeln liegt in der goldenen Mitte: Sind sie zu klein, können sie sich nicht richtig an die Seifenblasen anheften und werden nicht an die Wasseroberfläche befördert; sind sie zu groß, sinken sie aufgrund ihres Gewichts zu Boden. Irgendwo in der Mitte liegt die optimale Größe. Wie groß dieser optimale Bereich, hängt von der verwendeten Druckfarbe und den Bedingungen des Flotationsverfahrens ab.
Partikeleigenschaften (steif versus flexibel)
Der Flotationsprozess wird in mehreren Kammern wiederholt, um die Qualität der deinkten Papierfasern zu optimieren. Wie bereits erwähnt funktioniert das Flotationsverfahren in einem geschlossenen Wasserkreislauf. Das bedeutet, dass die Papierfasern von Anfang bis Ende mit demselben Wasser durch jede Kammer laufen. Zwischen den einzelnen Kammern befindet sich jeweils ein Maschensieb, um hartnäckige Partikel aufzufangen. Hier machen besondere Eigenschaften der Farbpartikel den Unterschied aus. Es gibt "steife" Partikel, die leicht von diesem Sieb aufgefangen werden, und "flexible" Partikel, die aufgrund ihrer Biegsamkeit durch das Sieb gelangen können.
Trockentonerpartikel zum Beispiel enthalten steifen Polyester, der vom Sieb aufgefangen wird. Flüssigtonerpartikel hingegen enthalten flexibles Polyethylen (PE), das problemlos durch das Sieb schlüpft.
Fazit: Deinking ist ein komplexes Unterfangen
Wie man sieht, ist Deinking ein komplexes Thema. Druckfarben sollten nicht schwarz-weiß gedacht werden – sie liegen auf einem Spektrum. Obwohl es Richtlinien dafür gibt, welche Druckfarben sich am besten fürs Deinking mittels Flotationsverfahren eignen, gibt es immer Ausnahmen. Bestimmte Druckfarben müssen von Fall zu Fall beurteilt werden, um festzustellen, ob bestimmte Faktoren – wie der Druck auf einem speziellen Papier – ihre Deinkbarkeit beeinflussen.
Vielleicht fragen Sie sich, warum sich das Deinking-Verfahren nicht weiterentwickelt hat oder warum dieses Thema nicht dringlicher ist, wenn unsere Recyclingsysteme mit inkompatiblen Drucktechnologien "verschmutzt" sind. Traditionelle Deinking-Anlagen wurden für konventionelle Offset- und Tiefdruckfarben entwickelt, und auch heute noch wird der Großteil des Altpapiers mit diesen Farben bedruckt. Im Vergleich dazu macht Digitaldruck weltweit nur bis zu 3,85 % der Gesamtmenge aus. Davon entfallen 2,4 % auf Tintenstrahldruck und 1,45 % auf elektrofotografischen (Toner-)Druck*. Obwohl der Anteil der Tintenstrahldrucks bis 2027 voraussichtlich steigen wird, ist dies immer noch ein sehr kleiner Teil des Gesamtkuchens.
Obwohl eine einzige rote Socke ausreicht, um die gesamte Wäsche rosa zu färben, sollten Sie, wenn der gesamte Korb mit weißer Wäsche gefüllt ist, der weißen Wäsche den Vorzug geben. Die eine oder andere rote Socke kann der dunklen Wäsche beigemischt werden oder, im Falle von Papier, mit weniger hochwertigen Materialien recycelt werden, um neue Produkte wie Kraftpapier oder Wellpappe herzustellen.
*Die Zahlen stammen aus "The Future of Digital vs. Offset Printing to 2027" von Jon Harper Smith
Veröffentlicht von © Smithers Information Ltd 2022
Informieren Sie sich über die verschiedenen Druckfarben und ihre Deinking-Eigenschaften
Um ein besseres Verständnis für die Unterschiede zwischen den verschiedenen Druckfarbenarten zu erhalten, wählen Sie diese unten aus und erfahren Sie, ob sie zum Deinking geeignet sind.
Nein, herkömmliche Flexodruckfarben lassen sich mit dem Flotationsverfahren nicht deinken.
Im Flexodruck werden in der Regel Farben auf Wasserbasis verwendet, die im Flotationsverfahren nicht vollständig entfernt werden können. Der leicht alkalische Zustand des Deinkingprozesses führt dazu, dass sich das Bindemittel der Druckfarbe zersetzt, was zu winzigen wasserlöslichen Pigmentteilchen führt, die kleiner als 1 Mikrometer sind. Solche Teilchen sind zu klein, um an Seifenblasen zu haften und damit eine gute Flotation zu ermöglichen. In Verbindung mit der Tatsache, dass die Partikel wasserlöslich sind, bedeutet dies, dass die Druckfarbenpartikel zusammen mit den Papierfasern durch den Flotationsprozess wandern. Infolgedessen werden das Wasser und der daraus resultierende Zellstoff mit der Zeit immer grauer. Schon geringe Mengen Flexodruck in einem Gemisch reichen aus, um die Qualität und den Weißegrad des deinkten Zellstoffs deutlich zu verschlechtern.
Die Frage ist komplizierter als ein einfaches Ja oder Nein.
Inkjet-Tinten werden in Druckmaschinen und Bürodruckern verwendet. Sie sind meist wasserlöslich und in Patronen abgefüllt mit einem bestimmten Verhältnis von Pigmenten zu Wasser (wodurch die Tinte flüssig bleibt) und zusätzlichen Bestandteilen wie Glykol oder Glyzerin. Diese zusätzlichen Bestandteile lassen Tinte tief ins Papier eindringen. Das fixiert das Druckbild, erschwert beim Deinking jedoch die Trennung von Tinte und Papierfasern. Papiere wie unser DNS High-Speed Inkjet NF verfügen über eine Oberflächenbehandlung, die mit einer "Tintenannahmeschicht" die Pigmente an der Papieroberfläche hält. Die Verwendung dieser speziell behandelten Papiere verbessert die Deinkbarkeit eines Druckerzeugnisses erheblich.
Schauen wir uns die beiden Inkjet-Tintenkategorien genauer an: Farbstofftinten und Pigmenttinten.
Farbstofftinten
Farbstoffbasierte Inkjet-Tinten lassen sich nicht mit dem Flotationsverfahren deinken.
Farbstofftinten werden vor allem in Desktop-Tintenstrahldruckern für den Heimgebrauch verwendet. Diese Tinten bestehen aus einem Farbstoff, der vollständig in Wasser aufgelöst ist. Beim Deinking durch Schaumflotation verhalten sich Farbstofftinten wie die "rote Socke in der Waschmaschine".
Die Tintenpartikel sind nicht nur zu klein, um effektiv an den Seifenblasen zu haften, sondern auch wasserlöslich und färben daher in den Wasserkreislauf.
Pigmenttinten
Pigmentbasierte Inkjet-Tinten lassen sich mit dem Flotationsverfahren leichter entfernen, sind aber immer noch nicht optimal. Um die Deinkbarkeit zu verbessern, sollte ein speziell behandeltes Papier verwendet werden.
Pigmenttinten werden am häufigsten in High-Speed-Inkjet-Druckmaschinen verwendet. Diese Tinten sind wasserabweisend und haben etwas größere Tintenpartikel als Farbstofftinten. Dadurch können die Tintenpartikel leichter an den Seifenblasen haften, aber pigmentbasierte Inkjet-Tinten lassen sich dennoch nur schwer von den Papierfasern trennen. Die Verwendung von speziell behandeltem Inkjet-Papier wie DNS High-Speed Inkjet NF und DNS High-Speed Inkjet CF hilft, dieses Problem zu umgehen, da die Oberflächenbehandlung dabei hilft, die Tinte von den Papierfasern zu trennen.
Ja, Trockentoner lässt sich mit dem Flotationsverfahren deinken.
Eines der beliebtesten Bürodruckverfahren ist der Trockentoner-Laserdruck, und die gute Nachricht ist, dass dieser sich optimal für das Deinking mittels Flotationsverfahren eignet. Bei dieser Drucktechnologie wird keine flüssige Tinte verwendet, sondern ein sehr feines Pulver, das als Toner bezeichnet wird. Dieser Trockentoner wird in Kartuschen verpackt und mit Lasertechnik auf das Papier aufgebracht. Anschließend durchläuft das Papier eine Fixiereinheit, die das Pigment durch Hitze fixiert.
Im Gegensatz zu den meisten anderen Druckfarben enthält Trockentoner keine Flüssigkeit. Da kein Lösungsmittel vorhanden ist, bleibt der Trockentoner auf der Oberfläche des Papiers und sickert nicht in die Fasern ein. Fürs Deinking per Flotationsverfahren haben die Tintenpartikel die ideale Größe, um sich an die Seifenblasen zu heften. Zusätzliche Bestandteile des Trockentoners, wie Polyesterharz und Wachs, werden während des Druck-/Fixiervorgangs thermisch geschmolzen. Beim Deinking werden diese "steifen" Partikel leicht von den Filtersieben aufgefangen und beeinträchtigen das Ergebnis nicht.
Nein, Electroink/Flüssigtoner lässt sich nicht mit dem Flotationsverfahren deinken.
Electroink ist ein von HP Indigo entwickelter Flüssigtoner, der aus elektrisch geladenen Pigmentpartikeln besteht, die in einer Transferflüssigkeit schwimmen. Mit dieser Tinte lassen sich hochwertige Drucke erstellen, die verblassungsbeständig und abriebfest sind und einen glänzenden Druck ermöglichen, was sie zu einem beliebten Druckverfahren für z. B. Fotos macht. Der Nachteil ist, dass sie nicht für das Deinking im Flotationsverfahren geeignet sind.
Die in Flotations-Deinkinganlagen verwendeten Lösungsmittel (Seifenlösung) sind nicht stark genug, um die Flüssigtonerpartikel aufzubrechen, und die sehr großen Elektroinkpartikel sind zu schwer, um an den Seifenblasen zu haften.
Außerdem enthält Flüssigtoner einen elastischen Polyethylenfilm (PE), der nicht ausreichend entfernt werden kann. Diese "flexiblen" Partikel gehen direkt durch die Filtersiebe und verschmutzen das Wasser.
Das ist komplizierter als ein einfaches Ja oder Nein.
Die Ultraviolett-Härtung (oder UV-Härtung) ist ein fotochemischer Prozess, bei dem hochintensives ultraviolettes Licht zur sofortigen Aushärtung oder "Trocknung" von Druckfarben, Beschichtungen oder Klebstoffen verwendet wird. UV-gehärtete Druckfarben sind wasser- und lösungsmittelbeständig, was sie auch für herkömmliche Deinking-Methoden ungeeignet machen kann. Außerdem können einige Spezialfarben wie Metallic- oder Fluoreszenzfarben Schwermetalle oder andere Stoffe enthalten, die sich beim Deinking nur schwer entfernen lassen und Rückstände oder Flecken auf dem Papier hinterlassen können.
Traditionell galten UV-härtende Druckfarben als schlecht für das Deinking, da sie Schmutzflecken im Altpapier-Zellstoff (deinked pulp oder DIP) hinterlassen. In den letzten Jahren haben einige Druckfarbenhersteller spezielle deinkbare UV-Farben entwickelt. Diese speziellen Druckfarben bilden jedoch eher die Ausnahme als die Regel. Wenn nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird, gelten UV-Farben und LE-UV-Farben also nicht als deinkbar. Dies gilt insbesondere, wenn ein Lack auf den Druck aufgetragen wird, da Lacke die Deinkbarkeit insgesamt beeinträchtigen können.