Paper deinking: which inks are most suitable for deinking?
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.
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.
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.
Sind herkömmliche Flexodruckfarben deinkbar?
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.
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