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Umweltfreundliche Materialien, energieeffiziente und ressourcenschonende Fertigungsprozesse sowie eine hohe Recyclingquote bestimmen unseren Alltag. Besonders im Fokus stehen hier Methoden wie das Deinking-Verfahren mit integrierter Flotation.

Im folgenden Beitrag zeigen wir die Bedeutung von Deinking auf und erläutern dir die Vorgehensweise. Denn wer sich mit den Themen Umweltverträglichkeit, Nachhaltigkeit und recycelbare Verpackungen auseinandersetzt, kommt am Deinking-Prozess nicht vorbei.

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Deinking und Floating – was verbirgt sich hinter diesen Begriffen

Das Wort Deinking ist der im englischen Sprachraum verwendete Begriff für Druckfarbenentfernung.

Der Prozess: Die jeweiligen (Alt)Papiere sind oftmals zusammengeklebt oder getackert. Bevor es zu einer Wiederverwertung kommen kann, müssen Fremdkörper dieser Art vor dem Recyclingprozess komplett entfernt werden. Und nicht nur das: Auch Druckerschwärze und -farben müssen restlos von den Altpapieren verschwinden. Hierfür wird das so bezeichnete Deinking-Verfahren verwendet.

Beim Papierrecycling stellt das Deinking einen wichtigen Kern- bzw. Schlüsselprozess dar, um einen hohen Weißgrad zu erzielen. Entfernt werden Druckerschwärze und -farben dabei mithilfe der Flotation. Hierbei handelt es sich um ein physikalisch-chemisches Trennverfahren für Feststoffe mit feinkörniger Konsistenz. Im Rahmen des Deinking-Verfahrens gilt das Floating als der wichtigste Prozessschritt beim Recycling von Papier in Europa.

Das Altpapier wird von Fremdkörpern befreit, zerkleinert und mit Wasser vermischt, ehe in mehreren Schritten die chemischen Stoffe zugeführt werden, Diese waschen die Farbe aus den Papierfasern, sodass sich diese an der Wasseroberfläche sammelt, wo sie abgetragen wird.

Geeignet sind das Deinking-Verfahren und der Floating-Prozess daher vor allem für das Recyceln von Druckerzeugnissen, deren Farben wasserabstoßend sind. Diese Voraussetzung erfüllt insbesondere solches Papier, das mit dem Offset-Druckverfahren bedruckt wurde.

Drucksachen mit besonderen Veredelungen (beispielsweise Schutzlack), Flexodruck-Farben, Flüssigtoner-Drucke, UV-Farben und auch viele Digitaldrucke lassen sich nur schlecht oder überhaupt nicht mit dem Deinking-Verfahren bearbeiten.

Die Deinking-Methode funktioniert nur, wenn wasserabstoßende Druckfarben verwendet werden!

Diesen historischen Ursprung hat das Deinking-Verfahren

Die historischen Wurzeln des Deinking-Verfahrens reichen bis ins 18. Jahrhundert zurück und sind eng mit dem Namen Justus Claproth (1728 - 1805) verbunden. Eigentlich steht sein Name für private Gesetzesentwürfe, die Anfang des 19. Jahrhunderts die Strafrechtsentwicklung stark beeinflusste.

Dem Handwerk und insbesondere den handwerklichen Vorgängen widmete sich Claproth erst ab 1754, als er zum Manufakturrichter ernannt wurde. Dabei wurde er auf den Mangel an Hadern für die Papierherstellung aufmerksam.

Zu der Zeit bildeten Hader aus Baumwolle, Leinen oder Hanf, gemischt mit Seilerei- und Spinnereiabfällen, den einzigen verfügbaren Faserrohstoff für die Herstellung von Papier. Im Jahr 1774 veröffentlichte Claproth schließlich die Schrift „Eine Erfindung aus gedrucktem Papier wiederum neues Papier zu machen, und die Druckerfarbe völlig herauszuwaschen".

Darin dokumentiert er verschiedene Versuche, neues Schreibpapier aus bedrucktem Altpapier herzustellen. Ihm zur Seite stand der Papiermacher Johann Engelhard Schmid (1736-1811), in dessen Mühle in Klein Lengden die Versuche durchgeführt wurden.

Justus Claproth entwickelt durch Versuche den ersten Deinking-Prozess

Dabei gelang es Ihnen bereits nach wenigen Versuchen, ein gänzlich neues Material für die Papierproduktion herzustellen. Laut den Aufzeichnungen etablierte sich ein Prozess mit vier Arbeitsgängen:

1. Der Buchbinderleim wurde mithilfe von heißem Wasser entfernt.
2. Anschließend wurde das Altpapier etwa zwölf Stunden lang unter Beigabe von Wascherde im Stampfwerk aufbereitet.
3. Dann erfolgte eine achttägige Lagerung des Altpapiers mit Kalkzusatz.
4. Zum Schluss wurde das Altpapier etwa zwei Stunden lang im Papier-Holländer (Holländerwindmühle) gemahlen, bevor es dann als neues Material wieder für die Papierbereitung zum Einsatz kam.
   
   

Deinking wird in den 1950er Jahren zum industriellen Standard-Verfahren

Dieses von Claproth entdeckte und entwickelte Entschwärzungsverfahren stellte zur damaligen Zeit eine Weltneuheit dar. Trotzdem fand dieses Verfahren anfangs nicht die große Beachtung.

Die meisten Papiermacher konzentrierten sich weiterhin auf die Herstellung per Hader oder nutzten Fasern aus Altkleidung und später Holzpulpe als Basismaterial für Recyclingpapier. Erst Jahrhunderte später setzte sich das jetzt als Deinking bekannte Verfahren durch und etablierte sich schließlich in den 1950er Jahren in der industriellen Druckfarbenentfernung.

Durch das Zusammenspiel mit der Flotation (physikalisch-chemisches Trennverfahren für feinkörnige Feststoffe) konnte somit vor rund 70 Jahren ein zuvor noch nicht möglicher Weißgrad erzielt werden. Das erlaubte fortan die Fertigung von Hygiene- und Zeitungspapieren aus recyceltem Altpapier.

Im Detail: So funktioniert der Deinking-Prozess

Als etabliertes Verfahren für die Druckfarbenentfernung umfasst der komplette Deinking-Prozess immer mehrere Ablaufstufen. Dazu zählen traditionell die Sortierung, Desintegration und Flotation.

Im Zuge von Weiterentwicklungen und Verfahrensverbesserungen wurden nach und nach zudem die Eindickung, die Heißdispergierung sowie die Feinsortierung als eigene Prozessschritte integriert. Erst dadurch ist es möglich, neben der Druckerschwärze und -farbe auch klebende Verunreinigungen (Stickys) vom Papier zu entfernen.

Modern gestaltete Deinking-Prozesse setzen heute außerdem auf eine zweite Flotations- und Eindickungsstufe sowie auf die zusätzliche Reinigung der Kreislaufwässer. Dies wirkt sich positiv auf die Qualität des hergestellten Recyclingpapiers aus. Im Folgenden haben wir dir zum besseren Verständnis die einzelnen Prozessschritte mit detaillierter Erklärung aufgelistet.

1. Die Sortierung
   Bevor der eigentliche Deinking-Vorgang anläuft, wird das hierfür genutzte Altpapier sortiert. Dies ist notwendig, da einige Papiersorten aus mehreren verschiedenen Papierfasern bestehen. Für das Deinking eignen sich in erster Linie Zeitschriften- und Zeitungspapier, Wellpappe, Karton oder auch bereits zuvor recyceltes Papier.

   Durch das Sortieren wird in diesem Fall auch die spätere Vermischung von qualitativ hochwertigeren und minderwertigeren Papieren verhindert. Das ist wichtig, da das Ausgangsmaterial auch die Qualität des daraus entstandenen Recyclingpapiers bestimmt. Nach der Sortierung wird das Papier gepresst und anschließend in Ballen an eine Papiermühle zur Weiterverarbeitung ausgeliefert.

2. Entfernung von Fremdkörpern
   Dort werden die Papierballen wieder entwirrt und in Bahnen via Förderband zu einem großen Rührbottich (auch als Pulper bezeichnet) transportiert. Große Fremdkörper können dabei sowohl von Hand als auch maschinell direkt auf dem Förderband entfernt werden.

   So kommt hier zum Beispiel ein Magnet für das Entfernen von Heftklammern oder Metallbändern oder auch ein so bezeichneter Ragger für die Beseitigung von Schnüren, Umreifungen und ähnlichen Fremdkörpern zum Einsatz.

   Wichtig ist dabei, dass der für die Bindung genutzte Haftklebestoff immer gleichzeitig mit dem Träger entfernt wird. Dadurch bleibt das Haftklebeband intakt. Das bedeutet: Es gelangen keine klebestoffhaltigen Partikel in das zu recycelnde Material.

3. Die Arbeitsgänge im Pulper
   Im Rührbottich laufen dann mehrere Arbeitsgänge gleichzeitig ab. Dementsprechend multifunktional präsentiert sich dann auch die verbaute Mechanik. Zwei Varianten haben sich dabei durchgesetzt. Pulper mit einer perforierten Trommel oder Pulper mit einer Wanne plus integrierten Rotor. Grundsätzlich bieten die häufig teuren Trommelpulper bessere Ergebnisse in Form eines höheren Weißgrads.

   Mithilfe dieser beiden Mechaniken kann das Altpapier kontinuierlich und zuverlässig zerkleinert werden. Das stellt aber nur einen Teil der Performance im dritten Prozessschritt dar. Im Rührbottich selbst vermengen sich eingefülltes Wasser und Papierstücke zu einem Gemisch mit breiiger Konsistenz. Zuvor wird das Wasser noch zusätzlich mit verschiedenen Chemikalien angereichert. Diese sollen das Lösen der Druckerfarbe von den Papierfasern sowie das Zersetzen des Altpapiers gezielt unterstützen.

4. Flotation
   Erst wenn im dritten Schritt ein Altpapierbrei entstanden ist, beginnt die eigentliche Flotation. Um dieses spezielle Trennverfahren für feinkörnige Feststoffe erfolgreich durchzuführen, verwenden die Papierhersteller bestimmte Substanzen bzw. Chemikalien.
   Die schon bei der Altpapier-Zerfaserung in der Trommel oder im Pulper in mehreren Prozessschritten eingebrachten Chemikalien bilden hierbei die Basis. Deinking- bzw. Flotationsrezepturen bestehen in der Regel aus vier bis fünf Bestandteilen.
   
   

   • Natronlauge: Alkalische Lösungen von Natriumhydroxid (NaOH) werden als Natronlauge bezeichnet. Natriumhydroxid löst sich dabei im Wasser unter starker Wärmebildung sehr gut auf. Je nach Mischungsverhältnis von Wasser und NaOH kommt die Lauge auf einen pH-Wert zwischen 8 und 14.  Von der Konsistenz her ist die Lauge von NaOH eine wässrige, farblose Substanz. Gewonnen wird Natronlauge meistens aus einer ebenfalls wässrigen Natriumchlorid-Lösung. Diese Form der Gewinnung wird als Chloralkali-Elektrolyse bezeichnet. Beim Deinking-Verfahren hat Natronlauge die Aufgabe, zersetzend auf die Druckerfarbe und Verunreinigungen zu wirken.

   • Wasserstoffperoxid (H2O2): Hierbei handelt es sich um eine weitgehend stabile Flüssigverbindung, die als ein sehr starkes Oxidationsmittel fungiert. Dadurch ist Wasserstoffperoxid gleichzeitig ein hervorragendes Bleich- und Desinfektionsmittel.

     Beim Floating übernimmt Wasserstoffperoxid daher auch die Funktion eines Bleichmittels. Neben dem Bleicheffekt wirkt es dabei auch zum Beispiel der Vergilbung von Fasern entgegen. Das kommt gerade bei besonders holzlastigem Altpapier häufig vor. Zudem unterstützt die Substanz die Ablösung der Druckfarben.

   • Wasserglas: Diese Substanz zählt zu den "glasartigen Verbindungen". Verfügbar sind wasserlösliche Natrium-, Lithium- und Kaliumsilicate. Diese gibt es entweder als wässrige Lösung oder als Feststoff.

     Hergestellt wird Wasserglas aus fein gemahlenem Glas, das bei Temperaturen bis zu maximal etwa 1500 °C geschmolzen wird. Anschließend werden verschiedene Chemikalien hinzugefügt. Die verwendeten Chemikalien entscheiden letztendlich dann darüber, welche Verbindung entsteht.  

     Für das Deinking-Verfahren wird Natriumsilikat genutzt. Diese Verbindung gilt als der beste Peroxid-Stabilisator. Das ist beim Floating wichtig, da Peroxid sehr schnell von Schwermetallen (hier Pulper) zersetzt wird. Außerdem unterstützt Wasserglas auch das Ablösen der Druckfarben sowie die Druckfarbenentfernung.

   • Tenside: Löst sich die Druckfarbe von der Faser, entstehen Druckfarbenteilchen. Um diese zu binden, werden waschaktive Substanzen verwendet. In diesem Fall handelt es sich zumeist um anionische Tenside (Seifen).
     Zudem sorgen die Tenside für die Anlagerung an die Luftblasen und verbessern das Ablösen der Druckfarben.

     
     Wichtig dabei: Tenside benötigen beim Deinking hartes Wasser. Ist das Wasser zu weich, nutzen die Hersteller alternativ synthetische Tenside oder Calciumionen, die dem Wasser zugesetzt werden. Entfernen kannst du die Tenside hinterher mit Flotationsschaum.
     
     

   • Komplexbildner: Vor einigen Jahren setzten die Hersteller auch auf Komplexbildner, um abgelöste Farbteilchen zu binden und die Wasserhärte zu senken.

     Verschiedene Komplexbildner werden zum Beispiel in der Wasch- und Reinigungsindustrie sowie beim Deinking bzw. Floating als Builder zur Maskierung der Wasserhärte genutzt. Mittlerweile kommen diese so bezeichneten Lewisbasen innerhalb des Deinking-Verfahrens allerdings kaum noch zum Einsatz.
     
     

5. Die weitere Vorgehensweise
   Direkt nach dem Floating wird der Altpapierbrei dann gewaschen und durch Wasserstoffperoxid oder Sauerstoff gebleicht. Oftmals kommt es danach zu einem zweiten Floating-Durchgang sowie dem erneuten Waschen und Bleichen. Zum Abschluss werden dem Altpapierbrei Frischfasern beigemengt.
   
   Das soll die Stabilität des Recyclingpapiers verbessern. Anschließend wird der Brei geglättet und zu Bahnen verarbeitet, bevor der Trocknungsvorgang startet. Sobald die Papierbahnen fertig getrocknet sind, werden sie in der Regel aufgerollt.
   Aus den Papierbahnen entstehen im Rahmen der weiteren Verarbeitung verschiedenartige Papiere für Druckerzeugnisse oder auch Hygienepapiere. 
   
   

Zudem lassen sich aus Alt-Kartonagen auch recycelte Wellpappe oder Recyclingkarton herstellen. Hierfür ist allerdings eine separate Verarbeitung notwendig.