Die Migration von kritischen Mineralölbestandteilen aus Verpackungen in Lebensmittel und die erhöhten Mineralölgehalte in unbedruckten Verpackungen aus Recyclingkarton können unter anderem auf das Recycling von Zeitungen und die darin enthaltene Druckfarbe zurückgeführt werden. Aus unserer Sicht kann die Mineralölbelastung graphischer Altpapiere eine Enschränkung der Verwertbarkeit des Altpapiers für die ökologisch sinnvolle Herstellung von Recyclingkarton für Verpackungszwecke darstellen. Produkte sollen gemäß KrwG so entwickelt werden, dass bestehende Stoffkreislaufsysteme nicht gefährdet werden. Die Mineralölbelastung im Karton kann am effektivsten reduziert werden, wenn an der wesentlichen Quelle, den mineralölhaltigen Druckfarben für den Coldset-Offset Druck (Zeitungsdruck) angesetzt wird. In dem abgeschlossenen Forschungsvorhaben 37114333/3 'Druckversuche mit alternativen Druckfarben' wurde gezeigt dass mineralölfreie Druckfarben technisch herstellbar und einsetzbar sind. Ihr dauerhafter Einsatz erfordert allerdings die längerfristige Anpassung und Optimierung der Druckmaschine. Auch die Deinkbarkeit der Farben muss noch optimiert werden. In diesem Folgeprojekt sollen die mineralölfreien Farben nun für einen Langzeittest in einer Druckerei weiterentwickelt und langfristig für mindestens 6 Monate in einer Druckerei getestet werden. Derzeit noch bestehende technische Einschränkungen, wie die zu geringe Wegschlaggeschwindigkeit, die Verbesserung der farbrichtigen Wiedergabe mehrfarbiger Announcen, die Verbesserung der Deinkbarkeit sowie den problemlosen Wechsel von Farbe und Feuchtmittel sollen in dem Projekt bearbeitet werden.
a.) Polychlorierte Biphenyle (PCB) wurden ursprünglich als technische Gemische hergestellt und finden sich mittlerweile aufgrund ihrer Persistenz in allen Umweltbereichen wieder. Kürzlich wurde über die unabsichtliche PCB-Bildung während der Produktion chemischer Produkte (Pigmente, Silikonkleber) berichtet. Die PCB-Kongenere PCB-11, PCB-52 und PCB 209 werden als Nebenprodukte bei der Herstellung von azo- und phthalocyaninähnlichen Pigmenten gebildet. Das niedrigchlorierte PCB 11 ist eines der am häufigsten in Pigmenten vorkommenden Kongenere und wird in allen Umweltmedien (Atmosphäre, Gewässer, Sedimente, Böden) und im menschlichen Serum überall auf der Welt nachgewiesen, obwohl es nie Bestandteil technischer Gemische war. Hauptursache für die Belastung der Umwelt mit PCB 11 sind bedruckte Konsumgüter wie Zeitungen, Magazine, Textilien und Plastikprodukte, aus denen PCB 11 am Ende der Lebensphase über behandelte Abwässer und Abfälle in die Umwelt gelangt. Basierend auf den Erkenntnissen aus einem derzeit laufenden Ufoplan-Projekt (FKZ 3714 313 250) und einer Literaturrecherche werden folgende Abfallschlüssel für eine genauere Betrachtung als relevant erachtet: - 0801 Abfälle aus Herstellung, Zubereitung, Vertrieb und Anwendung von Farben und Lacken (AS 080111*, AS 080113*, AS 080117*) - 04 02 Abfälle aus der Textilindustrie - 03 03 Abfälle aus der Herstellung und Verarbeitung von Zellstoff, Papier, Karton und Pappe - (AS 030305 De-inking-Schlämme aus dem Papierrecycling) b.) Im Rahmen dieses Ufoplan-Vorhabens sollen die oben aufgeführten und ggf., ihm Rahmen weiterer Recherchen zu ermittelnde, zusätzliche Abfallströme auf die relevanten PCB-Kongenere hin untersucht werden. Dazu sind insgesamt 15 Abfallproben, in denen PCB vermutet wird, analytisch zu untersuchen und auszuwerten. Sofern eine Belastung mit PCB erkennbar ist, soll der Entstehungsprozess nachvollzogen und Vorschläge für weitere Untersuchungen und zur Vermeidung der Emissionen abgeleitet werden.
Das weltweit dominierende Verfahren zur Druckfarbenentfernung bei der Altpapieraufbereitung ist die Flotation, welche für den Großteil der Druckprodukte einwandfrei funktioniert. Doch es kommen mit steigender Tendenz Druckverfahren zum Einsatz, deren Produkte im konventionellen Flotations-Prozess erhebliche Probleme verursachen.
Zu den schlecht bzw. nicht-deinkbaren Druckverfahren zählen digitale Druckverfahren und das Flexodruckverfahren, deren kleine und hydrophile Druckpartikel sich weder durch Flotation noch durch mechanische Trennverfahren entfernen lassen. Sie verbleiben im Kreislaufwasser und führen somit zu einem signifikanten Abfall der Helligkeit im Endprodukt.
Die derzeitige Lösung besteht in einer Aussortierung der kritischen Druckprodukte und bedeutet einen Verzicht auf hochwertige Rohstoffe. Dies und die positiven Aspekte von Flexodruckfarben - umweltschonend, kostengünstig, keine Mineralöle - zeigen den Bedarf an geeigneten Deinking-Verfahren.
Ein möglicher Lösungsansatz ist eine zusätzliche, effiziente Kreislaufwasserreinigung durch eine Filtration mit kostengünstigen, keramischen Hochleistungsfiltermembranen. Bevor das Kreislaufwasser in den Prozess zurückgeführt wird, soll - ab einer definierten Belastung mit Flexodruckfarben - eine separat zuschaltbare Filtration die feinen Farbpigmente entfernen und dieses somit wieder entfärben.
Ein Vorversuch im Labormaßstab hat bereits die prinzipielle Anwendbarkeit von Filtrationsverfahren zur Reinigung belasteter Kreislaufwässer nachgewiesen. Die kritischen Farbpigmente konnten über das Konzentrat abgetrennt werden.
Ziel ist die Durchführung umfangreicher Filtrationsuntersuchungen, die belastbare Daten für eine spätere industrielle Anwendbarkeit generieren können. Im Mittelpunkt steht dabei die Auslegung und Anwendbarkeit innovativer, kostengünstiger, keramischer Flachmembranen und des entsprechenden Filterprinzips und Reinigungsverfahrens.
Bisher wurden Deinkbarkeitsversuche für verschiedene Druckprodukte durchgeführt. Es wurden sowohl verschiedene Modellwässer erzeugt und erfolgreiche Filtrationsversuche mit unterschiedlichen Modellwässern und Kreislaufwasserproben aus den Papierfabriken durchgeführt. Weiterhin wurden erste Ansätze zur Bewertung der Wässer (vor und nach der Filtration) sowie der Beurteilung des Einflusses der Filtratqualität auf daraus gebildete Blätter verfolgt. Daraus resultierend wurde ein geeigneter Schichtaufbau für die Keramikmembran ausgewählt.
Durch die neue Möglichkeit der Entfernung von Druckfarben aus den Kreislaufwässern Altpapier aufbereitender Fabriken erschließt sich eine neue Quelle hochwertiger Rohstoffe zur Herstellung graphischer Papiere. Die Nutzung von bisher nicht-deinkbaren Papieren für diese Aufgaben spart die Kosten für die Aussortierung dem Aufbereitungsprozess, ebenso wie den Chemikalieneinsatz zur Eliminierung der entstehenden Grauschleier.
In Auswertung der bisher im Rahmen der INGEDE (Internationale Forschungsgemeinschaft Deinking-Technik) gewonnenen Forschungsergebnisse und der Fachliteratur werden verschiedene Begriffe, die im Zusammenhang mit Altpapier stehen, in allgemeinverstaendlicher Weise beschrieben und alphabetisch geordnet, so dass ein Nachschlagewerk entsteht, mit dessen Hilfe sowohl unter Fachleuten als auch gegenueber breiten Bevoelkerungsschichten, Verbaenden, Kommunen und Politikern argumentiert werden kann.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: In der deutschen Papierindustrie nimmt Altpapier als Faserrohstoff eine bedeutende Stellung ein. So hat sich der Anteil an Sekundärfasern am Gesamtfaserstoffverbrauch in den letzten Jahren auf fast 63 Prozent erhöht. Dabei ist der Einsatz von Sekundärfasern bisher im wesentlichen auf die Produktion von Zeitungsdruckpapier sowie Verpackungs- und Hygienepapieren und Kartonagen begrenzt. Für diese Einsatzgebiete sind die derzeit möglichen maximalen Einsatzmengen von Recyclingpapier erreicht. Die Verwendung in hochqualitativeren Papieren steht die derzeitige Qualität des Sekundärfaserstoffes entgegen: Geringe Festigkeitseigenschaften (Durchreißfestigkeit, Reißlänge, Berstfestigkeit), höherer Entwässerungswiderstand und schlechtere optische Eigenschaften (Weißgrad, Reinheit, Opazität). Mit einem neuen, dabei umweltfreundlicheren Recyclingverfahren könnten die herkömmlichen Prozesse umweltverträglicher gestaltet sowie die Qualität der Sekundärrohstoffe verbessert und damit neue Einsatzgebiete erschlossen werden. Das Ablösen der Druckfarben, das Deinken, ist dabei von zentraler Bedeutung, das Bindemittel der Druckfarben ist darin wiederum die Schlüsselgröße. Der Grad der Druckfarbenentfernung legt die Qualität (s.o.) und damit die Einsatzmöglichkeiten der Sekundärfaserstoffe fest. Mit den herkömmlichen alkalischen verfahren sind nennenswerte Qualitätssteigerungen nicht mehr möglich. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mit den neuen enzymatischen Deinkingverfahren im neutralen pH-Bereich die oben beschriebenen Ziele zu erreichen. Der bisherige Einsatz von Enzymen beschränkt sich auf den Einsatz von Cellulase/Xylanasekomplexen und - in beschränktem Maße - Lipasen. Für die Ablösung der Druckfarben können sie aber nur eine unterstützende Funktion übernehmen, da sie Nachteile in der Anwendung aufweisen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Dieses Vorhaben setzt an einem bisher noch nicht berücksichtigten Punkt an: Bei der Vernetzung von Druckfarben während einer oxidativen Trocknung bilden sich Sauerstoffbrücken aus. Die dabei entstehenden komplexen Makromoleküle können mittels Oxidasen an aromatischen und aliphatischen Komponenten aufgelockert und so mechanisch leichter ablösbar werden. Mit der Aufspaltung dieser oxidativen Verbindungen innerhalb der Bindemittel und zwischen Bindemittel und Cellulose sollte eine Verbesserung der Druckfarbenentfernung möglich sein. Mit Hilfe von Oxidasen und einer Reihe komplexer PAK- und aliphateabbauenden Enzymen lassen sich insbesondere die Vernetzungen gealterter, pflanzenölhaltiger Druckfarben lösen. Die Fasern werden geschont, Qualität und Ausbeute der Faserrohstoffe erhöht. Durch den Einsatz thermostabiler Enzyme ist eine Anhebung der Prozesstemperatur möglich. ...