Placeholder image

Gymnasium Bethel

Exkursion: Mitsubishi HiTec Paper

Profil Naturwissenschaften

Exkursion zur Abteilung Forschung und Entwicklung
der Firma
Mitsubishi HiTec Paper Bielefeld

Am 26. April 2017 durften wir, der Chemie Differenzierungskurs des 9. Jahrgangs, mit Frau Scholz die Abteilung für Forschung und Entwicklung der Papierfabrik Mitsubishi HiTec Paper Europe GmbH besuchen. Die Mitarbeiter dort haben sich extra viel Zeit für uns genommen, sich viele schöne Experimente überlegt und uns eine Menge Wissenswertes rund um das Thema Papier vorgestellt.
Die Unternehmensgruppe hat ihren Hauptsitz in Japan, ist aber in Deutschland neben Bielefeld noch in Flensburg vertreten. Mitsubishi Bielefeld hat eine große Papiermaschine und fünf Streichmaschinen sowie eine eigenen Kläranlage und stellt viele verschiedene Arten von Papier her: Etikettenpapier, Barrierepapier, Selbstdurchschreibpapier, Thermopapier und Inkjetpapier. Unter anderem wurde in der Firma Mitsubishi HiTec Paper schon einmal das Papier für Tickets für eine Fussball-WM hergestellt.

Unser Besuch startete erst mit einer kurzen Präsentation, in der allgemein die Firma vorgestellt wurde. Dabei konnten wir auch einige Produkte kennen lernen.

Vortrag im Besprechungsraum

Danach wurden uns in vier Gruppen an verschiedenen Stationen analytische Verfahren vorgestellt, die in der Abteilung zum Einsatz kommen. Es gab eine Station, an der die Qualität des Barriere-Papiers untersucht wurde, an einer weiteren wurde uns die Qualitätssicherung und wie sie funktioniert gezeigt.

Auf dem Thermopapier kann man auch ohne Tinte schreiben!

An der Station „Thermopapier“ wurde uns vorgestellt, wie im Labor die Menge der aufgetragenen Spezialbeschichtung ermittelt wird und an der Station „Selbstdurchschreibepapier“ ging es um die Identifizierung von eigenen und Fremdpapieren.

Auf das Rohpapier wird eine Beschichtung, ein „Strich“ aufgetragen.

Zwischendurch gab es eine Pause, in der wir von Mitarbeitern der Firma mit reichlich belegten Bröt-chen und Getränken versorgt wurden. Die Exkursion hat uns einen interessanten Einblick in ein berufliches Einsatzgebiet der Chemie er-möglicht. Die Verantwortlichen der Mitsubishi HiTec Paper waren sehr darum bemüht, uns umfas-send zu informieren und Interesse für ihr Unternehmen zu wecken. Wir bedanken uns ganz herzlich für den spaßigen und interessant gestalteten Tag. Jedem von uns wurde deutlich, dass Papier nicht gleich Papier ist.

Beschreibung der besuchten Stationen:

Thermopapier

An der Station „Thermopapier“ haben wir Eigenschaften, Aufbau und Funktionen von Thermopapier kennengelernt. Außerdem hat uns unser Versuchsleiter gezeigt, wie man die Masse an Beschichtungsmaterial bestimmen kann, die auf 1 m2 Papier aufgetragen ist.
Zuerst haben wir erfahren, dass die Thermopapierbeschichtung aus zwei Komponenten besteht, die durch Wärme miteinander reagieren und dann einen schwarzen Farbstoff bilden. Um die Masse der Beschichtung pro Quadratmeter herauszufinden, muss man eine Photometrie durchführen. Dafür löst man zunächst die Komponenten der Beschichtung vom Papier in einem Lösungsmittel – hier bilden sie sogleich den schwarzen Farbstoff. Anschließend führt man eine Photometrie mit reinem Lösungsmittel als Referenzstoff durch. Dieser erste Durchgang zeigt die Nulllinie an. Im zweiten Durchgang führt man dann eine Photometrie mit der Probe, in diesem Fall die Thermobeschichtung aufgelöst in Lösungsmittel, durch.
Aus den Ergebnissen dieser beiden Durchgänge ermittelt man die Differenz und erhält somit die Masse der Thermobeschichtung pro Quadratmeter.

Erklärungen zum Photometer

Thermopapier findet sich in vielen verschiedenen Bereichen des Alltags: bei Kassenbons, Tickets, in Faxgeräten und vielem mehr. Besonders praktisch ist dieses Papier bei Parktickets, die im Freien gedruckt werden, da man keine Druckerfarbe braucht. Außerdem sind Drucker, die mit Wärme anstatt Tinte drucken, viel platzsparender und wartungsärmer.

Selbstdurchschreibepapier

An der Station „Selbstdurchschreibepapier“ unseres Ausfluges zu Mitsubishi HiTec Paper haben wir gelernt, chemisch nachzuweisen, welches Papier von dem Unternehmen stammt und welches nicht. Dieser Nachweis ist für den Betrieb sehr wichtig, weil auch Ware reklamiert wird, welche nicht aus eigener Produktion stammt.
Wir haben ein Verfahren am Beispiel des Selbstdurchschreibepapiers kennen gelernt. Das ist Papier, bei dem drei verschieden gestrichene Papierbögen aufeinandergelegt und gleichzeitig beschrieben werden. Durch die verschiedenen Beschichtungen ist das Ergebnis, dass die Schrift auf allen drei Bögen erscheint.
Um das mit Mikrokapseln beschichtete Durchschreibepapier genauer zu untersuchen, gibt man ein Stück in eine Soxhlet-Apparatur und extrahiert die verschiedenen in den Mikrokapseln enthaltenen Farbstoffe mit Ethanol (Alkohol) heraus. Jeder Papierproduzent hat eine unterschiedliche Farbmischung in dem Papier.
Nun kann man mit dem Extrakt eine Chromatographie durchführen. Bei dieser sogenannten „Dünnschichtchromatographie“ werden auf einer Dünnschichtplatte die unterschiedlichen Proben aufgetragen. Die Platte mit den Proben wird dann in eine Kammer mit einem Fließmittel gestellt. Die Farbbildner wandern mit dem Fließmittel in der Beschichtung der Platte nach oben. Je nach Farbzusammensetzung ergeben sich charakteristische Farbspuren. Schließlich kann man anhand der entwickelten Dünnschichtplatte erkennen, ob das vorhandene Durchschreibpapier von dem Betrieb stammt oder nicht.

Fertiges Chromatogramm

Barrierepapier

An der Station „Barrierepapier“ wurde uns zuerst gezeigt, wie Streichfarbe aus Pigmenten hergestellt wird. Danach haben wir die Unterschiede zwischen Rohpapier, Papier mit einem Vorstrich und Papier mit dem Deckstrich gefühlt. Man konnte deutliche Unterschiede fühlen: Das Rohpapier fühlte sich rau an, dem Papier mit einem Vorstrich war relativ glatt und hatte fast keine Unebenheiten. An dem Papier mit Deckstrich konnte man keinerlei Unebenheiten mehr fühlen.
Der Mitarbeiter hat uns gezeigt, wie man den Deckstrick aufträgt. Dafür hat er das Papier mit dem Vorstrich genommen und die Streichfarbe für den Deckstrich an einem Ende aufgetragen. Danach hat er die Flüssigkeit mit einem gerillten Stab (Rakel, die Größe der Rillen im Rakel entscheidet über die Dicke des Strichs) über das Papier gezogen und so gleichmäßig verteilt. Anschließend wurde das Papier mit zwei Haartrocknern getrocknet. In einem Test wurde uns gezeigt, wie wirksam das Barrierepapier ist. Dazu wurde 1,5 ml rotes Ter-pentinöl auf eine bestimmte Menge Sand gegeben und dieses Gemenge wurde auf eine Papierprobe gehäuft. Das Probepapier liegt auf einem Testbogen und es wird beobachtet, ob das Terpentinöl das Probepapier durchdringen und den Testbogen färben kann. Dazu wird das Probepapier mit dem Sand-Öl-Gemisch in definierten Zeitabständen auf dem Testbogen weitergezogen. Die Einheiten gingen von 15 Sekunden bis zu einer halben Stunde, damit man sehen kann, wie viel Öl durch das Barrierepapier durchdringt. Die Beobachtung war, dass unter dem Papier ohne Barriere ein großer Fleck war, d.h. dass ein großer Teil des Terpentinöls durchgesickert ist. Bei dem Barrierepapier ist kein Fleck entstanden also hat kein Öl das Papier durchdrungen.

Testergebnis mit unbeschichtetem Papier

Am Ende wurden uns noch ein paar Geräte im Labor gezeigt.

Qualitätsanalyse

Die Qualitätssicherung besteht aus zwei Laboren. Das erste Labor ist das Trockenlabor, in dem an dem frisch gefertigten Papier physikalische Tests durchgeführt werden. In dem zweiten Labor, dem Nasslabor, stehen viele Geräte und Reagenzien für chemische Untersuchungen.
Als wir in dem Nasslabor waren, wurde uns die Probedruckmaschine gezeigt, mit der die Belastbar-keit des Papieres getestet wird. Zuerst wird etwa 20 mg Farbe auf eine Walze aufgetragen, welche dann auf eine Gummirolle übertragen wird. Danach wird ein Papierstreifen mit einer bestimmten Geschwindigkeit unter der Gummimatte hergeschossen. Wenn der Streifen keine weißen Flecken aufweist, hat das Papier den Test bestanden. Dieser Test wird als „Rupftest“ bezeichnet.

Erklärungen zum „Rupftest“

… und so sieht das Ergebnis aus.