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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen von Streichfarbe in einem Entgaser, insbesondere Vakuumentgaser, der einem Auftragswerk zur Beschichtung einer laufenden Papier-Karton- oder andere Faserstoffbahn, vorgeschaltet ist.
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Der Vollständigkeit halber wird auch auf die
AT 268 038 B verwiesen, in der das Entgasen von Zellulosematerial und die Anwendung von Erhitzern beschrieben ist.
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Bei der Beschichtung einer Faserstoffbahn soll das verwendete flüssige bis pastöse Auftragsmedium, d. h. Streichfarbe möglichst gasfrei sein, um unbedeckte Stellen im Strich auf der Faserstoffbahn vermeiden zu können. Besonders der Betrieb eines Vorhang-Auftragswerkes (Curtain Coaters), wo die Streichfarbe als sich im Wesentlichen schwerkkraftbedingt bewegender Vorhang auf die darunter laufende Faserstoffbahn abgegeben wird, setzt eine absolut gasfreie Streichfarbe voraus.
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Die Entgasung der Streichfarbe erfolgt zumeist durch so genannte Vakuumentgaser (Entlüftungsanlagen), die dem Auftragswerk bzw. dem Curtain Coater vorgeschaltet sind.
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Die Prozessbedingungen werden dabei so gewählt, dass die Streichfarbe im Entlüfter nicht zum Sieden (bzw. in die Nähe des Siedebereiches) kommt. Als Streichfarbentemperaturen sind dabei 18–25°C üblich. Übliche Drücke im Vakuumentlüfter sind 30–80 mbar. Die Siedetemperatur wird dabei von der Dampfdruckkurve des Lösungsmittels (in Falle von Streichfarben: Wasser) bestimmt.
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Beim Sieden der Streichfarbe würde Wasserdampf von der verwendeten Vakuumpumpe entfernt werden und damit das Vakuum im Behälter (aufgrund der begrenzten Kapazität der Pumpe) sinken. Niedrigeres Vakuum bedeutet aber ein schlechteres Entlüftungsergebnis.
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Bei vielen Streichfarben, vor allem bei Farben für graphische Papiere mit hoher Viskosität und mit hohem Feststoffgehalt ist diese Prozessführung nicht ausreichend, um mit möglichst wenigen Entgasern ein befriedigendes Ergebnis zu bekommen. Problem hierbei sind oft sehr kleine Gasblasen, die bedingt durch die hohe Viskosität im Entgaser bzw. Entlüfter nicht entfernt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Optimierung der Entgasung von Streichfarbe, insbesondere solcher mit hoher Dehnviskosität, in einem Vakuumentgaser erreicht werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Die Erfinder haben erkannt, dass die Entgasung der Streichfarbe erheblich verbessert werden kann, wenn die Streichfarbentemperatur in die Nähe des Siedebereichs kommt, also bei Temperaturen von 40–60°C bei entsprechenden Drücken von 20–100 mbar im Vakuumentgaser bzw. -entlüfter. Da bei erhöhten Temperaturen ein Teil der Vakuumpumpenkapazität durch den Transport von Wasserdampf verwendet wird, sinkt das Vakuum im Behälter. Das Absinken des Vakuums wird nun durch eine zusätzliche Vakuumpumpe bzw. durch eine leistungsstärkere Pumpe verhindert, um ein optimales Entlüftungsergebnis zu bekommen.
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Durch den erhöhten Dampfdruck im Vakuumentgaser bzw. -entlüfter entsteht ein Gasvolumenstrom entgegen der Förderrichtung der Streichfarbe. Dieser Volumenstrom sorgt dafür, dass kleine eingeschlossene Gasblasen mitgerissen werden und an die Grenzfläche Streichfarbe/Luft befördert werden. Dort können sie durch die Vakuumpumpe entfernt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass Streichfarben nach der Herstellung und vor der Entgasung bzw. Entlüftung nicht mehr gekühlt werden müssen. Nach der Herstellung liegt die Temperatur der Streichfarbe durch den dabei erfolgenden Mischprozess oft bei 30–50°C. Bisher mussten diese Streichfarben vor der Verarbeitung gekühlt werden. Erfindungsgemäß entfällt aber nun eine Kühlung durch den Betrieb des Vakuumentlüfters bei höherer Temperatur.
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Das Aufheizen der Streichfarbe für das Erreichen der erfindungsgemäßen Temperaturwerte kann schon durch den bei der Herstellung der Streichfarbe durchgeführten Mischprozess (Mischung der Streichfarbenkomponenten) erfolgen.
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Wenn das Aufheizen beim Mischprozess nicht die gewollte Temperaturerhöhung bringt, ist es alternativ auch möglich, über Wärmetauscher oder beheizbare Arbeitsbehälter oder beheizbare Vakuumentlüfter die Temperaturerhöhung zu erreichen.
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Im Rahmen der Erfindung ist es sehr zweckmäßig, wenn eine Messung des Gasgehaltes zumindest nach der Entgasung bzw. der Entlüftung erfolgt. Dadurch kann die Prozesskontrolle verbessert werden.
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Sehr zweckmäßig kann dafür ein so genanntes, an sich bekanntes Sonartrac-Messgerät eingesetzt werden.
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Mit diesem Sonartrac-Messgerät ist es möglich, sehr niedrige Gasgehalte in Streichfarben mit guter Auflösung zu messen. Das Messgerät misst die durch Schallwellen verursachte Ausdehnung von mit Streichfarbe durchströmten Rohrleitungen. Hierfür reicht der Schall der im Farbsystem durch Pumpen entsteht aus. Gas in der Streichfarbe verändert die Schallgeschwindigkeit und dadurch die Rohrausdehnung. Das kommerziell erhältliche Messgerät wird außen an die Rohrleitung geklemmt. Spezielle Einbauten sind nicht erforderlich. Das Messgerät misst nur freies Gas. Gelöstes Gas kann aber erfasst werden, indem mit zwei Geräten an zwei Stellen mit unterschiedlichem Druckniveau gemessen wird.
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Der Einsatz des Messgeräts bei anderen Streichverfahren für die Gasgehaltskontrolle ist ebenso denkbar.
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Eine Messung des Gasgehalts nach der Entlüftung erfolgte bisher nicht, da traditionelle Messverfahren bei niedrigen Gasgehalten nur schlecht bzw. gar nicht auflösen. Die Auswirkungen eines zu hohen Gasgehalts ließen sich dadurch erst an der Anzahl an Defekten auf dem Papier erkennen, also zu einem sehr späten Zeitpunkt. Korrekturen z. B. an der Entlüftereinstellung konnten erst dann vorgenommen werden, wenn unter Umständen schon Ausschuss produziert wurde. Diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Messung vermieden.
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Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen zu finden.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben werden.
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Es zeigen
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1: in schematischer Darstellung den Querschnitt durch einen Vakuumentgaser bzw. -entlüfter
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2. in schematischer Darstellung eine Anlage zur Entgasung von Streichfarbe
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Für gleiche Bauteile wurden in den Figuren auch gleiche Positionszahlen verwendet.
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In 1 ist dargestellt, dass eine Streichfarbe 1 von oben her einem Vakuumentgaser bzw. -entlüfter 2 zugeführt wird. Die Streichfarbe 1 weist dabei eine Viskosität von 1200 mPas und einen Feststoffgehalt von 66% auf. Die Streichfarbe 1 wird im kegelförmig nach unten zulaufenden Vakuumentgaser 2 bei einer Temperatur von 45°C bei einem Druck von 70 mbar entgast. Um den Druck von 70 mbar zu halten, ist eine leistungsfähige Vakuumpumpe 3 erforderlich. Die über einen Zulauf 4 zugeführte Streichfarbe gelangt auf einen angetriebenen Schleuderteller 5, der axial bis in etwa 1/3 der Höhe des Entgasers 2 reicht. Der Schleuderteller 5 wird in etwa mit einer Umdrehung von 1000 1/min angetrieben und sein hochgezogener Rand 5.1 ist vorzugsweise beheizt. Vom Schleuderteller 5 aus gelangt die Streichfarbe auf die Innenwand 2.1 des Entgasers und bildet dort einen nach unten laufenden Film 1.2. Da die verwendete Streicharbe 1 siedet, bildet sich Wasserdampf. Wasserdampf- und Luftblasen 6 steigen nach oben. Zusätzlich werden mit den Wasserdampfblasen 6 eingeschleuste kleine Gasblasen 6.1 mitgerissen und ebenfalls nach oben in Richtung der Streichfarbenoberfläche 1.3 gefördert, wo sie somit auf einfache Weise mit der Vakuumpumpe 3 abgesaugt werden. Die entgaste Streichfarbe 1.4 wird über einen Ablauf 7 nach unten abgleitet und über eine Pumpe 8 zum unmittelbar nachgeordneten Auftragswerk 9, was im Beispiel ein Vorhang-Auftragswerk ist, geleitet.
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Zur Erreichung der Temperatur innerhalb des Vakuumentgasers 2 ist im Beispiel seine Außenwandung 2.2 beheizt.
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Durch die beschriebene Prozessführung wird es erstmals möglich, die Streichfarbe 1 optimal zu entgasen. Bei niedrigerer Streichfarbentemperatur konnte bisher kein befriedigendes Ergebnis erzielt werden.
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In 2 ist ein Prozess-Schema einer Anlage zur Streichfarbenentgasung dargestellt.
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Das in einer Bütte bzw. Vorratsbehälter 10 befindliche Auftragsmedium bzw. die Streichfarbe 1 gelangt über eine Eintragspumpe 11 von unten nach oben zum Vakuumentgaser 2, der bereits in 1 dargestellt und beschrieben wurde. Die entgaste bzw. entlüftete Streichfarbe 1.4 wird über eine Austragspumpe 12 nach unten abgezogen und einem Filter 13 zugeführt. Die nun auch von Grobstoffen befreite Streichfarbe gelangt anschließend zu einem Pulsationsdämpfer 14 und von da aus zum in 1 erwähnten Vorhang-Auftragswerk 9, so dass optimale Bedingungen zur Erreichung eines stabilen Auftragsvorhanges vorliegen und die Faserstoffbahn 17 mit einer gleichmäßigen Auftragsschicht (Strich) versehen werden kann.
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Im Prozess-Schema der 2 sind so genannte Sonartrac-Messgeräte 15 von Cidra (Hersteller) eingezeichnet. Mit diesen Messgeräten 15 ist es möglich, sehr niedrige Gasgehalte der Streichfarbe mit guter Auflösung zu messen. Das Messgerät 15 misst die durch Schallwellen verursachte Ausdehnung von mit Farbe durchströmten Rohrleitungen 16.
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Hierfür reicht der Schall, der im Farbsystem durch Pumpen 11, 12 entsteht aus. Das noch vorhandene Gas in der Streichfarbe verändert die Schallgeschwindigkeit und dadurch die Rohrausdehnung.
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Das kommerziell erhältliche Messgerät 15 wird dazu nur außen an die Rohrleitung geklemmt und lässt sich daher einfach ein- und abbauen bzw. auch an andere Stellen verlegen.
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Das Messgerät 15 misst nur freies Gas. Gelöstes Gas kann aber ebenfalls erfasst werden, indem mit zwei Geräten an zwei Stellen mit unterschiedlichem Druckniveau gemessen wird.
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Das Messgerät 15 kann deshalb entsprechend der 2 an unterschiedlichen Stellen im Farbsystem integriert werden. So ist eine erste Messstelle I unmittelbar vor dem Entgaser 2, eine zweite Messstelle II nach dem Entgasen bzw. Vakuumentlüfter 2 sowie eine dritte Messstelle III unmittelbar vor dem Vorhang-Auftragswerk vorgesehen.
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Bevorzugt sollte das Messgerät aber unmittelbar vor dem Vorhang-Auftragswerk 9 (Curtain Coater-Düse) installiert werden. Im ersten Schritt muss die für die jeweilige Faserstoffbahn- bzw. Papier- oder Karton-Qualität notwendige Akzeptanzgrenze des Gasgehalts festgelegt werden. Bei einem Vorstrich könnte diese z. B. höher liegen (hier kann ein höherer Gasgehalt akzeptiert werden) als bei einem Deck- oder Einfachstrich. Wird bei der Messung der Akzeptanzwert überschritten, können direkt Änderungen in der Prozessführung vorgenommen werden. Denkbar wäre hier z. B. eine Erhöhung des Vakuumniveaus durch Zuschalten einer zweiten Vakuumpumpe 3. Der Anteil an gelöstem Gas in der Streichfarbe ist wichtig, weil gelöstes Gas an Stellen mit geringem Druck in freies Gas umgewandelt wird. Da nach dem Austreten der Streichfarbe aus dem Auftragswerk 9, d. h. aus der hier gewählten Curtain Coater-Düse, nur Atmosphärendruck herrscht, besteht hier die Gefahr, dass sich freies Gas bildet.
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Wird eine Messstelle zusätzlich zwischen Vakuumentgaser 2 und der Austragspumpe 4 installiert (sehr niedriger Druck), so lässt sich der Anteil an gelöstem Gas messen (siehe in 2 Messstelle 2 und 3) und man kann gezielt darauf reagieren.
