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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hochwertigen
Papieren, bei dem in einer Stoffaufbereitung eine Pulpe erzeugt
wird, die in einem Stoffauflauf auf ein Sieb aufgetragen wird, wobei hinter
dem Sieb in einer Pressenpartie und in einer Trockenpartie die Feuchtigkeit
der auf dem Sieb gebildeten Bahn vermindert wird und die Bahn satiniert wird.
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Unter „hochwertigen
Papieren" sollen
für die Zwecke
der vorliegenden Anmeldung Papiere verstanden werden, die tiefdruckfähig sind.
Zu den hochwertigen Papieren gehören
SC-Papiere (superkalandrierte Papiere) und LWC-Papiere (lightweight-coated
Papiere).
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Bei
der Herstellung von SC- und LWC-Papieren werden bekanntlich sehr
hohe Qualitätsanforderungen
gestellt, insbesondere im Hinblick auf die Papieroberflächengüte.
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Andererseits
stehen die Betreiber von Papierfabriken unter zunehmendem Druck
von der Kostenseite. Dies betrifft sowohl die Investitions- als
auch die Betriebskosten.
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Für beide
Kostenarten von erheblicher Bedeutung ist der maschinelle Aufwand,
den man treiben muss, um eine vor- gegebene Qualität zu erreichen.
Die für
die Papierherstellung verwendeten Ausgangsstoffe haben einen erheblichen
Anteil an den Betriebskosten.
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Aus
Umweltgesichtspunkten, aber auch aus Gesichtspunkten der Kostenersparnis
hat man in den letzten Jahren vielfach einen möglichst hohen Anteil an Altpapier
verwendet. Die Verwendung Altpapier führt jedoch zu Risiken bei der
Qualität.
Um den Einsatz von Altpapier bei diesen Papieren zu erhöhen, sind
zusätzliche
bzw. besondere Vorkehrungen im Herstellungsprozess erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochwertige Papiere kostengünstig herzustellen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass man in der Stoffaufbereitung einen Altpapieranteil von mindestens
50% verwendet, wobei man die Fasern des Altpapiers einer selektiven
Faserbehandlung unterzieht, in der Hart- oder Grobfasern gemahlen
werden.
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Bei
der Verwendung von Altpapier kann man in der Regel beobachten, dass
sich die Oberfläche des
mit Hilfe von Altpapier hergestellten Papiers nicht in gewünschtem
Maße glätten lässt. Dementsprechend
konnte man bislang für
hochwertige Papiere nur einen geringen Anteil von Altpapier als
im vergleich zu Zeitungsdruckpapieren zulassen. Wenn man hingegen
Fasern des Altpapiers einer selektiven Faserbehandlung unterzieht,
dann kann man dafür sorgen,
dass die Fasern, die bereits zu der hohen Qualität des zu erzeugenden Papiers
passen, unmittelbar verwendet werden können. Fasern hingegen, die
zu lang, zu hart oder zu grob sind, werden gemahlen, so dass sie
für die
Qualität
des zu erzeugenden Papiers passend gemacht werden. Da man nicht alle
Fasern des Altpapiers einer erneuten Mahlung unterzieht, sondern
nur diejenigen Fasern, bei denen eine erneute Behandlung notwendig
ist, werden die Fasern, die bereits fein, kurz oder klein genug
sind, um in dem hochwertigen Papier Verwendung zu finden, nicht
weiter verkürzt
oder geschwächt.
Dies könnte
zu einer anderen Qualitätsverminderung
des Papiers führen.
Man erreicht also durch die selektive Faserbehandlung eine Einwirkung
nur auf die Anteile des Altpapiers, die einer Behandlung bedürfen. Diese
Behandlung ist dann so ausgerichtet, dass die Voraussetzungen geschaffen
werden, um eine möglichst
hohe Oberflächenqualität des fertigen
Papiers zu erreichen.
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Vorzugsweise
verwendet man beim Altpapieranteil mindestens 50% Illu-Anteil. Der
Rest kann dann beispielsweise durch altes Zeitungspapier gebildet
sein. Illu-Papier,
also Altpapier, das im wesentlichen aus Illustrierten, Katalogen
und ähnlichen
Werken stammt, hat eine vergleichsweise hohe Qualität, so dass
mit den Fasern aus diesem Altpapieranteil wieder ein höhenwertiges
Papier produziert werden kann. Bezogen auf die Gesamt-Rohstoffmasse
wird also der Illu-Anteil auf mindestens 25% festgelegt.
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Auch
ist von Vorteil, dass man Fasern des Altpapiers ein- oder mehrstufig
fraktioniert und Faserfraktionen unterschiedlicher Länge, Weichheit, Flexibilität und/oder
Faserdurchmesser erhält,
die man in Abhängigkeit
von einer gewünschten
Papierqualität
verwendet. Dabei kann es durchaus vorkommen, dass man eine Fraktion
nicht vollständig
verwendet, weil sie an dem gesamten Rohstoffanteil dann einen zu
großen
Anteil hätte.
In diesem Fall kann man diese Fraktion entweder zwischenspeichern,
um sie in einer späteren
Produktion einer anderen Papiersorte zu verwenden, oder man kann
diese Fraktion oder den verbleibenden Rest dieser Fraktion bearbeiten.
Bei dieser Bearbeitung können
beispielsweise die Fasern noch einmal gemahlen werden.
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Bevorzugterweise
verwendet man ein Sieb, das auf einer papierberührenden Seite eine Anzahl von
Kröpfungen
aufweist, die mindestens 1.300/cm2, insbesondere
mindestens 1.500/cm2 und vorzugsweise 1.600/cm2 beträgt.
Die Kröpfungen
bilden Stützungspunkte,
an denen die Fasern der sich verfestigenden Bahn aufliegen. Je größer die
Anzahl der Kröpfungen
ist, desto geringer ist das Risiko, dass die sich bildende Bahn
auf dem Sieb, das heißt
im Former strukturiert wird. Als Former wird im Übrigen vorzugsweise ein Spaltformer
mit einem Verdünnungswasser-Stoffauflauf
zur Blattbildung verwendet.
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Bevorzugterweise
weist das Sieb eine Dicke von maximal 0,7 mm auf. Dadurch verbleibt
weniger Luft im Sieb und das Risiko von Blattstörungen im Formierprozess wird
vermindert.
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Bevorzugterweise
verwendet man in der Pressenpartie Filze, die eine Grundstruktur
und einen durch Benadeln verbundenen Flor aufweisen und zusätzlich mit
feineren Fäden
an ihrer papierberührenden
Oberfläche
versehen sind. Damit erreicht man in der Pressenpartie, dass die
Zweiseitigkeit der Bahn vermindert wird und die Rohpapierrauhigkeit möglichst
niedrig ist. Die an den Filzen anliegende Seite der Bahn wird vergleichsweise
wenig strukturiert.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass man Filze verwendet, bei denen die feineren
Fäden mit
dem Flor und/oder der Grundstruktur an Kontaktstellen durch einen
Klebstoff und/oder chemisch verbunden sind. Dies ergibt einerseits
hohe Laufzeit. Andererseits wird das Risiko, dass sich die feinen
Fäden lösen und sich
dann in der Oberfläche
der Bahn eine unerwünschte
Struktur ergibt, klein gehalten.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass man Filze verwendet, bei denen die feineren
Fäden eine
Feinheit von maximal 6,7 dtex, insbesondere maximal 3,3 dtex aufweisen.
Mit derart feinen Fäden
lässt sich
die Einprägung
einer Struktur in die Oberfläche
der Bahn stark abschwächen.
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Auch
ist von Vorteil, wenn man in der Pressenpartie ein geradzahlige
Anzahl von Pressnips verwendet. Damit können beide Seiten der Bahn
zumindest annähernd
gleichartig beaufschlagt werden.
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Dies
gilt insbesondere dann, wenn man eine Dreinip-Presse verwendet,
die asymmetrisch zu einer ersten Seite der Bahn hin entwässert, und
man einen vierten Pressnip verwendet, der zu einer zweiten Seite
der Bahn hin entwässert.
Bei einer Dreinip-Presse zeigt sich generell eine sehr starke Strukturzweiseitigkeit
der Bahn aufgrund von symmetrischen Entwässerungsverhältnissen
in der Presse. Bei einer Dreinip-Presse erfolgt die Entwässerung
im zweiten und dritten Nip in der Regel zur Oberseite hin. Durch
die Verwendung des vierten Pressnips, der beispielsweise in einer
freistehenden vierten Presse angeordnet sein kann, kann man eine
Entwässerungsumkehr
zur Unterseite der Bahn hin vornehmen und damit die Asymmetrie der
Papierstruktur stark vermindern. Damit lassen sich mit relativ geringem
Zusatzaufwand auch hochwertig Papiere unter Verwendung eines relativ
großen
Altpapieranteils erzeugen.
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Vorzugsweise
verwendet man als dritten Nip einen Breitnip. Dies führt zu einer
starken Entwässerung
der Bahn und damit zu einer starken Steigerung des Trockengehalts.
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Vorzugsweise
verwendet man bis zu einem Trockengehalt von mindestens 55% eine
zugfreie Bahnführung.
Die zugfreie Bahnführung
bewirkt einerseits eine bessere beziehungsweise eine gleichbleibende
Runnability auch bei hohen Geschwindigkeiten. Darüber hinaus
lassen sich bei zugfreien Bahnführungen
Verformungen der Bahn durch zugbedingte Spannungen vermeiden. Auch
dies ist ein Beitrag, um die Qualität der Bahn auch dann sicherzustellen
wenn ein hoher Anteil von Altpapier verwendet wird.
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Vorzugsweise
verwendet man in der Trockenpartie einen Prallström- bzw.
Heißlufttrockner. Damit
lässt sich
der Trockengehalt vor der ersten Abnahme von der Zylinderfläche erhöhen. Je
größer der Trockengehalt
der Bahn ist, desto geringer ist die Gefahr, dass sich die Oberflächenqualität durch
den Einfluss von anderen Faktoren wieder verschlechtert.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann vorgesehen sein, dass man in der Trockenpartie mindestens eine gelochte
Saugwalze verwendet, die man mit Unterdruck beaufschlagt, wobei
man Heißluft
durch die Bahn leitet. Hierbei kann es vorteilhaft sein, eine Haube
zu verwenden, um die Heißluft
gezielt durch die Bahn zu leiten. Auch damit lassen sich relativ hohe
Trockenleistungen erzielen.
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Bevorzugterweise
verwendet man eine einreihige Trockenpartie. Hierbei kann ein hoher
Unterdruck sinnvoll sein. Bei einer einreihigen Trockenpartie lässt sich
das Risiko einer Bahnüberdehnung
klein halten. Bei einer komplett einreihigen Trockenpartie ergibt
sich ein gewisser Querschrumpf.
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Vorzugsweise
trägt man
vor dem Satinieren einen Konturstrich auf mindestens eine Seite
der Bahn auf. Ein Konturstrich füllt
die „Täler" zwischen „Bergen" an der Oberfläche der
Bahn zwar nicht aus, sondern der Konturstrich folgt der Kontur der
Bahn. Bei der nachfolgenden Satinage hat der Konturstrich aber den
Vorteil, dass die Bedruckbarkeit verbessert wird.
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Vorzugsweise
satiniert man die Bahn online. Damit vermeidet man, dass die Bahn
zwischen der Papiermaschine und der für die Satinage verwendeten
Kalander aufgewickelt werden muss, beispielsweise auf einen Tambour.
Dies steigert einerseits die Oberflächenqualität, andererseits sinken die
Investitionskosten, da nur ein Kalander installiert werden muss.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.
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Hierin
zeigen:
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1 ein
schematisches Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens;
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2 eine
erste Ausgestaltung der Stoffaufbereitung mit einem Altpapieranteil
von über
50%;
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3 eine
zweite Ausgestaltung der Stoffaufbereitung; und
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4 eine
schematische Darstellung der Pressenpartie und eines Teils der Trockenpartie.
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Zum
Herstellen von hochwertigen Papieren, insbesondere SC-Papieren und
LWC-Papieren, wird in
einer Stoffaufbereitung eine Pulpe erzeugt, das heißt eine
Fasersuspension, bei der als Rohstoff mindestens 50% Altpapier verwendet
wird. Bei dem Altpapier wird eine Mischung verwendet, bei der mindestens
50% Illu- Anteil
enthalten ist. Der Rest kann beispielsweise Altpapier sein, das
aus Zeitungspapier gewonnen wird, Der Rest der Fasern, als ein Anteil
von maximal 50%, kann durch Holzstoff, das heißt Holzschliff, und/oder TMP
oder CTMP und/oder native Fasern gebildet werden.
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Bevor
die aus dem Altpapieranteil gewonnenen Fasern mit den übrigen Fasern
gemischt werden, werden die aus dem Altpapieranteil gewonnenen Fasern
einer selektiven Faserbehandlung unterworfen (Schritt 2).
Dieser Schritt wird weiter unten anhand der 2 und 3 näher erläutert.
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Die
gesamten Fasern, das heißt
die aus dem Altpapieranteil von mindestens 50% und aus den weiteren
Rohstoffen gewonnenen Fasern werden dann einem Stoffauflauf zugeführt, der
als Verdünnungswasserstoffauflauf
ausgebildet ist (Schritt 3). Dabei ergibt sich eine Blattbildung
in einem Spaltformer. Die Suspension wird in an sich bekannter Weise auf
ein Sieb aufgebracht, das den wesentlichen Anteil der Siebpartie
bildet (Schritt 4).
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In
der Siebpartie verwendet man Siebe, die auf der papierberührenden
Seite eine hohe Anzahl von Stützungspunkten
(auch Kröpfungen
genannt) aufweisen, damit die sich bildende Bahn nicht oder nicht
zu stark strukturiert wird. Die Anzahl der Kröpfungen beträgt mindestens
1.300/cm2, vorzugsweise mindestens 1.500/cm2 und ganz besonders bevorzugt mindestens
1.600/cm2. Die Dicke des Siebes sollte kleiner
sein als 0,7 mm, vorzugsweise auch kleiner als 0,68 mm. Dadurch
verbleibt weniger Luft im Sieb, und es ergeben sich kleine Blattstörungen im
Formierprozess.
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In
an sich bekannter Weise wird die sich in der Siebpartie bildende
Bahn dann einer Pressenpartie zugeführt (Schritt 5). In
der Pressenpartie wird die Bahn mit geschlossener Bahnführung und
adaptierter Bespannung geführt.
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Man
verwendet zweckmäßigerweise
Filze, die aus einer Grundstruktur und einem durch Benadeln mit
der Grundstruktur verbundenen Flor bestehen. Zusätzlich sind die Filze mit feineren
Fäden an der
Oberfläche
versehen. Für
eine gute Laufzeit ist es von Vorteil, wenn diese feineren Fäden mit
den gröberen
an Kontaktstellen verbunden sind, und zwar nicht oder nicht nur
mechanisch, sondern durch einen Schmelzkleber beim Fixieren oder
durch chemische Stoffe.
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Die
feineren Fäden
sind papierberührend und
haben eine Feinheit von < 6,7
dtex, vorzugsweise < 3.3
dtex.
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Nach
der Pressenpartie (Schritt 5) wird die Bahn einer Trockenpartie
(Schritt 6) zugeführt.
In der Trockenpartie wird eine Papierbahn zugfrei bis zu mit einem
Trockengehalt von mindesten 55% geführt.
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Wie
weiter unten anhand von 4 erläutert werden wird, wird der
Trockengehalt möglichst
frühzeitig
erhöht.
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Danach
wird die Bahn satiniert (Schritt 7), und zwar online. Hierzu
wird ein Mehrnip-Kalander verwendet, und zwar entweder ein Superkalander oder
ein Kalander nach dem JANUS-Konzept.
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Wenn
ein LWC-Papier erzeugt werden soll dann wird mit Hilfe eines Online-Streichaggregats
ein Konturstrich auf mindestens eine Oberfläche der Bahn aufgetragen (Schritt 8).
Vor der Satinage erfolgt noch eine Nachtrocknung.
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Anhand
von 2 soll nun eine erste Möglichkeit für die selektive Faserbehandlung
angegeben werden.
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Über einen
Fraktionierer 11 wird ein Altpapieranteil 12 in
eine Kurzfaser-Fraktion SF und eine Langfaser-Fraktion LF aufgeteilt.
Während
man die Kurzfaser-Fraktion
SF praktisch unmittelbar verwenden kann, weil sie später an der
Oberfläche
der Papierbahn keine störenden
Auswirkungen hat, wäre dies
mit den Fasern der Langfaser-Fraktion LF nicht möglich. Diese Fasern werden
daher in einem Refiner 13 gemahlen. Durch diese selektive
Nachbehandlung der aus dem Altpapieranteil 12 gewonnenen
Fasern lässt
sich ein Fasergemisch gewinnen, das weitaus homogener ist als lediglich
die aus dem Altpapieranteil 12 gewonnenen Fasern.
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Die
Kurzfaser-Fraktion SF und die Langfaser-Fraktion LF werden zusammengeführt und
mit dem restlichen Stoff 14, der einen Anteil von maximal 50%
am gesamten Stoff bildet, vereinigt. Wie bereits ausgeführt, kann
der restliche Stoff Holzstoff sein, also Holzschliff und/oder TMP
und/oder CTMP und/oder native Fasern. Dieses Fasergemisch, das in
einer Fasersuspension mit 98% bis 99% Feuchtigkeit vorliegt, wird über den
Stoffauflauf 15 der Papiermaschine 16 zugeführt.
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3 zeigt
eine etwas abgewandelte Ausgestaltung, bei der gleiche Elemente
mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Auch
hier wird in einem Fraktionierer 11 die aus dem Altpapieranteil 12 gewonnenen
Fasern in eine Kurzfase-Fraktion SF und eine Langfaser-Fraktion
LF unterteilt. In einem zweiten Fraktionierer 17' wird die Langfaser-Fraktion
LF noch einmal unterteilt in eine Mittelfaser-Fraktion MF, die ebenfalls
unbehandelt dem Stoffauflauf zugeführt werden kann, und eine Grobfaser-Fraktion
LLF, die dem Refiner 13 zugeführt wird. Der Refiner 13 beseitigt
die störenden harten
Anteile durch einen Mahlprozess oder zerkleinert sie.
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Es
ist auch denkbar, die Altpapierfraktion in eine Fraktion mit harten
und eine Fraktion mit weichen Fasern aufzuteilen, wobei in der letzten
auch lange Fasern enthalten sein können.
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Die
in der Siebpartie (Schritt 4) auf einem Sieb 18 gebildete
Bahn 17 wird nun der Pressen- und der Trockenpartie (Schritt 5 und
Schritt 6) zugeführt, wobei
vor der Pressenpartie 25 ein so genannter High Dryer angeordnet
ist, also ein Prallström- bzw. Heißlufttrockner.
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Die
Führung
der Bahn 17 erfolgt nach wie vor auf dem oben geschilderten
sehr feinen Sieben, bei denen die Kröpfungen mindestens 1.300/cm2 betragen.
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Die
Bahn 17 durchläuft
dann zwei Pressen 19, 20, deren Filze 21, 22 den
oben genannten feinen Fäden
an ihrer Oberfläche
verfeinert sind. Unterstützt wird
die Bahn 17 dabei von Transferbändern 23, 24. Die
dargestellten Lücken
zwischen Transferbändern sind
in Wirklichkeit nicht oder nicht in der Größe vorhanden, so dass die Bahn 17 praktisch
immer unterstützt
wird, während
sie durch die Pressenpartie läuft.
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Hinter
den Pressen 19, 20 ist eine Glättpresse 25 angeordnet.
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Die
Pressenpartie kann auch anders ausgebildet sein. Eine oder beide
der Pressen 19, 20 können als Breitnip-Pressen ausgebildet
sein. Es ist auch möglich,
die Presse 19 durch eine Dreinip-Presse zu ersetzen, bei
der die Entwässerung
der Bahn 17 im ersten Nip zur Unterseite und im zweiten
und dritten Nip zur Oberseite erfolgt. Die Presse 20 ist dann
als freistehende vierte Presse, genauer gesagt, als vierter Pressnip
ausgebildet, der dann wiederum zur Unterseite der Bahn hin entwässert, um
eine Zweiseitigkeit der Bahn zu vermeiden oder klein zu halten.
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An
die Pressen schließt
sich die Trockenpartie an. Die Trockenpartie weist mehrere Trockenzylinder 26, 27 auf,
von denen jeder mit einer Haube 28, 29 versehen
ist. Die Trockenzylinder 26, 27 sind gelocht.
Durch einen Unterdruckanschluss wird fortlaufend ein Unterdruck
erzeugt, der durch die Löcher wirkt,
die in der Oberfläche
der Trockenzylinder enthalten sind. Durch an sich bekannte und daher
nicht näher
dargestellte Maßnahmen
kann man dafür
sorgen, dass der Unterdruck nur im Bereich der Hauben 28, 29 wirkt.
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Durch
die Hauben wird Heißluft
zugeführt, die
dann sozusagen durch die Bahn 17 hindurch gesaugt wird
und dabei Feuchtigkeit abführt.
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Erstmals
hinter dem Trockenzylinder 27 wird die Bahn 17 abgehoben
und dann frei geführt.
Durch den Einsatz einer einreihigen Trockenpartie mit hohem Vakuum
wird eine Bahnüberdehnung
vermieden. Wenn man eine komplett einreihige Trockenpartie verwendet,
ergibt sich eine geringe Querschrumpfung und damit eine geringe
Bahnrauhigkeit.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass durch die Erfindung ein Verfahren der eingangs
genannten Art derart verbessert wird, dass auch hochwertige Papiere
kostengünstig
hergestellt werden können.
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- 1
- Stoffaufbereitung
- 2
- Selektive
Faserbehandlung
- 3
- Stoffauflauf
- 4
- Siebpartie
- 5
- Pressenpartie
- 6
- Trockenpartie
- 7
- Online-Satinage
- 8
- Online-Streichaggregat
+ Nachbehandlung
- 11
- Fraktionierer
- 12
- Altpapieranteil
- 13
- Refiner
- 14
- Restlicher
Stoff
- 15
- Stoffauflauf
- 16
- Papiermaschine
- 17
- Bahn
- 17'
- Zweiter
Fraktionierer
- 18
- Sieb
- 19
- Presse
- 20
- Presse
- 21
- Filz
- 22
- Filz
- 23
- Transferband
- 24
- Transferband
- 25
- Pressenpartie
(Glättpresse)
- 26
- Trockenzylinder
- 27
- Trockenzylinder
- 28
- Haube
- 29
- Haube
- LF
- Langfaser-Fraktion
- LLF
- Grobfaser-Fraktion
- MF
- Mittelfaser-Fraktion
- SF
- Kurzfaser-Fraktion