DE102008040050A1

DE102008040050A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Oberflächenleimung, mit einem Lignosulfonat enthaltenden Oberflächenbehandlungsmittel

Info

Publication number: DE102008040050A1
Application number: DE200810040050
Authority: DE
Inventors: Andreas Praznik; Erich Brunnauer; Manfred Feichtinger
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Für ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Oberflächenleimung, einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mittels einer Filmauftragsvorrichtung, die ein Oberflächenbehandlungsmittel als vordosierten Film auf wenigstens eine zugeordnete Oberfläche der Materialbahn aufträgt, wird vorgeschlagen, dass das Oberflächenbehandlungsmittel zumindest einen Anteil an Lignosulfonat enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Oberflächenleimung, einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mittels einer Filmauftragsvorrichtung, die ein Oberflächenbehandlungsmittel als vordosierten Film auf wenigstens eine zugeordnete Oberfläche der Materialbahn aufträgt.
Ein wichtiges, schon sehr altes Verfahren der Papierveredelung ist das Bestreichen des Papiers oberflächlich mit einer Stärkelösung und anschließendem Trocknen des Papiers. Diese so genannte „Oberflächenleimung” ist auch heute noch von großer Wichtigkeit.
Durch den vermehrten Einsatz von Altpapier, bei der Erzeugung etwa von Verpackungspapier und Wellpappe, nehmen die Festigkeiten der im Recycle-Kreislauf geführten Rohstoffe ab. Durch einen steigenden Einsatz von Stärke, speziell aufgebracht als Oberflächenstärke im Wege einer „Oberflächenleimung”, kann dieser Verlust an Festigkeit wettgemacht werden. Als beste Technik, die Stärke auf und in das Papier oder den Karton zu bekommen, hat sich bei Schnellläufermaschinen die Filmpresse etabliert. Typische Auftragsmengen für den Stärkeauftrag sind 0,15 bis 6 g/m² pro Seite der Materialbahn (insbesondere Papier- oder Kartonbahn), bei einem Feststoffgehalt von 4 bis 15%. Die Viskosität beträgt meist zwischen 10 und 100 mPas, wobei diese allerdings temperaturabhängig ist, so dass die Viskosität bei höherer Temperatur niedriger ist.
Der Stärkeauftrag hat aber auch den Nachteil, dass durch das Wiederbefeuchten der zuvor getrockneten Materialbahn, insbesondere des getrockneten Papiers, die Festigkeit der Materialbahn abnimmt und insoweit die Runability beeinträchtigt wird. Es resultiert eine nachteilige Geschwindigkeitslimitierung: Beim Einsatz herkömmlicher Oberflächenbehandlungsmittel auf Stärkebasis gibt es bei einem Feststoffgehalt von unter 20% ab ca. 1600 m/min erhebliche Probleme durch Abrisse nach der Filmpresse. Würde man eine herkömmliche, insbesondere native Stärke bei einem höheren Feststoffgehalt mittels einer Filmpresse auf die Materialbahn auftragen wollen (und insoweit aufgrund einer geringeren Durchfeuchtung Abrisse vermeiden können), so wird dies nicht oder nur mit sehr schlechten Ergebnissen möglich sein, da die durch den hohen Feststoffgehalt resultierende Viskosität zu hoch ist. Bei hohen Viskositäten ist es nicht mehr möglich, das Oberflächenbehandlungsmittel in der erforderlichen Weise von der Filmpresse auf die Materialbahn zu übertragen und hinreichend in das Papier hineinzupenetrieren.
Ein anderer Nachteil des Einsatzes herkömmlicher Oberflächenbehandlungsmittel auf Stärkebasis ist, dass das durch den Stärkefilm aufgebrachte Wasser in einer Nachtrockenpartie wieder entfernt werden muss. Je größer der Wasseranteil ist, desto größer ist auch der Aufwand für das Nachtrocknen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Oberflächenleimung, bereitzustellen, das die angesprochenen Probleme überwindet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird für das eingangs angesprochene Verfahren erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Oberflächenbehandlungsmittel zumindest einen Anteil an Lignosulfonat enthält. Es wird vor allem daran gedacht, dass das Oberflächenbehandlungsmittel auch einen Anteil an Stärke enthält, vorzugsweise einen größeren Anteil an Stärke als an Lignosulfonat.
Lignosulfonat ist ein Abfallprodukt bei der Zellstofferzeugung und wird dort meist zur Energieerzeugung verbrannt oder veredelt als Chemikalie am Markt verkauft.
Es wurde gefunden, dass Lignosulfonat vorteilhafte Eigenschaften für die Oberflächenbehandlung, speziell die Oberflächenleimung, hat. Wird Stärke mit Lignosulfonat versetzt, so weist die resultierende Lösung eine niedrigere Viskosität als das auf der Stärke alleine resultierende Oberflächenmittel bei gleichem Feststoffgehalt auf. Dies macht es möglich, beim Oberflächenstärkeauftrag mit einem höheren Feststoffgehalt zu arbeiten, da die Viskosität im Vergleich zu herkömmlichen Stärken niedriger ist. Durch Auftragen mit einem höheren Feststoffgehalt, beispielsweise von über 20%, wird aufgrund einer reduzierten Wiederbefeuchtung der Materialbahn die Runability verbessert und es ist insbesondere eine Oberflächenbehandlung mit größerer Geschwindigkeit möglich, beispielsweise mittels einer Filmpresse (wie z. B. dem Voith-SpeedSizer) bei einer Geschwindigkeit über 1600 m/min. Es kommen sogar deutlich höhere Betriebsgeschwindigkeiten in Betracht, mindestens bis zu etwa 2500 m/min.
Vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 14.
Durch den Einsatz von Lignosulfonat zusätzlich oder als teilweiser Ersatz für native oder modifizierte Stärke, ist es möglich, den Oberflächenauftrag auch bei hohen Geschwindigkeiten durchzuführen, etwa mit einer Filmpresse mit einer Geschwindigkeit bis zu 2500 m/min, ohne dass es dabei zu Beeinträchtigungen hinsichtlich der Runability einerseits und des Oberflächenbehandlungsmittelauftrags andererseits kommt. Durch die Viskositätsreduzierung des zugesetzten Lignosulfonats sind höhere Feststoffgehalte möglich, die ohne Lignosulfonat zu zu hohen Viskositäten führen würden.
Hinsichtlich möglichen Auftragsmengen sind keine Einschränkungen ersichtlich. Es kommen beispielsweise Auftragsmengen von 0,15 bis 6 g/m²/Seite in Betracht, wodurch durch die Erniedrigung der Viskosität durch das Lignosulfonat höhere Feststoffgehalte möglich sind. Grundsätzlich sind die vorsehbaren Auftragsmengen nicht beschränkt.
Durch den höheren Feststoffgehalt wird weniger Wasser auf bzw. in die Materialbahn eingebracht, so dass auch dementsprechend weniger Wasser durch Trocknung wieder entfernt werden muss, woraus sich eine deutliche Einsparung an Trocknungsenergie ergibt. Gleichzeitig wird durch die geringere Durchfeuchtung der Materialbahn die Festigkeit der Bahn weniger beeinträchtigt, so dass es zu weniger Abrissen nach der Filmauftragsvorrichtung, insbesondere Filmpresse, kommt, was zu einem stabileren Laufverhalten führt.
Lignosulfonat kann ohne weiteres als Stärkeersatz eingesetzt werden, was auch Kostenvorteile bringt, da die Rohstoffpreise für Stärke steigen. Vor allem wird aber daran gedacht, dass das Lignosulfonat zusätzlich zur Stärke eingesetzt wird. Bei einem Einsatz zusätzlich zur Stärke, also der Stärke zugesetzt, kommt es vorteilhaft zu Festigkeitssteigerungen, speziell des CMT-Wertes. Geht es um diese Festigkeitssteigerung, kann die Stärke nicht vollständig durch Lignosulfonat ersetzt werden, da diese positive Wirkung auf Synergieeffekten zwischen der Stärke einerseits und dem Lignosulfonat andererseits beruht. Es ist ein Lignosulfonat-Anteil von bis zu etwa 40% möglich.
Lignosulfonat hat eine bräunliche Farbe, so dass eine entsprechende Einfärbung der Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, ein Nebeneffekt ist, der (etwa bei Linern) zu Einsparungen von Farbstoff führen kann.
Lignosulfonat kann zweckmäßig einfach in den Arbeitstank einer Stärkeaufbereitung zugegeben werden, etwa mittels einer Pumpe.
Der Auftragsbetrieb mittels einer Filmpresse kann zweckmäßig mit herkömmlichen Walzenhärten von etwa 15 bis 30 P & J erfolgen (Pusay & Jones Härtegrade, entsprechend Shora A Härtegraden von etwa 93 bis etwa 89) bei normalen Nipbelastungen von etwa 50 bis 80 kN/m und einer Niplänge von etwa 15 bis 30 mm.
Die durch das Lignosulfonat erzielte Viskositätsherabsetzung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass es zu einer besseren Stärkepenetration kommt und deswegen die beiden Auftragswalzen auch mit geringeren Linienlasten, beispielsweise 30 bis 40 nN/m, und geringerem Zug betrieben werden können.
Ferner wird ermöglicht, weichere Walzenbezüge (beispielsweise 40 bis 70 P & J, entsprechend Shore A Härtegraden von etwa 83 bis 73) zu verwenden, um eine größere Niplänge zu erzielen, so dass bessere Festigkeitswerte und eine bessere Stärkeeffizienz erreicht wird. So kann mit einer geringeren Menge an Stärke und damit auch Wasser aufgetragen werden, was zu einer geringeren Rückfeuchtung des Materials führt und die Anzahl von auftretenden Abrissen weiter verringert.

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Oberflächenleimung, einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mittels einer Filmauftragsvorrichtung, die ein Oberflächenbehandlungsmittel als vordosierten Film auf wenigstens eine zugeordnete Oberfläche der Materialbahn aufträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbehandlungsmittel zumindest einen Anteil an Lignosulfonat enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbehandlungsmittel einen Anteil an Stärke enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbehandlungsmittel im wesentlichen aus Stärke besteht mit einem zugemischten Anteil von Lignosulfonat von mindesten 10%, vorzugsweise von mindestens 20%, weiter bevorzugt von mindestens 30%, höchstvorzugsweise von mindestens 40%.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbehandlungsmittel im wesentlichen aus Stärke besteht mit einem zugemischten Anteil von Lignosulfonat von etwa 40%.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbehandlungsmittel einen Feststoffgehalt von über 15%, vorzugsweise von über 18%, höchstvorzugsweise von über 20% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dass die %-Angaben Gewichtsanteile des Oberflächenbehandlungsmittels angeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dass die %-Angaben Volumenanteile des Oberflächenbehandlungsmittels angeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die das Oberflächenbehandlungsmittel eine Viskosität von 10 bis 100 mPas aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auftragsmenge von 0,15 bis 6 g/m² auf die bzw. die jeweilige Oberfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmauftragsvorrichtung als Filmpresse ausgeführt ist, in der die Materialbahn durch einen Walzen-Nip zweier Auftragswalzen hindurchgeführt wird, von denen wenigstens eine das auf einen Außenumfang der Walze dosiert als Film aufgetragene Oberflächenbehandlungsmittel auf eine zugeordnete Oberfläche der Materialbahn überträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmpresse mit einer Nip-Belastung von 50 bis 80 kN/m betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragswalzen einen Bezug mit einer Härte von 40 bis 70 P & J aufweisen und die Filmpresse mit einer derartigen Nip-Belastung betrieben wird, dass eine Nip-Länge größer als 50 mm, vorzugsweise größer als 60 mm und höchstvorzugsweise größer als 70 mm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmpresse mit einer Geschwindigkeit größer als 1600 m/min, vorzugsweise größer als 1900 m/min, weiter bevorzugt größer als 2200 m/min, höchstvorzugsweise größer als 2500 m/min betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmpresse mit einer Geschwindigkeit von etwa 2500 m/min betrieben wird.