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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gefärbten Materialbahn,
insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, bei dem eine aufbereitete
Faserstoffsuspension bereitgestellt und einer Maschine (1)
zur Herstellung der Materialbahn (18) zugeführt wird.
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Bei
bekannten Verfahren werden gefärbte Papiere,
wie beispielsweise Dekorpapiere, farbige Schreib- und Druckpapiere,
Mundstückpapiere,
Seidenpapiere, in der Masse gefärbt. 1 zeigt
ein bekanntes Verfahren in vereinfachter Darstellung. Die ungefärbten Fasern
werden in einer Mischbütte
oder Maschinenbütte 21 bei
einer Stoffdichte von ca. 2 bis 4% über die Faserstoffzuführleitung 8 vorgelegt.
Die Farbe wird unter Rühren
langsam über
die Farbzugabeleitung 12 der Faserstoffsuspension zugeführt bis die
gewünschte
Suspensionsfarbe erreicht ist. Anschließend wird die Suspension über den
konstanten Teil und die Stoffauflaufleitung 11 einer Papiermaschine 1 zugeführt und
das gefärbte
Papier aus den gefärbten
Fasern in üblicher
Weise auf einer Papiermaschine, welche einen Stoffauflauf 13,
eine Formiersektion 2, eine Pressensektion 3 und
eine Trocknungssektion 4 umfasst, hergestellt. Es kann
solange gefärbtes
Papier produziert werden, bis die Faserstoffsuspension in der Mischbütte oder
Maschinenbütte 21 aufgebraucht
ist. Um eine quasi kontinuierliche Produktion zu erreichen, wird
eine zweite Misch- oder Maschinenbütte 22 mit gefärbten Fasern
bereitgestellt. Es kann somit durch die Steuerung der Ventile 9 und 9.1 immer
eine Misch- oder Maschinenbütte 21, 22 für die Produktion
verwendet werden, während in
der anderen Misch- oder Maschinenbütte 21, 22 eine
neue Charge Fasern durch Zugabe von Farbe über die Farbzugabeleitung 12.1 gefärbt wird.
Da der Farbort der Faserstoffsuspension nicht immer exakt dem gewünschten
Farbort der Farbe der Materialbahn, in diesem Beispiel einer Papierbahn,
ergibt, kann über
die Farbzugabeleitung 12.2 durch Nachfärben versucht werden, Abweichungen
des Farbortes zu korrigieren.
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Diese
Betriebsart, bei der ein bestimmtes, vorgelegtes Volumen an gefärbter Faserstoffsuspension
zu Papier verarbeitet wird, hat zum einen den Nachteil, dass wenig
Flexibilität
bezüglich
der Menge an produziertem Papier möglich ist, zum anderen ist es
kaum möglich,
für jede
Charge den exakt gleichen Farbort der Papierfarbe zu erreichen.
Dies kann Qualitätseinbußen zur
Folge haben.
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Einweiterer
Nachteil besteht darin, dass bei Farbwechsel das Farbsystem des
konstanten Teils mit allen Rohrleitungen und Bütten aufwändig gereinigt werden muss.
Dies ist zeit- und kostenintensiv.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine praktische, kostengünstige Lösung anzugeben,
welche diese Nachteile nicht aufweist.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruches 1 gelöst. Die
Lösung
besteht aus einem Verfahren zur Herstellung einer gefärbten Materialbahn,
insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, bei dem eine
aufbereitete Faserstoffsuspension bereitgestellt und einer Maschine
zur Herstellung der Materialbahn zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass mindestens eine Seite der Materialbahn innerhalb der Maschine
zur Herstellung der Materialbahn durch das Auftragen eines Mediums
gefärbt
wird.
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Bei
diesem Verfahren wird die Farbe kontinuierlich auf die Materialbahn
aufgetragen. Dadurch wird eine kontinuierliche Produktion mit konstanter Qualität der Materialbahn
möglich.
Bei dieser Lösung müssen keine
großen
Volumina an gefärbter
Faserstoffsuspension mehr vorgehalten werden, wodurch ein Farbwechsel
in kürzester
Zeit möglich
wird. Zudem entfällt
bei Farbwechsel eine aufwändige
Reinigung des Zuführsystems
zur Maschine zur Herstellung einer gefärbten Materialbahn, da sich
nur ungefärbte
Fasern im System der Faserstoffaufbereitung und dem Faserstoffzuführsystem
befinden. Der Laufzeit-Wirkungsgrad
der Maschine, insbesondere der Papiermaschine, kann somit beträchtlich
erhöht
werden.
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Ein
weiterer Vorteil besteht, bei der Verwendung eines Scanners zur
Qualitätskontrolle
der Materialbahn, darin, dass der Farbauftrag nur eine kurze Strecke
vom Scanner entfernt ist und somit sehr schnelle Regeleingriffe
möglich
sind.
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Des
Weiteren ist der apparative Aufwand zur Umsetzung des Verfahrens
geringer, da keine Farbbütten
mehr benötigt
werden.
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Durch
den direkten Farbauftrag auf die Oberfläche der Materialbahn wird weniger
Farbe als bei der Massefärbung
benötigt.
Dadurch sind auch die Betriebskosten durch das erfindungsgemäße Verfahren
niedriger als bei bekannten Verfahren.
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Die
Maschine zur Herstellung der Materialbahn, insbesondere eine Papiermaschine,
besteht aus einer Formiersektion, einer Pressensektion und einer
Trocknungssektion. In diesen Sektionen kann das erfindungsgemäße Verfahren
vorteilhaft angewendet werden.
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Vorteilhaft
ist, wenn das Medium mittels eines berührungslos arbeitenden Auftragsaggregates aufgetragen
wird. Die Materialbahn wird dadurch schonend gefärbt und die Runability der
Maschine nicht beeinträchtigt,
sondern unterstützt.
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Das
Medium oder Auftragsmedium umfasst Farbpigmente und/oder flüssige Farbstoffe
und/oder ist frei von Füllstoffen.
Dadurch unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren von bekannten, sogenannten Farbauftragsverfahren.
Bei diesen Verfahren handelt es sich um Streichverfahren zum Auftragen
von anorganischen Pigmenten, wie beispielsweise Kaolin und Titandioxid,
zur Verbesserung der Materialbahnoberfläche hinsichtlich der weiteren
Verwendung, zum Beispiel der besseren Bedruckbarkeit. Eine Färbung der
Papierbahn im Sinne der Erfindung findet dadurch nicht statt.
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Die
Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Herstellung von
gefärbten
Spezialpapieren. Das Verfahren kann vorteilhaft angewendet werden
bei Dekorpapieren, farbigen Schreib- und Druckpapieren, Zigaretten-Mundstückpapieren,
Seidenpapieren und anderen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn als berührungslos
arbeitendes Auftragsaggregat ein Vorhangauftragsaggregat, auch Curtain
Coater genannt, verwendet wird. Dieses kann als Einschicht- oder
Mehrschichtauftragsaggregat ausgeführt sein, bei dem Letzteren
können
gleichzeitig mehrere Schichten, die aus einem Medium oder jeweils
aus unterschiedlichen Medien bestehen können.
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Bevorzugt
wird ein Sprühauftragsaggregat als
berührungslos
arbeitendes Auftragsaggregat verwendet. Damit lässt sich insbesondere ein gewünschtes
Auftragsquerprofil auf einfache Art und Weise einstellen.
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In
einer praktischen Ausführungsform
wird als berührungslos
arbeitendes Auftragsaggregat ein Düsenfeuchter mit Zweistoffdüsen und/oder
mit pneumatischen Zerstäuberdüsen verwendet.
Der Durchsatz des Mediums ist vorzugsweise sektional in Laufrichtung
der Materialbahn und/oder in Querrichtung einstell- und/oder regelbar.
Vorzugsweise ist jede Düse
einzeln einstell- und/oder regelbar. Die Temperatur des Mediums
beträgt
für eine
gute Zerstäubung
zweckmäßigerweise
40 bis 90°C.
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Die
Düsen sind
vorzugsweise in einer oder in mehreren Reihen quer zur Laufrichtung
der Materialbahn angeordnet. Die Düsen in einer Reihe können zick-zack-förmig angeordnet
sein.
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Bei
der Herstellung von gefärbten
Papieren ist es vorteilhaft, wenn die pneumatische Zerstäuberdüsen aus
einer zentralen Bohrung und/oder aus mehreren kreisförmig angeordneten
Auslassöffnungen
für die
Farbdispersion oder Farbsuspension oder Farblösung und aus einem weiter außen liegenden Ringspalt
für das
gasförmige
Zerstäubungsmedium bestehen.
Die Zerstäubung
in der Düse
erfolgt durch ein Zerstäubungsgas,
insbesondere Luft oder Dampf. Die pneumatischen Zerstäuberdüsen können weiter
als innen mischende oder außen
mischende Düsen
ausgeführt
sein.
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Es
können
Vollkegel-, Hohlkegel- oder Flachstrahldüsen eingesetzt werden.
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Zur
Beeinflussung des Auftragsquerprofils ist in einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung der Durchfluss der Düsen in mindestens einer Reihe
einzeln steuerbar und/oder regelbar.
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Vorteilhaft
ist, wenn die Flüssigkeitszufuhrleitungen
der Düsen
Nadelventile und/oder pulsweitenmodulierte Auf-zu-Ventile zur Einstellung
des Durchflusses aufweisen. Die Auf-zu-Ventile zeichnen sich dadurch
aus, dass nur die Öffnungszeit
für die
Regelung des Durchsatzes verändert
wird, wobei die Ventilöffnung
beim Regel- oder Steuervorgang entweder den Zustand „offen” oder „zu” einnimmt.
Dadurch lassen sich auch kleinste Durchsätze sehr genau einstellen.
Diese Ventile sind auch unempfindlich bezüglich der Verstopfungsgefahr
bei der Anwendung von gefärbten,
Feststoff enthaltenden Auftragsmedien.
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Bei
einer praktischen Ausführungsform
werden im Sprühstrahl
Tropfengrößen mit
einem mittleren Sauterdurchmesser von kleiner als 100 μm erzeugt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn im Sprühstrahl
des Düsenfeuchters
Tropfengrößen mit
einem mittleren Sauterdurchmesser in einem Bereich von 10 bis 50 μm erzeugt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Abstand der Düsen
zur Bahn auf 60 bis 150 mm eingestellt.
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Für eine gute
Auftragsqualität
werden in einer weitere bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 10
bis 50 Düsen
pro Meter in einer Reihe quer zur Laufrichtung der Materialbahn
eingesetzt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass beide Seiten der Materialbahn gefärbt werden.
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In
diesem Fall kann der Auftrag auf die beiden Seiten der Materialbahn
simultan erfolgen. In einer zweckmäßigen Ausführungsform erfolgt der Auftrag
des Mediums auf die beiden Seiten nacheinander.
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In
einer zweckmäßigen, alternativen
Ausführungsform
erfolgt die Färbung
der Materialbahn durch den Auftrag mehrerer Medienschichten unterschiedlicher
Farbe, nach dem Prinzip der additiven Farbmischung.
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Hierzu
wird ein Auftragsaggregat verwendet, das so ausgebildet ist, dass
mehrere aufeinanderfolgende Aufträge möglich sind.
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Die
Auftragsmedien werden in mehrere Farbschichten unterschiedlicher
Farbe aufgetragen. Im Falle der Verwendung eines Düsenfeuchters
werden mehrere Düsenreihen
in Laufrichtung der Materialbahn hintereinander angeordnet. Zumindest
zwei Düsenreihen
werden mit einem Medium unterschiedlicher Farbe beschickt. Die Farben
addieren sich zu der gewünschten
Farbe auf der Materialbahn. Durch entsprechende Anpassung des Durchsatzes
der Auftragsmedien der Düsenreihen
lässt sich
der Farbort der gefärbten
Materialbahn einstellen.
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Bei
der Verwendung eines Vorhangauftragsaggregates in einer weiteren
alternativen Ausführungsform
für das
erfindungsgemäße Verfahren
werden Schichten unterschiedlicher Farbe im Auftragsaggregat zusammengeführt und
als ein einziger, mehrschichtiger Vorhang zumindest einer Materialbahnseite
zum Zwecke der Färbung
zugeführt.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt die Färbung durch
den Auftrag mehrerer Medien gleicher Farbe. Dies kann dann vorteilhaft
sein, wenn eine bestimmte Deckkraft gewünscht oder erforderlich ist.
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Für einen
mehrschichtigen Auftrag ist es auch möglich, dass mehrere aufeinanderfolgende Auftragsaggregate
verwendet werden. Dies gilt sowohl für das Auftragen von Auftragsmedien
gleicher Farbe, als auch für
das Auftragen von Auftragsmedien unterschiedlicher Farbe.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten, praktischen Ausführungsform wird die Materialbahn
bei einem Trockengehalt von kleiner als 70% gefärbt. Durch das Auftragen auf
noch feuchte Fasern der Materialbahn wird eine gleichmäßige Färbung der Materialbahn
erreicht.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das Medium im Bereich einer besaugten Vorrichtung
der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer
Papiermaschine, aufgebracht wird. Die besaugte Vorrichtung kann
eine Siebsaugwalze, Saugpresswalze, Saugwalze und/oder eine Bahnstabilisierungseinrichtung,
wie beispielsweise ein Bahnstabilisator in der Trockenpartie sein.
Die Farbhaftung und die Abdeckung werden dadurch verbessert.
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Bei
einer weiteren praktischen Ausführungsform
wird das Medium nach dem Randbeschnitt der Materialbahn aufgebracht.
Der abgeschnittene ungefärbte
Randstreifen kann somit rezirkuliert und zur Herstellung der Materialbahn
wieder verwendet werden. Eine vorteilhafte Stelle für das Auftragen
des Mediums in einer Papiermaschine befindet sich daher nach oder
am Ende der Formiersektion. Geeignete weitere Stellen für das Auftragen
des Mediums sind auch die Pressensektion und die Trocknungssektion.
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In
einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Farbort der gefärbten
Materialbahn (18) durch einen Scanner ermittelt und das
Farbquer- und/oder Farblängsprofil
geregelt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird der Farbauftrag in Quer- und/oder Längsrichtung zur Erzielung von
Farbmustern auf der Materialbahn gesteuert. So lässt sich beispielsweise ein
Streifendekor oder, durch Taktung des Farbauftrages, ein variierendes
Muster in Laufrichtung der Materialbahn erzeugen.
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Der
Durchsatz des Mediums ist vorzugsweise sektional in Laufrichtung
der Materialbahn und/oder in Querrichtung einstell- und/oder regelbar.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 eine
bekannte Vorrichtung zur Herstellung einer gefärbten Materialbahn.
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2 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer gefärbten
Materialbahn.
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Die
in der 1 gezeigte, bekannte Vorrichtung zur Herstellung
einer gefärbten
Materialbahn wurde bereits in der Einleitung beschrieben und an dieser
Stelle darauf verwiesen.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer gefärbten
Materialbahn 18, am Beispiel einer Papiermaschine zur Herstellung
einer gefärbten
Papierbahn 18, dargestellt. Die Papiermaschine umfasst
einen Stoffauflauf 13 zur gleichmäßigen Verteilung und Aufbringung
der Faserstoffsuspension in die Formiersektion 2. Dort
werden die Fasern der Faserstoffsuspension formiert und durch Entwässerung
zueinander fixiert. Die Entwässerung
wird durch saugende Entwässerungselemente 19 forciert
und in ihrem Verlauf gesteuert. Für die Beeinflussung der Formation
ist ein Egoutteur 5 vorgesehen. In der Formiersektion 2 werden
Randstreifen 7 von der formierten Papierbahn 18 durch
einen Randbeschnitt mittels eines Saumspritzrohres 6 beschnitten.
Die abgeschnittenen Randstreifen 7 werden aus der Papiermaschine 1 weg-
und zurück in
die Stoffaufbereitung zur Wiederverwertung geführt. Das Wegführen kann
schon unmittelbar nach den Saumspritzrohren eingeleitet werden,
um bei einer nachfolgenden Färbung
(20.2) die Färbung
des Randstreifens 7 zu vermeiden. In diesem Beispiel wird
die Formiersektion 2 durch ein Langsieb gebildet, welches
am Ende eine Siebsaugwalze zur Umlenkung des Siebes mit der Papierbahn
und zur weiteren Entwässerung
aufweist. Nach der Formiersektion 2 wird die Papierbahn 18,
welche einen Trockengehalt im Bereich von 14 bis 21% besitzt, durch
einen Filz vom Langsieb in die Pressensektion 3 überführt und
in Pressnips entwässert.
Die erste Presse weist zwei Pressnips zwischen einer Saugpresswalze 17 und
einer ersten Presswalze und einer zweiten Presswalze auf. Im ersten
Nip wird die Papierbahn zwischen zwei Filzen gepresst, während im
zweiten Nip nur gegen einen Filz gepresst wird. Nach der ersten
Presse wird die Papierbahn 18 an einen weiteren Pressfilz übergeben
und durch den dritten Pressnip geführt und weiter entwässert. Je
nach Papiersorte liegt der Trockengehalt am Ende der Pressensektion 3 im
Bereich zwischen 45 und 65%. Anschließend wird die Papierbahn 18 von
einem Trockensieb übernommen
und durch die erste Trockengruppe der Trocknungssektion 4 geführt. In
diesem Beispiel umfasst die Trocknungssektion eine Reihe von oben
liegenden Trockenzylindern und eine Reihe von unten liegenden Saugwalzen 16,
um die die Papierbahn 18 mäanderförmig herumgeführt ist.
Die sich anschließende
zweite Trockengruppe ist nur teilweise dargestellt.
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Der
Papiermaschine 1 ist eine nicht dargestellte Stoffaufbereitung
und ein vereinfacht dargestellter konstanter Teil zur Versorgung
mit Faserstoffsuspension vorgelagert. Die aufbereitete Faserstoffsuspension
wird kontinuierlich über
die Faserstoffzuführleitung 8 der
Maschinenbütte 21 zugeführt und mit
einer Pumpe 10 über
die Stoffauflaufzuführleitung 11 zum
Stoffauflauf 13 der Papiermaschine 1 gepumpt.
Es erfolgt somit keine Färbung
im konstanten Teil vor der Papiermaschine 1.
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In
der 2 sind bevorzugte Stellen (20, 20.1, 20.2, 20.3, 20.4, 20.5, 20.6, 20.7, 20.8)
für den Auftrag
des Mediums zum Färben
der Papierbahn gezeigt. Diese Auftragsstellen können alternativ oder in zweckmäßigen Kombinationen
genutzt werden.
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So
kann das Färben
schon am Beginn der Formiersektion 2 an den Stellen (20, 20.1)
durchgeführt
werden. Da an diesen Stellen die Faserstoffsuspension noch sehr
viel Wasser enthält,
kann eine gute Durchfärbung
der Fasern erreicht werden. Am Ende der Formiersektion wird die
Färbung
der Papierbahn 18 bevorzugt durchgeführt, insbesondere, wenn die
Stellen (20.2, 20.3) für den Auftrag des Mediums nach
dem Randbeschnitt durch das Saumspritzrohr 6 und nach dem
Wegführen
der Randstreifen 7 angeordnet sind.
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Eine
besonders günstige
Auftragsstelle (20.3) befindet sich gegenüber der
Siebsaugwalze 14. Die aufgetragene Farbe penetriert durch
den Saugeffekt wesentlich besser in die Papierbahn hinein. Es ergibt
sich somit eine bessere Abdeckung.
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In
der Pressensektion 3 ist es möglich, sowohl die Unterseite
(Stelle 20.4) als auch die Oberseite (Stelle 20.5)
der Papierbahn 18 zu Färben.
In beiden Fällen
ist es von Vorteil, wenn gegenüber
der Auftragsstelle (20.4, 20.5) ein Saugelement
installiert ist.
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Die
dargestellten Trocknungssektion 4 eignet sich besonders
für die
Färbung
der Unterseite (Stellen 20.5, 20.6, 20.7, 20.8)
der Papierbahn. Bevorzugt werden für das Auftragen des Mediums
wieder die Bereiche gegenüber
von Saugwalzen 16 und Bahnstabilisatoren 15 genutzt.
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- 1
- Maschine,
Papiermaschine
- 2
- Formiersektion
- 3
- Pressensektion
- 4
- Trocknungssektion
- 5
- Egouteur
- 6
- Saumspritzrohr
- 7
- Randstreifen
- 8
- Faserstoffzuführleitung
- 9
- Ventil
- 10
- Pumpe
- 11
- Stoffauflaufzuführleitung
- 12
- Farbzugabeleitung
- 12.1
- Farbzugabeleitung
- 13
- Stoffauflauf
- 14
- Siebsaugwalze
- 15
- Bahnstabilisator
- 16
- Saugwalze
- 17
- Saugpresswalze
- 18
- Materialbahn
- 19
- Entwässerungselement
- 20
- Auftragsaggregat
- 20.1
- Auftragsaggregat
- 20.2
- Auftragsaggregat
- 20.3
- Auftragsaggregat
- 20.4
- Auftragsaggregat
- 20.5
- Auftragsaggregat
- 20.6
- Auftragsaggregat
- 20.7
- Auftragsaggregat
- 20.8
- Auftragsaggregat
- 21
- Maschinenbütte
- 22
- Maschinenbütte