DE102010029983A1

DE102010029983A1 - Auftragsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010029983A1
Application number: DE201010029983
Authority: DE
Inventors: Dr. Tietz Martin; Uwe Fröhlich; Ulrike Schneider; John Bergman
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-15
Also published as: WO2011154376A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ein- oder mehrlagigen, gestrichenen Papiers, bei dem anstelle eine gebleichte oder deinkte Fasern enthaltende Deckschicht herzustellen, eine pigmenthaltige Auftragsschicht auf die Oberfläche des erzeugten Rohpapiers aufgestrichen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Auftragsschicht ein- oder mehrschichtig in einer Gesamt-Strichmenge bzw. einem Gesamt-Strichgewicht von 10 bis 30 g/m2 mit einem an sich bekannten ein- oder mehrschichtig auftragenden Vorhang-Auftragswerk aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ein- oder mehrlagigen, gestrichenen Papiers in einer Papier- oder Kartonherstellungsmaschine, bei dem anstelle eine gebleichte Fasern enthaltende Deckschicht herzustellen, eine pigmenthaltige Auftragsschicht auf die Oberfläche des erzeugten Rohpapiers aufgestrichen wird.
Gegenwärtig werden Papiere hergestellt, die aus einem billigen, ungebleichten oder nicht deinkten braunen oder grauen Rücken und einer weißen Faserdecke bestehen. Diese Papiere bleiben entweder ungestrichen oder werden zusätzlich noch mit einem weißen Pigmentstrich versehen. Diese Papiere werden in Fachkreisen als White-Top-Liner (WTL) und White-Top-Testliner (WTTL) bezeichnet. Nachteilig ist, dass die weiße Faserdecke teuer und schwer bereitstellbar ist.
Deshalb hat man in der DE A1-19703466 vorgeschlagen, auf die weiße Decke zu verzichten und die gewünschte weiße Oberfläche ausschließlich durch einen weißen Strich (Auftragsschicht) zu erzielen. Als dazu geeignete Auftragswerke wurden in dieser Druckschrift auf Film-, Blade-, und Freistrahldüsenauftragswerke genannt. Diese Auftragsarten haben wiederum den Nachteil, dass nur relativ geringe Strichdicken möglich sind. Dadurch ist aufgrund der Rauhigkeit des Rohpapiers die aufgebrachte Auftragsschicht lokal unterschiedlich, so dass keine gleichmäßige Weiße erzielt wird. Vielmehr erscheinen einige Stellen dunkler, andere heller. Dieser Negativeffekt wird ”Weiße-Mottling” bezeichnet.
Höhere Strichgewichte, die zu einer gleichmäßigen Weiße führen würden, sind wegen der hohen Strichkosten wirtschaftlich unattraktiv.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines gestrichenen Papiers oder Kartons bereitzustellen, mit welchem eine weiße mottlingfreie Oberfläche erreichbar ist und dazu nur eine moderate Strichmenge benötigt wird. Außerdem ist eine geeignete Vorrichtung und ein gestrichenes Papier anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die weiße ein- oder mehrschichtige Auftragsschicht in einer Strichmenge bzw. einem Strichgewicht von 7 bis 30 g/m² mit einem an sich bekannten ein- oder mehrschichtig auftragenden Vorhang-Auftragswerk aufgebracht wird.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit Hilfe des Vorhang-Auftragswerks eine extrem gleichmäßige Auftragsschicht in Form eines Konturstrichs, der gleichmäßig die Täler und Höhen des Rohpapiers abdeckt, erzielt wird. Dadurch kommt es nicht zu unerwünschtem ”Weiße-Mottling”. Außerdem sind zur Erzielung einer mottlingfreien Oberfläche nur geringe Strichgewichte bzw. Strichmengen notwendig, wodurch sich das Herstellungsverfahren kostengünstiger als jenes des Standes der Technik gestaltet.
Ein solches Vorhang-Auftragswerk trägt das Auftragsmedium 1:1 auf. Das heißt der Auftrag erfolgt ohne Überschuss, so dass auf dem Papier bzw. Karton nur die Menge an pigmenthaltigem Auftragsmedium aufgetragen wird, die auch auf dem Papier verbleiben soll. Man spart dadurch außerdem das Abrakeln und die entsprechenden Rakeleinrichtungen.
Ein derartiges Vorhang-Auftragswerk kann wenigstens eine Schlitzdüse aufweisen, aus der ein ein- oder mehrschichtiger Vorhang direkt nach unten im Wesentlichen der Schwerkraft folgend an die Oberfläche der Rohpapierbahn abgegeben wird. Ein solches Auftragswerk wird auch als ”Slot die” bezeichnet.
Eine weitere mögliche Ausführung eines Vorhang-Auftragswerkes besteht in Form einer Gleitschichtdüse, die auch als ”Slide die” bezeichnet wird. Bei dieser Art Auftragswerk tritt das Auftragsmedium ebenfalls aus wenigstens einer Schlitzdüse aus, läuft aber zunächst über eine Gleitfläche, wo sich die einzelnen Auftragsmedien übereinanderlegen und erst von einer Abrisskante aus nach unten auf das zu beschichtende Papier fallen.
Die Erfinder haben gefunden, dass bei einem vom beschriebenen Vorhang-Auftragswerk abgegebenen Strich die oben angegebene Menge von 7 bis 30 g/m² genügt. Die zu wählende Strichmenge ist dabei abhängig von der Weiße des Rohpapiers und dem Weißewunsch bezüglich des Endproduktes.
Als Hauptbestandteile des Beschichtungsmaterials (des Auftragsmediums bzw. der Streichfarbe) können folgende Pigmente und Füllstoffe verwendet werden:

– Natürliches, gefälltes oder modifiziertes Calciumcarbonat;
– natürliches, calciniertes oder delaminiertes Kaolin,
– Clay, Talkum, Bentonit,
– Silikate (Silikagel, Natrium-, Magnesium-, Aluminium-, Calcium-Silikat);
– Nano- oder Mikrozellulose;
– Aluminiumhydroxid;
– Kunststoffpigmente;
– Titandioxid:

Die angegebenen Beschichtungsmaterialien (Auftragsmedien) ermöglichen es erstmals, dass ein gestrichenes Papier gleichermaßen gut mit verschiedenen Druckverfahren ohne Zwischentrocknung zwischen den einzelnen Druckvorgängen bedruckbar ist. Als Druckverfahren kommen später Offset,- Tintenstrahl-, Tief-, Sieb oder Flexodruck (flexographischer Druck) in Betracht.
Ein Schmieren und Ablagerungen auf Transportbändern in der Druckmaschine und den Weiterverarbeitungsmaschinen werden zuverlässig vermieden. Es werden außerdem Zeit und Kosten eingespart. Außerdem ist die erreichte Druckqualität hervorragend.
Zur Bestimmung der Tropfenfläche ist ein Tropfentest vorgesehen.
Der Tropfentest selbst wird mit einer handelsüblichen Probedruckmaschine der Firma Prüfbau München durchgeführt.
Ziel der Untersuchung mit Hilfe der Probedruckmaschine ist es, das Wegschlagverhalten bzw. die Penetrationsneigung von Papieren zu ermitteln.
Mit Hilfe des Prüfgerätes wird eine definierte Menge an Druckfarbe mittels eines definierten Andrucks auf das zu prüfende Papier erzeugt. Das Druckwerk wird auf eine Kraft von 350 N eingestellt. Die Farbwerkstemperatur beträgt 23°C.
Das zu prüfende Papier wird auf Streifengröße von 230 mm × 47 mm zugeschnitten und auf einen Probenträger gespannt. Vor dem Start des Druckprozesses wird eine definierte Menge an Farbe (18 μl, Flexodruckfarbe z. B. Flexo BS 385 Magnets) auf den Druckzylinder gegeben und anschließend wird der Probenträger mit dem Streifen durch das Gerät geschossen. Nach dem Druckprozess wird der bedruckte Papierstreifen vom Probenträger entnommen und für mindestens 24 Stunden zum Trocknen aufgehängt.
Nach der Trocknung wird der Probenstreifen in einem Scanner eingescannt und bildanalytisch ausgewertet. Hierzu wird ein Graustufenbild (16 Bit grau) mittels Festlegung eines geeigneten Schwellenwertes binarisiert und die Fläche mit einer Software ausgewertet und auf die gescannte Fläche 200 × 40 mm bezogen.
Man erhält damit Aussagen über das Wegschlagverhalten bzw. der Penetrationsneigung des untersuchten Papiers.
Sind die erzeugten Tropfen klein, zeugt das davon, dass gute Bedruckbarkeitseigenschaften gegeben sind. Das heißt, dass die Weiterverarbeitbarkeit in Druckprozessen, wie insbesondere dem flexographischen Druck (Flexodruck ohne Zwischentrocknung) in guter Qualität möglich ist.
Bei großen Tropfen ist die Bedruckbarkeit weniger gut.
Aber auch für andere Druckverfahren, wie Flexodruck mit Zwischentrocknung sowie Offsetdruckverfahren ist die Qualitätsbeurteilung des Papiers mittels Tropfentest geeignet.
Es wurde außerdem gefunden, dass eine Strichmenge zwischen 7 und 30 g/m², vorzugsweise zwischen 8 und 20 g/m² ausreichend ist bei einer Weiße von <= 40% des Rohpapiers und einer gewünschten Weiße des Endproduktes von gleich oder mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 70%.
Das Flächengewicht einer weißen Faserdecke einschließlich einer Schonschicht kann bei ungestrichenen White Topliner (WTL) und White-Test-Topliner (WTTL) etwa 40 bis 70 g/m² betragen. Diese teure Decke kann erfindungsgemäß teilweise durch eine billige Faser des Rückens und teilweise durch den Strich ersetzt werden. Daraus ergibt sich eine Einsparung von Rohstoffkosten.
Hingegen bei ungestrichenen WTL und WTTL kann das Flächengewicht der weißen Faserdecke ca. 25–50 g/m² und das Strichgewicht etwa 10 bis 25 g/m² betragen. Auch hier kann die teure weiße Faserdecke teilweise durch eine billige Faser ersetzt werden, so dass sich ebenfalls eine Einsparung an Rohstoffkosten ergibt. Zudem lassen sich durch das Entfallen einer zweiten Stofflinie (die der weggefallenen weißen Faserdecke) weitere Einsparungen erzielen.
Anders als beim vorstehend angesprochenen ungestrichenen Liner (Papiersorte) stehen dem in diesem Fall keine zusätzlichen Kosten für das Auftragswerk und die Streichfarbenaufbereitung gegenüber, weil konventionelle Produktionslinien für gestrichenen Liner definitionsgemäß ohnehin ein Streichaggregat bzw. Auftragswerk enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft ausgestalten, indem vor dem Aufbringen der ein- oder mehrschichtigen weißen Auftragsschicht eine Glättung des Papiers vorgenommen wird. Der Glättvorgang kann mit allen bekannten Glättwerken vorgenommen werden. Als Glätte werden Werte zwischen 150 und 1600 ml/min, vorzugsweise 250 bis 1000 ml/min – gemessen nach Bendtsen – erreicht.
Die anschließend aufzubringende „weiße” Auftragsschicht ist infolge der Vorglättung ebenfalls glatt und gewährleistet damit eine besonders gute Bedruckung.
Das erfindungsgemäße Verfahren und der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich für ein Rohpapier, welches eine flächenbezogene Masse (FbM) von 90 bis 300 g/m² aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in weiteren Unteransprüchen dargelegt.
Neben der möglichen Einfachschicht ist es besonders zweckmäßig, eine Mehrfachschicht mit dem Vorhang-Auftragswerk aufzutragen. Hierbei hat man den Vorteil, dass sich verschiedene Funktionen des Stichs durch einzelne Schichten des Auftragsmediums bzw. eines Farbfilms erzielen lassen. So kann beispielsweise die untere Schicht aus einer Streichfarbe bestehen, die gute Weiße, Opazität und Abdeckung erzielt. Mit der Erfindung erreicht man einen Weißgrad, der 62 bis 82%, vorzugsweise 64 bis 74% und höchstvorzugsweise 64 bis 72%. Die obere Schicht dagegen kann dann auf eine bestimmte Glätte und Bedruckbarkeit optimiert sein. In diesem Zusammenhang sind weitere Varianten, beispielsweise auch das Vorhandensein einer mittleren Schicht, denkbar.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens sowie ein beschichtetes Papier gemäß Anspruch 10, welches mit dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung hergestellt ist.
Das erfindungsgemäß hergestellte und beschichtete Papier ist geeignet für verschiedene spätere Druckverfahren. So lässt sich dieses Papier bzw. Karton (brown board) beispielsweise mit Offset-, Tief-, Sieb-, Tintenstrahl oder Flexodruckern ohne Zwischentrocknung in hoher Qualität bedrucken.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden.
Es zeigt:
Die einzige Figur, ein Vorhang-Auftragswerk in schematischer Seitenansicht für einen einschichtigen Auftrag auf eine laufende Faserstoffbahn.
Als Vorhang-Auftragswerk 1 ist eine so genannte Slot die (Schlitzdüse) zum einschichtigen Auftragen eines Auftragsmediums M auf ein zu beschichtendes Papier 2 gewählt. Wie in 1 erkennbar, ist das Papier 2 hier eine in Laufrichtung L mit einer Geschwindigkeit von größer 1000 m/min sich bewegende Rohpapierbahn. Das Vorhang-Auftragswerk ist oberhalb des zu beschichtenden Papiers 2 bzw. der Bahn und vom Papier bzw. der Bahn beabstandet angeordnet.
Das Vorhang-Auftragswerk 4 weist einen oberhalb der Bahn 2 angeordneten und an die Breite der zu beschichtenden Bahn 2 angepassten Auftragskopf 3 auf.
Aus einer durchgängigen Auftragskammer 4, die in eine entsprechende Abgabe-Schlitzdüse 5 übergeht, welche in ihrer Spaltweite a einstellbar ist, fällt das Auftragsmedium M direkt nach unten in Form eines sich im Wesentlichen schwerkraftbedingt bewegenden und eine Höhe h aufweisenden Vorhanges 6. Der Vorhang 6 trifft in einer Auftrefflinie b (in Querrichtung der Bahn 2) auf der Oberfläche der laufenden Bahn auf und legt sich dabei als Konturschicht 7, die eine weiße Deckschicht bildet ab.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19703466 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines ein- oder mehrlagigen, gestrichenen Papiers in einer Papier- oder Kartonherstellungsmaschine, bei dem anstelle eine gebleichte oder deinkte Fasern enthaltende Deckschicht herzustellen, eine pigmenthaltige Auftragsschicht auf die Oberfläche des erzeugten Rohpapiers aufgestrichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsschicht ein- oder mehrschichtig in einer Gesamt-Strichmenge bzw. einem Gesamt-Strichgewicht von 10 bis 30 g/m² mit einem an sich bekannten ein- oder mehrschichtig auftragenden Vorhang-Auftragswerk aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsschicht bei einer Weiße von <= 40% des Rohpapiers in einer Strichmenge bzw. in einem Strichgewicht von ca. 15 bis 25 g/m² aufgetragen wird und damit eine Weiße des gestrichenen Papiers bzw. Karton im Bereich von >= 60%, vorzugsweise >= 70% erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ein- oder mehrschichtige Auftragsschicht aus natürlichem, gefälltem oder modifiziertem Calciumcarbonat; natürlichem, calciniertem oder delaminiertem Kaolin, aus Clay, Talkum, Bentonit, Silikate, wie Silikagel, Natrium-, Magnesium-, Aluminium-, Calcium-Silikat, Nano- oder Mikrozellulose, Aluminiumhydroxid, Kunststoffpigmenten, Titandioxid sowie Kombinationen aus den genannten Stoffen besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Papier eine Tropfenfläche von gleich/kleiner 25 cm², vorzugsweise gleich/kleiner 20 cm² aufweist, die mit einem Tropfentest bestimmt wird und wobei der Tropfentest als Nachweis für die Bedruckbarkeitseigenschaften des Papiers dient.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mehrschichtigen Auftrag als unterste Auftragsschicht eine solche aufgetragen wird, die einen hohen Weißgrad, hohe Opazität und Abdeckung erzielt, wohingegen als oberste Schicht eine solche aufgetragen wird, die eine Glätte und Bedruckbarkeitseigenschaften aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohpapier ein solches verwendet wird, welches eine flächenbezogene Masse (FbM) von 90 bis 300 g/m² aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der ein- oder mehrschichtigen weißen Auftragsschicht eine Glättung des Papiers vorgenommen wird, so dass eine Glätte zwischen 150 und 1600 ml/min, vorzugsweise 250 bis 1000 ml/min – gemessen nach Bendtsen – erreicht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an sich bekanntes Vorhang-Auftragswerk vorgesehen ist, mit welchem ein ein- oder mehrschichtiger Vorhang abgebbar ist, der im Wesentlichen der Schwerkraft folgend auf die Oberfläche des zu beschichtenden Rohpapiers herabfällt und dort eine weiße ein- oder mehrschichtige Auftragsschicht erzielt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhang-Auftragswerk als Schlitzdüse (slot die) oder als Gleitschichtdüse (slide die) ausgebildet ist.
Beschichtetes Papier, welches mit einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 7 sowie mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 8 und 9 hergestellt ist und dieses beschichtete Papier eine Tropfenfläche von gleich/kleiner 25 cm², vorzugsweise gleich/kleiner 20 cm² aufweist und mit verschiedenen Druckverfahren, beispielsweise im Offset-, Tief-, Sieb-, Tintenstrahl-, oder Flexodruck ohne Zwischentrocknung zwischen den einzelnen Druckvorgängen bedruckbar ist.