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Formiersiebe sind in der Regel ein- oder mehrlagige gewebte textile Strukturen. In der Literatur sind auch Formiersiebe mit Beschichtungen beschrieben, welche das Ziel haben, die mechanische Stabilität oder die Reinigbarkeit zu verbessern. Allen gemeinsam ist, dass die Permeabilität des Formiersiebes durch die Beschichtung nicht oder nur geringfügig gesenkt wird, was im wesentlichen dadurch erzielt wird, dass die Siebporen nicht versiegelt werden bzw. der Durchmesser der Siebporen nicht wesentlich verringert wird.
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Das Dokument
WO 2006/030066 beschreibt eine textile Struktur, bei welcher Kette und Schuss auf einer Seite der Struktur durch ein mittels eines thermischen Sprühprozesses aufgebrachtes Polymerharz verbrückt sind, wobei sich die Permeabilität durch die Beschichtung nur unwesentlich ändert.
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Die
GB 1058616 beschreibt Formiersiebe, welche mit einem synthetischen Polymerharz ausgerüstet sind, welches die Zwischenräume im Kontaktbereich von Kett- und Schussfäden ausfüllt.
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Des Weiteren sind Formiersiebe für die Herstellung von Hygienepapieren z.B. aus der Offenlegungsschrift
WO 00/75423 bekannt. Auf diese ist ein Muster aus Polymerharz aufextrudiert, welches zumindest teilweise über die ursprüngliche Oberfläche des Formiersiebs herausragt. Ziel hierbei ist es, das aufextrudierte Muster in das Papier einzuprägen.
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Die Patentschrift
EP 1818448 B1 beschreibt die Verwendung von Formiersieben für die Herstellung von Packpapier auf Langsiebmaschinen. In die beschriebenen Formiersiebe ist Polymerharz in Form von diskreten, nicht permeablen Flächeninseln eingelagert, welche nicht über die Blattbildungsseite vorstehen. Das erzeugte Packpapier weist in den Bereichen, die Kontakt zu den Inseln hatten, eine geringere Faserdichte und damit eine höhere Permeabilität auf, als dort, wo es Kontakt zu den durchlässigen Bereichen des Formiersiebes hatte. Vorteilhaft wird die hohe Permeabilität des gebildeten Packpapiers bei gleichzeitig guter Stabilität angeführt. Die nicht permeablen Flächeninseln sind gleich groß, haben gleiche Formgebung, z.B. kreisrund, oval, rechteckig und sind regelmäßig angeordnet (regelmäßiges Muster). Die Größe der Flächeninseln (Durchmesser) beträgt das 0,1- bis 1-fache der durchschnittlichen längengewichteten Faserlänge der verwendeten Papierfasern.
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Allen beschriebenen Formiersieben ist dabei gemeinsam, dass durch die Webart und/oder die Beschichtung des Formiersiebs Vorzugsrichtungen vorgegeben sind, entlang derer die auf dem Formiersieb gebildete Faserstoffbahn verstärkt entwässert. Dies sind insbesondere die Diagonalen, welche durch das Webmuster gebildet werden. Dadurch kommt es häufig zu unerwünschten Markierungen im fertigen Produkt, welche bereits in einem sehr frühen Zustand der Blattbildung angelegt werden und später nicht mehr korrigierbar sind.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Formiersieb und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welches Markierungen, insbesondere durch verstärkte Entwässerung entlang der Diagonalen, entgegenwirkt, ohne die Permeabilität und damit die Entwässerungfähigkeit des Formiersiebes zu beeinträchtigen.
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Die Aufgabe wird durch ein Formiersieb gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 9 jeweils in Kombination mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.
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Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Formiersieb nicht oder nur geringfügig permeable Bereiche aufweist, die in zufälligen und/oder quasi-zufälligen Mustern ausgebildet sind.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Bereiche durch Bedrucken mittels Inkjet-Druck oder durch Düsendruckbeschichtung auf das Formiersieb aufgebracht werden.
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Vorteilhafterweise unterscheiden sich solche Formiersiebe von nicht derartig ausgebildeten Formiersieben durch eine geringere Markierungsneigung im gebildeten Blatt, da regelmäßige Strukturen des Formiersiebs von unregelmäßigen Strukturen des Beschichtungsmusters überlagert werden. Die impermeablen Bereiche führen dabei durch ihre zufällige Verteilung zu keiner sichtbaren oder störenden Markierung im Papier.
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Weiterhin ist eine Erhöhung der Biege- und Verschiebesteifigkeit von Formiersieben zu verzeichnen, was die Handhabung und die Lebensdauer des Formiersiebs positiv beeinflusst.
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Auch eine erhöhte Ascheretention bei der Papierherstellung konnte verzeichnet werden, so dass die im Paper erwünschten Zusatzstoffe weniger stark ausgewaschen werden und in verbessertem Maß im gebildeten Blatt verbleiben.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Vorteilhafterweise können die Bereiche an einer Laufseite und/oder an einer Maschinenseite des Formiersiebs ausgebildet sein.
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Bevorzugt können die Bereiche durch eine oder mehrere vollständig oder partiell ausgefüllte Siebporen gebildet sein. Dadurch wird ein sehr feines Musterbild erzeugt, welches keine eigenen Markierungen durch veränderte Strömungsverhältnisse hervorruft.
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Vorteilhafterweise sollten die Bereiche einen Durchmesser von weniger als 2 mm, bevorzugt von weniger als 1 mm und besonders bevorzugt von weniger als 0,5 mm aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anteil der Bereiche an der gesamten Oberfläche des Formiersiebs zwischen 1% und 35%, bevorzugt zwischen 3% und 20% betragen. In diesem Bereich kann eine optimale Verwischung der Markierungen des Formiersiebs erzielt werden.
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Bevorzugt ist die Luftdurchlässigkeit des Formiersiebes durch die Bereiche um 1 bis 40%, bevorzugt um 2 bis 25% verringert.
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Von Vorteil ist insbesondere, dass die Bereiche in einer Vielzahl von Formen wie beispielsweise Quadraten, Kreisen oder anderen regelmäßigen oder unregelmäßigen Formen ausgebildet sein können, so dass beliebigen Formiersiebvarianten, welche beispielsweise auf Geweben oder Membranen basieren können, durch eine entsprechende Auswahl der Form der Bereiche Rechnung getragen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Bereiche einem Verteilungsgradienten folgen. Insbesondere kann in der Mitte des Formiersiebs eine geringere Dichte an verschlossenen Siebporen vorhanden sein als in Randbereichen.
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Weiterhin kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Formiersieb mit einem Muster, welches die Größe des Formiersiebes besitzt, bedruckt werden.
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Eine alternative Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das Formiersieb mit aneinander anschließenden kleineren Musterflächen bedruckt wird. An dieser Variante ist besonders von Vorteil, dass beliebig breite und lange Formiersiebe mit geringem Aufwand bedruckt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
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1 eine rasterelektronenmikroskopische Aufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Formiersieb, und
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2A–2B eine schematische Darstellung von zufälligen und quasizufälligen Mustern, die für die Anwendung auf ein erfindungsgemäßes Formiersieb geeignet sind.
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In 1 ist anhand einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Formiersiebs 1 in einer Aufsicht dargestellt. Das Formiersieb 1 ist zur Blattbildung in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, geeignet. Im Ausführungsbeispiel ist das Formiersieb 1 in Form eines Gewebes aus einander kreuzenden Fäden 4 und 5 hergestellt, es kann jedoch auch in Form eines Geleges, einer Membran oder Folie oder einer anderen geeigneten Struktur vorliegen.
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Durch die sich kreuzenden Fäden 4, 5 des Gewebes oder Geleges bzw. durch Öffnungen in der Membran oder Folie werden Siebporen 3 gebildet, deren Größe und dichte die Permeabilität des Formiersiebs 1 bestimmen.
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Auf eine nähere Beschreibung des Formiersiebs 1 bzw. auf eine detaillierte Angabe von Webmustern und anderen strukturellen Merkmalen an dieser Stelle kann verzichtet werden, da Formiersiebe 1 in ihrer Struktur und Funktionsweise in einer Vielzahl von Ausgestaltungsvarianten seit langem bekannt sind.
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Das Formiersieb 1 weist eine Vielzahl von nicht oder nur geringfügig permeablen Bereichen 2 auf, die über die Oberfläche des Formiersiebs 1 verteilt sind. Die nicht oder nur geringfügig permeablen Bereiche sind dabei vorzugsweise auf einer der Faserstoffbahn zugewandten Seite des Formiersiebs 1 ausgebildet, können jedoch auch an der der Maschine zugewandten Laufseite ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß werden die nicht oder nur geringfügig permeablen Bereiche 2 in zufälligen Mustern oder in quasi-zufälligen Mustern auf das Formiersieb 1 aufgebracht. Dies reduziert die Neigung zu Markierungen, die durch die sich regelmäßig wiederholenden Web- oder Lochmuster des Formiersiebes 1 entstehen können. Dabei haben quasi-zufällige Muster den Vorteil, dass ein gewisser Mindestpunktabstand gewährleistet ist, wodurch einerseits Häufungen von Punkten und die Ausbildung von größeren nicht oder nur geringfügig permeablen Bereichen 2, welche durch zwei oder mehrere Punkte gebildet werden und andererseits große Leerstellen vermieden werden können.
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Die zufällige oder quasi-zufällige Verteilung der nicht oder nur geringfügig permeablen Bereiche 2 kann dabei durch bekannte Berechnungsalgorithmen gemäß beispielsweise der Halton-, Sobol- oder Hammersley-Sequenz erzeugt werden.
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Die nicht oder nur geringfügig permeablen Bereiche 2 werden durch eine oder mehrere vollständig oder partiell ausgefüllte Siebporen 3 gebildet. Die nicht oder nur geringfügig permeablen Bereiche 2 haben einen Durchmesser von weniger als 2 mm, bevorzugt von weniger als 1 mm und besonders bevorzugt von weniger als 0,5 mm.
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Der auch als „Deckung“ bezeichnete Anteil der nicht oder nur geringfügig permeablen Bereiche 2 an der gesamten Oberfläche des Formiersiebs 1 liegt zwischen 1% und 35%, bevorzugt zwischen 3% und 20%. Die Luftdurchlässigkeit des Formiersiebes 1 wird durch die nicht oder nur geringfügig permeablen Bereiche 2 um 1 bis 40%, bevorzugt um 2 bis 25% verringert.
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Das erfindungsgemäße Formiersieb 1 kann z.B. durch Bedrucken mittels Inkjet Druck bzw. durch Düsendruckbeschichtung hergestellt werden. Hierzu wird eine niedrigviskose polymerhaltige Formulierung auf das Formiersieb 1 aufgedruckt, welche lokal verläuft und anschließend verfestigt wird bzw. sich verfestigt.
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Das Formiersieb 1 wird mit einem Muster bedruckt, welches bevorzugt aus kleinflächigen Bereichen 2 in Form von Quadraten, Kreisen oder anderen Formen gebildet werden kann. Das Formiersieb 1 kann mit einem Muster, welches die Größe des Formiersiebes 1 besitzt, oder mit aneinander anschließenden kleineren Musterflächen bedruckt werden. Hierbei ist zu beachten, dass durch die Regelmäßigkeit bei der Bedruckung durch kleinflächige Bereiche 2 keine Regelmäßigkeit der Gesamtbedruckung erzeugt wird, da die Überlagerung einer regelmäßigen und einer zufälligen oder quasi-zufälligen Verteilung stets zu einer unregelmäßigen Verteilung führt. Zudem ist das Muster bevorzugt nicht auf den Fadenabstand des Gewebes oder einen Öffnungsabstand der Membran oder Folie abgestimmt oder mit diesen synchronisiert.
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Dies wird zusätzlich dadurch verstärkt, dass die Form der gedruckten Bereiche selbst unregelmäßig ist, da die gedruckte Formulierung in das Sieb eindringt und lokal verläuft. Das Verlaufen der Druckflüssigkeit kann nicht oder nur bedingt kontrolliert werden. Somit erhält man Bereiche, die aus einer oder mehreren aneinanderliegenden verschlossenen oder zumindest teilweise verschlossenen Siebporen 3 bestehen. Damit einzelne Bereiche 2 nicht sichtbar auf die produzierte Faserstoffbahn abgebildet werden, sollte die flächige Ausdehnung eines Bereiches 2 bevorzugt maximal 2,5 × 2,5 mm, bevorzugt 1 × 1 mm betragen.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Verteilung der Bereiche 2 mit eine Gradienten zu versehen, beispielsweise, in der Mitte des Formiersiebs 1 weniger und in Randbereichen mehr Siebporen 3 zu verschließen. Auch eine umgekehrte Verteilung ist möglich.
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Als Druckflüssigkeit werden feinteilige Polymerdispersionen oder -suspensionen, Polymerlösungen, Präpolymere und Präpolymerlösungen, welche verfestigt werden können, eingesetzt. Die Verfestigung kann durch mindestens eine der aufgeführten Arten erfolgen: Entfernung von Lösemitteln bzw. der flüssigen Phase (Wasser), Aushärtung oder Vernetzung. Es sind Polymerformulierungen mit folgenden Aushärtungsmechanismen denkbar: Vernetzung durch Belichtung mit Licht verschiedener Frequenzen oder UV-Strahlung, thermische bzw. thermisch induzierte Vernetzung, Feuchtigkeitsvernetzung oder Aushärtung durch Reaktion von zwei oder mehreren Komponenten in der Formulierung.
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Die Druckformulierung enthält zumindest eines oder Mischungen oder Copolymere aus folgenden Polymeren:
Polyurethan, Polyacrylat, Polyolefin, Epoxidharze, Polyester, Polyamid, Silikon, Polyether, Polyvinylidenfluorid. Auch lösemittelhaltige Polymerlösungen können eingesetzt werden. Zudem können auch UV- oder feuchteaushärtbare Polymerformulierungen wie z.B. Silikone oder Polyurethan-Präpolymere verwendet werden. Ebenso sind Formulierungen, die mehreren Aushärtemechanismen unterliegen, denkbar. Diese Behandlung wird als Dual-Cure bezeichnet. Die Formulierungen können zusätzlich Verdicker, Farbstoffe, oberflächenaktive Verbindungen, Pigmente, Vernetzer und sonstige Additive enthalten.
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Die bedruckten Siebe werden bevorzugt zur Produktion von grafischen Papieren oder auch Kartonagen, welche bedruckt werden sollen, eingesetzt. Die bedruckten Siebe können auf allen gängigen Papiermaschinen und Formertypen sowohl als Ober- als auch als Untersieb eingesetzt werden.
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Beispiel 1:
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Auf ein SSB Formiersieb mit einer Luftdurchlässigkeit von 390 cfm werden impermeable Bereiche mittels des Ink Jet Druckverfahrens aufgebracht. Dadurch wird ein quasizufälliges Punktmuster auf das Formiersieb übertragen. Das Muster besteht aus Quadraten mit 250µm Seitenlänge und hat eine mittlere Flächendeckung von 6%.
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Das hier verwendete Inkjet-Applikationsverfahren basiert auf dem Druck-Ventil-Druckerprinzip. Der Inkjet-Drucker besitzt hierbei einen Druckkopf, welcher üblicherweise aus mehrere Düsen besteht. Der Druckkopf wird mit einem Abstand von 6 mm über das Formiersieb geführt und druckt das Punktmuster auf das Sieb. Die Druckdüsen werden mit der Druckflüssigkeit versorgt.
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Als Druckflüssigkeit wird in diesem Beispiel eine Formulierung bestehend aus einer filmbildenden anionischen Polyurethandispersion mit 40% Feststoffgehalt und einer Polyacrylatdispersion mit ebenfalls 40% Feststoffgehalt, welcher ein Verdicker, ein Dispersionsfarbstoff und ein Vernetzer zugesetzt wird, verwendet.
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Die Druckflüssigkeit wird auf das Sieb aufgedruckt und verläuft im Umkreis der bedruckten Stelle, so dass eine oder mehrere Siebporen im näheren Umkreis geschlossen werden. Das bedruckte Sieb durchläuft anschließend eine Trockenstrecke mit Spannrahmen und wird 2 Minuten auf 90°C erwärmt. Nach Durchlaufen der Trockenstrecke ist die Siebbeschichtung klebefrei. Nachdem das Sieb vollständig bedruckt ist, wird es nochmals bei 120°C für 2 Minuten in der Trockenstrecke getrocknet. Das bedruckte Sieb hat eine Luftdurchlässigkeit von 373 cfm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/030066 [0002]
- GB 1058616 [0003]
- WO 00/75423 A [0004]
- EP 1818448 B1 [0005]
