DE102011076713A1

DE102011076713A1 - Verfahren zur Herstellung einer holzfreien gestrichenen oder leichtgewichtig gestrichenen Papierbahn

Info

Publication number: DE102011076713A1
Application number: DE201110076713
Authority: DE
Inventors: John Bergmann
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-06
Also published as: WO2012163787A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer holzfreien gestrichenen oder leichtgewichtig gestrichenen Papierbahn (1), wobei auf wenigstens eine Seite (1a) der durch eine Streichmaschine laufenden Bahn (1) ein pigmenthaltiges, flüssiges bis pastöses Auftragsmedium (4, 5) mittels Vorhangbeschichtung aufgetragen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor dem ein- oder mehrschichtig erfolgenden Auftragen des pigmenthaltigen Auftragsmediums (4, 5) ein Befeuchtungsmittel (8) auf dieselbe Bahnseite (1a) aufgebracht wird, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnoberfläche (1a) von ca. 3% auf bis zu 15% erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer holzfreien gestrichenen oder leichtgewichtig gestrichenen Papierbahn, wobei auf wenigstens eine Seite der durch eine Streichmaschine laufenden Bahn ein pigmenthaltiges, flüssiges bis pastöses Auftragsmedium mittels Vorhangbeschichtung aufgetragen wird.
Aus der DE 10 2007 029 328 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer im Wesentlichen holzfreien Papierbahn (WFC – WoodFree Coated) bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Bahn auf wenigstens einer Bahnseite mit einem Zweifachstrich versehen, wobei der letzte Strichauftrag mit einem kontaktlosen Auftragsverfahren, wie dem Vorhangstreichen vorgenommen wird. Man will dabei bisher verwendete Rakelstreichverfahren vermeiden, weil bisher durch die Wirkung des Rakelelements eine relativ starke Beanspruchung der Bahn und auch Bahnabrisse zu verzeichnen waren. Bei holzfreiem Papier handelt es sich um so genanntes graphisches Papier.
Aus der WO 2005/059245 A1 und der WO 2005/052252 A1 sind Verfahren zur Herstellung eines LWC-Papiers (Light Weight Coated-Paper) bekannt. Wie der Name schon sagt, weist ein solches Papier eine Beschichtung von nur geringem Gewicht auf. Es soll vor allem gut bedruckbar und für den Bereich des Tiefdrucks geeignet sein. Verwendet werden solche Papiere für Kataloge und Magazine.
Gegenwärtig wird LWC-Papier mit einem Blade- oder Filmstrich versehen.
Ein Vorhangstreichverfahren ist aus der DE A1 100 12 344 bekannt. Aus der DE A1 10 2007 000 782 ist das Auftragen von wenigstens zwei Schichten mit einem Vorhangauftragswerk bekannt. Als Vorhangauftragswerk kommt hierbei eine Schlitzdüse (englisch: Slot Die) in Betracht, aus der im Wesentlichen der Schwerkraft folgend das Auftragsmedium von oben herab auf die zu beschichtende Bahnseite in Form eines geschlossenen Vorhangs fällt und sich dort als Konturstrich ablegt.
Aus der EP-A1 1 255 615 ist eine andere Ausführungsart eines Vorhangauftragswerks bekannt, das in Fachkreisen als Gleitschichtdüse (englisch: Slide Die) bezeichnet wird. Hier fällt das Auftragsmedium erst dann auf den zu streichenden Untergrund, nachdem es sich auf einer Gleitfläche der Düse vergleichmäßigt hat.
Das Vorhangstreichen erfolgt bei Anwendung der beiden genannten Arten des Auftragswerks kontaktlos. Das heißt, die Auftragsmenge, die aufgetragen wird, bleibt auf dem Papier bestehen. Es findet kein Abrakeln mit Rakelelementen (z.B. Rakelstab oder Rakelklinge bzw. Blade) statt.
Sehr häufig wurde festgestellt, dass die mit dem Vorhangauftragswerk aufgebrachte Strichschicht narbig ist bzw. sich in der aufgebrachten Kontur-Strichschicht Krater, d.h. unbedeckte Stellen befinden, die zwischen 20 µm und 150 µm groß sind. Dies stellt einen Qualitätsmangel dar, weil ein später auf die Bahn aufzubringender Druck dann ebenfalls Qualitätsmängel, d.h. Druckdefekte aufweist. Die besagten Krater sind zuweilen größer als die von Druckrastern. Krater von größer als 50 µm sind sogar visuell erkennbar und besonders störend.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Auftragen von Auftragsmedium auf die Oberfläche einer laufenden Papierbahn zur Herstellung einer holzfreien gestrichenen oder leichtgewichtig gestrichenen Bahn anzugeben, bei dem Krater von jeweils größer als 25 µm nicht auftreten, zumindest aber reduziert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1. Zweckmäßige Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachdem zunächst eine Fasersuspension hergestellt wird, anschließend die Fasersuspension in einen Stoffauflauf eingebracht und eine Faserstoffbahn in einem Former erzeugt wird, erfolgt anschließend in einer Presse eine Entwässerung und danach ein Trocknen der Bahn. Anschließend erfolgt eine Beschichtung der Papierbahn entweder im online-Betrieb (ohne vorheriges Aufrollen und wieder Abrollen der Bahn) oder im offline-Betrieb (also mit einer von der Bahnherstellungsmaschine getrennten Streichmaschine) zum Zwecke der Veredelung bzw. zur Verbesserung der Bedruckbarkeit der Bahn. Als Beschichtungsverfahren ist bevorzugt an das an sich bekannte Vorhangstreichen gedacht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor der besagten ein- oder mehrschichtig erfolgenden Vorhangbeschichtung bzw. dem Auftragen des pigmenthaltigen Auftragsmediums ein Befeuchtungsmittel auf dieselbe Bahnseite aufgebracht wird, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnoberfläche von ca. 3% auf bis zu 15% erhöht wird.
Es hat sich völlig überraschend herausgestellt, dass sich dadurch keine störenden Krater auf der gestrichenen Bahnoberfläche gebildet haben.
Die aufgebrachte Strichschicht ist nun sehr gleichmäßig und für spätere Druckvorgänge bestens geeignet. Offenbar hat das Aufsprühen des Befeuchtungsmittels ein Verdrängen von Luft aus den vorhandenen Oberflächenporen des Papiers bewirkt. Damit wird eine bessere Benetzung des Streichmediums auf der Papierbahnoberfläche erreicht. Die Oberfläche der gestrichenen Papierbahn zeichnet sich durch eine gleichmäßige Oberfläche und Glätte aus.
Erfindungsgemäß wird das Befeuchtungsmittel aufgesprüht in einer Menge von ca. 3 l/h und unter einem Druck von ca. 3 bar, wobei eine Tropfengröße des zu sprühenden Befeuchtungsmittels von kleiner als 20 µm verwendet wird.
Als Befeuchtungsmittel wird Wasser oder demineralisiertes Wasser gewählt. Gewünschtenfalls können Additive, beispielsweise oberflächenaktive Stoffe, wie Tenside zugemischt werden. Vorteil dieser Maßnahme ist, dass sich die Penetration des Befeuchtungsmittels in die Bahn forcieren, aber auch verzögern lässt. Beispielsweise könnte ein mittelgewichtiges Polymer verwendet werden, welches der besseren Vernetzung der Papierfasern mit dem Streichmedium dient.
Vorteilhaft hinsichtlich der Aufnahmefähigkeit der Papierbahn für das Befeuchtungsmittel bzw. seiner Sprühtropfen ist es, wenn während des Auftragens des Befeuchtungsmittels die Bahn an ihrer gegenüberliegenden Seite besaugt wird. Dazu kann die Bahn über eine Saugeinrichtung, beispielsweise eine Saugwalze geführt werden.
Zweckmäßig ist es außerdem, wenn das Befeuchtungsmittel räumlich getrennt von der nachfolgenden Vorhangbeschichtung aufgebracht wird. Das kann derart erfolgen, indem eine Klimakammer bzw. Kabine um das nachfolgende Vorhangauftragswerk angeordnet wird oder auch nur eine Absperrwand zwischen Auftragswerk und Sprüheinrichtung installiert wird. Damit werden negative Einflüsse auf die Vorhangstabilität vermieden.
In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wenn das Befeuchtungsmittel aufgebracht wird, noch bevor ein Entfernen der mit der Bahn mitströmenden Luftgrenzschicht erfolgt. Der nachfolgend abgegebene ein- oder mehrschichtige und gegenüber Luftströmungen empfindliche Vorhang kann dadurch mit noch höherer Stabilität herab auf die Bahn fallen.
Wie schon ausgeführt, kann die Vorhangbeschichtung auch mehrschichtig erfolgen. Dafür ist vorgesehen, dass zwei hintereinander angeordnete so genannte Single-Vorhangdüsen für die Abgabe zweier Einzelvorhänge oder eine Baueinheit bildende Doppel-Vorhangdüse oder eine Multi-Vorhangdüse verwendet werden. Selbstverständlich ist auch nur die Abgabe eines einzelnen Vorhangs möglich.
Die Vorhangbeschichtung für das Auftragen der einzelnen Schicht oder von mehreren Schichten bzw. Lagen wird mit an sich bekannten Vorhangschlitzdüsen bzw. Slot Dies und/oder an sich bekannten Gleitschichtdüsen bzw. Slide Dies vorgenommen. Diese Auftragsaggregate tragen die Streichfarben sehr gleichmäßig und ohne Überschuss auf die Papier- oder Kartonfläche auf. Dabei werden die jeweiligen Auftragsmedien in getrennten einschichtigen oder auch mehrschichtigen Vorhängen, im Wesentlichen der Schwerkraft folgend, an das vorbefeuchtete Papier abgegeben. Da der Vorhangauftrag 1:1 erfolgt, also nur in der Menge aufgetragen wird, die auf der Bahnoberfläche auch verbleiben soll, spart man teures Auftragsmedium.
Bei mehrlagigem Auftrag sollte für das Strichgewicht, für die Viskosität und für den Feststoffgehalt der untersten aufgebrachten Lage des Auftragsmediums niedrigere Werte als bei der darüberliegenden Lage bzw. Lagen gewählt werden So hat beispielsweise die unterste Schicht einen Feststoffgehalt von ca. 30 oder 40% und die obere Schicht 60 oder 70%.
Damit die zuvor aufgebrachte Feuchtigkeit erhalten bleibt, ist es auch vorteilhaft, wenn für die unterste Lage des Auftragsmediums ein Strichgewicht zwischen 1 und 5g/m², vorzugsweise 2 bis 4g/m², eine Viskosität BR100 zwischen 20 und 500mPas, vorzugsweise BR100 zwischen 30 und 300mPas gewählt wird.
Bevorzugt wird die oberste Schicht (Deck-Strichschicht) und eine mögliche Zwischenschicht nass in nass, d.h. ohne Anwendung einer Zwischentrocknung auf die bereits auf der Papieroberfläche aufgetragene unterste Schicht (Basis-Strichschicht) aufgebracht. Die Deckschicht verankert sich infolge des Nass-in nass-Auftrags besonders gut mit der Basisschicht oder der Zwischenschicht. Darüber hinaus werden Kosten für die nicht benötigten Trocknungseinrichtungen gespart.
Zur Herstellung einer holzfrei gestrichenen oder einer leichtgewichtig gestrichenen Papierbahn hat sich eine Porosität gemessen nach Bendtsen als besonders geeignet herausgestellt, die gleich oder größer als 200ml/min ist.
Im Anschluss an die Behandlung der ersten Bahnseite kann auch die zweite Bahnseite analog zur ersten Bahnseite behandelt werden.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich sowohl holzfreies Papier (WFC) – so genanntes graphisches Papier, als auch LWC-Katalog- bzw. Magazinpapier in hoher Qualität herstellen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung die Figur beispielhaft ein Vorhangauftragswerk mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
In der einzigen Figur ist eine Papierbahn 1 erkennbar. Diese wird hergestellt, indem zunächst eine Fasersuspension hergestellt wird. Anschließend wird die Fasersuspension in einen Stoffauflauf eingebracht und eine Papierbahn in einem Former erzeugt. Nachfolgend wird die nasse Papierbahn in einer Presse einer Entwässerung unterzogen und danach ein Trocknen der Bahn durchgeführt. Dieser Herstellungsprozess ist in der Figur allgemein mit M (für Manufacturing) bezeichnet.
Die zu streichende Papierbahn weist eine Porosität gemessen nach Bendtsen von ca. 200ml/min auf.
Die Faserstoff- bzw. Papierbahn läuft im gezeigten Beispiel in Richtung L über eine Stützfläche 2. Oberhalb der Bahn 1 und beabstandet von ihr ist ein Vorhangauftragswerk 3 angeordnet, welches im Beispiel als sogenannte Twin- also doppelte Schlitzdüse ausgeführt ist.
Es könnten allerdings gewünschtenfalls auch zwei Auftragswerke in Laufrichtung L der Bahn 1 nacheinander angeordnet sein. Ebenso könnten – wie hier nicht dargestellt – diese auch zu einer baulichen Einheit als so genannte Multi Die für die Abgabe noch weiterer Beschichtungslagen ausgebildet sein. Das Auftragswerk 3 ist zur Abgabe von einem Auftragsmedium 4 und 5 bzw. pigmenthaltige Streichfarbe in Form zweier einlagiger Vorhänge 4a und 5a bestimmt, die insgesamt einen doppelllagigen Vorhang im Beispiel bilden. Diese Vorhänge 4a, 5a fallen im Wesentlichen schwerkraftbedingt nach unten auf die Bahnoberfläche 1a. Die Vorhänge bzw. der doppelte Vorhang erzeugt danach auf der Oberfläche 1a der Papierbahn 1 eine Konturschicht 6. Für die unterste Lage des Auftragsmediums 4 als Basisschicht 6a vom Vorhang 4a, ist ein Strichgewicht von ca. 3 g/m², eine Viskosität BR100 von ca. 200mPas sowie ein Feststoffgehalt von ca. 35 gewählt.
Für das zweite Auftragsmediums 5 bzw. Vorhang 5a kann wieder dieselbe Streichfarbe wie beim Vorhang 4a oder eine in anderer Zusammensetzung verwendet werden. Der Vorhang 5a erzeugt auf der Oberfläche der Papierbahn 1 die obere Lage der Konturschicht bzw. bildet eine Deckschicht 6b.
Da mit der schnell laufenden Papier- oder Kartonbahn 1 (über 1200m/min) unerwünschte Luftgrenzschichten mitgeführt werden, ist vor dem Auftragswerk 3 eine Luftgrenzschicht-Entfernungs- bzw. -Bekämpfungseinrichtung 7 vorhanden. Außerdem sind Auffangeinrichtungen, wie Wannen oder Rinnen, für beim Starten und Stoppen des Vorhangs aufgefangenes Auftragsmedium vorhanden. Diese sind aus Übersichtlichkeitsgründen aber nicht mit eingezeichnet.
Damit eine ansonsten häufig beim Vorhangbeschichten auftretende Krater- oder Narbigkeitsbildung in der Strichschicht 6a, 6b reduziert oder vermieden werden kann, wird vor dem Vorhangauftrag des pigmenthaltigen Auftragsmediums ein Befeuchtungsmittel 8 mit einer Sprüheinrichtung 9 auf dieselbe Bahnseite aufgebracht, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnoberfläche von ca. 3% auf bis zu 15% erhöht wird. Dafür wird ein von der Anmelderin vertriebenes Gerät "ModulePro-Nozzle" oder auch so genannte Danfoss Sprühdüsen, beispielsweise vom Typ "Nessie 180Z1940 0, 15" verwendet. Das Befeuchtungsmittel 8 wird aufgesprüht in einer Menge von 3 l/h und unter einem Druck von 3 bar. Damit erzielt man Tropfengrößen des aufzusprühenden Befeuchtungsmittels von kleiner als 20 µm. Als Befeuchtungsmittel wird im Beispiel Wasser verwendet.
In der Figur ist erkennbar, dass während des Auftragens des Befeuchtungsmittels 8 die Bahn 1 an ihrer gegenüberliegenden Seite über eine Saugeinrichtung 10 läuft. Als Saugeinrichtung ist hier eine an eine Unterdruckerzeugungseinrichtung 11 angeschlossene Saugwalze 12 vorgesehen. Durch die Besaugung der Bahn 1 gelingt eine schnellere und bessere Übertragung des Befeuchtungsmittels 8 auf die Bahn 1.
Damit der empfindliche Vorhang in seiner Stabilität nicht gestört wird, ist eine die Vorhangauftragswerke 3 und 4 umschließende Klimakammer 13 vorhanden. Die Sprüh-Befeuchtungseinrichtung 9 ist bevorzugt außerhalb der Klimakammer, d.h. in Laufrichtung L der Papierbahn 1 gesehen, vor der Kammer 13 angeordnet. Damit wird ein räumlich getrenntes Abgeben des Befeuchtungsmittels 8 von der nachfolgenden Beschichtung mittels der Vorhänge 4a, 5a sichergestellt. Beide Aufträge können sich dadurch gegenseitig nicht negativ beeinflussen.
In der Figur gestrichelt eingezeichnet ist eine mögliche weitere Variante der Anordnung der Sprüh-Befeuchtungseinrichtung 9. Die Befeuchtungseinrichtung 9 ist bei dieser Variante in Laufrichtung L der Papierbahn 1 gesehen zwar innerhalb der Klimakammer 13 angeordnet, aber noch vor der Luftgrenzschicht-Bekämpfungseinrichtung 7. Das heißt, das Befeuchtungsmittel 8 wird aufgebracht, bevor ein Entfernen der mit der Bahn 1 mitströmenden Luftgrenzschicht erfolgt. Auch hierbei wird sichergestellt, dass der Vorhang ungestört fallen kann.
Im Anschluss an die Vorhangbeschichtung wird die Bahn 1 getrocknet. Beispielhaft ist nur eine kontaktlose Umlenk- und Trockeneinheit, ein so genannter Airturn 14 gezeigt. Weitere Behandlungsschritte, wie beispielsweise ein Beschichten der anderen Bahnseite 1b, ein erneutes Trocknen mittels kontaktlosen Trocknungseinrichtungen und Zylindertrocknern sowie auch ein nachträgliches Glätten der Bahn kann erfolgen, ist aber in der Figur nicht mit dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Papierbahn
1a: Bahnoberfläche
1b: andere Bahnseite
2: Stützfläche
3: Vorhangauftragswerk
4: Auftragsmedium
4a: Vorhang
5: Auftragsmedium
5a: Vorhang
6: Konturschicht
6a: Basisschicht
6b: Deckschicht
7: Luftgrenzschicht-Bekämpfungseinrichtung
8: Befeuchtungsmittel
9: Sprüheinrichtung
10: Saugeinrichtung
11: Unterdruckerzeugungseinrichtung
12: Saugwalze
13: Klimakammer
14: Airturn
L: Laufrichtung

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 102007029328 A1 [0002]
WO 2005/059245 A1 [0003]
WO 2005/052252 A1 [0003]
DE 10012344 A1 [0005]
DE 102007000782 A1 [0005]
EP 11255615 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer holzfreien gestrichenen oder leichtgewichtig gestrichenen Papierbahn (1), wobei auf wenigstens eine Seite (1a) der durch eine Streichmaschine laufenden Bahn (1) ein pigmenthaltiges, flüssiges bis pastöses Auftragsmedium (4, 5) mittels Vorhangbeschichtung aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ein- oder mehrschichtig erfolgenden Auftragen des pigmenthaltigen Auftragsmediums (4, 5) ein Befeuchtungsmittel (8) auf dieselbe Bahnseite (1a) aufgebracht wird, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnoberfläche (1a) von ca. 3% auf bis zu 15% erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtungsmittel (8) aufgesprüht wird bei ca. 3 l/h und unter einem Druck von ca. 3 bar, wobei eine Tropfengröße des zu sprühenden Befeuchtungsmittels von kleiner als 20 µm verwendet wird
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Befeuchtungsmittel (8) Wasser bzw. demineralisiertes Wasser gewählt wird, dem gewünschtenfalls Additive, beispielsweise oberflächenaktive Stoffe, wie Tenside zugemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Auftragens des Befeuchtungsmittels (8) die Bahn (1) an ihrer gegenüberliegenden Seite (1b) besaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtungsmittel (8) aufgebracht wird noch bevor ein Entfernen der mit der Bahn (1) mitströmenden Luftgrenzschicht erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtungsmittel (8) räumlich getrennt von der nachfolgenden Vorhangbeschichtung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhangbeschichtung vorzugsweise mehrschichtig erfolgt und mit Hilfe zweier hintereinander angeordneten so genannten Single-Vorhangdüse, oder einer Doppel-Vorhangdüse oder einer Multi-Vorhangdüse vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Beschichten der Papierbahn (1) eine an sich bekannte Vorhangschlitzdüse bzw. Slot Die (3) und/oder eine an sich bekannte Gleitschichtdüse bzw. Slide Die verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strichgewicht, die Viskosität und der Feststoffgehalt der untersten aufgebrachten Lage bzw. einer Basisschicht (6a) des Auftragsmediums (4) niedriger als bei der darüberliegenden Lage bzw. Lagen (6b) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die unterste Lage (6a) des Auftragsmediums ein Strichgewicht zwischen 1 und 5g/m², vorzugsweise 2 bis 4g/m², eine Viskosität BR100 zwischen 20 und 500mPas, vorzugsweise BR100 zwischen 30 und 300mPas sowie ein Feststoffgehalt zwischen 30 und 40% gewählt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zu streichenden Papierbahn (1) eine solche gewählt wird, die eine Porosität gemessen nach Bendtsen verwendet wird, die größer als 200ml/min ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Behandlung der ersten Bahnseite (1a) die zweite Bahnseite (1b) analog zur ersten Bahnseite (1a) behandelt wird.