DE102018115923A1

DE102018115923A1 - Verfahren zum Behandeln einer Faserbahn und Behandlungssystem zum Behandeln einer Faserbahn

Info

Publication number: DE102018115923A1
Application number: DE102018115923.4A
Authority: DE
Inventors: Jari Ilomäki
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2019-01-10
Also published as: FI20175659A; FI128040B; FI20175659A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Faserbahn, in welchem die Faserbahn (W) in wenigstens einem Nip (N) eines Kalanders (10) kalandriert wird und vor dem Kalander (10) in der Laufrichtung der Faserbahn (W) eine Seite der Faserbahn oder beide Seiten der Faserbahn in einer Oberflächentrocknungszone (Z) nur oberflächengetrocknet wird oder werden. Die Erfindung betrifft auch ein Behandlungssystem zum Behandeln einer Faserbahn, das einen Kalander (10) und eine vor dem Kalander (10) in der Laufrichtung der Faserbahn (W) angeordnete Oberflächentrocknungszone (Z) aufweist, in der eine Seite der Faserbahn oder beide Seiten der Faserbahn (W) nur oberflächengetrocknet wird oder werden.

Description

Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Behandeln von Faserbahnen in einer Faserbahnherstellungslinie. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs und auf ein Behandlungssystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Behandlungssystemanspruchs.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, umfassen die Herstellungsprozesse von Faserbahnen üblicherweise eine Anordnung, die durch eine Vielzahl von in der Prozesslinie nacheinander angeordneten Vorrichtungen gebildet ist. Eine typische Produktions- und Behandlungslinie weist einen Stoffauflauf, eine Siebpartie und eine Pressenpartie sowie eine nachfolgende Trockenpartie und einen Aufwickler auf. Die Herstellungs- und Behandlungslinie kann des Weiteren andere Geräte und/oder Partien zum Fertigbearbeiten der Faserbahn umfassen, zum Beispiel einen Vorkalander, einen Sizer bzw. eine Leimpresse, einen Fertigkalander und eine Beschichtungspartie. Die Produktions- und Herstellungslinie weist auch wenigstens einen Rollenschneider zum Bilden von Kundenrollen sowie eine Rollenverpackungsvorrichtung auf. In dieser Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen sind mit Faserbahnen zum Beispiel Papier- und Kartonbahnen gemeint.
Beim Kalandrieren kann es sich um Vorkalandrieren oder Endkalandrieren, abhängig von der Art der Produktionslinie, handeln. Vorkalandrieren wird typischerweise verwendet, um für eine weitere Behandlung erforderliche Oberflächeneigenschaften zu erzeugen, zum Beispiel zum Beschichten. Endkalandrieren wird üblicherweise durchgeführt, um die Eigenschaften, wie beispielsweise Glätte und Glanz, eines bahnartigen Materials, wie zum Beispiel einer Papier- oder Kartonbahn, zu verbessern. Beim Kalandrieren wird die Bahn in einen Nip eingeleitet, d. h. einen Kalandriernip, der zwischen Rollen gebildet ist, die gegeneinander gepresst werden, wobei in dem Nip die Bahn durch die Einwirkung von Temperatur, Feuchtigkeit und Nipdruck deformiert wird. In dem Kalander sind die Nips typischerweise zwischen einer eine glatte Oberfläche aufweisenden Presswalze, wie zum Beispiel einer Metallwalze, und einer mit einem elastischen Material beschichteten Walze, wie zum Beispiel einer Polymerwalze, oder zwischen zwei glatte Oberflächen aufweisenden Walzen gebildet. Die eine elastische Oberfläche aufweisende Walze stellt sich selbst auf die Formen der Bahnoberfläche ein und drückt die gegenüberliegende Seite der Bahn gleichförmig gegen die eine glatte Oberfläche aufweisende Presswalze. Die Nips können auch dadurch gebildet werden, dass statt einer Kalanderwalze ein Band oder ein Schuh verwendet wird, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Viele verschiedene Arten von Kalandern, die als ein Vorkalander und/oder als ein Endkalander verwendet werden können, sind bekannt, wie zum Beispiel Hartnipkalander, Weichnipkalander, Superkalander, Metallbandkalander, Schuhkalander, Langnipkalander, Multinipkalander, usw.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Faserbahn vor dem Kalandrieren zu befeuchten, um die erforderlichen Oberflächeneigenschaften zu erreichen und gleichzeitig die erforderliche Sperrigkeit bzw. Massigkeit bzw. Bauschigkeit bzw. Fülle, d. h. die Relation zwischen der Dicke der Bahn zu ihrer Grammatur (Riesgewicht) zu erreichen, oder die Kräuselung der Faserbahn zu steuern.
Bei der Herstellung von Faserbahnen, zum Beispiel bei der Herstellung von Papier- oder Kartonbahnen, wird die Leimung verwendet, um die Eigenschaften einer Faserbahn durch Hinzufügen von Leimungsmitteln, zum Beispiel Stärke oder andere Leimungsmittel, zu verändern. Die Leimung kann in die innere Leimung und die Oberflächenleimung aufgeteilt werden. Bei der inneren Leimung wird das Leimungsmittel zu der Pulpe in dem nassen Ende der Faserbahnmaschine vor dem Formen hinzugefügt. Beim Oberflächenleimen wird das Leimungsmittel auf die Oberfläche der Faserbahn typischerweise an dem trockenen Ende der Faserbahnmaschine hinzugefügt. Die Oberflächenleimung wird bei der Herstellung von vielen Faserbahnqualitäten verwendet, zum Beispiel von unbeschichteten Feinpapieren und von verschiedenen Kartonqualitäten. Bei der Faserbahnherstellung löst sich, wenn die Faserbahn mit wasserlöslicher Stärke oder einem anderen Leimungsmittel oberflächengeleimt und getrocknet wird, der getrocknete Stärkefilm in Verbindung mit der Hinzufügung von Feuchtigkeit leicht auf und kann an den mit demselben in Kontakt kommenden Oberflächen anhaften. Aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit der Stärke war das Hinzufügen von Feuchtigkeit vor dem Kalandrieren nur in sehr geringen Mengen möglich. Die Leimung wird verwendet, um die Eigenschaften der Papierbahn zu verbessern, insbesondere die Wasserbeständigkeit, die Wasserabsorptionseigenschaften, die Festigkeit, die innere Festigkeit und die Biegefestigkeit. Zusätzlich können die Laufeigenschaften sowie die Staub- bzw. Sedimentationstendenz vorteilhaft beeinflusst werden.
Es ist bekannt, dass auf Stärke basierende Leimungsmittel, neben einigen anderen Leimungsmitteln, wasserlöslich sind. Dies führt zu einem großen Problem bei der Feuchtigkeitsgradientenkalandrierung, wenn geleimtes Papier zuerst befeuchtet und kurz danach kalandriert wird. Es ist beobachtet worden, dass das Befeuchten von mit Stärke geleimten Bahnen vor dem heißen Kalandrieren zu Problemen wie Anhaften, Aufsammeln von Stärke und Aufbau von Ablagerungen auf den Oberflächen der Kalanderwalze führt. Es wird davon ausgegangen, dass das aufgetragene Wasser den getrockneten Stärkefilm auf der Bahnoberfläche auflöst. Die aufgelöste Stärke kann, insbesondere mit Bewegungen des Wassers, in einen direkten Kontakt mit der Walzenoberfläche transportiert werden. Der Mechanismus des Anhaftens und Aufsammelns ist weniger gut bekannt, aber es wird angenommen, dass auf der heißen Walzenoberfläche das Wasser verdampft wird, während das Leimungsmittel (Bindemittel) an dem Oberflächenkontakt verbleibt. Das Bindemittel haftet an der Metalloberfläche an und wird möglicherweise durch klebrige Verbindungen an derselben gehalten.
Beim Kalandrieren und entsprechenden Bahnbehandlungsverfahren einer befeuchteten oder feuchten Faserbahn, die mit einem wasserlöslichen Leimungsmittel, wie zum Beispiel Stärke, geleimt wurde, ist ein Nachteil, dass die Stärke und damit verbundene Fasern dazu tendieren, auf den beheizten Kalanderwalzen und entsprechenden beheizten Oberflächen, welche die Faserbahn kontaktieren, aufzusammeln und anzuhaften. Dies tendiert dazu, sich bei höheren Niplasten und Temperaturen, die zum Erreichen höherer Glättegrade erforderlich sind, zu verschlimmern. Das Anhaften und Herausziehen von Fasern wird durch das Auflösen von Stärke oder anderen Bindemitteln verursacht, die zu der Bahn hinzugefügt werden, und kann zu Problemen bezüglich der Laufeigenschaft, der Verschmutzung der Walze und zur Verringerung der Qualität der Kalandrierung oder Behandlung und sogar zu Brüchen bei der Produktion in schweren Fällen der Verschmutzung führen.
Getrocknete Leimungsmittelarten, wie zum Beispiel Stärke, sowie einige andere bei der Faserbahnherstellung verwendete Chemikalien sind in Wasser löslich und haften daher zum Beispiel an heißen Kalanderwalzen an, wenn Wasser vor dem Kalandrieren aufgetragen wird, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Faserbahn, insbesondere in Oberflächenbereichen, hoch ist. Dies verhindert die Benutzung der Wasserbefeuchtung beim Kalandrieren dieser Faserbahnen, auch wenn das Befeuchten vor dem Kalandrieren sehr vorteilhaft wäre, insbesondere aufgrund der verbesserten Feuchtigkeitsgradienten-Kalandrierwirkung.
Die Wasserlöslichkeit dieser Leimungsmittel und anderen chemischen Substanzen dieser Art kann durch Modifizieren der Mittel oder Chemikalien oder durch Hinzufügen von Chemikalien, die die Löslichkeit verhindern, verringert werden. Es ist zum Beispiel bekannt, die Wasserlöslichkeit eines auf Stärke basierenden Bindemittels eines Beschichtungsmediums zu verringern, um zu verhindern, dass sich Stärke aufgrund von auf Wasser basierenden Druckfarben beim Offsetdruck auflöst, oder um die feuchten Abriebeigenschaften von Faserbahnen zu verbessern.
Probleme des Anhaftens und Aufsammelns an beheizten Kalanderwalzen können auch mit anderen Leimungsmitteln als Stärke auftreten, insbesondere wenn das Befeuchten und/oder ein hoher Feuchtigkeitsgehalt vor dem Kalandrieren verwendet wird. In einigen Fällen kann die Faserbahn andere Chemikalien beinhalten, die Probleme des Anhaftens und Aufsammelns beim Kalandrieren verursachen.
Die naheliegendste Lösung besteht darin, so geringe Mengen von Wasser wie möglich zu verwenden, aber dies verringert die Vorteile des Feuchtigkeitsgradienten-Kalandrierens. Letztendlich kann das Auflösen von Stärke und das Aufsammeln an dem Kalander verhindert werden, wenn das Verfahren auf eine solche Art und Weise durchgeführt wird, dass Stärke und Wasser vor dem Kalandrieren nicht in Kontakt miteinander gebracht werden.
In einigen Faserbahnherstellungslinien zur Herstellung geleimter Qualitäten beinhaltet das Kalandrierkonzept in der Vorkalandrierposition das Befeuchten und ein heißes Hartnip-Kalandrieren. Typischerweise sind diese bezüglich der Benutzung von Befeuchtung beschränkt - Befeuchtung kann nur in sehr geringen Mengen verwendet werden, so dass die Feuchtigkeit vor dem Kalandriernip verdampft. Dies ist aufgrund der Wirkung der Feuchtigkeit der Fall, die das Anhaften von Leimungsmittel auf der Oberfläche der heißen Kalanderwalze des Kalandriernips verursacht.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Behandeln einer Faserbahn und ein Behandlungssystem zum Behandeln einer Faserbahn zu schaffen, in denen die oben genannten Probleme und Nachteile eliminiert oder zumindest verringert sind.
Ein besonderes Ziel ist es, zu verhindern, dass Chemikalien, besonders Leimungsmittel, insbesondere Stärke, von feuchten/befeuchteten Faserbahnen an einer heißen Kontaktoberfläche, insbesondere einer heißen Kalandrieroberfläche, anhaften.
Um die oben und zu einem späteren Zeitpunkt genannten Aufgaben und Ziele zu erreichen, ist das Verfahren gemäß der Erfindung hauptsächlich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Das Behandlungssystem zum Behandeln einer Faserbahn gemäß der Erfindung ist hauptsächlich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 8 gekennzeichnet.
Vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Behandeln einer Faserbahn die Faserbahn in wenigstens einem Nip eines Kalanders kalandriert und vor dem Kalander wird oder werden in der Laufrichtung der Faserbahn eine Seite der Faserbahn oder beide Seiten der Faserbahn in einer Oberflächentrocknungszone nur oberflächengetrocknet.
In der Oberflächentrocknungszone wird oder werden die Oberfläche oder Oberflächen der Faserbahn vorzugsweise derart getrocknet, dass der Oberflächenfeuchtigkeitsgehalt der oberflächengetrockneten Seite oder Seiten der Faserbahn in der Dickenrichtung der Faserbahn in der Oberflächenschicht 5-15 µm, gemessen von der äußeren Oberfläche der Faserbahn, höchstens 10 % beträgt.
Gemäß der Erfindung weist das Behandlungssystem zum Behandeln einer Faserbahn einen Kalander und vor dem Kalander eine in der Laufrichtung der Faserbahn angeordnete Oberflächentrocknungszone auf, wobei in der Oberflächentrocknungszone eine Seite der Faserbahn oder beide Seiten der Faserbahn nur oberflächengetrocknet wird oder werden.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung wird in dem Behandlungssystem die Faserbahn derart oberflächengetrocknet, dass der Oberflächenfeuchtigkeitsgehalt der oberflächengetrockneten Seite oder Seiten der Faserbahn höchstens 10 % in der Dicke von 5 - 15 µm der Dicke der Faserbahn beträgt, gemessen von der äußeren Oberfläche der Faserbahn.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung wird die Faserbahn in der Oberflächentrocknungszone vor dem Kalandrieren derart getrocknet, dass die Faserbahn in den ersten der Kalandriernips oder den einzigen Kalandriernip eintritt und auf einer oder auf beiden Seiten der Faserbahn oberflächengetrocknet wird und die mittleren Schichten der Faserbahn feucht sind.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung wird oder werden die Oberfläche oder Oberflächen der Faserbahn durch Kontakttrocknen mit geringem Kontaktdruck in der Oberflächentrocknungszone getrocknet, wobei in der Trocknungszone die Trocknungszeit 100 - 300 ms, vorzugsweise ungefähr 200 ms, beträgt und der Kontaktdruck, d. h. die von der Faserbahn verursachte Spannung, 1 - 5 kPa beträgt.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung wird oder werden die Oberfläche oder Oberflächen der Faserbahn durch kontaktlose Trocknungszonen mittels eines Infrarottrockners getrocknet, der lange Wellenlängen von ungefähr 3 µm oder über 6 µm verwendet.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung wird der Feuchtigkeitsgehalt der Oberfläche oder Oberflächen der Faserbahn mittels eines Feuchtigkeitssensors zwischen der Oberflächentrocknungszone und dem Kalander gemessen und basierend auf den Feuchtigkeitsmessergebnissen wird die Trocknungswirkung der Oberflächentrocknungszone durch Einstellen der Trocknungstemperatur und/oder Trocknungszeit und/oder im Fall des Kontakttrocknens des Kontaktdrucks gesteuert.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung weist die Oberflächentrocknungszone einen Lauf der Faserbahn auf einer beheizten Walze auf.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung ist die beheizte Walze eine Kalandrierwalze oder eine Kontakttrocknungswalze oder ein Trocknungszylinder.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung weist die Oberflächentrocknungszone einen Infrarottrockner auf, der lange Wellenlängen mit ungefähr 3 µm oder über 6 µm aufweist.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung weist das Behandlungssystem einen Feuchtigkeitssensor, vorzugsweise einen reflexionsbasierten IR-Feuchtigkeitssensor, zwischen der Oberflächentrocknungszone und dem Kalander auf.
In der Beschreibung und den Ansprüchen:

- ist mit hohem Feuchtigkeitsgehalt ein Feuchtigkeitsgehalt von über 10 % gemeint.
- sind mit Oberfläche der Faserbahn in der Dickenrichtung 5 - 15 µm gemessen von der äußeren Oberfläche der Faserbahn gemeint.
- ist mit niedrigem Kontaktdruck ein Kontaktdruck von 1 - 5 kPa gemeint.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Behandeln einer Faserbahn und auf Behandlungssysteme zum Behandeln einer Faserbahn, in denen entweder eine interne Leimung oder eine Oberflächenleimung verwendet wird.
In dieser Beschreibung wird die Erfindung hauptsächlich im Hinblick auf das Leimungsmittel beschrieben, bei dem es sich um die chemische Substanz der Faserbahn handelt, die die Probleme bezüglich des Anhaftens und Aufsammelns beim Kalandrieren bewirkt, aber es sollte verdeutlicht werden, dass die Erfindung auch verwendet werden kann, wenn es sich bei der chemischen Substanz um eine andere Art von Chemikalie handelt, die die Probleme bezüglich des Anhaftens und Aufsammelns verursacht, wenn sie befeuchtet wird.
Bei dem Verfahren und dem System gemäß der Erfindung werden entweder eine oder beide Seiten der Faserbahn behandelt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird, um die Probleme bezüglich des Anhaftens und Aufsammelns in dem Kalandriernip zu vermeiden, die geleimte Faserbahn mit hohem Feuchtigkeitsgehalt vor dem Kalandriernip derart oberflächengetrocknet, dass in der Dickenrichtung der Faserbahn die Oberfläche der Faserbahn auf eine Trockenheit von 90 % oder mehr getrocknet wird, d. h. der Feuchtigkeitsgehalt beträgt höchstens 10 %, und zwar durch Kontakttrocknen mit niedrigem Kontaktdruck in einer Kontaktzone, wobei in der Kontaktzone die Faserbahn mindestens für die Trocknungszeit von 100 - 300 ms, vorzugsweise ungefähr 200 ms, verbleibt und die Trocknung in einer Tiefe von 5 - 15 µm, gemessen von der äußeren Oberfläche der Faserbahn, bewirkt wird.
Das Trocknen der Oberfläche der Faserbahn erhöht die Diffusion, was bewirkt, dass die Feuchtigkeit sich von der Oberfläche weg bewegt und sich aufgrund des erhöhten teilweisen Dampfdrucks bzw. Teildampfdrucks in der Oberflächenschicht in der Mitte zentralisiert bzw. konzentriert, und somit die Feuchtigkeit in Richtung der mittleren Schicht der Faserbahn gezogen wird.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals dieses Aspekts der Erfindung ist die Kontakttrocknungszone als ein Lauf der Faserbahn auf einer beheizten Walze gebildet. Die Kontaktzeit in der Kontaktzone kann durch die Laufgeschwindigkeit der Faserbahn und den Umschlingungswinkel der Faserbahn auf der Walze definiert werden. Der Umschlingungswinkel beträgt vorzugsweise 90 - 230° und die Temperatur der beheizten Walze beträgt 60 - 100 °C. Statt einer beheizten Walze kann auch ein beheiztes Band, das als eine Schleife geformt und von Leitwalzen geführt ist, verwendet werden.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird, um die Probleme bezüglich des Anhaftens in dem Kalandriernip zu verhindern, die geleimte Faserbahn mit hohem Feuchtigkeitsgehalt vor dem Kalandriernip derart oberflächengetrocknet, dass in der Dickenrichtung der Faserbahn die Oberfläche der Faserbahn in einer kontaktlosen Trocknungszone mittels eines Infrarottrockners getrocknet wird, der lange Wellenlängen von ungefähr 3 µm oder über 6 µm verwendet, so dass der Feuchtigkeitsgehalt höchstens 10 % in der Tiefe von 5 - 15 µm der Faserbahn, gemessen von der äußeren Oberfläche der Faserbahn, beträgt.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird, um die Probleme bezüglich des Anhaftens in dem Kalandriernip zu vermeiden, die geleimte Faserbahn befeuchtet, wenn die Faserbahn auf dem vorletzten Trocknungszylinder der letzten Trocknungszylindergruppe getrocknet wird, und die Oberfläche der Faserbahn wird durch den letzten Trocknungszylinder der Faserbahn getrocknet, wobei die Temperatur des letzten Trocknungszylinders eingestellt wird.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals der Erfindung ist ein Feuchtigkeitssensor, zum Beispiel ein Infrarotfeuchtigkeitssensor, zwischen der Trocknungszone und dem Kalander angeordnet und, basierend auf den Feuchtigkeitsmessergebnissen, wird die Trocknungswirkung durch Einstellen der Trocknungstemperatur und/oder der Trocknungszeit und/oder im Fall des Kontakttrocknens des Kontaktdrucks, gesteuert.
Vorzugsweise wird die Erfindung verwendet, wenn Faserbahnqualitäten in einer breiten Vielfalt von Arten behandelt werden, die gemäß dem Riesgewicht in zwei Qualitäten eingeteilt werden können: Papiere mit einer einzelnen Lage und einem Riesgewicht von 25 - 300 g/m² und Kartons bzw. Pappen, die in Mehrlagen-Technologie hergestellt worden sind und ein Riesgewicht von 150 - 600 g/m² aufweisen. Es sollte betont werden, dass die Grenze zwischen Papier und Pappe flexibel ist, weil Pappequalitäten mit dem geringsten Riesgewicht leichter sind als die schwersten Papierqualitäten. Allgemein ausgedrückt, wird Papier zum Bedrucken und Pappe zum Verpacken verwendet.
Die nachfolgenden Beschreibungen sind Beispiele von Werten, die derzeit bei Faserbahnen angewendet werden, und es können beträchtliche Abweichungen von den angegebenen Werten bestehen. Die Beschreibungen basieren hauptsächlich auf der Quelle der Veröffentlichung Papermaking Science and Technology, Abschnitt Papermaking Teil 3, editiert von Rautiainen P. und veröffentlicht von der Paper Engineers' Association, Helsinki 2009; 404 Seiten.
Auf mechanischer Pulpe basierende, d. h. Holz enthaltende Druckpapiere, beinhalten Zeitungspapier, unbeschichtetes Magazin- und beschichtetes Magazinpapier.
Die Faserstoffe von heutigem Zeitungspapier beinhalten meist zwischen 80 und 100 % deinkte Pulpe (DIP). Der Rest des Faserstoffs ist mechanische Pulpe (typischerweise TMP). Es gibt jedoch auch Zeitungspapier, das aus 100 % mechanischen Faserstoffen besteht. Auf DIP basierendes Zeitungspapier kann bis zu 20 % Füllstoffe aufweisen. Der Füllstoffgehalt eines auf einer Primärfaser basierenden Zeitungspapier-Faserstoffs beträgt ungefähr 8 %.
Allgemeine Werte für CSWO-Zeitungspapier können wie folgt angenommen werden: Riesgewicht 40 - 48.8 g/m2, PPS s10-Rauheit (SCAN-P 76-95) 4,0 - 4,5 µm, Bendtsen Rauheit (SCAN-P21:67) 150 ml/min, Dichte 600 - 750 kg/m3, Helligkeit (ISO 2470:1999) 58 - 59 % und Opazität (ISO 2470:1998) 92 - 95 %.
Unbeschichtete Magazinpapierqualitäten (SC-superkalandriert) beinhalten normalerweise 50 - 75 % mechanische Pulpe, 5 - 25 % chemische Pulpe und 10 - 35 % Füllstoffe. Das Papier kann auch DIP beinhalten. Typische Werte für kalandriertes SC-Papier (das z. B. SC-C, SC-B und SC-A/A+ umfasst) beinhalten Riesgewicht 40 - 60 g/m2, Aschegehalt (SCAN-P 5:63) 0 - 35 %, Hunter-Glanz (ISO/DIS 8254/1) < 20 - 50 %, PPS s10-Rauheit (SCAN-P 76:95) 1,0 - 2,5 µm, Dichte 700 - 1250 kg/m3, Helligkeit (ISO 2470:1999) 62 - 75 % und Opazität (ISO 2470:1998) 90 - 95 %.
Beschichtete mechanische Papiere beinhalten zum Beispiel MFC-(maschinenfertig bearbeitet, beschichtet), LWC- (Leichtgewicht, beschichtet), MWC- (mittleres Gewicht beschichtet) und HWC- (Schwergewicht, beschichtet) Qualitäten. Beschichtete mechanische Papiere beinhalten üblicherweise 45 - 75 % mechanische oder recycelte Fasern und 25 - 55 % chemische Pulpe. Semichemische Pulpen sind typisch in LWC-Papierqualitäten, die im Fernen Osten hergestellt werden. Der Füllstoffgehalt beträgt ungefähr 5 - 10 %. Die Grammatur liegt üblicherweise in dem Bereich von 40 - 80 g/m2.
Allgemeine Werte für LWC-Papier können wie folgt angenommen werden: Riesgewicht 40 - 70 g/m2, Hunter-Glanz 50 - 65 %, PPS S10-Rauheit 1,0 - 1,5 µm (Offset) und 0,6 - 1,0 mm (Roto), Dichte 1100 - 1250 kg/m3, Helligkeit 70 - 75 % und Opazität 89 - 94 %.
Allgemeine Werte für MFC-Papier (maschinenfertig bearbeitet, beschichtet) können wie folgt angenommen werden: Riesgewicht 48 - 70 g/m2, Hunter-Glanz 25 - 40 %, PPS S10-Rauheit 2,2 - 2,8 µm, Dichte 900 - 950 kg/m3, Helligkeit 70 - 75 % und Opazität 91 - 95 %.
Allgemeine Werte für MWC-Papier (mittleres Gewicht, beschichtet) können wie folgt angenommen werden: Riesgewicht 70 - 90 g/m2, Hunter-Glanz 65 - 70 %, PPS S10-Rauheit 0,6 - 1,0 µm, Dichte 1150 - 1250 kg/m3, Helligkeit 70 - 75 % und Opazität 89 - 94 %.
Holzfreies Papier wird in zwei Segmente unterteilt: unbeschichtet und beschichtet. Üblicherweise besteht der Stoffeintrag von holzfreien Papieren aus gebleichter, chemischer Pulpe mit weniger als 10 % mechanischer Pulpe.
Typische Werte für unbeschichtetes WFU-Kopierpapier sind: Grammatur 70 - 80 g/m2, Bendtsen-Rauigkeit 150 - 250 ml/min und Massigkeit bzw. Sperrigkeit bzw. Bulk > 1,3 cm3/g; für unbeschichtetes Offset-Papier: Grammatur 60 - 240 g/m2, Bendtsen-Rauheit 100 - 200 ml/min und Massigkeit 1,2 - 1,3 cm3/g; und für Farbkopierpapier: Grammatur 100 g/m2, Bendtsen-Rauheit < 50 ml/min und Massigkeit 1,1 cm3/g.
Bei beschichteten, auf Pulpe basierenden Druckpapieren (WFC) variieren die Werte der Beschichtung in Abhängigkeit von den Erfordernissen und der beabsichtigten Anwendung in großem Maße. Die folgenden sind typische Werte für ein- oder zweimal beschichtetes, auf Pulpe basierendes Druckpapier: einmal beschichtet Riesgewicht 90 g/m2, Hunter-Glanz 65 - 80 %, PPS s10-Rauheit 0,75 - 1,1 µm, Helligkeit 80 - 88 % und Opazität 91 - 94 %, und zweimal beschichtet Riesgewicht 130 g/m2, Hunter-Glanz 70 - 80 %, PPS S10-Rauheit 0,65 - 0,95 µm, Helligkeit 83 - 90 % und Opazität 95 - 97 %.
Behälter- bzw. Verpackungskarton beinhaltet sowohl Decklagenkarton bzw. Linerkarton als auch mittleres Wellenrohpapier. Decklagen sind gemäß ihrer Stoffbasis in Kraftliner, recycelte Liner bzw. Decklagen und weiße oberen Liner bzw. Decklagen unterteilt. Decklagen sind typischerweise 1 - bis 3-lagige Kartons mit Grammaturen, die im Bereich von 100 - 300 g/m2 variieren.
Decklagenkartons sind üblicherweise unbeschichtet, aber die Herstellung von beschichtetem weißen oberen Decklagen nimmt zu, um höhere Forderungen hinsichtlich der Bedruckbarkeit zu erfüllen.
Die hauptsächlichen Kartonpappequalitäten sind Faltschachtelkarton (FBB), weiß beschichtete Graupappe (WLC), fester gebleichter Karton (SBS) und Flüssigkeitsverpackungskarton (LPB). Im Allgemeinen werden diese Qualitäten typischerweise für unterschiedliche Arten von Verpackungen für Verbrauchsgüter verwendet. Kartonpappequalitäten variieren von ein- bis zu fünflagigen Pappen (150-400 g/m2). Die obere Seite ist üblicherweise mit einer bis zu drei Schichten beschichtet (20-40 g/m2), die Rückseite hat eine geringere Beschichtung oder gar keine Beschichtung. Es gibt einen großen Bereich von unterschiedlichen Qualitätsdaten für dieselbe Pappequalität. FBB hat die höchste Sperrigkeit bzw. Massigkeit aufgrund der in der mittleren Schicht der Grundpappe verwendeten mechanischen oder chemimechanischen Pulpe. Die mittlere Schicht von WLC besteht hauptsächlich aus recycelten Fasern, wohingegen SBS ausschließlich aus chemischer Pulpe hergestellt ist.
Die Massigkeit von FBB beträgt typischerweise zwischen 1,1 - 1,9 cm3/g, wohingegen WLC im Bereich von 1,1 - 1,6 cm3/g und SBS 0,95 - 1,3 cm3/g liegt. Die PPS-s10-Glätte beträgt jeweils für FBB zwischen 0,8 - 2,1 µm, für WLC 1,3 - 4,5 µm und für SBS 0,7 - 2,1 µm.
Träger- bzw. Trennpapier wird in Etikettengrundpapier in verschiedenen Endverbraucher-Anwendungen verwendet, wie zum Beispiel Lebensmittelverpackungs- und Büroetiketten. Das gebräuchlichste Trägerpapier in Europa ist superkalandriertes Pergaminpapier, das mit Silikon beschichtet ist, um gute Freigabeeigenschaften zu erzeugen.
Typische Werte für superkalandrierte Trägerpapiere sind Riesgewicht 60 - 95 g/m2, Dicke 55 - 79 µm, IGT 12 - 15 cm, Cobb Unger für Dichteseite 0,9 - 1,6 g/m2 und für offene Seite 1,2 - 2,5 g/m2.
Beschichtetes Etikettenpapier wird als Oberpapier zur Freigabe, aber auch für beschichtetes Trägerpapier und flexible Verpackungen verwendet. Beschichtetes Etikettenpapier weist eine Grammatur von 60 - 120 g/m2 auf und ist typischerweise geleimt oder mit einer Leimpresse vorbeschichtet und auf einer Seite mit einer Einzelklinge beschichtet. Einige typische Papiereigenschaften für beschichtetes und kalandriertes Etikettenpapier sind Riesgewicht 50 - 100 g/m2, Hunter-Glanz 70 - 85 %, PPS s10-Rauheit 0,6 - 1,0 µm, Bekk-Glätte 1500 - 2000 s und Dicke 45 - 90 µm.
Durch die Erfindung werden viele Vorteile erreicht, zum Beispiel werden Probleme bezüglich des Anhaftens eliminiert und somit werden Staubprobleme minimiert, es wird eine erhöhte Sauberkeit und bessere Laufeigenschaften und eine höhere Produktionskapazität erreicht. Auch die Lebensdauer der Kalanderwalze oder -band oder ihrer Beschichtungen wird erhöht, weil Verschleiß und beschädigendes Aufsammeln aufgrund von Anhaften verringert wird. Die Erfindung macht es auch möglich, Wasserbefeuchtung in erhöhten Mengen zu verwenden. Die Möglichkeit des Befeuchtens macht des Weiteren das Kalandrieren effizienter und somit verbessern sich Qualitätsergebnisse und die Produktionskapazität. Die durch das Verfahren oder in dem System behandelte Faserbahn weist eine trockene steife Oberfläche und eine kalte mittlere Schicht mit hohem Feuchtigkeitsgehalt auf und ist dadurch optimal zum Kalandrieren und Probleme bezüglich Anhaften und Aufsammeln werden vermieden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail weiter beschrieben, wobei:

in 1 ein Beispiel des Behandlungssystems gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist,
in 2 ein weiteres Beispiel des Behandlungssystems gemäß der Erfindung sehr schematisch dargestellt ist,
in 3 noch ein weiteres Beispiel des Behandlungssystems gemäß der Erfindung sehr schematisch dargestellt ist,
in 4 noch ein weiteres Beispiel des Behandlungssystems gemäß der Erfindung sehr schematisch dargestellt ist,
in 5 ein schematisches Beispiel von Kurven dargestellt ist, die einen optimalen Feuchtigkeitsgehalt und die Temperatur der Faserbahn in der Dickenrichtung zeigen, und
in 6 ein schematisches Beispiel dargestellt ist, das den Feuchtigkeitsgehalt in der Dickenrichtung der Faserbahn nach dem Befeuchten und nach der Oberflächentrocknungszone darstellt.

In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen dieselben Bezugszeichen die jeweiligen Komponenten usw., so lange dies nicht anders angegeben ist, und es sollte verdeutlicht werden, dass die Beispiele geändert werden können, um unterschiedliche Anwendungen und Bedingungen innerhalb des Rahmens eines Kalanders anzupassen.
In dem Beispiel von 1 wird die Faserbahn W mittels einer Leitwalze 13 zu einem Kalander 10 geführt, der zwei Kalanderwalzen 11, 12 aufweist, zwischen denen der Kalandrierspalt N gebildet ist. Die Kalanderwalze 11 ist eine beheizte Thermowalze. Eine weitere Leitwalze 14 ist vor dem Kalander 10 angeordnet, wobei durch die Leitwalze 14 die Faserbahn auf die beheizte Thermowalze 11 geführt wird, durch welche die Oberflächentrocknungszone Z als ein Umschlingungswinkel A der Faserbahn W auf der Thermowalze 11 gebildet ist. Somit wird ein Oberflächentrocknen der Faserbahn W unter geringem Kontaktdruck während des Laufs der Faserbahn W auf der Thermowalze erzeugt. Der Umschlingungswinkel beträgt 90 - 230° und der Kontaktdruck in der Oberflächentrocknungszone Z beträgt 1 - 5 kPa.
In dem Beispiel von 2 wird die Faserbahn W mittels Leitwalzen 13, 14 zu einem Kalander 10 geführt, der zwei Kalanderwalzen 11, 12 aufweist, zwischen denen der Kalandrierspalt N gebildet ist. Die Kalanderwalze 11 ist eine beheizte Thermowalze. Zwischen den Leitwalzen 13, 14 ist eine Kontakttrocknungswalze 15 angeordnet, durch welche die Oberflächentrocknungszone Z als ein Umschlingungswinkel A der Faserbahn W auf der Kontakttrocknungswalze 15 gebildet ist. Somit wird ein Oberflächentrocknen der Faserbahn W unter niedrigem Kontaktdruck während des Laufs der Faserbahn W auf der Kontakttrocknungswalze 15 erzeugt. Der Umschlingungswinkel beträgt 90 - 230° und der Kontaktdruck in der Oberflächentrocknungszone Z beträgt 1 - 5 kPa und die Temperatur der Kontakttrocknungswalze 15 beträgt 60 - 100 °C. Zwischen der Kontakttrocknungswalze 15 und dem Kalander 10 ist ein Feuchtigkeitssensor 21 angeordnet, mit dem der Oberflächenfeuchtigkeitsgehalt der Faserbahn W gemessen wird und, basierend auf den Messergebnissen, wird die Trocknungswirkung der Kontakttrocknungswalze 15 eingestellt.
In dem Beispiel von 3 wird die Faserbahn W mittels einer Leitwalze 13 zu einem Kalander 10 geführt, der zwei Kalanderwalzen 11, 12 aufweist, zwischen denen der Kalandriernip N gebildet ist. Die Kalanderwalze 11 ist eine beheizte Thermowalze. Vor der Leitwalze 13 ist eine Zylindertrocknungsgruppe angeordnet, von der die letzten drei Trocknungszylinder 24, 25, 26 dargestellt sind. Die Faserbahn W wird mittels einer Befeuchtungseinrichtung 27 an dem zweitletzten Trocknungszylinder 25 befeuchtet. Durch den letzten Trocknungszylinder 26 wird die Oberflächentrocknungszone Z als ein Umschlingungswinkel A der Faserbahn W auf dem Trocknungszylinder 26 gebildet. Dadurch wird eine Oberflächentrocknung der Faserbahn W unter niedrigem Kontaktdruck während des Laufs der Faserbahn W auf dem Trocknungszylinder 26 erzeugt. Der Umschlingungswinkel beträgt 90 - 230° und der Kontaktdruck in der Oberflächentrocknungszone Z beträgt 1 - 5 kPa und die Temperatur des Trocknungszylinders 26 beträgt 60 - 100 °C.
In dem Beispiel von 4 wird die Faserbahn W zu einem Kalander 10 geführt, der zwei Kalanderwalzen 11, 12 aufweist, zwischen denen der Kalandriernip N gebildet ist. Die Kalanderwalze 11 ist eine beheizte Thermowalze. Ein Infrarottrockner 22, der lange Wellenlängen mit ungefähr 3 µm oder über 6 µm verwendet, ist angeordnet, um die Oberflächentrocknungszone Z zu bilden. Dadurch wird ein Oberflächentrocknen der Faserbahn W als kontaktloses Trocknen während des Laufs der Faserbahn W, welche an dem Infrarottrockner 22 vorbeiläuft, erzeugt, so dass die Trockenheit der Oberfläche über 90 % beträgt, d. h. der Feuchtigkeitsgehalt höchstens 10 % in einer Tiefe von 5 - 15 µm in der Dicke der Faserbahn, gemessen von der äußeren Fläche der Faserbahn, beträgt.
In 5 sind durch die Kurven M, T in der Dickenrichtung der Faserbahn W der optimale Feuchtigkeitsgehalt M und die Temperatur T der Faserbahn dargestellt, nachdem die Faserbahn W die Oberflächentrocknungszone Z vor dem Kalander 10 durchlaufen hat. In dem Beispiel von 5 haben beide Seiten der Faserbahn W die Oberflächentrocknungszone Z durchlaufen. Wie aus der Feuchtigkeitsgehaltkurve M zu sehen ist, ist der Feuchtigkeitsgehalt auf der Oberfläche und in der Nähe der Oberfläche der Faserbahn W sehr gering und erhöht sich in Richtung der Mitte der Faserbahn W und pendelt sich dann auf einem ein wenig niedrigeren Niveau in der Mitte der Faserbahn W ein. Wie aus der Temperaturkurve T erkannt werden kann, ist die Temperatur auf der Oberfläche und in der Nähe der Oberfläche der Faserbahn W hoch und erhöht sich in Richtung der Mitte der Faserbahn W und pendelt sich dann in der Mitte der Faserbahn W ein.
In 6 sind durch die Kurven M1, M2 der Feuchtigkeitsgehalt in der Dickenrichtung der Faserbahn W nach dem Befeuchten mittels einer Befeuchtungsvorrichtung 28 durch die Kurve M1 und nach dem Trocknen in einer Oberflächentrocknungszone Z durch die Kurve M2 dargestellt. Wie aus der Feuchtigkeitsgehaltkurve M1 erkannt werden kann, ist der Feuchtigkeitsgehalt auf der Oberfläche der Faserbahn W nach dem Befeuchten hoch. Und wie aus der Feuchtigkeitsgehaltkurve M2 erkannt werden kann, ist der Feuchtigkeitsgehalt auf der Oberfläche und in der Nähe der Oberfläche der Faserbahn W nach dem Trocknen in der Oberflächentrocknungszone sehr gering und erhöht sich in Richtung der Mitte der Faserbahn W und pendelt sich dann auf einem etwas niedrigeren Niveau in der Mitte der Faserbahn W ein.
Bezugszeichenliste

10: Kalander
11: Thermowalze
12: Gegenwalze
13: Leitwalze
14: Leitwalze
15: Kontakttrocknungswalze
21: Feuchtigkeitssensor
22: Infrarottrockner
24: Trocknungszylinder
25: Trocknungszylinder
26: Trocknungszylinder
27: Befeuchtungseinrichtung
28: Befeuchtungsseinrichtung
A: Umschlingungswinkel
M, M1, M2: Feuchtigkeitsgehalt
N: Kalandriernip
T: Temperatur
W: Faserbahn
Z: Trocknungszone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO/DIS 8254/1 [0045]
ISO 2470:1999 [0045]
ISO 2470:1998 [0045]

Claims

Verfahren zum Behandeln einer Faserbahn, in welchem die Faserbahn (W) in wenigstens einem Nip (N) eines Kalanders (10) kalandriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Kalander (10) in der Laufrichtung der Faserbahn (W) eine Seite der Faserbahn oder beide Seiten der Faserbahn in einer Oberflächentrocknungszone (Z) nur oberflächengetrocknet wird oder werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbahn (W) derart oberflächengetrocknet wird, dass der Oberflächenfeuchtigkeitsgehalt der oberflächengetrockneten Seite oder Seiten der Faserbahn (W) in der Dickenrichtung der Faserbahn in 5 - 15 µm der Dicke, gemessen von der äußeren Oberfläche der Faserbahn, höchstens 10 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächen der Faserbahn (W) durch Kontakttrocknen mit geringem Kontaktdruck in der Oberflächentrocknungszone (Z) getrocknet wird oder werden, wobei in der Trocknungszone (Z) die Faserbahn (W) vorzugsweise für eine Trocknungszeit von 100 - 300 ms, vorzugsweise ungefähr 200 ms, verbleibt und der Kontaktdruck 1 - 5 kPa beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächen der Faserbahn (W) durch kontaktlose Trocknungszonen mittels eines Infrarottrockners getrocknet wird oder werden, der lange Wellenlängen von ungefähr 3 µm oder über 6 µm verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Oberfläche oder Oberflächen der Faserbahn (W) mittels eines Feuchtigkeitssensors zwischen der Oberflächentrocknungszone (Z) und dem Kalander (10) gemessen wird oder werden und basierend auf den Feuchtigkeitsmessergebnissen die Trocknungswirkung der Oberflächentrocknungszone (Z) durch Einstellen der Trocknungstemperatur und/oder der Trocknungszeit und/oder im Fall des Kontakttrocknens des Kontaktdrucks gesteuert wird.
Behandlungssystem zum Behandeln einer Faserbahn, das einen Kalander (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das System des Weiteren eine vor dem Kalander (10) in der Laufrichtung der Faserbahn (W) angeordnete Oberflächentrocknungszone (Z) aufweist, in der eine Seite der Faserbahn oder beide Seiten der Faserbahn (W) nur oberflächengetrocknet wird oder werden.
Behandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbahn (W) derart oberflächengetrocknet wird, dass der Oberflächenfeuchtigkeitsgehalt der oberflächengetrockneten Seite oder Seiten der Faserbahn (W) in der Dickenrichtung der Faserbahn in 5 - 15 µm der Dicke, gemessen von der äußeren Oberfläche der Faserbahn, höchstens 10 % beträgt.
Behandlungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentrocknungszone (Z) einen Lauf der Faserbahn (W) auf einer beheizten Walze (11;15;25) aufweist.
Behandlungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizte Walze eine Kalanderwalze (11) oder eine Kontakttrocknungswalze (15) oder ein Trocknungszylinder (25) ist.
Behandlungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentrocknungszone (Z) einen Infrarottrockner aufweist, der lange Wellenlängen mit ungefähr 3 µm oder über 6 µm aufweist.
Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungssystem einen Feuchtigkeitssensor (21), vorzugsweise einen reflexionsbasierten IR-Feuchtigkeitssensor, zwischen der Oberflächentrocknungszone (Z) und dem Kalander (10) aufweist.