-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Beschichtung einer Faserstoffbahn, insbesondere zur Erzeugung einer Barrierewirkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Papier und Karton sind sehr vielseitige Materialien, jedoch besitzen sie keine bzw. nur sehr schwache Barriereeigenschaften z.B. gegen Sauerstoff, Feuchtigkeit, bzw. Fett- oder Ölangriff. Für sehr viele Verpackungszwecke wird jedoch ein Material mit derartigen Barriereeigenschaften benötigt. Um Papier oder Karton - oder allgemeiner Faserstoffbahnen - für solche Anwendungen einsetzen zu können müssen diese daher geeignet veredelt werden.
-
Das Beschichten von Papier oder Karton zum Erzielen von Barriereeigenschaften ist beispielsweise aus der
EP 2 740 685 B2 bekannt.
-
Eine geeignete Möglichkeit zur Veredlung besteht im Auftragen von natürlichen oder synthetischen Polymeren auf die Faserstoffbahn. Insbesondere Mikrofibrillierte Zellulose (MFC) ist ein natürliches Polymer, das sehr attraktive Barriereeigenschaften z.B. gegen Wasserdampf und Fett erzeugen kann, und aktuell Gegenstand vieler Untersuchungen ist. Beispielhaft sei hier die Schrift
CN110241658A angeführt.
-
Ein Nachteil der MFC ist jedoch, dass sie üblicherweise in Form eines hochviskosen Gels vorliegt, und in dieser Form nicht effizient verarbeitet werden kann. Zum Auftragen auf eine Faserstoffbahn muss diese Substanz hoch verdünnt werden, um einen fehlerfreien Filmauftrag zu erhalten. Dieses Wasser muss jedoch nach dem Auftrag wieder über Trocknung aus der Bahn entfernt werden. Es ist dabei jedoch zu beachten, dass die notwendige, intensive Trocknung die aufgetragene Barriereschicht nicht beschädigt.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu Beschichtung einer Faserstoffbahn vorzuschlagen, mit dem auch sehr stark verdünnte Auftragsmedium zuverlässig aufgetragen werden können. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur zuverlässigen Erzeugung eines intakten Barrierestrichs auf einer Faserstoffbahn vorzuschlagen.
-
Diese Aufgaben werden vollständig gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Auftragen zumindest eines Auftragsmediums auf eine laufende Faserstoffbahn mit Hilfe eines Auftragsaggregats, welches die folgenden Schritte umfasst:
- a. Bereitstellen einer Faserstoffbahn mit einer Temperatur von unter 55°C vor dem Einlauf in das Auftragsaggregat.
- b. Auftragen des Auftragsmediums auf zumindest eine Seite der Faserstoffbahn.
- c. Trocknung der Faserstoffbahn durch eine erste Trocknung in Form einer Lufttrocknung und einer anschließenden zweiten Trocknung in Form einer Kontakttrocknung,
wobei mehr als 50%, vorzugsweise zwischen 80% und 90% der durch die Trocknung entzogenen Wassermenge durch die Lufttrocknung entzogen wird
-
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn zum Bereitstellen einer Faserstoffbahn mit einer Temperatur von unter 55°C die Faserstoffbahn von einer höheren Temperatur, insbesondere von einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C abgekühlt wird.
-
In vorteilhaften Ausführungsformen kann das Auftragsmedium natürliche oder synthetische Polymere umfassen. Beispiele hierfür sind mikrofibrillierte Zellulose (MFC) oder Stärke. Weiterhin wird das Auftragsmedium üblicherweise eine große Menge an Wasser aufweisen. In vorteilhaften Anwendungen wird man das Auftragsmedium so einstellen, dass der Feststoffgehalt mindestens 10gew% beträgt, insbesondere zwischen 20gew% und 40gew%.
-
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass die Temperatur des Auftragsmediums weniger als 65°C beträgt.
-
In bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass das Verfahren weiterhin den Schritt umfasst
d. Aufrollen der Faserstoffbahn, wobei die Temperatur der Materialbahn beim Aufrollen 30°C oder weniger beträgt.
-
Um eine solche Temperatur der Faserstoffbahn zu gewährleisten kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen der Trocknung und der Aufrollung noch ein Kühlaggregat zur nachgelagerten Kühlung -beispielsweise in Form eines Kühlzylinders - angeordnet ist.
-
Da insbesondere zur Erzielung von Barrierewirkung üblicherweise eine einzige Beschichtung nicht ausreichend ist, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass mit Hilfe eines weiteren Auftragsaggregats ein weiteres Auftragsmedium auf die laufende Faserstoffbahn aufgetragen wird, und dieses weitere Auftragsaggregat in Laufrichtung der Faserstoffbahn vor oder auch nach dem Auftragsaggregat angeordnet ist.
-
Hierbei kann es sich insbesondere als vorteilhaft erweisen, wenn die Faserstoffbahn nach dem weiteren Auftragsaggregat eine weitere Trocknung erfährt, wodurch die Faserstoffbahn auf mehr als 60°C, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 65°C und 90°C erwärmt wird. Um trotz dieser hohen Bahntemperatur zu gewährleisten, dass die Faserstoffbahn bei Einlauf in das Auftragsaggregat maximal 55°C warm ist, ist die beschriebene vorgelagerte Kühlung sehr hilfreich.
-
Geeignete Auftragsaggregate für das Auftragsmedium und/oder das weitere Auftragsmedium können Aggregate für Filmauftrag, Vorhangauftrag oder Sprühauftrag sein.
-
Anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
- 1 zeigt schematisch ein Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung.
-
1 zeigt ein Verfahren zum Auftrag von zwei Schichten Auftragsmediums auf eine Papierbahn oder Kartonbahn. Die Faserstoffbahn erhält dabei zuerst einen Vorstrich durch Aufbringen eines weiteren Auftragsmediums in einem weiteren Auftragswerk 100. Bei diesem Vorstrich kann es sich beispielsweise um eine Beschichtung mit Stärke handeln, die einseitig oder zweiseitig erfolgen kann. Alternativ kann in dem weiteren Auftragswerk 100 auch ein Pigmentstrich aufgetragen werden. Der Vorstrich kann mittels eines bekannten Auftragsverfahrens aufgetragen werden. Insbesondere kann es sich bei dem weiteren Auftragswerk 100 um ein Filmauftragswerk 100, ein Vorhangauftragswerk oder ein Sprühauftragswerk handeln. In anderen Ausführungen des Verfahrens kann der Vorstrich selbst auch schon aus mehreren Schichten bestehen. Diese zusätzlichen Schichten an Vorstrich können vor dem weiteren Auftragswerk 100 auf die Faserstoffbahn aufgebracht werden. Da durch das Auftragen des weiteren Auftragsmedium auch eine große Menge Feuchtigkeit auf die Bahn aufgetragen wird, schließt sich an das weitere Auftragsaggregat eine weitere Trocknung 200 an. Bei dieser weiteren Trocknung 200 kann es sich um eine beliebige geeignete Trocknung handeln, beispielsweise eine Luft-, Infrarot- oder Kontakttrocknung bzw. Kombinationen hieraus. Unabhängig von der Art der weiteren Trocknung wird die Faserstoffbahn dadurch stark erwärmt. Üblicherweise weist die Faserstoffbahn nach der weiteren Trocknung eine Temperatur von mehr als 60°C auf, häufig zwischen 65°C und 90°C. Um eine Faserstoffbahn mit einer Temperatur von 55°C oder weniger bereit zu stellen ist in dem Verfahren der 1 eine vorgelagerte Kühlung 5 vorgesehen. Diese kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Faserstoffbahn über einen oder mehrere gekühlte Zylinder geführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlung durch Beaufschlagung mit kalter Luft erfolgen. Die Bahn wird dabei so weit gekühlt, dass sie vor dem Einlauf in das Auftragsaggregat 10 nur noch eine Temperatur von 55°C oder weniger aufweist. Je nach Anwendung kann die Temperatur der Faserstoffbahn auch zwischen 40°C und 50°C betragen. Die derart gekühlte Bahn wird im folgenden Auftragsaggregat 10 mit dem Auftragsmedium beschichtet. Das Auftragsmedium kann dabei das gleiche Medium sein, wie das weitere Auftragsmedium, oder ein unterschiedliches. Vorzugsweise ist das Auftragsmedium ein Barrieremedium und umfasst natürliche oder synthetische Polymere, insbesondere mikrofibrillierte Zellulose (MFC). Bei einem solchen Barrierestrich ist es besonders wichtig, dass die Beschichtung geschlossen ist und keine Krater oder Löcher aufweist. Die Verfahren gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung sind hierfür sehr vorteilhaft.
-
Es sei hier angemerkt, dass beim Auftrag auf eine heiße Bahn der Beschichtung, bzw. dem Auftragsmedium direkt beim Auftragen schlagartig viel Wärmeenergie zugeführt wird. Das Auftragsmedium, bzw. das darin enthaltene Wasser beginnt dann sofort zu verdunsten/verdampfen, wodurch Krater oder Löcher in der Beschichtung entstehen können. Daher ist gerade beim Auftragen einer Barrierebeschichtung eine genaue Temperierung der Bahn vor dem Auftrag sehr wichtig.
-
Häufig wird es notwendig sein, im Auftragsaggregat mehr als 6 g/m2, insbesondere 8g/m2 oder mehr an Feststoff aufzutragen. Der Auftrag erfolgt in der Regel einseitig, wobei Filmauftragswerke, Vorhangauftragswerke oder Sprühauftragswerke sehr geeignet sind. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Temperatur des Auftragsmediums nicht zu weit über der Temperatur der Faserstoffbahn liegt, insbesondere wenn die Temperatur des Auftragsmediums maximal 20°, bevorzugt maximal 10° über der Temperatur der Faserstoffbahn liegt. Generell sollte die Temperatur des Auftragsmediums bei 65°C oder darunter liegen. Zu diesem Zweck kann eine Kühlung des Auftragsmediums notwendig sein. In vorteilhaften Anwendungen wird man das Auftragsmedium so einstellen, dass der Feststoffgehalt mindestens 10gew% beträgt, insbesondere zwischen 20gew% und 40gew%. Trotzdem wird auch hier wieder mit dem Auftragsmedium eine große Menge Feuchtigkeit auf die Faserstoffbahn aufgebracht, die anschließend über eine Trocknung 20 wieder entfernt werden muss. Die Trocknung 20 umfasst dabei Abschnitte. Zuerst erfolgt eine Lufttrocknung 22, bei der Luft, insbesondere warme Luft auf die Faserstoffbahn, insbesondere auf die beschichtete Seite der Faserstoffbahn aufgebracht wird. Im Anschluss erfolgt eine Kontakttrocknung 24. Hierbei kann die Faserstoffbahn beispielsweise über einen oder mehrere beheizte Zylinder geführt werden. Die Temperatur der Trockenzylinder kann hier relativ niedrig gehalten werden. In vorteilhaften Ausführungen beträgt die Oberflächentemperatur dieser Trockenzylinder 80°C oder weniger. Die beiden Teile 22, 24 der Trocknung sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass zumindest 50% vorzugsweise zwischen 80% und 90% der gesamten durch die Trocknung entzogenen Wassermenge durch die Lufttrocknung 22 entzogen wird.
-
Diese Gestaltung der Trocknung ist sehr vorteilhaft für die Erzielung eines geschlossenen, fehlerfreien Striches. Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass an dieser Stelle eine Trocknung mit zu hoher Intensität -also mit einer zu hohen Stofftransportrate [kg/m2*h]-, wie z.B. die Infrarottrocknung (IR) und/oder eine zu hohe Bahntemperatur zu Kratern oder Löchern im Strichauftrag führen, wodurch die Barrierewirkung ganz oder teilweise zerstört wird.
-
Durch das vorherige Kühlen - oder in anderen Ausführungen, z.B. in Offline-Anlagen: durch das Bereitstellen einer entsprechend kühlen Bahn wird das Auftragsmedium nicht auf eine heiße Bahn aufgebracht, was wie erwähnt zu Kratern oder Löchern führen kann.
Die Lufttrocknung 22 ist eine - im Vergleich zur IR Trocknung - recht milde Trocknung, die eine Verdampfung mit niedriger Stofftransportrate bewirkt. Da die Luft von oben auf die Beschichtung geblasen wird, kommt es zu keiner stärkeren Aufwärmung der Faserstoffbahn.
Erst nachdem ein großer Teil der Feuchtigkeit (> 50 gew%) durch die Lufttrocknung 22 entfernt wurde ist die aufgetragene Beschichtung schon so weit verfestigt, dass eine weitere Trocknung mittels Kontakttrocknung 24 möglich ist, ohne dass der Integrität der Beschichtung Schaden zugefügt wird. Bei der Kontakttrocknung 24 erfolgt die Trocknung nämlich üblicherweise über eine Erwärmung der Faserstoffbahn von der nicht beschichteten Seite. Würde die Kontakttrocknung 24 zu früh einsetzen, bevor die Beschichtung ausreichend verfestigt ist, würde die Beschichtung durch das Trockensieb oder durch die Zylinderoberfläche beschädigt werden.
Trotz der durch die Lufttrocknung 22 erzielten Verfestigung der Beschichtung ist es vorteilhaft, die Kontakttrocknung 24 vergleichsweise schonend zu gestalten. Daher sollte die Oberflächentemperatur dieser Trockenzylinder bevorzugt 80°C oder weniger betragen.
Die fertig getrocknete Faserstoffbahn wird zur weiteren Verarbeitung in einer Aufrollung 40 zu einem sogenannten Tambour aufgerollt. Um Stofftransportvorgänge in der Beschichtung, und damit Verluste in der Barrierewirkung, zu verringern, sollte die Temperatur der Faserstoffbahn bei der Aufrollung 40 maximal 30°C betragen. Um dies zu gewährleisten weist die in 1 dargestellte Ausführung zwischen der Trocknung 20 und der Aufrollung 40 noch eine nachgelagerte Kühlung 30 auf, um die Faserstoffbahn auf eine Temperatur von 30°C oder weniger zu kühlen. Zur Realisierung der nachgelagerten Kühlung 30 sind die gleichen Aggregate geeignet, wie für die vorgelagerte Kühlung 5 beschrieben. Eine derartige nachgelagerte Kühlung 30 ist zwar sehr vorteilhaft. Abhängig von der weiteren Verarbeitung der Faserstoffbahn kann aber gegebenenfalls auch darauf verzichtet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 5
- Vorgelagerte Kühlung
- 10
- Auftragsaggregat
- 20
- Trocknung
- 22
- Lufttrocknung
- 24
- Kontakttrocknung
- 30
- nachgelagerte Kühlung
- 40
- Aufrollung
- 100
- weiteres Auftragsaggregat
- 200
- weitere Trocknung
-
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
-
- EP 2740685 B2 [0003]
- CN 110241658 A [0004]
