DE10343023A1

DE10343023A1 - Mischsystem für Farbkomponenten und Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton

Info

Publication number: DE10343023A1
Application number: DE10343023A
Authority: DE
Inventors: Volker Fäthke; Bernd Bohnenkamp
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07
Also published as: EP1516958A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mischsystem, bestehend aus einer Mischvorrichtung (1) mit Zulauf- (2) und Ablaufleitung (3), wobei in der Ablaufleitung (3) ein Druckregelventil (5) angeordnet ist und die Ablaufleitung (3) vor dem Druckregelventil (5) über eine Bypassleitung (4) mit der Zulaufleitung (2) verbunden ist. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton, bei dem eine Streichfarbe, insbesondere unter Verwendung des erfindungsgemäßen Mischsystems, auf eine Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mischsystem, insbesondere zum Mischen einer aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Streichfarbe gemäß Anspruch 1, bestehend aus einer Mischvorrichtung mit Zulauf- und Ablaufleitung sowie die Verwendung des Mischsystems. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton gemäß Anspruch 4, bei dem eine Streichfarbe, insbesondere in einem frei fallenden Vorhang, auf eine Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird.
Zur Verbesserung der Oberflächenqualität werden Naturpapiere bekannterweise mit Pigmentstreichfarben beschichtet. Die Streichfarben enthalten in Wasser dispergierte, meist anorganische Pigmente. Der Farbe wird Bindemittel zugesetzt, um die Pigmente zuverlässig und dauerhaft auf dem Papier zu verankern. Als weiteren Bestandteil enthalten die Streichfarben Verdicker und diverse Hilfsstoffe als Additive, um die für das jeweilige Beschichtungsverfahren erforderlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften einzustellen.
Derartige Streichfarben sind aus der WO 02/066739 A1 bekannt. Des Weiteren ist aus dieser Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton zu entnehmen, bei dem eine Streichfarbe mit einem so genannten Curtain-Coater in einem frei fallenden Vorhang auf eine laufende Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird. Vor dem Auftrag wird die fertige Streichfarbe über mehrere Mischungsstufen aus ihren Komponenten gemischt. Da beim Aufbringen die Streichfarbe keine Luft oder andere Gase enthalten darf, wird sie in einem zwischengeschalteten Verfahrensschritt entgast.
In einer letzten Mischstufe wird der Farbe als Additiv ein Verdicker zur Viskositätseinstellung hinzugegeben. Der Anteil liegt üblicherweise zwischen 0,05 und 0,5 Gew.-%, bezogen auf den Pigmentanteil. Als Verdicker werden beispielsweise polymerisierte Acrylverbindungen eingesetzt. Zur Viskositätseinstellung ist es auch wesentlich, durch eine Zugabe von Tensiden die Oberflächenspannung der Streichfarbe entsprechend herunterzusetzen, damit beim Auftragen der Farbe mit einem Curtain-Coater der Farbvorhang nicht abreißt.
Eine Mischvorrichtung für die letzte Mischstufe vor dem Auftragen ist ebenfalls aus der vorstehend genannten Druckschrift beschrieben. Die Praxis zeigt jedoch, dass sich in der letzten Mischstufe eingebrachte Farbkomponenten nach der Entlüftung nicht immer homogen vermischen lassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Durchmischung einer aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Farbe, insbesondere bei der letzten Mischstufe, vor dem Auftragen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Mischsystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton nach Anspruch 4 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Mischsystem vorgesehen, insbesondere zum Mischen einer aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Streichfarbe, bestehend aus einer Mischvorrichtung mit Zulauf- und Ablaufleitung, wobei in der Ablaufleitung ein Druckregelventil angeordnet ist und die Ablaufleitung vor dem Druckregelventil über eine Bypassleitung mit der Zulauflei tung oder direkt eingangsseitig mit der Mischvorrichtung verbunden ist.
Die Erfindung schlägt vor, die Durchmischung einer aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Farbe zu verbessern. Dabei wird in Abhängigkeit von der Viskosität der Farbe und der Auslegung der Mischvorrichtung eine vollständige Homogenisierung der Streichfarbe erzielt. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Mischsystem bei mehrstufigen Mischeinheiten für einen Einsatz als letzte Mischstufe, bei der unmittelbar vor dem Auftragen der Farbe, beispielsweise auf Papier oder Karton, weitere Additive und Härter zugegeben werden. Durch den Bypass wird ein größerer Mischraum geschaffen, indem die Streichfarbe das Mischsystem mehrfach durchläuft. Das in der Ablaufleitung angeordnete Druckregelventil sorgt dabei für den benötigten Gegendruck, um die Mischwirkung zu verbessern.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mess- und Steuereinheit zur Druckermittlung in die Ablaufleitung eingebunden ist. Hierdurch wird unter Vorgabe des Drucks im Mischsystem eine entsprechende Steuerung für den gewünschten Farbfluss gewährleistet.
Alternativ kann vorteilhafterweise die Mess- und Steuereinheit zur Druckermittlung in die Bypassleitung eingebunden sein. Die Druckverteilung in den Leitungen ist abhängig vom jeweiligen Leitungsquerschnitt und der Viskosität der Farbe. Je nach Messort stehen unterschiedliche Messsignale zur Verfügung. Dies eröffnet die Möglichkeit einer flexiblen und damit an den jeweiligen Bedarf angepassten konstruktiven Auslegung des Mischsystems.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton vorgeschlagen, bei dem eine Streichfarbe auf eine Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird, wobei die Streichfarbe Pigmente in wässriger Dispersion, Bindemittel und zumindest einen Verdicker und weitere Additive enthält, wobei zunächst die wässrige Pigment-Dispersion mit Bindemittel hergestellt wird und der Verdicker und die weiteren Additive unter Luftabschluss der Pigment-Dispersion in einer Mischvorrichtung zugemischt werden und anschließend die Farbe aufgetragen wird, wobei die Farbmischung über eine Bypassleitung in die Mischvorrichtung zur weiteren Homogenisierung zurückgeführt und in der Bypassleitung ein Gegendruck aufgebaut wird, wodurch sich die Farbe in Abhängigkeit von der Pumpleistung und dem Gegendruck durchmischt.
Für das Auftragen der Farbe eignet sich insbesondere ein Curtain-Coater, bei dem diese in einem frei fallenden Vorhang auf Papier oder Karton aufgetragen wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gegendruck zwischen 0,5–5 bar liegt. Der Gegendruck liegt nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung zwischen 2–3 bar. Die bevorzugten Regelbereiche unterstützen die Mischwirkung. Je nach Farbzusammensetzung und der Zugabe von Additiven kann sich der Gegendruck im angegebenen Bereich bewegen. Außerhalb des Bereiches stellt sich die gewünschte Mischwirkung unter 0,5 bar nicht entsprechend ein. Bei einer Druckbeaufschlagung über 5 bar kann bei üblichen Mischvorrichtungen die Grenze ihrer Pumpleistung erreicht werden. Mischvorrichtungen können beispielsweise ein- oder zweistufige Mischturbinen sein, die aus einem Antriebsmotor, mehreren Mischscheiben, Rotoren und Statoren aufgebaut sind. Für jede der Farbkomponenten ist eine separate Zuführung mit einer Dosierpumpe vorgesehen, damit die Komponenten nicht vor der Mischturbine in Kontakt kommen. Die Zulaufleitungen sind bei einer zweistufigen Mischturbine zweckmäßigerweise am äußeren Umfang des 1. Rotors angeordnet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Farbe erst bei einem vorgegebenen Gegendruck über ein Druckregelventil zum Auftragen weitergeleitet wird. Durch die Bypassleitung wird die Pumpwirkung der Mischvorrichtung reduziert. Gleichzeitig bewirkt der Bypass ein mehrfaches Umlaufen der Farbe durch die Mischvorrichtung und verbessert durch eine längere Verweilzeit im System das Mischergebnis.
Vorteilhafterweise wird die Streichfarbe vor dem Mischen mit dem Verdicker und den weiteren Additiven einer Entgasung unterzogen. Mehrkomponentige Streichfarben werden in zumindest einer ersten Mischstufe, bei der Pigmente in wässriger Dispersion und Bindemittel vermengt werden, gemischt und die Dispersion anschließend unter Vakuum entgast, bevor in einem weiteren, der erfindungsgemäßen Lösung entsprechenden Mischsystem Verdicker und weitere Additive beigemengt werden. Dies erfolgt üblicherweise unter Luftabschluss.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton die Farbe mittels eines Curtain-Coaters in einem frei fallenden Vorhang auf eine laufende Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird.
Vorteilhafterweise liegt die Verwendung einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung in der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen oder deren Unterkombinationen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Im Einzelnen zeigt die schematische Darstellung in.
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Mischsystems mit Bypassleitung und Mess- und Steuereinheit,
2 eine schematische Darstellung einer gesamten Anlage, bei der ein erfindungsgemäßes Mischsystem integriert ist.
Die in den Figuren gleichen Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Mischsystem, dessen zentrale Einheit beispielsweise aus einer Mischturbine als Mischvorrichtung 1 gebildet wird. Die Zulaufleitung 2 befördert eine bereits in einem vorhergehenden Stadium aus mehreren Komponenten vorgemischten Dispersion in die Mischturbine. Dort treten über weitere Zulaufleitungen 7, 9 Verdicker und weitere Additive, üblicherweise unter Luftabschluss, hinzu.
Die vermengte Farbe wird über die Ablaufleitung 3 weiterbefördert und tritt entweder durch das in der Ablaufleitung angeordnete Druckregelventil 5 oder wird über die Bypassleitung 4 zur Mischturbine zurückgeführt. Die Bypassleitung endet in der Zulaufleitung 2 oder führt – in der Figur nicht dargestellt – direkt eingangsseitig in die Mischturbine. Auf diese Weise durchläuft zumindest ein Teil der fertig gemischten Farbe das Mischsystem mehrfach.
Das Druckregelventil 5 regelt den für eine entsprechende Durchmischung benötigten Gegendruck und den Abfluss der Farbe über die Ablaufleitung 3 zum Auftragen, beispielsweise durch einen Curtain-Coater, bei dem die Farbe in einem frei fallen den Vorhang auf eine laufende Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird.
Das in der Ablaufleitung angeordnete Druckregelventil sorgt dabei für den benötigten Gegendruck, um die Mischwirkung zu verbessern. Die Mess- und Steuereinheit 6 ermittelt den Druck in der Ablaufleitung 3 vor dem Druckregelventil 5 und steuert den Farbfluss zum Curtain-Coater und in der Bypassleitung 4.
In 2 ist eine gesamte Anlage dargestellt, in die ein erfindungsgemäßes Mischsystem integriert werden kann. Das Mischsystem mit seiner Mischvorrichtung 1, der Zulauf- und Ablaufleitung 2, 3 einschließlich der Bypassleitung 4 mit Druckregelventil 5 und Mess- und Steuereinheit 6 ist dabei einer vorhergehenden Mischstufe nachgeschaltet.
In der vorhergehenden Mischstufe wird die mehrkomponentige Streichfarbe aus Pigmenten 10 in wässriger Dispersion 11 mit Bindemittel 12 in einem Vorratsbehälter 13 vermengt. Über eine Dosierpumpe 14 wird die Dispersion in einer Entgasungsvorrichtung 15 entgast, indem sie bei Unterdruck versprüht wird. Dabei werden die aus der Dispersion austretenden Gase G, insbesondere handelt es sich um Luft, aus dem Behälter abgeführt. Eine weitere Dosierpumpe 14 befördert die Dispersion über die Zulaufleitung 2 zur Mischvorrichtung 1, in der als weitere Komponenten Verdicker 7, Tenside 8 und weitere Additive 9 unter Luftabschluss hinzugefügt werden. Insbesondere die Zugabe von Verdicker und Tensiden als weitere Additive kann eine beträchtliche Zunahme der Viskosität der Farbmischung bewirken. Auch in dieser Stufe kann trotz einer erhöhten Viskosität eine zusätzliche Entgasung stattfinden.
Dem erfindungsgemäßen Mischsystem nachgeschaltet ist ein über die Ablaufleitung 3 mit Streichfarbe versorgter Curtain-Coater 16.
Weitere, nicht in den Figuren dargestellte Anlagenkomponenten, wie beispielsweise Wärmetauscher oder Filter, können in die Anlage eingebunden werden. Ebenso können auch weitere Druckregeleinheiten in der Bypassleitung und/oder der Zu- und Ablaufleitung im Mischsystem eingebunden werden, um durch eine Feinabstimmung der Druckverteilung im System erfindungsgemäß eine homogenere Farbmischung zu erhalten.

1: Mischvorrichtung
2: Zulaufleitung
3: Ablaufleitung
4: Bypassleitung oder Rückführleitung
5: Druckregelventil
6: Mess- und Steuereinheit
7: Zulaufleitung Verdicker
8: Zulaufleitung Tensid
9: Zulaufleitung weitere Hilfsstoffe
10: Pigmente
11: Wasser
12: Bindemittel
13: Vorratsbehälter
14: Dosierpumpe
15: Entgasungsvorrichtung
16: Curtain-Coater
G: Gas

Claims

Mischsystem, insbesondere zum Mischen einer aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Streichfarbe, bestehend aus einer Mischvorrichtung (1) mit Zulauf- (2) und Ablaufleitung (3), dadurch gekennzeichnet, dass in der Ablaufleitung (3) ein Druckregelventil (5) angeordnet ist und die Ablaufleitung (3) vor dem Druckregelventil (5) über eine Bypassleitung (4) mit der Zulaufleitung (2) oder direkt eingangsseitig mit der Mischvorrichtung (1) verbunden ist.
Mischsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mess- und Steuereinheit (6) zur Druckermittlung in die Ablaufleitung (3) eingebunden ist.
Mischsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mess- und Steuereinheit (6) zur Druckermittlung in die Bypassleitung (4) eingebunden ist.
Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton, bei dem eine Streichfarbe, insbesondere in einem frei fallenden Vorhang, auf eine Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird, wobei die Streichfarbe Pigmente in wässriger Dispersion (10, 11), Bindemittel (12) und zumindest einen Verdicker (7) und weitere Additive (8, 9) enthält, wobei zunächst die wässrige Pigment-Dispersion mit Bindemittel hergestellt wird und der Verdicker (7) und die weiteren Additive (8, 9) unter Luftabschluss der Pigment-Dispersion in einer Mischvorrichtung (1) zugemischt werden und anschließend die Farbe aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbmischung über eine Bypassleitung (4) in die Mischvorrichtung (1) zur weiteren Homogenisierung zurückgeführt wird und in der Bypassleitung ein Gegendruck aufgebaut wird, wodurch sich die Farbe in Abhängigkeit von der Pumpleistung und dem Gegendruck durchmischt.
Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck zwischen 0,5–5 bar liegt.
Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck zwischen 2–3 bar liegt.
Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbe erst bei einem vorgegebenen Gegendruck über ein Druckregelventil (5) zum Auftragen weitergeleitet wird.
Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streichfarbe vor dem Mischen mit dem Verdicker (7) und den weiteren Additiven einer Entgasung unterzogen wird.
Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Curtain-Coaters (16) in einem frei fallenden Vorhang die Farbe auf eine laufende Papier- oder Kartonbahn aufgetragen wird.
Verwendung einer Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 9.