DE1227773B - Verfahren zum Maschinenstreichen von Papier - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

D 21h

Deutsche Kl.: 55 f-15/20

Nummer: 1227 773

Aktenzeichen: C 23631VI b/55 f

Anmeldetag: 13. März 1961

Auslegetag: 27. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen einer Streichmasse mit hohem Feststoffgehalt und hoher Viskosität auf die im sogenannten »feuchten Teil« einer Papiermaschine entstehende Papierbahn, während diese die Preßwalzen im Preßwerk der Papiermaschine durchläuft. Diese Preßwalzen werden gewöhnlich als erste, zweite, dritte (Umkehrpreßwalze) oder vierte (Glättwalze oder Kalander) Preßwalze bezeichnet.

Es ist bereits bekannt, das Papier bereits während seiner Herstellung in der Papiermaschine mit einer Beschichtung, dem sogenannten »Strich«, zu versehen. Als Streichmasse werden dabei im allgemeinen und auch erfindungsgemäß Suspensionen verwendet, welche einerseits Stärke, Casein oder andere Klebstoffe und andererseits Tone, Pigmente oder Mineralstoffe sowie gegebenenfalls geeignete Zusätze enthalten. Im allgemeinen enthalten derartige Streichmassen, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt, 15 bis 2OVo Klebstoffe und 80 bis 85% Mineralstoffe. Streichmassen mit hohem Feststoffgehalt sind solche, bei denen der Feststoffgehalt 40 bis 60%, insbesondere über 50% beträgt. Streichmassen mit hoher Viskosität besitzen eine Viskosität zwischen 3000 und 10 000 cP, vorzugsweise 5000 bis 10 000 cP.

Aus der USA.-Patentschrift 2 772 604 ist ein Verfahren zum Maschinenstreichen von Papier bekannt, bei welchem man auf die im feuchten Teil der Papiermaschine auf einer Filzunterlage gebildete Papierbahn mit einem Wassergehalt von 80 bis 86% mittels einer Preßwalze eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt zwischen 35 und 50% aufträgt. Diese Methode, bei welcher man auf das Papier eine Streichmasse mit relativ niedriger Viskosität von etwa 150 cP aufbringt, führt zu verschiedenen Vorteilen, unter anderem dazu, daß

a) die Bahn die Beschichtung leicht aufnimmt und sich unter Belastung dehnt, statt zu reißen,

b) die Bahn eine höhere Festigkeit aufweist,

c) ein Papier mit glatterer Oberfläche erhalten wird und

d) die Geschwindigkeit erhöht werden kann.
Unter Geschwindigkeit wird dabei hier und im

folgenden die lineare Geschwindigkeit der Bahn bzw. die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen in Meter pro Sekunde verstanden.

In anderem Zusammenhang wurde auch bereits vorgeschlagen, zur Verminderung der Wasserverdampfung Streichmassen mit hohem Feststoffgehalt zu verwenden und deren Viskosität durch Zusatz synthetischer Wachse ausreichend herabzusetzen. Bei derartigen Produkten kann der Feststoffgehalt 50 bis Verfahren zum Maschinenstreichen von Papier

Anmelder:

Combined Locks Paper Co.,

Combined Locks, Wis. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,
Bremen 1, Feldstr. 24

Als Erfinder benannt:
Gerald Dean Muggleton, Appleton, Wis.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. August 1960 (46 780)

70% betragen. Durch die Verwendung derartiger wachshaltiger Streichmassen mit hohem Feststoff-

s5 gehalt wird jedoch die Bedruckbarkeit der erhaltenen Papiere stark beeinträchtigt. Andererseits konnten bisher Streichmassen mit hohem Feststoffgehalt und hoher Viskosität nicht nach dem Verfahren der USA.-Patentschrift 2 772 604 am feuchten Ende der Papiermaschine aufgebracht werden, da die dort noch sehr empfindliche Papierbahn bereits durch geringe Mengen spritzender Streichmasse zerstört wird und es bisher nicht gelang, die bei Zufuhr von Streichmasse in die im Spalt zwischen der Auftragewalze und der Preßwalze gebildete Streichmassenlache auftretende Turbulenz und Spritzneigung zu verhindern.

Um ein höheres Verhältnis von bedruckbarer Fläche zur Gewichtseinheit des Papiers und entsprechende Transport- und Portoersparnisse zu erzielen, besteht eine zunehmende Nachfrage nach Papieren mit geringerem Flächengewicht. Bisher war jedoch die Herstellung derartiger leichterer Papiere infolge der pro Gewichtseinheit größeren zeitlichen Belastung der Papiermaschine mit unangemessen hohen Herstellungskosten verbunden. Da beim Aufbringen einer Streichmasse mit hohem Feststoffgehalt und hoher Viskosität die zu verdampfende Wassermenge verringert und somit der normalerweise von der Trocknungskapazität abhängige Durchsatz der Papiermaschine erhöht werden kann, während andererseits das Aufbringen der Streichmasse am feuchten Ende der Papiermaschine die sonst durch

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erneutes Anfeuchten und Trocknen sowie etwaige 6. Gutes Ausebnen der Bahn infolge verbesserter Schrumpfung der Papierbahn entstehenden Nachteile Schmierwirkung an der Bahnoberfläche,
eliminiert, besteht ein Bedürfnis nach einem technisch 7. Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung,
einwandfrei arbeitenden Verfahren, durch Aufbrin- 8. Verhütung der schädlichen Berührung zwischen gen einer Streichmasse mit hohem Feststoffgehalt 5 weichen Bahnfasern und der Preßwalzenfläche, und hoher Viskosität im feuchten Ende der Papier- 9. Ermöglichung der Aufbringung erheblicher maschine eine mit den jeweils gewünschten Mengen Streichmassenmengen auf leichtere Papiere, verder Streichmasse gleichmäßig beschichtete Papier- gleichbar völlig beschichteten Bogen,
bahn herzustellen, welche eine optimale Druckober- Beim erfindungsgemäßen Aufbringen von Streichfläche bietet und weder eine unerwünschte Muste- io massen mit hoher Viskosität (im Vergleich zu den rung noch ein welliges oder buckliges Aussehen be- gemäß USA.-Patentschrift 2 772 604 verwendeten sitzt. Streichmassen mit einer Viskosität von etwa 150 cP),

Es wurde nun gefunden, daß man die bisherigen beispielsweise mit 3000 bis 10 000 cP, werden die Nachteile vermeiden und zu einem verbesserten, in durch Auftreten unerwünschter Musterungen entverschiedener Hinsicht vorteilhaften Verfahren ge- 15 stehenden Schwierigkeiten vermieden und die vorlangen kann, wenn man beim Aufbringen einer stehend aufgeführten Vorteile erzielt. Bei Verwen-Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von über dung von Streichmassen mit hohem Feststoffgehalt 40% am feuchten Ende der Papiermaschine die im und hoher Viskosität und Bahnen mit einem Feuch-Spalt zwischen der Preßwalze und der Auftragewalze tigkeitsgehalt von mehr als 50% wird die Streichgebildete Streichmassenlache durch Regelung der 20 masse über einen großen Bereich der Bahn ausge-Geschwindigkeit der Auftragewalze ruhig hält. quetscht und verteilt und so die Neigung der Be-

Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein Ver- schichtung, infolge der Oberflächenspannung auf der fahren zum Maschinenstreichen von Papier vor- Preßwalze oder der Auftragewalze zu haften, beseigeschlagen, bei welchem man eine schwere Streich- tigt und damit eine unerwünschte Musterbildung beim masse mit einem Feststoff gehalt von über 40% auf 25 Lösen der Bahn von der Walzenfläche ausgeschaltet, eine Preßwalze eines am feuchten Ende einer Papier- Die Verwendung einer Beschichtung mit derart maschine angeordneten Preßwerks aufbringt und von hohem Feststoffgehalt und hoher Viskosität am dieser auf die Papierbahn überträgt und welches feuchten Ende der Papiermaschine fördert ferner die dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Streich- glättende Wirkung der Preßwalzen einschließlich des masse kontinuierlich dem Spalt zwischen der Preß- 30 Kalanders, da die Stärke oder das Bindemittel in "der walze und einer diese berührenden, getrennt regelbar - Beschichtung ein geeignetes Schmiermittel ergibt, so angetriebenen Auftragewalze geringeren Durchmes- daß sich die die Bahn bildenden Fasern beim Dufchsers zuführt und die Umfangsgeschwindigkeit der gang durch die Walzen ausrichten. Hierdurch'wird Auftragswalze relativ zu der "der Pr eßwaize in einem gleichzeitig ein Verziehen des Filmes vermieden, zur'Erzielung eines ruhigen,-nicht spritzenden Zu- 35 Durch die zwischen der Walzenfläehe und der Bahn Standes der im Spalt" gebildeten Streichmassenlaehe ^c' liegende, Tone und andere Pigmente enthaltende Behinreichendem Maße herabsetzt. schichtung werden die" weichen Fasern von der zer-

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er- malmenden Wirkung der Walzenfläehe geschützt. In-

fiädiitig bringt man auf eine Papierbahn mit einem folge des hohen Feststoffgehaltes der Beschichtung

Feuchtigkeitsgehalt von "über 50% eine Streichmasse 40 ist der Feuchtigkeitsgehalt der'Bahn beim ,Eintreten

mit einem¹ Feststoff gehalt zwischen 40 nnd 60%, vor- ■- in den Trocknungsteil der Maschine geringer, so daß

zugsweise^:-zwischen 50 und 60%, und einer Viskosi- bei gleichbleibender Trocknungskapazität die Bahn-

tät zwischen 3000 und 10 000 cP, vorzugsweise zwi- geschwindigkeit erhöht werden kann,

sehen 500Ö und 10 000 cP auf. Erfindungsgemäß wird die im Spalt, zwischen der

. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform 45 Preßwalze und der diese berührende Auftragewalze

des erfindungsgemäßen Verfahrens-betreibt man die sich bildende Streichmassenlache durch Herab-

Preßwalze mit einer Umfangsgeschwindigkeit von setzung der Umfangsgeschwindigkeit der Auftrage-

mindestens 4 m/Sek. und die Auftragewalze mit einer walze relativ zu der der Preßwalze in einem ruhigen,

Umfangsgeschwindigkeit von höchstens 1,25 m/Sek. nicht spritzenden Zustand gehalten. Hierzu wird die

Das erfindungsgemäße Verfahren führt unter 50 Auftragewalze getrennt regelbar angetrieben und

andefem zu folgenden Vorteilen: - . ihre Umfangsgeschwindigkeit relativ zu der der Preß-

1. Steigerung der Geschwindigkeit der'Papierbahn walze je nach den herrschenden Betriebsbedingungen in der Papiermaschine, da die Trocknungskapa- gesteuert. Bei Betriebsbeginn oder bei trockengezität infolge des geringeren Wassergehaltes der laufenem Spalt werden die Preßwalze und die Auf-Bahn zur Trocknung einer größeren Bahnlänge 55 tragewalze mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit anpfο Zeiteinheit ausreicht, getrieben, so daß die Geschwindigkeitsdifferenz an

2. Vermeidung eines erneuten Anfeuchtens und der Berührungsstelle praktisch Null ist. Bei Zufüh-Trocknens und etwaiger Schrumpfung der rung von Streichmasse bildet sich in der Spalte eine der Papierbahn bei nachträglicher Beschichtung, die Walzenflächen schmierende Streichmassenlache.

3. Ausschaltung der Neigung der Streichmasse, sich 60 Nachfolgend wird die Umfangsgeschwindigkeit der unter der Wirkung der Oberflächenspannung ' Auftragswalze relativ zu der der Preßwalze so weit herungleichmäßig auf der Auftragewalze zu ver- abgesetzt, daß die Turbulenz und die Spritzneigung in teilen, der Streichmassenlache aufhört und einem ruhenden

4. Vermeidung einer unerwünschten Musterbildung Zustand Platz macht. Nach Erreichen dieser Bedinbeim Ablösen der Bahn von der Walzenfläehe, 65 gung kann der Unterschied zwischen den Umfangs-

5. Verringerung der Schichtverformung beim An- ■ Geschwindigkeiten weiter bis auf einen zur Aufbrinpressen der Beschichtung gegen die rauhe Bahn- gung der gewünschten Streichmassenmenge auf die oberfläche, ■ ■ ■ · Preß walzenfläche geeigneten Wert vergrößert werden.

' Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des feuchten Endes einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Foudrinier-Papiermaschine,

Fig. 2 eine schematische Seitenteilansicht der ersten Preßwalze in größerem Maßstab und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der ersten Preßwalze in vergrößertem Maßstab.

Bei der dargestellten Papiermaschine wird in üblicher Weise eine Papierbahn 10 auf dem Drahtsieb 12 gebildet, beim Verlassen des Gautschzylinders 14 von der Filzbahn 16 der ersten Preßwalze 18 und, nach dem Durchgang durch diese, von der Filzbahn 20 der zweiten Preßwalze 22 aufgenommen. Da die Papierbahn inzwischen fester geworden ist, kann sie diesmal über die Auftragewalzen hinweggeführt und wieder auf der Filzbahn 20 abgelegt werden. Anschließend wird die Bahn von der Filzbahn 24 der dritten oder Umkehrpreßwalze übernommen. Beim Verlassen des Gautschzylinders 14 und der Aufnähme durch die ersten Preßwalzen 18 hat die Papierbahn 10 einen Wassergehalt von 80 bis 86¹Vo und einen Feststoffgehalt von 14 bis 20%, wobei die Feststoffe von Ton und anderen aschebildenden Bestandteilen frei sein können.

Bei dieser Konsistenz ist die Papierbahn in der Lage, von der oberen Preßwalze des ersten Walzenpaares 18 einen Film oder eine schwere Beschichtung mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 40 bis 60%, vorzugsweise 50 bis 60%, und einer Viskositat zwischen 3000 bis 10000 cP, vorzugsweise 5000 bis 10 000 cP, ohne Schichtabblättern beim Ablösen der Bahn von der Walzenfläche aufzunehmen. Infolge der Verringerung der Oberflächenspannung in derartigen schweren Beschichtungen wird eine ungleichmäßige Verteilung der Streichmasse auf der Preßwalze vermieden. Die hochviskose Beschichtung macht die Bahnoberfläche völlig geschmeidig, so daß sich die Fasern der Bahn besser einebnen und ein Verziehen beim Aufpressen der Beschichtung auf die rauhe Papierfläche völlig vermieden wird. Die Mineralstoff- und Pigmentteilchen der Streichmasse liegen zwischen der Papierbahn und der Walzenfläche der Preßwalze 18 und schützen die Bahn durch Verringerung des innigen Kontaktes zwischen den weichen Fasern und der Walzenfläche gegen deren zermahlende Wirkung.

Zur Aufbringung der schweren Streichmasse auf die Preß- und Beschichtungswalze 18 ist eine einzelne, in herkömmlichen Lagern ruhende glatte Auftragewalze 28 geringen Durchmessers, in der dargestellten Weise die Preßwalze 18 berührend, angebracht. Die Stellung der Walze 28 bezüglich der Preßwalze 18 wird durch nicht dargestellte übliche, preßluftbetätigte Zylinder so gesteuert, daß die Walzen im normalen Betrieb unter sehr geringem Druck aneinander anliegen. Durch Betätigung der preßluftbetriebenen Zylinder kann dieser Druck in der gewünschten Weise variiert und die Auftragewalze 28 von der Preßwalze 18 abgehoben werden, solange keine Beschichtung aufgebracht wird. Die Auftragewalze 28 wird getrennt durch einen schematisch dargestellten, regelbaren Elektromotor 29 so angetrieben, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit relativ zur Umfangsgeschwindigkeit der Preßwalze 18 variiert werden kann. Die Streichmasse wird mittels einer Verteilerleitung 32 dem Spalt zwischen den Walzen 28 und 18 zugeführt, so daß sich darin eine Streichmassenlache 30 bildet. An den Enden der Walzen 28 und 18 sind regelbare Becken oder Aufnahmebehälter 34 bekannter Bauart angebracht, welche die Höhe der Streichmassenlache 30 regeln und das überströmende Material in üblicher Weise zur Wiederverwendung zurückführen.

Vor der Zufuhr von Streichmasse und vor dem Anlegen der Auftragewalze 28 gegen die Preßwalze 18 wird deren Umfangsgeschwindigkeit mittels des Motors 29 auf die Umfangsgeschwindigkeit der Preß-18 einreguliert. Anschließend wird die Auftragewalze 28 unter leichtem Druck gegen die Preßwalze 18 angelegt. Anschließend kann die Streichmasse aus der Verteilerleitung 32 in den Spalt zwischen den Walzen zur Bildung und kontinuierlichen Aufrechterhaltung der Streichmassenlache 30 eingeführt werden. Falls die Streichmassenlache 30 trockenlaufen und dabei die Auftragewalze 28 nicht mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit wie die Preßwalze 18 umlaufen sollte, muß die Auftragewalze 28 zur Vermeidung einer durch den trockenen Zustand verursachten Beschädigung der Oberflächen beider Walzen von der Preßwalze 18 abgehoben werden. Nach der Bildung der Streichmassenlache 30 und hinreichender Schmierung der Walzenflächen kann die Umfangsgeschwindigkeit der Auftragewalze 28, bezogen auf die der Preßwalze 18, so weit verringert werden, daß die Turbulenz und die Spritzneigung der Streichmassenlache völlig aufhört und einem ruhenden Zustand Platz macht. Nach Erreichen dieses Zustandes kann der Geschwindigkeitsunterschied zwischen beiden Walzen weiter erhöht werden, um die gewünschte Streichmassenmenge auf die Preßwalze 18 aufzutragen. Es wurde gefunden, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Auftragswalze bei normaler Auftragung und einer Geschwindigkeit der Preßwalze von etwa 4 m/Sek. zwischen etwa 0,75 und 1,25 m/Sek. liegen soll. Bei einer Erhöhung der Viskosität der Streichmasse muß die Umfangsgeschwindigkeit der Auftragewalze 28 zur Aufrechterhaltung eines geeigneten ruhigen, nicht spritzenden Zustandes der Streichmassenlache 30 gegebenenfalls entsprechend einreguliert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf bestehenden Papiermaschinen nach nur geringen Änderungen durchgeführt werden, wobei sich deren Papiererzeugungskapazität erheblich vergrößert. Bei Papiermaschinen ist die Geschwindigkeit der Papierbahnbewegung in der Regel durch die Kapazität des Trocknungsabschnittes begrenzt. Bei der erfmdungsgemäßen Aufbringung einer Streichmasse mit hohem Feststoffgehalt am feuchten Ende der Papiermaschine wird der Feuchtigkeitsgehalt der in dem Trocknungsabschnitt eingetretenen Papierbahn erheblich verringert, da der Feststoffgehalt der Beschichtung den Feststoffgehalt der Papierbahn an der Aufbringungsstelle übersteigt. Infolge des geringeren Feuchtigkeitsgehaltes braucht nur eine geringere Wassermenge verdampft zu werden, so daß die Geschwindigkeit der Papierbahn bei unveränderter Trocknungskapazität der Papiermaschine erhöht werden kann.

So ergab ein Versuch an einer vorhandenen Papiermaschine, welche bei der Herstellung von unbeschichtetem Papier mit einem Gewicht von etwa 7,3 g/cm²

mit einer Bahngeschwindigkeit von etwa 2,9 m/Sek. arbeitete und pro Quadratmeter Trocknerfläche etwa 13,5 kg Wasser verdampfte, bei der Herstellung einer ähnlichen Papierbahn aus 13,6 kg Rohmasse und 6,8 kg am feuchten Ende aufgebrachter Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von 50% bei Zuführung zum Trockner mit gleicher Geschwindigkeit und Trocknung bis zum gleichen Trocknungsgrad von 95 % pro Quadratmeter Trocknerfläche nur eine Verdampfung von etwa 11 kg Wasser. Dies entspricht einer Steigerung der Trocknungskapazität von etwa 19% oder einer Erhöhung der Papierbahngeschwindigkeit auf etwa 3,5 m/Sek.

Erfindungsgemäß kann die Streichmasse auf Wunsch auch mittels einer Auftragewalze 28 a an der zweiten Preßwalze 22 oder an einem nicht gezeigten Kalander aufgebracht werden, wo die Bahn nicht auf einer Filzunterlage aufliegt. Die Streichmasse kann ferner auch auf beide Seiten der Bahn aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch mit den oberen und unteren- Preßwalzen des Kalanders in Berührung stehende Auftragewalzen oder durch mit dem zweiten Preßwalzenpaar zusammenarbeitende Auftragewalzen 36 oder durch mit dem Umkehrwalzenpaar zusammenarbeitende Auftragewalzen 38 und 40 bewirkt werden.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Maschinenstreichen von Papier, bei welchem man eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von über 40% auf eine am

feuchten Ende der Papiermaschine ■ angeordnete Preßwalze aufbringt und von dieser auf die Papierbahn überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Streichmasse kontinuierlich dem Spalt zwischen der Preßwalze (18) und einer diese berührenden, getrennt regelbar angetriebenen Auftragewalze (28) geringeren Durchmessers zuführt und die Umfangsgeschwindigkeit der Auftragewalze (28) relativ zu der der Preßwalze (18) in einem zur Erzielung eines ruhigen, nicht spritzenden Zustandes der im Spalt gebildeten Streichmassenlache (30) hineinreichenden Maße herabsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt zwischen 40 und 60%, vorzugsweise zwischen 50 und 60%, und einer Viskosität zwischen 3000 und 10000 cP, vorzugsweise zwischen 5000 und 10000 cP, auf eine Papierbahn mit einem Feuchtigkeitsgehalt von über 50% aufbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Preßwalze mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 4 m/Sek. und die Auftragewalze mit einer Umfangsgeschwindigkeit von höchstens 1,25 m/Sek. betreibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2398 843, 2772604;
Voith-Drucksache Nr. 448 (Karl Schmidt).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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