DE1546304C3 - Verfahren zum Glätten von mit thermoplastischen Bindemitteln gestrichenen Papierbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Glätten von mit thermoplastischen Bindemitteln gestrichenen Papierbahnen, bei dem die vorgetrocknete gestrichene Papierbahn durch einen zwischen einem beheizten Glättzylinder mit einer glatten nicht nachgiebigen Oberfläche und einer insbesondere mit Hartgummi überzogenen nachgiebigen Andruckwalze von kleinerem Durchmesser gebildeten Durchlaufspalt geführt und dort unter Druck bis zur Plastifizierung des thermoplastischen Bindemittels erwärmt wird.

Zum Glätten von solchen mit thermoplastischen Bindemitteln gestrichenen Papierbahnen ist es bekannt, in der Durchlaufstelle eines üblichen Kalanders mit einem geheizten Glättzylinder und einer nachgiebigen Andruckwalze eine Temperatur von etwa 21 bis 121°C aufrechtzuerhalten, die Papierbahn etwa mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 8% zuzuführen und in dem Spalt einen Druck von etwa 350 kg/cm zu erzeugen (britische Patentschrift 7 51 729). Hierdurch wird erreicht, daß das thermoplastische Bindemittel kurzzeitig plastifiziert wird und nach der Durchlaufstelle auf der glatten Oberfläche des Glättzylinders in eine glatte Oberfläche geformt werden kann. Zu diesem Zweck wird bei diesem bekannten Verfahren die Papierbahn mindestens über ein Viertel des Oberflächenumfangs des Glättzylinders nach der Durchlaufstelle in Flächenberührung gehalten (britische Patentschrift 7 51 729). Dieses bekannte Verfahren ähnelt im wesentlichen dem bekannten Superkalanderverfahren, wie es zum Glätten von gestrichenem oder ungestrichenem Papier seit langem üblich ist und bei dem die Papierbahn unter vorbestimmten Druck- und Temperaturbedingungen aufeinanderfolgend durch mehrere Durchlaufspalten eines Kalanders geführt wird und zwischen diesen einzelnen Durchlaufstellen jeweils in Flächenberührung mit den Walzen des Kalanders gehalten ist. Auch hier wird durch die Flächenberührung der Papierbahn in einem relativ großen Bereich nach dem Durchlaufen der Durchlaufstelle durch Trocknen der Papierbahn ein Glätten der Papierbahnoberfläche erreicht.

Diese bekannten Kalanderverfahren besitzen den Nachteil, daß relativ große Drücke in den Durchlaufstellen herrschen und hierdurch die Dicke der Papierbahn herabgesetzt wird. Außerdem werden die Eigenschaften des Papiers, wie Reflexionsvermögen usw., beeinträchtigt. Durch die hohen Drücke im Durchlaufspalt werden die Fasern des Papiers zerquetscht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Glätten von mit thermoplastischem Bindemittel gestrichenen Papierbahnen aufzuzeigen, durch welches die Eigenschaften des Papiers möglichst wenig beeinträchtigt werden und das trotzdem die Herstellung eines guten Oberflächenglanzes ermöglicht.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Durchlaufstelle nur ein Anpreßdruck bis etwa 170 kg/cm² erzeugt wird und die Papierbahn nach der Durchlaufstelle von der Oberfläche des beheizten Glättzylinders weggeführt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden relativ geringe Drücke im Durchlaufspalt angewendet, so daß ein Zerquetschen der Papierbahn nicht zu befürchten ist. Die Papierdicke, die Materialdichte, die Undurchsichtigkeit und das Aufnahmevermögen der Papierbahn für Druckfarbe bleiben also im wesentlichen erhalten. Trotzdem werden extrem gute Glanzeigenschaften der Oberfläche erhalten, denn die Papierbahn wird im wesentlichen unmittelbar nach der Durchlaufstelle von dem Glättzylinder tangential weggeführt und steht nach dem Durchlaufspalt nicht mehr in Berührung mit der beheizten Oberfläche des Glättzylinders. Die Druck- und Wärmeeinwirkung auf die Papierbahn und die Streichmassse ist beim erfindungsgemäßen Verfahren praktisch nur auf die Durchlaufstelle beschränkt, und außerhalb derselben wird die Papierbahn keinen weiteren Druckkräften oder Erwärmungen ausgesetzt. Das in der Durchlaufstelle erfolgende Glätten des Überzugs kann auch als Art Polieren bezeichnet werden. Infolge dieser geringen Druckausübung können mit sonst gleichen Eigenschaften Papierbogen gleicher Dicke, jedoch mit wesentlich geringerem Gewicht hergestellt werden. Das Glätten kann in einer einzigen Durchlaufstelle erfolgen, wozu bisher Kalander mit mehreren Durchlaufstellen nötig waren. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet daher auch sehr wirtschaftlich, und es können relativ hohe Arbeitsgeschwindigkeiten erzielt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Glätten von beliebigem gestrichenem Papiermaterial, das mit einem beliebigen bekannten thermoplastischen Bindemittel beschichtet ist, und zwar mit oder ohne Pigmentzusatz. Das Verfahren eignet sich sowohl zum Glätten von einseitig als auch von beidseitig ge-

strichenen Papierbahnen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig.2 zeigt in vergrößertem Maßstab schematisch die Durchlaufstelle dieser Vorrichtung.

Bei der dargestellten Vorrichtung wird die geleimte oder ungeleimte Papierbahn 11 über mehrere Umlenkrollen 12, 13, 14 und 15 einer Zuführrolle 16 zugeleitet, von der aus sie einer Walze 18 zugeführt wird. Durch diese Walze 18 wird der thermoplastische Überzug auf die Papierbahn aufgebracht. Durch die Walze 19 wird die Papierbahn wieder von der Auftragwalze 18 abgehoben und gelangt dann durch eine weitere Durchlaufstelle zwischen der Walze 18 und einer Auftragwalze 20, die einseitig mit einem frischen Überzug versehene Papierbahn wird dann über eine Rolle 21 mit einem Abstreifer 22 abgezogen.

Die so gestrichene Papierbahn wird über Umlenkrollen 24 und 25 zu zwei Trockenzylindern 26 und 27 geleitet, durch weiche die Papierbahn beidseitig getrocknet wird. Die Trocknung erfolgt dabei auf einen üblichen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 bis 10%. Der Überzug der Papierbahn ist beim Verlassen der Trockeneinrichtung vollständig abgebunden. Die mit Pigment und thermoplastischem Bindemittel auf diese Weise beschichtete Papierbahn wird so weit getrocknet, daß sie beim Passieren der Qurchlaufstelle der nachfolgenden Glättvorrichtung nicht an dem Glättzylinder haftenbleibt.

Die Papierbahn mit ihrem auf diese Weise vorgetrockneten bzw. abgebundenen Überzug ist nunmehr bereit, in Berührung mit dem auf Hochglanz polierten Glättzylinder 28 gebracht zu werden, durch den der Papierbahn eine glänzende Oberfläche verliehen wird. Dem Glättzylinder 28 sind zwei mit einer harten Oberfläche versehene, jedoch nachgiebige Andruckwalzen 29 und 30 zugeordnet, die durch ihre Berührung mit der Papierbahn 11 und dem Glättzylinder 28 angetrieben sind; gegebenenfalls können jedoch hier nicht gezeigte Antriebseinrichtungen für die Andruckwalzen vorgesehen sein.

Der Glättzylinder 28 ist auf eine Temperatur aufgeheizt, welche erforderlich ist, den Überzug auf der Papierbahn in der Durchlaufstelle plastisch zu machen. Zu diesem Zweck wird über eine Rohrleitung 31 ein geeigenetes Heizmittel in das Innere des Glättzylinders 28 eingeführt. Die Umfangsfläche des Glättzylinders 28 kann verchromt oder vernickelt sein, und die nachgiebigen Andruckwalzen 29 und 30 können einen Metallkern aufweisen, der mit einem Gummiüberzug von der gewünschten Härte versehen ist.

Die Papierbahn wird sofort aus der Durchlaufstelle abgeführt, d. h., eine längere Berührung, zwischen der Papierbahn und dem Glättzylinder wird vermieden. Trotz dieses unmittelbaren Abführens der Papierbahn wird ein guter Glanz erreicht.

Um die Druckbelastung der verschiedenen Walzen während des Betriebs möglichst niedrig zu halten, ist es zweckmäßig, wenn die nachgiebigen Andruckwalzen 29 und 30 ziemlich hart sind, d. h., wenn ihre Härte weniger als 30 nach Pusey und Jones (Kugeldurchmesser '/8 Zoll) beträgt. Die Verwendung einer mit einer harten Umfangsfläche versehenen Walze ermöglicht eine Konzentration der gesamten gleichmäßigen Druckbelastung an einer relativ schmalen Durchlaufstelle; hervorragende Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Breite der Durchlaufstelle im Querschnitt kleiner ist als etwa 25 mm und vorzugsweise etwa 12,5 mm beträgt. Das Auftreten hoher Flächeneinheitsdrücke in einer solchen schmalen Durchlaufstelle ist nur bis zu einem Punkte erwünscht, an welchem die Fasern der Papierbahn noch nicht zerquetscht werden. Die harte und schmale Durchlaufstelle gewährleistet eine gleichmäßige Belastung über die ganze Breite der Papierbahn. Es liegt natürlich auf der Hand, daß eine längere Benutzung der Durchlaufstelle dazu führt, daß eine gewisse Erweichung der nachgiebigen mit harten Gummiüberzügen versehenen Walzen 29 und 30 erfolgt, was auf die an der Durchlaufstelle herrschenden Temperaturbedingungen sowie auf das Zusammenarbeiten mit der Papierbahn zurückzuführen ist. Um die gewünschte hohe Härte der Stützwalzen aufrechtzuerhalten, damit sich die Breite der Durchlaufstelle innerhalb der gewünschten Grenzen hält, kann man gegebenenfalls Mittel vorsehen, um die nachgiebigen Walzen zu kühlen. Zu diesem Zweck kann man dem Inneren der beiden Andruckwalzen ein Kühlmittel zuführen.

Die an der Durchlaufstelle aufrechterhaltenen Temperaturen müssen zusammen mit den übrigen Arbeitsbedingungen ausreichen, um augenblicklich oder kurzzeitig einen plastischen Zustand in dem getrockneten und abgebundenen Überzug hervorzurufen, damit der durch die Andruckwalzen aufgebrachte Druck den plastischen Überzug innerhalb der Durchlaufstelle glättet und glänzend macht. Im allgemeinen wird die Temperatur an der Durchlaufstelle unterhalb einer Temperatur gehalten, bei der sich das Überzugsmaterial oder andere Materialien zersetzen. Brauchbare Ergebnisse werden bei verschiedenen geleimten Papiersorten und verwandten bahnförmigen Materialien erzielt, wenn die Glättungsflächen auf eine Temperatur im Bereich von etwa 110 bis etwa 205⁰C erhitzt werden; jedoch wird die Anwendung von Temperaturen zwischen etwa 135 und etwa 180⁰C vorgezogen. Die Erfahrung hat ferner gezeigt, daß der in der Querrichtung gleichmäßig verteilte hohe Flächendruck an der Durchlaufstelle vorzugsweise im Bereich von etwa 17,5 bis etwa 170 kg/cm² liegen soll, wobei sich der gewählte Druck in erster Linie nach den Eigenschaften des Überzugsmaterials und der Papierbahn richtet.

Somit bewirkt der Druck in der Durchlaufstelle zusammen mit der hohen Oberflächentemperatur der Glättungswalze, daß der vorgetrocknete Überzug insbesondere an seiner Oberfläche zeitweilig in einen plastischen Zustand überführt wird, wobei die plastische Oberfläche des Überzugs glänzend gemacht wird; gleichzeitig ermöglicht die Nachgiebigkeit der mit harten Überzügen versehenen Andruckwalzeri ein ausreichendes Nachgeben an der Durchlaufstelle beim Auftreten kleinerer Abweichungen bezüglich der Dicke der Papierbahn, so daß keine wesentliche Herabsetzung der Dicke und der Undurchsichtigkeit der Papierbahn erfolgt.

Einwandfreie Ergebnisse des Glättungsvorgangs werden bei jeder praktisch anwendbaren Laufgeschwindigkeit erzielt, und diese Laufgeschwindigkeit ist daher nur durch die Laufgeschwindigkeit der Papiermaschine oder der Vorrichtung zum Zuführen der Papierbahn sowie durch die Umlaufgeschwindigkeit der Walzen begrenzt. Es liegt auf der Hand, daß eine direkte Beziehung zwischen den Temperaturen an der Durchlaufstelle und der Laufgeschwindigkeit besteht.

Beispielsweise wurde eine einwandfreie glänzende Oberfläche bei geleimtem Kartonmaterial gemäß dem beschriebenen Verfahren erzielt, wenn das Material mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 m/min zugeführt wurde, wobei die Temperatur an der Durchlaufstelle der Glättungswalze etwa 150⁰C betrug und wobei die Durchlaufstelle mit einem Druck von etwa 70 kg/cm belastet wurde. Entsprechende brauchbare Ergebnisse wurden bei einem geleimten dünnen Papier erzielt, das der Durchlaufstelle mit einer Geschwindigkeit von etwa 600 m/min zugeführt wurde, wobei die Breite der Durchlaufstelle etwa 12,5 mm betrug; hierbei wurde die Durchlaufstelle auf einer Temperatur von etwa 175⁰C gehalten, und die Druckbelastung der Durchlaufstelle betrug etwa 70 kg/cm.

Die geleimte und glänzend gemachte Papierbahn kann nach der Durchlaufstelle unmittelbar abgeführt und zu einer Aufwickeleinrichtung geleitet werden, oder sie kann einer weiteren Durchlaufstelle der Glättungswalze zugeführt werden, um sie einer ,zweiten Glättbehandlung auszusetzen. Es sei bemerkt, daß der Überzug nur kurzzeitig im plastischen Zustand ist, während er sich in der Durchlaufstelle befindet, und daß er beim Verlassen der Durchlaufstelle nahezu augenblicklich in seinen vorherigen abgebundenen oder plastifizierten Zustand zurückkehrt, ohne daß die glänzende Oberfläche irgendwelche schädlichen Wirkungen zeigt.

Damit der an der Durchlaufstelle aufgebrachte Druck zum Glätten bestimmter Überzugsflächen variiert werden kann, sind Vorrichtungen in Form eines hydraulisch oder pneumatisch betätigten Kolbenaggregats 33 vorgesehen, dessen Kolbenstange 34 gemäß F i g. 1 mit einem Querarm 35 von zwei Trägern 36 verbunden ist, welch letzterer als Unterstützungen für die Lagerböcke 37 der Achse 39 der Andruckwalze 29 dient. Die Träger sind auf einem Säulenteil 39a drehbar gelagert. Es ist somit lediglich erforderlich, den pneumatischen oder hydraulischen Betätigungsdruck des Kolbenaggregats zu erhöhen oder herabzusetzen, um einen entsprechenden Druck hervorzurufen, mit dem der Glättzylinder auf die Papierbahn wirkt.

Ein ähnliches Kolbenaggregat kann dazu dienen, den Druck zu regeln, welcher mit Hilfe der nachgiebigen Andruckwalze 30 aufgebracht wird; dieses Aggregat umfaßt ein hier nicht gezeigtes Kolbengehäuse, und die zugehörige Kolbenstange 40 ist mit einem Querarm von zwei Trägern 41 für die Lagerböcke 42 der Walze 30 verbunden. Die Träger 41 können in einem Bügelteil 43 gelagert sein, welches durch ein Säulenteil 44 des Maschinengestells unterstützt wird. Bei der Verwendung von zwei Trägern 41 wird somit an der Durchlaufstelle ein in der Querrichtung gleichmäßiger Druck aufgebracht.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird somit die Papierbahn mit dem abgebundenen und getrockneten Überzug in die harte und schmale Durchlaufstelle eingeführt, die von den Walzen 28 und 29 gebildet wird, und die an der Durchlaufstelle zugeführte Wärme bewirkt eine Plastifizierung des Überzugs oder wenigstens der Oberfläche desselben. Der Grad der Plastifizierung reicht aus, um durch den Druck in der Durchlaufstelle die Oberfläche des Überzugs zu glätten. Beim Verlassen der Durchlaufstelle erhärtet der Überzug sofort, so daß die Papierbahn aufgewickelt werden kann. Die glänzend gemachte geleimte Papierbahn wird unmittelbar aus der Durchlaufstelle abgeführt und gemäß Fig. 1 über zwei Umlenkrollen 45 und 46 geleitet, wobei die Papierbahn von der Rolle 46 aus zu der Durchlaufsteile der Walzen 28 und 30 geführt wird. Die Verwendung der Umlenkrollen 45 und 46 ist möglich, da der Überzug in der Durchlaufstelle nur zeitweilig plastisch ist und nach dem Verlassen der Durchlaufstelle sofort wieder erhärtet, ohne, daß eine Beschädigung des Überzugs oder der Papierbahn erfolgt. Gegebenenfalls kann die nunmehr glänzend gemachte und getrocknete geleimte Papierbahn einer zweiten Glättungsbehandlung in der Durchlaufstelle zwischen der Andruckwalze 30 und dem Glättzylinder 28 unterzogen werden. Es sei bemerkt, daß die Andruckwalze 30 ebenso ausgebildet ist wie die Walze 29. Nach dem Verlassen der zweiten Durchlaufstelle kann man die Papierbahn über eine Umlenkrolle 47 laufen lassen, von der aus sie zu einer hier nicht gezeigten Aufwickeleinrichtung gelangt, um dann der endgültigen Verwendung zugeführt zu werden.

In Fig.2 ist die getrocknete, abgebundene und erhärtete Überzugsschicht der Papierbahn in übertriebenem Maßstab dargestellt; die geleimte Papierbahn tritt im abgebundenen oder erhärteten und noch nicht glänzend gemachten Zustand in die schmale und harte Durchlaufstelle zwischen den Walzen 28 und 29 ein, so daß der gehärtete oder abgebundene und trockene Überzug in Berührung mit der Umfangsfläche der Glättungswalze 28 gebracht wird; in der Durchlaufstelle wird der Überzug kurzzeitig in einen plastischen Zustand überführt und geglättet und poliert. Es sei bemerkt, daß der gewünschte Glanz auch dann erzielt wird, wenn nur eine Durchlaufstelle benutzt wird, und daß das Glätten innerhalb einer Papiermaschine oder außerhalb derselben erfolgen kann.

Wenn eine auf beiden Seiten gestrichene Papierbahn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geglättet werden soll, können zwei oben beschriebene Glättvorrichtungen nacheinander vorgesehen sein, von denen die eine die Oberseite und die andere die Unterseite der Papierbahn glättet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Glätten von mit thermoplastischen Bindemitteln gestrichenen Papierbahnen, bei dem die vorgetrocknete gestrichene Papierbahn durch einen zwischen einem beheizten Glättzylinder mit einer glatten nicht nachgiebigen Oberfläche und einer insbesondere mit Hartgummi überzogenen nachgiebigen Andruckwalze von kleinerem Durchmesser gebildeten Durchlaufspalt geführt und dort unter Druck bis zur Plastifizierung des thermoplastischen Bindemittels erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Durchlaufstelle nur ein Anpreßdruck bis etwa 170 kg/cm² erzeugt wird und die Papierbahn nach der Durchlaufstelle von der Oberfläche des beheizten Glättzylinders weggeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Temperatur des Glättzylinders zwischen 135 und 18O⁰C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufstelle auf weniger als 25 mm, vorzugsweise 12,5 mm, in Laufrichtung eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn mit einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 5 bis 10% der Durchlaufstelle zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn aufeinanderfolgend durch mehrere Durchlaufstellen geführt wird, die durch im Abstand am Umfang eines gemeinsamen beheizten Glättzylinders angeordnete Andruckwalzen gebildet sind.