DE19511049C2

DE19511049C2 - Method and device for producing a paper web having a CB layer

Info

Publication number: DE19511049C2
Application number: DE1995111049
Authority: DE
Inventors: Ruediger Kurtz; Martin Kustermann; Michael Trefz
Original assignee: Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Current assignee: Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Priority date: 1995-03-25
Filing date: 1995-03-25
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2015-03-26
Also published as: DE19511049A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pa pierbahn, die eine sogenannte CB(coated back)-Schicht aufweist, im einzel nen mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merk malen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bekanntlich enthält eine auf Papier aufgetragene CB-Schicht einen in Mikrokapseln einge schlossenen Farbbildner, der mit einer sogenannten (ein farbreaktives Pigment enthaltenden) CF(coated front)-Schicht eines anderen Papiers (z. B. in einem Formularsatz) derart zusammenwirkt, daß unter Druckeinwirkung (z. B. beim Durchschreiben) sichtbare Zeichen entstehen.The invention relates to a method for producing a Pa The pier, which has a so-called CB (coated back) layer, in detail NEN with the note specified in the preamble of claim 1 to paint. The invention also relates to a device for Performing this procedure. As is well known, contains one Paper-coated CB layer one in microcapsules enclosed color formers, the so-called (a color-reactive pigment-containing) CF (coated front) layer of another Paper (e.g. in a form set) interacts in such a way that visible under pressure (e.g. when copying) Characters arise.

Zum Stand der Technik wird hingewiesen auf die DE 42 24 718 A1 und auf die dort angegebene Literatur.Regarding the prior art, reference is made to DE 42 24 718 A1 and the literature given there.

Bei dem bekannten Verfahren wird der Walzenspalt, durch den die Papierbahn hindurchläuft, auf einen Abstand eingestellt, der "nicht kleiner als die Dicke des ungestrichenen Papiers ist". Bei dieser bekannten Methode ist zu erwarten, daß es sehr schwierig oder gar unmöglich ist, die Streichmasse mit der notwendigen Gleichmäßigkeit auf die Papierbahn-Oberfläche zu übertragen. Es ist nämlich sehr schwierig, den Walzenspalt über die gesamte Bahnbreite hinweg (die viele Meter betragen kann, max. ca. 10 m) exakt gleich einzustellen. So kann bei spielsweise durch unterschiedliche Temperaturen und hierdurch verursachte örtliche Durchmesser-Veränderungen der Abstand zwischen den zwei Walzenmänteln unterschiedlich sein. In the known method, the nip through which the paper web runs through, set at a distance, the "not less than the thickness of the uncoated paper With this known method it can be expected that it is very difficult or even impossible to use the coating slip the necessary uniformity on the paper web surface transferred to. It is very difficult to find the nip across the entire web width (which is many meters can, max. approx. 10 m) exactly the same. So at for example by different temperatures and thereby caused local diameter changes in distance be different between the two roller shells.

Aus der DE 21 59 343 B2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit Mikrokapseln beschichteten Folie bekannt.DE 21 59 343 B2 describes a method for producing a known film coated with microcapsules.

Die Mikrokapsel-enthaltende Masse wird zunächst im Überschuß auf die Folie aufgebracht. Durch Anpressen einer festen Einrichtung (mit Rakeldruck von 10 kg/cm² bzw. 15 kg/cm²) gegen die beschichtete Folie wird danach überschüssige Masse entfernt. Würde eine bis zu 10 m breite, feuchte Papierbahn (infolge Beschichtung) diesem Verfahren ausgesetzt, könnte die Bahn zerreißen.The microcapsule-containing mass is first in excess applied the film. By pressing on a fixed device (with doctor blade pressure of 10 kg / cm² or 15 kg / cm²) against the coated film is then removed excess mass. Would a wet paper web up to 10 m wide (as a result Coating) exposed to this process, the web could tear.

Aus der WO 94/15021 ist eine Vorrichtung zum Auftragen von wäßriger Streichfarbe, insbesondere CB- oder CF- Streichfarbe auf eine Papierbahn entnehmbar.WO 94/15021 describes a device for applying aqueous coating color, especially CB or CF coating color removable on a paper web.

Der Auftrag erfolgt auf zwei auf einen Spalt eingestellte Übertragungswalzen, welche die aufgetragenen Schichten auf die Papierbahn übertragen. Der Pressdruck zwischen den beiden Übertragungswalzen beträgt zwischen 10 und 40 kN/m.The order is placed on two set on a gap Transfer rollers, which the applied layers on the Transfer paper web. The pressure between the two Transfer rollers are between 10 and 40 kN / m.

Auch mit dieser Vorrichtung ist es schwierig, den Walzenspalt exakt über die gesamte Bahnbreite hinweg einzustellen.Even with this device, it is difficult to control the nip can be set exactly across the entire web width.

In der EP 0385640 A2 ist ein weiteres Verfahren zum Auftragen eines Mikrokapsel-enthaltenden Mediums auf eine Papierbahn offenbart. Die Papierbahn läuft hierbei zwischen einer Stützwalze und einer Auftragswalze hindurch.Another application method is described in EP 0385640 A2 of a microcapsule-containing medium on a paper web disclosed. The paper web runs between one Back-up roller and an application roller.

Der Auftragswalze ist eine Dosierwalze zugeordnet, die das Beschichtungsmedium dosiert. Zur Dosierung und zur Regelung des Druckes im Walzenspalt zwischen Auftrags- und Dosierwalze ist die Dosierwalze deformierbar gestaltet. Die so dosierte Menge wird von einer weiteren vorhandenen, der Auftragswalze zugeordneten Walze geglättet.A metering roller is assigned to the application roller Coating medium dosed. For dosing and controlling the Pressure in the nip between the application and metering rollers the metering roller designed deformable. The amount so dosed is from another existing, the applicator roller assigned roller smoothed.

Bei diesem Verfahren wird das Mikrokapsel-enthaltende Medium mehrfachen Flächenpressungen und Drücken in den Nips zwischen den einzelnen Walzen ausgesetzt, so daß die Mikrokapseln dadurch beschädigt und nicht in der gewünschten Qualität auf die Papierbahn aufgebracht werden können.In this process, the microcapsule-containing medium multiple surface pressures and pressures in the nips between exposed to the individual rollers, so that the microcapsules damaged and not in the desired quality on the Paper web can be applied.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das im Ober begriff des Anspruches 1 angegebene Verfahren dahingehend wei terzuentwickeln, daß die fertige, eine druckempfindliche CB- Schicht aufweisende Papierbahn höheren Qualitätsansprüchen ge nügt als bisher. In gleicher Weise soll die im Oberbegriff des Anspruches 4 angegebene Vorrichtung weiterentwickelt werden.The invention is therefore based on the object in the upper Concept of claim 1 specified method to that effect to develop that the finished, a pressure sensitive CB- Layer of paper web with higher quality requirements is enough than before. In the same way the in the preamble of Claim 4 specified device to be further developed.

Die gestellte Aufgabe wird durch das kennzeichnende Verfah rensmerkmal des Anspruches 1 bzw. durch das kennzeichnende Vorrichtungsmerkmal des Anspruches 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 2 u. 3 für das Verfahren sowie den Unteransprüchen 5-7 für die Vorrichtung zu entnehmen.The task is determined by the characteristic procedure Characteristic of claim 1 or by the characterizing Device feature of claim 4 solved. Advantageous embodiments are the subclaims 2 u. 3 for the method and subclaims 5-7 for the device.

Es wurde gefunden, daß die in der CB-Streichfarbe enthaltenen Mikrokapseln - solange sie in der flüssigen Streichfarbe suspendiert sind - durchaus einem gewissen Druck standhalten können. Man kann also die CB- Streichfarbe gefahrlos in einem Walzenspalt auf die Papier bahn übertragen, wobei allerdings durch konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt werden muß, daß im Walzenspalt eine nicht über mäßig hohe mittlere Flächenpressung vorhanden ist. Man erhält hierdurch einen wesentlich gleichmäßigeren Strichauftrag als bisher. Die beim Stand der Technik zu erwartende Streifenbil dung wird vermieden, insbesondere weil die bisher vorhandene Gefahr von Schlupf zwischen der Papierbahn und den Walzenober flächen beseitigt ist. Mit anderen Worten: Es wird ein gewis ser Kraftschluß hergestellt zwischen der Papierbahn und den zwei angetriebenen Walzen. Hierdurch wird u. a. erreicht, daß Papierbahn-Abrisse viel seltener als bisher zu erwarten sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also mit einem höheren Laufwirkungsgrad betrieben werden als das bekannte Verfahren.It has been found that in the CB coating color contained microcapsules - as long as they are in the liquid Coating color are suspended - quite a certain pressure can withstand. So you can use the CB Spreading paint onto the paper safely in a nip transferred by train, but by constructive measures It must be ensured that one does not have in the nip moderately high mean surface pressure is present. You get thereby a much more even stroke application than so far. The stripe bil expected in the prior art dung is avoided, especially because the existing one Risk of slippage between the paper web and the top of the roller is eliminated. In other words, it becomes certain water trap established between the paper web and the two driven rollers. This will u. a. accomplished that Paper web breaks are much less common than previously expected. The method according to the invention can therefore be carried out with a higher one Running efficiency can be operated as the known method.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach Anspruch 2 darin bestehen, in dem die mittlere Flächenpressung zwischen der Beschichtungswalze und der Gegenwalze höchstens 1N/mm² beträgt.An advantageous embodiment of the method according to the invention can be according to claim 2, in which the mean surface pressure between the coating roller and the counter roller at most Is 1N / mm².

Der Strich kann dadurch besonders gleichmäßig und ohne Streifenbildung, über die gesamte Bahnbreite verteilt, aufgebracht werden.The stroke can be particularly smooth and without Banding, distributed over the entire web width, be applied.

Außerdem werden die Mikrokapseln der CB-Streichfarbe nicht beschädigt.In addition, the microcapsules of the CB coating color are not damaged.

Zu den oben erwähnten konstruktiven Maßnahmen gehört u. a., daß gemäß Anspruch 3 bzw. 5 für eine Mindestlänge des Walzenspal tes gesorgt wird; d. h. die Papierbahn kommt im Walzenspalt über eine gewisse Laufstrecke gleichzeitig mit beiden Walzen mänteln in Kontakt. Dies trägt dazu bei, daß die mittlere Flä chenpressung auf relativ niedrigen Werten gehalten wird. Man kann im übrigen mittels bekannter Berechnungsmethoden (Formel von Hertz) die in Bahnlaufrichtung zu erwartende Länge des Walzenspaltes ermitteln, nämlich unter Berücksichtigung der Walzendurchmesser, der Linienkraft sowie der Werkstoffe und des Elastizitäsmoduls der Walzenmäntel.The above-mentioned constructive measures include u. a. that according to claim 3 or 5 for a minimum length of the roll gap care is taken; d. H. the paper web comes in the nip over a certain running distance simultaneously with both rollers coats in contact. This helps to ensure that the middle area pressure is kept at relatively low values. Man can also be calculated using known calculation methods (formula of Hertz) the expected length of the web running direction Determine the nip, taking into account the Roller diameter, the line force as well as the materials and of the elasticity module of the roll shells.

Besonders günstige Werte können erzielt werden, wenn eine der beiden Walzen als Schuhpreßwalze gemäß Anspruch 6 ausgebildet ist; denn in die sem Fall wird bekanntlich die Anpreßkraft auf eine besonders große Fläche aufgeteilt. Ähnlich wie bei (von Papierherstel lungsmaschinen) bekannten Schuhpreßwalzen, kann beim Einlauf der Papierbahn und der auf zutragenden CB-Schicht in den Wal zenspalt für ein besonders feinfühliges und allmähliches An steigen des Anpreßdruckes gesorgt werden. Zugleich ist es mög lich, beim Auslauf aus dem Walzenspalt für einen relativ ra schen, steilen Druckabfall zu sorgen. Dadurch wird die Gleich mäßigkeit (mit anderen Worten: die Glätte) der Oberfläche der CB-Schicht noch weiter erhöht. Die bisher beobachtete Strei fenbildung wird hierdurch so gut wie vollkommen vermieden.Particularly favorable values can be achieved if one of the two rollers is designed as a shoe press roller according to claim 6; because in the As is well known, the contact pressure is particularly strong divided large area. Similar to (from paper manufacturer lungsmaschinen) known shoe press rollers, can at the inlet the paper web and the CB layer to be applied into the whale zenspalt for a particularly sensitive and gradual on rise of the contact pressure. At the same time it is possible Lich, when leaving the nip for a relatively ra to ensure a steep drop in pressure. This will make the same moderation (in other words: the smoothness) of the surface of the CB layer increased even further. The streak observed so far This almost completely prevents fen formation.

Unter Umständen ist es vorteilhaft, im Walzenspalt eine beson ders kleine Linienkraft (etwa zwischen Null und 10 kN/m) ein zustellen. Dies ist mit den herkömmlichen Anpreßeinrichtungen nur schwer oder gar nicht erreichbar. Möglich ist dies jedoch mit einer speziellen Weiterbildung gemäß Anspruch 7.It may be advantageous to use a special one in the nip small line force (approximately between zero and 10 kN / m) to deliver. This is with the conventional pressure devices difficult or impossible to reach. However, this is possible with a special training according to claim 7.

Jede der Fig. 1 bis 4 zeigt eine erfindungsgemäße, zum Her stellen einer CB-Schicht dienende Vorrichtung, jeweils in ei ner schematischen Seitenansicht. Each of FIGS. 1 to 4 shows a device according to the invention for the manufacture of a CB layer, each in a schematic side view.

In Fig. 1 ist folgendes vorgesehen: Eine Beschichtungswalze 2 und eine Gegenwalze 1 bilden miteinander einen Walzenspalt (a), durch den eine zu beschichtende Papierbahn 3 hindurch läuft. Im freiem Bereich der Mantelfläche der Beschichtungs walze 2 ist eine insgesamt mit CB bezeichnete Zuführ- und Do siereinrichtung für CB-Streichfarbe angeordnet. Diese Einrich tung umfaßt eine bekannte Schöpfwalze 6, welche die Farbe aus einem Vorratsbehälter 12 zur Beschichtungswalze 2 fördert. Diese bildet mit einer Dosierwalze 14 einen Feindosierspalt. Hierdurch erzeugt man auf dem Walzenmantel der Beschichtungs walze (2) aus der zugeführten CB-Streichfarbe einen dünnen Streichfarbe-Film, der sodann im Walzenspalt (a) auf die Pa pierbahn (3) übertragen wird.The following is provided in FIG. 1: A coating roller 2 and a counter roller 1 together form a roller gap (a) through which a paper web 3 to be coated runs. In the free area of the outer surface of the coating roller 2 , a supply and metering device for CB coating color, generally designated CB, is arranged. This Einrich device includes a known scoop roller 6 , which conveys the ink from a reservoir 12 to the coating roller 2 . This forms a fine metering gap with a metering roller 14 . This creates a thin coating film on the roll shell of the coating roller ( 2 ) from the supplied CB coating color, which is then transferred to the paper web ( 3 ) in the roller gap (a).

Schematisch ist angedeutet, daß die eine der beiden Walzen, z. B. die Beschichtungswalze 2, in unbeweglichen Lagern ruht. Dagegen sind die Lager der anderen Walze (der Gegenwalze 1) beweglich; d. h. sie ruhen beispielsweise in Schwenkhebeln 4, die mittels je einer Belastungseinrichtung (z. B. Hydraulikzy linder 13) betätigbar sind. Der Hydraulikzylinder bewirkt ein gegenseitiges Anpressen der beiden Walzen 1 und 2. Ihm wirkt entgegen ein Kraftspeicher, z. B. eine Druckfeder 14. Dadurch kann die im Walzenspalt wirkende Anpreßkraft bei Bedarf sehr feinfühlig, z. B. auch auf extrem niedrige Werte eingestellt werden.It is indicated schematically that one of the two rollers, e.g. B. the coating roller 2 , rests in immovable bearings. In contrast, the bearings of the other roller (the counter roller 1 ) are movable; that is, they rest, for example, in swivel levers 4 , which can be actuated by means of a load device (for example, hydraulic cylinder 13 ). The hydraulic cylinder presses the two rollers 1 and 2 against each other. It is counteracted by an energy store, e.g. B. a compression spring 14 . As a result, the contact pressure acting in the nip can be very sensitive, e.g. B. can also be set to extremely low values.

Man wählt die Durchmesser der beiden Walzen 1 und 2 und die Werkstoffe, E-Modul und Härte der Walzenmäntel bzw. der Wal zenbezüge sowie die Höhe der im Walzenspalt wirkenden Linien kraft derart, daß - in Laufrichtung gemessen - die Länge a des Walzenspaltes mindestens 5 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 10 und 20 mm. You choose the diameter of the two rolls 1 and 2 and the materials, modulus of elasticity and hardness of the roll shells or the roll covers and the height of the lines acting in the roll gap force such that - measured in the direction of travel - the length a of the roll gap at least 5 mm, preferably between 10 and 20 mm.

Die andere Seite der Papierbahn 3 (gemäß Fig. 1 die Oberseite) kann beim Auftragen der CB-Schicht auf die Unterseite unverän dert bleiben. Alternativ hierzu kann - ähnlich Fig. 2, 3 oder 4 - mittels einer zusätzlichen Zuführ- und Dosiereinrichtung irgend ein Medium, z. B. Wasser, oder Stärke oder eine belie bige Streichfarbe, (beispielsweise eine CF-Streichfarbe) auf die Gegenwalze 1 aufgetragen werden, welche dieses Medium so dann auf die andere Seite der Papierbahn 3 überträgt.The other side of the paper web 3 (the upper side according to FIG. 1) can remain unchanged when the CB layer is applied to the underside. Alternatively, similar to FIG. 2, 3 or 4, any medium, e.g. B. water, or starch or an arbitrary coating, (for example a CF coating) are applied to the counter roller 1 , which then transmits this medium to the other side of the paper web 3 .

In der Fig. 1 ist angedeutet, daß die Umfangsgeschwindigkeit v₁ der Dosierwalze 14 kleiner ist als die Arbeitsgeschwindig keit v der gesamten Vorrichtung. Hierdurch wird eine besonders feine Dosierung der auf zutragenden CB-Schicht erreicht.In Fig. 1 it is indicated that the peripheral speed v₁ of the metering roller 14 is smaller than the working speed v of the entire device. In this way, a particularly fine dosage of the CB layer to be applied is achieved.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle einer norma len Gegenwalze eine Schuhpreßwalze 1′ vorgesehen ist. Diese hat einen umlaufenden flexiblen Preßmantel 1a, durch den sich ein stationärer Tragkörper 7 erstreckt. Ein radial beweglicher Preßschuh 5 hat für den Preßmantel 1a eine konkave (und an die Beschichtungswalze 2 angepaßte) Gleitfläche. Er ist in dem Tragkörper 7 geführt und kann den Preßmantel 1a feinfühlig an die Beschichtungswalze 2 anpressen. Gegenüber dem beweglichen Preßschuh 5 ist am Tragkörper 7 ein stationärer Gleitschuh 8 mit einer konvexen Gleitfläche vorgesehen. Hier kann an der Außenseite des Preßmantels 1a eine zusätzliche Zuführ- und Do siereinrichtung 16 vorgesehen werden.The embodiment of FIG. 2 differs from FIG. 1 essentially only in that a shoe press roll 1 'is provided instead of a normal roller. This has a circumferential flexible press jacket 1 a, through which a stationary support body 7 extends. A radially movable press shoe 5 has a concave (and adapted to the coating roller 2 ) sliding surface for the press jacket 1 a. It is guided in the support body 7 and can press the press jacket 1 a sensitively onto the coating roller 2 . Compared to the movable press shoe 5 , a stationary slide shoe 8 with a convex slide surface is provided on the support body 7 . Here, an additional feed and Do siereinrichtung 16 can be provided on the outside of the press jacket 1 a.

Gemäß den Fig. 1 und 2 läuft die Papierbahn im wesentlichen von oben nach unten durch den Walzenspalt hindurch. Das umge kehrte ist jedoch ebenfalls möglich, wie die Fig. 3 und 4 zeigen. Man verwendet hierbei Zuführ- und Dosiereinrichtungen CF bzw. 16 oder 16′. Diese sind derart konstruktiv gestaltet, daß sie an der nach unten laufenden Seite des betreffenden Walzenmantels angeordnet werden können. Die an der Gegenwalze 1 der Fig. 3 vorgesehene Zuführ- und Dosiereinrichtung 16′ bildet zusammen mit dem Walzenmantel einen Flüssigkeitssumpf, während die anderen Zuführ- und Dosiereinrichtungen CF bzw. 16 einen solchen Sumpf vermeiden und deshalb für höhere Arbeits geschwindigkeiten geeignet sind.Referring to FIGS. 1 and 2, the paper web runs substantially from top to bottom through the roll gap. The reverse is also possible, as shown in FIGS . 3 and 4. Feed and metering devices CF or 16 or 16 'are used here. These are designed so that they can be arranged on the downward running side of the roll shell in question. The provided on the counter roller 1 of Fig. 3 feed and metering device 16 'forms together with the roll shell a liquid sump, while the other feed and metering devices CF and 16 avoid such a sump and are therefore suitable for higher working speeds.

Abweichend von den Fig. 1-4 könnte folgendes vorgesehen werden: Die CB-Streichfarbe (und/oder ggf. das auf die Gegen seite aufzutragende Medium) kann mittels einer an sich bekann ten Freistrahldüse der betreffenden Walze 2 bzw. 1 zugeführt werden. Danach kann, falls erforderlich, überschüssige CB- Streichfarbe (bzw. überschüssiges Medium) von der Walze ab gerakelt werden.Deviating from FIGS. 1-4, the following could be provided: The CB coating color (and / or possibly the medium to be applied to the opposite side) can be supplied to the roller 2 or 1 in question by means of a free jet nozzle known per se. Then, if necessary, excess CB coating color (or excess medium) can be scraped off the roller.

Claims

1. Method for producing a paper web which has a so-called CB layer on one side of the web, with the following method steps:

a) The raw paper web produced on a paper machine is guided through a roller nip (a) formed by a coating roll ( 2 ) and a counter roll ( 1 );
b) CB coating color, which contains a color former enclosed in microcapsules, is continuously applied to the circumferential roller shell of the coating roller ( 2 ) and metered there by means of a metering device (metering roller 14, doctor blade 11, coating blade);
c) the CB coating ink metered in this way is transferred to the paper web ( 3 ) by means of the rotating coating roller ( 2 ) in the said nip;
d) characterized in that the two rollers ( 1 , 2 ) are pressed against each other such that an average surface pressure of at most 2 N / mm² is present in the roller gap.

2. The method according to claim 1, characterized in that the average surface pressure is at most 1 N / mm².

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the line force occurring in the nip - under Consideration of the material, the hardness and the Ela Stability module of the roll covers and the roll through knife - selected such that, measured in the direction of web travel, a gap length (a) of at least 5 mm, preferably 10 up to 20 mm.

4. Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims, with a coating roller ( 2 ) which forms a roller nip with a counter roller ( 1 ) as well as with one of the free lateral surface of the coating roller (CB) associated supply and metering device for CB Coating color, characterized in that the two rollers ( 1 , 2 ) is assigned a pressing device which is suitable for setting any line forces in the range up to 80 kN / m.

5. The device according to claim 4, characterized in that Material, hardness and modulus of elasticity of the roll covers as well as the Roll diameters are chosen such that under application a nip length (a) of at least 5 mm, preferably 10 to 20 mm is measured in the direction of web travel.

6. The device according to claim 4, characterized in that one of the two rollers has an elastically deformable press jacket ( 1 a) which slides over a press shoe ( 5 ), so that an elongated roller gap is present in the web running direction.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the pressing device comprises a variable force generator ( 13 ), which counteracts an energy storage spring 14, counter-pressure cylinder).