DE19829490A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung einer Strichoberfläche von Papierbahnen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Strichoberfläche, der auf einer Rohpapierbahn (8, 23) aufgetragenen Streichmasse. Dazu wird eine anionische wäßrige Streichmasse und ein anionisches Papier durch eine elektrische Ladungsvorrichtung mit einer gegensätzlichen elektrischen Ladung versehen, so daß die disperse Streichmasse von dem gegensätzlich aufgeladenen Papier (8, 23) angezogen wird. Dabei besteht die elektrische Ladungsvorrichtung entweder aus Koronageneratoren (13, 17) oder aus einer Gleichspannungsquelle (9), die über Elektroden (5, 5a, 7, 7a) mit dem Papier (8, 23) und der Streichmasse in Verbindung steht.

Description

Bei der Papierherstellung werden die Papierbahnen mit einer wässrigen Streichmasse, auch Streichfarbe genannt, bestrichen. Die Streichfarben bestehen aus einem oder einer Mischung ver­ schiedener anorganischen Pigmente und werden mit einem oder einer Mischung von organischen Bindern gebunden. Es ist be­ kannt, diese Streichfarben mit sogenannten Filmpressen auf die Papierbahnen zu übertragen. Dazu wird die Streichfarbe ein- oder beidseitig auf je eine Gummiwalze aufgetragen und dann von dieser Walze bzw. diesen Walzen auf die Papierbahn über­ tragen. Beim Auslauf der mit der Streichmasse kontaktierten Papierbahn tritt eine Spaltung in den Streichmassenfilm auf. Bei dieser Trennung einer mehr oder weniger viskosen Streich­ masse in sich selbst, treten bekannte rheologische Probleme auf, die zu sogenannten Fließlinien bzw. zum Orangeschalen­ effekt führen.

Da derartige Filmpressen mit Geschwindigkeiten von 800 bis 2.000 m/Minute arbeiten, treten beim Auseinanderreißen der Streichmasse von der benetzten Walze auf die kontaktierte Pa­ pierbahn kleine Streichmassepartikel als freier Nebel in den Raum. Diesen Nebel muß man mehr oder minder in Kauf nehmen und kontrolliert ihn in der Praxis, indem man einen schwarzen Kar­ ton in die Nähe der zur Trocknung laufenden Papierbahn, also an den Nip-Ausgang, hält. Es wurde deshalb versucht, die Adhä­ sionskräfte zwischen der Streichfarbe und der Walze, sowie die Kohäsionskräfte innerhalb der Streichfarbe so zu beeinflussen, daß der Nebel am Nip-Ausgang und das sogenannte Orangescha­ len-Muster verbessert wird. Allerdings führten diese Bemühungen in der Praxis nicht zu befriedigenden Ergebnissen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Strich­ oberfläche der hergestellten Papierbahnen zu verbessern und den entstehenden Sprühnebel zu minimieren.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und Patent­ anspruch 5 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß mit diesem Verfahren mit wässriger Streichmasse eine geschlossenere Oberfläche des Striches und deshalb eine verbesserte Bedruckbarkeit des Pa­ piers erreichbar ist. Weiterhin erreicht man mit dem erfinde­ rischen Verfahren eine Bedruckbarkeit, die vorher nur mit dic­ keren Strichaufträgen möglich war, so daß hierdurch Drucker­ zeugnisse mit geringerer flächenbezogener Masse herstellbar sind. Da diese auf Filmpressen aufgetragenen wässrigen Streichmassen dünnere Striche ermöglichen, sind die damit her­ gestellten Drucksachen in vorteilhafter Weise auch umwelt­ freundlicher zu entsorgen.

Weiterhin wird durch die Vermeidung des Sprühnebels weniger Streichmasse und weniger Reinigungsunterbrechungen an den Streicheinrichtungen, wie Filmpressen, benötigt, wodurch auch die Kosten der so gestrichenen Papiere verringerbar sind.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer einseitig auftragenden Filmpresse mit einer elektrischen Ladungsvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiseitig aufragenden Filmpresse mit einer elektrischen Ladungsvorrichtung, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiseitig auftragenden Filmpresse mit einem Koronagenera­ tor für jede Seite als Ladungsvorrichtung.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine schematische Filmpresse, durch die die Papierbahn 8 hindurchläuft und einseitig mit einer wässrigen Streichmasse versehen wird, wobei die Gegen­ walze 1 durch eine elektrische Ladungsvorrichtung positiv ionisiert und damit für die anionische Streichmasse anziehend wird.

Die Filmpresse besteht aus zwei Filmpresswalzen, wobei die untere die Auftragswalze 3 und die obere die Gegenwalze 1 dar­ stellt, die beide mit einem Gummibelag versehen sind. Die Wal­ zen 1, 3 werden gegenläufig angetrieben und transportieren zwischen ihren Anlageflächen die Papierbahn 8 in eine vorgege­ bene Richtung. Die Auftragswalze 3 der Filmpresse ist mit ei­ ner Vorstreichvorrichtung 4 versehen, durch die die Streich­ masse auf die Auftragswalze 3 aufgebracht wird. Die Streich­ masse wird beispielsweise mit einem bekannten Rakel gleich­ mäßig auf die Oberfläche der Auftragswalze 3 aufgetragen und in Drehrichtung als Film 6 auf der Walze 3 mitgenommen und auf die untere Seite 2 der hindurchlaufenden Papierbahn 8 angetra­ gen. Da die beiden Walzen 1, 3 unter vorgegebenem Druck gegen­ einander laufen, wird die wässrige Streichmasse teilweise ent­ wässert, so daß eine bestimmte Schicht der Streichmasse auf die untere Papierbahnseite 2 angetragen wird.

Die Vorstreichvorrichtung 4, die die Streichmasse optimal ver­ teilt auftragen soll, stellt eine Elektrode (Kathode) 5 dar und ist mit der dispersen Streichmasse, die als elektrokine­ tisches System betrachtet werden kann, in elektrischen Kontakt. Dabei ist der Minuspol einer Spannungsquelle 9 mit dieser Elektrode 5 verbunden. An der Gegenwalze 1 ist eine mitlaufen­ de Metallwalze 7 angeordnet, die als zweite Elektrode (Anode) wirkt und mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 9 verbun­ den ist. Der Gummibelag der oberen Filmpresswalze 1 besteht aus einer elektrisch leitfähigen Gummimischung, so daß das Papier 8 mit einer positiven elektrischen Ladung aufgeladen wird. Dabei stellen die Elektroden 5,7 und die Spannungsquelle 9, als auch die elektrisch leitfähigen Walzenbeläge eine elek­ trische Ladungsvorrichtung dar. Zweckmäßigerweise wird zur elektrischen Aufladung eine Gleichspannungsquelle 9 gewählt, die eine Spannung von etwa 150 bis 2.000 V liefert. Bei ande­ ren Ausführungsbeispielen können auch höhere Spannungen bis 10.000 V eingesetzt werden.

Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt schematisch eine Filmpresse zum beidseitigem Bestreichen einer Papierbahn. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um eine Filmpresse wie nach Fig. 1 der Zeichnung beschrieben, die mit verschiedenen Zusatzvorrichtun­ gen versehen ist, um auch ein beidseitiges Bestreichen zu er­ möglichen. Die gleichartigen Teile sind deshalb auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 der Zeichnung.

In Fig. 2 der Zeichnung sind zwei Filmpresswalzen 1, 3 darge­ stellt, die beide als Auftragswalzen ausgebildet sind und durch deren Berührungsflächen die Papierbahn 8 kontinuierlich hindurchläuft. Durch diese beiden Auftragswalzen 1, 3 wird die Papierbahn 8 beidseitig mit Streichmasse benetzt. Dazu ist an jeder Auftragswalze 1, 3 eine Vorstreichvorrichtung 4, 4a vor­ gesehen, durch die mit Hilfe einer bekannten, nicht dargestell­ ten Rakelvorrichtung auf die Oberfläche der Auftragswalzen 3, 1 gleichmäßig die Streichmasse aufgetragen wird. Dadurch ent­ steht ein Film 6, 6a aus Streichmasse auf den Walzenoberflä­ chen, der teilweise auf beide Seiten 2, 2a der hindurchlaufen­ den Papierbahn 8 angetragen wird.

Zum besseren Auftragen der Streichmasse auf die beiden Seiten 2, 2a der Papierbahn 8 sind die beiden Vorstreichvorrichtungen 4, 4a mit einer Gleichspannungsquelle 9 verbunden. Dabei stel­ len die Vorstreichvorrichtungen 4, 4a Elektroden (Kathoden) dar, die mit der dispersen Streichmasse, die als ein elektro­ kinetisches System betrachtet werden kann, in elektrischem Kontakt stehen.

Weiterhin sind zwei Fuhrungswalzen 7a, 7b vorgesehen, durch deren Berührungsflächen die Papierbahn 8 läuft und den Auf­ tragswalzen 1, 3 zugeführt wird. Diese Führungswalzen bestehen aus elektrisch leitfähigem Material oder sind mit einem elek­ trisch leitfähigem Oberflächenmaterial überzogen. Dabei stehen mindestens diese leitfähigen Walzenoberflächen mit der Gleich­ stromspannungsquelle 9 in Verbindung und stellen die gegenläu­ fige Elektrode (Anode) dar. Auf diese Weise wird die durch­ laufende Papierbahn 8 mit einer positiven elektrischen Ladung aufgeladen.

Nach Fig. 3 der Zeichnung ist schematisch eine Filmpresse dar­ gestellt, durch die ein beidseitiger Auftrag auf die Papier­ bahn 23 erreicht wird. Dabei sind als elektrische Ladungsvor­ richtung zwei Sprühelektroden (Koronageneratoren) 13, 17 vor­ gesehen, die die gegenläufige Ladung der Papierbahn 23 gegen­ über der Streichmasse bewirken. Die Papierbahn 23 wird um eine Umlenkrolle 16 zu einer ersten Leitwalze 15 transportiert. Diese Leitwalze 15 ist mit einer Druckfeder 14 verbunden, die die Papierbahn 23 dicht an den rechtsseitigen Koronagenerator 17 vorbeiführt. Dadurch wird die rechte Papierbahnoberfläche mit einer elektrischen Ladung versehen. Das Papier wird da­ durch gegensätzlich zur Streichmasse ionisiert, indem die obe­ re Atomlage der Papierbahn 23 oxidiert wird. Diese Koronaoxi­ dation führt zu einer Hydrophilierung und damit zu einer schnelleren Wasseraufnahme. Bei hinreichender Spannungshöhe können auch an der Faserwand der Zellulose zusätzliche reakti­ ve Gruppen gebildet werden, die die Strichhaftigkeit verbes­ sern.

Oberhalb des rechtsseitigen Koronagenerators 17 ist ein links­ seitiger Koronagenerator 13 mit druckfederversehener 19 Leit­ walze 18 vorgesehen, der die Oxidation der linken Papierbahn­ oberfläche bewirkt.

Nachfolgend durchläuft die Papierbahn 23 zwei gegenläufig an­ getriebene Filmpreßwalzen 20, 12. Horizontal neben diesen Filmpreßwalzen 20, 12 ist noch jeweils eine weitere Dosierwal­ ze 11, 21 angeordnet, die auch gegenläufig zu der jeweiligen Filmpreßwalze 12, 20 angetrieben ist. Die Dosierwalze 11, 21 ist mit einer strukturierten Oberfläche versehen, die zur gleichmäßigen Benetzung der Filmpreßwalze 12, 20 mit der Streichmasse dient. In dem oberen Nip 10, 22 der jeweiligen Filmpreßwalze 12, 20 und der dazugehörigen Dosierwalze 11, 21 wird die Streichmasse eingegeben und über die Oberfläche der Filmpreßwalze 11, 21 auf die beiden Papierseitenflächen der durchlaufenden Papierbahn 23 angetragen. Dabei erfolgt der Auftrag der Streichmasse entsprechend dem nach Fig. 1 be­ schriebenen Verfahren.

Das Verfahren mit den vorbeschriebenen Vorrichtungen zum Auf­ tragen der Streichmasse auf die Papierbahn 8, 23 beruht auf folgendem Prinzip:
Die wässrigen Streichmassen stellen ein elektrokinetisches System dar, wobei jedes Pigment ein Zeta-Potential in diesem wässrigen System besitzt. Dabei sind die Streichmassen dis­ pers, weil diese Pigmente über elektrokinetische Abstoßungs­ kräfte verfügen.

Der Erfindung lag deshalb die Erkenntnis zugrunde, diese elek­ trokinetischen Kräfte bei der Spaltung des Streichmassenfilms zu nutzen und damit den Übertrag auf das Papier 8, 23 zu ver­ bessern. Da bisher alle gängigen Streichfarben anionisch sind und ebenfalls auf anionisches Papier übertragen werden sollen, mußten hierfür die elektrokinetischen Abstoßungskräfte über­ wunden werden, um einen homogeneren Strichauftrag zu errei­ chen. Deshalb ist das erfindungsgemäße Verfahren eine Umlade­ vorrichtung, durch die Ionogenität so beeinflußt wird, daß die elektrokinetischen Abstoßungskräfte zwischen dem Papier 8, 23 und den Pigmenten der Streichmasse und damit der Streichmasse selbst aufgehoben werden. Dabei kann die Streichmasse sowohl kationisch und das Papier anionisch aufgeladen werden oder auch umgekehrt. Entscheidend ist lediglich ein gegensätzlicher Ladungsunterschied zwischen dem Papier 8, 23 und der Streich­ masse, so daß es zu einer elektrokinetischen Anziehung zwi­ schen der Streichmasse und dem Papier 8, 23 kommt. Es wäre auch denkbar, sogleich kationische Streichmassen bei anioni­ schem Papier zu verwenden, da auch hier die elektrokinetischen Kräfte das Streichverfahren günstig beeinflussen wurden. Dies ist derzeit nicht üblich, da man die damit gegebenen Probleme bisher nicht lösen konnte. In jedem Fall wurde aber auch bei der Verwendung kationischer Streichmassen das vorbeschriebene Verfahren zu einer Erhöhung des elektrischen Ladungsunter­ schiedes dienen und somit eine Verbesserung des Strichauftrags bewirken.

So hat sich bei dem erfinderischen Verfahren als völlig über­ raschender Effekt gezeigt, daß bei einer derartigen gegensätz­ lichen elektrischen Aufladung der Streichmasse und des Papiers 8, 23 ein homogenerer Auftrag ohne Orangeschaleneffekt ent­ steht und auch der Sprühnebel am Nip-Ausgang der Filmpreßwalze 3 sich reduzieren läßt. Denn am Auslauf der Papierbahn, die einseitig, der meist doppelseitig einen Teil der auf die Film­ preßwalze vordosierten Streichfarbe trägt, findet die unver­ meidliche Spaltung in der Streichmasse statt. Dabei ist ein Teil des Wassers bereits in der Papierbahn eingeschlagen, die Konzentration, oder umgekehrt betrachtet der Feststoffgehalt hat bereits zugenommen, aber die Mobilität der Streichmasse muß noch erhalten sein. In dieser Spaltzone spielt die Adhä­ sion sowohl an der Papieroberfläche wie an der abgebenden Auf­ tragswalze 1, 3 eine entscheidende Rolle. In der Praxis hat sich deshalb gezeigt, daß die jeweils bei diesem Spaltvorgang herausgerissenen sich gegenseitig abstoßenden, weil gleiches Zeta-Potential tragenden Pigmente und Binder, als Sprühnebel bei anionischer Ladung zur Kathode und bei kationischer Ladung zur Anode tendieren und damit diesen Nebel reduzieren. Gleich­ zeitig ist die aus dem Spalt kommende gestrichene Papierbahn homogener, was nach der Trocknung die Bedruckbarkeit verbes­ sert.

Durch die elektrische Auf- bzw. Umladung der Streichmasse und des Papiers 8, 23 konnte somit ein homogenerer Strichauftrag und eine Minimierung des Sprühnebels erreicht werden. Dabei kommt es nicht auf die Polarität der aufgeladenen Elemente wie des Papiers 8, 23 und der Streichmasse, sondern lediglich auf einen gegensätzlichen Ladungsunterschied an, der die elektro­ kinetischen Anziehungskräfte wirksam werden läßt. Die Erfin­ dung ist deshalb auch in anderen Ausgestaltungen realisierbar, soweit dadurch eine entgegengesetzte Ladung erzielbar ist, durch die die elektrokinetischen Anziehungskräfte wirksam wer­ den können.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verbesserung der Strichoberfläche, der auf einer Rohpapierbahn aufgetragenen Streichmasse, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Streichmasse oder das Papier (8, 23) oder beides mittels einer elektrischen Ladungsvorrichtung so beeinflußt wird, daß die Streich­ masse und das Papier (8, 23) gegensätzliche Ladungszu­ stände aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Streichmasse mittels mindestens einer Filmpreßwalze (1, 3) auf die Papierbahn (8) übertragen wird und die La­ dungsvorrichtung die Streichmasse und das Papier (8) ge­ gensinnig ionisiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Papierbahn (23) mittels mindestens einer Streuelek­ trode (13, 17) (Koronagenerator) ionisiert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ionisierung des Papiers (8, 23) oder der Streichmasse oder des Papiers (8, 23) und der Streichmasse eine elek­ trische Ladungsvorrichtung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestreichen der Rohpapierbahn (8, 23) eine Filmpresse vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ladungsvorrichtung aus einer Anode (7, 7a, 7b) und einer Kathode (5, 5a) besteht, die mit einer Gleichspannungsquelle (9) verbunden sind, wobei jeweils eine Elektrode (5, 7, 7a, 7b) mit der Papierbahn (8) und der Streichmasse elektrisch in Verbindung stehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ladungsvorrichtung mindestens eine Sprüh­ elektrode (Koronagenerator) (13, 17) enthält, die in der zähe der Papierbahn (23) angeordnet ist und zur Ionisa­ tion wenigstens einer Papieroberfläche dient.