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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung
mit wenigstens einer Mischstufe, welche eine aus mehreren Komponenten zusammengesetzten
Streichfarbe für
eine Auftragsvorrichtung bereitstellt.
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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 aufzubringen. Als weiteren Bestandteil
enthalten die Streichfarben Verdicker und diverse Hilfsstoffe als Additive,
um die für
das jeweilige Beschichtungsverfahren erforderlichen chemischen und
physikalischen Eigenschaften einzustellen.
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Trend
der Streichfarbenaufbereitung ist, flexible Prozesse zur Verfügung zu
stellen und dabei in Dispersionsfarben höhere Feststoffgehalte einzubringen.
Ein höherer
Feststoffgehalt fordert, dass bei der Dimensionierung des Mischers
das Dispergier- und
Mischverhalten der einzelnen Farbkomponenten besondere Beachtung
findet. Durch die Flexibilisierung der gesamten Prozessfolge sollen
schnellere Sortenwechsel und kleiner Abwassermengen erzielt werden.
Weiterhin soll auf Schwankungen der kontinuierlich bereitgestellten
Materialien in Qualität
und in ihren Eigenschaften schnell reagiert werden können, ohne
den Fertigungsprozess stoppen zu müssen.
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In
der Veröffentlichung
Puijola, Metso Paper Finishing Days, Okt. 2002, Straßburg sind
die modulare und die kontinuierliche Farbaufbereitung als zwei für die Praxis
wesentlichen Aufbereitungstechniken beschrieben. Die weit verbreitete
modulare Aufbereitung beruht auf einem Prozess, bei dem die Farbe chargenweise
verarbeitet wird und sich dabei der Gesamtprozess aus unterschiedlichen
Teilprozessen zusammensetzt. Bei jedem Teilprozess wird die Dosierreihenfolge
der Chemikalien so ausgewählt,
dass die Chemikalien, die nicht miteinander reagieren, gleichzeitig
dosiert werden.
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Bei
chargenweise betriebener Farbaufbereitung wird vergleichsweise viel
Luft in die Farbe eingetragen. Diese ist besonders beim Curtain-Streichen besonders
ungünstig.
Außerdem
erfordert eine diskontinuierliche Aufbereitung Zwischenbehälter, in
denen erneut Luftansammlungen oder Streichfarbenablagerungen entstehen
können,
die für
die nachfolgenden Streichprozesse nachteilig sind. Bei der kontinuierlichen
Streichfarbenaufbereitung ist der erste bis zur Lagerung des Rohmaterials
bestehende Teilprozess derselbe, wie beim chargenweise geführten Prozess.
Bei der kontinuierlichen Streichfarbenaufbereitung steuert eine
komplexe Systemsteuerung das Misch- und Dosiersystem für die einzelnen
Chemikalien, die im gemischten Zustand direkt in den Maschinenbehälter einer
Streichvorrichtung eingebracht oder in gewissen Fällen in
Vorratsbehältern gelagert
werden.
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Des
Weiteren sind Streichfarben und deren Verarbeitung aus der Druckschrift
WO 02/066739 A1 bekannt. Auch ist aus der 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.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Farbaufbereitung durch
eine geeignete Koordination von Einzelprozessabläufen zu flexibilisieren und dabei
die Gesamtprozessfolge bezüglich
ihrer Wirtschaftlichkeit und Qualität zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung
nach Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass eine Messeinrichtung zwischen der/den Mischstufen und der Auftragsvorrichtung
vorgesehen ist, mithilfe welcher physikalische Eigenschaften der
Streichfarbe, insbesondere deren Viskosität, deren Dichte, deren Luftgehalt
oder deren Wasserrückhaltevermögen, permanent
gemessen werden können,
wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Zumischung
von einzelnen Komponenten der Streichfarbe anhand der Messwerte
der Messeinrichtung steuert.
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Die
Erfindung schlägt
vor, durch Messungen (das kann kontinuierlich oder in Intervallen
erfolgen) der physikalischen Eigenschaften und/oder optischen Eigenschaften
der hergestellten Streichfarbe auf Schwankungen der Eigenschaften
der Ausgangsprodukte oder auf herstellungsbedingte Schwankungen
durch eine Rückkopplung
auf die Zumischung der Komponenten zu reagieren. Hierdurch wird
ein flexibler Herstellungsprozess ermöglicht, der beispielsweise
auf Schwankungen von einzelnen Chargen oder auch auf Änderungen
der Umgebungsbedingungen reagieren kann, ohne, dass eine Unterbrechung
des Herstellungsprozesses und eine Neueinstellung notwendig wären.
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Dabei
wird in Abhängigkeit
von der Viskosität der
Farbe und der Auslegung der Mischvorrichtung eine vollständige Homogenisierung
der Streichfarbe erzielt, wobei durch eine geringe Vorratsmenge
an Farbe im Mischsystem die Streichfarbenverluste gering gehalten
werden und ein schneller Farbwechsel ermöglicht wird. Die Farbe durchläuft die
Aufbereitungsvorrichtung und gelangt ohne Bevorratung direkt in
den Maschinenbehälter
der Streichvorrichtung. Die Steuereinrichtung sorgt für die notwendige Abstimmung
der Einzelprozesse untereinander, um den Farbfluss zu koordinieren,
und gewährleistet eine
wirtschaftlich vorteilhafte, hohe Systemintegration und Produktionsleistung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Farbaufbereitung erfordert nur eine geringe Lagerhaltung an
Streichfarbe bzw. deren Komponenten.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Steuereinrichtung die Zumischung der einzelnen Komponenten der Streichfarbe durch
einstellbare Ventile, insbesondere Drossel-Absperrorgane, steuert.
Hierdurch wird die getrennte Zumischung verschiedener Komponenten und
deren Dosage auf die jeweiligen Chemikalien und Bedingungen sowie
der Parameter des Endprodukts angepasst.
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Bevorzugterweise
ist die Auftragsvorrichtung ein Curtain-Coater oder ein Blade-Coater.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass nach der
ersten Mischstufe eine Entgasungsvorrichtung vorgesehen ist. Dem
folgend ist die Entgasungsvorrichtung vorteilhafterweise ein Vakuumentlüfter, der
die immer in gewisser Menge in der Streichfarbe vorhandene Luft
entfernt.
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Zur
Verbesserung der Entlüftungswirkung kann
auch eine zweite Entgasungsvorrichtung im Anschluß an die
erste angeordnet sein.
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Bevorzugterweise
ist zumindest ein weiteres kontinuierliches Mischaggregat nach der
Entgasungsvorrichtung zur Zumischung weiterer Farbkomponenten, deren
Zumischmengen insbesondere durch die Ventile steuerbar sind, angeordnet.
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Von
Vorteil ist nach oder zwischen der durch der Steuereinrichtung gesteuerten
Zumischung von einzelnen Komponenten ein statischer Mischer vorgesehen,
welcher insbesondere keine freie Luftoberfläche für das Auftragsmedium bietet.
Ein solcher statischer Mischer hat den Vorteil, dass er eine zu
starke Scherung der Streichfarbe vermeidet, wobei auch ein eventueller
ungewünschter
Lufteintrag weitgehendst unterbunden wird.
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Bevorzugterweise
ist zumindest nach der ersten Mischstufe eine Mischturbine, wahlweise
mit einer nach- oder nebengeordneten Kühlvorrichtung angeordnet.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest
ein Filter, bevorzugt am ausgangsseitigen Ende, in die Vorrichtung
eingebunden. Hierdurch werden zumindest unmittelbar vor dem Auftragen
der Farbe die in ihr befindlichen Verunreinigungen, beispielsweise
Partikel und Ablagerungen der Streichfarbe, entfernt.
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In
bevorzugter Ausführungsform
ist der Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung ein Curtain-Coater
angeordnet, wahlweise mit einem Pulsationsdämpfer. Der Pulsationsdämpfer reduziert
die Druckstöße im Mischsystem
und sorgt für
einen gleichmäßigen Farbenstrom
im Coater.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass unter Verwendung
zumindest eines kontinuierlichen Mischaggregats als zweite Mischstufe
Verdicker und weitere Additive unter Luftabschluss der Pigment-Dispersion
zugemischt werden.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Auftragen die Farbe zumindest
einmal gefiltert wird.
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Weitere
Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen oder deren Unterkombinationen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Im
Einzelnen zeigt die schematische Darstellung in:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung
mit einem Coater, bei der eine Mischturbine vor der Entgasungsvorrichtung
eingebunden ist, deren Zumischungsmengen gesteuert ist,
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung
mit einem Coater mit jeweils einer Mischstufe vor und nach der Entgasungsvorrichtung, wobei
die gesteuerte Zumischung direkt vor dem statischen Mischer erfolgt,
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3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung
mit einem Coater, bei der eine Mischturbine mit einem nachfolgenden
Zwischenbehälter
vor der Entgasungsvorrichtung eingebunden ist, und
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4 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung
mit einem Coater mit jeweils einer kontinuierlichen Mischstufe.
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Die
in der Figur gleichen Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder gleich
wirkende Elemente.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Streichfarbenaufbereitung 1. In einer ersten Mischstufe 2 werden über Zulaufleitungen
Pigmente 22, Wasser 23 und Bindemittel 24 sowie
als weitere Komponenten Verdicker 42 und weitere Additive 43 hinzugefügt. Die
Verdicker 42 und die weitere Additive 43 werden
dabei ebenso wie Tenside 45 gesteuert beigemengt. Die Steuerung
erfolgt dabei über
steuerbare Ventile 48a und 48b die durch die Steuereinrichtung 47 betätigt werden.
Die Steuereinrichtung 47 öffnet oder schließt die Ventile 48a und 48b dabei
entsprechend der Messwerte die durch die kontinuierlichen Messeinrichtungen 46a, 46b und 46c gewonnen
werden, die zwischen der Mischstufen und der Auftragsvorrichtung 91 vorgesehen
sind. Die Messeinrichtungen erfassen dabei die physikalischen Eigenschaften
der Streichfarbe. Im Beispiel deren Viskosität, deren Dichte, deren Luftgehalt
und deren Wasserrückhaltevermögen. Es
ist dabei genauso möglich
nur eine der Messeinrichtungen 46a, 46b und 46c vorzusehen,
die eine oder alle der vorgenannten Eigenschaften misst.
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Über ein
kontinuierliches Mischaggregat 21 werden die Komponenten
vermengt. Nach dem Mischvorgang kann die die Dispersion eine zusätzliche
Mischturbine mit einer Kühlvorrichtung
durchlaufen, um die Farbe zu homogenisieren und die durch den Mischvorgang
ansteigende Temperatur zu verringern.
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Die
Dispersion wird mittels einer Pumpe 8 einer Entgasungsvorrichtung 3 zugeführt, in
der sie bei Unterdruck versprüht
wird. Dabei werden die aus der Farbmischung austretenden Gase, insbesondere handelt
es sich um Luft, aus dem Behälter
abgeführt. Bei
besonders gashaltigen Medien kann es Sinn machen, eine zweite Entgasungsvorrichtung
nachzuordnen. In der 1 ist deshalb mit Strichlinie
angedeutet, dass auf eine erste Entgasungsvorrichtung 3a eine
zweite Entgasungsvorrichtung 3b folgen kann.
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Nach
der Entgasung wird die fertig gemischte Farbe mit einer Pumpe 8 noch
einem statischen Mischer 44 zugeführt und über einen Filter 5 und
einen Pulsationsdämpfer 6 einem
Curtain-Coater 9 als Auftragsvorrichtung 91 zugeführt, über den
die Streichfarbe auf Papier 10 oder Karton als laufende Materialbahn 11 aufgetragen
wird.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Streichfarbenaufbereitung
mit einem Coater 9 mit jeweils einer Mischstufe 2 und 4 vor
und nach der Entgasungsvorrichtung 3. In der ersten Mischstufe 2 wird
unter Verwendung eines kontinuierliches Mischaggregats 21 eine
wässrige Pigment-Dispersion mit Bindemittel
und weiteren Additiven hergestellt. Darauf folgend wird die Dispersion einer
Entgasung in der Entgasungsvorrichtung 3 unterzogen. In
einer zweiten Mischstufe 4 wird anschließend Verdicker 42,
weitere Additive 43 und Tenside 45 hinzugefügt und wiederum über Filter 5 und
einem Pulsationsdämpfer 6 einem
Coater 9 zugeführt.
Die Untermischung der Tenside und der weiteren beigefügten Stoffe
erfolgt dabei durch einen statischen Mischer 44. In einem
zweistufigen Mischprozess werden zunächst die Komponenten gemischt,
die sich auf Grund einer geringen Viskosität gut entlüften lassen. Stoffe die die
Viskosität
erhöhen
oder zum schäumen
neigen, werden erst in dem zweiten Prozessstadium beigefügt. Die
Messung und Steuerung erfolgt wieder wie in der Ausführung nach 1,
wonach die Beimischungsmengen durch Ventile 48a und 48b entsprechend
der Messwerte der kontinuierliche Messeinrichtungen 46a bis 46c durch
die Steuereinrichtung 47 gesteuert werden.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung der Vorrichtung
zur Streichfarbenaufbereitung analog zur 1 und 2 mit
einem Coater, bei dem ein Zwischenbehälter 7 unmittelbar
nach dem kontinuierlichen Mischaggregat 21 angeordnet ist
und nach der Entgasungsvorrichtung 3 eine zweite Mischstufe 4 entsprechend 2 folgt.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiter abgewandelten erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Streichfarbenaufbereitung mit einem Coater mit jeweils einer
kontinuierlichen Mischstufe 21 und 41 mit zusätzlicher
Mischturbine 25 vor und statischem Mischer 44 nach
der Entgasungsvorrichtung 3. Dadurch wird eine besonders
homogene Durchmischung der Farbe bewirkt. Die Beimischmengen des
der zweiten kontinuierlichen Mischturbine 41 werden dabei
entsprechend der vorhergehenden Ausführungsbeispiele durch die Steuereinrichtung 47 gesteuert.
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Im
weiteren Verlauf ist wieder ein Partikelfilter 5 angeordnet,
der störende
Partikel aus der Farbe entfernt, bevor diese über einen Pulsationsdämpfer 6 kontinuierlich
einem Curtain-Coater 9 zugeführt wird.
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Nicht
in der Figur dargestellte weitere Mess- und Steuereinheiten sorgen
für einen
regulären
Ablauf der Prozessfolge. Auf Bedarf können auch weitere kontinuierliche
Mischaggregate zur getrennten Zumischung weiterer Komponenten und
insbesondere die kontinuierliche Zumischung in der zweiten Mischstufe
in die Vorrichtung eingebunden werden.
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- 1
- Vorrichtung
zur Streichfarbenaufbereitung
- 2
- erste
Mischstufe
- 21
- kontinuierliches
Mischaggregat
- 22
- Zulaufleitung
Pigmente
- 23
- Zulaufleitung
Wasser
- 24
- Zulaufleitung
Bindemittel
- 25
- Mischturbine
(mit Kühlvorrichtung)
- 3
- Entgasungsvorrichtung
- 4
- zweite
Mischstufe
- 41
- kontinuierliches
Mischaggregat
- 42
- Zulaufleitung
Verdicker
- 43
- Zulaufleitung
weitere Hilfsstoffe
- 44
- statischer
Mischer
- 45
- Zulaufleitung
Tenside
- 46a–c
- kontinuierliche
Messeinrichtung
- 47
- Steuereinrichtung
- 48a–b
- einstellbares
Ventil
- 5
- Filter
- 6
- Pulsationsdämpfer
- 7
- Zwischenbehälter
- 8
- Pumpe
- 9
- Curtain-Coater
- 91
- Auftragsvorrichtung
- 10
- gestrichenes
Papier
- 11
- laufende
Materialbahn