-
Gebiet der
Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft Kalandersysteme. Solche Anordnungen dieser Art
verwenden im allgemeinen den Einsatz von harten oder weichen Pressspalten,
um eine ausgezeichnete Glätte
ohne Glanzfleck bereitzustellen.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Das
US-Patent 3,982,056 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines
kalandrierten Papiers mit erhöhter
Glätte,
indem ein beschichtetes Papier kalandriert wird, wobei die genannte
Vorrichtung umfasst eine erste verformbare Kalanderrolle, eine erhitzte
Metallrolle, die benachbart zu der genannten ersten Kalanderrolle
dergestalt angeordnet ist, dass mit der ersten Kalanderrolle eine
erste Pressspalte gebildet wird und eine zweite verformbare Kalanderrolle
benachbart zu der erhitzten Rolle dergestalt angeordnet ist, das
mit der erhitzten Rolle eine zweite Pressspalte gebildet wird. Dieses
Dokument offenbart ferner ein Verfahren zur Herstellung eines kalandrierten
Papiers mit erhöhter
Glätte,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Beschichten einer Papierbahn,
Durchführen
der beschichteten Papierbahn durch eine erste Pressspalte, die zwischen einer
ersten verformbaren Kalanderrolle und einer erhitzten Metallrolle
gebildet wird und sodann Durchführen der
beschichteten Papierbahn durch eine zweite Pressspalte, die zwischen
einer zweiten verformbaren Kalanderrolle und der erhitzten Rolle
gebildet wird. Gemäß diesem
Dokument wird die erste Kalanderrolle als eine weiche Rolle und
die zweite Kalanderrolle als eine harte Rolle bezeichnet.
-
Das
US-Patent Nr. 3,124,480 offenbart eine Warmpress-Endbearbeitungsvorrichtung für Papierbahnmaterialien.
Unbeschichtetes oder zuvor beschichtetes Papier kann über eine
Vielzahl von Führungsrollen
zu einer Zuführungsrolle
befördert
werden und anschließend
mit einer Einrichtungsplatte oder Verstärkungsrolle, die für die Auftragung
der besonderen Beschichtung verwendet wird, in Kontakt gebracht
werden. Bei dieser Anordnung kann die Glanzvorrichtung die Form
einer Antriebsrolle aufweisen mit einer hochpolierten Endbearbeitungsoberfläche und
einem Paar mit harter Oberfläche
aber elastischen Verstärkungsrollen.
Die Verstärkungsrollen
können
in Kontakt zu der Papierbahn angetrieben werden und es können Endbearbeitungsrollen oder
Antriebsmittel bereitgestellt werden. Für die Verringerung des Betriebsdrucks,
der auf die jeweiligen Rollen ausgeübt wird, ist es wünschenswert,
dass die nachgebenden Rollen ausreichend hart sind, d. h. weniger als
30 P.&J. Der
transversale und gleichmäßig verteilte
Hochleistungseinheitsdruck an der Pressspalte beträgt von etwa
1724 kPa bis etwa 16547 kPa (von etwa 250 bis etwa 2400 Pfund pro
Zoll), was hauptsächlich
von der verwendeten besonderen Beschichtung und von der verwendeten
Papierbahn abhängt.
-
Das
US-Patent Nr. 2,395,992 bezieht sich auf ein verbessertes mineralienbeschichtetes
Papier und insbesondere auf ein hochwertiges Druckpapier mit einer
ausgeprägten
Helligkeit, hohem Glanz und einer guten Affinität zu Drucktinte. Die beschichtete
Papierbahn wird einer Superkalanderbehandlung zugeführt, wobei ein
Superkalander verwendet wird, der aus alternierenden Metallrollen
und nachgebenden Rollen besteht, wobei die nachgebenden Rollen eine
Härte aufweisen,
die zwischen der Härte
einer Metallrolle und der Härte
einer Baumwollrolle liegt, eine Härte, die äquivalent ist zu dem Ausschießen von
Papier mit einem Druck von etwa 350 kN/m (etwa 2000 Pfund pro Linearzoll)
an der oberen Pressspalte des Superkalanders.
-
Das
US-Patent Nr. 5,237,915 offenbart einen Kalanderstapel mit einer
Vielzahl von harten und weichen Kalanderrollen für die Verwendung zum Kalandrieren
von beschichteten oder unbeschichteten Papierbahnen, umfassend die
Verwendung einer Vielzahl an weichen Rollen, welche wenigstens verschiedene
Level an Härte
aufweisen und wobei die Rollen in einem Kalander derart angeordnet sind,
dass der Härtegrad
in Richtung des Transportwegs der beschichteten Papierbahn stufenweise
härter
wird.
-
Es
ist bei Kalandersystemen, insbesondere bei erhitzten weichen Rollkalandersystemen
bekannt, bei hohen Drucken eine weiche Rolle zu verwenden. Beispiele
von solchem Stand der Technik ist das US-Patent Nr. 4,624,744 ('744) von J. H. Vreeland
mit dem Titel „Method
of Finishing Paper Utilizing Substrata Thermal Molding". Während das '744-Patent ein Kalandrieren
erreicht, vermindert die Verwendung der hohen Pressspaltendrucke,
nämlich
Drucke oberhalb von 13,793 kPa (2000 psi) die Größe des Papiers. Dementsprechend wird
die Verwendung einer derartigen Kalandervorrichtung üblicherweise
eingesetzt, wenn feines Papier kalandriert wird. Dies hat zur Folge,
dass ein vorteilhafteres Kalandersystem verwendet werden würde, wenn
das Kalandrieren bei geringereren Pressspaltendrucken ausgeführt werden
würde,
um den Größenverlust
zu vermindern.
-
Aus
dem zuvor Beschriebenen ist es klar, dass im Stand der Technik Bedarf
an einem Kalandersystem besteht, welches in der Lage ist, genauso
gut wie die Kalandersysteme vom Stand der Technik zu kalandrieren, während eine
exzellente Glätte
ohne Glanzfleck (ein ungleichmäßiges Glanzmuster
oder ein ungleichmäßger Reflexionsgrad)
bereitgestellt wird, welches aber gleichzeitig in der Lage ist,
bei niedrigeren Pressspaltendrucken zu kalandrieren.
-
Ein
Ziel dieser Erfindung liegt darin, dieses Bedürfnis und andere Bedürfnisse
vom Stand der Technik in einer Weise zu erfüllen, die dem Fachmann mit
der nachfolgenden Offenbarung verständlicher wiedergegeben werden.
-
Kurzdarstellung
der Erfindung
-
Allgemein
gesprochen erfüllt
diese Erfindung diese Bedürfnisse
durch ein Verfahren zur Herstellung eines glänzenden fleckfrei kalandrierten
Papiers mit erhöhter
Glätte,
wobei das Verfahren umfasst die Schritte des Beschichtens einer Papierbahn
oder eines Bogens, des Kalandrierens des beschichteten Papiers,
indem das beschichtete Papier durch nur zwei Pressspalten geführt wird,
wobei das beschichtete Papier zunächst durch eine erste zwischen
einer ersten Kalanderrolle mit einer harten elastisch nachgebenden
Oberfläche
und einer erhitzten Metallrolle gebildeten Pressspalte geführt wird
und sodann durch eine zweite zwischen der erhitzten Metallrolle
und einer zweiten Kalanderrolle mit einer weichen elastisch nachgebenden
Oberfläche
gebildeten Pressspalte, wobei die erste Kalanderrolle einen Shore-D-Oberflächenhärtegrad
von größer als
80 und die zweite Kalanderrolle einen Shore-D-Oberflächengrad
von weniger als oder gleich 80 aufweist und das Verfahren bei Pressspaltendrucken
zwischen der ersten und zweiten Pressspalte von im wesentlichen
weniger als 13,793 kPa (2000 psi) durchgeführt wird.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst eine erste Kalanderrolle mit einer harten elastisch nachgebenden
Oberfläche,
einer erhitzten Metallrolle, die an die erste Kalanderrolle angrenzend
angeordnet ist, eine erste Pressspalte, die zwischen der ersten
Kalanderrolle und der erhitzten Metallrolle gebildet ist, eine zweite
Kalanderrolle, die an die erhitzte Metallrolle angrenzend angeordnet
ist, wobei die zweite Kalanderrolle eine weiche elastisch nachgebende
Oberfläche
aufweist, und eine zweite Pressspalte, die zwischen der zweiten
Kalanderrolle und der erhitzten Metallrolle gebildet ist, wobei
die Vorrichtung nur zwei Pressspalten umfasst, wobei das beschichtete
zu kalandrierende Papier zunächst
durch die erste Pressspalte geführt
wird und sodann durch die zweite Pressspalte und wobei die erste
Kalanderrolle einen Shore-D-Oberflächenhärtegrad von größer als
80 und die zweite Kalanderrolle einen Shore-D-Oberflächenhärtegrad
von weniger als oder gleich 80 aufweist. In bestimmten bevorzugten
Ausführungsformen
wird Calciumcarbonat (CaCO3) zu der auf dem
Papier befindlichen Beschichtung hinzugefügt. Die Beschichtung wird mit
einem Beschichtungsgewicht von etwa 3,63–10,89 kg/278,7 m2 (8–24 lbs/3000
ft2) aufgetragen. Die Beschichtung enthält wenigstens
40% Feststoffe und wenigstens 30% CaCO3.
-
In
einer anderen weiter bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die
Verwendung einer härter-weicher
Rollenkombination die Herstellung eines Papiers, welches im wesentlichen
glänzend
fleckfrei ist und eine beträchtlich
erhöhte
Glätte
aufweist.
-
Das
bevorzugte erfindungsgemäße Kalandersystem
bietet die folgenden Vorteile: gute Stabilität, gute Beständigkeit,
beträchtlich
verminderter Glanzfleck, beträchtlich
erhöhte
Glätte,
verminderte Betriebspressspaltendrucke, erhöhte Betriebskapazität, verminderte
Konvertierungsprobleme und ausgezeichnete Ökonomie. Tatsächlich werden
in vielen bevorzugten Ausführungsformen
diese Faktoren des verbesserten Glanzflecks, der verbesserten Glätte, der
verminderten Pressspaltendrucke, der erhöhten Kapazität und der
verminderten Konvertierungsprobleme zu einem Ausmaß optimiert,
welches beträchtlich
höher ist
als zuvor in bekannten Kalandersystemen vom Stand der Technik erreicht
worden ist.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
Das
zuvor Beschriebene und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden im Verlauf der Beschreibung ersichtlicher und werden am Besten
verstanden, indem die nachfolgende detaillierte Beschreibung zusammen
mit der beigefügten
Figur betrachtet werden, wobei die Figur eine schematische Veranschaulichung
eines erfindungsgemäßen Kalandersystems
ist, welches harte und weiche Rollen verwendet.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Wie
zuvor diskutiert, kalandriert das '744-Patent feines Papier in angemessener
Weise, allerdings bei höheren
Pressspaltendrucken. Diese Pressspaltendrucke sind typischerweise
höher als
13,793 kPa (2000 psi), wie sie mit der unten angegebenen Gleichung
(1), welche von H. L. Schmidt, Rubber Roll Hardness-Another Look,
Pulp and Paper, März
18, 1968, S.30–32
aufgestellt wurde, gemessen wurden. Die Gleichung (1) lautet:
M = Exponent, der von dem
Rollendurchmesser abhängig
ist
L = Leitungsbeladung (pli)
T = Dicke der Beschichtung
in cm (inch)
D
1 = Durchmesser der härteren Rolle
in cm (inch)
D
2 = Durchmesser der weicheren
Rolle in cm (inch)
E = Elastizitätsmodul
-
Allerdings
ist es in den heutigen modernen Papierverabeitungsmaschinen wünschenswert,
diese bei niedrigeren Pressspaltendrucken, d. h. beträchtlich
unter 13,793 kPa (2000 psi) zu betreiben. Diese geringeren Pressspaltendrucke
vermindern den Größenverlust
des kalandrierten Papiers und ermöglichen es, dass Papier mit
einer höheren
Stärke
oder Dicke erzeugt wird. In der vorliegenden Erfindung wurden die
Pressspaltendrucke unter Verwendung von Gleichung (1) von 6,210–9,600 kPa
(900 bis 1400 psi) gemessen.
-
Zusammen
mit dem verminderten Größenverlust
gibt es zahlreiche andere wünschenswerte
Eigenschaften, die das Papier nach dem Kalandrieren annimmt, die
für einen
Papierhersteller wünschenswert
sind. Aus vergangenen Studien wurde bestimmt, dass ein „Parker
Print-Surf-Wert" (eine
Messung der Oberflächenrauhigkeit)
von 1,0 oder weniger und ein Glanz (oder Reflexionsgrad) von größer oder
gleich 60, bezogen auf einen 75° Hunter-Glanz
derzeit akzeptable Parameter sind, um zu bestimmen, ob ein Papier
kalandriert wurde oder nicht, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
-
Unter
Bezugnahme zunächst
auf die Figur ist eine bevorzugte Ausführungsform für die Verwendung der
erfindungsgemäßen Konzepte
abgebildet. Insbesondere ist, wie es in der Figur gezeigt ist, das
Kalandersystem 2 abgebildet. Das System 2 umfasst
zum Teil eine härtere
Rolle oder Verstärkungsrolle 4 mit
einer harten elastisch nachgebenden Oberfläche, welche herkömmlich behandelt
wurde, eine polierte Metallrolle 6, eine weichere Rolle
oder Verstärkungsrolle 8 mit
einer weichen elastisch nachgebenden Oberfläche, herkömmliches Papier 10,
Beschichtung 12 und Pressspalten 14 und 16.
-
Die
härtere
Rolle 4 ist vorzugsweise irgendeine Rolle, die aus natürlichen
oder synthetischen Materialien mit einer Oberflächenhärte von größer als 80 Shore-D, gemessen mit herkömmlichen
Techniken, gebildet ist. Die weichere Rolle 8 ist vorzugsweise
irgendeine geeignete Rolle, die aus natürlichen oder synthetischen Materialien
mit einer Oberflächenhärte von
weniger als oder gleich 80 Shore-D gebildet ist.
-
Das
Papiersubstrat 10 der vorliegenden Erfindung wird mit der
Beschichtung 12 auf wenigstens einer Seitenoberfläche und
häufig
auf beiden Seiten beschichtet. Der Papierhandel kennzeichnet eine
Papierbahn oder einen Bogen, welche auf einer Seite beschichtet
wurde, als C1S und als C2S, wenn der Bogen auf beiden Seiten beschichtet
wurde.
-
Die
Beschichtung 12 ist zusammengesetzt aus einer flüssigen Mischung
aus Beschichtungston, Calciumcarbonat (CaCO3)
und/oder Titandioxid mit Bindemitteln und Zusatzstoffen, die glatt
auf die fortlaufende Bahnoberfläche
aufgetragen wird. Insbesondere wird CaCO3 zu
der flüssigen
Mischung aus Mineralien derart zugegeben, dass CaCO3 mehr
als 30 Gew.-% der Mineralien umfasst. Auch umfasst die Mischung
wenigstens 40 Gew.-% Feststoffe, um den Glanzfleck zu vermindern
und um die Glätte
zu erhöhen.
-
Die
Beschichtung 12 wird auf das Papier 10 mit einer
Geschwindigkeit von 3,63–10,89
kg/278,7 m2 (8–24 lbs/3000 ft2)
mit konventionellen Techniken aufgetragen. Vorzugsweise wird die
Beschichtung 12 mittels Stangenbeschichtung, Luftrakel
oder Blatt mit konventionellen Techniken aufgetragen.
-
Die
nachfolgenden Testergebnisse zeigen die Neuheit der vorliegenden
Erfindung und deren Anwendung als ein erwünschtes Kalandersystem.
-
Unter
Verwendung einer beschichteten Grundmischung mit einem anfänglichen „Parker Print-Surf-Wert" von 1,9 und einem
Stärkewert
von 0,03 cm (.012'') werden die folgenden
Ergebnisse erzielt, wie es unten in Tabelle 1 angegeben ist:
-
-
Die
oben angegebenen Daten zeigen einen nachhaltigeren Einfluss der
härteren
Polymerrolle (88 Shore D) auf der größeren Rauhigkeitsskala (Sheffield)
als auf der feinen Rauhigkeitsskala (gemessen über PPS). Es gab eine offensichtliche
visuelle Verbesserung bei der Oberflächeneinheitlichkeit unter Bedingungen mit
der härteren/weicheren
Rollenkombination im Vergleich zu Bedingungen nur mit der harten
Rolle.
-
Unter
Verwendung einer beschichteten Grundmischung mit einem anfänglichen
PPS-Wert von 2,4 und einem Stärkewert
von 0,28 cm (0,11'') wurden die folgenden
Ergebnisse erhalten, wie es unten in Tabelle 2 angegeben ist:
-
-
Wiederum
ergibt die härter/weicher-Rollenkombination
verminderte PPS-Werte und höhere
Glanzwerte als eine einzelne harte Rolle. Auch ergibt die härter/weicher-Rollenkombination
eine bessere Glanzeinheitlichkeit als die härter/härter-Rollenkombination.
-
Unter
Bezugnahme auf die positiven Ergebnisse aus Tabelle 1 und Tabelle
2 wurde das Kalandersystem 2 in eine herkömmliche
Papiermaschine eingeführt.
Das Papier wurde unter Verwendung einer härteren Rolle (Shore-D-Härte von
größer als
80), zwei weicheren Rollen (Shore-D-Härte von weniger als oder gleich 80)
und der härter/weicher-Rollenkombination
der vorliegenden Erfindung kalandriert. Die Ergebnisse der drei Läufe sind
unten in Tabelle 3 angegeben:
-
-
Es
ist klar, dass die Verwendung der härter/weicher-Kalanderrollenkombination
ein Papier erzeugt mit einem „Parker
Print-Surf-Wert" von
1,0 oder weniger, einem Glanz größer als
oder gleich 60 und mit vermindertem Glanzfleck.
-
Bei
der Darstellung der oben angegebenen Offenbarung werden dem Fachmann
viele andere Merkmale, Modifikationen oder Verbesserungen ersichtlich.
Solche Merkmale, Modifikationen oder Verbesserungen werden somit
als ein Teil dieser Erfindung betrachtet, deren Umfang durch die
nachfolgenden Ansprüche bestimmt
wird.
