EP0735188A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer eine CF-Schicht aufweisende Papierbahn - Google Patents

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EP0735188A1
EP0735188A1 EP96102320A EP96102320A EP0735188A1 EP 0735188 A1 EP0735188 A1 EP 0735188A1 EP 96102320 A EP96102320 A EP 96102320A EP 96102320 A EP96102320 A EP 96102320A EP 0735188 A1 EP0735188 A1 EP 0735188A1
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EP
European Patent Office
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coating
roller
roll
web
paper
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Withdrawn
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EP96102320A
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English (en)
French (fr)
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Rüdiger Dr. Kurtz
Martin Kustermann
Michael Trefz
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
    • D21H23/52—Addition to the formed paper by contacting paper with a device carrying the material
    • D21H23/56—Rolls
    • D21H23/58—Details thereof, e.g. surface characteristics, peripheral speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C1/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating
    • B05C1/04—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length
    • B05C1/08—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length using a roller or other rotating member which contacts the work along a generating line
    • B05C1/0826—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length using a roller or other rotating member which contacts the work along a generating line the work being a web or sheets
    • B05C1/083—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length using a roller or other rotating member which contacts the work along a generating line the work being a web or sheets being passed between the coating roller and one or more backing rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/04—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to opposite sides of the work

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a paper web which has a so-called CF layer, in particular with the features specified in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an apparatus for performing this method.
  • a CF layer (applied to paper) contains a color-reactive pigment that interacts with a so-called CB layer of another paper (e.g. in a set of forms) in such a way that visible signs are created when pressure is applied (e.g. when copying).
  • the nip is set to a distance "not less than the thickness of the uncoated paper".
  • a line force of 10-40 kN / m is set between the two rollers.
  • the CF layer to be applied is pressed too hard into the paper (into the cavities between the paper fibers).
  • the penetration of the coating slip into the paper is too high. Consequently, a higher and thus relatively expensive ink application is required in order to ensure the desired "copy intensity" later when using the coated paper.
  • the uniformity of the CF layer also leaves something to be desired; sometimes an orange peel-like surface is created, which impairs the utility. For example, the printability of the paper side having the CF layer is reduced.
  • the invention is therefore based on the object of further developing the method specified in the preamble of claim 1 in such a way that the finished paper web having a CF layer meets higher quality requirements than hitherto.
  • the device specified in the preamble of claim 3 is to be further developed.
  • the object is achieved by the characterizing method feature of claim 1 or by the characterizing device feature of claim 3.
  • Particularly advantageous embodiments of the invention can consist in that a certain length of the nip is ensured according to the subclaims; i.e. the paper web comes into contact with both roller shells simultaneously in the nip over a certain running distance.
  • the specific surface pressure can be kept at particularly low values. This is especially true when one of the two rollers is designed as a shoe press roller; because in this case, the contact pressure is known to be distributed over a particularly large area. Similar to known shoe press rolls (from paper making machines), a particularly sensitive and gradual increase in the contact pressure can be ensured when the paper web and the CF layer to be applied enter the roll nip. At the same time, it is possible to ensure a relatively rapid, steep drop in pressure when leaving the nip. This further increases the uniformity (in other words: the smoothness) of the surface of the CF layer. The previously feared orange peel effect is almost completely avoided.
  • FIGS. 1 to 4 shows a device according to the invention for producing a CF layer, in each case in a schematic side view.
  • a coating roller 2 and a counter roller 1 together form a nip through which a paper web 3 to be coated runs.
  • a feed and metering device for CF coating ink is arranged in the free area of the outer surface of the coating roller 2.
  • This device comprises in a known manner a nozzle-like feed channel 9 and as a metering element a doctor blade 11, which is preferably provided with circumferential grooves. This device creates a thin coating film on the roll shell of the coating roll from the supplied CF coating ink, which film is then transferred to the paper web in the nip.
  • one of the two rollers preferably the counter roller 1 rests in immovable bearings.
  • the bearings of the other roller that is preferably the coating roller 2 are movable; i.e. they rest, for example, in swivel levers 4, which can be actuated by means of a loading device (e.g. hydraulic cylinder 13).
  • the hydraulic cylinder presses the two rollers 1 and 2 against each other. It is counteracted by an energy accumulator, e.g. a compression spring 14.
  • an energy accumulator e.g. a compression spring 14.
  • the other side of the paper web 3 (the bottom side according to FIG. 1) can remain unchanged when the CF layer is applied to the top side.
  • any medium for example water or starch or any coating color (for example a CB coating color) can be used by means of an additional application roller 15 which works together with an additional feed and metering device 16. are applied to the counter roller 1, which then transfers this medium to the underside of the paper web 3.
  • the peripheral speed v 1 of the additional coating roller is lower than the working speed v of the entire device. In this way, a particularly fine metering of the medium to be applied is achieved.
  • FIG. 2 differs from FIG. 1 essentially only in that a shoe press roll 1 'is provided instead of a normal counter roll.
  • This has a circumferential flexible press jacket 1a 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 1a. It is guided in the support body 7 and can press the press cover 1a sensitively onto the coating roller 2.
  • a stationary slide shoe 8 with a convex slide surface is provided on the support body 7.
  • an additional feed and metering device 16 can be provided on the outside of the press casing 1a in order to apply any medium to the other paper side via the press casing 1a.
  • FIGS. 1 and 2 the paper web essentially runs through the nip from top to bottom.
  • FIGS. 3 and 4 show.
  • Feed and metering devices CF or 16 or 16 ' are used here. These are designed so constructively that they can be arranged on the downward-facing side of the roll shell in question.
  • the feed and metering device 16 'provided on the counter roll 1 in FIG. 3 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.
  • the CF coating color (and / or possibly the medium to be applied to the opposite side) can be supplied to the relevant roller 2 or 1 by means of a free jet nozzle known per se. If necessary, excess CF coating color (or excess medium) can then be scraped off the roller.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Color Printing (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Papierbahn, die eine CF-Schicht aufweist. Dabei führt man die Bahn durch einen von einer Beschichtungswalze (2) und einer Gegenwalze (1) gebildeten Walzenspalt (a). CF-Streichfarbe wird auf die Beschichtungswalze (2) aufgetragen, dort mittels einer Dosiereinrichtung (11) dosiert und in dem Walzenspalt auf die Papierbahn (3) übertragen, wobei die zwei Walzen (1, 2) mit einer Linienkraft von höchstens 10 kN/m gegeneinander gedrückt werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Papierbahn, die eine sogenannte CF-Schicht aufweist, im einzelnen mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bekanntlich enthält eine (auf Papier aufgetragene) CF-Schicht ein farbreaktives Pigment, das mit einer sogenannten CB-Schicht eines anderen Papiers (z.B. in einem Formularsatz) derart zusammenwirkt, daß unter Druckeinwirkung (z.B. beim Durchschreiben) sichtbare Zeichen entstehen.
  • Zum Stand der Technik wird hingewiesen auf die DE 4224716 C2 und die DE 4224719 C2 sowie auf die dort angegebene Literatur. Bei jedem der bekannten Verfahren werden unterschiedliche Methoden angewandt zur Einstellung von zwei Walzen, die einen Walzenspalt bilden, durch den eine zu beschichtende Papierbahn hindurchläuft.
  • Bei der einen Methode wird der Walzenspalt 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 beispielsweise durch unterschiedliche Temperaturen und hierdurch verursachte örtliche Durchmesser-Veränderungen der Abstand zwischen den zwei Walzenmänteln unterschiedlich sein.
  • Bei einer anderen Methode wird zwischen den zwei Walzen eine Linienkraft von 10-40 kN/m eingestellt. Hierbei besteht die Gefahr, daß die aufzutragende CF-Schicht zu stark in das Papier (in die Hohlräume zwischen den Papierfasern) hineingedrückt wird. Mit anderen Worten: die Penetration der Streichmasse in das Papier ist zu hoch. Folglich ist ein höherer und somit relativ teurer Farbauftrag erforderlich, um später beim Gebrauch des beschichteten Papiers die gewünschte "Durchschrift-Intensität" sicherzustellen. Auch die Gleichmässigkeit der CF-Schicht läßt zu wünschen übrig; es entsteht mitunter eine orangenschalen-artige Oberfläche, die den Gebrauchsnutzen beeinträchtigt. Beispielsweise wird die Bedruckbarkeit der die CF-Schicht aufweisenden Papierseite vermindert.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß die fertige, eine CF-Schicht aufweisende Papierbahn höheren Qualitätsansprüchen genügt als bisher. In gleicher Weise soll die im Oberbegriff des Anspruches 3 angegebene Vorrichtung weiterentwickelt werden.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch das kennzeichnende Verfahrensmerkmal des Anspruches 1 bzw. durch das kennzeichnende Vorrichtungsmerkmal des Anspruches 3 gelöst.
  • Vorteile der Erfindung: Es wurde erkannt, daß optimale Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der CF-Schicht gerade im Linienkraft-Bereich zwischen Null und 10 kN/m erzielt werden können. Insbesondere wird durch die Anwendung der relativ geringen Linienkraft dafür gesorgt, daß der Pigment-Anteil der CF-Streichmasse eine sehr gleichmäßige und geschlossene Schicht bildet, ohne daß eine übermäßig hohe Menge an CF-Streichfarbe zugeführt werden muß. Dies trägt wesentlich zur Verringerung der Herstellungskosten bei. Des weiteren wurde erkannt, daß dank der relativ geringen Linienkraft auch der flüssige Bindemittelanteil der CF-Streichfarbe weniger in das Papier penetriert. Dadurch verbleibt ein größerer Anteil des Bindemittels in der CF-Schicht. Daraus resultiert beim Bedrukken der CF-Schicht des fertigen Papiers der unerwartete Vorteil, daß bisherige unerwünschte Begleiterscheinigungen wie Staubbildung oder Verkleben des Druckmittels weitgehend vermieden werden.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können darin bestehen, daß gemäß den Unteransprüchen für eine bestimmte Länge des Walzenspaltes gesorgt wird; d.h. die Papierbahn kommt im Walzenspalt über eine gewisse Laufstrecke gleichzeitig mit beiden Walzenmänteln in Kontakt. Dabei kann die spezifische Flächenpressung auf besonders niedrigen Werten gehalten werden. Dies gilt besonders auch dann, wenn eine der beiden Walzen als Schuhpreßwalze ausgebildet ist; denn in diesem Fall wird bekanntlich die Anpreßkraft auf eine besonders große Fläche aufgeteilt. Ähnlich wie bei (von Papierherstellungsmaschinen) bekannten Schuhpreßwalzen, kann beim Einlauf der Papierbahn und der aufzutragenden CF-Schicht in den Walzenspalt für ein besonders feinfühliges und allmähliches Ansteigen des Anpreßdruckes gesorgt werden. Zugleich ist es möglich, beim Auslauf aus dem Walzenspalt für einen relativ raschen, steilen Druckabfall zu sorgen. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit (mit anderen Worten: die Glätte) der Oberfläche der CF-Schicht noch weiter erhöht. Der bisher gefürchtete Orangenschalen-Effekt wird hierdurch so gut wie vollkommen vermieden.
  • Das Einstellen der sehr kleinen Linienkraft zwischen Null und 10 kN/m ist mit den herkömmlichen Anpreßeinrichtungen nur schwer oder gar nicht erreichbar. Möglich ist dies jedoch mit einer speziellen Weiterbildung gemäß Anspruch 4.
  • Jede der Figuren 1 bis 4 zeigt eine erfindungsgemäße, zum Herstellen einer CF-Schicht dienende Vorrichtung, jeweils in einer schematischen Seitenansicht.
  • In Fig. 1 ist folgendes vorgesehen: Eine Beschichtungswalze 2 und eine Gegenwalze 1 bilden miteinander einen Walzenspalt, durch den eine zu beschichtende Papierbahn 3 hindurchläuft. Im freiem Bereich der Mantelfläche der Beschichtungswalze 2 ist eine insgesamt mit CF bezeichnete Zuführ- und Dosiereinrichtung für CF-Streichfarbe angeordnet. Diese Einrichtung umfaßt in bekannter Weise einen düsenartigen Zuführkanal 9 und als Dosierelement eine Rollrakel 11, die vorzugsweise mit Umfangsrillen versehen ist. Diese Einrichtung erzeug auf dem Walzenmantel der Beschichtungswalze aus der zugeführten CF-Streichfarbe einen dünnen Streichfarbe-Film, der sodann im Walzenspalt auf die Papierbahn übertragen wird.
  • Schematisch ist angedeutet, daß die eine der beiden Walzen, vorzugsweise die Gegenwalze 1, in unbeweglichen Lagern ruht. Dagegen sind die Lager der anderen Walze, also vorzugsweise der Beschichtungswalze 2, beweglich; d.h. sie ruhen beispielsweise in Schwenkhebeln 4, die mittels je einer Belastungseinrichtung (z.B. Hydraulikzylinder 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 sehr feinfühlig auf extrem niedrige Werte eingestellt werden.
  • Man wählt die Durchmesser der beiden Walzen 1 und 2 und die Werkstoffe, E-Modul und Härte der Walzenmäntel bzw. der Walzenbezüge sowie die Höhe der im Walzenspalt wirkenden Linienkraft derart, daß - in Laufrichtung gemessen - die Länge a des Walzenspaltes mindestens 5 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 10 und 20 mm.
  • Die andere Seite der Papierbahn 3 (gemäß Fig. 1 die Unterseite) kann beim Auftragen der CF-Schicht auf die Oberseite unverändert bleiben. Alternativ hierzu kann - wie in Fig. 1 schematisch angedeutet - mittels einer zusätzlichen Auftragswalze 15, die mit einer zusätzlichen Zuführ- und Dosiereinrichtung 16 zusammenarbeitet, irgend ein Medium, z.B. Wasser, oder Stärke oder eine beliebige Streichfarbe, (beispielsweise eine CB-Streichfarbe) auf die Gegenwalze 1 aufgetragen werden, welche dieses Medium sodann auf die Unterseite der Papierbahn 3 überträgt. In der Figur 1 ist angedeutet, daß die Umfangsgeschwindigkeit v1 der zusätzlichen Beschichtungswalze kleiner ist als die Arbeitsgeschwindigkeit v der gesamten Vorrichtung. Hierdurch wird eine besonders feine Dosierung des aufzutragenden Mediums erreicht.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle einer normalen 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 Dosiereinrichtung 16 vorgesehen werden, um irgendein Medium über den Preßmantel 1a auf die andere Papierseite aufzutragen.
  • Gemäß den Figuren 1 und 2 läuft die Papierbahn im wesentlichen von oben nach unten durch den Walzenspalt hindurch. Das umgekehrte ist jedoch ebenfalls möglich, wie die Figuren 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 Figur 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 Arbeitsgeschwindigkeiten geeignet sind.
  • Abweichend von den Figuren 1-4 könnte folgendes vorgesehen werden: Die CF-Streichfarbe (und/oder ggf. das auf die Gegenseite aufzutragende Medium) kann mittels einer an sich bekannten Freistrahldüse der betreffenden Walze 2 bzw. 1 zugeführt werden. Danach kann, falls erforderlich, überschüssige CF-Streichfarbe (bzw. überschüssiges Medium) von der Walze abgerakelt werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Papierbahn, die auf einer Bahnseite eine sogenannte CF-Schicht aufweist, mit den folgenden Verfahrensschritten:
    a) Die auf einer Papiermaschine hergestellte rohe Papierbahn führt man durch einen von einer Beschichtungswalze (2) und einer Gegenwalze (1) gebildeten Walzenspalt (a);
    b) CF-Streichfarbe, die ein mineralisches oder organisches farbreaktives Pigment enthält, wird kontinuierlich auf den umlaufenden Walzenmantel der Beschichtungswalze (2) aufgetragen und dort mittels einer Dosiereinrichtung (z.B. Rollrakel 11) dosiert;
    c) die derart dosierte CF-Streichfarbe wird mittels der rotierenden Beschichtungswalze (2) in dem genannten Walzenspalt auf die Papierbahn (3) übertragen;
    d) dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Walzen (1, 2) mit einer Linienkraft von höchstens 10 kN/m gegeneinander gedrückt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Linienkraft - unter Berücksichtigung des Werkstoffes, der Härte und des Elastizitäts-Moduls der Walzenbezüge sowie der Walzen-Durchmesser - derart wählt, daß, in Bahnlaufrichtung gemessen, eine Spaltlänge von mindestens 5 mm vorhanden ist.
  3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Beschichtungswalze (2), die mit einer Gegenwalze (1) einen Walzenspalt (a) bildet, mit einer der freien Mantelfläche der Beschichtungswalze zugeordneten Zuführ- und Dosiereinrichtung (10) für CF-Streichfarbe sowie mit einer Einrichtung (13) zum gegenseitigen Anpressen der genannten Walzen,
    gekennzeichnet durch Maßnahmen, durch welche die Anpreßeinrichtung (13) zum feinfühligen Einstellen beliebiger Linienkräfte im Bereich bis 10 kN/m geeignet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßeinrichtung einen variablen Krafterzeuger umfaßt, dem ein Kraftspeicher (z.B. Feder, Gegendruck-Zylinder oder dgl.) entgegenwirkt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff, die Härte und der E-Modul der Walzenbezüge sowie die Walzen-Durchmesser derart gewählt sind, daß unter Anwendung der genannten Linienkraft eine Walzenspalt-Länge (a) von mindestens 5 mm vorhanden ist, gemessen in Bahnlaufrichtung.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Walzen einen elastisch verformbaren Preßmantel (1a) aufweist, der über einen Preßschuh (5) gleitet, so daß ein in Bahnlaufrichtung verlängerter Walzenspalt vorhanden ist.
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