EP0910699A1 - Verfahren zur verbesserung von druckpapieren - Google Patents

Verfahren zur verbesserung von druckpapieren

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EP0910699A1
EP0910699A1 EP97932781A EP97932781A EP0910699A1 EP 0910699 A1 EP0910699 A1 EP 0910699A1 EP 97932781 A EP97932781 A EP 97932781A EP 97932781 A EP97932781 A EP 97932781A EP 0910699 A1 EP0910699 A1 EP 0910699A1
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additional retention
headbox
additional
paper
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Dieter Horand
Wolfram Friesen
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Definitions

  • the invention relates to a method for improving the gravure and offset printability of coated and uncoated printing papers by increasing the proportion of filler in these papers on the top and bottom or in the outer layers of the paper web by using retention aids.
  • SC and LWC roll printing papers are used in the prior art, which have to meet the increased demands with regard to print loss.
  • SC papers are understood to mean web printing papers which contain up to 35% mineral filler and which have a high gloss and smoothness after treatment in a super calender.
  • the abbreviation SC stands for "supercalendered”.
  • SC and LWC printing papers were initially produced on so-called Fourdrinier paper machines. These papers had the disadvantage of so-called two-sidedness, i.e. H. due to the one-sided drainage on the screen, filler and fine material was washed out on the underside, so that the screen side of the paper was always rougher than the top and the paper web, viewed in the Z direction, had an uneven or crooked ash cross profile. Different filler or ash content inevitably causes uneven pressure loss on the top and screen sides, so that such papers no longer meet today's requirements.
  • Multilayer printing papers formed by means of a multilayer headbox and twin-wire former, are described in the German reference “Wochenblatt für Textilfabrikation", 1987, pages 662 to 667. There it is also disclosed that the filler distribution in the paper web in the outer layers can be specifically influenced by means of filler additions in the outer channels of a multi-layer headbox.
  • DE-42 37 309 finally teaches a method for producing a fibrous web, a fibrous suspension being distributed evenly onto a sieve or between two sieves with the aid of a headbox.
  • the basis weight cross-section influences the retention of the fiber suspension on the sieve sectionally by metering the retention agent in the headbox sectionally.
  • the multi-layer headbox fed material suspension is first divided into a long fiber and short fiber fraction, which also contains all fillers, by fractionation.
  • the long fiber portion is subjected to additional fibrillation by grinding and after dilution and simultaneous addition of Retention agent in front of the stock pump by means of this fed to the outer channels of a multi-layer headbox.
  • the portion containing short fiber and filler is fed to the middle or inner channels of the multi-layer headbox.
  • the long, fibrillated fibers form a fine network, which additionally retains the fillers and fine materials of the middle layer as a filter layer and increases the fillers.
  • a disadvantage of this process is that the anchoring of the outer layer containing long fibers deteriorates due to the increased fine and filler content of the middle layer and the Z strength decreases.
  • the paper tends to split when it, such as. B. in offset printing, is loaded in the Z direction.
  • the method for improving the gravure and offset printability of coated and uncoated printing papers by increasing the proportion of filler in these papers on the top and bottom or in the outer layers of the paper web by using retention aids is characterized in that before or during the sheet formation on the or between the seven In a paper machine, the outer layers of the stock suspension forming the paper web are additionally provided with retention agents.
  • retention agents known per se in papermaking has been known for a long time and enables good filling and fiber retention on the forming wire.
  • Such retention aids are generally in front of a mixing element, such as. B. the headbox pump of the fibrous suspension, added so that it is evenly mixed with the retention agent before it emerges from the lip or nozzle of the headbox.
  • a mixing element such as. B. the headbox pump of the fibrous suspension
  • retention agents with differently strong cationic or anionic charges can be used. Strongly charged retention agents improve the retention of fillers and fines, but depending on the reaction time, they can form large fiber flakes with the fiber suspension, which have a negative effect on the fiber formation in the paper sheet formed.
  • Strongly charged retention agents improve the retention of fillers and fines, but depending on the reaction time, they can form large fiber flakes with the fiber suspension, which have a negative effect on the fiber formation in the paper sheet formed.
  • the fibrous suspension Before the headbox, the fibrous suspension is provided with a first, for example cationic, retention agent and mixed well. A second, now anionic retention agent, is then added and mixed before the headbox of the fiber suspension.
  • the oppositely charged retention agents react with each other themselves and with the fiber, filler and fines of the stock suspension and contribute to a much better overall retention.
  • the additional retention agent has an opposite charge than the retention agent already present in the fiber stock suspension fed to the headbox.
  • the known polyethyleneimines, polyacrylamides, epichlorohydrin resins and / or polyvinylamines can be added individually or as a mixture as additional retention agents.
  • Cationic hydrocolloids are also used expediently. These can consist of known cationic starch or cationized guar. When using cationic starch or guar, there is the additional possibility of influencing the charge and network formation via the degree of cationation and the chain length of the starch or guar.
  • An expedient method for providing the outer layers of the stock suspension forming the paper web with additional retention agent is that the retention agent is injected into a headbox downstream of the turbulence generator over the width of the pulp suspension stream in its top and bottom boundary layer.
  • step diffuser Single-layer headbox has become known under the technical term step diffuser.
  • the additional retention agent is injected into a headbox with a multi-layer device in the chamber for the upper and lower layers.
  • a headbox for carrying out the method according to the invention has devices for uniform metering of the additional retention agent transversely to the direction of flow of the stock suspension.
  • this device consists of bores arranged in the outlet nozzle in a line which extends transversely to the direction of flow and which have inflow devices for the retention agent.
  • Another device in particular for a multi-layer headbox with three layers and with step diffusers, is that upstream of the respective step diffusers of the upper and lower layers there are bores for injecting retention agents.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Unwinding Webs (AREA)

Description

Verfahren zur Verbesserung von Druckpapieren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Tief- und Offsetbedruckbarkeit von gestrichenen und ungestrichenen Druckpapieren durch Erhöhung des Füllstoffanteils in diesen Papieren an der Ober- und Unterseite bzw. in den Außenlagen der Papierbahn durch Einsatz von Retentionsmittel .
Für den Einsatz bei großen Druckauflagen werden im Stand der Technik sogenannte SC- und LWC- Rollendruckpapiere verwendet, die die gesteigerten Ansprüche bezüglich Druckausfall erfüllen müssen. Unter SC-Papieren werden dabei Rollendruckpapiere verstanden, die bis zu 35 % mineralischen Füllstoff enthalten und durch Nachbehandlung in einem Superkalander hohen Glanz und Glätte aufweisen. Die Abkürzung SC steht dabei für "supercalendered" .
Unter L C-Papieren versteht man
Rollendruckpapiere, die in der Masse bis zu 15 % mineralischen Füllstoff enthalten und innerhalb oder außerhalb der Papiermaschine beidseitig mit einer pigmenthaltigen Oberflächenbeschichtung, dem Strich, versehen sind. Diese Druckpapiere werden nach dem Streichen ebenfalls mit einem Superkalander zwecks Erzielung von hohem Glanz und Glätte behandelt. Die Abkürzung LWC steht dabei für "light weight coated" .
SC- und LWC-Druckpapiere wurden zunächst auf sogenannten Langsiebpapiermaschinen hergestellt. Diese Papiere wiesen den Nachteil der sogenannten Zweiseitigkeit auf, d. h. durch die einseitige Entwässerung auf dem Sieb wurde an der Unterseite Füll- und Feinstoff ausgewaschen, so daß die Siebseite des Papiers stets rauher als die Oberseite war und die Papierbahn, in Z-Richtung gesehen, ein ungleichmäßiges bzw. schiefes Aschequerprofil aufwies. Unterschiedlicher Füllstoff- oder Aschegehalt bedingt aber zwangsläufig ungleichmäßigen Druckausfall auf Ober- und Siebseite, so daß derartige Papiere den heutigen Anforderungen nicht mehr genügen.
Zur Vermeidung derartiger Nachteile wurden daher Siebvorrichtungen mit beidseitiger Entwässerung, die sogenannten Hybridformer, entwickelt.
Die deutsche Literaturstelle "Wochenblatt für Papierfabrikation", 1987, Seite 461 bis 478, gibt einen Überblick über moderne Blattbildungssysteme, bestehend aus Stoffauflauf und Blattbildung. Unter Kapitel 3 werden insbesondere die Hybrid- und Doppelsiebformer und deren Vorteile gegenüber dem klassischen Langsieb beschrieben.
Mehrschichtige Druckpapiere, gebildet mittels Mehrschichtstoffauflauf und Doppelsiebformer werden in der deutschen Literaturstelle "Wochenblatt für Papierfabrikation", 1987, Seite 662 bis 667 beschrieben. Dort wird auch offenbart, daß die Füllstoffverteilung in der Papierbahn in den Außenschichten mittels Füllstoffzugäbe in den Außenkanälen eines Mehrschichtstoffauflaufes gezielt beeinflußbar ist.
Die DE-42 37 309 lehrt schließlich ein Verfahren zur Herstellung einer Faserbahn, wobei eine FaserstoffSuspension mit Hilfe eines Stoffauflaufes gleichmäßig auf ein Sieb bzw. zwischen zwei Siebe verteilt wird. Zwecks Vermeidung von Schwankungen im
Flächengewichtsquerprofil wird die Retention der FaserstoffSuspension auf dem Sieb sektional beeinflußt, indem Retentionsmittel im Stoffauflauf sektional dosiert wird.
Moderne Doppelsiebformer zur Herstellung von SC- und LWC-Papieren werden heute mit Arbeitsgeschwindigkeiten bis zu 1.500 m/min. betrieben. Es sind auch damit hergestellte SC- Papiere bekannt geworden, die einen Füllstoffanteil von bis zu 34 % mit einer sehr gleichmäßigen Verteilung in Z-Richtung aufweisen. Diese SC-Druckpapiere stellen derzeit die Spitzenklasse in der Bedruckbarkeit dar.
Die weitere Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit auch bei Doppelsiebformern zwecks Erhöhung der Wirtschaftlichkeit ist dringend erforderlich. Damit geht jedoch das Problem einher, die Entwässerung der StoffSuspension zwischen den beiden Sieben auf einer gegebenen Wegstrecke zu intensivieren. Dies geschieht dadurch, daß die einzelnen Entwässerungselemente, die mit dem Ober- und Untersieb im Eingriff stehen, mit höherem Vakuum beaufschlagt werden. Damit ist jedoch zwangsläufig der Nachteil verbunden, daß durch die höhere Wasserabfuhr und der damit verbundenen höheren Strömungsgeschwindigkeit in Z-Richtung der gebildeten nassen Papierbahn vermehrt Füllstoff ausgetragen wird. Die Folge ist ein Verarmen der Außenseiten an Füllstoff, d. h. eine wesentliche Verschlechterung der Bedruckbarkeit .
Die DE-37 20 618 AI will hier eine Verbesserung schaffen, indem sie ein Verfahren zur Verfügung stellt, das die Füllstoffretention verbessern soll. Dabei wird die einem ggf.
Mehrlagenstoffauflauf zugeführte StoffSuspension mittels Fraktionierung zunächst in einen Langfaser- und Kurzfaseranteil, der auch alle Füllstoffe enthält, aufgeteilt. Der Langfaseranteil wird einer zusätzlichen Fibrillierung durch Mahlung unterzogen und nach Verdünnen und gleichzeitiger Zugabe von Retentionsmittel vor der Stoffpumpe mittels dieser den äußeren Kanälen eines Mehrlagenstoffauflaufes zugeführt. Der Kurzfaser und Füllstoff enthaltende Anteil wird den mittleren oder inneren Kanälen des Mehrlagenstoffauflaufes zugeführt . Bei der anschließenden Entwässerung zwischen den zwei Sieben eines Doppelsiebformers bilden dann die langen, fibrillierten Fasern ein feines Netzwerk, das als Filterschicht die Füll- und Feinstoffe der mittleren Schicht zusätzlich zurückhält und eine Erhöhung der Füllstoffe bewirkt .
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß durch den erhöhten Fein- und Füllstoffgehalt der mittleren Schicht die Verankerung der lange Fasern enthaltenden Außenschicht verschlechtert wird und eine Erniedrigung der Z-Festigkeit eintritt. Das Papier neigt zum Spalten, wenn es, wie z. B. beim Offsetdruck, in Z-Richtung belastet wird.
Die Lösung des Problems erfolgt durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 und die darauf zurückbezogenen Unteransprüche.
Das Verfahren zur Verbesserung der Tief- und Offsetbedruckbarkeit von gestrichenen und ungestrichenen Druckpapieren durch Erhöhung des Füllstoffanteils in diesen Papieren an der Ober- und Unterseite bzw. in den Außenlagen der Papierbahn durch Einsatz von Retentionsmitteln ist dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während der Blattbildung auf dem oder zwischen den Sieben einer Papiermaschine die äußeren Schichten der die Papierbahn bildenden StoffSuspension zusätzlich mit Retentionsmittel versehen werden.
Der Einsatz von an sich bekannten Retentionsmitteln bei der Papierherstellung ist seit langem bekannt und ermöglicht eine gute Füll- und Faserstoffretention auf dem Blattbildungssieb. Derartige Retentionsmittel werden im allgemeinen vor einem Mischorgan, wie z. B. der Stoffauflaufpumpe der FaserstoffSuspension, zugesetzt, so daß diese vor dem Austritt aus der Lippe oder Düse des Stoffauflaufs gleichmäßig mit dem Retentionsmittel vermischt ist. Ausgehend von der Erkenntnis, daß die innere Lage einer Papierbahn aufgrund des Filtereffektes an sich schon eine ausreichende Retention für Füll- und Feinstoffe aufweist, haben die Erfinder erkannt, daß eine Anreicherung des Retentionsmittels in der Außenlage zweckdienlich ist. Somit wurde das Problem durch die zusätzliche Retentionsmitteldosierung gelöst .
Je nach Papiertyp können Retentionsmittel mit unterschiedlich starker kationischer oder anionischer Ladung eingesetzt werden. Stark geladene Retentionsmittel verbessern zwar die Zurückhaltung von Füll- und Feinstoffen, können jedoch je nach Reaktionszeit mit der FaserstoffSuspension große Faserflocken bilden, die eine negative Auswirkung auf die Faserformation im gebildeten Papierblatt haben. Man spricht dann von einer wolkigen Durchsicht.
Es wurde jedoch erkannt, daß dieser negative Effekt durch Verkürzung der Reaktionszeit unterdrückt werden kann. In einer zweckmäßigen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird deshalb ein eine hohe kationische Ladung aufweisendes Retentionsmittel eingesetzt.
Es sind auch sogenannte Dual-Retentionssysteme bekanntgeworden. Dabei wird die FaserstoffSuspension vor dem Stoffauflauf mit einem ersten, beispielsweise kationischem Retentionsmittel versehen und gut vermischt. Ein zweites, nunmehr anionisches Retentionsmittel, wird anschließend, aber noch vor dem Stoffauflauf der FaserstoffSuspension, zugesetzt und vermischt. Die gegensätzlich geladenen Retentionsmittel reagieren miteinander selbst und mit den Faser- , Füll- und Feinstoffen der StoffSuspension und tragen zu einer wesentlich besseren Gesamtretention bei. In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung der Erfindung weist das zusätzliche Retentionsmittel eine gegenüber dem in der dem Stoffauflauf zugeführten FaserstoffSuspension bereits vorhandenen Retentionsmittel eine entgegengesetzte Ladung auf.
Als zusätzliche Retentionsmittel können die an sich bekannten Polyethylenimine, Polyacrylamide, Epichlorhydrinharze und/oder Polyvinylamine einzeln oder in Mischung zugesetzt werden. Auch kationische Hydrokolloide werden zweckmäßig eingesetzt. Diese können aus an sich bekannter kationischer Stärke oder kationisiertem Guar bestehen. Bei der Verwendung kationischer Stärke oder Guar besteht die zusätzliche Möglichkeit, über den Kationsierungsgrad und die Kettenlänge der Stärke bzw. des Guars die Ladung und Netzwerkbildung zu beeinflussen.
Ein zweckmäßiges Verfahren zum Versehen der äußeren Schichten der die Papierbahn bildenden StoffSuspension mit zusätzlichem Retentionsmittel besteht darin, daß das Retentionsmittel in einen Stoffauflauf stromabwärts der Turbulenzerzeuger über die Breite des FaserstoffSuspensionsstromes in dessen ober- und unterseitige Randschicht injiziert wird. Ein derartiger
Einschichtenstoffauflauf ist unter dem Fachbegriff Stufendiffusor bekanntgeworden.
In einem weiteren zweckmäßigen Verfahren wird das zusätzliche Retentionsmittel in einen Stoffauflauf mit Mehrlagenvorrichtung in die Kammer für Ober- und Unterschicht injiziert.
Ein weiteres zweckmäßiges Verfahren besteht darin, daß bei Einsatz eines Doppelsiebformers mit Gap- Vorrichtung das zusätzliche Retentionsmittel im zurücklaufenden Trum des Ober- und Untersiebes auf das Siebgewebe gesprüht wird. Ein Stoffauflauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist quer zur Strömungsrichtung der StoffSuspension Vorrichtungen zur gleichmäßigen Dosierung des zusätzlichen Retentionsmittels auf. Diese Vorrichtung besteht im einfachsten Fall aus in der Auslaufdüse in einer Linie, die sich quer zur Strömungsrichtung erstreckt, angeordneten Bohrungen, die Zuflußvorrichtungen für das Retentionsmittel aufweisen.
Eine weitere Vorrichtung, insbesondere für einen Mehrlagenstoffauflauf mit drei Lagen und mit Stufendiffusoren, besteht darin, daß stromaufwärts der jeweiligen Stufendiffusoren der obern und unteren Lagen Bohrungen zum Injizieren von Retentionsmittel angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Verbesserung der Tief- und Offsetbedruckbarkeit von gestrichenen und ungestrichenen Druckpapieren durch Erhöhung des Füllstoffanteils in diesen Papieren an der Ober- und Unterseite bzw. in den Außenlagen der Papierbahn durch Einsatz von Retentionsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während der Blattbildung auf dem oder zwischen den Sieben einer Papiermaschine die äußeren Schichten der die Papierbahn bildenden StoffSuspension zusätzlich mit Retentionsmittel versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel eine hohe positive Ladung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel eine gegenüber dem in der StoffSuspension bereits vorhandenen Retentionsmittel entgegengesetzte Ladung aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel aus Polyethylenimin und/oder Polyacrylamid und/oder Epichlorhydrinharzen und/oder Polyvinylamin besteht .
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel aus kationischen Hydrokolloiden besteht .
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel aus kationischer Stärke besteht .
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel aus kationischem Guar besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel in einem Stoffauflauf stromabwärts der Turbulenzerzeuger über die Breite des Suspensionsstromes in dessen ober- und unterseitige Randschicht injiziert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Retentionsmittel in einem Stoffauflauf mit Mehrlagenvorrichtung in die Ober- und Unterschicht injiziert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Doppelsiebformer im zurücklaufenden Trum des Ober- und Untersiebes das zusätzliche Retentionsmittel auf das Siebgewebe gesprüht wird.
11. Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er quer zur Strömungsrichtung der StoffSuspension Vorrichtungen zur gleichmäßigen Dosierung von zusätzlichem Retentionsmittel enthält.
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