EP1831464A1

EP1831464A1 - Verfahren zum direkten aufbringen einer mehrfachschicht auf eine laufende papier-, karton- oder andere faserstoffbahn

Info

Publication number: EP1831464A1
Application number: EP05808126A
Authority: EP
Inventors: Benjamin Mendez-Gallon
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-09-12
Also published as: WO2006069851A1; DE102004062119A1; JP2008525649A; US20070248763A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Aufbringen einer Mehrfachschicht auf eine laufende Papier-, Karton-, oder andere Faserstoffbahn bei deren Herstellung oder/und Veredelung, wobei die einzelnen Schichten der Mehrfachschicht (2) aus mehreren flüssigen bis pastösen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströmen (Q1-Qn), insbesondere wässrigen Pigmentsuspensionen gebildet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (Q1-Qn) ohne jeweilige vorherige Trocknung, ohne Überschussmengen und ohne gegenseitige Durchmischung kontaktlos an die Faserstoffbahn (1) abgegeben werden, wobei das Auftragsmedium, welches ein niedrigeres spezifisches Gewicht (p1 bis pn) und/oder eine niedrigere Viskosität (η1 bis ηn) und oder eine niedrigere Oberflächenspannung (δ1 bis δn) als das nächstfolgende Auftragsmedium bzw. die nächstfolgende Schicht hat, auf ein Auftragsmedium bzw. eine Schicht mit einem höheren spezifischen Gewicht (p1 bis 20 pn) und/oder höheren Viskosität (η1 bis ηn) und/oder einer höheren Oberflächenspannung (δ1 bis δn) aufgebracht wird, so dass sich auf der Faserstoffbahn (1) als erste Schicht bzw. Unterschicht (U) jenes Auftragsmedium mit den höchsten Werten und als Deckschicht (D) jenes Auftragsmedium mit den niedrigsten Werten befindet.

Description

Verfahren zum direkten Aufbringen einer Mehrfachschicht auf eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Aufbringen einer Mehrfachschicht auf eine laufende Papier-, Karton-, oder andere Faserstoffbahn bei deren Herstellung oder/und Veredelung, wobei die einzelnen Schichten der Mehrfachschicht aus mehreren flüssigen bis pastösen Auftragsmedien, insbesondere wässrigen Pigmentsuspensionen gebildet werden.

Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahnen werden heute aus Wirtschaftlichkeitsgründen vorwiegend in großen Breiten von bis zu 10m und mehr sowie bei hohen Maschinengeschwindigkeiten hergestellt und auch veredelt.

Zwecks Erreichung einer guten Bedruckbarkeit sind diese Bahnen durch offline oder online betriebene Beschichtungsprozesse zu behandeln. Oftmals wird dazu ein modernes Beschichtungsverfahren in Form des kontaktlosen Auftragens angewandt, wobei sich das aufgebrachte Medium als Konturschicht auf der Faserstoffbahn ablegt. Das Auftragsmedium besteht aus Mischungen von mineralischen Pigmenten, natürlichen oder synthetischen Bindemitteln und chemischen Hilfsmitteln. Die Glätte oder Rauhigkeit des gestrichenen Substrates hängt dabei von der Grundrauhigkeit bzw. Glätte des Substrates, d.h. der Faserstoffbahn ab. Um Mengen an Auftragsmedium einsparen zu können, ist man bestrebt diesen Auftrag im sogenannten 1 :1- Verfahren durchzuführen. Das heißt, es soll nur soviel an Medium aufgebracht werden, wie auf der zu beschichtenden Faserstoffbahn verbleiben soll. Im Gegensatz ist das Überschuss-Auftragsverfahren bekannt, bei dem ca. die 8 bis 10-fache Menge an Auftragsmedium aufzubringen ist, das danach mit verschiedenen Rakelelementen auf das gewünschte Strichgewicht, beispielsweise 6-12g/m² wieder abgerakelt werden muss. Daraus folgt, dass beim 1 :1 -Auftrag die aufzubringende Menge sehr gering ist. Auf jeden Fall soll eine, über die gesamte Bahnbreite bzw. Arbeitsbreite reichende gleichmäßige Auftragsschicht erreicht werden.

Diese Forderung der Gleichmäßigkeit ist um so schwieriger zu realisieren, je schneller die Faserstoffbahnen in den Maschinen laufen und ist außerdem auch abhängig von der Qualität der Faserstoffbahn und dem Auftragsmedium.

Bekannte 1 :1-Auftragswerke bzw. -aggregate sind Vorhang (Curtain)- und Sprüh- Auftragswerke.

Ein derartiges, einen geschlossenen und im Wesentlichen der Schwerkraft folgenden Vorhang erzeugendes Auftragswerk ist aus der DE -A1 197 55 625 entnehmbar. Ein Sprühauftragwerk, welches mit Druck arbeitet, ist aus der DE A1- 4402627 bekannt.

Wie gesagt, der mit dem Vorhang-Auftragswerk erzeugte und auf der Grundlage von bestimmten Kräften, beispielsweise elektrostatischen Kräften, die dem Auftragsmedium erteilt werden oder unter dem Einfluss der Schwerkraft auf die laufende Oberfläche bzw. die Faserstoffbahn fallende Vorhang sowie auch die Sprühstrahlen des Sprühauftragswerkes legen sich jeweils auf der Faserstoffbahn als Konturstrich ab und immobilisieren dort nach einem gewissen Zeitpunkt als Film.

Um einen hohen Abdeckgrad der Faserstoffbahn und damit bessere Bedruckungseigenschaften erreichen zu können, ist oftmals die Faserstoffbahn mehrfach zu streichen.

Gemäß dem Stand der Technik werden dazu mehrere Auftragswerke benötigt, die pro Bahnseite hintereinander angeordnet sind und zum größten Teil mit einem Überschuss-Auftrag arbeiten.

Auf die WO 98/48113-A1 wird hierbei verwiesen.

In der nachveröffentlichten DE-A1 10057729 sind bereits Auftragsaggregate und Verfahren offenbart, mit denen Doppelstriche, d.h. übereinanderliegende Schichten mit einem einzigen Auftragswerk und kontaktlos und ohne Überschuss an Medium aufgebracht werden können. Dabei kommt es aber oftmals zu Vermischungen der beiden "Striche" in ihren Grenzbereichen, wodurch der zweite Strich erst nach einer Zwischentrocknung, die einen zusätzliche verfahrenstechnischen und apparativen Aufwand bedeutet, aufgebracht werden kann. Diese Vorrichtung bzw., dieses Verfahren ist für solche Fälle, wo mehr als zwei Schichten aufzubringen sind ungeeignet.

Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Mehrfachschicht ohne Zwischentrocknung auf eine Seite einer laufenden Faserstoffbahn aufgebracht werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die einzelnen Auftragsmedien ohne jeweilige vorherige Trocknung- also Nass in Nassund ohne Überschussmengen - also 1 :1 und kontaktlos an die Faserstoffbahn abgegeben werden. Dabei ist es erfindungsgemäß so, dass das Auftragsmedium welches ein niedrigeres spezifisches Gewicht und/oder eine niedrigere Viskosität und oder eine niedrigere Oberflächenspannung als das nächstfolgende Auftragsmedium bzw. die nächstfolgende Schicht hat, auf ein Auftragsmedium bzw. eine Schicht mit einem höheren spezifischen Gewicht und/oder höheren Viskosität und/oder einer höheren Oberflächenspannung aufgebracht wird. Dadurch kommt die Faserstoffbahn mit jenem Auftragsmedium in Berührung, welches die höchsten der oben genannten Werte aufweist. Mit anderen Worten: als erste Schicht befindet sich auf der Faserstoffbahn jene Schicht mit den höchsten der genannten Werte und als Deckschicht jenes Auftragsmedium bzw. jene Schicht mit den niedrigsten Werten.

Das z.B. leichtere Auftragsmedien (mit niedrigerem spezifischen Gewicht) bleibt aufgrund seines physikalischen Auftriebeffektes auf der schwereren Schicht liegen.

Dadurch wird erreicht, dass keine Ver- bzw. Durchmischung bzw. eine Phasentrennung der einzelnen Auftragsmedien stattfindet. Eine auf derartige Weise - A -

gebildete Mahrfachschicht lässt sich dadurch ganz gezielt aufbauen. Vor allem aber gewährleistet eine solche Mehrfachschicht eine hervorragende Abdeckung der Roh- Faserstoffbahn. Das dies mit einem einzigen und kompakten Auftragswerk bewerkstelligt werden kann, spart riesige Investitionen, was einen weiteren Vorteil der Erfindung darstellt.

In einer erfindungsgemäßen Alternative kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Auftragsmedien zur Bildung der Mehrfachschicht getrennt voneinander abgegeben und während ihrer Abgabe in Richtung auf die Faserstoffbahn zu einem sandwichartigen Mehrfachstrahl oder Mehrfachvorhang zusammengeführt bzw. gebündelt werden und in gebündelter Form auf die Faserstoffbahn als bereits firmierte Mehrfachschicht aufgetragen werden.

Die Bündelung kann sofort nach der Abgabe aus der maschinenbreiten Düse erfolgen oder erst nachdem sich Einzelstrahlen oder Einzelvorhänge ausgebildet haben. Nach der Bündelung entsteht je nach Art des Auftragswerkes (Freistrahldüsenauftragswerk oder Vorhang-Auftragswerk) ein sandwichartiger Strahl oder ein sandwichartiger Vorhang. In beiden Fällen legen sich schon in gewissem Maße stabilisierte "vorgefertigte" Schichten auf die Faserstoffbahn auf.

Alternativ dazu ist es auch möglich, die einzelnen Auftragsmedien getrennt voneinander als Einzelstrahlen oder Einzelvorhänge abzugeben und getrennt voneinander auf die Faserstoffbahn aufzubringen, wo sie in Schichten übereinandergelegt dann die besagte Mehrfachschicht bilden

Ob die Schichten einzeln oder in gebündelter Form aufgebracht werden hängt davon ab, wie kompakt das Auftragswerk aufgebaut sein muss, wie die Platzverhältnisse für den Einbau des Auftragswerkes sind oder wie der Art der zu verwendenden Auftragsmedien sind oder hängt vom Produkttyp ab.

In beiden Fällen ist es möglich, die einzelnen Auftragsmedien oder den gebündelten Strahl bzw. Vorhang während ihrer Abgabe in Richtung auf die Faserstoffbahn über ein ebenes Leitelement zu führen. Vorzugsweise wird dieses Leitelement schräggestellt. Dadurch wird eine Stabilisierung des Strahles bzw. des oder der Mehrfach-Vorhänge erreicht.

In bestimmten Fällen ist es von Vorteil, wenn erst auf dieser schrägen Leitfläche einzelne Vorhänge sandwichartig gebündelt und zur Mehrfachschicht bzw. Mehrfachvorhang zusammengeführt werden, der danach an die Faserstoffbahn weitergeführt wird, wo sich dieser als bereits gebildete und stabilisierte Mehrfachschicht auf der Faserstoffbahn ablegen und verankern kann. Ein sandwichartiger Vorhang beispielsweise ist stabiler als ein einzelner Vorhang.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Mehrfachschicht aus mindestens zwei und maximal zehn, vorzugsweise drei Schichten gebildet wird. In dieser Größenordnung ist mit geringen Mengen an Einzelschichten eine besonders gute Abdeckung der Roh-Faserstoffbahn möglich.

In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Auftragsmedien als Einzelstrahl bzw. Einzelvorhang von jeweils einer maschinenbreiten Breitschlitzdüse oder jeweils einem maschinenbreiten Breitschlitz einer gemeinsamen Düse abgegeben werden, wobei der Abstand zwischen den Einzelstrahlen bzw. -vorhängen kleiner als 1m, insbesondere kleiner als 50cm, vorzugsweise aber ca. 20cm beträgt und die Zeitabstände für eine aufeinanderfolgende Abgabe aus den einzelnen Breitschlitzen auf zwischen 4 und 100 Millisekunden eingestellt werden.

Unter dem Begriff "maschinenbreit" soll mindestens die Breite der herzustellenden oder zu veredelnden Faserstoffbahn verstanden werden.

Damit die aufgebrachte Mehrfachschicht eine hohe Glätte aufweist ist es zweckmäßig, wenn diese Mehrfachschicht mit einem Egalisier- bzw. Glättelement eingeebnet bzw. geglättet wird. Dabei wird kein Medium abgerakelt, sondern die Schicht - wie gesagt - nur eingeebnet bzw. egalisiert. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass der gebündelte Mehrfachstrahl bzw. Mehrfachvorhang eine Durchflussmenge Q_T (für totale Durchflussmenge) erreicht. Dieser setzt sich aus der Summe der einzelnen Flüssigkeitsströme der Einzelvorhänge zusammen. Die totale Durchflussmenge Q_T kann zwischen 0,5 bis 301/min/m, insbesondere zwischen 3 und 201/min/m, bevorzugt zwischen 1 und 121/min/m betragen.

Für diese Mehrfachschicht eignen sich besonders solche Auftragsmedien, die Feststoffgehalte zwischen 5 und 70% aufweisen.

Das aufzubringende Gesamtstrichgewicht Δ_{m geSa}m_t lässt sich berechnen wie folgt:

Δnrigesamt = ∑(hi Kj Pi) i = 2 bis max. 10 (bevorzugt 2 bis 3)

wobei hj die Nassfilmdicke bzw. das flächenbezogene Volumen des einzelnen Auftrag med i u ms pro m², Ki der Feststoffgehalt des jeweiligen Auftragsmediums und Pi das spezifische Gewicht des jeweiligen Auftragsmediums ist.

Die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme strömen aus der Auftragsdüse zwecks Bildung des Mehrfachstrahles bzw. Mehrfachvorhanges mit jeweils einer bestimmten Ausströmgeschwindigkeit aus, die sich wie folgt berechnen lässt:

Vi= Qi / Si,

wobei Qi in m³/min/m die Durchflussmenge jedes einzelnen Auftragsmediums und Si in m die Spaltweite des das Auftragsmedium abgebenden Spaltschlitzes angibt.

Eine Durchmischung der einzelnen Auftragsmedien im gebündelten Mehrfachstrahl bzw. Mehrfachvorhang und/oder in der Mehrfachschicht lässt sich erfindungsgemäß vermeiden, je höher die Differenz der Viskosität, und/oder der Oberflächenspannung und/oder des spezifischen Gewichtes zwischen den einzelnen Auftragsmedien bzw. Schichten besteht. Der Erfinder hat erkannt, dass je niedriger die Unterschiede im Dehnverhalten der einzelnen abgegebenen Medien bzw. Flüssigkeitsströme sind, umso stabiler ist der dann erzeugte Mehrfachvorhang.

Gemäß der Erfindung sollte ein Viskositätsunterschied im Bereich von <50%, insbesondere <30%, bevorzugt =<10% eingestellt werden.

Die Viskosität (gem. Brookfield 100 rpm) der ersten untenliegenden Schicht sollte zwischen 500 und lOOmPas liegen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wirkenden Dehnungskräfte auf die einzelnen benachbarten Auftragsmedien eine maximale Differenz von 30%, insbesondere < 20%, bevorzugt 0< 5% aufweisen, wobei die Einstellung der Dehnkraftdifferenz durch Zugabe von chemischen Zusätzen, wie Verdicker auf der Basis von Acrylester oder Acrylsäure oder Methaacrylsäure oder Acrylamid oder Acrylnitril usw. eingestellt wird und wobei der prozentuale Anteil dieser chemischen Zusätze 0,01 bis 3 T, insbesondere 0,01 bis 0,5T, bevorzugt 0,01 bis 0,2 T beträgt und T der Anteil pro 100 Teile der trockenen Pigmentmenge in der gewählten Streichfarbe ist.

Weiter ist es sehr vorteilhaft, wenn die Mehrfachschicht derart gebildet wird, indem die Feinheit der mineralischen Pigmente, wie Kalziumcarbonat oder Kaolin oder TiO2 oder Talkum nach oben hin zunimmt. Das bedeutet, dass jene Schicht mit den enthaltenen feineren mineralischen Pigmenten, d.h. dem geringsten Durchmesser der Pigmentpartikel, in der jeweiligen darüberliegenden Schicht vorhanden sein sollte, wobei die Deckschicht der Mehrfachschicht im Endeffekt dann das feinste Pigment und den größten Weißgrad der Pigmente enthält.

Folgende Mischungsverhältnisse werden vorgeschlagen: - 100 T (T=TeNe) CaCO3 (*) - 100 T Kaoline n

- CaCO3 und Kaolin-Mischungen mit 5 bis 50 T Kaolin (*) - CaC03 + Kaolin und TiO2 bzw. Talkum in unterschiedlichem Verhältnis, wobei der Anteil an CaCO3 und Kaolin überwiegt

((*): bezogen auf Trockengewicht des enthaltenen Pigments bzw. der enthaltenen Pigmente, d.h. nur Carbonat oder nur Kaolin)

Dabei können Bindemittelmengen, bezogen auf das Trockengewicht der enthaltenen Pigmente, in der Größenordnung von 4 bis 20 Teilen enthalten sein.

Als Bindemittel eignen sich natürliche Bindemittel wie Stärke (Mais, Kartoffel, Tapioka, Weizen, Gerste etc.), Cacein, etc. und synthetische Bindemittel wie Latices (auf Styrolbutadienbasis oder auf Acrylat-Basis, etc.)

Als Hilfsmittel können

- Verdicker zur Einstellung der Viskosität und der Elastizität (0,01 bis 10 T) - Emulgatoren oder Tenside zur Einstellung der Vorhangstabilität (0,01 bis 3 T)

- Entschäumer zur Vermeidung von Schaumbildung (0,01 bis 1 T)

- Optische Aufheller mit zugehörigen „Carrier" 0,01 bis 23 T

- Nassfestmittel (crosslinker) 0,01 bis 3 T

- Spezielle Medien (Gleitmittel, etc.) 0,01 bis 1 T - Nuancierungsstoffe zur Färbung der Streichfarben 0,1 bis 5 T

- Grenzflächenaktive Stoffe zum Verstärken der Trennung zwischen der Grenzflächen der einzelnen Filme im Multilayer-Vorhang 0,01 bis 1 T vorgesehen sein, wobei T den prozentualen Anteil der Mittel pro 100 Teile der trockenen Pigmentmenge im Auftragsmedium bedeutet.

Die Aufbringung der Mehrfachschicht kann am vorteilhaftesten mit einem Vorhang- Auftragswerk vorgenommen werden, mit welchem mehrere unterschiedliche flüssige bis pastöse Auftragsmedien in Form mehrerer oder in Form eines im Wesentlichen der Schwerkraft folgenden und/oder unter Einfluss von elektrostatischen Kräften gelenkten gebündelten und geschlossenen Vorhanges an die laufende Faserstoffbahn abgegeben werden. Altemierend ist es auch möglich, die Aufbringung der Mehrfachschicht mit einem Sprüh- oder Freistrahldüsen-Auftragswerk vorgenommen wird, mit welchem mehrere unterschiedliche flüssige bis pastöse Auftragsmedien in Form mehrerer Strahlen oder in Form eines einzelnen unter Druck auf die Faserstoffbahn gelenkten gebündelten Strahles an die laufende Faserstoffbahn abgegeben werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 : in schematischer Darstellung das Prinzip der Erfindung am Beispiel einer mittels Vorhang-Auftragswerk mit einer Mehrfachschicht gestrichenen Faserstoffbahn

Figur 2 bis 5: in schematischer Darstellung erfindungsgemäße Vorhang- Auftragwerke mit denen eine erfindungsgemäße Mehrfachschicht aufgebracht wird

Figur 6: in schematischer Darstellung das Prinzip der Erfindung mit Darstellung von Geschwindigkeitsprofilen bei einem Mehrfachvorhang

In den Figuren sind dieselben Bauteile bzw. Elemente mit demselben Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt eine Faserstoffbahn 1 , auf die eine Mehrfachschicht 2, bestehend aus mehreren unterschiedlichen Flüssigkeitsströmen Q1 , Q2, Q3, Q4; Qn (im Beispiel sind fünf unterschiedliche Medien dargestellt) in direkter Weise aufgebracht wird. Die

Dicke der Mehrfachschicht 2 ist verhältnismäßig konstant und von der Topografie der

Faserstoffbahnoberfläche relativ unabhängig. Man erkennt, dass die einzelnen

Flüssigkeitsströme im gewählten Beispiel in Form von ebenso vielen senkrecht auf die Faserstoffbahn 1 fallenden Einzel-Vorhängen V1 bis Vn abgegeben werden. Das dazu verwendete kontaktlos wirkende Vorhang-Auftragswerk ist hier nicht mit dargestellt. Die einzelnen Flüssigkeitsströme Q1 bis Qn bestehen aus mehreren Streichfarben, die von Ihrer Zusammensetzung bzw. Rheologie her unterschiedlich sein können und die jeweils aus einer Mischung von mineralischen Pigmenten, natürlichen oder synthetischen Bindemitteln und chemischen Hilfsmitteln bestehen.

Die einzelnen Flüssigkeitsströme Q1 bis Qn werden ohne jeweilige vorherige Trocknung - also Nass in Nass- und ohne Überschussmengen - also 1 :1 und kontaktlos an die Faserstoffbahn labgegeben. Dabei ist es erfindungsgemäß so, dass das Auftragsmedium welches ein niedrigeres spezifisches Gewicht p und/oder eine niedrigere Viskosität η und oder eine niedrigere Oberflächenspannung δι als das nächstfolgende Auftragsmedium bzw. der nächste Flüssigkeitsstrom bzw. die nächstfolgende Schicht hat, auf ein Auftragsmedium bzw. eine Schicht mit einem höheren spezifischen Gewicht und/oder höheren Viskosität und/oder einer höheren Oberflächenspannung aufgebracht wird. Dadurch erreicht man, dass die Faserstoffbahn 1 mit jenem Auftragsmedium, welches die höchsten Werte aufweist, (das ist dann Q1 mit spezifischem Gewicht p1 , Viskosität η1 und der Oberflächenspannung 51 in Berührung kommt. Mit anderen Worten: Als erste Schicht, bzw. Unterschicht U befindet sich auf der Faserstoffbahn jene Schicht mit den höchsten Werten und als Deckschicht D jenes Auftragsmedium Qn bzw. jene Schicht mit den niedrigsten Werten an p, η, oder δ.

Man kann das folgendermaßen darstellen:

p1> p2 > p3 > p4 > pn....pi

η1> η2 > η3 > η4 > ηn....ηi

δ₀» δ1> δ2 > δ3 > δ4 > δn.... δi (wobei δo die Oberflächenspannung von Rohpapier, δ1-n, die der einzelnen Farbschichten ist) Die Figur 2 zeigt die Anwendung der Erfindung am Beispiel eines im Querschnitt und schematisch dargestellten Doppel-Vorhang-Auftragswerkes 3 zur Aufbringung der Mehrfachschicht 2, wie in Figur 1 prinzipiell beschrieben ist.

Man erkennt zwei Zufuhrkammern 4 und 5 für zwei unterschiedliche Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme Q1 und Q2, welche in Form von zwei räumlich getrennten Vorhängen V1 und V2 auf eine schräg gestellte Leitfläche 6 aufgebracht werden. Die Leitfläche 6 ist in Richtung des ersten Vorhanges V1 geneigt. Auf dieser Leitfläche 6 werden die beiden Vorhänge V1 und V2 zu einer Doppelschicht 7 zusammengefasst bzw. gebündelt und in dieser gebündelten Form, d.h. als Mehrfachvorhang 8 (hier Doppelvorhang) aneinandergelegt und so an die darunter in Laufrichtung L laufende Faserstoffbahn 1 abgegeben. Dabei kommt die vom zweiten Vorhang V2 resultierende Schicht bzw. ein Flüssigkeitsstrom Qn als Deckschicht D auf der Faserstoffbahn zu liegen. Die Deckschicht D weist die feineren Partikel und die niedrigeren Werte als die Unterschicht U der Schicht bzw. des Flüssigkeitsstromes Q1 bzw. die ebenfalls darunterliegenden weiteren Schichten bei mehreren Vorhänge auf. Die Länge des gebündelten senkrecht fallenden Vorhanges beträgt in etwa 50 bis 300 mm.

Schließlich ist in Figur 2 noch ein klingenartiges Egalisierelement 9 dargestellt, was die aufgetragene Mehrfachschicht 2 - hier Doppelschicht - egalisieren und damit glätten soll.

Die Figur 3 zeigt ein anderes Prinzip der Aufbringung einer Mehrfachschicht 2. Im Unterschied zur in Figur 2 gezeigten Lösung ist hier keine Leitfläche 6 vorhanden. Die Bündelung der Vorhänge V1 und V2 zu einem Mehrfach bzw. Doppelvorhang 8 erfolgt hierbei unter der Wirkung von elektrostatischen Kräften. Eine entsprechende Elektrode 10 zieht die hier dargestellten Vorhänge V1 und V2 zur Mitte hin zusammen, so dass auch hier der Vorhang V2 wieder die obere Schicht, also die Deckschicht D des Mehrfachstriches 2 gemäß Figur 1 bildet.

Bei der in Figur 4 gezeigten Variante, wird das aus Verteilkammern 4 und 5 resultierende Auftragsmedium Q1 und Q2 sofort nach Austritt aus der Schlitzdüse 11 des Auftragswerkes 3 gebündelt, ohne dass eine Leitfläche oder andere Kräfte im Spiel sind. Lediglich ist zur Trennung der beiden unterschiedlichen Auftragsmedien Q1 und Q2 eine Trennwand 12, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen im Inneren des Auftragswerkes 3 vorhanden. Man erkennt, dass der vorhandene Vorhang V2 wieder als Deckschicht D gem. der Erläuterung bei Figur 1 auftritt.

Die Figur 5 soll zeigen, dass die Mehrfachschicht auch aus zwei einzeln abgegebenen Vorhängen V1 und V2 ohne vorherige Bündelung auf die Faserstoffbahn 1 abgegeben werden kann. V2 legt sich bei der Mehrfachschicht 2 wieder als Deckschicht D ab. Dargestellt sind in den Figuren 4 und 5 ebenfalls wieder Egalisierelemente 9.

Es soll noch nachgetragen werden, dass die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Auftragswerke 3 mehrere parallel angeordnete Breitschlitzdüsen 11 enthalten, die jeweils von getrennten Zufuhrsystemen 13 und 14 beschickt werden.

Um eine hohe Stabilität und optimale Bedingungen bei der Bildung des Mehrschicht- Vorhangs 8 zu garantieren, müssen folgende Bedingungen unter anderem eingehalten werden:

1. Die Ausströmungsgeschwindigkeit der einzelnen Auftragsmedien aus der Düse bzw. an der Stelle, wo sie gebündelt werden ist so gewählt, dass im Querschnitt des Vorhangs 8 ein Geschwindigkeitsprofil mit den in Figur 6 dargestellten Geschwindigkeitsprofilen Ähnlichkeit hat. Fall a) Die Ausströmungsgeschwindigkeit aller Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme Q1 bis Qn ist gleich, so dass sich ein Geschwindigkeitsprofil ohne Relativgeschwindigkeit zwischen den Phasengrenzen der einzelnen flüssigen Auftragsmedien einstellt. Keine Scherungs- oder Dehnungsvorgänge finden an den Phasengrenzen im Mehrfach-Vorhang statt.

Fall b) Die Strömungsgeschwindigkeit nimmt kontinuierlich von der Mitte des Multi- Layer-Vorhangs nach außen ab. Die inneren Auftragsmedien haben eine größere Ausströmungsgeschwindigkeit als die äußeren Auftragsmedien. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen benachbarten Auftragsmedien darf optimalerweise nicht höher als 20% (bevorzugt <10%, und besonders bevorzugt <5%) sein. Ein konvexer Verlauf des Geschwindigkeitsprofils stellt sich ein.

Fall c) Die Strömungsgeschwindigkeit nimmt kontinuierlich von der Mitte des Mehrschicht-Vorhangs nach außen zu. Die inneren Medien haben eine kleinere Geschwindigkeit als die äußeren Medien. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen benachbarten Medien darf optimalerweise nicht höher als 20% sein. Ein konkaver Verlauf des Geschwindigkeitsprofils stellt sich ein.

Geschwindigkeitsprofile mit Zick-Zack-ähnlichem Verlauf sind für die Bildung von Mehrschicht-Vorhängen ungeeignet, weil durch Relativgeschwindigkeiten Dehnungsund Durchmischungsvorgänge eingeleitet werden, die den Mehrfach- bzw. Multilayer- Vorhang verformen, wölben oder stören.

Bei allen gezeigten Figuren ist es so, dass die feineren und weißeren Pigmente, wie jene von Kalziumcarbonat oder Kaolin oder TiO2 oder Talkum dies Deckschicht D der Mehrfachschicht 2 bilden. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine qualitativ hochwertige Auftragsschicht.

Die Erfindung ist deshalb besonders für Papier- und Kartonbahnen geeignet, die hohe Bedruckungseigenschaften aufweisen sollen.

Bezugszeichenliste

1 Faserstoffbahn

2 Mehrfachschicht

3 Doppel-Vorhang-Auftragswerk

4 Zufuhrkammer

5 Zufuhrkammer 6 Leitfläche

7 Doppelschicht

8 Mehrfachvorhang

9 Egalisierelement

10 Elektrode 11 Schlitzdüse

12 Trennwand

13 Zufuhrsystem

14 Zufuhrsystem D Deckschicht L Laufrichtung p, Pi spezifisches Gewicht

Q1 , Q2, Q3,...Qn Flüssigkeitsstrom

Q_T totale Durchflussmenge

Si Spaltweite der Schlitzdüse U Unterschicht

V1 , V2, V3,...Vn Einzelvorhang

Vi Ausströmgeschwindigkeit des einzelnen Auftragsmediums bzw. Flüssigkeitsstromes Δm Gesamtstrichgewicht hj Nassfilmdicke bzw. flächenbezogenes Volumen des einzelnen Auftragsmediums bzw. Flüssigkeitsstromes

Kj Feststoffgehalt des einzelnen Auftragsmediums bzw.

Flüssigkeitsstromes pi spezifisches Gewicht des einzelnen Auftragsmediums bzw.

Flüssigkeitsstromes η, ηi Viskosität δ, δi, δo Oberflächenspannung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum direkten Aufbringen einer Mehrfachschicht auf eine laufende Papier-, Karton-, oder andere Faserstoffbahn bei deren Herstellung oder/und Veredelung, wobei die einzelnen Schichten der

Mehrfachschicht (2) aus mehreren flüssigen bis pastösen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströmen (QI-Qn), insbesondere wässrigen Pigmentsuspensionen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) ohne jeweilige vorherige Trocknung, ohne Überschussmengen und ohne gegenseitige Durchmischung kontaktlos an die Faserstoffbahn (1 ) abgegeben werden, wobei das Auftragsmedium, welches ein niedrigeres spezifisches Gewicht (p1 bis pn) und/oder eine niedrigere Viskosität (η1 bis ηn) und oder eine niedrigere Oberflächenspannung (51 bis δn) als das nächstfolgende Auftragsmedium bzw. die nächstfolgende Schicht hat, auf ein Auftragsmedium bzw. eine Schicht mit einem höheren spezifischen Gewicht (p1 bis pn) und/oder höheren Viskosität (n1 bis nn) und/oder einer höheren Oberflächenspannung (51 bis δn) aufgebracht wird, so dass sich auf der Faserstoffbahn (1 ) als erste Schicht bzw. Unterschicht

(U) jenes Auftragsmedium mit den höchsten Werten und als Deckschicht (D) jenes Auftragsmedium mit den niedrigsten Werten befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) getrennt voneinander abgegeben und während ihrer Abgabe in Richtung auf die Faserstoffbahn (1 ) zu einem sandwichartigen Mehrfachstrahl oder Mehrfachvorhang (8) zusammengeführt bzw. gebündelt werden und in gebündelter Form auf die Faserstoffbahn als bereits firmierte Mehrfachschicht (2) aufgetragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) getrennt voneinander als Einzelstrahlen oder Einzelvorhänge (V1 , V2...Vn) abgegeben und getrennt voneinander auf die Faserstoffbahn (1 ) übereinandergelegt aufgebracht werden, wo sie dann die Mehrfachschicht (2) bilden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) getrennt voneinander als Einzelstrahlen oder Einzelvorhänge (V1 , V2...Vn) abgegeben werden und während ihrer Abgabe in Richtung auf die Faserstoffbahn (1 ) jeweils über eine ebene Leitfläche (6) geführt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) getrennt voneinander als Einzelstrahlen oder Einzelvorhänge (V1 , V2...Vn) abgegeben werden und während ihrer Abgabe in Richtung auf die

Faserstoffbahn (1 ) über eine ebene Leitfläche (6) geführt werden, auf dem sie zur Mehrfachschicht (2) zusammengeführt bzw. gebündelt werden, danach als sandwich-artiger Mehrfachstrahl bzw. Mehrfachvorhang (8) an die Faserstoffbahn (1 ) weitergeführt, wo dieser als bereits gebildete Mehrfachschicht (2) auf der Faserstoffbahn (1 ) abgelegt und verankert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfachschicht (2) aus mindestens zwei und maximal zehn, vorzugsweise drei Schichten gebildet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) als Einzelstrahl bzw. Einzelvorhang (V1 , V2...Vn) von jeweils einer maschinenbreiten Schlitzdüse (1 1 ) oder jeweils einem maschinenbreiten

Schlitz einer gemeinsamen Düse abgegeben werden, wobei der Abstand zwischen den Einzelstrahlen bzw. -vorhängen (V1 , V2...Vn) kleiner als

1 m, insbesondere kleiner als 50cm, vorzugsweise aber ca. 20cm beträgt und die Zeitabstände für eine aufeinanderfolgende Abgabe aus den einzelnen Schlitzdüsen (1 1 ) auf =<2s insbesondere 0 =<1s, vorzugsweise

=< 0,5s eingestellt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Faserstoffbahn(1 ) aufgebrachte Mehrfachschicht (2) mit einem Egalisier- bzw. Glättelement (9) eingeebnet bzw. geglättet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gebündelte Mehrfachstrahl bzw. Mehrfachvorhang (8) eine Durchflussmenge (Qi) erreicht, welche sich aus den Durchflussmengen bzw. Flüssigkeitsströmen (QL..Qn) der Einzelschichten zusammensetzt und (Qi) zwischen 0,5 bis 30l/min/m, insbesondere zwischen 3 und 20l/min/m, bevorzugt zwischen 1 und 121/min/m beträgt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) zur Bildung der Mehrfachschicht (2) ausgewählt werden, die Feststoffgehalte zwischen 5 und 70% betragen.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) zur Bildung der Mehrfachschicht (2) mit jeweils einer Ausströmgeschwindigkeit beaufschlagt werden, die sich wie folgt berechnet:

Vi= Qi / Si,

wobei Qi [in m³/min/m] die Durchflussmenge jedes einzelnen

Auftragsmediums bzw. Flüssigkeitsstromes (QI-Qn) und Si [in m] die Spaltweite der Schlitzdüse (1 1 ) aus der das einzelne Auftragsmedium abgegeben wird, angibt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchmischung der einzelnen Auftragsmedien bzw.

Flüssigkeitsströme (QI-Qn) im gebündelten Mehrfachstrahl bzw.

Mehrfachvorhang (8) und/oder der Mehrfachschicht (2) vermieden wird, je höher die Differenz der Viskosität (η) und/oder der Oberflächenspannung

(δ) und/oder der viskoelastischen Eigenschaften bzw. der Streckbarkeit bzw. der Dehnkraft und/oder des spezifischen Gewichtes (p) zwischen den einzelnen Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströmen (QI-Qn) bzw.

Schichten besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungskraft der einzelnen benachbarten Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme (QI-Qn) maximal 30%, insbesondere < 20%, bevorzugt 0< 5% beträgt, wobei die Einstellung der Dehnkraft durch Zugabe von chemischen Zusätzen, wie Verdicker auf der Basis von Acrylester oder Acrylsäure oder Methaacrylsäure oder Acrylamid oder

Acrylnitril usw. eingestellt wird und wobei der prozentuale Anteil des chemischen Zusatzes 0,01 bis 3 T, insbesondere 0,01 bis 0,5T, bevorzugt 0,01 bis 0,2 T beträgt und T der Anteil pro 100 Teile der trockenen Pigmentmenge des jeweiligen Auftragsmediums bzw. Flüssigkeitsstromes (QI-Qn), insbesondere von Streichfarbe ist.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfachschicht (2) derart gebildet wird, dass jene Schicht mit den enthaltenen feineren mineralischen Pigmenten, d.h. dem geringsten

Durchmesser der Pigmentpartikel, wie Kalziumcarbonat oder Kaolin oder TiO2 oder Talkum , in der jeweiligen darüberliegenden Schicht vorhanden ist, wobei die Deckschicht (D) der Mehrfachschicht (2) danach das feinste Pigment und die Weiße der Pigmente enthält.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der Mehrfachschicht (2) mit einem Vorhang- Auftragswerk (3) vorgenommen wird, mit welchem mehrere unterschiedliche flüssige bis pastöse Auftragsmedien bzw.

Flüssigkeitsströme (QI-Qn) in Form mehrerer oder in Form eines im Wesentlichen der Schwerkraft folgenden und/oder unter Einfluss von elektrostatischen Kräften gelenkten gebündelten und geschlossenen Vorhanges (8) an die laufende Faserstoffbahn (1 ) abgegeben werden.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der Mehrfachschicht (2) mit einem Sprüh- oder Freistrahldüsen-Auftragswerk vorgenommen wird, mit welchem mehrere unterschiedliche flüssige bis pastöse Auftragsmedien in Form mehrerer Strahlen oder in Form eines einzelnen unter Druck auf Faserstoffbahn (1 ) gelenkten gebündelten Strahles an die laufende Faserstoffbahn (1 ) abgegeben werden.