EP2841647A1 - Presswalze mit walzenbezug aus polyurethan - Google Patents

Presswalze mit walzenbezug aus polyurethan

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EP2841647A1
EP2841647A1 EP13721295.7A EP13721295A EP2841647A1 EP 2841647 A1 EP2841647 A1 EP 2841647A1 EP 13721295 A EP13721295 A EP 13721295A EP 2841647 A1 EP2841647 A1 EP 2841647A1
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EP
European Patent Office
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roll
diisocyanate
mixture
roller according
additive
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EP13721295.7A
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EP2841647B1 (de
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Sarah LIPPL
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/08—Pressure rolls
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/10—Suction rolls, e.g. couch rolls
    • D21F3/105—Covers thereof

Definitions

  • the invention relates to a roller, in particular for use in a web-processing and / or finishing machine, such as a paper, board or tissue machine according to the preamble of claim 1.
  • the press rolls or suction press rolls used are often coated with polyurethane.
  • the dewatering capacity of the press or Saugpresszenzenbezugs depends mainly on the surface design of the roll cover. Usually there are patterns of blind holes and grooves which provide an open volume into which the water squeezed out of the fibrous web can escape.
  • suction holes are still available, which pass through the roll shell.
  • suction bores for example, water is sucked out of the fibrous web by means of a suction box arranged in an inner volume of the roller.
  • a press roll according to the prior art is known, for example, from WO201 1/015386, where a combination of a press felt with a press roll cover and / or a suction roll cover for a paper machine is described.
  • the press roll cover is provided with a circumferential groove surface structure, wherein the proportion of an open surface on the entire surface of the press roll cover is in the range of 20% to 50%.
  • a suction press roll is provided which, in addition to the circumferential groove surface structure, is provided with a hole arrangement having a plurality of suction holes completely passing through the suction roll cover, the proportion of an open surface on the whole surface of the suction roll cover is in the range of 30% to 50%.
  • additional hole arrangements in the form of blind holes can be provided for both roll shapes.
  • the shape, size and arrangement of the surface forms is significantly involved in the quality of the final product.
  • a wrong choice of open area can lead to instability of the roll cover as well as to hydraulic or mechanical markings.
  • a disadvantage of the press and Saugpresswalzenbegorin known from the prior art is that they are polluted by prolonged use, whereby the surface forms are added by present in the fiber suspension fillers, fiber agglomerates and resin impurities and not more than open volume for the dewatering of the paper web To be available. As a result, the total drainage decreases. Furthermore, unwanted fluctuations in the moisture profile can occur due to uneven contamination.
  • the functional layer consists of a polymer which is a mixture of at least one prepolymer, at least one curing agent and / or at least one crosslinking agent and at least one additive.
  • the polymer which forms the roll cover therefore, an additive is added, which lowers the surface energy of the roll cover, whereby water and dirt do not adhere to the surface of the roll cover and in the surface shapes, but are transported away quickly. This leads to a higher dewatering efficiency of the press roll and thus also of the paper machine. Variations in the moisture transverse profile can be avoided or at least reduced, which increases the quality of the end product.
  • the additive may be selected from: perfluoropolyether, polytetrafluoroethylene, polyethylene, perfluoropolyether or mixtures thereof.
  • the admixture of the additive is preferably between 1 and 20% by weight. The higher the content of additive, the further the surface energy can be lowered.
  • the prepolymer may be a mixture of a polyol and a diisocyanate.
  • the polyol may be selected from: polyethers, polyesters, polycarbonates, polycaprolactones.
  • the diisocyanate may be an aromatic or an aliphatic diisocyanate or a mixture thereof.
  • the aromatic diisocyanate may be selected from: diphenylmethane diisocyanate, toluene diisocyanate or a mixture thereof.
  • the aliphatic diisocyanate may be hexamethylene diisocyanate.
  • the curing agent and / or the crosslinking agent may be a diamine, a diol or a mixture thereof.
  • the curing agent and / or the crosslinking agent may be selected from 4,4'-methylenebis (3-chloro-2,6-diethylanilines) (MCDEA), 4,4'-methylenebis (2-chloroanilines) (MOCA) , 1, 4 butanediol, 1, 3Propandiol, 1, 2 ethane diol, trimethylolpropane or mixtures thereof.
  • MCDEA 4,4'-methylenebis (3-chloro-2,6-diethylanilines)
  • MOCA 4,4'-methylenebis (2-chloroanilines)
  • press and suction press rolls are known to the person skilled in the art.
  • rolls usually have a roll core of a metal such as steel or of a fiber composite, which is provided with a single or multi-layer roll cover.
  • the latter has an outermost layer, which is also referred to as a functional layer and for which the inventive measures are applicable.
  • the connection between the roll core and the roll cover is usually made by a so-called base layer or primer layer. Between this and the functional layer further intermediate layers may be provided.
  • a fixed suction box may furthermore be present in the interior of the roll around which the roll shell rotates in a known manner.
  • the invention is suitable for use on press and suction press rolls with roller covers, which has a functional layer with common hardness and more common Surface roughness, as they are commonly used in paper, board or tissue machines use.
  • the functional layer of the press or suction press roll can be produced, as known to those skilled in the art, for example by a rotational casting process by applying polymer from a nozzle movable along the longitudinal axis of the roll core or roll shell to be coated with uniform rotation of the roll core or shell. After curing, the desired surface structures such as grooves, blind holes, suction holes or combinations thereof are attached and adjusted by grinding the desired surface roughness of about 0.2 to 7.2 Ra.
  • a polyurethane is used according to the invention, which consists of a mixture of a prepolymer, a curing agent and / or a crosslinking agent with the addition of an additive for modification.
  • the prepolymer is prepared from a polyol such as polyether, polyester, polycarbonate or polycaprolactone and a curing agent such as an aromatic and aliphatic diisocyanate.
  • a polyol such as polyether, polyester, polycarbonate or polycaprolactone
  • a curing agent such as an aromatic and aliphatic diisocyanate.
  • aromatic hardener for example, diphenylmethane diisocyanate or toluene diisocyanate is suitable, while as aliphatic hardener, as e.g. Hexamethylene diisocyanate offers.
  • Suitable chain extenders or crosslinkers are diamines such as 4,4'-methylene-bis (3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA) or 4,4'-methylene bis (2-chloroaniline) (MOCA) and short-chain Diols such as 1, 4 butanediol, 1, 2 ethanediol, 1, 3 propanediol or trifunctional products such as trimethylolpropane.
  • diamines such as 4,4'-methylene-bis (3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA) or 4,4'-methylene bis (2-chloroaniline) (MOCA)
  • short-chain Diols such as 1, 4 butanediol, 1, 2 ethanediol, 1, 3 propanediol or trifunctional products such as trimethylolpropane.
  • Suitable additives for the modification of the polyurethane are various substance classes in various states of aggregation such as, for example, perfluoropolyethers (trade name eg polysec c, liquid), polytetrafluoroethylene (PTFE, trade name, eg Osixo, powdery), polyethylene (trade name eg Inhance UH-1250, particulate) or bifunctional perfluoropolyether (trade name eg Fluorolink, liquid).
  • perfluoropolyethers trade name eg polysec c, liquid
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • polyethylene trade name eg Inhance UH-1250, particulate
  • bifunctional perfluoropolyether trade name eg Fluorolink, liquid
  • additives 1 to 20% by weight may be added to obtain a modification of the polyurethane in the desired manner. Since the surface energy decreases with increasing additive content, the highest possible additive content is desirable. A limit is set only by the cost of the additive, which are experience very high. In addition to the reduction of the surface energy and the resulting reduced soil and water adhesion, it was surprisingly also possible to observe an improved resistance to hydrolysis and chemical resistance as well as an improvement in the mechanical properties of roll covers designed according to the invention.

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Abstract

Eine Walze für eine Pressenpartie einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton-oder Tissuemaschine, umfasst einen Walzenkörper oder Walzenmantel und einen auf dem Walzenkörper oder Walzenmantel angeordneten Walzenbezug, der zumindest eine Funktionsschicht aufweist, die geeignet ist,mit der Faserstoffbahn oder einer Papiermaschinenbespannung in Kontakt zu treten. Die Funktionsschicht besteht aus einem Polymer, welches eine Mischung aus zumindest einem Präpolymer, einem Härter, einem Vernetzungsmittel und einem Additiv ist.

Description

PRESSWALZE MIT WALZENBEZUG AUS POLYURETHAN
Die Erfindung betrifft eine Walze insbesondere zur Verwendung in einer bahnverarbeitenden und/oder -veredelnden Maschine wie einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 .
In den o.g. Maschinen werden in der Pressenpartie gewöhnlich Presswalzen oder Saugpresswalzen eingesetzt, welche nach einer Erstentwässerung in der Formierpartie weitere Flüssigkeit aus der Faserstoffbahn insbesondere durch mechanischen Druck und/oder durch Absaugung entziehen.
Die eingesetzten Presswalzen oder Saugpresswalzen sind häufig mit Polyurethan beschichtet. Die Entwässerungskapazität des Press- oder Saugpresswalzenbezugs hängt dabei hauptsächlich vom Oberflächendesign des Walzenbezugs ab. Gewöhnlich sind Muster aus Blindbohrungen und Rillen vorhanden, welche ein offenes Volumen zur Verfügung stellen, in welches das aus der Faserstoffbahn ausgepresste Wasser ausweichen kann.
Im Fall von Saugpresswalzen sind gewöhnlich zusätzlich noch Saugbohrungen vorhanden, welche den Walzenmantel durchgreifen. Durch die Saugbohrungen wird beispielsweise mittels eines in einem Innenvolumen der Walze angeordneten Saugkastens Wasser aus der Faserstoffbahn abgesaugt.
Eine Presswalze gemäß dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der WO201 1/015386 bekannt, wo eine Kombination eines Pressfilzes mit einem Presswalzenbezug und/oder einem Saugwalzenbezug für eine Papiermaschine beschrieben ist. Der Presswalzenbezug ist mit einer Umfangsrillenoberflächenstruktur versehen, wobei der Anteil einer offenen Oberfläche an der Gesamtoberfläche des Presswalzenbezugs im Bereich von 20 % bis 50 % liegt. Weiter ist eine Saugpresswalze beschrieben, die zusätzlich zu der Umfangsrillenoberflächenstruktur mit einer Lochanordnung mit einer Mehrzahl von den Saugwalzenbezug vollständig durchsetzenden Sauglöchern versehen ist, wobei der Anteil einer offenen Oberfläche an der Gesamtoberfläche des Saugwalzenbezugs im Bereich von 30 % bis 50 % liegt. Weiterhin können für beide Walzenformen zusätzliche Lochanordnungen in Form von Blindbohrungen vorgesehen sein. Die Form, Größe und Anordnung der Oberflächenformen ist maßgeblich an der Qualität des Endproduktes beteiligt. Eine falsche Wahl der offenen Fläche kann zu Instabilität des Walzenbezugs sowie zu hydraulischen oder mechanischen Markierungen führen. Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Press- und Saugpresswalzenbezügen ist insbesondere, dass sie durch langen Gebrauch verschmutzen, wodurch die Oberflächenformen durch in der Fasersuspension vorhandene Füllstoffe, Faseragglomerate und Harzverunreinigungen zugesetzt werden und nicht mehr als offenes Volumen für die Entwässerung der Papierbahn zur Verfügung stehen. In der Folge sinkt die Gesamtentwässerung. Weiters können unerwünschte Schwankungen im Feuchtequerprofil durch ungleichmäßige Verschmutzung auftreten.
Mechanische Reinigungsvorrichtungen liefern als Abhilfe nur unzureichende Ergebnisse zur Konditionierung von Walzenbezügen, da beispielsweise durch Schaber und Bürsten die Bohrungen nicht gereinigt werden können, während die Behandlung der Walze mit Waschlösungen zum Eintrag von unerwünschten Stoffen in die Faserstoffbahn und zum Rewetting derselben führen können. Aufgabe der Erfindung ist es somit, die bekannten Press- oder Saugpresswalzenbezüge so weiterzubilden, dass die oben genannten Nachteile vermieden werden können.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Funktionsschicht aus einem Polymer besteht, welches eine Mischung aus zumindest einem Präpolymer, zumindest einem Härter und/oder zumindest einem Vernetzungsmittel und zumindest einem Additiv ist. Dem Polymer, welches den Walzenbezug bildet, wird also ein Additiv beigemischt wird, welches die Oberflächenenergie des Walzenbezuges senkt, wodurch Wasser und Schmutz nicht an der Oberfläche des Walzenbezugs sowie in den Oberflächenformen haften bleiben, sondern rasch abtransportiert werden. Dies führt zu einer höheren Entwässerungseffizienz der Presswalze und somit auch der Papiermaschine. Schwankungen im Feuchtequerprofil können vermieden oder zumindest reduziert werden, was die Qualität des Endproduktes steigert.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass auch die Hydrolysebeständigkeit, die chemische Beständigkeit und die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Funktionsschicht durch das beschriebene Polymer signifikant verbessert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten und weiterführende Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Vorzugsweise kann das Additiv ausgewählt sein aus: Perfluoropolyether, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Perfluorpolyether oder Mischungen daraus.
Bevorzugt beträgt die Beimengung des Additivs zwischen 1 und 20 Gewichts-%. Je höher der Gehalt an Additiv, desto weiter kann die Oberflächenenergie gesenkt werden.
Vorteilhafterweise kann das Präpolymer eine Mischung aus einem Polyol und einem Diisocyanat sein. Bevorzugt kann das Polyol ausgewählt sein aus: Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polycaprolactone. Das Diisocyanat kann ein aromatisches oder ein aliphatisches Diisocyanat oder eine Mischung daraus sein. Das aromatische Diisocyanat kann ausgewählt sein aus: Diphenylmethandiisocyanat, Toluoldiisocyanat oder eine Mischung daraus. Das aliphatische Diisocyanat kann Hexamethylendiisocyanat sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Härter und/oder das Vernetzungsmittel ein Diamin, ein Diol oder eine Mischung daraus sein.
Bevorzugt kann der Härter und/oder das Vernetzungsmittel ausgewählt sein aus 4,4'- Methylene-bis-(3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA), 4,4'-Methylenebis(2- chloroaniline) (MOCA), 1 ,4 Butandiol, 1 ,3Propandiol, 1 ,2 Ethandiol, Trimethylolpropan oder Mischungen daraus.
Im Folgenden wird die Erfindung näher erläutert.
Auf eine ausführliche Beschreibung des Walzenaufbaus kann an dieser Stelle verzichtet werden, da Press- und Saugpresswalzen dem Fachmann bekannt sind. Generell weisen derartige Walzen gewöhnlich einen Walzenkern aus einem Metall wie Stahl oder auch aus einem Faserverbundwerkstoff auf, welcher mit einem ein- oder mehrschichtigen Walzenbezug versehen wird. Letzterer weist eine äußerste Schicht auf, welche auch als Funktionsschicht bezeichnet wird und für welche die erfindungsgemäßen Maßnahmen anwendbar sind. Die Verbindung zwischen dem Walzenkern und dem Walzenbezug wird gewöhnlich durch einen sogenannten Baselayer oder Haftvermittlungsschicht hergestellt. Zwischen diesem und der Funktionsschicht können weitere Zwischenschichten vorgesehen sein.
Handelt es sich um eine besaugte Presswalze, kann weiterhin in bekannter Weise ein feststehender Saugkasten im Inneren der Walze vorhanden sein, um welchen der Walzenmantel rotiert.
Die Erfindung ist für die Anwendung auf Press- und Saugpresswalzen mit Walzenbezügen geeignet, die eine Funktionsschicht mit gängiger Härte und gängiger Oberflächenrauigkeit aufweisen, wie sie üblicherweise in Papier-, Karton- oder Tissuemaschinen Verwendung finden.
Die Funktionsschicht der Press- oder Saugpresswalze kann dabei wie dem Fachmann bekannt beispielsweise durch ein Rotationsgussverfahren hergestellt werden, indem Polymer aus einer entlang der Längsachse des zu beschichtenden Walzenkerns oder Walzenmantels verfahrbaren Düse unter gleichmäßiger Rotation des Walzenkerns oder -mantels aufgetragen wird. Nach Aushärtung werden die gewünschten Oberflächenstrukturen wie Rillen, Blindbohrungen, Saugbohrungen oder Kombinationen daraus angebracht sowie durch Schleifen die gewünschte Oberflächenrauhigkeit von ca. 0,2 bis 7,2 Ra eingestellt.
Als Polymer für die Funktionsschicht des Walzenbezugs wird erfindungsgemäß ein Polyurethan verwendet, welches als Mischung aus einem Präpolymer, einem Härter und/oder einem Vernetzungsmittel unter Beigabe eines Additivs zur Modifikation besteht.
Das Präpolymer wird dabei aus einem Polyol wie beispielsweise Polyether, Polyester, Polycarbonat oder Polycaprolacton und einem Härter wie einem aromatischen und aliphatischen Diisocyanat hergestellt. Als aromatischer Härter kommt beispielsweise Diphenylmethandiisocyanat oder Toluoldiisocyanat in Frage, während als sich als aliphatischer Härter z.B. Hexamethylendiisocyanat anbietet.
Als Kettenverlängerer bzw. -vernetzer eignen sich Diamine wie 4,4'-Methylene-bis-(3- chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA) oder 4,4'-Methylenebis(2-chloroaniline) (MOCA) sowie kurzkettige Diole wie 1 ,4 Butandiol, 1 ,2 Ethandiol, 1 ,3 Propandiol oder trifunktionelle Produkte wie Trimethylolpropan.
Als Additive zur Modifikation des Polyurethans eignen sich diverse Stoffklassen in verschiedenen Aggregatzuständen wie beispielsweise Perfluoropolyether (Handelsname z.B. Polysec c, flüssig), Polytetrafluorethylen (PTFE; Handelsname z.B. Osixo, pulverförmig), Polyethylen (Handelsname z.B. Inhance UH-1250, partikelförmig) oder bifunktioneller Perfluorpolyether (Handelsname z.B. Fluorolink, flüssig).
Von diesen Additiven können 1 bis 20 Gewichts-% zugegeben werden, um eine Modifizierung des Polyurethans in der gewünschten Weise zu erhalten. Da die Oberflächenenergie mit steigendem Additivgehalt sinkt, ist ein möglichst hoher Additivgehalt wünschenswert. Eine Grenze ist dabei lediglich durch die Kosten des Additivs gesetzt, welche erfahrungsgemäß sehr hoch sind. Neben der Senkung der Oberflächenenergie und der daraus resultierenden reduzierten Schmutz- und Wasseranhaftung konnte überraschenderweise auch eine verbesserte Hydrolysebeständigkeit und chemische Beständigkeit sowie eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften an erfindungsgemäß ausgeführten Walzenbezügen beobachtet werden.

Claims

Patentansprüche 1 . Walze für eine Pressenpartie einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, umfassend einen Walzenkörper oder Walzenmantel und einen auf dem Walzenkörper oder Walzenmantel angeordneten Walzenbezug, der zumindest eine Funktionsschicht aufweist, die geeignet ist, mit der Faserstoffbahn oder einer Papiermaschinenbespannung in Kontakt zu treten, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus einem Polymer besteht, welches eine Mischung aus zumindest einem Präpolymer, zumindest einem Härter und/oder zumindest einem Vernetzungsmittel und zumindest einem Additiv ist.
2. Walze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv ausgewählt ist aus: Perfluoropolyether, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Perfluorpolyether oder Mischungen daraus.
3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugesetzten Additivs 1 bis 20 Gewichts-% beträgt.
4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Präpolymer eine Mischung aus einem Polyol und einem Diisocyanat ist.
5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyol ausgewählt ist aus: Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polycaprolactone.
6. Walze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Diisocyanat ein aromatisches oder ein aliphatisches Diisocyanat oder eine Mischung daraus ist.
7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aromatische Diisocyanat ausgewählt ist aus: Diphenylnnethandiisocyanat, Toluoldiisocyanat oder eine Mischung daraus, und dass das aliphatische Diisocyanat Hexamethylendiisocyanat ist.
8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Härter und/oder das Vernetzungsmittel ein Diamin, ein Diol oder eine Mischung daraus ist.
9. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter und/oder das Vernetzungsmittel ausgewählt ist aus 4,4'-Methylene-bis-(3-chloro-2,6- diethylaniline) (MCDEA), 4,4'-Methylenebis(2-chloroaniline) (MOCA), 1 ,4 Butandiol, 1 ,3Propandiol, 1 ,2 Ethandiol, Trimethylolpropan oder Mischungen daraus.
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