FI104745B - Menetelmä ja sovitelma paperin ja kartongin kalanteroimiseksi - Google Patents

Description

5 104745

Menetelmä ja sovitelma paperin ja kartongin kalanteroimi-seksi . Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä paperin ja kartongin kalanteroimiseksi valmistettaessa päällystettyjä paperi- tai kartonkilaatuja.

10 Keksinnön kohteena on myös menetelmän soveltamiseen tarkoitettu sovitelma.

Paperia ja kartonkia kalanteroidaan sen painatusominaisuuk-sien parantamiseksi. Kalanterointi parantaa pinnan sileyttä 15 ja kiiltoa, minkä lisäksi kalanterointi vaikuttaa materiaalin paksuuteen ja huikkiin (cm3/g) . Muut kuin pintaan kohdistuvat muutokset eivät tavallisesti ole haluttuja, koska materiaalipaksuuden ei haluta muuttuvan. Väistämättä tapahtuva huikin muutos on sovitettava haluttuun pinnan laatuun 20 siten, että saadaan toivottu pinnan laatu ja bulkki sekä materiaalin loppupaksuus. Kalanterointi voidaan tehdä päällystämättömälle materiaalille ennen päällystystä, päällystyksen jälkeen tai useissa vaiheissa. Erilaisia kalante-rointimenetelmiä ja laitteita on monen tyyppisiä, joista 25 mainittakoon konekalanterit, softkalanterit ja superkalan-terit sekä uusimpana kalanterityyppinä kenkäkalanterit ja hihnakalanterit. Jokaisella kalanterityypillä on oman tyyppinen vaikutuksensa valmistettavan materiaalin laatuun ja oma tyypillinen sovellusalueensa. Eri kalanterityypit ja 30 niiden käyttö ovat hyvin tunnettuja paperin ja kartongin valmistuksessa.

^ I “ V · '

Eurooppalaisessa patentissa o 370 185 on kuvattu tyypilli-, nen kenkäkalanteri, joka koostuu vastatelasta ja kaarevasta

35 kenkämäisestä vasteesta, joka on muotoiltu ympäröimään osaa I

telan pinnasta. Kengän ympäri kiertää päättymätön hihna, joka sovitetaan liikkumaan käsiteltävän materiaalin kanssa • 104745 samalla nopeudella. Kalanteroitava materiaali kulkee hihnan ja vastatelan välissä ja kiillottuu vastatelan pintaa vasten. Vastatela on kuumennettava ja pinnan muodonmuutokset tapahtuvat kengän ja vastatelan puristuspaineen ja lämmön 5 vaikutuksesta. Kiillotustulokseen vaikuttaa luonnollisesti myös radan kosteus. Kenkäkalanterilla on monia etuja, kuten esimerkiksi se, että pidemmän viipymäajan ansiosta voidaan käyttää alhaisempaa puristuspainetta ja mahdollisesti lämpötilaa kuin telakalantereissa ja päästä samankaltaiseen 10 lopputulokseen. Alhaisemman nippipaineen ansiosta kalante- roitavan radan kokoonpuristuminen on vähäisempää ja näin voidan säilyttää suurempi osa radan alkuperäisestä jäykkyydestä eli huikista.

15 Kenkäkalanterilla saavutetaan tavallisesti parempi kiilto kuin vastaavalla softkalanterilla.

Saksalaisessa hakemusjulkaisussa DE 43 22 876 on kuvattu kenkäkalanteri, jossa kengän leveys ja siten kiillotusalu-20 een pituus on lyhyempi kuin edellä mainitussa ratkaisussa.

Tässä kalanterissa samaa vastatelaa vasten voidaan sovittaa kaksi kalanterointinippiä ja kenkää ympäröivä hihna on telavaipan kaltainen. Julkaisussa DE 44 10 129 on kuvattu kenkäkalanteri, jossa kenkä on jaettu käsiteltävän radan 25 liikesuunnassa kahteen vyöhykkeeseen, joiden puristusvoimaa vastatelaa vasten voidaan säätää toisistaan riippumatta.

Kenkäkalantereita läheisesti muistuttavat hihnakalanterit, joissa kalanterivyöhyke muodostetaan telan ja sitä vasten 30 toisen telan avulla painettavan hihnan avulla. Hihna voi olla paksuussuunnassaan joustava, jolloin vastatelan ja hihnan välille saadaan aikaan hihnan ominaisuuksien ja käytettyjen kalanteritelojen geometrioiden ja kuormitusvoimien määrittämä painekäsittelyvyöhyke. Hihnakalanteriksi kutsu-35 taan myös kalanteria, jossa on hyvin lyhyt puristinkenkä, jolloin nipin pituus vastaa lähes kahden telan avulla muo- m 9 3 104745 dostettua nippiä.

^ Pitkänippi-, hihna- ja softkalanterit soveltuvat hyvin kartongin kalanterointiin. Julkaisussa WO 96/28609 on ku-' 5 vattu päällystetty pakkauskartonki, jonka valmistuksessa on käytetty pidennettyä pehmeää kalanterinippiä. Kartonki kalanteroidaan päällystyksen jälkeen. Kalanteroinnin avulla saadaan aikaan riittävän hyvä painopinta ja pidennetyn nipin ansiosta kalanteroidessa voidaan käyttää alhaisempaa 10 painetta, jolloin tiheyden ja pintapainon pieneneminen on vähäisempää. Tämä on erityisen edullista pakkauskartonkia valmistettaessa, koska kevyemmällä kartongilla saavutetaan suurempi taivutuslujuus. Käytettävän kalanterin pidennetyn ~ nipin pituudeksi on ilmoitettu 30 - 100 mm, edullisesti 60 15 - 70 mm. Siten kyseessä on kuitenkin vielä varsin lyhytnip- pinen kalanteri. Käytettyä ratanopeutta ja viipymäaikaa ei ole ilmoitettu.

Julkaisussa W0 97/44524 on kuvattu menetelmä LWC-paperin I

20 valmistamiseksi. Tästä julkaisusta käy ilmi käsittelylämpö- “ tilan huomattava vaikutus valmistettavan paperin ominai- : suuksiin. Julkaisun mukaan päällystetty paperi kalanteroi- z daan softkalanterilla ja paperin lämpötila pidetään lignii- ΐ nin pehmenemislämpötilaa alhaisemmassa lämpötilassa. Jul- ” 25 kaisun mukaan menetelmällä saavutetaan huomattavasti parem- “ pi kiilto kuin aiemmin tunnetuilla softkalanterointi-menetelmillä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä 30 esi- ja loppukalanteroidun päällystetyn paperin tai karton- ” ' I. gin valmistamiseksi.

* ... Keksintö perustuu siihen, että käsiteltävä materiaali kalanteroidaan ensin pitkänippikalanterilla ja päällystyksen Γ 35 jälkeen kalenterilla, jonka nipin pituus on lyhyt. “ 4 104745 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

5 Keksinnön mukaiselle sovitelmalle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

10

Kasvikuiduista muodostuva paperi ja kartonki käyttäytyvät kalanteroidessa eri tavoin päällystämättömänä ja päällystettynä. Lisäksi kalanterointitapahtumaan vaikuttaa oleellisesti materiaalin kosteus, minkä takia kalanterointiin 15 liittyy tavallisesti käsiteltävän materiaalin kosteuden säätö. Keksinnön avulla voidaan hyödyntää näitä materiaaliominaisuuksia ja saada aikaan painatusominaisuuksiltaan ja lujuudeltaan aikaisempaa parempaa paperia ja erityisesti kartonkia. Kartongilla ja myös paksuimmilla paperilaaduilla 20 tiheyden muutos kalanteroidessa vaikuttaa oleellisesti materiaalin lujuusominaisuuksiin edellä kuvatulla tavalla, joten näitä materiaaleja valmistettaessa on erityisen edullista pystyä hallitsemaan kalanterointiprosessia valmistuksen eri vaiheissa materiaalin ominaisuuksien mukaan.

25

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin seuraavan yksityiskohtaisen selityksen avulla.

Seuraavassa selitetään keksinnön mukaista ratkaisua karton-30 gin valmistuksen yhteydessä, mihin tämä keksintö erityisen hyvin soveltuukin. Keksintöä voidaan soveltaa myös vastaavan kaltaiseen paperiradan käsittelyyn.

Kalanteroidessa prosessin vaatimukset vaihtelevat sen mu-35 kaan, onko käsiteltävä rata päällystetty vai käsitelläänkö päällystämätöntä materiaalia. Tämä johtuu materiaalin muo- 5 104745 dostavien kuitujen (yleensä puuperäisten kuitujen) ja päällysteen erilaisesta käyttäytymisestä niihin kalanteroidessa kohdistuvan termomekaanisen rasituksen vaikutuksesta. Niinpä kalenterille ja prosessille asetetaan erilaisia vaati-' 5 muksia radan eri käsittelyvaiheissa ja esikalanteroinnissa on edullista käyttää erilaista kalanterointitapaa kuin päällystyksen jälkeisessä loppukalanteroinnissa. Päällystämätön kartonki sisältää pääasiassa puun tai muu kuituraaka-aineen sisältämiä raaka-aineita, kuten selluloosaa, helo miselluloosaa ja ligniiniä. Nämä ovat rakenteeltaan poly- j meerejä, joiden lasisiirtymälämpötilat ovat huomattavasti korkeampia kuin päällysteen sisältämien polymeerien. Toisaalta pohjakartonki koostuu ristikkäisistä kuiduista, jotka eivät pääse juurikaan siirtymään toistensa suhteen, 15 kun taas päällyste koostuu sideaineista ja pienistä partikkeleista, jotka pääsevät liikkumaan kuituihin verrattuna suhteellisen helposti toistensa suhteen ja pohjakartongin päällä. Päällystämätön kartonki tarvitsee siten pidemmän käsittelyäjän ja voimakkaamman termomekaanisen rasituksen 20 ennen kuin kuiduissa saadaan aikaan pysyviä muodonmuutoksia. Päällystekerros taas pääsee siirtymään kuituihin verrattuna suhteellisen helposti pohjakartongin pinnalla, joten päällystetyn kartongin pintaa voidaan muokata lyhyem- ~r pää käsittelyaikaa käyttäen.

25 • · · -

Keksinnön mukaisessa päällystetyn kartongin tai paperin Ξ

valmistusprosessissa suoritetaan rainan viimeistely kalan-teroimalla ainakin siten, että ennen päällystystä tapahtuva kalanterointi, ns. esikalanterointi tapahtuu pitkänippikalan- I

30 terissä, jossa rata johdetaan hihnan ja vastatelan muodos-p l. tamaan puristusvyöhykkeeseen, jossa radan muodostaviin r kuituihin kohdistetaan käsittely, jonka aikana käsittely- 2

vyöhykkeen paine kohoaa korkeintaan 15 MPa:han ja radan T

pintaosan lämpötila vähintään selluloosakuitujen lasisiir- = 35 tymälämpötilaan. - 6 104745 Käsittelyvyöhykkeen maksimipaine pidetään alueella 0...15 MPa, edullisimmin kuitenkin alueella 4...12 MPa. Raina johdetaan käsittelyvyöhykkeelle sellaisessa kosteus- ja lämpötilassa, jossa ainakin sen pintaosan muodostavan mate-5 riaalin lasisiirtymälämpötila on saavutettu ja radan muok-kautuvuus on näin ollen hyvä. Lasisiirtymälämpötila voidaan saavuttaa joko siten, että raina saatetaan kalanterointiti-laan esikäsittelyn, kuten esimerkiksi höyrytyksen ja/tai vesikostutuksen avulla tai kalanterointivyöhykkeen olosuh-10 teet säädetään sellaisiksi, että rainan muokkautumisedelly-tykset saavutetaan kalanterointivyöhykkeellä. Tällöin voidaan käyttää esimerkiksi esikostutuksen ja lämmitetyn vas-tatelan yhdistelmää.

15 Kalanterointivyöhykkeelle on siis pääasiallisesti tunnusomaista, että se muodostuu hihnan ja hihnaa vastapäätä sijaitsevan kalanteroinin vastinpinnan välille ja että kalanterointivyöhykkeen sisällä vaikuttaa rainaan kohdistuva paine, jonka suuruus vaihtelee välillä 0....15 MPa.

20 Painealueen alaraja saavutetaan esimerkiksi siten, että kalanterointivyöhyke muodostuu ainakin kahden hihnanoh-jauselimen avulla jännitetyn hihnan ja vastinpinnan välille ja yläraja esimerkiksi ns. kenkäkalanteriteknologialla.

Lisäksi kalanterointivyöhykkeelle on tunnusomaista, että 25 radan viipymäaika kalanterointivyöhykkeellä on ainakin 3 ms kuitenkin korkeintaan 40 ms, joka vastaa ratanopeuksilla 400.. ..1000 m/min kalanterointivyöhykkeen pituuksia 50.. .270 mm.

30 Näin esikalanteroidulle radalle on puolestaan ominaista pinnan hyvä sileys ja samanaikaisesti radan taivutusjäyk- "» kyyden säilyminen lähes alkuperäisenä. Radan pinnan ollessa ennen päällystysvaihetta sileä ja tiivistetty voidaan * oleellisesti vähentää käytettävän päällysteen määrää tai 35 vastaavasti nostaa lopputuotteen painettavuutta, jopa julkaisussa WO 96/28609 esitettyä korkeammalle tasolle • 104745 7 menettämättä rainan taivutusjäykkyyttä eli "bulkkisuutta".

Pitkänippikalanterilla viipymäaika nipissä (nippiaika) voidaan optimoida muuttamatta muita prosessiolosuhteita.

* 5 Tässä pitkänippikalanterilla tarkoitetaan laitetta, jossa nipin pituus on yli 50 mm. Nipin pituudella tarkoitetaan sitä matkaa, jolla käsiteltävään rataan kohdistetaan puris-tusvaikutus. Nippipaine voi vaihdella nipin pituudella esimerkiksi siten, että nippi on jaettu esimerkiksi jaka-10 maila paininkenkä radan kulkusuunnassa sektoreihin, joiden puristuspainetta vastintelaa kohti voidaan säätää itsenäisesti. Tällaisen rakenteen avulla voidaan muuttaa portaittain myös nipin pituutta poistamalla reunimmaisten sektoreiden puristuspaine. Nipin pituus valitaan halutun kalan-15 terointivaikutuksen mukaan. Tämän keksinnön mukaisessa ratkaisussa päällystämätön paperi- tai kartonkirata käsitellään kalenterilla, jonka nipin pituus on 50 - 270 mm.

Tällöin kartongin valmistuksessa yleisillä 800 - 1000 m/min nopeuksilla nippiajaksi saadaan 3 - 20 ms. - 20

Toisaalta hihnakalantereilla on havaittu huomattavasti suurempia pinnan suuntaisia voimia kuin esim. softkalante-reilla. Siten niillä saadaan aikaan edullinen laatuvaikutus erityisesti päällystettyä kartonkia ja vastaavia tuotteita 25 valmistettaessa, jolloin loppukalanteroinnin aikana pyri- T

tään siirtämään päällystemateriaalia pohjaradan pinnalla ja suuntaamaan päällysteainepartikkeleita. Tällainen suuntaa- [ misvaikutus saadaan aikaan vastatelan tukemalla hihnakalan-terilla tai kenkäkalanterilla, jossa on hyvin lyhyt kenkä.

30 Kengän pituuden ei tulisi ylittää 50 mm. ^ ! Y : • ( • f f

Kalanterointitulokseen voidaan vaikuttaa myös vastatelan • materiaalin avulla, eli käyttämällä pehmeää tai kovaa vas- tatelaa. Vastatelan materiaali valitaan nipin tyypin, hih- - 35 namateriaalin ja valmistettavan tuotteen asettamien vaatimusten mukaan. Keksintöä voidaan soveltaa sekä on- että 8 104745 off-line koneissa.

Tavallisesti kartonki ja paperi päällystetään samalla tavoin molemmilta puolilta, mutta esimerkiksi pakkauskarton-5 kia valmistettaessa voi olla tarpeen päällystää vain radan toinen puoli tai valmistaa radan eri puolille erilainen päällyste. Tällöin kalanterointikin voidaan tehdä eri tavoin radan eri puolille. Tavallisesti kalanteroinnissa käytetään kuumennettavia teloja termomekaanisen vaikutuksen 10 aikaan saamiseksi, mutta joissain tapauksissa voidaan käyttää myös kylmiä teloja ainakin radan toisen puolen käsittelyyn. Yksi kenkäkalanterin etu on se, että raina voidaan johtaa varsin märkänä kalenterille. Tästä on etua erityisesti on-line koneissa.

15 • < : « · *

Claims (13)

104745

1. Menetelmä paperin ja kartongin kalanteroimiseksi valmistettaessa päällystettyjä paperi- tai kartonkilaatuja, jossa 5 menetelmässä: - kalanteroidaan ainakin toinen päällystämättömän pohjamateriaaliradan pinta, 10. päällystetään ainakin pohjaradan kalanterointu pinta ainakin yhdellä päällystekerroksella, ja - kalanteroidaan ainakin pohjaradan päällystetty ~ pinta, 15 tunnettu sitä, että - kalanteroidaan pohjaradan päällystämätön pinta kenkäkalanterilla, jonka nipin pituus on ainakin 20 50 mm, ja - kalanteroidaan pohjaradan päällystetty pinta kalenterilla, jonka nipin pituus on korkeintaan 50 mm. '. 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että kalanteroidaan pohjaradan päällystämätön i; pinta kenkäkalanterilla, jonka nipin pituus on 50 - 270 mm.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- r : t u siitä, että kalanteroidaan pohjaradan päällystetty pinta hihnakalanterilla, jossa nippi on muodostettu kahden il ' telan väliin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että kalanteroidaan pohjaradan päällystetty 104745 pinta hihnakalanterilla, jossa nippi on muodostettu lyhyen kengän avulla.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene-5 telmä, tunnettu siitä, että kalanteroidaan pohja-radan päällystämätön pinta kenkäkalanterilla, jonka kenkä on jaettu radan kulkusuunnassa sektoreihin, joiden puris-tuspainetta voidaan itsenäisesti säätää.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että käsittelyvyöhykkeen maksimipaine on 0 - 15 Mpa, edullisimmin 4-12 Mpa.

7. Patenttivaatimuksen 1 tai 6 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että rata johdetaan ensimmäiselle kalanterille tilassa, jossa ainakin sen pinnan kuitujen lasisiirtymälämpötila on saavutettu.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnet-20 t u siitä, että saatetaan rata lasisiirtymälämpötilaan esikostutuksen, esihöyrytyksen tai kalanterivyöhykkeen olosuhteiden, kuten vastatelan lämpötilan ja esikostutuksen avulla. y 25 9. Sovitelma paperin ja kartongin kalanteroimiseksi valmis tettaessa päällystettyjä paperi- tai kartonkilaatuja, joka sovitelma käsittää - ainakin yhden ensimmäisen kalanterin ainakin -I ' 30 toisen päällystämättömän pohjamateriaaliradan pin- t : nan käsittelemiseksi, • · i - laitteet ainakin pohjaradan kalanteroidun pinnan * käsittelemiseksi ainakin yhdellä päällystekerrok- 35 sella, ja 104745 - ainakin yhden toisen kalanterin ainakin pohjara-dan päällystetyn pinnan käsittelemiseksi, tunnettu sitä, että ; 5 - ensimmäinen kalanteri on kenkäkalanteri, jonka nipin pituus on ainakin 50 mm, ja - toinen kalanteri on kalanteri, jonka nipin pi- 10 tuus on korkeintaan 50 mm.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sovitelma, tunnet-t u siitä, että ensimmäinen kalanteri on kenkäkalanteri, jonka nipin pituus on 50 - 270 mm. 15

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sovitelma, tunnet-t u siitä, että toinen kalanteri on hihnakalanteri, jossa nippi on muodostettu kahden telan väliin.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sovitelma, tunnet- t u siitä, että toinen kalanteri on hihnakalanteri, jossa nippi on muodostettu lyhyen kengän avulla.

13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 9-12 mukai- : ·.' 25 nen sovitelma, tunnettu siitä, että ensimmäinen kalanteri on kenkäkalanteri, jonka kenkä on jaettu radan kulkusuunnassa sektoreihin, joiden puristuspainetta voidaan itsenäisesti säätää. ψ . " • · 12 104745