FI110957B - Menetelmä ja sovitelma monikerrospäällystyksen tekemiseksi - Google Patents

Description

, 110957

Menetelmä ja sovitelma monikerr(«päällystyksen tekemiseksi

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä monikerrospäällystyksen tekemiseksi paperin pinnalle.

5 Hienopaperiksi kutsutaan tavallisesti tuotteita, joissa pohjaraina sisältää vain kemiallista massaa tai korkeintaan 30% mekaanista massaa. Paperin pintaa käsitellään eri tavoin painatusominaisuuksien parantamiseksi. Tärkeimmät käsittelymenetelmät ovat kalanterointi ja päällystys. Tasaisin ja useimmiten parhaan painojäljen muodostava pinta saadaan aikaan tekemällä ainakin päällimmäinen kerros teräpäällystimellä.

10 Teräpäällystyksessä paperirainan pinnalle levitetty päällystekerros tasoitetaan kaavinterällä kaapimalla. Hienopaperin valmistuksessa käytetään monikerrospäällystystä ja teräpäällystysmenetelmiä, joissa päällyste levitetään telalla, lyhytviipymälaitteella tai suutinapplikaattorilla. Päällyste levitetään vesiseoksena rainan kummallekin pinnalle eri vaiheissa. Jokainen levitetty kerros on kuivattava ennen 15 seuraavan kerroksen levittämistä. Kim rainan pinnalle tehdään useita päällystekerroksia ja jokainen kerros tehdään erikseen, kuivausvaiheita tulee useita, kolmikerrospäällystyksessä kuusi. Moninkertaisten päällystys- ja kuivausvaiheiden takia koneen päällystysosasta tulee pitkä ja kallis. Sen lisäksi, että koneen investointikustannukset ovat suuret, päällysteen kuivatus kuluttaa runsaasti energiaa, 20 mikä lisää oleellisesti valmistuskustannuksia.

Hienopaperin valmistuksessa teräpäällystystä on pidetty ainakin päällimmäisen kerroksen valmistuksessa ainoana tapana tehdä riittävän laadukas painopinta. Teräpäällystys rasittaa kuitenkin voimakkaasti rainaa ja saattaa aiheuttaa katkoja valmistusprosessiin. Katkojen lisäksi teräpäällystyksessä voi esiintyä virheitä, jotka 25 heikentävät paperin laatua. Erityisesti on-line kalantereita ja varsinkin .. moninippikalantereita käytettäessä päällystevirheet voivat vaurioittaa kalenterin teloja.

Päällysteeseen voi syntyä leveitä vanoja tai kapeita linjoja, joiden kohdalla on yleensä enemmän päällystettä kuin viereisillä alueilla, harvemmin vähemmän. Paperiin voi syntyä myös päällysteikkunoita, eli pohjapaperissa olevat aukot täyttyvät päällysteellä.

30 Kaikki nämä virheet haittaavat kalanterointia. Jos päällyste ehtii kuivua vain osittain, se tarttuu helposti kalenterin telojen pintaan ja aiheuttaa jatkossa paperin merkkaantumista.

2 110957

Telat saattavat myös vaurioitua käyttökelvottomiksi ja ainakin niiden puhdistustanne kasvaa. Koska on-line kalanterin telojen vaihtamiseksi on pysäytettävä koko valmistuslinja, teräpäällystysprosessin ja on-line kalanteroinnin yhdistäminen yhdeksi yhtenäiseksi tuotantolinjaksi vaatii laitteiden ja prosessin tarkan optimoinnin sekä 5 huomattavaa tarkkaavaisuutta prosessin ja valmistuksen hallinnassa.

Annostellussa filminsiirrossa päällyste siirretään paperirainan pinnalle telan avulla ja telan pinnalle levitetään kerros, joka taittuessaan rainan pintaan saa aikaan halutun päällystepaksuuden. Filminsiirtotelan pintaan jää aina hieman päällystettä, mutta tarkoituksena on saada annosteltu filmi siirtymään mahdollisimman tarkoin rainan 10 piimälle. Filminsiirtoprosessia on käytetty erityisesti pintaliimauksessa kartongin päällystyksessä ja ensimmäisten ja toisten käsittelyainekerrosten tekemiseen, mutta hienopaperin tai muun monikerrospäällystetyn paperin pintakerroksen valmistamisessa on katsottu, että filminsiirtotekniikalla ei saada riittävän hyvää lopputulosta.

Aikaisemmat yritykset käyttää annosteltua filminsiirtoa monikerrospäällystyksen 15 pintakerroksen tekemiseen ovat epäonnistuneet sopimattomien prosessiolosuhteiden takia. Tekniikan soveltamisen ovet estäneet ajettavuusongelmat ja laatuvirheet. Annosteltu filminsiirto taijoaa etuja päällystyksen valmistamisessa, Esimerkiksi pinnan päällystepaksuus seuraa tarkasti alemman kerroksen, esimerkiksi pohjapaperin, muotoa niin, että profiilin huippu- ja laaksokohdilla on sama päällystepaksuus eli menetelmän 20 avulla muodostetuu ns. contour-päällystekerros. Niinpä filminsiirrolla saadaankin aikaan erittäin hyvä pinnan tasaisuus (tasainen päällystepaksuus) jo pienillä päällystemäärillä. Yleisesti kuitenkin on ajateltu, että filminsiirtotekniikkaa ei voida käyttää hienopaperin pintakerroksen valmistamiseen ajettavuus- ja laatuongelmien takia ja pintakerros on valmistettu teräkaavintaa käyttämällä.

25 Teräpäällystykseen ominaisuuksiltaan optimoitu pohjapaperi on sekin vaikeuttanut filminsiirtopäällystyksen käyttöä. Pohjapaperin sileys ja pinnan rakenne, erityisesti ' - huokoisuus, ovat olleet sopimattomia filminsiirtopäällystykseen eikä hienopaperin vaatimaa hyvää pinnan painolaatua ole pystytty valmistamaan.

Runsaammin mekaanista massaa tai kierrätyskuitua käsittävästä pohjapaperirainasta 30 valmistettuja paperilaatuja ei tavallisesti luokitella hienopapereiksi ja tavallisesti niitä kutsutaan puupitoisiksi papereiksi. Pääosin kemiallisesta massasta muodostuvia 110957 3 papereita kutsutaan vastaavasti puuvapaiksi papereiksi. Näillä pohjapapereilla on ongelmana teräpäällystyksessä myös kaavinterän rainaan kohdistama suuri rasitus. Paljon mekaanista massaa tai kierrätyskuitua sisältävästä rainasta tulee kemiallisesta massasta valmistettua rainaa heikompi muun muassa siksi, että näiden kuitujen pituus 5 on pienempi kuin kemiallisen massan kuitujen. Niinpä tällaista rainaa käytettäessä * teräpäällystys tulee kyseeseen vain jos pohjapaperin paksuus on riittävän suuri. Tällöin taas tuotteesta tulee kallis, sillä vaikka mekaaninen massa ja kierrätyskuitu ovatkin yleensä kemiallista massaa edullisempia, kaikki kulutettava kuitumassa lisää tuotteen lopullista hintaa.

10 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä monikerrospäällystyksen tekemiseksi, jonka avulla tuotteen kaikki käsittelyainekerrokset ja erityisesti pintakerros voidaan valmistaa annosteltua filminsiirtoa käyttäen.

Keksintö perustuu siihen, että jokainen käsittelyainekerros levitetään annosteltua filminsiirtoa käyttäen ja ainakin yhteen kerrokseen pintakerrosta lukuun ottamatta 15 levitettävän käsittelyaineseoksen kuiva-ainepitoisuus on levitettäessä ainakin 62%, edullisesti ainakin 70%.

Pohjapaperin ominaisuudet optimoidaan annosteltuun filminsiirtoon sopiviksi muun muassa esikalanteroinnin avulla ja pohjapaperin pinnan ja jokaisen levitetyn käsittelyainekerroksen pinnan huokoisuus pyritään jäljestämään annosteltua 20 filminsiirtoa ajatellen optimaaliseksi.

Käsittelyaineen levittäminen tehdään edullisesti molemmille puolille käsiteltävää rainaa samanaikaisesti kaksipuoleisella applikointiasemalla.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

.. 25 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön avulla päästään suurempaan prosessi- ja raaka-ainetehokkuuteen.

- Peräkkäiset päällystys- ja käsittelyvaiheet voidaan tehdä kuivatuksen kannalta optimaalisesti asettamalla käytettävien seosten kuiva-ainepitoisuus ja muodostuva pinnan huokoisuus sellaiseksi, että levitetyn kerroksen vesimäärä poistuu 30 mahdollisimman nopeasti. Kuivatustehon kokonaistarve vähenee myöskin, jolloin 110957 4 valmistuksen kustannukset alenevat ja koneen pituutta voidaan vähentää ja investointikustannukset ovat alhaisemmat. Erityisesti on-line moninippikalanteroinnissa keksinnön avulla saadaan suuria etuja jäijestelmän ajettavuuden parantuessa, jolloin online moninippikalanteria voidaan käyttää sellaisillekin paperilaaduille, joilla se ei ole 5 esimerkiksi telojen vaurioitumisvaaran takia mahdollista. Tällöin siirryttäessä vaikkapa kahdesta erillisestä kalanterista yhteen on-line kalenteriin investointikustannukset ja prosessitehokkuus kasvavat oleellisesti. Prosessitehokkuuden kasvu johtuu pääasiassa ratakatkojen määrän vähenemisestä, koska käsiteltävään rainaan kohdistuva rasitus on pienempi. Toisaalta myös päällystevirheiden väheneminen alentaa kalanterin telojen 10 vaurioitumisriskiä ja lisää tuotannon arvoa kokonaislaatua korottamalla.

Yksi olennainen etu on mahdollisuus merkittäviin investointi- ja raaka-ainekulujen säästöihin aikaisempiin valmistustapoihin verrattuna. Investointikustannuksissa säästöjä saadaan, koska prosessi ja laitteisto on aikaisempaa kompaktimpi. Raaka-ainekuluissa säästöä saadaan koska täyteaineiden määrää voidaan lisätä ja vähentää sulfaattimassan 15 määrää. Tämä voidaan tehdä, koska rainan prosessinaikaiselle lujuudelle ei aseteta yhtä suuria vaatimuksia kuin aikaisemmilla teräpäällystysmenetelmillä. Päällystysprosessissa ajettavuuden kannalta on oleellista rainan lujuus märkänä päällysteen levittämisen jälkeen. Riittävän märkälujuuden saavuttamiseksi pohjarainasta voidaan joutua tekemään lujempaa kuin kuivan lopputuotteen kannalta olisi tarpeen, joten jos 20 valmistuksen aikana vaadittavaa lujuutta voidaan alentaa, saadaan aikaan edullisempia lopputuotteita ja tuotekiqoa voidaan laajentaa. Teräpäällystyksessä tärkein syy ratakatkoihin on rainassa olevat aukot tai reiät, joiden saapuessa terälle raina välittömästi katkeaa. Annostellussa filminsiirrossa ratakatkon vaara reiän kohdalla on pieni.

25 Edellä olevien väitteiden tueksi voidaan esittää taulukossa 1 oleva vertailu erityyppisten päällystyslinjojen investointikustannuksista ja valmistuksen kustannuksista. Kun saatavat säästöt lasketaan yhteen, keksinnön mukainen menetelmä on ylivoimainen tavalliseen teräpäällystykseen nähden pintakerroksen valmistamisessa ja suurimmat säästöt saavutetaan mahdollisten pohjapaperin koostumuksen muutosten avulla.

30 Seuraavassa taulukossa 1 on vertailtu eri menetelmiä kaksoispäällystetyn puupitoisen paperin valmistuksessa.

110957 5

Taulukko 1 2C2S MSP C2S MSP + 2C1S 4C1S TERÄ TERÄ raaka-ainekulut • kemiallinen massa < 30 % < 40 % < 50 % • mekaaninen massa > 70 % > 60 % > 50 % • täyteainemäärä >10% <10% <8% • päällyste 95 % 100 % 105 % investointikustannukset 85 % 100 % 105 % tuotantotehokkuus > 80 % 80 % 75 %

Taulukossa 2C2S MSP tarkoittaa kahta kaksipuoleisesti päällystävää annostelevaa filminsiirtopäällistintä, C2S MSP yhtä kaksipuoleisia annostelevaa filminsiirtopäällystintä ja 2C1C kahta yksipuoleista teräpäällystintä. 4C1S tarkoittaa 5 neljää erillistä yksipuoleista päällystysasemaa.

Taulukoissa 2 ja 3 on esitetty vastaavanlainen vertailu muutamille hienopaperilaaduille. Päällystysasemien nimitykset vastaavat edellistä ja taulukko 2 kuvaa kaksikerrospäällystystä ja taulukko 3 kolmikerrospäällystystä.

Taulukko 2 2C2S MSP C2S MSP + 2C1S 4C1S TERÄ TERÄ raaka-ainekulut • kemiallinen massa > 70 % >70 % >70 % 110957 6 • mekaaninen massa <30 % <30 % <30 % • täyteainemäärä > 15 % < 15 % < 15 % • päällyste 95% 100% 105% investointikustannukset 85 % 100 % 105 % tuotantotehokkuus > 80 % 80 % 75 %

Taulukko 3

3C2S MSP C2S MSP + 4C1S

TERÄ raaka-ainekulut • kemiallinen massa >70 % >70 % • mekaaninen massa?? <30 % <30 % • täyteainemäärä > 15 % < 15 % • päällyste 95 % 105 % investointikustannukset 85% 110% tuotantotehokkuus > 80 % 75 %

Keksintöä tarkastellaan seuraavassa esimerkkien avulla ja oheisiin piirustuksiin viitaten.

; * Kuvio 1 esittää yhtä keksinnön mukaista päällystyssovitelmaa.

5 Kuvio 2 esittää toista keksinnön mukaista päällystyssovitelmaa.

Seuraavassa päällystyksellä ja päällysteseoksella tarkoitetaan menetelmiä ja seoksia, joissa käytetään pigmenttimateriaalia sisältävää seosta rainan käsittelyyn.

110957 7 Käsittelyaineella tarkoitetaan näiden lisäksi muitakin rainankäsittelyyn käytettäviä seoksia, kuten pintaliimaa.

Kuviossa 1 on esitetty sovitelma molemmilta puolilta kahteen kertaan päällystetyn paperin valmistamiseksi. Sovitelmaa voidaan käyttää edullisimmin paperikoneen 5 yhteydessä on-line-jäijestelmässä, mutta se soveltuu kyllä aukirullaimen kanssa off-line koneeksikin.

Ensimmäisenä sovitelmassa on esikalanteri 2, jolla tasoitetaan rainan pinta käsittelyä varten. Esikalanteri voi olla konekalanteri, softkalanteri tai muu sopivan sileyden aikaansaava kalanteri. Esikalanterin valintaan vaikuttaa vaadittava sileystaso ja koneen 10 nopeus, joka on merkittävä valintakriteeri erityisesti on-line-koneissa. Esikalanteroinnin avulla voidaan lisätä tehokkaasti seuraavien kerrosten sileyttä ja lisäksi sen tehtävänä on vaikuttaa pohjarainan pinnan huokoskokoon, jolla on tärkeä merkitys päällystyksen onnistumisen kannalta. Huokoskoon merkitystä selitetään tarkemmin jatkossa. Tässä selityksessä puhutaan pelkästään päällystyksestä, mutta ensimmäinen käsittelykerros 15 voi olla esimerkiksi pintaliimaa tai muuta käsittelyainetta. Pintaliimauksen jälkeen voi seurata kaksikerrospäällystys tai kolmikerrospäällystys keksinnön mukaisesti Pintaliimaa käytettäessä myös sen kuiva-ainepitoisuuden on oltava korkea, edulisesti yli 10%. Pintaliimausta ja kaksikerrospäällystystä käytettäessä käsittelyvaiheita tulee molemmille rainan puolille kolme, jos molemmat puolet päällystetään samalla tavalla.

20 Esikalanterilta 2 raina 1 johdetaan ensimmäiselle kaksipuoliselle annostelevalle filminsiirtopäällystimelle 3. Tällaisessa päällystimessä on kaksi nipin muodostavaa annostelutelaa 45, joiden välistä raina 1 kulkee. Kummallakin annostelutelalla 4 on annostelulaite 5 määrätyn paksuisen käsittelyainekerroksen levittämiseksi annostelutelojen 4 pinnoille. Kim raina kulkee telojen välistä, niiden pinnoille levitetty 25 päällystekerros siirtyy rainan 1 pintaan, jolloin sille muodostuu halutun paksuinen päällystekerros. Koska päällystekerros siirtyy rainalle filminä telan pinnalta, päällystepaksuudesta tulee samansuuruinen rainan pinnalla kuin telallakin ja päällysteen muoto seuraa tarkoin rainan pinnan profiilia. Täten saadaan aikaan ns. contour -päällystekerros, joka peittää erittäin hyvin ja antaa optisesti tasaisen pinnan.

30 Annosteltua filminsiirtopäällystystä käytettäessä päällysteen pintaa ei tasoiteta kaavaamalla, koska saavutettava pinnan laatu on keksinnön mukaista menetelmää 110957 8 käytettäessä riittävän hyvä. Toisaalta kaavattaessa menetettäisiin contour-päällysteen edut ja rainaan kohdistuva rasitus olisi sama kuin muulloinkin kaavintaa käytettäessä.

Ensimmäiseltä filminsiirtopäällystimeltä 3 raina 1 kulkee ensimmäiselle kuivaimelle 6. Koska rainan molemmat puolet on käsiteltyjä ne ovat märkiä, ensimmäisen kuivaimen 5 on oltava kosketukseton kuivain. Tässä ratkaisussa käytetään kuivaintyppiä, johon on integroitu kuivaava kääntölaite ja leijukuivain samaan koteloon. Tällä kuivaintyypillä saadaan hyvä rainaan siirtyvä kuivausteho käytettyyn energiamäärään nähden. Seuraavaksi raina johdetaan käääntötelan 7, kosketuksettoman kuivaimen 8 ja kuivaintelaryhmän kautta toiselle päällystimelle 10. Toinen päällystin 10 on 10 samanlainen kuin ensimmäinenkin, kuten sen jälkeen seuraava kuivatusosakin. Koska filiminsiirtopäällystimellä voidaan keksinnön mukaisessa menetelmässä käyttää suuria päällysteseoksen kuiva-ainepitoisuuksia ja koska päällysteessä olevan veden siirtyminen päällysteestä paperiin on hallittua, kuivatustehon tarvetta voidaan vähentää ja kuivatusosasta saadaan lyhyempi. Päällystinten välillä rainaa ei tarvitse kuivata 15 lopulliseen kiinnirullauskuivuuteen, vaan riittää, että rainaa kuivataan niin paljon, että rainan pinta kestää kosketusta ja seuraavan päällystekerroksen tekeminen on mahdollista.

Viimeisen kuivainosan jälkeen seuraa moninippikalanteri 11. Parhaiten erityisesti on-line-sovitelman kalanteriksi sopii Optiload-tyyppinen kalanteri, jossa käytetään 20 polymeeriteloja ja jossa telanippien kuormitusta voidaan hallita itsenäisesti. Muitakin kalanterityyppejä voidaan käyttää, mutta esimerkiksi perinteisellä superkalanterilla ei : ' päästä riittäviin ajonopeuksiin ajettavuuden ja vaurioherkkyyden lisääntymättä jotta sellainen voitaisiin sovittaa nopean päällystyskoneen yhteyteen. Moninippikalanteria toisaalta tarvitaan hienopaperia tai korkealaatuista puupitoista paperia valmistettaessa 25 laadukkaan lopputuotteen aikaansaamiseksi ja pinnan lopullisen sileyden saavuttamiseksi. Kalenterin jälkeen seuraa kiinnirullain 12. Moninippikalanterin sijasta ·< voidaan käyttää vaikkapa softkalanteria tai soft-mattakalanteria. Kalanteri valitaan luonnollisesti sen mukaan millaisia ominaisuuksia lopputuotteelta halutaan.

Kuviossa 2 on esitetty sovitelma, jossa paperin molemmat pinnat päällystetään kolmeen 30 kertaan. Sovitelma eroaa edellä kuvatusta ainoastaan siinä, että tässä sovitelmassa käytetään kolme peräkkäistä päällystysasemaa kuivaimineen.

9 110957 Tämän keksinnön suoritusmuodon mukaan käytetään jokaisessa päällystysvaiheessa kaksipuolista annostelevaa filminsiirtopäällystintä. Jokainen päällystekerros levitetään paperin pinnalle samanaikaisesti molemmille puolille. Menetelmän avulla päästään sekä kaksikerrospäällystyksessä että kolmikerrospäällystyksessä suuriin, jopa yli 2500 m/min 5 nopeuksiin ja koska molemmat rainan puolet päällystetään yhtä aikaa, koneesta saadaan kompakti ja tilan säästö on merkittävä.

Keksinnön mukaisen sovitelman ajettavuuteen vaikuttaa merkittävästi päällysteen sumuaminen applikointitelan ja rainan eropinnassa rainan poistuessa nipistä. Valmistettavan paperin ominaisuuksiin ja laatuun vaikuttavat puolestaan oleellisesti 10 päällekkäisten päällystekerrosten päällystemäärien suhteet ja käytettävän päällysteseoksen kuiva-ainemäärä. Nämä tekijät on optimoitava kelvollisen ajettavuuden ja lopputuotteen laadun takaamiseksi. Jos yksittäisen kerroksen applikoitu päällystepaksuus on liian suuri, siitä seuraa päällysteen sumuamista ja appelsiinin kuorikuvion muodostumista päällystettyyn pintaan. Sumuamista ei voida sallia koneen 15 ja ympäristön likaantumisen takia. Toisaalta sumua kulkeutuu rainan mukana ja jää sen pintaan pölykerrokseksi, joka irtoaa painatuksessa. Tällöin painokoneen ja erityisesti sen painopinnat likaantuvat ja painotuotteen laatu heikkenee. Koska monikerrospäällystyksellä pyritään yleensä valmistamaan parasta mahdollista painopintaa, tämä on merkittävä haitta. Appelsiinikuvio pilaa myöskin paperin pinnan 20 eikä hyvää painopintaa saada aikaiseksi. Kun yhteen tai useampaan päällystekenokseen levittävän päällysteseoksen kuiva-ainepitoisuus maksimoidaan, saadaan rainalle jäämään tähän kerrokseen suuri lopullinen päällystemäärä vaikka applikoitu määrä « pidetään pienempänä. Jotta applikointitelan pintaa voidaan levittää päällysteseosta, jonka kuiva-ainepitoisuus on suuri, on applikointitelan annostelulaitteen kaavinsauvan 25 halkaisijaa pienenettävä. Tämä applikointisauva annostelee ja tasoittaa päällysteseoksen applikointitelan pinnalle. Nykyisin käytetään tavallisesti 25 mm halkaisijaista sauvaa ja keksinnön mukaisilla kuiva-ainepitoisuuksilla sauvahalkaisijan tule olla esimerkiksi 15 . . mm, 12 mm tai jopa 10 mm.

Toisaalta kun kokonaispäällystemäärä jaetaan useaan kerrokseen, yksittäisen kerroksen 30 applikointimäärä voidaan pitää kohtuullisena. Nämä molemmat toimenpiteet vähentävät sumuamista ja appelsiinikuorikuvion muodostumista. Optimoimalla pohjapaperin ja päällystekerrosten huokoisuus saadaan kukin applikoitu kerros vedetöntymään ja 110957 10 jähmettymään nopeasti, joten yksittäiset kerrokset voivat olla paksumpia. Tähän päästään lisäämällä pohjapaperin ja alempien päällystekerrosten absoptiokykyä eli ns. kapillaaripenetraatiota. Samalla saadaan nopeammin kosketuskuiva päällystekerroksen pinta.

5 Taloudellisesti on edullisinta optimoida ensimmäisten kerrosten päällystemäärä, jolloin voidaan käyttää suuri määrä edullista päällystettä esipäällystyksessä. Pintakerros voidaan sitten valmistaa mahdollisimman ohuesta kerroksesta kalliimpaa päällystettä, jota tarvitaan vain sen verran, että se tasaisesti peittää rainan pinnan. Liitteessä A on kuvattu koetuloksien avulla kuiva-ainepitoisuuden ja useamman päällystekerroksen 10 käyttämisen vaikutusta valmistettavan paperin laatuun. Ensimmäinen rivi kuvaa tekniikan tason mukaista valmistustapaa ja kaksi muuta keksinnön mukaista. Tuloksista nähdään, että sen lisäksi, että kuiva-ainepitoisuuden lisääminen poisti päällysteen sumuamisen applikointilaitteen poistumispuolen nipissä, se eliminoi päällystetyn pinnan kuvioitumisen poistopuolella tapahtuvan filmin halkeamisen johdosta ja lisäsi 15 päällysteen peittokykyä päällysteen vähäisemmän tunkeuman takia. Kolmikerrospäällystykseen siirtyminen kaksikerrospäällystyksestä puolestaan lisäsi pinnan sileyttä sekä paransi oleellisesti pinnan visuaalista tasaisuutta.

Annosteltu filminsiirtopäällystys mahdollistaa teräpäällystystä alhaisempien päällystemäärien käytön ja silti saavutetaan sama peittokyky. Pintakerroksen 20 valmistamista annostellun filminsiirron avulla on pidetty mahdottomana edellä mainittujen suurilla päällystemäärillä esiintyvien sumuamisongelmien takia ja valmistetun pinnan huonon sileyden takia. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa esikerrosten päällystemäärää on lisätty 6-8 g/m2 -> 8-14 g/m2 ja esikerrosten kiintoainepitoisuutta 68 -> 73%, jolloin on voitu vähentää pintakerrokseen vaadittavaa 25 päällystemäärää ja pitää lopullinen päällystemäärä samana. Tämä alentaa päällysteen kokonaiskustannuksia, koska kalliin pintapäällysteen määrä voidaan vähentää.

Sumuamisen ja appelsiininkuorikuvion ja muiden pintavirheiden esiintymistä tutkittiin edelleen koeajoissa, joissa ajonopeutta vaihdeltiin välillä 1500 m/min - 3200 m/min. Koeajoissa käytettiin sekä kaksi- että kolmikerrospäällystystä eikä sumuamista 30 esiintynyt kun prosessiolosuhteet oli keksinnän mukaan optimoitu.

110957 11

Taulukossa 4 on esitetty esimerkki kokeen prosessiolosuhteista ja taulukossa 5 paperin ominaisuuksista.

Taulukko 4

Parametrit 2C2SMSP 3C2SMSP

Neliöpaino, g/m2 90.0 90.0 nopeus m/min 1800 1800 0 kaavinsauva mm 15/-/15 15/15/15 esi/keski/pinta-kerros päällystemäärä g/m2/puoli 10.0/-/8.0 4.5/4.5/9.0 esi/keski/pinta-kerros 12.0/-/6.0 6.0/6.0/6.0 kuiva-ainepitoisuus % 70.0/-/67.0 68.0/67.0/65.0 esi/keski/pinta-kerros 72.0/-/67.0 69.0/68.0/65.0

Taulukko 5 2C2S MSP C2S MSP+ 2CIS TERÄ ." neliöpaino g/m2 90.0 90.0 bulkki cm3/g 0.80-0.81 0.76-0.77 kosteus % 5.5 5.5 PPS-slO karheus, pm 0.98/1.10 0.95/098

Hunter 75/75 kiilto, % 74.3/76.1 75.1/75.5

Opasiteetti, % 92.1 91.9 110957 12

Taulukosta 5 nähdään, että keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan aikaan vastaavanlaiset ominaisuudet kuin valmistamalla pintakerros teräpäällystimellä.

Vastaavassa koeajossa puupitoiselle MWC-paperille saatiin seuraavat edulliset kuiva-ainepitoisuudet esikerroksen päällysteaineseokselle eri nopeuksilla: 66-68% nopeudella 5 2000 m/min, 68-70% nopeudella 2500 m/min ja > 70% nopeudella 3000 m/min. Edellä olevia kiintoainepitoisuuksia on pidettävä suositeltavana alarajana kullakin nopeudella. Sumuamista on pystytty vähentämään päällysteseosten kuiva-ainepitoisuutta nostamalla ja parantamalla seosten ajettavuutta, esimerkiksi pisaroimisherkkyyttä applikointilaitteen kaavinsauvalla.

10 Taulukossa 6 on esitetty esimerkkejä prosessiparametreistä kahdella kaksipuoleisella päällystinyksiköllä tapahtuneesta kokeesta.

Taulukko 6

Parametrit 2C2S MSP

neliöpaino g/m2 90.0 nopeus m/min 1800 0 kaavinsauva 15/-/15 esi/keski/pinta-kerros päällystemäärä g/m2/puoli 14-12-10/-/6-8-10 esi/keski/pinta-kerros kuiva-ainepitoisuus % 69-71/-/64-66 esi/keski/pinta-kerros

Kokonaispäällystemäärä on sama 20 g/m2/puoli jokaisella yhdistelmällä.

110957 13

Keksinnön mukainen päällystystäpä perustuu jokaisen kerroksen pinnan huokoskoon jakauman pienentämiseen aina lähtien pohjapaperista ja päätyen pintakerrokseen. Huokoskoko on myös sovitettava käytettävän päällystysaineen kiintoaineen partikkelikokoon siten, että edellinen kerros pystyy pidättämään kuiva-ainepartikkeleita 5 mutta läpäisee mahdollisimman hyvin seoksessa olevaa vettä. Tällä tavoin varmistetaan tasainen peitto. Huokoskoon on myös oltava optimaalinen veden tai muun seoksessa olevan nesteen läpäisyä silmällä pitäen jotta varmistettaisiin nopea nesteen sorptio alempaan kerrokseen. Esikerroksella on oltava hyvä veden sorptio-ominaisuus, jotta voidaan taata pintakerroksen tai välikerroksen nopea jähmettyminen ja vältetään 10 päällysteen sumuaminen. Sama edellytys pätee levitettäessä esikerrosta kun käytetään sumia applikointimäärää. Pohjapaperin optimaalinen huokoskoko on sellainen, että vältetään kiinteiden aineiden tunkeutuminen pohjapaperin pinnan sisään, muta vesisorptio on mahdollisimman suuri ja nopea. Tämä saadaan aikaan hyvällä pohjapaperin kuitujen ja täyteaineiden pidättyvyydellä pohjapaperin pinnalla. Samalla 15 kuitenkin taataan huokoskokojakauma, joka takaa nopean päällysteen jähmettymisen. Pohjapaperin täyteainepitoisuutta ja käytetyn kuitumateriaalin määriä ja suhdetta kovaa paperin tuhkataso, joka ilmaisee paperia poltettaessa jäävän palamattoman aineen määrän. Keksinnön mukaisella paperilla tuhkatason tulisi olla yli 10 %.

Keksinnön avulla voidaan parantaa paperin ominaisuuksia kuten opasiteettia ja 20 vaaleutta. Opasiteetti paranee koska kemiallista sellumassa voidaan korvata mekaanisella massalla. Mekaanisen massan lisääminen sulkee myös pohjapaperin pintaa ja parantaa päällysteen peittoa, jolloin vähemmän päällystettä tunkeutuu pohjapaperin muodostamiin huokosiin. Sama ilmiö parantaa vaaleutta, koska parempi peitto vähentää vaaleuspoikkeamia saaden aikaan tasapaksuisen päällystekerroksen pohjapaperin 25 profiilinvaihteluista huolimatta.

Yksi keksinnön tärkeä piirre on esikalanterointi ennen ensimmäistä päällystysvaihetta. Koska annostellulla filminsiirtopäällystyksellä tehdyn päällysteen pinnan profiili seuraa ' tarkasti pohjarainan profiilia päällystepaksuuden ollessa vakiosuuruinen sekä pinnan laaksoissa että huippujen kohdalla, päällyste ei tasoita pintaa vastaavalla tavalla kuin 30 kaavinterällä tasoitettu päällyste, joka terän painamana täyttää pohjapaperin pinnan laaksot. Niinpä sileää pintaa haluttaessa pohjapaperin pinnan on oltava jo ennen päällystystä kohtuullisen sileä. Pinnan sileyteen vaikuttaa pohjapaperin valmistustapa ja 110957 14 muun muassa käytettävät raaka-aineet, joten keksintö sopii hyvin pohjapaperilaaduille, joissa käytetään suuria täyteainemääriä. Pinnan sileyteen ja huokoskokoon vaikuttaa myös kuitumassan hienojakoisen osan määrä, joten pohjapaperissa on edullista olla hienojakoista kuitua. Edellä olevat pohjapaperin ominaisuudet vaikuttavat sen pinnan 5 sileyteen ja siten esikalanteroinnin tarpeeseen. Mikäli kuitenkin vaaditaan hyvää sileyttä, esikalanterointi on tarpeen vaikka pohjapaperin pinnan laatu olisi jo lähtökohtaisesti hyvä.

Kuten edellä jo onkin käynyt ilmi, päällysteen kuiva-ainepitoisuus on suurin ensimmäisessä kerroksessa ja laskee pintakerrosta kohti. Tämä johtuu kahdesta syystä.

10 Pintakerroksen paksuus on edullista pitää kalliin materiaalin takia ohuena. Ohuella kerroksella sumuamisongelma on vähäisempi kuin paksummilla esi- ja välikerroksilla. Toisaalta kuiva-ainepitoisuuden laskiessa päällysteseoksen juoksevuus paranee ja päällyste asettuu tasaisemmin rainan pinnalle, jolloin saadaan hieman sileämpi pinta. Esipäällystys- ja välikerroksissa voidaan käyttää materiaaleja, joiden muodostaman 15 seoksen viskositeetti ja virtausvastus on alhaisempi kuin pintakerroksen materiaalien. Niinpä näissä kerroksissa voidaan käyttää suurempaa seoksen kuiva-ainepitoisuutta aiheuttamatta sumuamista siirtonipin jättöpuolella ja muita laatuongelmia.

Koska monikerrospäällystykseen käytettävään laitteistoon kuuluu useita päällystysasemia, raina olisi edullista ohjata joissain tapauksissa yhden tai useamman 20 aseman ohitse. Esimerkiksi kolminkertaisessa päällystyksessä tarvitaan kolme päällystysasemaa, mutta ohittamalla yksi asema voitaisiin valmistaa kahteen kertaan . 1 päällystettyä paperia samalla laitteistolla ja tuotekirjo saataisiin laajemmaksi. Toisaalta asemat voitaisiin huoltaa vuorotellen muun koneen käydessä, jolloin huoltokatkoihin ei kuluisi koko koneen tuotantokapasiteetti. Päällystysasemien ohittaminen on kuitenkin 25 vaikeaa. Tavallisesti koneen päänvientinauhat tai -narut ovat koneen hoitopuolella, koska siellä on enemmän tilaa ja koneen käyttäjä voi ohjata tarvittaessa naruja. Narut ulottuvat koko koneen pituudelle ja päänvienti tapahtuu kerralla koko koneelle. Jos koneen loppupäässä tapahtuu häiriö, ainut mahdollisuus toimia konetta pysäyttämättä on ajaa rainan pulpperiin ennen häiriökohtaa. Jos koneeseen asennetaan esimerkiksi 30 päällystysasemien kohdalle toiset päänvientinarut tai -nauhat käyttöpuolelle ja sovitetaan ne kulkemaan vaikka koneen alapuolisen kerroksen kautta, raina voidaan viedä kulkemaan ohjaintelojan kannattamana päällystysaseman alta ja siirtää taas 110957 15 koneelle päällystysaseman jälkeen. Off-line-koneessa päänviennin siirto koneen puolelta toiselle on helppoa, koska tällöin tarvitsee vain siirtää päänvientihihna toiselle puolelle rainaa ja kiinnittää päänvientihihna ohittavaan päänvientinaruun. On-line-koneessa päänviennin on tapahduttava suurella nopeudella vauhdissa, joten rainaan 5 kiinnitettävää päänvientihihnaa ei voida käyttää. Tällöin päänviennin vaihto tapahtuu leikkaamalla rainan ohittavan puolen reunasta kaistale, joka otetaan käyttöpuolen päänvientihihnojen väliin. Qn-line-koneessa käytetään tavallisesti hihna- tai naruparia, joiden väliin rainasta leikattu kaistale puristetaan. Kun ohittanut kaistale palaa koneen linjalle esimerkiksi päällystysaseman jälkeen, raina levitetään ensin täyteen leveyteensä 10 ja hoitopuolen reunasta leikataan normaalilla tavalla päänvientikaistale, joka viedään tavallisen päänviennin avulla eteenpäin. Samalla raina erotetaan apupäänviennistä ja ohjataan pulpperiin, kunnes raina voidaan levittää täyteen leveyteensä.

Yllä kuvattu sovitelma ja menettely sopii minkä tahansa koneen osan ohittamiseen ja ohituksen aikana ohitettavat osat eivät ole toiminnassa ja niitä voidaan huoltaa. 15 Toisaalta on mahdollista lisätä koneella valmistettavien tuotteiden tuotekiqoa. Toinen mahdollisuus järjestelmän joustavuuden lisäämiseen on päällystysaseman pysäyttäminen ja sen annostelunipin aukaisu, jolloin raina ei kosketa applikointiteloihin ja kulkee käsittelemättä aseman läpi. Koska käsittelyainetta ei levitetä asemalla rainan pinnalle, vastaavat kuivaimet voidaan myös kytkeä pois käytöstä jos se rainan 20 ohjauksen kannalta on mahdollista. Ainakin ilmaleijukuivaimilla on rainaan kuitenkin ohjattava ainakin kylmällä leijutusilmalla, jotta raina ei kosketa kuivaimen rakenteisiin.

Claims (15)

110957

1. Menetelmä ainakin yhdeltä puolelta ainakin kahdella päällystekerroksella päällystetyn paperin valmistamiseksi, jossa menetelmässä: - levitetään ainakin yhdelle paperin pinnalle päällystysseoskerros, 5. kuivataan päällystekerrosta kunnes sen pinnalle voidaan levittää seuraava päällystekerros, - levitetään ensimmäisen päällystekerroksen päälle toinen päällystekerros, - kuivataan toista päällystekerrosta, ja - jatketaan päällystekerrosten levittämistä kunnes haluttu päällystepaksuus on 10 saavutettu, tunnettu siitä, että - päällystekerrokset levitetään annosteltua filminsiirtomenetelmää käyttäen tasoittamatta levitetyn kerroksen pintaa kaapimalla, ja - käytetään ainakin yhdessä kerroksessa päällysteseosta, jonka kuiva- 15 ainepitoisuus on ainakin 62%.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäiseen kerrokseen levitettävän päällysteseoksen kuiva-ainepitoisuus on ainakin 65%.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perättäisiin päällystekerroksiin levitettävien päällysteseosten kuiva-ainepitoisuus alenee 20 pintakerrosta kohti siirryttäessä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjapaperin ja .. levitettävien päällystekerrosten päällysteen koostumus valitaan siten, että kunkin kerroksen huokoskoko pienempi kuin alemman kerroksen ja alemman kerroksen huokoset niin pieniä, että ne estävät seuraavaksi levitettävän kerroksen kuiva-25 ainepartikkelien tunkeutumisen alempaan kerrokseen.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjapaperi kalanteroidaan ainakin kerran ennen ensimmäisen päällystekerroksen levittämistä. 110957

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällystetty paperi kalanteroidaan viimeisen päällystyskerroksen levittämisen jälkeen moninippikalanterilla.

7. Jonkin edelä olevan patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että päällystetty paperi kalanteroidaan viimeisen päällystyskerroksen levittämisen jälkeen sofikalanterilla.

8. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alemman päällystekerroksen päällystemäärä (g/m) kuivatussa päällystekerroksessa on aina suurempi kuin seuraavan kerroksen päällystemäärä.

9. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjapaperin tuhkataso on ainakin 10%.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjapaperin päälle levitettävän ensimmäisen päällystekerroksen kuiva-ainepitoisuus on ainakin 66-68% nopeudella 2000 m/min, 68-70% nopeudella 2500 m/min ja yli 70% nopeudella 15 3000 m/min.

11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperin molemmat puolet päällystetään jokaisessa päällystysvaiheessa samanaikaisesti.

12. Sovitelma ainakin yhdeltä puolelta ainakin kahdella päällystekerroksella päällystetyn paperin valmistamiseksi, joka käsittää: 20. kalanterin (2) - ainakin kaksi päällystysasemaa (3, 10) ainakin kahden päällystekerroksen levittämiseksi ainakin yhdelle pohjapaperirainan (1) pinnalle, - elimet (6, 7, 8, 9) kunkin levitetyn päällystekerroksen kuivaamiseksi ainakin osittain ennen seuraavaa rainan (1) käsittelyvaihetta, 25 tunnettu siitä, että - päällystysasemat (3, 10) ovat kaksipuoleisia esiannostelevia filminsiirtopäällystimiä, jotka käsittävät kaksi nipin muodostavaa filminsiirtotelaa (4), joiden pinnalta päällyste siirretään samanaikaisesti pohjapaperirainan molemmille puolille. 110957

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että päällystysasemia on kaksi.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että päällystysasemia on kolme.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 12 - 14 mukainen sovitelma, tunnettu rainan kulkusuunnassa viimeisen päällystysaseman jälkeen sovitetusta moninippikalanterista (11). 10 i » I « 110957