FI115235B - Menetelmä ja laite kalanteroinnissa - Google Patents

Description

1 115235

Menetelmä ja laite kalanteroinnissa Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite kalanteroinnissa. Menetelmä käsittää paperi- tai kartonkirainan kalanteroinnin siten, että 5 raina on käsittelyn jälkeen pinnaltaan sileä ja rakenteeltaan kuohkea (kuohkeus on vastine englanninkieliselle sanalle bulk). Laite on järjestetty toteuttamaan edellä mainittua menetelmää.

Yleensä kalanterit käsittävät päällekkäin asetettuja teloja, joiden väliin 10 muodostuu nippi. Kalanteri voi käsittää yhden tai useampia nipin muodostavia telapareja. Telat voivat olla lämmittämättömiä tai lämmitettyjä ja niiden pinta voi olla kova tai pehmeä. Raina kulkee nippien kautta mutkitellen ja tällä käsittelyllä mm. rainan paksuusvaihtelut vähenevät, pinta siliää ja raina ohenee.

15 US 5,649,478 käsittelee konekalanteria, jolla saavutetaan paperille tai kartongille sileä pinta ja kuohkea rakenne. Konekalanterin siirtoteloille suihkutetaan ennen nippiä kosteutta, joka siirtyy nipissä rainaan.

20 US 5,750,259 käsittelee rainan viimeistystä kuuman kalanteritelan ja sileäpintaisen hihnan avulla, jotka muodostavat pehmeän nipin. Rainas-ta tulee sileä ja kiiltävä.

i WO 98/44195 käsittelee rainan kalanterointia laitteella, joka on järjes- 25 tetty muodostamaan pitkän nipin. Kalanteroitavan rainan molemmin • < » puolin on peilisymmetrinen järjestely, jossa päättymätön, edullisesti metallia oleva hihna kulkee pehmeäpintaisen ja kovapintaisen telan .·’ ympäri. Rainan molemmin puolin olevat pehmeäpintaiset telat muodos- • · tavat nipin, jonka kautta raina kulkee. Julkaisussa esitetyn keksinnön 30 eräs sovellus (julkaisun kuva 4) on laite, jossa myös kovapintaiset telat :· muodostavat nipin. Kovapintaisten telojen muodostamassa nipissä voi- daan käyttää erittäin voimakasta puristusta, joka vastaa konekalanterin , . aikaansaamaa vaikutusta. Kovapintaisten telojen muodostaman nipin ** '5 jälkeen rainan molemmin puolin kulkevat hihnat tukevat rainaa siten, 35 että se ei taitu, mikä on ongelmana käytettäessä suuria puristuspainei- ta. Raina kulkee hihnojen välissä pehmeäpintaisten telojen muodosta- : maan nippiin, joka on pitempi kuin kovapintaisten telojen muodostama nippi ja jossa paine on pienempi. Tässä nipissä paperin molemmille 115235 2 pinnoille saavutetaan samanlainen kiillotustulos kuin soft-kalanteria käytettäessä.

On tilanteita, joissa rainan oheneminen kalanteroinnin yhteydessä ei 5 ole toivottua. Eräissä käyttökohteissa, esimerkiksi painopapereissa, tarvitaan pinnaltaan sileää, kuohkeaa paperia. Tiiviit, sileät ulkopinnat omaava ja pintojen väliseltä alueelta kuohkea paperi on jäykkää, mikä on hyvä ominaisuus monissa sovellutuksissa.

10 Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan valmistaa sileää, kuohkeaa paperia tai kartonkia. Menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tun-nusmerkkiosassa. Laitteelle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa.

15

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella saavutetaan hyvä pinnan sileys siten, että kuohkeus pahimmassakin tapauksessa pienenee vain vähän. Menetelmällä ja laitteella saatavan tuotteen etuja on esimerkiksi, että se imee painoväriä tasaisesti ja on rakenteeltaan jousta-20 va siten, että painosylinterin ja paperin välille tulee hyvä kontakti. Laitteita peräkkäin asentamalla raina voidaan käsitellä kaksipuoleisesti.

. .·. Ennen kalanterointia raina valmistetaan tunnetulla menetelmällä ja laitteistolla. Keksinnön mukaisessa kalanterointimenetelmässä kostea \ 25 paperi- tai kartonkiraina kulkee sileiden vastinpintojen välistä siten, että rainaan ei kohdistu oleellista ulkopuolista kuormitusta. Sileät vastinpin- * · ·;·* nat muodostavat pitkän, vain vähän ulkopuolelta kuormitettavan nipin, jonka kuormitus on koko nipin pituudelta oleellisesti vakio. Vastinpinnat • *» on valmistettu kosteutta läpäisemättömästä materiaalista ja ne rajoitta-30 vat kosteuden poistumista rainasta. Ensimmäinen vastinpinta lämmite-,.; :· tään tiettyyn lämpötilaan ja toinen vastinpinta tiettyyn lämpötilaan T2, jolloin lämpötila T2 on suurempi kuin Koska vastinpintojen välinen s] . tila on oleellisesti suljettu, höyry alkaa virrata kohti alemmassa lämpöti- ' ; lassa olevaa vastinpintaa, jonka lämpötila on T1t Tällöin kuumemmalla * ’ ·»· 35 pinnalla kuivumisen yhteydessä syntynyt höyry siirtyy pienempää pai-:netta kohti eli lämpötilaltaan alhaisemman vastinpinnan suuntaan. Höy-• I rynpaineen muodostumiseksi vaaditaan, että lämpötila Tt on vähintään 100°C. Rainan pinta siliää kontaktissa kuumempaa vastinpintaa vasten.

3 115235

Alemmassa lämpötilassa olevaa vastinpintaa vasten kohdistuu paine, joka vastustaa sileiden vastinpintojen välistä puristavaa painetta. Edullisesti sisäisen höyrynpaineen annetaan laskea kontaktissa sileää vastinpintaa vasten, jolloin saavutetaan hidas ja hallittu höyrynpaineen 5 lasku paperin sisällä. Tällöin paperin pinta pysyy varmasti sileänä ja kuituja ei irtoa rainan pinnasta. Raina on suorassa kontaktissa molempiin vastinpintoihin ilman välissä olevaa viiraa, joka aiheuttaisi markkee-rauksia rainaan. Sileiden vastinpintojen pinnankarheus on edullisesti Ra = 0,1 -0,4 //m. Kalanterointikäsittelyn jälkeen rainaa kuivataan lisää 10 tarvittaessa ja sen jälkeen raina mahdollisesti rullataan.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää myös lisäaineiden sijoittamiseksi rainan pinnalle. Sopivan hiukkaskoon omaavia pigmenttejä ja/tai hienoaineita kuljetetaan sisäisen höyrynpaineen avulla rainan 15 pintaan, jolloin ne täyttävät kuitujen välisiä tiloja ja/tai kuitujen huokosia. Paperi tällöin ikäänkuin päällystetään sisältä päin. Keksinnön mukainen menetelmä voidaan myös yhdistää kerrosrainauksen kanssa, jolloin pintakerrosten raaka-ainekoostumus voidaan optimoida tasaisen ja sileän pintarakenteen aikaansaamiseksi. Pigmenttejä ja/tai hienoaineita 20 voidaan edullisesti laittaa kerrosrainauksessa vain pintakerrokseen.

Menetelmässä tarvittava korkea lämpötila voidaan aikaansaada esi-. ·. merkiksi tunnetulla termotelatekniikalla tai kuumalla kuivatussylinterillä.

Edullisesti käsittely suoritetaan keksinnön mukaisella laitteella, jossa ; *! 25 sileitä vastinpintoja lämmitetään sinänsä tunnetuilla menetelmillä.

• * · » t I · ·

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin esimerkkien avulla ja \ .·* viittaamalla oheisiin kuviin, joissa • > I • · • · 30 kuval esittää periaatteellista kuvaa eräästä sovellutuksesta kek-:· sinnön mukaiseksi laitteeksi sivukuvantona (kuvassa esite- ; ‘ tyt mittasuhteet eivät vastaa todellisuutta), ja * kuva 2 esittää rainan sisäistä höyrynpainetta kosteuspitoisuuden 35 funktiona mitattuna kuvan 1 mukaista laitetta vastaavalla laboratoriolaitteella.

• · 4 115235

Kuvassa 1 esitetyn mukaisesti raina W kulkee oleellisesti vaakatasossa i ensimmäisen laitteen F läpi, joka käsittää teloja 1a, 1b, 4a ja 4b. Telat 1a, 1b, 4a ja 4b ovat rakenteeltaan edullisesti samanlaisia kovapintaisia teloja, kuten metalliteloja. Samanlainen järjestely on rainan W kummal-5 lakin puolella siten, että rainan W vastakkaisilla puolilla olevat telat 1a ja 1 b ovat kohdakkain muodostaen ensimmäisen telaparin ja rainan W vastakkaisilla puolilla olevat telat 4a ja 4b ovat kohdakkain muodostaen toisen telaparin. Rainan W samalla puolella olevat kaksi telaa 1a ja 4a sekä 1 b ja 4b ovat tietyn välimatkan päässä toisistaan, ja niiden ympäri 10 on järjestetty pyöriväksi hihna 2. Yhdensuuntaisten telojen 1a, 1b, 4a ja 4b pituussuunta on sama kuin rainan W leveyssuunta. Rainan W ylä- ja alapuolella olevien hihnojen 2 väliin jää rako, joka on oleellisesti laitteeseen tuotavan rainan W paksuinen, jolloin rainaan W kohdistuu vain vähän ulkopuolista kuormitusta. Hihnat 2 ovat saman pituisia rainan W 15 ylä- ja alapuolella. On myös mahdollista, että hihnat joissakin tapauksissa ovat eripituisia. Telaparin muodostavien telojen 1a ja 1b sekä 4a ja 4b välille ei muodostu telojen kohdalla suurella voimalla puristavaa nippiä, vaan ulkoa päin puristava vähäinen voima on oleellisesti vakio koko laitteen läpi kulkevan rainan pituuden osuudelta. Laitteessa on 20 siten pitkävaikutteinen, pienellä voimalla puristava nippi.

Hihna 2 on valmistettu erittäin sileäpintaisesta, kosteutta läpäisemättö-mästä materiaalista, joka voi olla terästä tai jotain muuta metallia, • · ! ! kumia tai muovia. Hihnan 2 leveys on suurempi tai yhtäsuuri kuin : \ 25 rainan W leveys. Yhdensuuntaiset telat 1a, 1b, 4a ja 4b ulottuvat • I < ainakin yli hihnan 2 koko leveyden. Hihna 2 on lämmitettävissä sinänsä :···: tunnetulla menetelmällä, esimerkiksi höyryllä, sähkövastuksilla tai induktiolämmittimellä. Eräs edullinen tapa hihnan 2 lämpötilan säätämiseksi on kuvassa 1 esitetty järjestely, jossa alemmassa 30 lämpötilassa olevaa hihnaa 2 jäähdytään vedellä ja ylemmässä · lämpötilassa olevaa hihnaa 2 lämmitetään höyryllä.

Laitteessa paperista tai kartongista käsitellään yksi puoli kerrallaan. Mi-käli halutaan käsitellä molemmat puolet, tarvitaan kaksi laitetta peräk-: 35 käin kuvassa 1 esitetyn mukaisesti. Kuvassa esitetyt ensimmäinen laite , F ja toinen laite S ovat rakenteeltaan oleellisesti samanlaiset. Mikäli ; ·: ensimmäisessä laitteessa F rainan W yläpuolella olevan hihnan 2 läm pötila on T2 ja rainan W alapuolella olevan hihnan 2 lämpötila on T1; 5 115235 toisessa laitteessa S rainan W yläpuolella olevan hihnan 2 lämpötila on Tt ja rainan W alapuolella olevan hihnan 2 lämpötila on T2.

Keksinnön mukaisella menetelmällä paperista tai kartongista saadaan I 5 sileäpintainen ja rakenteeltaan kuohkea. Rainan käsittely suoritetaan siinä prosessivaiheessa, jossa rainan kosteussisältö on sopiva, esimerkiksi kuivatusvaiheen lopussa. Tällöin sopiva kosteussisältö on edullisesti 10-25%, vaikkakin toivottua vaikutusta voidaan aikaansaada huomattavasti alemmissakin kosteuksissa, noin 6-7 %:n kosteudes-10 sa. Käsittely voidaan suorittaa myös aikaisemmassa vaiheessa, jolloin käsiteltävän materiaalin kosteussisältö on suurempi. Tiivis pinta kuitenkin estää kosteuden haihtumista ja loppukuivatukseen tarvittava energia on tällöin suurempi. Menetelmää voidaan soveltaa myös kuivalle rainalle, jolloin raina kostutetaan uudelleen kuivatuksen jälkeen en-15 nen kalanterointia, kuten on esitetty kuvassa 1.

Raina W kostutetaan esimerkiksi suihkuttamalla vettä suuttimista 3 ennen rainan johtamista kalanterointiin. Vettä suihkutetaan sille puolelle rainaa, joka on kahdesta hihnasta 2 kuumemman puolella. Kostuttami-20 nen voidaan suorittaa myös johtamalla höyryä rainan pinnalle. Rainan W sisäinen höyrynpaine pyrkii tasoittumaan siirtämällä kosteutta höy-ryvirtauksena rainan keskiosaan ja samalla alemmassa lämpötilassa olevaan hihnaan 2 kohdistuu paine, joka vastustaa rainan W ylä- ja J ! alapuolella olevien hihnojen 2 välistä painetta ja säilyttää tällä tavoin \ 25 rainan kuohkeuden. Rainan kuumemman hihnan 2 puoleinen pinta si- liää ja plastisoituu pitkässä kontaktissa kuumempaa hihnaa vasten. Käsiteltäessä rainan toista puolta kuumempi hihna on rainan vastakkai- > 1 · sella puolella verrattuna ensimmäiseen käsittelyyn. Ensin kalanteroitu :. .: puoli säilyttää sileytensä toisen puolen käsittelyn aikana.

30 :· Esimerkki 1.

» . Kuvassa 2 ja taulukossa 1 on esitetty sisäisen höyrynpaineen nousu rainan kosteuspitoisuuden funktiona. Taulukossa 1 on esitetty toisis-35 taan kauttaviivalla erotettuna samalla kosteuspitoisuudella mitatut si- säiset höyrynpaineet. Sisäinen höyrynpaine on mitattu staattisen labo-ratoriolaitteen rainan alapuoliseen hihnaan kiinnitetyn paineanturin avulla. Staattinen laboratoriolaite on periaatteiltaan samanlainen kuin 6 115235 j i i l ! kuvassa 1 kuvattu laite, mutta siinä sileä hihna pysyy paikallaan. Kun rainan kosteus oli 5-13 %, sisäinen höyrynpaine vaihteli välillä 2-4 bar.

Taulukko 1. Sisäinen höyrynpaine kosteuspitoisuuden funktiona.

5 __ _Kosteuspitoisuus (%)__Sisäinen höyrynpaine (bar) _5J__g3_ _5,6__2A_ _5J__09_ _08__2A_ _09__2,5/ 2,8/ 2,8/ 3,0_ _00__2,7_ _6J__2,5/2,8_ _02__2,9/ 3,0_ _03__2j2_ _04__2,6/ 2,8_ _05__2,8/2,2_ _06__2,8/2,7/4,0_ _6J__2,6/ 3,5/ 3,8/ 2,2_ _ 6,8__3,7/ 2,4_ __m__09_ _L2__2J_ _03__2J_ _7,5__06_ _L6__07_ _8J__09_ _02__3,5/ 3,3_ ϊ·: m.__m_ '_8J__05_ O 08__07_ _09__3,8 _9J__3£_ _02__3,5/4,0_ _107__4,0_ ·:· 108__4j0_ : 1T3__4^0_ :* _12^__0£_ : 12,5 3,9 7 115235

Esimerkki 2.

Kartonkia, jonka neliömassa oli 230 g/m2, kalanteroitiin kuvan 1 mukaisella laitteistolla, jossa oli kaksi laitetta peräkkäin. Yhden laitteen pituus 5 oli 8 metriä, joka mitta on telojen 1a ja 1b rainan W tulosuunnan puoleisen rainan W kulkusuunnassa uloimman kehäpisteen ja telojen 4a ja 4b rainan W poistumissuunnan puoleisen rainan W kulkusuunnassa uloimman kehäpisteen välinen välimatka. Ensimmäisen laitteen F rainan W yläpuolisen hihnan 2 lämpötila oli 160°C ja rainan W alapuolisen 10 hihnan 2 lämpötila 100°C. Toisen laitteen S rainan W yläpuolisen hihnan 2 lämpötila oli 100°C ja rainan W alapuolisen hihnan 2 lämpötila 160°C. Ennen ensimmäistä laitetta rainan W yläpinta kostutettiin siten, että kostutuksen ja kalanteroinnin välillä oli pieni viive. Kostuttaminen tapahtui suihkuttamalla vettä suuttimista 3.

15

Raina W ajettiin ensimmäisen laitteen F läpi, jonka jälkeen rainan alapinta kostutettiin kuten yläpinta ennen ensimmäistä laitetta ja raina W ajettiin toisen laitteen läpi. Kostutukseen käytetty vesimäärä kullakin kostutuskerralla oli pieni, noin 5 g/m2. Laitteessa vallitseva hihnojen 2 20 välinen puristuspaine pyrittiin pitämään mahdollisimman pienenä ja se oli kokeen aikana 0,5 bar koko rainan sillä osuudella, joka oli hihnojen 2 välissä. Rainan ajonopeus oli 600 m/min. Kalanteroinnilla saavutettiin optimaalinen tulos, joka tuotti sileän pinnan ja kuohkean kartongin.

: Saadun kartongin kuohkeus vaihteli tyypillisesti välillä 1,8-2,0 cm3/g ja 25 Bendtsen-karheus välillä 300-800 ml/min.

» » · • · ) I · • Keksintö ei ole rajoittunut edellä esitettyyn, vaan voi vaihdella patentti- .·’ vaatimusten puitteissa. Paperi- tai kartonkirainan kalanterointilaitteen hihnojen lämpötila on säädettävissä laajoissa rajoissa ja peräkkäisten 30 laitteiden hihnojen lämpötilat voivat olla erilaiset kuin edellä on esitetty.

· Erityisesti haluttaessa saada käsittelyyn toispuoleisuutta kuvan 1 mu kaisessa laitteessa ovat lämpötilat T-ι ja/tai T2 erisuuret peräkkäisissä hihnapareissa.

1 · • : 35 Menetelmää toteuttava laite voi olla erilainen kuin edellä esitetty. Laite voi muodostua esimerkiksi kuumasta sylinteristä ja hihnakierrosta, 8 115235 joiden muodostaman kevyesti puristavan nipin läpi paperi- tai kartonki-raina kulkee. Nipin puristus pitää olla sellainen, että raina saa riittävän kontaktin sylinteriin. Peittokulma kuumaan sylinteriin on edullisesti 180°. Hihnakierron muodostava hihna voi olla materiaaliltaan polymee-5 rimateriaalia tai metallia. Pääasia on, että paperi- tai kartonkiraina ka-lanteroidaan käyttäen hyväksi kostean paperi- tai kartonkirainan sisäistä höyrynpainetta siten, että kalanteroitavan rainan paksuus vähenee vain vähän tai jopa lisääntyy verrattuna paksuuteen ennen kalanteroin-tia.

> · * 0 » · > »· < ·« * · » · * ♦

* I

* · • ·

Claims (8)

1. 9 115235
2. 1. Menetelmä kostean paperi- tai kartonkirainan (W) kalanteroimiseksi, joka raina kulkee kevyen ulkoisen paineen alaisena pitkän nipin läpi, 5 joka nippi on muodostettu kahden sileän, kosteutta läpäisemättömän vastinpinnan välille, joista vastinpinnoista ensimmäisellä vastinpinnalla on ensimmäinen lämpötila Ή ja toisella vastinpinnalla toinen, ensimmäistä lämpötilaa korkeampi lämpötila T2 ja rainan ensimmäinen pinta on kontaktissa ensimmäisen vastinpinnan kanssa, ja toinen rainan pinta 10 on kontaktissa toisen vastinpinnan kanssa, tunnettu siitä, että ensimmäinen lämpötila ^ on vähintään 100°C, ja toinen lämpötila T2 on vähintään 160°C, ja rainan toinen pinta kalanteroidaan sen kulkiessa vastinpintojen välissä kontaktissa toisen vastinpinnan kanssa siten, että paperi- tai kartonkirainan (W) sisäistä höyrynpainetta nostetaan rainaa 15 lämmittämällä ja rajoittamalla kosteuden haihtumista vastinpintojen avulla, jolloin sisäinen höyrynpaine vastustaa kevyttä ulkoista painetta ja estää rainan paksuuden pienenemistä kalanteroinnin aikana.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 paperi- tai kartonkirainan (W) sisäinen höyrynpaine lasketaan hitaasti antamalla rainan jäähtyä sen ollessa kosketuksessa sileän vastinpinnan kanssa. * ·
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, * · '] 25 että paperin tai kartongin hienoaine tai kuitumassan sekaan laitettu pig- mentti siirretään rainan pintakerrokseen rainan (W) sisäisen höyrynpai-neen avulla. • · < i : j 4. Laite kostean paperi- tai kartonkirainan (W) käsittelemiseksi, joka 30 käsittää kaksi sileää kosteutta läpäisemätöntä vastinpintaa, jotka muo-;· dostavat pitkän nipin, ja joka laite toiminnassa ollessaan on järjestetty kuljettamaan rainaa nipin läpi kevyen ulkoisen paineen alaisena rainan ’ \ ensimmäisen pinnan ollessa kontaktissa ensimmäisen vastinpinnan • kanssa ja rainan toisen pinnan ollessa kontaktissa toisen vastinpinnan : ; 35 kanssa ja joista vastinpinnoista ainakin toinen on järjestetty lämmitettä- väksi, tunnettu siitä, että ensimmäinen vastinpinnan lämpötila on I asetettavissa vähintään 100°C:een, ja toisen vastinpinnan lämpötila T2 ίο 1 1 52 3 5 on asetettavissa vähintään 160°C:een, jolloin laite on järjestetty kalanteroimaan rainan toisen pinnan kuljettaessaan rainaa nipin läpi.
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että sileä vas-5 tinpinta on ainakin kahden telan (1a, 4a; 1b, 4b) ympäri pyöriväksi järjestetty hihna (2).
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että hihnan (2) materiaali on metallia.
7. 7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kostean paperi- tai kartonkirainan (W) molemmilla puolilla on oleellisesti rainan suuntaiset hihnat (2).
8. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että hihnojen (2) väliin jää oleellisesti rainan (W) paksuinen rako. * » t · « * · I · I » * » » » 115235