FI115547B - Ilmarajakerroksen hallinta - Google Patents

Description

115547 llmarajakerroksen hallinta

Nyt esillä oleva keksintö koskee menetelmää jatkuvan rainan pinnan päällystämiseksi päällystysjauheella, joka menetelmä käsittää seuraa-5 vat vaiheet: - annetaan rainan liikkua elektrodien väliin, jotka ovat eri potentiaaleissa, - levitetään rainan pintaan epäorgaanisesta materiaalista ja polymeeri-sideainemateriaalista koostuvaa päällystysjauhetta käyttäen hyväksi 10 sähköisen potentiaalin eroa, ja - viimeistellään rainan päällystetty pinta.

Edellä mainitun menetelmän ongelmana on se, että rainan pintaan muodostuva ilmarajakerros estää päällystysjauheen pääsyn rainan 15 pintaan. Tällaisen ilmiön seurauksia ovat esimerkiksi epätasaisesti päällystetty pinta ja pölyäminen prosessissa. Päällystysprosessin nopeuksien kasvaessa llmarajakerroksen ylittämiseen tarvitaan enemmän energiaa. Myös rainan epätasaisuus vaikuttaa ilmarajakerrokseen.

20 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että ennen kuin rainan annetaan liikkua elektrodien väliin, ilmarajakerros poiste- * taan ainakin osittain esteellä.

*: Kun ilmarajakerros poistuu ainakin osittain, päällystysjauhe sijoittuu 25 helposti rainalle, sen siirtyminen rainaan on tehokkaampaa ja pölyämi- • · nen vähenee huomattavasti. Esteen tehokkuudesta riippuen on mahdollista, että ilmarajakerros poistuu kokonaan.

> *

Paperi- tai kartonkialustojen kuivapintakäsittelyprosessi, jossa keksin-30 non mukaista menetelmää pääasiassa sovelletaan, käsittää pääasialli-•V·; sesti seuraavat vaiheet: Raina kuljetetaan eri potentiaaleissa olevien ·:··: elektrodien väliin, rainan pinnalle levitetään epäorgaanista materiaalia .·!·, ja polymeerisideainemateriaalia käsittävää päällystysjauhetta sähköis- ten potentiaalien eroa hyväksikäyttäen, ja rainan päällystetty pinta vii-35 meistellään. Päällystysjauhe levitetään jauheenlevitysyksikössä. Rai- 2 115547 nan päällystetty pinta viimeistellään esimerkiksi termomekaanisella käsittelyllä. Käsiteltävän jatkuvan rainan kuituosuus koostuu yleensä paperinvalmistuskuiduista, mutta myös muita perusmateriaaleja voidaan käyttää. Esimerkiksi kuivapintakäsittelymenetelmää voidaan 5 käyttää muovi- tai metallikalvojen päällystämiseen.

Keksinnön mukainen este sijoitetaan juuri ennen jauheenlevitysyksik-köä. Este voi olla mekaaninen este tai se voi perustua kaasuvirtauk-siin, kuten ilmavirtauksiin. Mekaaninen este tuodaan kosketukseen rai-10 nan kanssa tai lähelle rainaa siten, että se ei ole suorassa kosketuksessa rainan kanssa vaan riittävän lähellä halutun toimenpiteen suorittamiseksi. Kun mekaaninen este on kosketuksessa rainan kanssa, voi olla välttämätöntä, että rainan toisella puolella on vastinpinta esteen tukemiseksi. Sopivia mekaanisia esteitä ovat esimerkiksi kaavinlaitteet, 15 kuten terät, mutta muitakin mekaanisia esteitä voidaan käyttää. Muita esteitä voivat olla esimerkiksi tangot tai levyt. On selvää, että este ulottuu rainan koko leveydelle rainan poikittaissuunnassa.

Kun este perustuu kaasuvirtauksiin, sekä imu että puhallus ovat mah-20 dollisia. Imu- tai puhalluselimet on suunnattu siten, että ne eivät häiritse jauheen levitystoimenpidettä; sopivimmin ne on suunnattu imemään tai j* puhaltamaan rainan kulkusuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan.

: Käytettäessä imua saavutetaan lisäetu; ennen jauheen levittämistä rai- • nasta voidaan hyvin siististi poistaa kaikki vieraat hiukkaset. Mekaa-25 nisien esteiden tavoin myös kaasuvirtauksiin perustuvat esteet ulottu- vat rainan koko leveydelle. Imu- tai puhalluselimet voivat käsittää esi- ♦ · merkiksi rivin kanavia tai pitkän raon, jonka läpi kaasua, yleensä ilmaa, . puhalletaan tai imetään.

30 Esteen ja jauheenlevitysyksikön välinen etäisyys rainan pituussuun-nassa on myös tärkeä. Yleensä etäisyys on enintään 100 mm. Hakijan ·:··· tekemien kokeiden mukaan ilmarajakerros katoaa vain hetkellisesti ja ,:, ilmaantuu uudestaan tietyllä etäisyydellä esteestä.

3 115547

Seuraavaksi selostetaan tarkemmin kuivapintakäsittelyprosessia, johon keksinnön mukainen este sijoitetaan. Päällystejauheen levityksessä käytetään sähkökenttää päällystepartikkelien siirtämiseksi paperin pinnalle ja sähköstaattisen tarttumisen mahdollistamiseksi ennen vii-5 meistelyvaihetta. Sekä lopullinen tarttuminen että päällysteen pintakerroksen tasoittaminen suoritetaan samanaikaisesti termomekaanisen käsittelyn tai muun sopivan käsittelyn avulla.

Päällystysjauhe käsittää joko erillisiä epäorgaanisia materiaalipartikke-10 ieita ja polymeerisideainepartikkeleita tai partikkeleita, jotka sisältävät sekä epäorgaanista materiaalia että polymeerisideainemateriaalia (ns. hybridipartikkeleita). Materiaalipartikkelien keskimääräinen halkaisija on yleensä 0,1-500 pm, sopivimmin 1-15 pm. Lähellä 10pm:a oleva partikkelikoko on useimmisssa tapauksessa sopivin varausominai-15 suuksia silmällä pitäen. Päällystysjauhemateriaali tulee ottaa huomioon, koska päällystysjauheen komponenteilla voi olla erilaiset sähköiset ominaisuudet, kuten partikkelien pinnan varautumis- ja purkautu-misnopeus. Päällystysjauhe voi käsittää enintään 99,5 p-% (kuiva-paino) epäorgaanista materiaalia, ja jäljelle jäävä osuus on sopivimmin 20 polymeerisideainemateriaalia. Päällystysjauhe on oleellisesti kuivassa : ’·· muodossa (kosteuspitoisuus alle 10 p-%), ja se käsittää ilmaa ja mate- ,,; j* riaalipartikkeleita, joiden osuus ilma-partikkeliseoksessa on yli 11-%.

• Kuivapintakäsittelyprosessissa jauhe suihkutetaan voimakkaan sähkö- :v. 25 kentän ja suuren vapaaionikonsentraation omaavan alueen läpi perus- materiaalin pinnalle. Päällystysjauhe sijoitetaan päällysteensyöttö-

• I

kammioon ja siirretään jauheenlevitysyksikköön paineilman avulla. Päällystysjauhe varataan jauheen levitysyksikössä.

*·;·* 30 Kuiva jauhe syötetään jauheenlevitysyksikköön paineilman tai jonkin :\i muun partikkelien varautumista edistävän kuljetinaineen avulla. Jänni- :·*; tettä ja virtaa vaihdellaan vaaditun varaus- ja maadoituselektrodien välisen matkan, elektrodien materiaaliominaisuuksien (esim. dielekt-risyysvakiot), jauheen koostumuksen (orgaanisten ja epäorgaanisten '··* 35 ainesosien suhde, jauheen dielektrisyysvakiot, jne.), jauhemäärän, 4 115547 syöttöaineen kosteuspitoisuuden ja paineen mukaan. Jännite vaihtelee 5 kV:sta 1000 kV:iin ja virta 30 pA:sta 1000 A:iin. Jauheominaisuudet ja levityskonsepti ohjaavat varauselektrodien rakennetta. Varauselektrodit ovat kuitenkin joko positiivisia tai negatiivisia.

5 Käytännössä maadoitettu elektrodi voi olla staattinen maadoituslevy tai liikkuva maadoituslaite. Liikkuva laite voi olla pyörivä laite, esimerkiksi maadoitustela tai päättymätön sähköä johtava viira tai hihna. Maadoi-tustela voi muodostaa nipin kuumatelan kanssa, joka ainakin osittain 10 sulattaa päällystysjauheen sideaineen. Viimeistely voidaan suorittaa loppuun kuumakalanterin ja pehmeäpintaisen telan muodostamassa seuraavassa nipissä. Maadoitustela, kuumatela ja pehmeäpintainen tela voivat muodostaa kalanteripinon. Maadoitustelaan kosketuksissa oleva raina on maadoitettu maadoitustelan ja kuumatelan muodosta-15 maan nippiin saakka. Raina voi myös kulkea muiden nippien kautta. Viimeistely voidaan myös saattaa loppuun käyttämällä kemikaaleja tai sopivaa säteilyä, kuten UV-säteilyä, päällystejauheen kiinnittämiseksi rainaan.

20 Päällystysjauheen levitys voidaan suorittaa myös käyttämällä hihnaa tai vastaavaa. Hihna varataan koronavarauselektrodilla tasaisen vara-;·* uksen aikaansaamiseksi koko hihnan pinnalle. Hihnan tulee olla riittä- ·: vän resistiivinen, koska sen tulee säilyttää varauksensa. Varattu hihna ; tarttuu päällystysjauhepartikkeleihin ja kuljettaa ne päällystettävän rai- 25 nan yli. Partikkelit vapautetaan hihnalta käyttämällä koronavaraus-

• I

.···. elektrodia, jonka polaarisuus on vastakkainen hihnan varaukseen käy tettävän koronavarauselektrodin polaarisuuteen verrattuna. Tässä tapauksessa esteitä voidaan tarvita sekä hihnalla että rainalla.

30 Yksi mahdollisuus päällystejauheen varaamiseksi koronan sijaan on V-j päällystejauhepartikkeleiden siirto korkeajännite-elektrodin ja päällyste- ·:··: jauhepartikkeleita syöttävän maadoitetun kanavan välissä sijaitsevan staattisen sähkökentän avulla. Perusmateriaali ei varaudu kentän vai- * · » :!.* kutuksesta, koska perusmateriaalilla ei ole vapaita ioneja, eikä perus- ’·** 35 materiaalin maadoitus ole tarpeen. Käytettävä jännite on sopivimmin 5 115547 60-80 kV. Maadoitetun kanavan asemesta voidaan käyttää maadoitettua suurtehojauhinta. Suuret agglomeraatit hienonnetaan hienojakoisiksi partikkeleiksi, ja jauhimeen voidaan lisätä joitakin lisäaineita.

5 Joitakin lisäaineita voidaan suihkuttaa myös samanaikaisesti päällys-tysjauheen kanssa rainalle. Ne ovat sopivimmin nestemäisessä muodossa, mutta myös kiinteitä aineita käytetään. Lisäaine varataan varaukseltaan päällystysjauhetta vastaavaksi, ja se puhalletaan päällystys-jauheen joukossa. Lisäaine voi olla esimerkiksi vettä, kalkkivettä, 10 kationista tärkkelystä, rakeisessa muodossa olevaa polyvinyylialkoholia tai karboksimetyyliselluloosaa.

Kuivapintakäsittelyprosessissa voidaan myös päällystää rainan molemmat puolet yhtä aikaa. Rainan kummankin puolen päällystämiseksi 15 samanaikaisesti maadoituselektrodi voidaan korvata elektrodilla, jonka polaarisuus on vastakkainen ensimmäiseen elektrodiin nähden. Raina sijoittuu näiden kahden elektrodin väliin, jolloin sähkökentän puoleensa vetämät partikkelit, jotka ovat merkiltään vastakkaisia, sijoittavat ne rainan pinnalle. Jos ensimmäinen elektrodi on negatiivinen, rainan vas-20 takkaisella puolella oleva toinen elektrodi on positiivinen, ja päin-vastoin. Kun ensimmäinen koronavarauselektrodi on negatiivinen, negatiivisen koronavarauksen negatiivisilla elektroneilla varatut pääl-lystysjauhepartikkelit liikkuvat kohti positiivista koronavarauselektrodia, : joka sijaitsee rainan toisella puolella. Näiden kahden sähköisen kentän '·*: 25 potentiaaliero on huomattava, ja näin ollen mainitut kaksi elektrodia vahvistavat toistensa toimintaa. Tässä suoritusmuodossa esteitä tarvitaan rainan kummallakin puolella.

Kuivapäällystetty perusmateriaali voi myös käsittää useampia kuin 30 yhden päällystekerroksen perusmateriaalin samalla puolella. Kerrokset ·. ·; voivat olla keskenään erilaisia. Varaukset, jotka muodostetaan pääl- lystysjauheen levitystä varten voidaan eliminoida tai muuttaa siten, että .·!·. niiden merkki on erilainen sen jälkeen kun päällystysjauhe on kiinnitetty • · · lämmön ja paineen avulla. Kun ensimmäinen levitys suoritetaan nega-’·** 35 tiivisella varauksella, toinen levitys voidaan suorittaa positiivisella 6 115547 varauksella, jolloin kerrokset kiinnittyvät toisiinsa kunnolla sähköisen vetovoiman vaikutuksesta. Esteet on sijoitettava peräkkäin.

Merkittävä polymeerisideaineen määrän vähentyminen kuivajauheessa 5 on saavutettu edelleen optimoiduilla kiinnitysolosuhteilla (kuten pinnan kostutus, rainan kosteuspitoisuus, viipymäaika, pinnan lämpötila ja viivakuorma). Polymeerisideaineen pitoisuus ja sen lämpömuovautuvuus termomekaanisen käsittelyn aikana määrittelevät paperin ominaisuudet kuten päällystekerroksen tiheyden, avoimuuden, sileyden, lujuuden ja 10 optiset ominaisuudet. Alle 10 p-%:n sideainepitoisuus on joissakin tapauksissa riittävä riittävän pintalujuuden saavuttamiseksi. Sidos-polymeerien lasittumislämpötila (Tg) ulottuu 20°C:sta yli 100°C:een, jolloin alinta lasittumislämpötilaa (Tg) rajoittavat vaadittavat kuivaus- ja jauhamisolosuhteet. Muiden sideaineiden, kuten tärkkelyksen käyttö on 15 saanut aikaan joitakin haluttuja paperiominaisuuksin yhdessä pohja-perusmateriaalin korkeamman kosteuspitoisuuden tai ennen termomekaanista kiinnittämistä tapahtuvan kostutuksen kanssa. Kosteus voi liuottaa tärkkelysrakeen ja mahdollistaa sen toimimisen sideaineena tietyissä prosessiolosuhteissa, mutta se ei ole yhtä tehokas kuin kopo-20 lymeerilateksisideaine. Tärkkelystä voidaan valmistaa kuivana rakeena jauhamisen avulla, mutta sopivimmin se liuotetaan nesteeseen sen ..!: * sideaineominaisuuksien saavuttamiseksi.

• · * * · * · ·

Termomekaanisen käsittelyn edulliset vaihteluvälit ovat: Lämpötila 25 välillä 80 ja 350°C, 25-450 kN/m:n viivakuorma ja 0,1-100 ms:n viipy-·/·. mäaika (nopeus 150-2500 m/min; nipin pituus 3-1000 mm). Kiinnitystä voidaan lujittaa eri tavoin haluttujen paperin ominaisuuksien saavuttamiseksi. Tässä uudessa prosessi ratkaisussa polymeeri saa myös aikaan päällystekerroksen fyysisen kiinnittymisen paperin pinnalle, :·’ 30 mikä korvaa tavanomaisissa prosesseissa esiintyvän tunkeutumis- vaikutuksen ja mekaanisen toisiinsa liittymisen puuttumisen. Termo-·:·: mekaaninen käsittely voidaan suorittaa useilla kalanterointimenetel- millä tai kalanteroinnin kaltaisilla menetelmillä. Menetelmissä hyödyn-L. netään telojen väliin muodostuvia nippejä, tai kahden vastinpinnan 35 väliin muodostuvia olennaisesti pitkiä nippejä. Tällaisia nippejä ovat 7 115547 kovanippi-, pehmeä nippi-, pitkänippi- (esim. kenkäpuristin tai hihna-kalanteri), Condebelt-tyyppinen kalanteri ja superkalanteri.

Yksi keskeisimmistä asioista termomekaanisessa kiinnityksessä on 5 telapintojen tarttumaton luonne, jolla estetään polymeeripohjaisten kerrostumien toisiinsa takertuminen, liimautuminen tai muunlainen kasaantuminen. Polymeeripitoisuudeltaan alle 20 p-%:n jauheita käytettäessä sopivia ovat kovat telapinnoitemateriaalit, kuten kovakromi-tai wolframkarbidipohjaiset materiaalit. Käytettäessä polymeeripitoi-10 suudeltaan korkeita jauheita, tulee telan pinnan tarttumattomuus-ominaisuuksien olla paremmat ja pinnoitemateriaalina voidaan käyttää esim. Teflon-pohjaisia materiaaleja. Toinen tapa välttyä edellä mainitulta ongelmalta on käyttää kalanteria, joka muodostuu kovan kuuma-telan ja pehmeäpintaisen telan väliin. Raina kuljetetaan nippiin siten, 15 että päällystekerros koskettaa pehmeäpintaista telaa. Lämpö vaikuttaa rainan läpi sulattaen sideaineen, erityisesti päällystekerroksen alimman osan, edistäen näin päällystysjauheen tartuntaa.

Lämmitettävän telan vaihtoehtona voidaan käyttää sopivaa liuotinta, 20 joka liuottaa sideaineen, tai sopivaa säteilyä, joka sulattaa sideaineen.

: “ Säteilyn aallonpituus valitaan siten, että säteily ei absorboidu rainaan .. Γ vaan päällystejauheeseen. Säteily-yksikköä voi seurata kalanteri, joka *j suorittaa riittävän voimakkaan puristuskäsittelyn. Päällystekerroksen jf: kanssa kosketuksissa oleva tela on joustava tela.

25 ;*··. Lisääntynyt pohjapaperin kosteuspitoisuus voi parantaa jauheen levit tymistä ja kiinnittymistä perusmateriaalin pintaan. Sisään tuleva koste-uspitoisuus (esim. paperimassan kosteus) voidaan maksimoida tai V:!i säätää kerroksen lujuuden ja paperin muiden ominaisuuksien optimoi- ;·' 30 miseksi. Esimerkiksi tärkkelys vaatii korkeamman kosteuspitoisuuden •V - kuin kopolymeerilateksisideaineet vastaavien pintalujuuksien saavut- ·:· : tamiseksi pintakäsiteltyyn paperiin tai kartonkiin. Tämä selittyy tärkke- ,···. lyksen liuottamistarpeella sidosominaisuuksien saavuttamiseksi, ja täi- > I < löin tarvitaan ylimääräistä energiaa veden haihdutusta varten. Pinta-35 kosteutta voidaan myös säätää suutinlevityksellä perusmateriaalin 8 115547 pintaan. Tällöin vain kiinnitysprosessissa haihtuva vesi levitetään, ja kiinnitysvaiheen kosteustasapaino säilyy stabiilina. Suutinlevitys voidaan suorittaa ennen jauheen levittämistä tai termomekaanista kiinnittämistä.

5

Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla kuviin, joissa kuva 1 esittää kaaviokuvantona prosessia, jossa suoritetaan kaksipuolinen päällystys, 10 kuva 2 esittää kaaviokuvantona prosessia, jossa muodostetaan kaksi päällystys kerrosta päällekkäin, ja kuva 3 esittää kaaviokuvantona prosessia, jossa kaksipuolinen 15 päällystys suoritetaan kummallakin puolella yhtä aikaa.

Kuvassa 1 rainan W kummallakin puolella on este 1, kuten terä, ja jau-heenlevitysyksikkö 2. Ilmarajakerros poistetaan ainakin osittain esteellä ennen kuin raina W päällystetään levitysyksiköstä 2 saatavalla kuiva-20 päällystysjauheella. Levitysyksikköä vastapäätä on elektrodi 3, joka on : '·· eri potentiaalissa kuin levitysyksikön ainakin yhden elektrodin potenti- ,,y aali. Elektrodi 3 voi olla maadoitettu. Ensimmäinen päällystyskerros :kiinnitetään nipissä N1, ja toinen päällystyskerros kiinnitetään nipissä • N2. Nippien N1 ja N2 kiinnityskyky perustuu lämpöön ja paineeseen.

! 25 !··. Kuvassa 2 periaate on sama, paitsi kummatkin päällystyskerrokset muodostetaan rainan W samalle puolelle. Näin ollen tarvitaan peräkkäisiä esteitä 1.

30 Kuvassa 3 rainan W molemmat puolet päällystetään samanaikaisesti, y.i Levitysyksikköjen 2 elektrodit ovat eri potentiaaleissa rainan vastakkai- ;· j silla puolilla. Tässä suoritusmuodossa kiinnitysvaiheeseen tarvitaan vain yksi nippi. Esteen 1 on oltava ennen levitysyksikköä 2 rainan *;*,* kummallakin puolella.

:···: 35 9 115547

Keksinnön edellä mainitut suoritusmuodot eivät rajoita patenttivaatimusten suojapiiriä. Keksinnön perusajatuksena on, että ilmarajakerros voidaan poistaa siten, että kuivajauhetta voidaan levittää rainalle helpommin.

• I

* « I

» ( · » » » · »

Claims (4)

115547

1. Menetelmä jatkuvan rainan pinnan päällystämiseksi päällystys-jauheella, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 5. annetaan rainan liikkua elektrodien väliin, jotka ovat eri potentiaa leissa, - levitetään rainan pintaan epäorgaanisesta materiaalista ja polymeeri-sideainemateriaalista koostuvaa päällystysjauhetta käyttäen hyväksi sähköisen potentiaalin eroa, ja 10 - viimeistellään rainan päällystetty pinta, tunnettu siitä, että ennen kuin rainan annetaan liikkua elektrodien väliin, ilmarajakerros poistetaan ainakin osittain esteellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 este on mekaaninen este.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että este on kaavinlaite.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : ’·· este muodostetaan ainakin yhdestä kaasuvirtauksesta. ; · · * » * · » 1 · 115547