FI121148B - Menetelmä kuiturainan päällystämiseksi verhopäällystyslaitteella - Google Patents

Description

Menetelmä kuiturainan päällystämiseksi verhopäällystyslaitteella

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä kuiturainan päällystämiseksi verhopäällystyslaitteella, jossa menetelmässä päällysteseokselle suoritetaan 5 kaasunpoistokäsittely ennen sen syöttämistä päällystyslaitteelle.

Päällystettyjen paperilajien ja päällystyksen yleistyessä asetetaan päällystys-prosesseille ja -laitteille kasvavia vaatimuksia. Päällystyksessä, tarkemmin sanoen pigmenttipäällystyksessä paperin pinnalle muodostetaan päällys-10 teseoskerros päällystysasemalla, jonka jälkeen suoritetaan ylimääräisen veden kuivaus. Yleinen pigmenttipäällystysmenetelmä on niin sanottu teräpäällystys, jossa päällystemäärä säädetään niin sanotun kaavinterän avulla. Yleisimmät teräpäällystysasematyypit ovat sivelytelalla varustettu terä päällysti n ja suutinapplikoinnilla varustettu teräpäällystin. Lisäksi päällystyksessä käyte-15 tään niin sanottua filminsiirtopäällystintä, jotka ovat yleistyneet viime aikoina. Samoin uutena tekniikkana kuiturainojen päällystyksessä on käyttöön tulossa verhopäällystimet.

Verhopäällystimet voidaan jaotella raosta syöttäviin (slot-fed) tai tasolta syöt-20 täviin (slide-fed) päällystimiin. Tasolta syöttävässä verhopäällystimessä päällystettä syötetään suutinyksikön avulla kaltevalle tasolle, jota pitkin päällyste valuu kohti tason reunaa, jolloin verho muodostuu päällysteen valuessa syöt-töhuulen muodostavan tason reunalta. Raosta syöttävissä applikointipalkeis-sa päällyste pumpataan jakokammion kautta kapeaan pystysuoraan rakoon, 25 jonka huulella verho muodostuu ja valuu radalle. Päällystettä voidaan levittää yhdessä tai useammassa kerroksessa. Syntynyttä verhoa voidaan ohjata reu-naohjaimilla, jotka sijaitsevat nimensä mukaisesti syöttöraon/syöttöhuulen reunoilla.

30 Erilaisia paperi- ja kartonkilajeja on olemassa lukuisia erilaisia ja ne voidaan jakaa neliöpainon mukaan kahteen luokkaan: papereihin, jotka ovat yksiker- 2 roksisia ja neliöpaino 25 - 300 g/m2 ja kartonkeihin, jotka on valmistettu monikerrostekniikalla ja neliöpaino 100 - 600 g/m2. Kuten huomataan, on paperin ja kartongin välinen raja liukuva sillä neliöpainoltaan kevyimmät kartongit ovat kevyempiä kuin painavimmat paperit. Yleensä paperia käytetään 5 painamiseen ja kartonkia pakkaamiseen. Paperit ja kartongit voivat olla päällystettyjä tai päällystämättömiä.

Seuraavana esitetyt kuvaukset ovat esimerkkejä nykyisin käytössä olevista päällystettävien kuiturainojen arvoista ja niissä saattaa esiintyä huomattavia 10 vaihteluja annetuista arvoista. Kuvaukset perustuvat pääosin lähdejulkaisuun Papermaking Science and Technology osa Papermaking Part 3, Finishing, toim. Jokio, M., julk. Fapet Oy, Jyväskylä 1999, 361 s.

Päällystetty aikakausilehtipaperi (LWC = light weight coated) sisältää mekaa-15 nista massaa 40 - 60 %, valkaistua havupuusellua 25 - 40 % ja täyte- ja päällysteseoksia 20 - 35 %. Yleisinä arvoina LWC-paperille voidaan pitää seuraavia: neliöpaino 40 - 70 g/m2, Hunter-kiilto 50 - 65 %, PPS S10-karheus 0.8 - 1.5 pm (offset) ja 0.6 - 1.0 pm (roto), tiheys 1100 - 1250 kg/m3, vaaleus 70 - 75 % ja opasiteetti 89 - 94 %.

20

Yleisinä arvoina MFC-paperille (machine finished coated) voidaan pitää seuraavia: neliöpaino 50 - 70 g/m2, Hunter-kiilto 25 - 70 %, PPS S10-karheus 2.2 - 2.8 pm, tiheys 900 - 950 kg/m3, vaaleus 70 - 75 % ja opasiteetti 91 - 95 %.

25

Yleisinä arvoina FCO-paperille (film coated offset) voidaan pitää seuraavia: neliöpaino 40 - 70 g/m2, Hunter-kiilto 45 - 55 %, PPS S10-karheus 1.5 - 2.0 pm, tiheys 1000 - 1050 kg/m3, vaaleus 70 - 75 % ja opasiteetti 91 - 95 %.

3

Yleisinä arvoina MWC-paperille (medium weight coated) voidaan pitää seu-raavia: neliöpaino 70 - 90 g/m2, Hunter-kiilto 65 - 75 %, PPS S10-karheus 0.6 - 1.0 pm, tiheys 1150 - 1250 kg/m3, vaaleus 70 - 75 % ja opasiteetti 89 - 94 %.

5 HWC:lla (heavy weight coated) on neliöpaino 100 - 135 g/m2 ja se voidaan päällystää jopa useammin kuin kaksi kertaa.

Päällystetyissä sellupohjaisissa puuvapaissa painopapereissa eli hienopape-10 reissä (WFC) päällystemäärät vaihtelevat suuresti vaatimusten ja käyttötarkoituksen mukaan. Seuraavassa tyypillisiä arvoja yhteen ja kahteen kertaan päällystetylle sellupohjaiselle painopaperille: yhteen kertaan päällystetty neliöpaino 90 g/m2, Hunter-kiilto 65 - 80 %, PPS slO-karheus 0.75 - 2.2 pm, vaaleus 80 - 88 % ja opasiteetti 91 - 94 % ja kahteen kertaan päällystetylle 15 neliöpaino 130 g/m2, Hunter-kiilto 70 - 80 %, PPS S10-karheus 0.65 -0.95 pm, vaaleus 83 - 90 % ja opasiteetti 95 - 97 %.

Kartongit muodostavat varsin heterogeenisen ryhmän sisältäen neliöpainol-taan korkeat lajit, joiden neliöpaino voi olla jopa yli 500 g/m2 ja neliöpainol-20 taan alhaiset lajit, joiden neliöpaino on noin 120 g/m2, lajit voivat olla pri-maarikuitupohjaisesta jopa 100 % kierrätyskuitupohjaiseen ja päällystämättömästä moninkertaisesti päällystettyihin. Päällystettyjä kartonkeja ovat seu-raavat: - primäärikuitupohjainen (taivekartonki (FBB=folding boxboard), valkaistu 25 sellukartonki (SBS=solid bleached board), nestepakkauskartonki (LPB=liquid packaging board), päällystetty valkopintainen pintakerros (coated white top liner), carrier board) - kierrätyskuitupohjainen (valkopintainen harmaapahvi (WLC=white lined chipboard), päällystetty kierrätyskartonki).

30 4

Verhopäällystys soveltuu periaatteessa kaikkien edellä mainittujen päällystettävien lajien valmistamiseen. Verhopäällystin kohdistaa terä- tai filminsiirto-päällystykseen nähden paljon pienemmän voiman rainaan ja täten se aiheuttaa vähemmän paperirainan katkeamisesta aiheutuvia katkoja ja ajettavuus 5 on siten parempi. Verhopäällystyksellä ei päästä samanlaiseen pinnan siley-teen kuin teräpäällystyksellä mutta sillä saavutettu peittävyys on teräpäällystystä tai fiIminsiirtopääIlystystä parempi.

Prosessiteollisuudessa kaasujen, kuten ilman, sekoittuminen prosessissa käy-10 tettäviin nesteisiin ja seoksiin aiheuttaa tyypillisesti paljon ongelmia. Erityisesti paperin tai vastaavan kuiturainamateriaalin verhopäällystyksessä pääl-lysteseoksessa oleva kaasu ja kaasukuplat aiheuttavat päällystettäessä paperin pintaan epätasaisuutta ja jopa kohtia, joissa ei ole päällystettä lainkaan. Monikerrosverhopäällystyksessä kaasunpoiston merkitys kasvaa entisestään. 15 Tällöin jos päällystekerroksia on esimerkiksi kolme tai neljä, on jokaisen kerroksen aikaansaamisessa käytettävästä päällysteestä poistettava kaasu mahdollisimman tarkasti.

Päällysteseokseen sekoittuneen ja liuenneen kaasun poistamiseksi on kehi-20 tetty esim. erilaisia alipainekaasunpoistimia, kuten esitetty esim. esillä olevan hakemuksen hakijan aiemmissa patenttihakemuksissa FI20055280, FI20055713 ja FI20055704.

Alipainekaasunpoistimiin järjestetään edullisesti noin 1 kPa - 15 kPa:n abso-25 luuttinen paine. Jos kammioon järjestetään alhaisempi absoluuttinen paine, niin mm. päällysteseoksen sisältämän nesteen höyrystymislämpötila alenee ja on vaarana, että päällysteseoksen laatu heikkenee nesteen höyrystymisen seurauksena. Toisaalta, jos kammioon järjestetään suurempi absoluuttinen paine, niin se ei välttämättä riitä päällysteseoksen sisältämien kaasukuplien 30 kasvattamiseen ja poistamiseen alipaineen avulla. Erittäin edullisesti alipainekammioon järjestetään noin 3 kPa -15 kPa:n absoluuttinen paine. Käy- 5 tettävän absoluuttisen paineen alarajan nostamisella varmistetaan vielä paremmin se, että päällysteseos ei pääse höyrystymään kaasun poiston aikana. Alipainekaasunpoistimella saavutetaan hyvä tehokkuus, jolloin päällysteseok-sen sisältämää kaasua saadaan poistettua nopeasti ja tarkasti suuresta mää-5 rästä päällysteseosta.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada parannettu verhopääl-lystysmenetelmä virheettömän päällystetyn pinnan aikaansaamiseksi. Tämän päämäärän saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnus-10 omaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat.

Tämän hakemuksen yhteydessä kuiturainan pinnalla olevan virheen koolla tarkoitetaan päällysteseoksessa olevan kaasukuplan aiheuttaman virheen ulottumaa kuiturainan etenemissuuntaan nähden poikittaisessa suunnassa.

15 Verhopäällysteen valuessa alas kuiturainan pinnalle aiheuttaa nopeasti liikkuva kuituraina päällysteseoksessa olevan kaasukuplan venymisen kuiturainan etenemissuunnassa, jolloin kuiturainan päällysteessä esiintyvä virhe muodostuu ovaalimaiseksi tai pitkänomaiseksi. Virheen koon kannalta olennainen mitta on rainan etenemissuuntaan nähden poikittainen ulottuma, joka on 20 edullisesti alle 0,1 mm, jolloin sitä ei voi havaita silmämääräisesti. Lisäksi painotuotteilla on painatuksen rasterikoko tyypillisesti 0,1 mm, jolloin sitä pienempi virhekoko ei aiheuta painojäljen huonontumista.

Verhopäällystysmenetelmä soveltuu pigmenttipäällystyksen lisäksi myös 25 esim. sulkukerroksen aikaansaavan materiaalin applikoimiseen kuiturainan pinnalle. Tällainen sulkukerros voi olla neste- ja/tai kaasutiivis kerros. Lisäksi menetelmällä voidaan aikaansaada erilaisia muita toiminnallisia kerroksia kuiturainan pintaan.

30 Seuraavassa keksintöä kuvataan lähemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: 6 kuvio 1 esittää kaaviollisena periaatekuvana verhopäällystysprosessin erästä toteutustapaa, ja 5 kuvio 2 kuvaa erästä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuvaa alipainekaasunpoistinta.

Kuviossa 1 on kuvattu ainoastaan kaaviomaisesti eräs keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuva järjestely, joka on kuvattu lähemmin 10 hakijan aiemmassa suomalaisessa patenttihakemuksessa FI 20065055. Kuvion 1 järjestelyssä päällysteseoksen valmistusprosessista tuleva päällysteseos viedään aluksi varastosäiliöön 1, josta se viedään pumpun 6A avulla kaasun-poistovaiheeseen 2, jota esitetyssä suoritusmuodossa edeltää esikäsittelyvai-he 7. Esikäsittelyvaihe 7 voi käsittää esim. päällysteseoksen lämmityksen tai 15 jäähdytyksen, suodatuksen, esikaasunpoistokäsittelyn, ultraäänikäsittelyn tai niiden eri yhdistelmiä. Esikäsittelyvaihe voidaan jättää myös pois. Kaasun-poistokäsittely 2 on edullisesti alipainetoiminen kaasunpoistolaite 3.

Kaasunpoistovaiheen jälkeen päällysteseos viedään pumpun 6B avulla pääl-20 lystyslaitteen 5 syöttösäiliöön 4, josta sitä syötetään pumpulla 6C päällystys-laitteelle levitettäväksi kuiturainalle. Esitetyssä järjestelyssä pumpun 6C jälkeen on sijoitettu suodatinelimet 9, jotka voivat olla mitä tahansa sinänsä tunnettua tyyppiä.

25 Järjestelyssä voidaan käyttää lisäksi edullisesti on-line -mittauslaitteistoa 8 esim. kaasunpoistovaiheesta poistuvan päällysteseoksen kaasupitoisuuden mittaamiseen, jolloin kaasupitoisuudeltaan sallituista rajoista poikkeavan päällysteseoksen pääsy päällystyslaitteen syöttösäiliöön 4 estetään ja palautetaan takaisin varastosäiliöön, esim. laitteiston käynnistyksen yhteydessä, 30 jolloin päällysteseos voidaan tarvittaessa kierrättää useampaan kertaan kaasunpoistovaiheen 2 kautta ennen sen syöttämistä syöttösäiliöön 4. Online- 7 mittausvälineet 8 voivat käsittää esim. kaasunpoistovaiheesta tulevan pääl-lysteseoksen tiheyden mittauselimet, jolloin mitattua tiheystietoa voidaan käyttää esim. päällysteseoksessa jäljellä olevan kaasupitoisuuden määrittämiseen epäsuorasti. Tiheyden mittaus voidaan tehdä esim. paine-5 eromittauksena. Online-mittausvälineisiin voi kuulua myös esim. äänen tai ultraäänen käyttöön perustuva kaasupitoisuuden suora mittauslaite, jota voidaan käyttää tiheyden mittaamiseen perustuvan epäsuoran kaasupitoisuuden määrittämisen asemesta.

10 Eliminä päällysteseoksen ohjaamiseksi syöttösäiliön 4 asemesta takaisin varastosäiliöön voi olla tarkoituksenmukaiset venttiilien met (ei esitetty), jotka ohjaavat myös normaalissa toiminnassa kaasunpoistovaiheesta 2 syötettävän ylimääräisen päällysteseoksen takaisin varastosäiliöön 1.

15 Laitteiston ollessa normaalissa toiminnassa varastosäiliöstä 1 syötetään pääl-lysteseosta vakiomäärässä kaasunpoistovaiheeseen 2 pumpulla 6A. Tämä vakauttaa kaasunpoistolaitteen toimintaa ja antaa tasaisemman lopputuloksen. Kaasunpoistovaiheesta syötetään niin ikään vakiomäärässä kaasunpois-tokäsiteltyä päällysteseosta pumpulla 6B syöttösäiliöön 4. Syöttösäiliössä 4 20 on esim. pinnankorkeuden mittausvälineet, joiden antaman tiedon perusteella syöttösäiliöön ohjataan kulloinkin tarvittava päällysteseosmäärä, jolloin ylimääräinen päällysteseos ohjataan takaisin varastosäiliöön 1. Päällysteseoksen syöttömäärä kaasunpoistovaiheesta on edullisesti alueessa 0 - n. 200 % enemmän kuin päällystykseen tarvitaan. Päällysteseoksen syöttö kaasunpois-25 tolaitteesta voi olla järjestetty tapahtumaan myös suoraan päällystysvaihee-seen ilman syöttösäiliötä 4.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuvan alipainekaasunpoistimen eräs toteutustapa kaaviollisena periaateku-30 vana. Tämä alipainekaasunpoistin on kuvattu lähemmin hakijan aiemmassa suomalaisessa patenttihakemuksessa FI 20055280. Laitteistoon kuuluu ali- 8 painesäiliön 13 sisäpuolelle järjestetty pyörivä rumpu 18, jota käytetään moottorilla 21. Kaasua sisältävä päällystysaine syötetään rummun sisäpuolelle putken 14 kautta. Säiliö on yhdistetty alipainelähteeseen 15 alipaineputkella 16. Rummun sisäpinta on muodostettu porrastetuksi käsittäen esitetyssä suori-5 tusmuodossa kolme porrastasoa 10, 11, 12 siten, että pyörimisliikkeen vaikutuksesta ylöspäin kohoava päällysteseos muodostaa mainituissa porrastasos-sa kulloinkin ohuen huntumaisen kalvon. Viimeisestä portaasta poistuessaan päällysteseosfilmi ohjataan rummun yläreunasta alipainesäiliön sisäseinä-mään ja sitä pitkin edelleen säiliön alaosaan siirrettäväksi käyttökohteeseen 10 poistoaukon 17 kautta. Säiliön 13 yläosan alueeseen on edullisesti jäljestetty elimet 20 syntyvän huntumaisen kalvon kuvaamiseksi, jolloin huntumaisen kalvon säilyessä ehjänä ei päällysteseoksessa ole enää ilmakuplia jäljellä. Kuvantamiselimien 20 tuottamaa kuvainformaatiota voidaan käyttää kaasun-poistolaitteen toimintapartametrien ohjaamiseen.

15

Porrastasot voidaan muodostaa esim. kuvion 2 mukaisesti peräkkäisistä ko-verapohjaisista osuuksista, joiden etureuna 10a, 11a, 12a määrittää porras-tason korkeusaseman eli syntyvän ohuen huntumaisen kalvon korkeusaseman. Tehokkaan kaasunpoiston aikaansaamiseksi ja laitteiston kompaktin 20 mitoituksen kannalta peräkkäisten porrastasojen välinen korkeusero on edullisesti alueessa 20 mm - 150 mm, edullisemmin alueessa 40 mm - 100 mm. Porrastasojen välinen säteittäinen etäisyys eli syntyvän hunnun leveys on edullisesti alueessa 20 mm - 200 mm, edullisemmin alueessa 40 mm -120 mm.

25 Tämä alipainekaasunpoistimen ratkaisu tehostaa kaasunpoistoa päällys-teseoksesta ja lisää kapasiteettia. Ratkaisu mahdollistaa myös prosessin aikaisen seurannan ja laitteen toimintaparametrien ohjaamisen tämän seurannan perusteella. Toi m intä parametreja ovat mm. rummun 18 pyörimisnopeus, 30 alipainetaso säiliössä 13, säiliön 13 pohjalla olevan nestepinnan korkeus, johon vaikuttaa rumpuun syötettävän päällysteseoksen syöttönopeus ja kaa- 9 sunpoistokäsitellyn, säiliöstä pois johdettavan päällysteseoksen poistumisno-peus.

Päällysteseoksen useampiportainen hunnutus tehostaa ilmanpoistoa, jolloin 5 on mahdollista käyttää korkeampaa absoluuttisen painetason alarajaa kuin aiemmissa ratkaisuissa, jolloin vältetään päällysteseoksen laadun heikkeneminen, mikä voisi olla seurauksena liian alhaisen painetason aiheuttamasta päällysteseoksen joidenkin ainesosien mahdollisesta haihtumisesta.

10 Tällainen useampiportainen toteutus antaa kaasukuplille riittävästi aikaa poistua päällysteseoksesta, jolloin jopa halkaisijaltaan suuruusluokkaa alle n.

0,1 mm olevat kaasukuplat ehtivät poistua päällysteseoksesta ja päällys-teseokseen mahdollisesti jäävien kaasukuplien koko on niin pieni, etteivät ne aiheuta näkyvää virhettä kuiturainan pinnalle muodostettavaan päällystee-15 seen. Alipainekaasunpoistimena voidaan käyttää myös esim. esillä olevan hakemuksen hakijan aiemmissa suomalaisissa hakemuksissa FI20055713 ja FI20055704 esitettyjä ratkaisuja, ja se voi olla yksi tai useampivaiheinen, kuten hakemuksessa FI 20055704 esitetty menetelmä, missä käytetään ali-painetoimista kaasunpoistolaitetta, johon on muodostettu kaksi eri osastoa 20 siten, että kaasunpoisto suoritetaan yhtä laitetta käyttäen kahdessa eri vaiheessa.

Claims (7)

1. Menetelmä kuiturainan päällystämiseksi verhopäällystyslaitteella, jossa menetelmässä päällysteseokselle suoritetaan kaasunpoistokäsittely ennen 5 sen syöttämistä päällystyslaitteelle, missä menetelmässä käytetään kaasun-poistovaiheessa alipainekaasunpoistinta, missä päällysteseos, jonka kaasupi-toisuus on alueessa n. 2 - 35 %, syötetään alipainesäiliön (13) sisällä olevan, olennaisesti pystysuuntaisen akselin ympäri pyörivän rummun (18) pohjaosan alueeseen, jolloin rummun pyörimisliike aikaansaa päällysteseoksen ko-10 hoamisen pitkin rummun sisäseinämää ja poistumisen rummun yläreunasta alipainesäiliön (13) sisäseinää vasten, josta päällysteseos valuu alaspäin, jossa menetelmässä päällysteseoksen ilmapitoisuus alenee arvoon n. 0 - n. 0,25 %, tunnettu siitä, että menetelmässä päällysteseos on järjestetty nousemaan portaittaisesti rummun seinämää pitkin siten, että päällysteseos 15 muodostaa ohuen huntumaisen kalvon ainakin kahdessa eri porrastasossa (10, 11,12), jolloin päällysteseoksessa olevat kaasukuplat hajoavat ja/tai siirtyvät pois päällysteseoksesta johdettavaksi edelleen ulos säiliöstä, jossa menetelmässä kaasukuplat poistetaan siten, että päällysteseokseen mahdollisesti jäävien kaasukuplien koko on alle n. 0,1 mm, jolloin kuiturainan pinnalla 20 olevassa päällysteessä mahdollisesti esiintyvien kaasukuplista johtuvien virheiden koko on vastaavasti alle n. 0,1 mm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällyste muodostetaan yhdestä kerroksesta tai useasta yhtä aikaa applikoitavasta 25 kerroksesta, jossa menetelmässä kunkin kerroksen muodostavalle päällysteseokselle suoritetaan erillinen kaasunpoistokäsittely.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään ainakin yhtä päällystekerrosta varten päällysteseoksena 30 pigmenttipäällystettä.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään ainakin yhtä päällystekerrosta varten päällysteseoksena materiaalia, joka muodostaa neste- ja/tai kaasutiiviin sulkukerroksen kuitu-rainan pinnalle. 5

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä päällystetyn painopaperin tai painopintaisen kartongin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmässä muodostetaan monikerroksinen päällyste, jolloin ainakin yhden päällysteseoskerroksen kuiva-ainepitoisuus on yli 40 % ja päällysteseok- 10 sen viskositeetti yli 100 (BrlOO) CPs.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 tai 5 mukainen menetelmä päällystetyn painopaperin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmässä päällystetään paperin molemmat puolet. 15

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisen menetelmän käyttö päällystetyn painopaperin tai painopintaisen kartongin valmistamiseksi.