FI96893B

FI96893B - Menetelmä paperirainan päällystämiseksi

Info

Publication number: FI96893B
Application number: FI942688A
Authority: FI
Inventors: Markku Niemi; Markus Mannstroem; Matti Pouhakka; Olli Aalto
Original assignee: Keskuslaboratorio
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1996-05-31
Also published as: EP0687770A3; FI942688A0; FI942688A; FI96893C; EP0687770A2

Description

96893

MENETELMÄ PAPERIRAINAN PÄÄLLYSTÄMISEKSI

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä paperirainan, neliömassa 30 - 70 g/m2, päällystämiseksi, jossa menetelmässä ajettavan rainan pinnalle levi-5 tetään päällystettä ja päällyste tasoitetaan kaavaamalla .

Erityisesti keksintö kohdistuu menetelmään paperirainan päällystämiseksi, jolloin ajonopeudet ovat suuria, so. yli 1000 m/min, edullisesti yli 1200 10 m/min, jopa yli 1400 m/min, aina nopeuteen 2000 m/min saakka tai jopa tämän yli.

Tässä yhteydessä paperilla tarkoitetaan painopaperia, esim. LWC- ja MWC-paperilaadut (LWC = light weight coated, so. ohkopäällystetty; MWC = medium 15 weight coated, so. keskipäällystetty), erityisesti puupitoiset painopaperilaadut, joiden pohjapaperin neliömassa on suuruusluokkaa 30-70 g/m2.

Päällystettäessä paperia suurilla ajonopeuksilla päällystyksen laadussa, kuten kiillossa, pääl-20 lysteen tasaisuudessa ja virheettömyydessä ym. ominaisuuksissa, sekä paperin ajettavuudessa esiintyy ongel-mia. Lisäksi, mainituilla suurilla ajonopeuksilla, kosteusgradientin hallinta ja teräparran muodostus : kaavausterään aiheuttaa ongelmia. Näitä epäkohtia ei 25 ole pystytty poistamaan aiemmin tunnetuin menetelmin.

·;· Epäkohdat ovat ongelmallisia erityisesti suhteellisen ···· 2 .·.·. pienillä päällystemäärillä, esim. 6-14 g/m .

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt epäkohdat. Erityisesti keksin-30 nön tarkoituksena on tuoda esiin uusi menetelmä paperirainan päällystämiseksi, jota menetelmää käytettäes- • · · *··: sä päällystys voidaan toteuttaa suurella ajonopeudel- la.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda ____: 35 esiin uudenlainen paperin päällystysmenetelmä, jota 2 96893 käytettäessä päällystettävän paperin laatukriteeriot ovat korkeat, erityisesti päällystysmäärillä 6-14 g/m2.

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen paperin päällystysmenetelmä, joka 5 soveltuu varsinkin puupitoisten painopaperien päällystykseen, esim. LWC- ja MWC- tms. paperilaadut, pohja-paperin neliömassa edullisesti alueella 30-70 g/m2.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan patenttivaatimuksiin.

10 Keksintö perustuu paljolti siihen, että kek sinnön mukaisessa menetelmässä, sen ensimmäisessä vaiheessa, rainalle jäävä päällystemäärä on niin ohut, so. 12 - 30 g/m2, jopa 12 - 20 g/m2, että rainan pinnalle voidaan lisätä höyryä, jolloin rainan kosteus-15 gradientti muuttuu siten, että teräparran muodostuminen saadaan hallintaan, so. esiterään ja/tai kaavaus-terään ei muodostu ajettavuutta hankaloittavaa terä-partaa. Mikäli höyryä johdetaan rainan pinnalle tavanomaisessa paperirainan päällystysmenetelmässä, höyryn 20 lisäys ei yleensä paranna rainan ajettavuutta, so.

lisättävästä höyrystä ei ole hyötyä rainan ajettavuu den kannalta. Edelleen, jos menetelmässä ei käytetä kaksivaiheista päällystystä, so. menetelmässä ei käytetä esiterää, ja jos rainalle levitettävä päällyste-25 määrä ei vastaa patenttivaatimuksessa 1 esitettyä, *· ]· höyryn lisäyksellä ei saavuteta niitä etuja ja vastaa- ···· vaa tuotetta ei pystytä valmistamaan kuin esillä ole- van keksinnön mukaisella menetelmällä.

Suoritettaessa päällystyksen esitasoitus 30 (ensimmäinen vaihe) välittömästi päällystyksen jälkeen kaavaamalla esiterän avulla siten, että rainalle jää-: .·. vän päällysteen määrä on 12-30 g/m2, edullisesti 12-20 ,·; g/m2, johdettaessa rainalle höyryä ja tasoitettaessa esiterällä tasoitettu päällyste kaavausterän avulla ·. 35 (toinen vaihe) siten, että rainalle jäävä päällyste- määrä tasoituksen jälkeen on 6-14 g/m2, päällyste täyt-: .·. tää halutut laatukriteeriot, so. halutut kiilto-, ka- li 3 96893 lenterointiominaisuudet yms. ominaisuudet saavutetaan. Edelleen, käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää, esiterään ja/tai kaavausterään ei muodostu teräpartaa, joka muodostaisi ajettavuutta rajoittavan tekijän 5 päällystyksen yhteydessä käytettäessä nykyisiä menetelmiä.

On erityisesti huomattava, että toisessa vaiheessa rainan pinnasta poistetaan päällystettä ja jäljelle jäävää päällystettä tasoitetaan. Aiemmin kaksi-10 vaiheista päällysteen tasoitusta ei ole toteutettu suurilla ajonopeuksilla, so. yli 1000 m/min, edullisesti yli 1200 m/min, puhumattakaan ajonopeuksista yli 1400 m/min. Edelleen höyryn käyttö ao. ajonopeuksilla ja nimenomaan alhaisilla päällystemäärillä ja kaksi-15 vaiheisessa päällystyksessä poistamaan ajettavuutta aiheuttavia ongelmia on uutta ja yllättävää; erityisesti höyryn pysyminen paperirainan pinnassa ja jopa sen tarttuminen rainan pintaan ja siirtyminen rainan mukana on uutta ja yllättävää.

20 Julkaisussa FI 2701/65 on esitetty menetelmä ja laite tasaisen kosteusprofiilin aikaansaamiseksi rainaan sähköstaattisella menetelmällä johtamalla rai-na tasajännitekentän kautta. Täten viitattu julkaisu koskee kokonaan toisenlaista tekniikkaa kuin esillä '·/·/ 25 oleva hakemus. Lisäksi julkaisussa ei näytä esitetyn esillä olevan hakemuksen mukaista menetelmää.

··· Julkaisu FI 79578 koskee kaavintamenetelmää, • · · · .·.* jossa päällystettä kaavitaan kaasusuihkun avulla käyt täen esim. vesihöyryä tms. Julkaisussa ei kuitenkaan 30 näytä esitetyn esillä olevan hakemuksen mukaista kaksivaiheista kaavausta.

Julkaisu FI 83350 koskee kaksivaiheista kaa- • · * * ··· vausta käyttäen laahauskaavinterää sekä toista terää; julkaisussa ei näytä esitetyn höyrytystä eikä yleensä-.·. 35 kään keksinnön mukaista menetelmää.

Julkaisu FI 912692 koskee paperinpäällystys-• < menetelmää, jossa paperirainalle levitetään esim. höy- 4 96893 ryä paperirainan ja kaapimen taaemman puolen rajaamalle alueelle. Menetelmää voidaan käyttää myös suurilla ajonopeuksilla. Julkaisussa ei ole kuitenkaan esitetty kaksivaiheista päällystystä eikä päällystystä nimen-5 omaan alhaisilla päällystemäärillä esillä olevan hakemuksen tavoin.

Lehtiartikkeli Tappi J. Sept. 1992, pp 161 -169, Ortman and Donigian: Mechanism and prevention of coat weight..., koskee yleisesti yksivaiheista pääl-10 lystystä. Julkaisussa on kuvattu (kuva 1) myös kaksi-vaiheisesti tapahtuva päällystys, so. 1. vaiheessa päällyste levitetään telan avulla ja 2. vaiheessa päällyste kaavataan terän avulla. Kuitenkaan esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä, jossa päällyste 15 kaavataan esiterällä 1. vaiheessa ja kaavausterällä 2. vaiheessa, ei näytä tulleen tunnetuksi viitatusta julkaisusta puhumattakaan keksinnön mukaisten päällyste-määrien ja höyrytyksen käytöstä.

Yleisesti em.julkaisut eivät koske kaksivai-20 heistä päällystystä eikä viitatuissa julkaisuissa esitettyjen menetelmien ja laitteiden tarkoituksena ole poistaa epäkohtia nimenomaan suurilla ajonopeuksilla, alhaisilla päällystemäärillä, kaksivaiheissa päällys- ' ; tyksessä esiintyviä epäkohtia. Kun huomioidaan patent- 25 tivaatimuksissa esitetyt keksinnön mukaisen menetelmän *· * yksityiskohtaiset määritteet (erityisesti ajonopeus, päällysteen tasoitus kahdessa vaiheessa kaavaamalla, • · päällys temäärät ja höyrynlisäys tarkoin määrätyssä kohdassa 1. vaiheen tasoituksen jälkeen), keksinnön 30 todetaan yksikäsitteisesti eroavan olennaisesti aiemmin tunnetusta, erityisesti huomioiden keksinnöllä : .· saavutettavat edut.

• · Päällysteen levitystapa rainalle voi olla minkälainen tahansa sinänsä tunnettu levitystapa. Tä-35 ten menetelmä soveltuu käytettäväksi esim. applikoin-titelalla suoritettavan levityksen, suutinpäällystyk-sen (jolloin suuttimen rainan puoleinen reuna voi muo- ti 5 96893 dostaa esiterän) tai yleensä minkä tahansa sinänsä tunnetun päällystystavan yhteydessä. Olennaista menetelmässä on se, että toisessa tasoitusvaiheessa pape-rirainan pinnalta poistetaan päällystettä samalla ta-5 soittaen jäljelle jäävää päällystettä.

Höyrytys voidaan suorittaa lähellä esiterää tai lähellä kaavausterää tai missä tahansa näiden välillä. Höyrytyksen yhteydessä on huomattava, että suuri höyrymäärä laskee pastan kuiva-ainepitoisuutta.

10 Täten höyrymäärä voidaan valita edullisesti siten, että se ei olennaisesti laske päällystyspastan kuiva-ainepitoisuutta .

Höyryn vaikutusta voidaan tehostaa johtamalla höyry rainan pintaan erityisen kotelon avulla, joka 15 muodostaa rainaa sen toiselta puolelta reunasta reunaan rajoittavan kotelon, joka tiivistetään kotelon seinämillä vastatelan reunoihin, tietyn matkaa, esim.

0,05 - 0,7 m tai enemmän rainan kulkusuunnassa.

Päällysteen tasoitus esiterällä, so. ensim-20 mäinen tasoitusvaihe, ja rainan pinnalle jäljelle jääneen päällysteen tasoitus ja päällysteen osan poisto kaavausterällä, toinen kaavausvaihe, suoritetaan edul-: lisesti yhtä ja samaa vastatelaa vasten siten, että vastatela tukee rainaa päällystykseen nähden sen vas- .25 takkaiselta puolelta.

* · Päällysteen tasoitus kaavausterän avulla, toinen tasoitusvaihe, suoritetaan edullisesti välittö- • « • · * mästi esiterän avulla tapahtuneen tasoituksen, ensimmäinen vaihe, jälkeen, esim. 5 cm - 0,7 m (jopa 2 m) 30 saakka esiterän jälkeen.

Käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää « ♦ ·.· päällyste muodostaa entistä yhtenäisemmän ja laadul- taan paremman päällysteen. Menetelmä soveltuu käytet-.* ’ täväksi minkä tahansa tunnettujen paperin päällystei- * ' 35 den yhteydessä.

« · « < 6 96893

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesimerkin avulla viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän erästä 5 sovellutusta sivulta katsottuna ja kaaviokuvana, ja kuva 2 esittää keksinnön mukaisen menetelmän erästä toista sovellutusta samoin sivulta katsottuna ja kaaviokuvana.

Kuvissa 1-2 paperikoneessa kulkusuuntaan a 10 liikkuva päätön paperiraina on johdettu kulkemaan vas-tatelaa 2 vasten kiertyen osin sen ylitse ja siihen tukeutuen. Rainan pinnalle levitetään päällystettä päällystyslaitteen 3 avulla sinänsä tunnettuun tapaan. Päällystyslaitteen 3 jälkeen, rainan 1 kulkusuunnassa 15 a, on sijoitettu esiterä 4, joka tasoittaa rainan pinnalle applikoidun päällysteen siten, että rainan pinnalle jäävän päällysteen määrä on 12-30 g/m2, edullisesti 12-20 g/m2. Esiterällä 4 suoritetun tasoituksen, ensimmäisen tasoitusvaiheen jälkeen rainan pinnalle 20 johdetaan höyryä, esim. höyrysuuttimen 5 avulla. Höyry siirtyy jonkin matkaa rainan mukana ja vaikuttaa en-.V simmäisessä tasoitusvaiheessa tasoitettuun päällystee seen. Seuraavaksi, siirtyessään kulkusuuntaan a, raina ja sen pinnalle applikoitu, tasoitettu sekä 25 höyrytetty päällyste siirtyy toiseen tasoitusvaihee- *· * seen, jossa päällystettä kaavataan kaavausterän 6 avulla siten, että rainalle jäävä päällystemäärä ta- • * V soituksen jälkeen on 6-14 g/m2. Toisessa tasoitusvai heessa rainan pinnalta poistetaan osa päällysteestä ja 30 samalla päällyste tasoitetaan toistamiseen. Saadun paperin päällysteen laatu on laatukriteerioiltaan kor- : .* keatasoinen ja laadukas.

• · .·· Kuvassa 1 ensimmäinen päällystysvaihe on to- · teutettu tavanomaisen applikointitelan 3 avulla. Mene- ·.' 35 telmässä applikointitelan 3 pinnalle applikoidaan '·"· päällystettä esim. kaukalosta 7. Esiterä 4 poistaa i «

II

7 96893 ylimäärän päällystettä, joka palautetaan kiertoon, so. kaukaloon 7.

Kuvassa 1 höyrytys on toteutettu erityisen kotelon 8 avulla, joka ympäröi rainaa sen tukitelaan 2 5 nähden sen vastakkaiselta pinnalta. Höyrytyskotelo 8 edesauttaa höyryn joutumista rainan pinnalle ja täten päällysteen kostutusvaikutusta. Edelleen höyry, ilmeisesti kostutusvaikutuksen vuoksi, estää teräpartaa muodostumasta kaavausterään 6, mikä muodostaisi muu-10 toin päällystystä yleisesti rajoittavan tekijän.

Kuvassa 2 ensimmäisen vaiheen päällystys toteutetaan käyttäen ns. suutinpäällystystä. Suuttimen, rainan kulkusuunnassa a, alapuolella oleva reuna muodostaa tällöin esiterän, joka tasoittaa päällysteen.

15 Paperirainan nopeus kuvien 1-2 mukaisessa menetelmässä voi vaihdella esim. yli 1000 m/min, edullisesti yli 1200 m/min, aina esim. 2000 m/min saakka, jopa tämän yli.

Esimerkki 1 20 Menetelmän käyttökelpoisuuden ja etujen sel vittämiseksi, tässä kokeessa paperirainaa päällystettiin käyttäen keksinnön mukaista menetelmää. Höyryko-keessa 1 käytettiin tela-applikointia, esiteräkaavaus-ta, hoitopuoli höyrytettiin (konepuoli ilman höyryä), 25 ja teräkaavausta. Höyrykokeessa 2 käytettiin samoin * . tela-applikointia, esiteräkaavausta, höyrytystä ja *;*j teräkaavausta. Referenssinä oli normaalilla teräpääl- • · lystyksellä päällystetty paperi, jossa päällyste app-likoitiin rainan pinnalle käyttäen tela-applikointia 30 ja kaavattiin normaalisti 1-vaiheisena teräkaavaukse-na. Käytetyn rainan pohjapaperi oli puupitoista pape-: rilaatua, 34 g/m2. Käytetty pasta sisälsi 100 osaa kaoliinia ja 10 osaa lateksia, kuiva-ainepitoisuus .* * 62,7 p-%, höyrytys koko rainan leveydelle tai 1/2 le- 35 veydelle, koeajonopeus oli 1200 m/min höyrykokeissa. 1 ja 2 päällystysvaiheen päällystysmäärätavoite oli 10 ; : g/m . Referenssikokeessa koeajonopeus oli 1200 m/min.

8 96893

Pastan konekierron kuiva-ainepitoisuus ei applikointivaiheessa muuttunut ajon aikana, vaikkakin samalla pastalla ajettiin n. 15-20 min eri koepisteitä. Varsinkin höyrytyksen aikana ei havaittu mitään 5 muutoksia pastan kuiva-aineessa. Pastan kuiva- ainepitoisuus aloituksessa oli 62,6 p-% ja koko ajon loppuessa 62.4 p-%. Toisen kaavausterän pastanäyttees-tä havaittiin höyryn vaikutus. Kaavattavan pastan kuiva-ainepitoisuus laski n. 2.5 p-% (lähtöarvo 62.6 p-%, 10 näyte n. 60 p-%). Kosteus oli oletettavasti kaavatun pastan pinnassa. Paperin pinnalta mitattu päällyste-määrä oli 10 g/m2.

Syöttöön tarvittava kosteusgradientti saatiin aikaiseksi johtamalla höyryä suuttimen läpi esiterän 15 jälkeen pastan pintaan n. 0.6 kg H20/min/leveysmetri.

Koetulokset on esitetty taulukossa 1, jossa hp tarkoittaa rainan hoitopuolta, kp rainan konepuol-ta.

20 TAULUKKO 1

Referenssi Höyrykoe 1 Höyrykoe 2 , ! Kiilto,Hunter,ks 12.9 12.7 (hp)/12.5(kp) 12.7 ·'; Karheus,Bendtsen 150 150 (kp)/130 (kp) 150 :·ί· 25 4 ·. · Suoritusesimerkit on tarkoitettu ainoastaan ,,*· havainnollistamaan keksintöä, ja keksinnön sovellutuksi* set voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

• · * · i i • * · * I ·

I I

• I

I · • f I I I • II· • I • *

• I

• I · ««Il

II

Claims

96893

1. Menetelmä paperirainan, neliömassa 30-70 g/m2, päällystämiseksi, jossa menetelmässä ajettavan rainan pinnalle levitetään päällystettä ja päällyste 5 tasoitetaan kaavaamalla, tunnettu siitä, että rainan ajonopeus on yli 1000 m/min; että päällysteen tasoitus suoritetaan kahdessa vaiheessa; että rainalle jäävä päällystemäärä on ensimmäisessä vaiheessa 12-30 g/m2, edullisesti 12-20 g/m2 esiterällä suoritettavan 10 tasoituksen jälkeen; että rainan pinnalle johdetaan höyryä välittömästi esiterällä suorittavan tasoituksen jälkeen; ja että esiterällä tasoitettu päällyste ja höyrytetty päällyste tasoitetaan toisessa vaiheessa kaavausterän avulla siten, että rainalle jäävä pääl-15 lystemäärä tasoituksen jälkeen on toisessa vaiheessa 6-14 g/m2.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällysteen tasoitus kaavausterän avulla suoritetaan välittömästi esiterän 20 avulla tapahtuneen tasoituksen jälkeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene-telmä, tunnettu siitä, että päällysteen levitys rainan päälle suoritetaan käyttäen suutinpäällys- ' ; tystä tai vaihtoehtoisesti applikointitelaa.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen *. *: menetelmä, tunnettu siitä, että pastan kuiva- ainepitoisuus on suuruusluokkaa 56-66 %, edullisesti :V: 58-64 %.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen 30 menetelmä, tunnettu siitä, että päällyste tasoitetaan esiterällä siten, että esiterän jälkeen . rainan päälle jäävä päällysteen määrä on suuruusluok- • · : 2 kaa 12-18 g/m ja että rainan pinnalle jäävä päällyste-määrä kaavausterällä suoritetun tasoituksen jälkeen on 35 6-12 g/m2. 96893