SE504900C2 - Bestruket papper, kartong eller liknande samt förfarande och anordning för framställning därav - Google Patents

Description

504 900 2 10 15 20 25 50 55 ponering av fibriga ytor som kvarstår obestrukna efter verkan från skrapningen. Även om således dylikt med ett enda skikt bestruket papper är helt tillfredsställande för vissa ändamål kan dess kvalitet, speciellt dess an- vändbarhet för mera krävande tryckeriarbeten förbättras om man vidtar åtgärder för att förbättra ytjämnheten, glansen och jämnheten beträffande färgabsorptionsförmåga hos papperet.

Vid bestrykning av vissa undertyper av s.k. fin- papper har bestrykningen applicerats på papperet i två steg, dvs s.k. dubbelbestrykning har använts. Papperet bestrykes först genom användning av exempelvis en lim- press eller liknande anordning, ofta också genom bladbe- strykning eller genom någon mellanmetod (s.k. pigmente- ring), som ibland åstadkommas såsom en operation i maski- nen. Därefter sker bestrykning av samma sida ånyo genom bladbestrykning. separat operation utanför maskinen.

Sistnämnda sker i praktiken såsom en De högkvalitativa produkterna bestrykes två gånger på båda sidor efter yt- limning.

Kunskaper är också tillgängliga beträffande förde- larna med dubbelbestrykning vid vissa typer av tunt tryck- papper, s.k. LWC-kvalitet. I LWC-kvaliteten är exempel- vis mängden i ett enda bestrykningsskikt 10 g/m2. De tjockare, s.k. NWC-kvaliteterna, som innehåller en meka- nisk massa framställes redan med dubbelbestrykning i kom- mersiell skala. I detta fall är bestrykningsmängderna större än vad som skulle kunna användas vid LWC-kvalite- ter. Även med bestrykningsmängder om 10 - 12 g/m2 ger emellertid en dubbelbestrykning ett bättre resultat än en enkelbestrykning med samma mängd bestrykningsmaterial.

Overlägsenheten hos dubbelbestrykningen visar sig vid yt- jämnhetsmätningar och tydligt vid tryckningsavtryck såsom ett jämnare och glattare, mera fotografiskt tryckningsre- sultat. Nuförtiden är det pigmenterade materialet i en bestrykningssmet i det första bestrykningssteget vanligt- vis karbonat, vars L/h-förhållande (kommer att förklaras 10 15 20 25 50 5 5 504 900 senare) är ca 2. Således är täckningsförmàgan i det förs- ta steget dålig vilket medför krav på stora mängder be- strykningsmaterial.

Vid de dubbelbestrykningsförfaranden som används i dag har man inte uppmärksammat betydelsen av bestryk- ningsstegen och speciellt det första bestrykningssteget för en bestruken produkt eller framställningsförfarandet och utrustningens uppbyggnad. Den viktigaste aspekten som måste betraktas vid ett bestrykningsförfarande är na- turligtvis egenskaperna, såsom jämnhet, glansighet och färgabsorptionsförmåga hos slutprodukten, dvs bestruket Det har nu överraskande nog visat sig att egenskaperna hos en bestruken produkt kan uppnås med mindre totala mängder av bestrykningsmate- rial om åtminstone 85 % av partiklarna i överdragsmateria- papper, kartong eller liknande. let för bestrykningssmeten för ett första steg i en be- struken produkt (papper, kartong eller liknande) är sådan att de uppfyller villkoret L/h större än 10. Förhållan- det L/h avser förhållandet mellan den största och den Partikelstorleksför- delningen måste vidare vara sådan att åtminstone 70 % av minsta dimensionen på partiklarna. samtliga partiklar har en ekvivalent diameter som är mind- re än 5/um. en sfär som har sedimenteringsegenskaper som svarar mot desamma hos en bestämd partikelform. Ett prov för bestäm- ning av den ekvivalenta diametern hos ett överdragsmate- Med ekvivalent diameter avses diametern hos rial kan utföras genom användning av exempelvis en Sedi- graph 5000-test som utföres med hjälp av en Micromeritics- anordning. Användning av ett dylikt överdragsmaterial resulterar i en bestrykningssmet med en mycket effektiv överdragseffekt, varigenom det är möjligt att framställa papper, kartong eller liknande med bestämda yt- och tryckegenskaper med hjälp av en mindre totalt mängd av bestrykningsmaterial. Denna verkan uppnås på så sätt att partikelstorleksfördelningen hos ett överdragsmaterial är liten och partiklarna har en flat konfiguration såsom in- dikeras av förhållandet L/h. Ett dylikt överdragsmateri- al kan också vara vattenavvisande i de flesta fall, var- 504 900 4 10 15 20 25 50 55 för avvattningen sker snabbt. Denna egenskap ger ett flertal processtekniska fördelar. Bestrykningssmeten kan också innehålla tillsatta hjälppigment vilkas L/h-förhål- lande är mycket litet. Dessa hjälppigment alstrar såle- des inte någon överdragseffekt men ger vissa andra egen- skaper. _ Mängden av bestrykningssmet för ett första steg är mindre än hälften av den totala mängden av bestrykningsma- terial. Den totala bestrykningsmängden är högst 18 g/m2.

Ett papper med goda egenskaper kan åstadkommas också med bestrykningsmängder som är mindre än 15 g/m2 genom använd- ning av en bestrykningssmet för ett första steg i enlig- het med uppfinningen. I typfallet är mängden bestryknings- smet i ett första steg ca 44 % av den totala mängden av bestrykningsmaterial och åtminstone 2 g/m2. terialet kan lämpligen innehålla exempelvis sådant som bolus alba (kaolin) eller talk, vilkas L/h-förhållande är i typfallet 20 - 40, eller en blandning av dessa. Vatten- retentionen (avvattning) hos en bestrykningssmet för ett Överdragsma- första steg är av storleksordningen 10 s ... 80 s, före- trädesvis 20 s ... 40 s. Vattenretentionen bestämdes en- -ligt "S.D. Warren-test", TAPPI, febr. 1958, vol. 41, nr 2.

Uppfinningen avser ett förfarande för bestrykning av papper, kartong eller liknande i åtminstone två steg åtminstone på samma sida om en pappersbana, varvid pap- persbanan som skall bestrykas får löpa från det ena be- strykningssteget till det andra.

Vad beträffar den tekniska aspekten på förfarandet kräver en dubbelbestrykning på båda sidor om en pappersba- na uppbyggnad av fyra bestrykningshuvuden som är försedda med en spridarenhet antingen i anslutning till en pappers- maskin eller vid en separat bestrykningsmaskin eller del- vis vid båda. Dagens utrustning är konstruerad på sådant sätt att en pappersbana som skall bestrykas får passera genom uppsättning av valsar eller liknande hjälpanordning- ar som är anordnade stationärt och roterar mellan bestryk- ningshuvudena. Användning av uppsättningar av valsar krä- ver att pappersbanan är stark varför banans fuktighet är 10 15 20 25 §O 55 5 504 900 väsentlig vad beträffar metoden och utrustningens funk- tion. Efter varje spridarenhet måste därför hela pappers- banan torkas så att torrhalten blir 96 - 97 %. Detta in- nebär att de mellanliggande torkningsoperationerna ökar avsevärt kostnaderna. En bestrykning som utföres med hjälp av exempelvis fyra bestrykningshuvuden (bestrykning av pappersbanan på båda sidor i två steg) minskar dess- utom väsentligt produktionslinjens verkningsgrad, kräver mera övervakande personal och medför större kassation jäm- fört med en metod där en liknande bestrykning skulle kun- na utföras med ett mindre antal bestrykningshuvuden.

Dagens bestrykningsmetoder kännetecknas vidare av att vattenretentionen hos en pigmentsmet är så hög som möjligt.

Ett ändamål med förfarandet enligt uppfinningen är att åstadkomma en förbättring av de nackdelar som förefin- nes vid dagens bestrykningsteknik. Förfarandet enligt uppfinningen ger en avsevärd valfrihet vad beträffar egen- skaperna hos en pigmentsmet för det första bestryknings- steget eftersom kravet på styrka hos pappersbanan som skall bestrykas inte är kritisk för att metoden skall kunna utföras med framgång. Således kan beläggningsstyr- ka och avvattningsegenskaper hos en pigmentsmet alltid väljas så att de är optimala. Metoden medför dessutom en konstruktion av utrustningen där ett enda bestryknings- huvud kan utföra samtliga bestrykningsoperationer efter- som det kan förses med åtminstone två spridarenheter.

För att uppfylla ändamålet enligt uppfinningen kän- netecknas förfarandet enligt uppfinningen huvudsakligen av att pappersbanan uppbäres mellan bestrykningsoperatio- nerna med hjälp av ett element vilket löper tillsammans med pappersbanan. Pappersbanans fukthalt kan således va- ra hög mellan bestrykningsoperationerna eller -stegen ef- tersom den inte utsättas för några större påkänningar.

Således kan exempelvis bestrykningssmeten för en första bestrykningsoperation väljas på sådant sätt att avvatt- ningen blir snabb. På detta sätt kan pappersbanan motta- ga fuktighet från den första bestrykningssmeten så att 10 15 20 25 50 55 504 900 6 man når snabbare stelningspunkten för det första stegets bestrykningssmet. Stelningspunkten avser den torrhalt hos en bestrykningssmet där de individuella pigmentpar- tiklarna inte längre kan förflytta sig i förhållande till varandra men där fortfarande viss rörelse kan förekomma i bindemedelskomponenten. Med andra ord gör metoden det möjligt att ordna betingelserna efter det första bestryk- ningssteget på sådant sätt att torrhalten hos en bestryk- ningssmet på ytan av pappersbanan snabbt når en bestämd nivå om 78 - 85 % medan den under spridningen av bestryk- ningssmeten vanligtvis ligger i intervallet 55 - 60 %. Åtminstone en del av denna avfuktning av en bestryknings- smet kan åstadkommas genom att man väljer en smet med låg vattenretention, vilket betyder att fukten absorberas snabbt från bestrykningssmeten in i pappersbanan som skall bestrykas. Detta uppnås genom att pappersbanan uppbäres i enlighet med uppfinningen med den följden att det inte finns några steg mellan bestrykningsstegen som kräver torrstyrka hos papperet, kartongen eller liknande. Det framgår att i enlighet med förfarandet enligt uppfinning- en kan torrhalten hos en pappersbana ökas mellan bestryk- ningsstegen genom att vätska avlägsnas genom föràngning till atmosfären. Detta är användbart exempelvis om maskin- hastigheten är hög eller om en kompakt utrustning önskas.

Såsom framgår av det ovan nämnda utgör ett väsent- ligt drag på uppfinningen valet av egenskaperna hos be- strykningssmeten för det första steget så att man uppnår de önskade egenskaperna hos slutprodukten, dvs hos be- struket papper, kartong eller liknande, med en mindre to- tal mängd av bestrykningsmaterial. Sålunda är det första bestrykningssteget eller -operationen väsentlig för pro- duktens egenskaper liksom för utförandet av metoden. För åtminstone en spridarenhet kan betingelserna väljas fritt inom gränserna för de krav som ställes på slutproduktens egenskaper.

Mätning och anpassning av tjockleken hos ett be- strykningsskikt kan vid denna metod nu också uppnås.

Mätning kan utföras exempelvis genom användning av känd 10 15 20 25 50 55 'två steg. 7 504 900 mätteknik medelst röntgenfluorescens.

Uppfinningen avser även en anordning för framställ- ning av papper, kartong eller liknande i enlighet med upp- finningen genom applicering av metoden. Anordningen inne- fattar två eller flera spridarenheter för bestrykning av åtminstone ena sidan av en pappersbana och åtminstone i En bana av papper, kartong eller liknande som skall bestrykas löper från det ena bestrykningssteget till det andra.

Såsom påpekats ovan löper en pappersbana som skall bestrykas i kända utrustningar genom uppsättningar av valsar eller liknande hjälpanordningar som är monterade stationärt och roterar mellan bestrykningshuvuden som är försedda med en bestrykningsenhet.

En anordning enligt uppfinningen kännetecknas i hu- vudsak av att den innefattar ett pappersbanan uppbärande element som löper tillsammans med pappersbanan så att den- na löper på ett uppburet sätt mellan bestrykningsstegcn.

Ett antal lämpliga, konstruktiva alternativ för förverkligande av det ovannämnda elementet innefattar nn cylinder som är monterad roterbart omkring sin längdaxel och vars yttre periferi vidrör åtminstone två bestryk- ningsenheter som är anordnade på avstånd från varandra i perifeririktningen, eller ett ändlöst band som är försett med åtminstone två bestrykningsenheter som ligger på av- stånd från varandra i bandets längsled.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas mera detalje- rat i följande detaljbeskrivning under hänvisning till bifogade ritning på vilken fig. l och fig. 2 är schema- tiska sidovyer av de alternativa, föredragna utförings- formerna av en anordning enligt uppfinningen.

Fig. 1 åskådliggör en anordning där det uppbäran- de elementet, som löper tillsammans med anordningen, in- nefattar en cylinder 2 som är monterad roterbart runt sin längdaxel. Cylindern 2 bildar tillsammans med bestryk- ningsenheterna 5 och 4 ett bestrykningshuvud med hjälp av vilket en första sida hos en bana l av papper, kartong eller liknande kan bestrykas i två steg. Cylinderns 2 10 15 20 25 50 55 504 900 8 diameter samt avståndet mellan bestrykningsenheterna 3 och 4, som är monterade på cylinderns 2 periferi är val- da på sådant sätt att avståndet mellan bestrykningsstegen samt pappersbanans löphastighet från det första bestryk- ningssteget till det andra är ändamålsenliga speciellt med avseende på lämpliga ytegenskaper hos pappersbanan efter det första bestrykningssteget, dvs pappersbanans löptid från det första bestrykningssteget till det andra är väl anpassad.

Mellan bestrykningsenheterna 5 och 4 på cylinderns 2 utsida kan vara monterad en värmare 5 för att befrämja avfuktning, vilken exempelvis kan utgöras av en radiator som arbetar inom infrarödomràdet. Formen på värmeavgiv- ningsytan hos en dylik värmare kan vara utförd på sådant sätt att den är anpassad till cylinderns 2 ytkonfigura- Värmaren kan vara försedd med ventilationskanaler för en effektivare torkning. Cylinderns 2 yta kan vida- re vara utförd så att den reflekterar värmestràlning ef- fektivt. I det fall en metallcylinder användes kan det- ta åstadkommas exempelvis genom att cylinderytan poleras. tion.

För att uppnå en lämplig värmejämvikt kan cylindern vär- mas eller kylas genom användning exempelvis av vätske- cirkulation eller luftström antingen på insidan eller ut- sidan.

Fig. 2 visar en andra föredragen utföringsform av en anordning enligt uppfinningen som är betecknad med korresponderande hänvisningssiffror och där det pappers- banan uppbärande elementet består av ett enda ändlöst transportband 2' som löper på rullar 6 och 7 eller lik- nande med samma hastighet som pappersbanan. Bestryknings- enheterna 5' och 4' ligger pà avstånd fràn varandra i transportbandets längsled. Transportbandet 2' kan vida- re vara uppburet på pappersbanans motsatta sida av stöd- plåtar 8 eller liknande.

Bestrykningsenheterna 5, 4 och 5', 4' kan lämpli- gen vara utförda som s.k. kortintervallfördröjningsenhe- ter, varvid en bladanordning bringar en bestrykningssmet på pappersbanans yta genom ett munstycke vars frontyta 10 15 20 25 50 9 504 900 bildas av nämnda blad. En fördel med kortintervallför- dröjningsenheten är en minskad vätning av papperet före skrapning, vilket medför färre avbrott. De bladtryck som utövas mot pappersbanan är förhållandevis försumbara.

Dessutom kan tvättning utföras snabbare och lättare under avbrotten.

De ovan nämnda kortintervallfördröjningsenheterna är i och för sig kända såsom bestrykningsanordningar.

Enligt uppfinningen är det möjligt och lämpligt att an- vända dylika av en typ, nämligen sådana vilkas benägen- het att orsaka problem är försumbar även vid höga löp- hastigheter, vilket gör att bestrykningsenheter av denna typ är speciellt lämpade för ändamålet enligt uppfinning- en. Detta utesluter inte andra bestrykningsenheter men det är då inte möjligt att uppnå lika höga löphastighe- ter. En tillämpning av uppfinningen är moderniseringen av uttjänta pappersmaskiner. Dessa erbjuder inte mycket utrymme för konstruktion vilket gör tillämpningen av den- na uppfinning mycket gynnsam. Av andra skäl är hastighe- ten hos uttjänta pappersmaskiner begränsad till maximalt 700 - 800 m/min. I detta fall kan någon annan anordning än en kortintervallfördröjningsanordning likaväl användas.

Förutom papper och kartong täcker uppfinningen också exempelvis olika typer av laminerade strukturer vilkas toppskikt består av på pappersmassa baserat mate- rial.

Följande tabell åskådliggör några bestrykningssme- ter som är speciellt lämpade såsom smet för ett första bestrykningssteg. Proportionerna är angivna såsom vikt- delar och bestrykningssmeten l och 2 är offsetsmet medan bestrykningssmeten 5 är en smet för djuptryck. 504 900 10 10 15 20 25 50 Tabell 1 1 2 § Bolus alba (kaolin) 100 - _ Talk - 100 100 Latex (exempelvis styrenbutadien) 10,5 ll 4 Vattenlösligt bindemedel (exempelvis karboximetyl- cellulosa) 1 1 - Smörjmedel 0,5 0,5 - Dispergeringsmedel 0,5 0,5 0,5 pH-justerare 0,02 0,02 0,02 Härdare 0,1 0,1 - Fuktare - 0...1 0...l Tabell 2 nedan åskådliggör lämpliga bestryknings- smeter för det andra steget (andelar i vikt-%).

Tabell 2 Offset Djuptryck Bolus alba (kaolin) 100 - Talk - 100 Latex A ll - Latex B - 4 Vattenlösligt bindemedel 1 - Dispergeringsmedel 0,05 0,05 Smörjmedel 0,5 - Hårdare 0,1 - Fuktare - 0...l pH-justerare 0,02 0,1 Tabell 5 nedan åskådliggör egenskaperna hos off- setpapper när det gäller OWC-baspapper och när mängden av bestrykningssmet i det första steget är 5 g/m2. 10 15 20 11 504 900 Tabell § Total mängd av bestrykning g/n? 10 12 Glans, Hunter 75° 96 60 - 70 65 _ 75 Vithet ISO % 65 _ 76 63 _ 77 IGT-ytvidhäftning m/s 0,6 - 1,0 0,75 - 1,1 K & N-färgabsorption % 7 - 12 8 _ 14 Bite PPs S10 /um 0,6 - 1,2 0,4 - 0,8 Bite PPs S20 /um 0,5 - 0,6 0,5 - 0,5 Tabell 4 nedan visar exempel på djuptryckspapper där mängden av strykningssmet i första steget är 5 g/m2. kvalitetsvärden hos Tabell 4 Bestrykningsmängd g/m2 10 12 Bim PPs S10 /um 0,6 - 1,2 0,4 - 0,6 Bite PPs S20 /um 0,5 - 0,6 0,5 - 0,5 Ytjämnhet Fogra, 4,9 mPa % 40 - 65 45 - 75 mm 60 - 90 70 - 105 Glans, Hunter 75 % 50 - 70 55 - 80 Av kurvan nedan framgår exempel på procentuella fördelningen av L/h-förhållandet för två oli- ka typer av talk (Finnminerals Oy, Talc ClO(l) och M(l5)2). den kumulativa, 504 900 12 Cåía 700 80 60 KUMULATIV PROCENTUELL FÖRDELNING 0 70 20 *(0 60 , 80 700 FORMFAKTOR (L/h-förhållande)

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 504 900 Patentkrav

1. Bestruket papper, kartong eller liknande, som är be- struket pà sin ena eller på sina båda sidor så, att åtmin- stone en sida är försedd med åtminstone en dubbelbestrykning, varvid storleksfördelningen i överdragsmaterialet av en be- strykningssmet för första steget är sådan, att åtminstone 70% av alla partiklar har en ekvivalent diameter mindre än 5 pm, kännetecknat därav, att åtminstone 85% av partiklarna i över- dragsmaterialet av en bestrykningssmet för första steget är sådana, att de uppfyller villkoret L/h större än 10, desvis 20-40, varvid förhållandet L/h avser förhållandet mel- lan den största och den minsta dimensionen hos partiklarna. företrä-

2. Papper, kartong eller liknande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att mängden bestrykningssmet i det första steget inte är mer än hälften av den totala mängden bestryk- ningsmaterial och att den totala mängden bestrykningsmaterial är högst 18 g/må

3. Papper, kartong eller liknande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att överdragsmaterialet innefattar kaolin och/eller talk.

4. Papper, kartong eller liknande enligt patentkravet 1, att vattenretentionen hos en bestryk- ...80s, kännetecknat därav, ningssmet för det första steget är 10s företrädesvis 20s ...40s.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4 för be- strykning av papper, kartong eller liknande i åtminstone två steg på samma yta av en pappersbana, varvid pappersbanan för- flyttas uppburen från det ena bestrykningssteget till det andra, kännetecknat därav, att stödandet utförs med ett ele- ment (2,2') som rör sig med pappersbanan (1,1').

6. Förfarande enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att mellan bestrykningsstegen avlägsnas fukt från pappers- banan genom avdunstning. 504 900 lO 15 20 25 30 _14-

7. Anordning för framställning av bestruket papper, kartong eller liknande enligt något av patentkraven l-4 innefattande två eller flera bestrykningsenheter för bestrykning av åtmin- stone en första yta av en pappersbana i åtminstone två steg, varvid pappersbanan förflyttas uppburen från det ena bestryk- ningssteget till det andra, varvid storleksfördelningen i överdragsmaterialet av en bestrykningssmet för första steget att åtminstone 70% valent diameter mindre än 5 pm, kånnetecknad därav, att ett i är sådan, av alla partiklar har en ekvi- anordningen befintligt, pappersbanan uppbärande element är (1,l') av partiklarna i överdragsmaterialet av en bestrykningssmet anordnat att röra sig med banan och att åtminstone 85% för första steget är sådana, att de uppfyller villkoret L/h större än 10, företrädesvis 20-40, varvid förhållandet L/h avser förhållandet mellan den största och den minsta dimen- sionen hos partiklarna.

8. Anordning enligt patentkravet 7, kännetecknad därav, att elementet utgöres av en cylinder (2), som är monterad roter- bar kring sin längdaxel och vars yttre periferi vidrör åtmin- stone två bestrykningsenheter (3, 4) som ligger på avstånd från varandra i perifeririktningen.

9. Anordning enligt patentkravet 7, kännetecknad därav, att elementet utgöres av ett ändlöst transportband (2'), försett med åtminstone två bestrykningsenheter (3',4') som ligger på avstånd från varandra i bandets längdriktning.

10. Anordning enligt patentkravet 7, kânnetecknad därav, att mellan bestrykningsenheterna (3, 4;3',4') är mon- terad en anordning (5) för uppvärmning av pappersbanan, exem- pelvis en infrarödradiator och att elementets (2,2') yta är reflekterande.