WO1990007027A1 - Verfahren zum glätten einer papierbahn - Google Patents

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WO1990007027A1
WO1990007027A1 PCT/DE1989/000701 DE8900701W WO9007027A1 WO 1990007027 A1 WO1990007027 A1 WO 1990007027A1 DE 8900701 W DE8900701 W DE 8900701W WO 9007027 A1 WO9007027 A1 WO 9007027A1
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WO
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paper web
press nip
paper
web
cooling
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Application number
PCT/DE1989/000701
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Hess
Original Assignee
Sulzer-Escher Wyss Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to FI912666A priority Critical patent/FI95939C/fi

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/0073—Accessories for calenders
    • D21G1/0093—Web conditioning devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/34—Heating or cooling presses or parts thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for smoothing a paper or cardboard web, which is described in the preamble of the claim.
  • the optimal surface properties desired for further processing, such as for printing, writing, etc., of the smoothed paper or cardboard can only be achieved at high temperatures of the surfaces of the rollers used in the smoothing unit, or only at high temperatures in the press nip.
  • the above-mentioned elastic back-swelling additionally occurs, the non-plasticized inner layers of the web increasing in thickness compared to the state in the press nip.
  • This is a known short-term effect, which is completed after about 100 ms to 2 min after the web emerges from the press nip.
  • This swelling is different locally. It is particularly pronounced at places of high pressure, such as places with fiber flakes or places with a higher basis weight in the web. This also leads to an increase in roughness in the fiber flake area after smoothing ("macro roughness").
  • the paper web is cooled with the evaporative cooling after leaving the press nip, in particular if the paper web has been heated above 100 ° C. in the press nip;
  • the invention had for its object to find a method for smoothing a paper or cardboard web of the type specified initially, which enables the quality of the smoothed surface achieved in the press nip of the smoothing unit, or the surfaces of the paper web after the exit of the paper web is at least partially maintained from the press nip of the calender. An increase in roughness of the already smoothed surfaces should at least be minimized.
  • the structure achieved in the press nip of the smoothing unit that is to say the quality of the surface, is "frozen” and thus at least partially maintained.
  • a thermodynamically stabilized state below the glass conversion curve is achieved, whereby the forced “freezing” or solidification of the surface layers, in particular by preventing the stronger elastic back-swelling in places of higher basis weight, but also increasing the micro-roughness. This achieves a higher level of smoothness.
  • a repetition of the smoothing process can be omitted, or it can be driven faster or with less line forces. This saves a previously necessary mechanical and energy expenditure. If you drive faster, production increases.
  • Process. 9 to 15 are graphic representations of process examples.
  • Fig. 16 shows a special form of sealing.
  • the paper web 1 to be smoothed is guided into a smoothing unit 2.
  • the heating takes place in such a way that at least one surface of the paper web is heated by contact with a heated surface to a temperature which is above the glass transition point of the material to be smoothed and which is dimensioned such that the average web temperature after the conversion step is below the glass transition temperature , the temperature inside the paper web should advantageously remain below the glass transition point.
  • a desired structure and a desired quality of the surfaces of the paper web 1 are thus achieved in the press nip.
  • the paper web 1 is subjected to a conversion step by means of a cooling device 4 before a period of approximately 20 to 60 ms, wherein at least one smoothed surface of the paper web is cooled to a temperature below the glass transition point of the material.
  • the conversion step is carried out by means of a cooling device 4 which is arranged at the exit of the paper web 1 from the press nip 3. Since in the case, for example FIG. 1, the paper web 1 is smoothed on both sides, the cooling device 4 is designed as a mirror image of the paper web 1. It shows an endless, with the Speed of the paper web 1 at the same speed and in the same direction, good heat-conducting tape 8. Heat sinks 9 are provided on the belt 8. In operation, the paper web 1 is guided between the belts 8, its surfaces being cooled in contact with the cooled surfaces of the belts 8 when a cooling medium is passed into the cooling bodies 9.
  • Shielding walls 10 are advantageously provided on the heatable rollers 5 and or 6 and are intended to prevent radiation and convection of their heat at least in the direction of the cooling device 4.
  • the steam which emerges from the press nip at the exit of the paper web 1 can advantageously be removed or sucked in.
  • a correspondingly intensive suction of this steam can be understood as the first stage of the cooling step with regard to the emerging paper web 1.
  • This first step can also be initiated by means of a suction line 11 provided for this purpose, the arrangement of which is particularly shown in FIG. 3.
  • this first stage can already be achieved by evaporation of the moisture and thus cooling of the paper web 1 in order to rapidly reach a state below the glass transition point and thus to stabilize those reached in the press nip Smoothness quality is sufficient.
  • 8 scrapers 13 are arranged on the belts.
  • the paper or cardboard web 1 can also be converted by direct contact of its surfaces with a cooling gas.
  • 3 nozzles 12 can be arranged at the outlet from the press nip, which are used to blow a cooling gas onto the surfaces of the paper web 1.
  • An example of a suitable cooling device 4 is shown in FIG. 1.
  • This cooling device can also be designed as a mirror image of the paper web 1 and thus act on both of its surfaces. It has a hood 14 and partitions 15 which delimit spaces which are open to the paper web 1.
  • a cooling gas is passed into a space 16 via a feed line 17, through a adjoining room 18 led into a room 19 open to this and discharged from this by means of a discharge line 20.
  • the cooling gas comes into direct contact with the paper web 1, since the spaces 16, 18 and 19 to the paper web 1 are each open.
  • seals 21, for example sealing rollers or immersion strips, for example according to FIG. 15 are provided in order to avoid losses in the cooling gas as far as possible.
  • an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide, for cooling.
  • the examples according to FIGS. 3 and 4 are one-sided smoothing, that is to say mainly one of the surfaces of the paper or cardboard web 1.
  • the upper roller 5 is heated, the surface guided on this is smoothed more.
  • a cooling device 4 with a hood 14 is assigned to this surface, just like a suction device 11 for sucking in the steam occurring at the exit of the paper web from the press nip 3.
  • the lower roller 6 is heated.
  • the surface of the paper web 1 smoothed on this roller is fed to a cooled roller 7 for cooling.
  • the steam emerging from the press nip 3 at the exit of the paper web 1 is drawn off by means of a suction device 11, with which a first conversion step takes place.
  • a ventilation device 22 which generates further evaporative cooling, combined with a scraper 13.
  • FIG. 5 shows a smoothing unit 2 with endless belts 23 which can be driven at the same speed and in the same direction to the paper web 1.
  • the use of pressure and the heating in the press nip 3 take place via known pressure elements 24 with pressure pockets open to the band 23, which are acted upon by a heat-carrying medium.
  • the approximately rectangular, space-saving guidance of the belts 23 enables the cooling device 4 to be arranged directly at the outlet of the paper web the press nip 3.
  • a cooling of the paper web 1 in direct contact with a cooling gas can also be accomplished by means of cooling devices 4, which are shown in FIGS. 6 and 7.
  • the jackets of the rollers 7 are perforated.
  • the cooling gas is blown through a distribution box 26 through the surface of the paper or cardboard web that is guided past, and after it has passed through the paper web 1, this gas is sucked off through the perforated jacket of the roller 7 by means of a suction box 25.
  • These boxes 25 and 26 can e.g. According to the example of the cooling device 4 described above with reference to FIG. 2 in the sense of countercurrent or cocurrent cooling and are accordingly connected to a supply or discharge line 17 or 20 for the cooling gas.
  • FIG. 1 According to the example of the cooling device 4 described above with reference to FIG. 2 in the sense of countercurrent or cocurrent cooling and are accordingly connected to a supply or discharge line 17 or 20 for the cooling gas.
  • the cooling gas is blown via a distribution box 27 through the perforation of the roller 7 onto the surface of the paper web 1 that is guided past.
  • the gas is fed to the distribution box 27 through a supply line 17 and is removed from the suction box 28 through a discharge line 20.
  • guiding the gas from outside to inside will be more advantageous, so that the outer box serves as a distributor and the inner box as a suction box.
  • a ventilation device 22 and a scraper 13 for discharging the condensate from the surface of the jacket of the roller 7 are each arranged on the perforated jackets of the rollers 7.
  • a cooling device 4 according to FIG. 8 has a cooling roller 7, the jacket of which is cooled by means of a heat sink 9.
  • the cooling takes place in a circular segment-shaped gap between the jacket of the roller 7 and an endless, equally fast belt 8 which can be driven in the same direction as the jacket of the roller 7 and which partially wraps around the jacket.
  • Pretreatment of the paper web 1 before it enters the press nip 3 of the calender by heating and / or moistening the surfaces of the web.
  • reaching or exceeding the glass transition temperature of the material in the heated press nip 3 is promoted or even made possible.
  • Advantageous techniques for this are, for example, surface moistening with steam, with water nozzles, with a water scraper, with application of a water film over rollers, or preheating via contact with upstream heating rollers, with steam, with tempered water, with IR radiation, microwaves or in a heated one , in particular extended press nip, for example as shown in FIG. 5.
  • the course of the individual measure steps is designated with letters A, B or C, whereby the temperature rise, the cooling and the moisture changes are shown.
  • the starting point in front of the press nip 3, the entry point into the press nip 3, the temperature curve in the press nip 3, the exit point from the press nip 3 and the end condition after cooling and moisture reduction of the paper web 37 are indicated by dashed lines.
  • the heating only takes place in the press nip 3 and the cooling only by the evaporative cooling of the own moisture of the paper web 1 without preheating and without pre-moistening before entering the press nip 3 (measure B).
  • the warming-up takes place only in the press nip 3 without preheating and pre-moistening, but the cooling takes place through the conversion step 4 immediately after the paper web 1 emerges from the press nip 3 (measure C).
  • the heating in the press nip 3 takes place after pre-heating and pre-moistening and the cooling only by the evaporative cooling of the moisture of the paper web 1 (combination of measures A and B).
  • the heating in the press nip 3 takes place after preheating and pre-moistening beforehand and the cooling through the conversion step 4 immediately after the paper web 1 has emerged from the press nip 3 (combination of measures A and C).
  • the heating in the press nip 3 takes place after preheating and pre-moistening • and the cooling takes place partly through evaporative cooling of the moisture of the paper web and through the conversion step 4 immediately after the paper web 1 has emerged from the press nip 3 (combination of measures A, B and C).
  • the example according to FIG. 14 relates to the case in which both the glass transition temperature of cellulose or home cellulose and the glass transition temperature of lignin in the paper web are exceeded when the method according to the invention is carried out.
  • the paper web 1 in the press nip 3 is smoothed at a temperature above the higher glass transition temperature of the lignin. Cooling takes place by using cooling step 4 (combination of measures A and C). Measures B or C or combinations of measures A and B or A, B and C are also conceivable in this case.

Abstract

Das Glätten erfolgt in einem Preßspalt (3) eines Glättwerks (2) unter Einsatz von Druck, Feuchte und Wärme. Zum Erreichen einer gewünschten Oberflächenqualität wird die zu glättende Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn (1) im Preßspalt (3) auf einen Zustand oberhalb der Glasumwandlungskurve des Materials gebracht. Vor Ablauf von 20 bis 60 ms (Millisekunden) wird die aus dem Preßspalt (3) austretende Oberfläche der Papierbahn (1) einem Umwandlungsschritt mittels einer Abkühlvorrichtung (4) erst in Kombination mit einer Feuchteänderung auf einem Zustand unterhalb des Glasumwandlungspunktes des Materials unterzogen. Die Abkühlung kann beim Kontakt der zu kühlenden Oberfläche mit einer gekühlten Fläche (8) oder beim direkten Kontakt mit einem kühlenden, vorzugsweise inerten Gas erfolgen. Nach dem Glätten kommt es dadurch zu einem verminderten Rauhigkeitsanstieg der Papierbahn (1), so daß die im Preßspalt (3) erreichte Oberflächenqualität überwiegend erhalten bleibt. Es werden geeignete Vorrichtungen zum Ausführen des Verfahrens gezeigt.

Description

Verfahren zum Glätten einer Papierbahn
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn, das im Oberbegriff des Patentanspruchs beschrieben ist.
Beim Glätten von Papier oder Karton ist es bekannt, daß sich die im Preßspalt des Glättwerks erreichte Struktur nach dem Austritt der Papierbahn aus dem Preßspalt ändert und dadurch die im Preßspalt erreichte zumindest teilweise verloren geht. Es findet also eine Veränderung der Papierbahn statt, wodurch die gewünschte, im Preßspalt bereits erreichte Glätte der Oberfläche wieder abnimmt, bzw. die Rauhigkeit der Oberfläche zunimmt. Dies passiert durch mehr oder weniger starke und örtlich unterschiedliche Rückschwellung, und zwar insbesondere beim Vorliegen von Glättungstemperaturen im Preßspalt, die unterhalb des Glasumwandluπgspunktes (das • ist die Plastifizierungstemperatur) des zu glättenden Materials liegen. Eine Abnahme der Glätte wird meistens auch dann beobachtet, wenn Glättungstemperaturen im Preßspalt oberhalb des Glasumwandlungspunktes liegen und die Papierbahn nach dem Austritt aus dem Preßspalt bei der Umgebungstemperatur unter den Glasumwandlungspunkt des Materials allmählich abkühlt. Man sagt, das Papier "arbeitet".
Oft können die für die Weiterverarbeitung, wie für das Bedrucken, Beschreiben usw., von dem geglätteten Papier oder Karton gewünschten optimalen Oberflächeneigenschaften nur bei hohen Temperaturen der Oberflächen der eingesetzten Walzen des Glättwerkes, bzw. nur bei hohen Temperaturen im Preßspalt erreicht werden. Es empfiehlt sich in vielen Fällen, die Papier- oder Kartonbahn zumindest in ihren Oberflächenschichten über die Glasumwandlungstemperatur zu erwärmen, um die Plastifizierung des Materials hier zu erreichen. Nach dem Ausgang aus dem Preßspalt kommt die warme Bahn thermodynamisch allmählich wieder ins Gleichgewicht mit der Umgebung, d.h. die Unterschiede der Temperatur und der Feuchte im Gleichgewichtszustand mit der Umgebung werden ausgeglichen. Dabei "arbeitet" das Material, und dies umso stärker, je höher die Bahntemperatur am Anfang war. Dies ist ein bekannter Langzeiteffekt, wobei die Mikrorauhigkeit der geglätteten Oberfläche wieder zunehmen kann. Die erwähnte elastische Rückschwellung tritt dabei zusätzlich ein, wobei die nicht plastifizierten inneren Schichten der Bahn gegenüber dem Zustand im Preßspalt an Dicke zunehmen. Dies ist ein bekannter Kurzzeiteffekt, der nach etwa 100 ms bis 2 min nach dem Austritt der Bahn aus dem Preßspalt abgeschlossen ist. Diese Rückschwellung ist örtlich unterschiedlich. Sie ist an Stellen hoher Pressung, wie z.B. Stellen mit Faserflockeπ oder Stellen höheren Flächengewichts in der Bahn, besonders ausgeprägt. Dadurch kommt es ebenfalls zu einem Rauhigkeitsanstieg im Faserflockenbereich nach dem Glätten ("Makrorauhigkeit").
Dies alles kann zur Folge haben, daß zum Erreichen einer gewünschten hohen Oberflächenglätte der Papierbahn der Glättvorgang mehrmals hintereinander, z.B. in mehreren Preßspalteπ, unter sich ändernden Glättbedingungen hinsichtlich des Drucks, der Feuchte der Papierbahn und der Temperatur ausgeführt werden müßte, oder es muß langsamer oder mit höherer Linienkraft gefahren werden.
Nach bisherigen Erkenntnissen begünstigen nachfolgende aufgezählte Betriebsparameter den Vorgang, bei dem die im Preßspalt des Glättwerks auf einer Temperatur oberhalb des Glasumwandlungspunktes des Materials befindliche Papierbahn unter den Gfasumwandluπgspunkt des Materials nach dem Austritt aus dem Preßspalt des Glättwerks gebracht werden soll:
a) wenn die zu glättende Papierbahn dick ist, d.h. ein hohes Flächengewicht hat, dann wird die im Preßspalt aufgenommene Wärme in das Bahninnere abgeführt, und es erfolgt eine schnelle Abkühlung der Oberfläche, vorausgesetzt, daß in den Oberflächenschichten höhere Temperaturen vorhanden sind als im Bahninneren und daß die mittlere Temperatur unter der Glasumwandlungstemperatur liegt;;
b) wenn eine entsprechend hohe Bahnfeuchte vorliegt, dann wird die Papierbahn nach dem Austritt aus dem Preßspalt mit der Verdunstungskälte gekühlt, insbesondere wenn die Papierbahn in dem Preßspalt über 100° C aufgewärmt wurde;
c) wenn der Kristallinitätsgrad des Materials hoch ist und damit auch die Glasumwandlungstemperatur in der Papierbahn, so daß dann bei hoher Temperaturdifferenz zwischen Papier und Umgebung eine hohe Wärmeabfuhr verbunden mit einer raschen Temperaturabsenkung der Papierbahn unter die Glasumwandlungstemperatur erfolgt.
Wenn diese für die Abkühlung der Papierbahn nach dem Glätten günstigen Voraussetzungen nicht vorliegen oder aus technologischen Gründen nicht erreicht werden, bzw. nicht erreicht werden können, dann geht die im Preßspalt des Glättwerkes gegebenenfalls erreichte Qualität der Oberfläche, bzw. der beiden Oberflächen der Papierbahn durch Rückschwellung, und hier insbesondere durch lokal unterschiedliche Rückschwellung, und damit auch durch einen Anstieg der Makrorauhigkeit, aber auch durch Zunahme der Mikrorauhigkeit wieder verloren.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn der anfangs angegebenen Gattung zu finden, das es ermöglicht, daß die im Preßspalt des Glättwerks erreichte Qualität der geglätteten Oberfläche, bzw. der Oberflächen der Papierbahn nach dem Austritt der Papierbahn aus dem Preßspalt des Glättwerks zumindest teilweise aufrechterhalten bleibt. Ein Rauhigkeitsanstieg der bereits geglätteten Oberflächen soll zumindest minimiert werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch Maßnahmen, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegeben sind, gelöst.
Durch das praktisch unmittelbar nach Austritt aus dem Preßspalt durchgeführte, bewußte, gezielte Abkühlen eventuell mit parallel verlaufender Absenkung der Feuchte der Papier- oder Kartonbahn wird die im Preßspalt des Glättwerks erreichte Struktur, also die Qualität der Oberfläche "eingefroren" und damit zumindest teilweise aufrechterhalten. Es wird ein thermodynamisch stabilisierter Zustand unterhalb der Glasumwaπdlungskurve erreicht, wobei durch das erzwungene "Einfrieren" oder Erstarren der Oberflächenschichten, insbesondere durch Verformungsbehinderung der stärkeren elastischen Rückschwellung an Stellen höheren Flächengewichts aber auch einem Anstieg der Mikrorauhigkeit entgegengewirkt wird. Damit wird ein höheres Glätteniveau erreicht. Eine Wiederholung des Glättvorgangs kann entfallen, oder es kann schneller oder mit geringerem Linienkräften gefahren werden. Damit bleibt ein früher notwendiger maschineller und energetischer Aufwand erspart. Wenn schneller gefahren wird, steigt die Produktion.
In den Unteransprüchen sind einige sinnvolle Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Im weiteren werden der Erfindungsgegenstaπd und die damit erzielbaren Vorteile näher beschrieben und erklärt. Die Beschreibung bezieht sich auf eine Zeichnung, in welcher schematisch zeigen:
Fig. 1 bis Fig. 8 Beispiele von Vorrichtungen zum Ausführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Fig. 9 bis Fig. 15 grafische Darstellungen von Verfahrensbeispielen. Fig. 16 eine spezielle Form der Abdichtung.
Die zu glättende Papierbahn 1 wird in ein Glättwerk 2 geführt. Im Preßspalt 3 zwischen - -
den Walzen 5 und 6, von denen wenigstens eine beheizt ist, erfolgt das Glätten der Papierbahn auf bekannte Weise unter Einsatz von Druck, Feuchte und Wärme. Die Beheizung erfolgt dermaßen, daß mindestens eine Oberfläche der Papierbahn durch Kontakt mit einer beheizten Fläche auf eine Temperatur aufgewärmt wird, die oberhalb des Glasumwandlungspunktes des zu glättenden Materials liegt, und die so bemessen ist, daß die mittlere Bahntemperatur nach dem Umwandlungsschritt unter der Glasumwandlungstemperatur liegt, wobei vorteilhafterweise im Innern der Papierbahn die Temperatur unterhalb des Glasumwandlungspunktes bleiben sollte. So wird im Preßspalt eine gewünschte Struktur, eine gewünschte Qualität der Oberflächen der Papierbahn 1 erreicht. Nach ihrem Austritt aus dem Preßspalt 3 wird die Papierbahn 1 vor Ablauf eines Zeitraumes von ca. 20 bis 60 ms einem Umwandlungsschritt mittels einer Abkühlvorrichtung 4 unterzogen, wobei mindestens eine geglättete Oberfläche der Papierbahn auf eine Temperatur unterhalb des Glasumwaπdlungspunktes des Materials abgekühlt wird. Durch diese praktisch unmittelbare, vor dem Ablauf von 20 bis 40 ms stattfindende Umwandlung mindestens der Oberflächen der Papierbahn 1 bleibt ihre im Preßspalt 3 eingeglättete Struktur und ihre gewünschte Qualität nahezu erhalten.
Es findet kaum eine die Oberflächen-Qualität schädigende Rückschwellung der Bahn und auch kein Rauhigkeitsanstieg an den geglätteten Oberflächen der Bahn statt.
Um eine für das Glätten im Preßspalt 3 gewünschte Temperatur zu erreichen und eine gewünschte Feuchte der Bahn 1 dort zu haben, ist es in manchen Fällen vorteilhaft, die Bahn 1 vor dem Eintritt in den Preßspalt 3 entsprechend aufzuwärmen und/oder ihre Feuchte zu korrigieren.
Der Umwandlungsschritt wird mittels einer Abkühlvorrichtung 4 vorgenommen, die am Austritt der Papierbahn 1 aus dem Preßspalt 3 angeordnet ist. Da es sich im Falle, z.B. der Fig. 1 um beiderseitiges Glätten der Papierbahn 1 handelt, ist die Abkühlvorrichtung 4 spiegelbildlich zu der Papierbahn 1 ausgeführt. Sie weist jeweils ein endloses, mit der Geschwindigkeit der Papierbahn 1 gleich schnell und in gleicher Richtung umlaufbares, gut wärmeleitendes Band 8 auf. An dem Band 8 sind Kühlkörper 9 vorgesehen. Im Betrieb wird die Papierbahn 1 zwischen den Bändern 8 geführt, wobei ihre Oberflächen beim Leiten eines Kühlmediums In die Kühlkörper 9 im Kontakt mit den gekühlten Flächen der Bänder 8 gekühlt werden. Mit Vorteil sind an den beheizbaren Walzen 5 und oder 6 Abschirmwäπde 10 vorgesehen, die eine Abstrahluπg und Konvektion ihrer Wärme mindestens in Richtung zu der Abkühlvorrichtung 4 verhindern sollen. Durch die Zwischenräume zwischen den Walzen und den Abschirmwänden 10 kann mit Vorteil der Dampf, der am Austritt der Papierbahn 1 aus dem Preßspalt austritt, abgeführt, bzw. angesaugt werden. Ein entsprechend intensives Absaugen dieses Dampfes kann als erste Stufe des Abkühlungsschrittes bezüglich der austretenden Papierbahn 1 verstanden werden. Dieser erste Schritt kann auch mittels einer eigens dazu vorgesehenen Absaugleitung 11 eingeleitet werden, deren Anordnung besonders in Fig. 3 gezeigt ist. Unter dafür günstigen technologischen Voraussetzungen, was die Temperatur und Feuchte der zu glättenden Papierbahn 1 betrifft, kann schon diese erste Stufe durch Verdampfung der Feuchte und damit erfolgte Abkühlung der Papierbahn 1 zum raschen Erreichen eines Zustandes unterhalb des Glasumwandlungspunktes und damit zum Stabilisieren der im Preßspalt erreichten Glättequalität genügen. Zur Abnahme von Kondensatioπsfeuchtigkeit sind an den Bändern 8 Schaber 13 angeordnet.
Die Papier- oder Kartonbahn 1 kann auch durch einen direkten Kontakt ihrer Oberflächen mit einem kühlenden Gas umgewandelt werden. Vorteilhafterweise können zu einem möglichst frühen Einsetzen des Abkühlschrittes am Austritt aus dem Preßspalt 3 Düsen 12 angeordnet sein, die zum Blasen eines Kühlgases auf die Oberflächen der Papierbahn 1 dienen. Ein Beispiel einer dazu geeigneten Abkühlvorrichtung 4 ist in Fig. 1 gezeigt. Auch diese Abkühlvorrichtung kann spiegelbildlich zur Papierbahn 1 ausgeführt werden und so auf beide ihrer Oberflächen wirken. Sie weist eine Haube 14 und Zwischenwände 15 auf, die Räume begrenzen, die zu der Papierbahn 1 geöffnet sind. In einen Raum 16 wird ein Kühlgas über eine Zuführieitung 17 geleitet, durch einen anschließenden Raum 18 in einen zu diesem geöffneten Raum 19 geführt und aus diesem mittels einer Abführleitung 20 abgeführt. Auf diesem Weg kommt das Kühlgas in direkten Kontakt mit der Papierbahn 1 , da die Räume 16, 18 und 19 zu der Papierbahn 1 jeweils geöffnet sind. Am Eintritt wie am Austritt der Papierbahn 1 zu der Haube 14 sind Dichtungen 21 , z.B. abdichtende Rollen oder Eintauchleisten, etwa nach Fig. 15, vorgesehen, um Verluste am Kühlgas möglichst zu vermeiden. Um Oxidation zu vermeiden, die beispielsweise zum unerwünschten Weißgradverlust der Papierbahn führen könnte, empfiehlt es sich, ein inertes Gas, wie z.B. Stickstoff oder Kohlendioxid, zum Abkühlen zu verwenden.
Bei den Beispielen gemäß Fig. 3 und 4 handelt es sich um ein einseitiges Glätten, also um Glätten vorwiegend einer der Oberflächen der Papier- oder Kartonbahn 1. Im Beispiel gemäß Fig. 3 wird die obere Walze 5 beheizt, wobei die an dieser geführten Oberfläche stärker geglättet wird. Eine Abkühlvorrichtung 4 mit einer Haube 14 ist dieser Oberfläche zugeordnet, genau wie auch eine Absaugvorrichtung 11 zum Ansaugen der am Austritt der Papierbahn aus dem Preßspalt 3 auftretenden Dampfes. Im Beispiel gemäß Fig. 4 wird die untere Walze 6 beheizt. Die an dieser Walze geglättete Oberfläche der Papierbahn 1 wird einer gekühlten Walze 7 zur Abkühlung zugeführt. Der am Austritt der Papierbahn 1 aus dem Preßspalt 3 austretende Dampf wird mittels Absaugvorrichtung 11 abgezogen, womit ein erster Umwandlungsschritt erfolgt. Zur Kondensatentfernung des Mantels der Kühlwalze 7dieπt eine Belüftungsvorrichtung 22, welche weitere Verdunstungskälte erzeugt, kombiniert mit einem Schaber 13.
In Fig. 5 ist ein Glättwerk 2 mit endlosen Bändern 23 dargestellt, die gleich schnell und in gleicher Richtung zur Papierbahn 1 antreibbar sind. Der Druckeinsatz und die Beheizung im Preßspalt 3 erfolgen über bekannte Anpreßelemente 24 mit zu dem Band 23 geöffneten Drucktaschen, welche mit einem wärmetragenden Medium beaufschlagt werden. Die etwa rechteck-förmige, raumsparende Führung der Bänder 23 ermöglicht die Anordnung der Abkühlvorrichtung 4 unmittelbar am Austritt der Papierbahn aus dem Preßspalt 3.
Ein Abkühlen der Papierbahn 1 beim direkten Kontakt mit einem kühlenden Gas ist auch mittels Abkühlvorrichtungen 4 zu bewerkstelligen, die in Fig. 6 und 7 dargestellt sind. Die Mäntel der Walzen 7 sind perforiert. Über einen Verteilkasten 26 wird durch die auf die vorbeigeführte Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn das kühlende Gas geblasen, und nach seinem Durchtritt durch die Papierbahn 1 wird dieses Gas mittels eines Saugkasten 25 durch den perforierten Mantel der Walze 7 abgesaugt. Diese Kästen 25 und 26 können z.B. nach dem Vorbild der oben anhand von Fig. 2 beschriebenen Abkühlvorrichtung 4 im Sinne einer Gegenstrom- oder Gleichstromkühlung ausgeführt werden und dementsprechend jeweils an eine Zuführ- oder Abführleituπg 17, bzw. 20 für das kühlende Gas angeschlossen sein. Im Beispiel gemäß Fig. 7 wird das kühlende Gas über einen Verteilkasten 27 durch die Perforierung der Walze 7 auf die vorbeigeführte Oberfläche der Papierbahn 1 geblasen Das Gas wird durch eine Zuführleitung 17 dem Verteilkasten 27 zugeführt und durch eine Abführleitung 20 aus dem Saugkasten 28 abgeführt. Zumeist wird die Führung des Gases von außen nach innen vorteilhafter sein, so daß also der äußere Kasten als Verteiler und der innere als Saugkasten dient. An den perforierten Mänteln der Walzen 7 sind jeweils eine Belüftungsvorrichtung 22 und ein Schaber 13 zum Ableiten des Kondensats von der Oberfläche des Mantels der Walze 7 angeordnet.
Eine Abkühlvorrichtung 4 gemäß Fig. 8 hat eine Kühlwalze 7, deren Mantel mittels eines Kühlkörpers 9 gekühlt wird. Die Abkühlung findet statt in einem kreissegmentförmigen Spalt zwischen dem Mantel der Walze 7 und einem endlosen, gleich schnellen und in gleicher Richtung zu dem Mantel der Walze 7 antreibbaren Band 8, das den Mantel teilweise umschlingt.
Wie sich aus dem vorher Gesagten ergibt, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die folgenden Maßnahmen einzeln oder in Kombination angewandt: A. Vorbehandlung der Papierbahn 1 vor ihrem Eintritt in den Preßspalt 3 des Glättwerks durch Aufwärmen und/oder Befeuchten der Oberflächen der Bahn. Dadurch wird gegebenenfalls das Erreichen bzw. Überschreiten der Glasumwandlungstemperatur des Materials in dem beheizten Preßspalt 3 begünstigt oder überhaupt ermöglicht. Vorteilhafte Techniken dazu sind z.B. Oberflächenbefeuchtung mit Dampf, mit Wasserdüsen, mit Wasser-Schaber, mit Auftragen eines Wasserfilms über Walzen, bzw. Vorwärmung über Kontakt mit vorgelagerten Heizwalzen, mit Dampf, mit temperiertem Wasser, mit IR-Strahlung, Mikrowellen oder in einem beheizten, insbesondere verlängerten Preßspalt, z.B. wie gemäß Fig. 5.
B Gezielte Feuchtereduzierung durch Verdampfung im Preßspalt 3 (Kontakt der Papierbahn mit beheizten Walzen oder Bändern) und Abkühlung infolge Verduπstungskälte. Durch Verdampfung zumindest eines Teiles der Bahnfeuchte aufgrund der eingesetzten Temperatur im Preßspalt 3 und durch die damit verbundene und parallel verlaufende Bahnabkühlung mittels der Verdunstungskälte unmittelbar nach dem Preßspalt 3 kann ausgehend von einem Zustand oberhalb der Glasumwandlungskurve ein Zustand unterhalb der Glasumwandlungskurve erreicht werden. Dieser Vorgang kann sowohl in einem Preßspalt 3 zwischen Glättwalzen (siehe Fig. 1 bis 4) wie auch zwischen Glättbändern (siehe Fig. 5) stattfinden.
C. Gezielte Abkühlung der Papierbahn 1 praktisch unmittelbar vor Ablauf von etwa 20 bis 60 ms nach Austritt aus dem Preßspalt 3 des Glättwerks von einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungskurve zu einer unterhalb der Glasumwandlungskurve. Dies kann erfolgen z.B. durch Verdunstung von der Feuchte der Bahn oder von zusätzlich aufgesprühter Flüssigkeit, wie flüssiger Stickstoff oder flüssige Luft, Alkohol, Azeton oder Keton und durch Absaugung der Dämpfe, durch Kontakt mit kalter Flüssigkeit, z.B. Wasser, durch Kontakt mit einer Eisleiste, z.B. aus Kohlendioxid- oder Wassereis oder durch Anwendung einer der im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 8 als Beispiel beschriebenen Abkühlvorrichtung 4.
Je nach angewendetem Verfahren wird die Feuchte dabei reduziert, erhöht oder bleibt unverändert (Fig. 12, 15).
Bei allen unter A, B oder C beschriebenen, einzeln oder in deren Kombination eingesetzten Maßnahmen ist jeweils darauf zu achten, daß in dem Preßspalt 3 die Glasumwandlungstemperatur überschritten wird, und daß parallel zu der Abkühlung unter die Glasumwandlungstemperatur der Feuchtigkeitsgehalt den technologisch gewünschten Wert annimmt und vorzugsweise thermodynamisch der Gleichgewichtsfeuchte (relativ zur Umgebung) entspricht.
In den Fig. 9 bis 15 sind Verläufe der Maßnahmen unter A, B bzw. C einzeln oder in deren möglichen Kombinationen grafisch dargestellt. In den Figuren bezeichnen:
30 die Temperatur-Koordinate,
31 die Feuchtigkeits-Koordinate,
32 die Glasumwandlungskurve der Zellulose und Heimzellulose, und
33 die Glasumwandlungskurve des Lignins jeweils bei einer Kristallinität von 60 %.
Der Verlauf der einzelnen Maßnahmeschritte ist jeweils mit Buchstaben A, B oder C bezeichnet, wobei der Temperaturanstieg, die Abkühlung und die Feuchteänderungen eingezeichnet sind. Dabei ist jeweils mit 34 der Anfangspunkt vordem Preßspalt 3, mit 35 der Eintrittspunkt in den Preßspalt 3, gestrichelt der Temperaturverlauf im Preßspalt 3, mit 36 der Austrittspunkt aus dem Preßspalt 3 und mit 37 der Endzustand nach Abkühlung und Feuchtereduktion der Papierbahn bezeichnet. Im Beispiel gemäß Fig. 9 erfolgt die Aufwärmung lediglich in dem Preßspalt 3 und die Abkühlung lediglich durch die Verdunstungskälte der eigenen Feuchte der Papierbahn 1 ohne deren Vorwärmung und ohne Vorbefeuchtung vor dem Eintritt in den Preßspalt 3 (Maßnahme B ).
Im Beispiel gemäß Fig. 10 erfolgt die Aufwärmuπg lediglich in dem Preßspalt 3 ohne Vorwärmung und Vorbefeuchtung, die Abkühlung jedoch erfolgt durch den Umwandlungsschritt 4 unmittelbar nach dem Austritt der Papierbahn 1 aus dem Preßspalt 3 (Maßnahme C ).
Im Beispiel gemäß Fig. 11 erfolgt die Aufwärmung im Preßspalt 3 nach vorgeschalteter Aufwärmung und Vorbefeuchtung und die Abkühlung lediglich durch die Verdunstungskälte der Feuchte der Papierbahn 1 (Kombination der Maßnahmen A und B).
Im Beispiel gemäß Fig. 12 erfolgt die Aufwärmung im Preßspalt 3 nach einer Vorwärmung und Vorbefeuchtung vorher und die Abkühlung durch den Umwandlungsschritt 4 unmittelbar nach dem Austritt der Papierbahn 1 aus dem Preßspalt 3 (Kombination der Maßnahmen A und C).
Im Beispiel gemäß Fig. 13 erfolgt die Aufwärmung im Preßspalt 3 nach einer Vorwärmung und Vorbefeuchtung • und die Abkühlung teilweise durch Verdunstungskälte der Feuchte der Papierbahn und durch den Umwandlungsschritt 4 unmittelbar nach dem Austritt der Papierbahn 1 aus dem Preßspalt 3 (Kombination der Maßnahmen A, B und C).
Das Beispiel gemäß Fig. 14 betrifft den Fall, bei dem sowohl die Glasumwandlungstemperatur der Zellulose, bzw. der Heimzellulose, als auch die Glasumwandlungstemperatur des Lignins in der Papierbahn bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens überschritten wird. Nach Vorwärmung und Vorbefeuchtung vor dem Preßspalt 3 wird die Papierbahn 1 im Preßspalt 3 mit einer Temperatur oberhalb der höher liegenden Glasumwandlungstemperatur des Lignins geglättet. Die Abkühlung erfolgt durch den Einsatz des Abkühlungsschrittes 4 (Kombination der Maßnahmen A und C). Sinnvollerweise sind auch in diesem Fall die Maßnahmen B oder C oder Kombinationen der Maßnahmen A und B oder A, B und C denkbar.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn (1 ) in einem Glättwerk (2) unter Einsatz von Druck, Feuchte und Wärme in einem Preßspalt (3) des Glättwerks zum Erreichen einer gewünschten Oberflächenqualität an der geglätteten Papierbahn(l), dadurch gekennzeichnet. daß zumindest die zu glättende Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn (1) beim Glätten in dem Preßspalt (3) mit einer Temperatur oberhalb des Glasumwandlungspunktes des Materials behandelt wird und daß nach dem Austritt der Papier- oder Kartonbahn (1 ) aus dem Preßspalt vor Ablauf eines Zeitabschnittes von etwa 20 bis 60 ms (Millisekunden) die geglättete Oberfläche der Papierbahn (1) einem Umwandlungsschritt auf eine Temperatur und Feuchte unterhalb des Glasumwandlungspunktes des Materials gezielt unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungsschritt mittels einer Abkühlvorrichtung (4) vorgenommen wird, die am Austritt der Papierbahn (1) aus dem Preßspalt (3) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandiungsschritt durch wäremaustauschenden Kontakt der abzukühlenden Oberfläche der Papier¬ oder Kartonbahn (1) mit einer gekühlten Fläche erfolgt, zu der die Papier- oder Kartonbahn geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandiungsschritt zumindest teilweise durch ein Absaugen des Dampfes, der beim Austritt der Papierbahn (1) aus dem Preßspalt (3) entsteht, vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandiungsschritt bei direktem Kontakt der abzukühlenden Oberfläche der Papierbahn (1) mit einem kühlenden Gas erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandiungsschritt mit einem inerten Gas vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf die Papierbahn (1) geblasen und durch die Papierbahn (1) hindurch gesaugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn (1 ) vor dem Eintritt in den Preßspalt (3) vorgewärmt und/oder befeuchtet wird.
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