WO2023169762A1 - Auftragswerk und verfahren - Google Patents

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WO2023169762A1
WO2023169762A1 PCT/EP2023/053073 EP2023053073W WO2023169762A1 WO 2023169762 A1 WO2023169762 A1 WO 2023169762A1 EP 2023053073 W EP2023053073 W EP 2023053073W WO 2023169762 A1 WO2023169762 A1 WO 2023169762A1
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WO
WIPO (PCT)
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application
belt
medium
designed
roller
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/053073
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Debora Helen da Silva SOUZA
Robert Hilbing
Original Assignee
Voith Patent 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
Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
Publication of WO2023169762A1 publication Critical patent/WO2023169762A1/de

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
    • D21H23/32—Addition to the formed paper by contacting paper with an excess of material, e.g. from a reservoir or in a manner necessitating removal of applied excess material from the paper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C1/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating
    • B05C1/04—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length
    • B05C1/14—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length using a travelling band

Definitions

  • the invention relates to an applicator for coating a running fibrous web with a liquid or pasty application medium according to the preamble of claim 1 and to a coating process using such an applicator.
  • fibrous webs are coated with a variety of different substances.
  • the application of high-performance barren coatings is becoming increasingly important, especially in the area of packaging papers and special papers, in order to give the fibrous web a certain level of gas, water and vapor tightness, for example. This is very demanding.
  • the order can be done directly or indirectly.
  • application medium is applied directly to the web from a suitable metering device and then optionally pressed into the web in a transfer nip.
  • DE 10 2019 133 942 A1 therefore proposes an indirect application in which the coating medium is applied to an application surface and undergoes conditioning, in particular drying, before being transferred to the fibrous web.
  • the application medium can be applied with the low solids content necessary for processing, but is transferred to the paper web with a higher solids content, as a result of which less moisture is transferred to the fibrous web.
  • the object of the invention is to further develop this process.
  • an applicator for coating a running fibrous web with a liquid or pasty application medium comprising a metering device for applying the application medium to an upper side of an application belt at a metering point and a transfer nip for transferring the application medium from the application belt on the fibrous web.
  • the application unit also includes a conditioning device which is designed to condition, in particular to dry, the application medium on the application belt between the dosing point and the transfer nip.
  • the applicator also has a support belt which is in contact with the underside of the applicator belt at least in the area of the dosing point and the conditioning device
  • conditioning the application medium refers to various effects on the application medium, such as drying and/or moistening and/or heating or cooling, etc.
  • a single belt in the area of the dosing point and the conditioning device, a single belt is not provided, as in the prior art, but rather two belts lying one above the other in the form of the application belt and the support belt.
  • the requirements for such a band also change in the different stages of circulation. For example, a stable and dense belt is required during metering and drying of the application medium, while a permeable belt is required when passing through the transfer nip, but this belt easily releases the application medium onto the fibrous web.
  • a squeegee especially a roller squeegee
  • a spray application can also be provided.
  • dosing using a nozzle like them known from the so-called curtain coaters is possible. In the latter case, the web guide may need to be suitably adjusted so that the curtain falling in free fall hits the surface of the application belt.
  • the application belt can be designed as a permeable application belt.
  • the support band can be designed as a closed support band.
  • a band is 'permeable', this means that it is permeable to air.
  • the permeability or air permeability is defined as the air throughput per unit area at a certain differential pressure and is usually given in the paper industry as cfm/ft2 ("cubic feet per minute/square feet") at 0.5 inch water column.
  • ASTM D737- 04 is the standard test method for air permeability, especially of textile fabrics.
  • the application medium is dosed onto the two superimposed belts. Due to the closed support belt, no application medium can escape downwards, and the support belt can be so stable that it can withstand the loads caused by the metering device and the conditioning device.
  • the application belt can be very thin and in this phase mainly determines the surface properties.
  • the application medium After the conditioning device, the application medium has solidified to a certain extent and has usually formed a film. This is particularly the case if a barrier medium, in particular a barrier medium, is used as the application medium aqueous suspension with microfibrillated cellulose (MFC) and/or nanofibrillated cellulose (NFC).
  • MFC microfibrillated cellulose
  • NFC nanofibrillated cellulose
  • the application medium or this film must now be transferred to the fibrous web in the transfer nip.
  • removing the film from the application belt usually causes great difficulty.
  • a stable process is difficult to guarantee with the current state of technology.
  • the support belt can now be separated from the application belt after the conditioning device but before the transfer nip, and the application medium only runs onto the permeable application belt supported by the transfer nip.
  • the transfer of the film from the coating medium to the fibrous web is now made easier because air can penetrate between the application belt and the film through the permeable application belt, since this rear ventilation reduces the adhesion of the film to the application belt.
  • the transfer nip is formed by a transfer roller and a counter-roller, and at least the counter-roller is designed as a vacuumed roller.
  • a counter roller is a roller of a transfer nip which, viewed from the fibrous web, is arranged on the side that is opposite the side to be coated with the application medium.
  • a suctioned counter roller particularly supports the described rear ventilation effect through the permeable application belt.
  • the suction causes the film of application medium to be sucked onto the fibrous web.
  • the surface of this applicator roller is provided with openings or is provided with a suitable covering, for example a felt.
  • the application belt can advantageously be designed as a film, whereby the film can consist in particular of PET and/or a polyurethane (PU) or a laminate, for example of PET and PA.
  • the film can consist in particular of PET and/or a polyurethane (PU) or a laminate, for example of PET and PA.
  • this film can be designed as a perforated film.
  • the holes in the perforated film can have a diameter between 100pm and 200pm, and the distances between adjacent holes can be between 200pm and 400pm.
  • Perforating can be done either using classic needle rollers, laser perforation or other suitable methods.
  • the support band can in particular be designed as a metal band or as a closed polymer band.
  • the conditioning device is designed as a drying device, which includes at least one heating device.
  • the drying device can in particular be a convection drying, a radiation drying or another suitable drying method.
  • This drying device can be arranged both above the application belt and below the application belt and the support belt. However, it will often be more expedient to arrange the heating device above the application belt, since otherwise the application medium has to be heated through the two belts for drying. If the application belt and/or support belt is designed accordingly - for example as a metal belt - heating from the underside can also be possible. Furthermore, it can be provided that the drying device additionally comprises a revolving permeable belt, which is arranged above the application belt, and a contact zone is provided in the area of the heating device in which the revolving permeable belt is in contact with the applied application medium or can be brought into contact.
  • the conditioning in particular the drying of the application medium, takes place in the sandwich between the application belt and the rotating permeable belt.
  • the surrounding permeable band significantly improves the dimensional stability of the application medium or barrier film and reduces the tensions that arise during drying without causing the above-mentioned defects such as blisters, cracks, etc.
  • the belt running around is permeable so that the water vapor created during drying can be released into the environment and no bubbles or similar problems can arise from this vapor.
  • the circumferential permeable band has a permeability to air of 250 cfm - 800 cfm, in particular 450 cmf - 600 cfm.
  • the permeability or air permeability is defined as the air throughput per unit area at a certain differential pressure and is usually given in the paper industry as cfm/ft2 (“cubic feet per minute/square feet) at 0.5 inch water column.
  • ASTM D737-04 is the standard test method for air permeability, particularly of textile fabrics.
  • the contact zone should extend at least over the entire length of the heating device (in the machine direction) in order to prevent the formation of film defects during the acute heating or drying phase.
  • the contact zone begins in front of the heating device and/or extends beyond the heating device.
  • the length of the contact zone 300 can be more than 50cm, for example 100cm, 150cm or more.
  • a barrier medium is used as the application medium, in particular an aqueous suspension with microfibrillated cellulose (MFC) and/or nanofibrillated cellulose (NFC).
  • MFC microfibrillated cellulose
  • NFC nanofibrillated cellulose
  • Nanocellulose can be differentiated into cellulose nanocrystals (CNC), nanocrystalline cellulose (NCC), cellulose nanofibers (CNF or NFC) and bacterial nanocellulose (BNC).
  • CNC cellulose nanocrystals
  • NCC nanocrystalline cellulose
  • CNF or NFC cellulose nanofibers
  • BNC bacterial nanocellulose
  • Microfibrillated cellulose also known as “reticulated” cellulose, “superfine” cellulose or “cellulose nanofibrils” -, microcrystalline cellulose (MCC), cellulose nanowhiskers (CNW).
  • MFC materials for use as an application medium may comprise: (a) nanofibrils and/or (b) fibrillar fines and/or (c) fiber fragments and/or (d) fibers, advantageously the nanostructures forming the main component.
  • Figure 1 shows a commissioned work, as is known from the prior art.
  • FIG. 2 shows one according to one aspect of the invention.
  • Figure 3 shows one according to a further aspect of the invention.
  • Figure 4 shows one according to a further aspect of the invention.
  • Figure 1 shows an applicator known from the prior art for coating a running fibrous web 4.
  • An application medium is applied to the top of a closed application belt 60 by means of a metering device 2.
  • the metering device 2 shown in Figure 1 uses a squeegee, specifically a roller squeegee for squeegeeing off application medium applied in excess.
  • a spray application can also be provided. Dosing using a nozzle, as is known from so-called curtain coaters, is also possible.
  • the application medium is transported on the application belt from the metering point 20 to the transfer nip 3, and is transferred to the fibrous web 4 in this transfer nip 3.
  • the fibrous web 4 and the endless application belt 60 pass together through the transfer nip 3.
  • This transfer nip 3 is designed, for example, as a roller nip 3, which is formed by a transfer roller 8 and a counter roller 8a.
  • FIG 2 shows a commissioned work according to one aspect of the invention.
  • a permeable application belt 6 is used here.
  • the permeable application belt 6 can be, for example, a perforated plastic film.
  • a closed support band 5 is used. The support belt 5 is in contact with the application belt 6, more precisely with the underside of the application belt 6, in the area of the dosing point 20 and the conditioning device 1.
  • the support belt 5 is separated from the permeable application belt 6.
  • the application belt 6 with the film of coating medium on the top is guided further through the transfer nip 3, while the support belt does not run through the transfer nip 3 here.
  • the transfer nip 3 is also designed in this version as a roller nip 3, which is sucked by a transfer roller 8 and a counter roller 8a, specifically one Counter roller 8a is formed.
  • the transfer nip 3 is formed by a counter-roller 8a, in particular a suctioned counter-roller 8a, which is wrapped around by the application belt 6 at a wrap angle.
  • the application belt 6 runs alone for a while before it is brought together again with the support belt before reaching the dosing point 20.
  • the conditioning device 1 is designed as a drying device 1, with a heating device 100.
  • This heating device 100 can work, for example, by means of radiation or convection, and in this embodiment is arranged above the application belt.
  • the embodiment shown in Figure 3 differs from the embodiment from Figure 2 in that an additional felt 7 is provided.
  • This felt 7 runs together with the permeable application belt 6 through the transfer nip 3 and is arranged on the underside of the application belt 6. Due to its open structure and the air stored in the felt 7, the felt 7 supports the ventilation of the film of coating medium during transfer to the fibrous web and thus the detachment from the application belt 6.
  • the known press felts can be used as the felt.
  • FIG. 4 shows a commissioned work according to an aspect of the invention, in which the conditioning device 1 is again designed as a drying device 1.
  • a heating device 100 is provided, which is arranged above the permeable application belt 6.
  • the conditioning device 1 according to FIG. 4 also includes a revolving permeable belt 200.
  • the revolving permeable belt 200 is arranged above the application surface 6.
  • the rotating belt 200 is in contact with the applied application medium in the area of a contact zone 300 - if necessary using suitable load means - or can be brought into contact with the application medium there.
  • this heating device 100 is usually arranged within the loop of the rotating permeable belt 200.
  • the contact zone 300 is longer than the length of the heating device 100. This simplifies the installation of the heating device 100 as well as the band guidance of the rotating permeable belt 200.
  • the contact zone 300 expediently begins in front of the heating device 100 and/or ends after the heating device 100.
  • the length of the contact zone 300 can be more than 50cm, for example 100cm, 150cm or more.

Abstract

Auftragswerk und Verfahren zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium, umfassend eine Dosiervorrichtung zum Aufbringen des Auftragsmediums auf eine Oberseite eines Auftragsbands an einer Dosierstelle sowie einen Übertragungsnip zum Übertragen des Auftragsmediums von dem Auftragsband auf die Faserstoffbahn, wobei das Auftragswerk eine Konditioniereinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Auftragsmedium auf dem Auftragsband zwischen der Dosierstelle und dem Übertragungsnip zu konditionieren, wobei das Auftragswerk zudem ein Stützband aufweist, welches zumindest im Bereich der Dosierstelle und der Konditioniereinrichtung mit der Unterseite des Auftragsbands in Kontakt steht.

Description

Auftragswerk und Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Auftragswerk zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Beschichtungsverfahren unter Verwendung eines solchen Auftragswerks.
Abhängig von der gewünschten Anwendung, werden Faserstoffbahnen, insbesondere Papier- und Kartonbahnen, mit einer Vielzahl an verschiedenen Substanzen beschichtet. Darunter fällt beispielsweise ein Stärkeauftrag zur Erhöhung der Festigkeit, oder ein Polymer- bzw. Pigmentauftrag zur Verbesserung oder Modifizierung der Oberflächeneigenschaften oder ein Polymerauftrag zur Erzielung einer Barriere. Immer mehr Bedeutung nimmt speziell im Bereich der Verpackungspapiere und Spezialpapiere auch der Auftrag von Hochleistungsbarnerebeschichtungen ein, um der Faserstoffbahn beispielsweise eine gewisse Gas-, Wasser- und Dampfdichtheit zu verleihen. Dies ist sehr anspruchsvoll.
Der Auftrag kann dabei direkt oder indirekt erfolgen.
Beim direkten Auftrag, der beispielsweis in der EP 0 791 687 beschrieben ist, wird Auftragsmedium aus einer geeigneten Dosiereinrichtung direkt auf die Bahn aufgetragen und anschließend gegebenenfalls in einem Übertragungsnip in die Bahn eingepresst.
Eine Alternative ist der indirekte Auftrag. Dabei kann, wie in der vor einiger Zeit veröffentlichten Schrift GB 108,340 A ein Auftragsmedium auf eine Walzenoberfläche aufgetragen, und von dort in einem Übertragungsnip auf die Papierbahn übertragen werden. Die DE 10 2006 057 870 beschreibt ebenfalls indirekte Auftragssysteme. Insbesondere wird dort das Dosieren von Streichfarbe auf ein endloses Band, und die Übertragung von diesem Band auf die Papierbahn beschrieben. Die neueren Entwicklungen, insbesondere beim Auftrag von Barrierebeschichtungen bedingen jedoch das Aufträgen von Auftragsmedien, die einen sehr geringen Feststoffgehalt aufweisen, und damit einen hohen Anteil an Wasser. Dabei erweisen sich die bekannten Auftragswerke als nachteilig, da mit Ihnen nahezu das gesamte Wasser an die Papierbahn übertragen wird, was zu einem erheblichen Trocknungsbedarf der Bahn führt. Zudem kann die sehr nasse Papierbahn auch leicht reißen, was zu Produktionsausfällen durch Bahnabrisse oder durch die Reduktion der Produktionsgeschwindigkeit zur Vermeidung dieser Abrisse führt.
Zum verbesserten Auftrag derartiger Barnerebeschichtungen schlägt daher die DE 10 2019 133 942 A1 einen indirekten Auftrag vor, bei dem das Beschichtungsmedium auf eine Auftragsfläche aufgegeben, und vor der Übertragung auf die Faserstoffbahn eine Konditionierung, insbesondere eine Trocknung erfährt. Somit kann das Auftragsmedium mit dem für die Verarbeitung notwendigen geringem Feststoffgehalt aufgegeben werden, wird aber mit einem höheren Feststoffgehalt auf die Papierbahn übertragen, wodurch weniger Feuchtigkeit auf die Faserstoffbahn mit übertragen wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Verfahren weiterzuentwickeln. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein flexibles Auftragswerk vorzuschlagen, das eine zuverlässige und stabile Beschichtung auch für herausfordernde Auftragsmedien wie z.B. MFC oder NFC zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Hinsichtlich des Auftragswerks wird die Aufgabe gelöst durch ein Auftragswerk zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium, umfassend eine Dosiervorrichtung zum Aufbringen des Auftragsmediums auf eine Oberseite eines Auftragsbands an einer Dosierstelle sowie einen Übertragungsnip zum Übertragen des Auftragsmediums von dem Auftragsband auf die Faserstoffbahn. Das Auftragswerk umfasst zudem eine Konditioniereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Auftragsmedium auf dem Auftragsband zwischen der Dosierstelle und dem Übertragungsnip zu konditionieren, insbesondere zu trocknen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Auftragswerk zudem ein Stützband aufweist, welches zumindest im Bereich der Dosierstelle und der Konditioniereinrichtung mit der Unterseite des Auftragsbands in Kontakt steht
Mit dem Begriff „konditionieren des Auftragsmediums“ werden verschiedene Einwirkungen auf das Auftragsmedium bezeichnet, wie z.B. Trocknen und/oder Befeuchten und/oder Erwärmen bzw. Kühlen etc.
In Ausführungen gemäß der Erfindung ist im Bereich der Dosierstelle und der Konditioniereinrichtung nicht, wie im Stand der Technik, ein einzelnes Band vorgesehen, sondern zwei übereinander liegende Bänder in Form des Auftragsband und des Stützbands. Dies hat den Vorteil, dass die verschiedenen Funktionen, die ein Band im Stand der Technik erfüllen muss (Oberflächeneigenschaften, Festigkeitseigenschaften, Übertragung des Auftragsmediums an die Faserstoffbahn) in Auftragswerken gemäß der Erfindung auf zwei separate Bänder verteilt werden kann. Die Anforderungen an ein solches Band ändern sich auch in den verschiedenen Stadien des Umlaufs. So wird beispielsweise während des Dosierens und Trocknens des Auftragsmediums ein stabiles und dichtes Band benötigt, während beim Durchlaufen des Übertragungsnips eher ein permeables Band benötigt wird, das jedoch das Auftragsmedium leicht an die Faserstoffbahn abgibt.
Dies kann bei Auftragswerken gemäß Ausführungen der Erfindung sehr einfach dadurch realisiert werden, dass die Bahnführungen von Auftragsband und Stützband unterschiedlich sind und beispielsweise nach dem Durchlaufen der Konditioniereinrichtung das Stützband vom Auftragsband getrennt wird.
Als Dosiervorrichtung sind verschiedene Vorrichtungen denkbar. So kann beispielsweise ein Rakel, speziell ein Rollrakel zum Abrakeln von im Überschuss aufgetragenem Auftragsmedium verwendet werden. Alternativ kann beispielsweise auch ein Sprühauftrag vorgesehen sein. Auch ein Dosieren mittels einer Düse, wie sie von den sogenannten Curtain-Coatern bekannt ist möglich. Im letzteren Fall muss gegebenenfalls die Bahnführung geeignet angepasst werden, damit der im freien Fall fallende Vorhang auf der Oberfläche des Auftragsbands auftrifft.
In besonders bevorzugten Ausführungen kann das Auftragsband als permeables Auftragsband ausgeführt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das Stützband als geschlossenes Stützband ausgeführt sein.
Wird im Rahmen dieser Anmeldung davon gesprochen, dass ein Band .permeabel' ist, so ist damit gemeint, dass es durchlässig für Luft ist. Die Permeabilität bzw. Luftdurchlässigkeit ist dabei definiert als der Luftdurchsatz pro Flächeneinheit bei einem bestimmten Differenzdruck und wird im Bereich der Papierindustrie üblicherweise angegeben als cfm/ft2 („cubic feet per minute/ square feet") bei 0,5 Zoll Wassersäule. ASTM D737-04 ist die Standardtestmethode für die Luftdurchlässigkeit insbesondere von Textilgeweben.
Wird nach diesem Verfahren ein Wert unterhalb von 1 cfm gemessen, so soll das Band im Sinne dieser Anmeldung als .geschlossen' bezeichnet werden.
Die Kombination aus permeablem Auftragsband mit einem geschlossenen Stützband zeigt exemplarisch die Vorteile, die durch die Verwendung von zwei Bändern realisiert werden können.
Dosiert wird das Auftragsmedium auf die beiden überlagerten Bänder. Durch das geschlossene Stützband kann kein Auftragsmedium nach unten entweichen, und das Stützband kann so stabil aufgeführt werden, dass es den Belastungen durch die Dosiervorrichtung und die Konditioniereinrichtung standhalten kann. Das Auftragsband kann dabei sehr dünn ausgeführt sein und bestimmt in dieser Phase hauptsächlich die Oberflächeneigenschaften.
Nach der Konditioniereinrichtung hat sich dann das Auftragsmedium in gewissem Maß verfestigt und hat in der Regel einen Film ausgebildet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn als Auftragsmedium ein Barrieremedium verwendet wird, insbesondere eine wässrige Suspension mit Mikrofibrillierter Zellulose (MFC) und/oder Nanofibrillierter Zellulose (NFC).
Das Auftragsmedium, bzw. dieser Film muss nun im Übertragungsnip an die Faserstoffbahn übergeben werden. Da ein Film aber auf einer glatten, geschlossenen Oberfläche gut haftet, bereitet die Ablösung des Films vom Auftragsband üblicherweise große Schwierigkeiten. Ein stabiler Prozess ist im Stand der Technik nur schwer zu gewährleisten. In der hier vorgeschlagenen Ausführung kann nun nach der Konditioniereinrichtung, aber vor dem Übertragungsnip, das Stützband vom Auftragsband getrennt werden, und das Auftragsmedium läuft lediglich auf das permeable Auftragsband gestützt durch den Übertragungsnip. Die Übertragung des Films aus Beschichtungsmedium auf die Faserstoffbahn wird nun erleichtert, da durch das permeable Auftragsband Luft zwischen Auftragsband und Film eindringen kann, da durch diese Hinterlüftung die Haftung des Films am Auftragsband reduziert wird.
Generell ist es vorteilhaft, wenn das Auftragsband zusammen mit der Faserstoffbahn durch den Übertragungsnip geführt ist, während das Stützband nicht mit durch den Übertragungsnip geführt ist.
In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass der Übertragungsnip durch eine Übertragungswalze und eine Gegenwalze gebildet wird, und wobei zumindest die Gegenwalze als besaugte Walze ausgeführt ist.
In einer anderen vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass der durch eine Gegenwalze, insbesondere eine besaugte Gegenwalze gebildet ist, die von dem permeablen Auftragsband in einem Umschlingungswinkel umschlungen wird.
Als Gegenwalze wird eine Walze eines Übertragungsnips bezeichnet, die von der Faserstoffbahn aus betrachtet auf der Seite angeordnet ist, die der mit Auftragsmedium zu beschichtenden Seite gegenüberliegt.
Eine besaugte Gegenwalze unterstützt insbesondere den beschriebenen Hinterlüftungseffekt durch das permeable Auftragsband. Durch die Besaugung wird der Film aus Auftragsmedium an die Faserstoffbahn angesaugt. In der Ausführung mit einer Auftragswalze kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche dieser Auftragswalze mit Öffnungen versehen ins, oder mit einer geeigneten Bespannung, z.B. einem Filz versehen ist.
Das Auftragsband kann vorteilhafterweise als Folie ausgeführt sein, wobei die Folie insbesondere aus PET und/oder einem Polyurethan (PU) oder einem Laminat z.B. aus PET und PA bestehen kann.
Um ein permeables Auftragsband zu erhalten, kann diese Folie als perforierte Folie ausgeführt sein.
Die Löcher der perforierten Folie können dabei einen Durchmesser zwischen 100pm und 200pm aufweisen, und die Abstände zwischen benachbarten Löchern zwischen 200pm und 400pm betragen.
Das Perforieren kann entweder mittels klassischer Nadelwalzen, mittels Laserperforation oder anderen geeigneten Verfahren erfolgen.
Das Stützband kann insbesondere als Metallband oder als geschlossenes Polymerband ausgeführt sein.
In bevorzugten Ausführungen des Auftragswerks kann vorgesehen sein, dass die Konditioniereinrichtung als Trocknungseinrichtung ausgeführt ist, welche zumindest eine Heizvorrichtung umfasst. Bei der Trocknungseinrichtung kann es sich insbesondere um einer Konvektionstrocknung, eine Strahlungstrocknung oder um eine andere geeignete Trocknung handeln.
Diese Trocknungseinrichtung kann sowohl oberhalb des Auftragsbands als auch unterhalb des Auftrags- sowie des Stützbands angeordnet sein. Häufig wird es aber zweckmäßiger sein, die Heizvorrichtung oberhalb des Auftragsbands anzuordnen, da sonst zur Trocknung das Auftragsmedium durch die beiden Bänder hindurch erwärmt werden muss. Bei entsprechender Ausführung von Auftragsband und/oder Stützband -beispielsweise als Metallband- kann aber auch eine Heizung von der Unterseite her möglich sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Trocknungseinrichtung zusätzlich noch ein um laufendes permeables Band umfasst, welches oberhalb des Auftragsbands angeordnet ist, und wobei im Bereich der Heizvorrichtung eine Kontaktzone vorgesehen ist, in der das um laufende permeable Band mit dem aufgebrachten Auftragsmedium in Kontakt steht oder in Kontakt bringbar ist.
In Auftragswerken gemäß dieser Ausführung erfolgt die Konditionierung, insbesondere die Trocknung des Auftragsmediums im Sandwich zwischen dem Auftragsband und dem umlaufenden permeablen Band. Durch das umlaufende permeable Band wird die Dimensionsstabilität des Auftragsmediums, bzw. des Barrierefilm deutlich verbessert und die während der Trocknung entstehenden Spannungen abgebaut, ohne, dass es zu den oben erwähnten Defekten wir Blistering, Rissen etc. kommt.
Das um laufende Band ist permeabel ausgeführt, damit der bei der Trocknung entstehende Wasserdampf an die Umgebung abgegeben werden kann, und keine Blasen oder ähnliche Störungen durch diesen Dampf entstehen können.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das umlaufende permeable Band eine Permeabilität für Luft von 250 cfm - 800 cfm, insbesondere 450 cmf- 600 cfm aufweist.
Die Permeabilität bzw. Luftdurchlässigkeit ist dabei definiert als der Luftdurchsatz pro Flächeneinheit bei einem bestimmten Differenzdruck und wird im Bereich der Papierindustrie üblicherweise angegeben als cfm/ft2 („cubic feet per minute/ square feet) bei 0,5 Zoll Wassersäule. ASTM D737-04 ist die Standardtestmethode für die Luftdurchlässigkeit insbesondere von Textilgeweben.
Die Kontaktzone sollte sich zumindest über die gesamte Länge der Heizvorrichtung (in Maschinenlaufrichtung) erstrecken, um während der akuten Heiz- bzw. Trocknungsfase das Entstehen von Filmdefekten zu verhindern.
Üblicherweise wird es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Kontaktzone vor der Heizvorrichtung beginnt und/oder sich auch bis über die Heizvorrichtung hinaus reicht. Die Länge der Kontaktzone 300 kann dabei mehr als 50cm betragen, beispielsweise 100cm, 150cm oder mehr. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium, wobei zur Beschichtung zumindest ein Auftragswerk gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Auftragsmedium ein Barrieremedium verwendet wird, insbesondere eine wässrige Suspension mit Mikrofibrillierter Zellulose (MFC) und/oder Nanofibrillierter Zellulose (NFC).
Es gibt eine Vielzahl von Micro- bzw. Nanomaterialien auf Basis von Zellulose.
Nanocellulose kann in Cellulose-Nanokristalle (CNC), nanokristalline Cellulose (NCC), Cellulose-Nanofasern (CNF oder NFC) und bakterielle Nanocellulose (BNC) unterschieden werden.
Mikrofibrillierte Cellulose (MFC) - auch bekannt als "netzartige" Cellulose, "superfeine" Cellulose oder "Cellulose-Nanofibrillen"-, mikrokristalline Cellulose (MCC), Cellulose- Nanowhisker (CNW).
Alle diese Materialien können als Bestandteil von Auftragsmedien, insbesondere Barrieremedien zum Einsatz kommen. Häufig kommen hier Auftragsmedien mit mehreren Komponenten zum Einsatz.
Beispielsweise können MFC-Materialien für die Verwendung als Auftragsmedium: (a) Nanofibrillen und/oder (b) fibrillären Feinstoffen und/oder (c) Faserfragmente und/oder (d) Fasern umfassen, wobei vorteilhafterweise die Nanostrukturen den Hauptbestandteil bilden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Erfindung ist dabei nicht auf die hier gezeigten Ausführungen beschränkt.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Figur 1 zeigt ein Auftragswerk, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Figur 2 zeigt ein gemäß einem Aspekt der Erfindung.
Figur 3 zeigt ein gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
Figur 4 zeigt ein gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Figur 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Auftragswerk zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn 4. Dabei wird ein Auftragsmedium mittels einer Dosiervorrichtung 2 auf die Oberseite eines geschlossenen Auftragsbands 60 aufgebracht.
Die in Figur 1 gezeigte Dosiervorrichtung 2 verwendet ein Rakel, speziell ein Rollrakel zum Abrakeln von im Überschuss aufgetragenem Auftragsmedium.
Alternativ kann beispielsweise auch ein Sprühauftrag vorgesehen sein. Auch ein Dosieren mittels einer Düse, wie sie von den sogenannten Curtain-Coatern bekannt ist möglich.
Das Auftragsmedium wird auf dem Auftragsband von der Dosierstelle 20 bis zum Übertragungsnip 3 transportiert, und in diesem Übertragungsnip 3 auf die Faserstoffbahn 4 übertragen. Bei der Ausführung in Figur 1 passieren dabei die Faserstoffbahn 4 und das endlose Auftragsband 60 gemeinsam den Übertragungsnip 3. Dieser Übertragungsnip 3 ist dabei beispielhaft als Walzennip 3 ausgeführt, der durch eine Übertragungswalze 8 und eine Gegenwalze 8a gebildet ist.
Figur 2 zeigt dagegen ein Auftragswerk gemäß einem Aspekt der Erfindung. Statt des geschlossenen Auftragsbandes 60 wird hier ein permeables Auftragsband 6 verwendet. Bei dem permeablen Auftragsband 6 kann es sich beispielsweise um eine perforierte Kunststofffolie handeln. Zusätzlich kommt ein geschlossenes Stützband 5 zum Einsatz. Das Stützband 5 steht dabei im Bereich der Dosierstelle 20 und der Konditioniereinrichtung 1 mit dem Auftragsband 6, genauer mit der Unterseite des Auftragsbands 6 in Kontakt.
Nach der Konditioniereinrichtung 1 , insbesondere nach der Trocknung des Auftragsmediums, wird das Stützband 5 vom permeablen Auftragsband 6 getrennt. Das Auftragsband 6 mit dem Film aus Beschichtungsmedium auf der Oberseite wird weiter durch den Übertragungsnip 3 geführt, während das Stützband hier nicht durch den Übertragungsnip 3 läuft.
Der Übertragungsnip 3 ist auch in diese Ausführung als Walzennip 3 ausgeführt, der durch eine Übertragungswalze 8 und eine Gegenwalze 8a, speziell eine besaugte Gegenwalze 8a gebildet wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Übertragungsnip 3 durch eine Gegenwalze 8a, insbesondere eine besaugte Gegenwalze 8a gebildet ist, die von dem Auftragsband 6 in einem Umschlingungswinkel umschlungen wird.
Nach dem Verlassen des Übertragungsnips 3 verläuft das Auftragsband 6 noch ein Stück allein, bevor es vor dem Erreichen der Dosierstelle 20 wieder mit dem Stützband zusammengeführt wird.
Bei der Ausführung in Figur 2 ist die Konditioniereinrichtung 1 als Trocknungseinrichtung 1 ausgeführt, mit einer Heizvorrichtung 100. Diese Heizvorrichtung 100 kann beispielsweise mittels Strahlung oder Konvektion arbeiten, und ist in dieser Ausführung oberhalb des Auftragsbands angeordnet.
Die in Figur 3 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von der Ausführung aus Figur 2 dadurch, dass ein zusätzlicher Filz 7 vorgesehen ist. Dieser Filz 7 läuft zusammen mit dem permeablen Auftragsband 6 durch den Übertragungsnip 3 und ist an der Unterseite des Auftragsbands 6 angeordnet. Durch seine offene Struktur und die im Filz 7 gespeicherte Luft unterstützt der Filz 7 die Hinterlüftung des Films aus Beschichtungsmedium bei der Übertragung auf die Faserstoffbahn und damit die Ablösung von dem Auftragsband 6. Dabei können als Filz dabei prinzipiell die bekannten Pressfilze verwendet werden.
Figur 4 zeigt ein Auftragswerk gemäß einem Aspekt der Erfindung, bei dem die Konditioniereinrichtung 1 wieder als Trocknungseinrichtung 1 ausgeführt ist. Auch hier ist eine Heizvorrichtung 100 vorgesehen, die oberhalb des permeablen Auftragsbands 6 angeordnet ist. Zudem umfasst die Konditioniereinrichtung 1 gemäß Figur 4 noch ein umlaufendes permeables Band 200. Das umlaufende permeable Band 200 ist dabei oberhalb der Auftragsfläche 6 angeordnet ist. Das um laufende Band 200 steht - gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Lastmittel - mit dem aufgebrachten Auftragsmedium im Bereich einer Kontaktzone 300 in Kontakt oder ist dort mit dem Auftragsmedium damit in Kontakt bringbar. Bei Ausführungen, in denen wie in Figur 4 die Heizvorrichtung 100 ebenfalls oberhalb des Auftragsbands 6 angeordnet ist, ist diese Heizvorrichtung 100 in der Regel innerhalb der Schlaufe des umlaufenden permeablen Bands 200 angeordnet.
Die Kontaktzone 300 ist insbesondere in solchen Ausführungen länger als die Länge der Heizvorrichtung 100. Das vereinfacht den Einbau der Heizvorrichtung 100 sowie die Bandführung des umlaufenden permeablen Bands 200. Zweckmäßigerweise beginnt die Kontaktzone 300 vor der Heizvorrichtung 100 und/oder endet nach der Heizvorrichtung 100. Die Länge der Kontaktzone 300 kann dabei mehr als 50cm betragen, beispielsweise 100cm, 150cm oder mehr.
Bezugszeichenliste
1 Konditioniereinrichtung
3 Übertragungsnip 5 Stützband (geschlossen)
6 Auftragsband (permeabel)
7 Filz
8 Übertragungswalze
8a Gegenwalze 20 Dosierstelle
60 Auftragsband (geschlossen)
100 Heizvorrichtung
200 um laufendes permeables Band
300 Kontaktzone

Claims

Patentansprüche
1 ) Auftragswerk zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn (4) mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium, umfassend eine Dosiervorrichtung (2) zum Aufbringen des Auftragsmediums auf eine Oberseite eines Auftragsbands (6) an einer Dosierstelle (20) sowie einen Übertragungsnip (3) zum Übertragen des Auftragsmediums von dem Auftragsband (6) auf die Faserstoffbahn (4), wobei das Auftragswerk eine Konditioniereinrichtung (1 ) umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Auftragsmedium auf dem Auftragsband (6) zwischen der Dosierstelle (20) und dem Übertragungsnip (3) zu konditionieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragswerk zudem ein Stützband (5) aufweist, welches zumindest im Bereich der Dosierstelle (20) und der Konditioniereinrichtung mit der Unterseite des Auftragsbands (6) in Kontakt steht
2) Auftragswerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsband (6) als permeables Auftragsband (6) ausgeführt ist.
3) Auftragswerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützband (5) als geschlossenes Stützband (5) ausgeführt ist.
4) Auftragswerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsband (6) zusammen mit der Faserstoffbahn (4) durch den Übertragungsnip (3) geführt ist, während das Stützband (5) nicht mit durch den Übertragungsnip (3) geführt ist.
5) Auftragswerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsnip (3) durch eine Übertragungswalze (8) und eine Gegenwalze (8a) gebildet wird, und wobei zumindest die Gegenwalze (8a) als besaugte Walze ausgeführt ist. ) Auftragswerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsnip (3) durch eine Gegenwalze (8a), insbesondere eine besaugte Gegenwalze (8a) gebildet ist, die von dem Auftragsband (6) in einem Umschlingungswinkel umschlungen wird. ) Auftragswerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsband (6) als Folie ausgeführt ist, und die Folie insbesondere aus einem PET, einem Polyurethan (PU) oder einem Laminat aus PET und PA besteht. ) Auftragswerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsband (6) als perforierte Folie ausgeführt ist und die Löcher der Folie einen Durchmesser zwischen 100pm und 200pm aufweisen, und die Abstände zwischen benachbarten Löchern zwischen 200pm und 400pm betragen. ) Auftragswerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützband (5) als Metallband oder als geschlossenes Polymerband ausgeführt ist. 0)Auftragswerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniereinrichtung (1 ) als Trocknungseinrichtung (1 ) ausgeführt ist, welche zumindest eine Heizvorrichtung (100) umfasst. 1 )Auftragswerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungseinrichtung (1 ) zusätzlich noch ein umlaufendes permeables Band (200) umfasst, welches oberhalb des Auftragsbands (6) angeordnet ist, und wobei im Bereich der Heizvorrichtung (100) eine Kontaktzone (300) vorgesehen ist, in der das um laufende permeable Band (200) mit dem aufgebrachten Auftragsmedium in Kontakt steht oder in Kontakt bringbar ist. ) Auftragswerk nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende permeable Band (200) als Gewebe oder als perforierte Folie ausgeführt ist. ) Auftragswerk nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das um laufende permeable Band (200) eine Permeabilität für Luft von 250 cfm - 800 cfm, insbesondere 450 cmf- 600cfm aufweist. )Verfahren zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn (4) mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschichtung zumindest ein Auftragswerk gemäß einem der vorherigen Ansprüche verwendet wird. )Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Auftragsmedium ein Barrieremedium verwendet wird, insbesondere eine wässrige Suspension mit Mikrofibrillierter Zellulose (MFC) und/oder Nanofibrill ierter Zellulose (NFC).
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