AT505876A1 - Verfahren und vorrichtung fur die oberflachenbehandlung von papier / karton - Google Patents

Description

• «t ·· • ·· ··· ···· * ·· • • · · • • · · · • ···· · · • i · · • • ·# 1 - 5 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Oberflächenbehandlung von Papier / Karton.

Bei Druckpapiersorten und Karton ist eine hohe Biegefestigkeit erwünscht für ein angemessenes Laufverhalten und eine angemessene Bedruckbarkeit. Die Biegefestigkeit kann erhöht werden 10 beispielsweise durch ein Oberflächenleimen und auch durch verschiedene Gradientenstrukturen (Mehrfachstrukturen und ein Gradientenkalandrieren). Ein hohes spezifisches Volumen ist erwünscht zum Erreichen einer konstanten Dicke mit einer geringeren Menge an Pulpe.

Eine Aufgabe des Oberflächenleimens ist es, die Festigkeitseigenschaiten von Papier oder Karton zu 15 verbessern, wie beispielsweise die Innenbindungsfestigkeit (interlaminare Festigkeit) oder die

Oberflächenfestigkeit (Rupfen oder Picking). Chemikalien für eine Verwendung beim Oberflächenleimen sind aufgrund ihres attraktiven Preises wasserlösliche Polymere, die hauptsächlich Stärke aufweisen. Das Rohmaterial für Stärke umfasst Pflanzen wie beispielsweise Mais, Weizen, Gerste, Kartoffel, Maniok, etc., deren Knollen, Samen, etc. Herkunftsquellen an Stärke sind. Stärice 20 (C6HioOj) besteht aus geradkettige Amylose und verzweigtes Amylopectin. Andere Chemikalien für eine Verwendung beim Oberflächenleimen sind beispielsweise verschiedene Cellulosederivate (CMC) und Polyvinylalkohol (PVA).

Die Biegefestigkeit wird beim Kalandrieren verringert, wenn die Bahn komprimiert wird, was zu einer 25 geringeren Dicke und zu einem verringerten spezifischen Volumen führt. Die berechnete

Biegefestigkeit erhöht sich proportional zur dritten Potenz der Dicke gemäß der folgenden Formel: k - EUU3 s2 E2h23 k - 1¾ Ei h, Λ “ ti h|h3i h22 65403 t ·· ·· ··· • ···· • · • • · · • • • · · · • • ···· · · • I -2 • · · • ·· 1 wobei S, und S2 die Biegefestigkeiten des kalandrierten bzw. nicht kalandrierten Papiers repräsentieren und 5 h( und h2 die Dicken des kalandrierten bzw. nicht kalandrierten Papapiers repräsentieren und

Et und E2 das Elastizitätsmodul des kalandrierten bzw. nicht kalandrierten Papiers repräsentieren. 10 Die folgende allgemeine Beschreibung behandelt Papier- und Kartonsorten und verschiedene Kalandrier- und Beschichtungsprozesse für eine Verwendung bei dessen Herstellung.

Papier- und Kartonsorten IS Es existiert ein weiter Bereich an verschiedenen Sorten von Papier und Karton und diese können auf der Grundlage des Basisgewichts (flächenbezogene Masse) in zwei Kategorien eingeteilt werden: Papiere mit einer Einzellage und einem Basisgewicht von 2S-300 g/m2 und Kartons, die möglicherweise in Mehrlagentechnik hergestellt sind, mit einem Basisgewicht von 150-600 g/m2. Wie dies bekannt ist, schwankt die Trennlinie zwischen Papier und Karton, wobei Kartons mit dem 20 geringsten Basisgewicht leichter als die schwersten Papiere sind. Fflr gewöhnlich wird Papier zum Bedrucken und Karton zum Verpacken verwendet

Die nachstehend dargelegte Beschreibung befasst sich mit Beispielen von gegenwärtig angewendeten Größen für Faserbahnen und wesentliche Abweichungen von den vorgegebenen Werten können 2S auftreten. Die Hauptveröffentlichungsquelle für die Beschreibungen ist Papermaking Science and Technology, Papermaking Teil 3, Finishing, herausgegeben von Jokio, M., veröffentlicht durch Fapet Oy, Jyväskylä 1999,361 Seiten, und Papermaking Science and Technology, Paper and Board grades, herausgegeben von Paulapuro, H., veröffentlicht durch Fapet Oy, Jyväskylä 2000,134 Seiten. 30 Druckpapiere, die aus mechanischer Pulpe hergestellt sind, das heißt jene mit einem Holzgehalt, umfassen Zeitungsdruckpapier, nicht gestrichenes Zeitschriftenpapier und gestrichenes Zeitschriitenpapier.

Zeitungsdruckpapier (newsprint) besteht entweder vollständig aus mechanischer Pulpe oder kann 3S etwas gebleichte Weichholzpulpe enthalten (0-15%), und / oder etwas mechanische Pulpe kann durch ·· recycelte Faserpulpe ersetzt werden. Als allgemeine Werte für Zeitungsdruckpapier können wahrscheinlich folgende Werte erachtet werden: Basisgewicht 40-48,8 g/m2, Aschegehalt (SCAN-P 5:63) 0-20%, PPS-slO-Rauhigkeit (SCAN-P 76-95) 3,0-4,5 pm, Bendtsen-Rauhigkeit (SCAN-P 21:67) 100-200 ml/min, Dichte 600-750 kg/m\ Helligkeit (ISO 2470:1999) 57-63% und Opazität 5 (ISO 2470:1998) 90-96%.

Nicht gestrichenes Zeitschriftenpapier (SC = Superkalandriert) weist im Allgemeinen 50-70% mechanische Pulpe, 10-25% gebleichte Weichholzpulpe und 15-30% Füllstoffe auf. Typische Werte für kalandriertes SC-Papier (inklusive beispielsweise SC-C, SC-B und SC-A/A+) sind ein 10 Basisgewicht von 40-60 g/m2, ein Aschegehalt (SCAN-P 5:63) von 0-35%, Glanz nach Hunter (ISO/DIS 8254/1) <20-50%, PPS-slO-Rauhigkeit (SCAN-P 76:95) 1,0-2,5 pm, Dichte 700-1250 kg/m3, Helligkeit (ISO 2470:1999) 62-70% und Opazität (ISO 2470:1998) 90-95%.

Die Tabelle 1 zeigt typische Werte für gestrichene Papiere, die mechanische Pulpe enthalten (MFC = 15 maschinenglatt gestrichen, FCO - filmgestrichen offset, LWC = leichtgewichtig gestrichen, MWC = mittelschwergewichtig gestrichen, HWC = schwergewichtig gestrichen).

Tabelle 1 MFC FCO LWC MWC HWC Basisgewicht (g/m^) 50-70 40-70 40-70 70-90 100-135 Glanz nach Hunter (ISO/DIS 8254/1), (%) 25-40 45-55 50-65 65-70 PPS-slO-Rauigkeit (pm) (SCAN-P 76/95) 2,2-2,8 1,5-2,0 0,8-1,5 (offset) 0,6-1,0 (roto) 0,6-1,0 Dichte (kg/m3) 900-950 1000-1050 1100-1250 1150-1250 Helligkeit (ISO 2470:1999), (%) 70-75 70-75 70-75 70-75 Opazität (ISO 2470:1998), (%) 91-95 91-95 89-94 89-94

Gestrichenes Zeitschriftenpapier (LWC = leichtgewichtig gestrichen) enthält 40-60% mechanische Pulpe, 25-40% gebleichte Weichholzpulpe und 20-35% Füllstoffe und Beschichtungen (Streichstoffe). HWC (schwergewichtig gestrichen) kann sogar mehr als zweifach gestrichen (beschichtet) sein. 20 • »· *·

♦ · • · • ♦ · · ···♦ · · ··«· · • · ·· -4- • · · • ··

Holzfreie Druckpapiere, die aus chemischer Pulpe hergestelit sind, das heißt Feinpapiersorten, umfassen nicht gestrichene und gestrichene Druckpapiere auf der Basis chemischer Pulpe, wobei der Anteil an mechanischer Pulpe geringer als 10% beträgt. 5 Nicht gestrichene Druckpapiere auf der Basis chemischer Pulpe (WFU) haben 55-80% an gebleichter Birkenpulpe, 0-30% gebleichte Weichholzpulpe und 10-30% Füllstoffe. In WFU schwanken die Werte in großem Maße: Basisgewicht 50-90 g/m2 (bis zu 240 g/m2), Bendtsen-Rauhigkeit 250-400 ml/min, Helligkeit 86-92% und Opazität 83-98%. 10 In gestrichenen Druckpapieren auf der Basis chemischer Pulpe (WFC) schwanken die Streichmengen in großem Maße gemäß den Anforderungen und der beabsichtigten Anwendung. Nachstehend sind typische Werte für einfach und zweifach gestrichene Druckpapiere auf der Basis chemischer Pulpe dargelegt: einfach gestrichen: Basisgewicht 90 g/m2, Glanz nach Hunter 65-80%, PPS-slO-Rauhigkeit 0,75-2,2 pm, Helligkeit 80-88% und Opazität 91-94%, und zweifach gestrichen: Basisgewicht 130 15 g/m2, Glanz nach Hunter 70-80%, PPS-s 10-Rauhigkeit 0,65-0,95 pm, Helligkeit 83-90% und Opazität 95-97%.

Trennpapiere haben ein Basisgewicht, das innerhalb des Bereiches 25-150 g/m2 variiert 20 Das Kartonherstellen bringt die Verwendung chemischer Pulpe, mechanischer Pulpe und / oder recycelter Pulpe mit sich. Kartons können beispielsweise in die folgenden Hauptkategorien gemäß der beabsichtigten Anwendung eingeteilt werden.

Wellkarton, der mit einem Liner und einem Fluting versehen ist. 25

Schachtelkartons zum Herstellen von Behältern, Schachteln. Schachtelkartons umfassen beispielsweise FlUssigkeitsverpackungskartons (FBB - Faltschachtelkarton, LPB = Flüssigkeitsverpackungskarton, WLC = white-lined chipboard, SBS = solid bleached sulfite, SUS = solid unbleached sulfite). 30

Grafische Kartons zum Herstellen von beispielsweise Karten, Ordnern, Mappen, Behältnissen, Abdeckungen etc.

Tapetenrohpapier. 35 • · ·· • · • · ·· ·· • · · · • · · · • · · · ·· ··* ··· ···· · • · · · * · · · · • ····· · * · · * » · ·# -5-

Kalandrieren

Die Oberflächeneigenschaften und Dickenprofile von verschiedenen Papieren und Kartons werden durch ein Kalandrieren behandelt, um die Anforderungen eines Druckverfahrens und eines weiteren 5 Behandelns zu erfüllen. Gestrichene Sorten werden typischerweise vor einem Streichprozess (Beschichtungsprozess) vorkalandriert und werden einem Endkalandrieren nach dem Streichprozess ausgesetzt.

Die Kalander werden in Maschinenkalander, Weichkalander und Mehrwalzenkalander eingeteilt. Ein 10 Maschinenkalander hat typischerweise 1-2 Spalte und beide Spaltausbildungswalzen sind harte Walzen. Ein Weichkalander hat im Allgemeinen 1-4 Spalte und zumindest eine der Spaltausbildungswalzen ist durch eine weiche Beschichtung beschichtet. Ein Mehrwalzenkalander hat im Allgemeinen 5-11 Spalte. Die Walzenbaugruppe eines Mehrwalzenkalanders umfasst sowohl erwärmte Walzen als auch weiche beschichtete Walzen. 15

Spezielle Kalander umfassen beispielsweise einen Nassstapelkalander, ein Feuchteglättweik und einen Langspaltkalander.

Der Nassstapelkalander ist mehr oder weniger einem Mehrwalzenmaschinenkalander identisch, 20 jedoch im Hinblick auf den Kalandrierprozess gänzlich anders. Der Nassstapelkalander nutzt effektiv einen Feuchtigkeitsgradienten, wobei die am Kalander eintreffende Bahn lediglich eine Feuchtigkeit von ungefähr 1-2% hat. Der Nassstapelkalander ist mit Wasserkästen versehen zum Ausbilden eines Wasserfilms auf der Bahnoberfläche stromaufwärtig eines Spaltes, wobei der Film auf die Bahnoberfläche in dem Spalt gepresst wird. Somit wird die Bahn lediglich an der Oberfläche nass 25 (feucht), wodurch die Oberfläche ein stärkeres Kalandrieren als das abertrocknete Innere empfängt. Der Nassstapelkalander wird als ein Vorkalander für einige Kartonsorten angewendet

Das Feuchteglättwerk ist ein Maschinenkalander, der sich in der Trockenpartie einer Papiermaschine befindet 30

Langspaltkalander umfassen einen Schuhkalander, der einen weichen Riemen um eine Schuhwalze hat und bei dem die Spaltlänge typischerweise 50-400 mm beträgt und auch Riemenkalander. Der herkömmliche Riemenkalander besteht aus einer Thermowalze des Weichkalanders, einer Riemenschleife und einer Gegenwalze im Inneren der Riemenschleife, wobei letztere entweder eine 35 harte Walze oder eine weiche Walze ist Der Riemen läuft Ober eine Gegenwalze und Fahrungswalzen • · • · · t · · • · · ·* ·♦· ·· ··· ♦·♦· · tt • · · · • · · · · • *··· · · • · · · • · ·· -6- / Spannwalzen. Ein spezielles Ausführungsbeispiel des Riemenkalanders ist ein Metallriemenkalander, wobei der Kalandrierriemen einen Metallriemen aufweist, der um Führungswalzen läuft und zusammen mit einem Gegenelement, typischerweise eine Walze, eine Langspaltzone mit einer Länge von sogar mehr als 5000 mm errichtet. Im Inneren der Riemenschleife 5 kann des Weiteren ein Presselement vorgesehen sein, beispielsweise eine

Durchbiegungsausgleichswalze, die verwendet werden kann zum Errichten eines Spaltpunktes mit höherer Kompressionslast in der Mitte des Weges Uber die Langspaltzone.

Streichtechniken 10

Da gestrichene Papiersorten und das Streichen als ein Verfahren immer populärer werden, erfahren die Streichprozesse und die Streichanlage eine Herausforderung durch zunehmende Anforderungen. In dem Streichvorgang und genauer gesagt im Pigmentstreichvorgang wird die Papieroberfläche mit einer Lage aus Streichfarbe (Beschichtungsfarbe) an einem Streichkopf ausgebildet, woraufhin das 15 Ablaufen des Wassers (Entwässern) ausgeftlhrt wird, das durch die Streichfarbzusammensetzung hinein gebracht wird. Das Ausbilden einer Streichfarblage kann in das Zuftthren einer Streichfarbe zu der Papieroberfläche, das heißt dem Aufträgen, und in das Einstellen der Endstreichmenge eingeteilt werden. Das wichtigste Pigmentstreichverfahren ist ein so genanntes Klingenstreichen, bei dem die Streichmenge mittels einer so genannten Schaberklinge eingestellt wird. Die üblichsten Arten an 20 Klingenstreichköpfen umfassen eine Klingenstreicheinrichtung, die mit einer Auftragwalze versehen ist, und eine Kimgenstreicheinrichtung, die mit einer Strahlanwendung versehen ist. Der Streichprozess involviert außerdem die Anwendung einer so genannten

Filmübertragungsstreicheinrichtung, deren Anwendung in der jüngeren Zeit immer üblicher geworden ist Eine andere neue Technik, die für Hochgeschwindigkeitsdruckpapiermaschinen eingeführt worden 25 ist involviert die Anwendung von Curtain-Streicheinrichtungen (sog. Vorhangstreichen).

Vom Standpunkt der Praxis aus bezieht sich der wesentlichste Unterschied zwischen den verschiedenen Streichvorrichtungen auf den Auftragprozess und insbesondere auf die dabei auftretende Durchdringung, das heißt auf das Eindringen einer Streichfarbe in das Papier. 30

Bei der Herstellung von hochwertigen gestrichenen Druckpapieren ist in der jüngsten Zeit mehr und mehr Aufmerksamkeit nicht nur auf eine hohe Qualität sondern auch auf die Produktivität gelegt worden. Die Qualität ist in gleicher Weise zu einem immer wichtigeren Aspekt bei leicht gestrichenen Papieren einer Massenproduktart geworden. Annähernd sämtliche Streicheinrichtungen stehen unter 35 dem Druck einer zunehmenden Qualität, Produktivität und Laufgeschwindigkeit. • Μ • · t • · · • · · ♦ ♦ ··· • ···· • ·· ·· • • · · • • • · · | • • ···· · · • • • · · ··· • • ·· -7 _

Bei der Auftragwalzenanwendung, die bei dem Klingenstreichen umfasst ist, wird das Aufträgen durch die Anwendung einer Walze bewirkt, die sich in einer Streichpfanne dreht, um eine Streichfarbe zu der unteren Oberfläche eines Papiers aufzunehmen, das durch eine Gegenwalze befördert. Die 5 aufgetragene Menge beträgt normalerweise 200-250 g/m2. Bei der Auftragwalzenanwendung dringt die Streichfarbe wirkungsvoll in das Basispapier ein. Außerdem haben die Fasern des Basispapiers ausreichend Zeit, vor dem Klingenanwenden anzuschwellen (zu quellen), womit das Rauhigkeitsvolumen des Papiers zunimmt. 10 Bei der Strahlanwendung (Strahlauftragen) wird die Streichfarbe wiederum direkt auf die

Bahnoberfläche mittels einer Düse geliefert. Ein Vorteil gegenüber der Auftragwalzenanwendung ist das Fehlen einer sich drehenden Walze und folglich eine verbesserte Eignung für hohe Laufgeschwindigkeiten. Ein weiterer Vorteil ist ein weniger kräftiger Impuls des Auftragdrucks, was zu einem verbesserten Laufverhalten führt. Bei der Strahlanwendung liegt der 15 Bahnbefeuchtungsprozess zwischen einer Auftragwalze und einer sog. Short-Dwell-Einrichtung. Bei der Strahlanwendung beträgt die aufgetragene Menge typischerweise 130-220 g/m2.

Bei dem sog. Short-Dwell-Auftragen wird die Streichfarbe zu einer Auftragkammer geliefert, die sich unmittelbar hinter der Schaberklinge befindet, wobei eine Seitenwand der Kammer durch eine sich 20 bewegende Papierbahn gebildet wird, die durch die Gegenwalze gestützt wird. Die sich bewegende Papierbahn entwickelt Wirbel in der Auftragkammer, und die Streichfarbe hat eine Fließgeschwindigkeit auf der Oberfläche der Bahn, die gleich der Geschwindigkeit der Papierbahn ist. Bei dem Short-Dwell-Auftragen ist das Befeuchten des Papiers geringfügig, wenn die Auftragzone einem geringen Druck ausgesetzt ist und der effektive Bereich kurz ist Das Anschwellen der 25 Papierfasem ergibt sich teilweise lediglich stromabwärtig der Schaberklinge, was die durch die Klinge geglättete Oberfläche aufraut Somit ist die Streichglätte, die durch eine Short-Dwell-Streicheinrichtung erzielbar ist, gegenüber deijenigen unterlegen, die durch eine Auftragwalzenstreicheinrichtung und eine Strahlstreicheinrichtung erzielt wird. 30 Die an der Oberfläche des Papiers verbleibende Streichmenge wird durch einen weiten Bereich an Variablen beeinflusst Wenn derartige Eigenschaften des Basispapiers wie die Rauhigkeit, die Porosität und die Wasserabsorption zunehmen, nimmt die Streichmenge ebenfalls zu. In ähnlicher Weise nimmt, wenn der Trockengehalt und die Viskosität einer Streichfarbe zunehmen, die Streichmenge zu. Andererseits verringert eine Zunahme der Wasserhaltekapazität einer Streichfarbe 35 die Streichmenge. Wenn die Spannung, der Arbeitswinkel und die Klingendicke einer Schaberklinge • · • · ♦ ♦ • 0 ♦ ♦ I·· ♦ · ··· ···· · • · ·» • « • · t · • •Μ · · • · · • ·· zunehmen, wird die Streichmenge wiederum verringert. Was die anderen Faktoren anbelangt, so führen eine Zunahme der Laufgeschwindigkeit und eine Zunahme des Auftragdrucks zu einer Zunahme der Streichmenge. S Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Klingenstreicheinrichtungen kann die Streichbehandlung und Oberflächenbehandlung auch durch andere Vorrichtungen ausgeftlhrt werden. Nachstehend sind einige sehr Üblich angewendete Optionen beschrieben. Die Leimpresseneinheit besteht aus zwei sich drehenden Walzen. Bei dieser Alternative wird die auf die Oberfläche einer Bahn aufzutragende Streichfarbe auf die Bahn in einem zwischen der Bahn und den Walzen vorhandenen Becken 10 aufgetragen. Zusätzlich zu dem Oberflächenleimen kann die Leimpresse auch für ein

Pigmentstreichen verwendet werden. Die Streichmenge beträgt ungefähr 1,0-2,0 g/m2/Seite. Ein Problem bei der Standardleimpresse ist die Instabilität des Auftragbeckens bei hohen Laufgeschwindigkeitsraten. 15 Es sind Versuche unternommen worden, das Problem zu durch ein Gestalten von Filmleimpressen beseitigen, bei denen eine Lage eines Streichmittels oder Leimmittels, das an der Oberfläche einer Papierbahn erwünscht ist, zunächst auf die Oberfläche von Presswalzen aufgetragen wird, wobei die Lagen von dort zu dem Papier in einem Spalt zwischen den Walzen passieren. Die angewendeten Auftragvorrichtungen weisen Einheiten ähnlich wie bei den Short-Dwell-Streicheinrichtungen auf. 20 Die durch dieses Gerät erzielten Vorteile umfassen ein gesteuertes Aufträgen sogar bei hohen Laufgeschwindigkeiten und eine Möglichkeit eines Pigmentstreichens (2-6 g/m2/Seite). Darüber hinaus kann der Trockengehalt der Streichfarbe in Bezug auf eine Standardleimpresse erhöht werden. Das Streichen von Filmstreichfarben kann entweder in einer einseitigen oder in einer zweiseitigen Weise ausgeftlhrt werden. Das Laufverhalten eines Filmübertragungsstreichprozesses ist 25 üblicherweise relativ zu dem Klingenstreichen gut Im Vergleich zu dem Klingenstreichen ist die durch ein Filmübertragungsstreichen erzielte Streichlage üblicherweise besser gegenüber der Kontur konform und hat eine größere Bedeckung in diesem Sinne. Es ist jedoch nicht möglich, hohe Streichmengen (Uber 10...12 g/m2) durch ein Filmübertragungsstreichen zu erreichen. 30 Beim Luftbürstenstreichen wird das Aufträgen einer Streichfarbe entweder durch ein Einzel- oder Mehrwalzenklingenauftraggerät oder mittels einer Düse ausgeftlhrt Die Einstellung der Streichmenge und des Glättens der Oberfläche werden wiederum mittels eines Luftstrahls ausgeftlhrt. Das Luftbürstenstreichen wird fast ausschließlich bei einem Kartonstreichen angewendet aufgrund eines dadurch vorgesehenen ausgezeichneten Bedeckens. Die Nachteile umfassen eine begrenzte 35 Laufgeschwindigkeit des Verfahrens und sehr geringe Trockengehalte der Streichfarbe. Die - V w • • ·· • · ·· ·· • • · · • · • • • 1 t t · • · • « • ···· · · • · • • • • · ' » ··· ··· ♦ » ·· 9-

Streichlage, die durch eine Luftbürste ausgebildet wird, hat eine konsistente Dicke, die den Oberflächenkonturen des Papiers konform ist.

Demgemäß werden grundsätzliche Lösungen heute im Hinblick auf das Streichen einer Papierbahn 5 durch Short-Dwell-Streicheinrichtungen und Auftragwalzenstreicheinrichtungen, einer Anlage auf der Basis eines Strahlauftragens und Filmleimpressen vorgesehen. Eine allgemeine Allzweckstreicheinrichtung gilt es noch zu gestalten.

Das Klingenstreichen in seinen verschiedenen Formen ist das am weitesten verbreitete 10 Streichverfahren und scheint es auch in Zukunft zu bleiben. Da die Laufgeschwindigkeiten zunehmen und die Bereiche für ein angewendetes Streichen expandieren, wird die Auftragwalze wahrscheinlich annähernd gänzlich durch Lösungen auf der Basis eines Strahlauftragens ersetzt werden.

Eine sich abzeichnende neue Technik ist außerdem eine so genannte Curtain-Streichtechnik. Curtain-15 Streicheinrichtungen können in Langsamzuführstreicheinrichtungen und

Gleitzufllhrstieicheinrichtungen eingeteilt werden. In einer Gleitzufllhrvorhangsstreicheinrichtung wird eine Streichmasse dazugebracht, dass sie entlang einer geneigten Ebene fließt, und ein Vorhang entwickelt sich, wenn die Streichmasse über den Rand der Ebene rinnt In SchachtzufÜhrauftragbalken wird eine Streichmasse durch eine Verteilungskammer zu einem schmalen vertikalen Schacht 20 gepumpt, wobei sich ein Vorhang (daher Curtain) entlang seiner Lippe entwickelt und nach unten zu der Bahn rinnt. Eine Streichmasse kann in einer oder in mehreren Lagen aufgetragen werden.

Im Vergleich zu dem Klingenstreichen bringt das Vorhangstreichen oder Curtainstreichen viel weniger Kraft auf die Bahn auf und führt somit zu weniger Unterbrechungen, die durch ein 25 Bahnreißen in der Papierbahn bewirkt werden, womit das Laufverhalten verbessert wird. Das Vorhangstreichen ist nicht dazu in der Lage, eine Glätte vorzusehen, die gleich detjenigen ist, die durch das Klingenstreichen erzielt wird, jedoch ist die dadurch erzielte Bedeckung besser als jene, die durch das Klingenstreichen erzielt wird. Die grundsätzliche Idee war es, dass Curtain· Streicheinrichtungen schließlich die Luftbürste ersetzen würden.

Das filmische Patent FI 115 732 offenbart ein Verfahren und ein Gerät, durch das das Eindringen eines Oberflächenleimmittels in eine Faserbahn mittels einer Unterdruckvorrichtung verbessert werden kann. 30 »# ··· ·· ··· ···· • ·· • • « · • • #··· · · • • · · • • ·· -10-

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, die Biegefestigkeit und das spezifische Volumen von oberflächengeleimtem Papier / Karton im Hinblick auf solche Werte weiter zu verbessern, die durch ein Standardoberflächenleimen und ein anschließendes Kalandrieren erzielt werden. Um diese Aufgabe zu lösen, ist ein Verfahren der 5 vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Behandeln einer Faserbahn mit einer ein Trocknungsschrumpfen erzielenden Chemikalie derart aufweist, dass die Chemikalie im Wesentlichen gänzlich durch die Faserbahndicke dringt, und danach die Faserbahn dazu gebracht wird, dass sie zu einer Behandlungszone zwischen zwei erwärmten Metallflächen mit dem Ergebnis voranschreitet, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Faserbahn zu einem mittleren Abschnitt wandert, 10 wodurch der mittlere Abschnitt als ein Ergebnis der zunehmenden Feuchtigkeit anschwillt und der

Oberflächenabschnitt einer hohen Trocknungsspannung ausgesetzt wird, da verhindert wird, dass der Oberflächenabschnitt schrumpft, und wenn die Faserbahn aus der Behandlungszone heraustritt, das verdampfte Wasser schnell durch die Oberflächenporen ohne wesentliche Kondensation in den Oberflächenlagen entweicht, was zu einem erhöhten Elastizitätsmodul für die Oberflächen und 15 gleichzeitig zu einer geringen Dichte f&r den mittleren Abschnitt führt.

Andererseits ist eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auftrageinheit aufweist, durch die eine ein Trocknungsschrumpfen erzielende Chemikalie auf eine Faserbahn derart aufbringbar ist, dass die Chemikalie im Wesentlichen gänzlich 20 durch die Faserbahndicke eindringt, und die Faserbahn daran angepasst ist, dass sie durch eine

Behandlungszone zwischen zwei erwärmten Metallflächen mit dem Ergebnis voranschreitet, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Faserbahn zu einem mittleren Abschnitt wandert, wodurch der mittlere Abschnitt als ein Ergebnis der zunehmenden Feuchtigkeit anschwillt und der Oberflächenabschnitt einer hohen Trocknungsspannung ausgesetzt wird, da verhindert wird, dass der Oberflächenabschnitt 25 schrumpft, wodurch, wenn die Faserbahn aus der Behandlungszone heraustritt, das verdampfte

Wasser schnell durch die Oberflächenporen ohne wesentliche Kondensation in den Oberflächenlagen entweicht, was zu einem erhöhten Elastizitätsmodul für die Oberflächen und gleichzeitig zu einer geringen Dichte für den mittleren Abschnitt führt 30 Die vorliegende Erfindung ist nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. FIG. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Prinzips von einem beispielartigen Vorrichtungsaufbau der vorliegenden Erfindung. 35 ···· # • · ·· • · ♦ • * · ··· • ♦ · ·· ··· -11- FIG. 2 zeigt einen Vorrichtungsaufbau für eine verbesserte Oberflächenbehandlung.

Unter Bezugnahme auf FIG. 1 weist die beispielartige Vorrichtung eine per Vakuum (Unterdrück) betriebene Oberflächenleimeinheit, wie sie beispielsweise in dem finnischen Patent FI 1 IS 732 S beschrieben ist, und einen Metallriemenkalander 10 auf. Die Oberflächenleimeinheit hat eine erste Auftragvorrichtung la zum Aufträgen einer Stärkelösung auf eine erste Bahnseite W1 und eine erste Unterdruckvorrichtung 3a, wobei der Unterdrück, der in ihr vorhanden ist, verwendet wird, um einen Druckunterschied Ober die Dicke einer Bahn W zu erzeugen und um zu bewirken, dass die Stärkelösung in das Innere der Bahn W bis zu einer erwünschten Tiefe wandert und eindringt. Die 10 beispielartige Vorrichtung hat des Weiteren eine zweite Auftragvorrichtung lb, die so angeordnet ist, dass sie einer zweiten Bahnseite W2 zugewandt ist, und eine zweite Unterdruckvorrichtung 3b, die so angeordnet ist, dass sie der ersten Bahnseite W1 zugewandt ist Dieser Aufbau ermöglicht eine zweiseitige Oberflächenbehandlung fltr die Bahn W, wobei die Bahn W stromabwärtig der ersten Unterdruckvorrichtung 3a mittels Führungswalzen 8 zu der zweiten Auftragvorrichtung lb befördert IS wird. Nach einer Oberflächenbehandlung der ersten Bahnseite W1 kann es ratsam sein, dass die Bahn W zumindest bis zu einem gewissen Maß vor dem Oberflächenbehandeln ihrer zweiten Seite W2 getrocknet wird. Dies ist durch einen kontaktfteien Trockner dargestellt, der mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet ist und der beispielsweise ein Infratrockner ist Außerdem zeigt FIG. 1 Umlenkwalzen und FUhrungswalzen, die mit den Bezugszeichen 4a bzw. 5a gezeigt sind und die dazu dienen, die 20 Laufrichtung der Bahn W wunschgemäß umzulenken.

Der Metallriemenkalander 10 hat einen Kalandrierriemen 12, der aus Metall hergestellt ist und der um Führungswalzen 13 umläuft. Der Kalandrieiriemen 12 schreitet um eine Walze 15 herum fort die außerhalb von ihm angeordnet ist wobei eine Kalandrierzone zwischen dem Riemen 12 und der 25 Walze 15 errichtet wird. Eine zu kalandrierende Materialbahn W läuft durch eine Kalandrierzone N, wobei sie einem erwünschten Druckimpuls und einer erwünschten Wärmewirkung als eine Funktion der Zeit ausgesetzt wird. In FIG. 1 ist eine Strich-Punkt-Linie 19 daigestellt um eine Art an Druckeffekt zu repräsentieren, der immer dann auftritt, wenn im Inneren des Kalandrierriemens 12 ein Walzenspalt 14 angeordnet ist, der als ein Presselement fungiert wodurch der Riemen gegen die 30 Walze 15 gedrängt wird, um eine Spaltzone mit höherem Druck innerhalb der Kalandrierzone zu errichten. Andererseits ist eine gestrichelte Linie 18 gezeigt um eine Art an Druckeffekt darzustellen, der immer dann auftritt, wenn ein innerhalb der Kalandrierzone wirkender Kontaktdruck lediglich mittels einer Spannung des Riemens 12 erzeugt wird, wenn die Spaltwalze 14 von einem Druckkontakt mit dem Riemen 12 außer Eingriff gelangt (oder wenn überhaupt keine Spaltwalze 14 35 im Inneren des Riemens 12 eingebaut ist). » · ·· ·· • · • • • » • • • · • • ·· ··* »·· *··♦ · *· ♦ · · · • · · · · • ···· · · • ιι· • · ·* -12-

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist entdeckt worden, dass die Biegefestigkeit und / oder das spezifische Volumen eines oberflächengeleimten Papiers / Kartons verbessert werden kann, indem das Oberflächenleimen mit einem per Unterdrück betriebenen Auftraggerät bewirkt wird, dem ein 5 Behandlungsprozess zum Verhindern oder Begrenzen eines Trocknungsschrumpfens folgt, was zu erhöhten Trocknungsspannungen führt. Dieses Phänomen ist auf einen Trocknungsschrumpfunterstützungseffekt von Stärke gegründet, wodurch das Verhindern des Trocknungsschrumpfens nach dem Hinzufügen von Stärke zu erhöhten Trocknungsspannungen führt. Indem ein Metallriemenkalander in einem Behandlungsprozess stromabwärtig des 10 Oberflächenleimens angewendet wird, kann das Trocknen einer Bahn in einem gestützten Zustand innerhalb eines geschlossenen Spaltes, der durch einen Metallriemen und einer Walze verwirklicht wird, mit sich gebracht werden, womit eine gesteuerte Entwicklung der Trocknungsspannungen ermöglicht wird. Die Oberflächen einer Faserbahn zwischen den heißen Oberflächen eines Metallriemenkalanders erfahren ein Trocknen und die Feuchtigkeit wandert zu einem mittleren 15 Abschnitt, wodurch die erhöhte Feuchtigkeit ein Anschwellen der mittleren Abschnitte einer

Faserbahn und dadurch eine Zunahme des spezifischen Volumens bewirken, was die Dicke erhöht. Gleichzeitig entwickeln die Oberflächen Trocknungsspannungen, wodurch ein Elastizitätsmodul der Oberflächenabschnitte erhöht wird. Wenn die Faserbahn aus der Behandlungszone heraustritt, entweicht das in dem mittleren Abschnitt vorhandene verdampfte Wasser durch die Oberflächenlagen 20 ohne ein Kondensieren (das eine Entspannung des soeben zuvor eihaltenen Elastizitätsmoduls bewirken würde), wodurch die in dem Metallriemenkalander erzielte Struktur im Wesentlichen unverändert bleibt, und das Ergebnis ist eine verbesserte Biegefestigkeit der Faserbahn. Dies schafft große Einsparungen im Hinblick auf die Rohmaterialien und Verbesserungen im Hinblick auf die Qualität 25 FIG. 2 zeigt eine andere Möglichkeit zum Verbessern einer Oberflächenbehandlung. Eine Behandlungslösung 30 von FIG. 2 wird bewirkt, indem eine Filmübertragungsstreicheinrichtung und ein Metallriemenkalander kombiniert werden. Ein Oberflächenbehandlungsmittel, wie beispielsweise ein Oberflächenadhäsiv (Haftmittel) auf Stärkebasis, wird an der Oberseite einer Auftragwalze 31 30 mittels einer Auftragvorrichtung 32 verteilt Von der Oberseite der Auftragwalze wird das

Oberflächenbehandlungsmittel in einem Filmübertragungsspalt zu der Oberfläche einer Faserbahn W geliefert Der Filmübertragungsspalt ist zwischen der Auftragwalze 31 und einer Gegenwalze 34 errichtet. Durch den Spalt erstreckt sich des Weiteren ein Metallriemen 33 zum Bewirken des Streichens und des Metallriemenkalandrierens einer Faserhahn in einem Einzelspalt Ein 35 Metallriemenspalt ermöglicht die Anwendung von hohen Temperaturen. Wenn sie aus dem Spalt • • ·· • · * • · • • • • ·· ··· • #« # • · · • • · · · # ·*·· » · • • · · 4» • *» -13- heraustritt, ist die Faserbahn hauttrocken aufgrund eines Kontakttrocknens, und in Abhängigkeit von der Laufgeschwindigkeit und den Temperaturen ist es möglich, ausreichend hohe Trockengehalte zum Beseitigen des Bedarfs an einem separaten Trocknen zu erzielen. Diese Hybridlösung schafft große Einsparungen im Hinblick auf Investitionen und Betriebskosten, und ermöglicht gleichzeitig eine 5 Zunahme der Biegefestigkeit einer Faserbahn, indem Trocknungsschrumpfungen in dem Metallriemenspalt verhindert werden.

Das in den vorstehend erwähnten Lösungen verwendete Oberflächenbehandlungsmittel ist vorzugsweise ein CHO-Polymer. Die CHO-Polymere sind Polymere, die lediglich Kohlenstoff (C), 10 Wasserstoff (H) oder Sauerstoff (O) enthalten. Stromaufwärtig des Metallriemenkalandems kann auf die Oberfläche eines Papiers oder Kartons ein CHO-Polymer oder ein CHO-Polymer, der ein Gemisch enthält, aufgetragen werden. Die üblichsten CHO-Polymere sind die Folgenden:

Poly(methylenglycol) 15 PolvCethvlenglvcon Poly(propylenglycol) Poly(tetramethylenglycol) Polyfvinylmethylether) Poly(vinylethylether) 20 Poly(vinylisobutylether) Polvivinvlalkohoh Poly(vinylmethylketon) Poly(vinylethylketon) Poly(methylisopropenylketon) 25 Poly(vinylacetat) Poly(vinylpropionat) Poly(vinyllaurat) Poly(aciylsäure) Poly(methacrylsäure) 30 Poly(methylacrylat) Poly(ethylacrylat) Poly(methylmethacrylat) Poly(ethylmethacrylat) Poly(n-butylmethacrylat) 35 Poly(tert-butylmethaciylat) - , V w * ·· • • ·· ·· • • • · • • • • • • • · · • • • • • ···· · · • • • • • • · · ·· ··· #·· • • »· -14-

Poly(laurylmethacrylat)

Poly(hydroxyethylmethacrylat)

Poly(glycidylmethacrylat)

Poly(acetylacetoxyethylmethacrylat) 5 Poly(glycolid)

Poly(D,L-lactid)

Poly(3-hydroxybutyrat)

Poly(ethylenadipat)

Poly(caprolacton) 10 Poly(pivalolacton)

Poly(ethylen-co-maleinsäureanhydrid)

Poly(styren-co-malemsäureanhydrid)

Poly(sebacmsäureanhydrid)

Poly(alkylcarbonat) 15 Poly(orthoester) auf der Basis von hexamethylendiol

Poly(orthoester) auf der Basis von trans-cyclohexandimethanol Cellulose Ethylcellulose Hydroxypropylcellulose 20 Cellulosetriacetat Poly(4-hydroxystyren)

Poly(4-methoxystyren)

Poly(2f 6-dimethy 1-1,4-phenylenoxid)

Poly(ether ether keton) 25 Poly(ethylenterephthalat)

Poly(diallylphthalat)

Poly(diallylisophthalat)

Poly(bisphenol A carbonat)

Carboxymethylcellulose (CMC) 30

Das Aufträgen des Polymers kann beispielsweise durch Düsen bewirkt werden, jedoch sind auch andere Auftragverfahren ebenfalls möglich. In einem Metallriemenkalandern trocknet die Papierbahn oder Kartonbahn effektiv, so dass ein separater Trockner nicht unbedingt erforderlich ist. Je nach Fall kann die Papierbahn oder Kartonbahn auch vor dem Metallriemenkalandrieren getrocknet werden. 35 Dieses Verfahren wird insbesondere für einen Finishing-Prozess von nicht gestrichenen Sorten • · • · • · • · ··

15 besonders bevorzugt. Die nicht gestrichenen Sorten können einem separaten Kalandrieren vor dem Metallriemenkalandrieren ausgesetzt werden. Für gestrichene Sorten ist der Prozess vorzugsweise für eine Anwendung als eine Vorbehandlung vor dem Streichen geeignet. Eine Polymerbehandlung und ein Metallriemenkalandrieren können auch nach dem Streichen oder zwischen Streicheinheiten 5 bewirkt werden. Ein Metallriemenkalander kann auch in der Trockenpartie positioniert werden.

Die Oberfläche des Druckpapiers kann mittels maßgeschneiderten Chemikalien behandelt werden, so dass eine Verbesserung der Druckoberfläche erzielt wird, indem eine sehr geringe Menge (weniger 0,5 g/m2) einer Chemikalie verwendet wird. Eine derartige Chemikalie ist beispielsweise ein Polymer, 10 dessen hydrophobische Eigenschaften stark davon abhängig sind, wie sich das Polymermolekül auf die Oberfläche setzt. Durch ein öffnen der Polymermolekularmizellen (oder Molekularcluster) an der Oberfläche der Papierfasem werden die hydrophobischen Gruppen an Molekülen direkt von der Oberfläche weg gerichtet. Somit kann das öffnen der Molekularmizellen verwendet werden, um den hydrophobischen Effekt (oder den Effekt auf die sich ergebende Druckqualität) maximal zu gestalten. 15 Das öffnen der Mizellen zu der Oberfläche der Fasern kann durch eine Wärmebehandlung anschließend an das chemische Aufträgen unterstützt werden, beispielsweise durch eine Behandlung in einer Langzeitkalandrierriemenzone (einige zehn Millisekunden oder länger). Insbesondere kann der Prozess mit einem Metallriemenkalander ausgeführt werden. Alternativ kann die Behandlung verschiedene thermische Behandlungen aufweisen, die beim Trocknen angewendet werden, wie 20 beispielsweise ein Heißluftblasen. Jedoch sehen ein Kalandrieren und eine Wärmebehandlung, die gleichzeitig stattfinden, Vorteile vor, da das Druckpapier ohnehin nach der chemischen Behandlung kalandriert werden muss, und folglich kann die Mizellenbehandlung mit dem Kalandrieren integriert werden. 25 Die Chemikalie kann durch ein beliebiges bislang bekanntes Auftragverfähren aufgetragen werden, wie beispielsweise eine Sprühfilmübertragung, ein Klingenstreichen oder ein Voriiangstreichen. In dem Fall eines Mehrfachvorhangstreichens enthält vorzugsweise die Deckstreichlage dieses Polymer.

Folglich kann vorhergesehen werden, dass die Endsequenz der chemischen Zubereitung an der 30 Papieroberfläche auftritt, wenn die Struktur der Polymermoleküle für ein erwünschtes Endergebnis durch eine thermische Behandlung konditioniert wird, die an der Oberfläche des Papiers bewirkt wird. Diese Lösung sieht beträchtliche Vorteile von Λ ··

···# « • · • · • · ·· ·· · · • · · • ·· 16 - Die Anforderung an eine chemische Behandlung kann minimal gestaltet werden und es können noch bedeutsame Vorteile erzielt werden, wobei der Effekt der Chemikalie maximal gestaltet wird, da der hydrophobische Effekt der Polymere durch die thermische Behandlung verstärkt wird. 5 - Das Streichen, die chemische Behandlung und die Kalandrierprozesse können weiter integriert werden.

Innsbruck, am 29. Oktober 2008

Claims (6)

1. • · ·· • · · # · · • · · ·· ··· w ···· • ·· ·· # • · · • + • · · · • • ···· · · • • • · | ··· • • ·· - 1 - Patentansprüche 1. Verfahren zum Oberflächenbehandeln von Papier / Karton, dadurch gekennzeichnet, dass 5 das Ver&hren ein Behandeln einer Faserbahn mit einer ein Trocknungsschrumpfen erzielenden Chemikalie derart aufweist, dass die Chemikalie im Wesentlichen gänzlich durch die Faserbahndicke dringt, und danach die Faserbahn dazu gebracht wird, dass sie zu einer Behandlungszone (N) zwischen zwei erwärmten Metallflächen (12,15) mit dem Ergebnis voranschreitet, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Faserbahn zu einem mittleren Abschnitt wandert, 10 wodurch der mittlere Abschnitt als ein Ergebnis der zunehmenden Feuchtigkeit anschwillt und der Oberflächenabschnitt einer hohen Trocknungsspannung ausgesetzt wird, da verhindert wird, dass der Oberflächenabschnitt schrumpft, und wenn die Faserbahn aus der Behandlungszone heraustritt, das verdampfte Wasser schnell durch die Oberflächenporen ohne wesentliche Kondensation in den Oberflächenlagen entweicht, was zu einem erhöhten Elastizitätsmodul für die Oberflächen und 15 gleichzeitig zu einer geringen Dichte für den mittleren Abschnitt führt.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Anwendung einer mit einem Metallriemen ausgestatteten 20 Behandlungseinheit (10) aufweist, die die Behandlungszone zwischen den erwärmten Metallflächen (12,13) verwirklicht.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 25 die Behandlungschemikalie Stärke aufweist.
4. 4. Vorrichtung für die Oberflächenbehandlung von Papier / Karton, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auftrageinheit (1) aufweist, durch die eine ein Trocknungsschrumpfen 30 erzielende Chemikalie auf eine Faserbahn derart aufbringbar ist, dass die Chemikalie im Wesentlichen gänzlich durch die Faserbahndicke eindringt, und die Faserbahn daran angepasst ist, dass sie durch eine Behandlungszone (N) zwischen zwei erwärmten Metallflächen (12,15) mit dem Ergebnis voranschreitet, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Faserbahn zu einem mittleren Abschnitt wandert, wodurch der mittlere Abschnitt als ein Ergebnis der zunehmenden Feuchtigkeit anschwillt und der 35 Oberflächenabschnitt einer hohen Trocknungsspannung ausgesetzt wird, da verhindert wird, dass der 65403 Oberflächenabschnitt schrumpft, wodurch, wenn die Faserbahn aus der Behandlungszone heraustritt, das verdampfte Wasser schnell durch die Oberflächenporen ohne wesentliche Kondensation in den Oberflächenlagen entweicht, was zu einem erhöhten Elastizitätsmodul ftlr die Oberflächen und gleichzeitig zu einer geringen Dichte ftlr den mittleren Abschnitt führt. 5
5. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Behandlungseinheit (10) aufweist, die die Behandlungszone (N) zwischen den erwärmten Metalloberflächen (12,15) hat. 10
6. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinheit (1) eine Einrichtung (la, lb) zum Aufträgen einer Chemikalie aufweist, die an einer Seite einer Faserbahn angeordnet ist, um eine Chemikalie auf eine Oberfläche (Wl, W2) 15 der behandelten Faserbahn aufzutragen, und eine Unterdruckvoirichtung (3a, 3b) aufweist, die an der anderen Seite der Faserbahn angeordnet ist und die verwendet wird, um eine Druckdifferenz über die Dicke einer Faserbahn (W) zu errichten, was zu einem Wandern der Chemikalie von der Seite, die der Auftrageinrichtung zugewandt ist, zu der entgegengesetzten Seite führt. Innsbruck, am 29. Oktober 2008