WO2006134067A2 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der papierqualität - Google Patents

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WO2006134067A2 PCT/EP2006/063021 EP2006063021W WO2006134067A2 WO 2006134067 A2 WO2006134067 A2 WO 2006134067A2 EP 2006063021 W EP2006063021 W EP 2006063021W WO 2006134067 A2 WO2006134067 A2 WO 2006134067A2
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21H25/04—Physical treatment, e.g. heating, irradiating
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J1/00—Fibreboard

Definitions

  • the invention relates to a device for guiding and / or deflecting and / or pressing and / or rolling up and / or finishing a process material in the production of paper, paperboard or cardboard or in a treatment whose properties change treatment.
  • the invention also relates to a device for guiding and / or diverting and / or pressing and / or rolling up and / or finishing a process material in the production of paper, paperboard or cardboard or in the case of a property-altering treatment comprising one in contact with the process material coming roll.
  • the invention relates to a process for the preparation or treatment of a process material in the manufacture or treatment of paper, cardboard or paperboard, preferably for operating a device according to the invention, wherein the process material with preferably non-thermal,etcflä ⁇ chigem plasma under atmospheric pressure brought into contact, the plasma generated in the immediate vicinity of the process material or in the process material or in its immediate environment a
  • Gas discharge in particular a corona discharge, is generated under atmospheric pressure.
  • the press area is followed by an area of finishing for the paper.
  • the processing takes place either integrated into the papermaking plant or on a separate basis. guess facility.
  • the finishing of paper often takes place in several successive process steps.
  • the following quality properties are to be positively influenced by the treatment: - Optical properties such as smoothness, gloss, whiteness, Gleichmä ⁇ LIQUID and contrast of a printing result,
  • a gentle drying of the paper such as infrared ⁇ drying and / or air drying.
  • a treatment for improving the surface quality with non-thermal, "cold plasmas" is already known.
  • the previous methods use this low-pressure plasma reactors, which are technically very complicated because of the necessary vacuum generation. Atmospheric printing processes, as they are needed in the paper industry to master the usual process speeds today, are not yet known.
  • DE 19 836 669 A1 discloses a process for surface pretreatment on solid paper after completed sheet formation.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method for further increasing the paper quality in papermaking.
  • the device-related object is achieved by at least two electrodes for generating a plasma in the process material or in its immediate vicinity, wherein the two electrodes are arranged on opposite sides of the process material.
  • the object is achieved by the second device mentioned above in that the roller is prepared as a first electrode, wherein in the process material or in its immediate vicinity, a plasma can be generated.
  • a second electrode is arranged relative to the roller such that the process material can be transported or guided between the roller, in particular the first electrode, and the second electrode.
  • the paper or Pro ⁇ can advantageously zessgut between the roller which is directed as a first electrode Herge ⁇ , and the second electrode are treated with plasma.
  • the roller is arranged such that it, preferably with the process material, preferably a sheet formed before ⁇ a gepress- th sheet, especially a paper web comes into contact.
  • the process material preferably a sheet formed before ⁇ a gepress- th sheet, especially a paper web comes into contact.
  • the roller in the device according to the invention as an electrode is arranged, the lau ⁇ about their Fende process material may be treated with plasma.
  • Even existing older refining plants can be beneficial be upgraded by replacing the device according to the invention against the conventional transport rollers, and thus provide the paper with an increased quality.
  • a second roller wherein the second Wal ⁇ ze is such arranged relative to the roller, that a GES flächi ⁇ process material, in particular the paper web on both sides comes into contact with the rollers. If the paper is guided quasi slalom-like by means of various transport rollers through a finishing machine, it is advantageous in the sense of an effective treatment to arrange the rolls designed as electrodes one behind the other in such a way that the paper can be effectively treated successively with plasma from both sides.
  • roller is prepared with a gas pressläs ⁇ sigen surface.
  • the roll is adapted to radially supply a gas stream.
  • a gas stream preferably finely divided air bubbles or oxygen or oxygen are mixed with a carrier gas, e.g. Argon, which has flowed into the roller, which in turn can penetrate through the gas-permeable surface into the paper.
  • a carrier gas e.g. Argon
  • the device can be configured with a means for flowing the process material with a gas stream.
  • Gas flow is directed by utilizing the advantages already mentioned directly into the treatment room, ie passed between the two electrodes.
  • the electrodes or said rollers generate the plasma in a particularly advantageous manner by a high voltage pulse generator ⁇ communicating with the or the electrode is connected.
  • the plasma or a pulsed corona discharge directly above and / or below the paper may be implemented using a very short high voltage pulses by little as 10 microseconds, insbeson ⁇ particular 1 s, and particularly advantageously significantly less than 1 s to voltages of a few kV to above 100 kV, be produced depending on the distance of the electrodes and the properties of the paper in an advantageous manner.
  • It is of particular advantage that has or with a simultaneous or nearly simultaneous two-sided treatment of the process material with plasma or a gas- ⁇ charge which, among other things, a surface-altering We ⁇ kung turn engages in the molecular structure of the process material that the process material homogeneously is changed.
  • the ⁇ be indicated that any possible inhomogeneities or stress conditions are avoided in the process material.
  • a still unpressed and / or moist sheet or dry sheet is used in a paper or board production process as process material.
  • high-voltage pulses with a duration of less than 10 ⁇ s are preferably generated.
  • RF radio frequency
  • Radicals are generated in gas discharges by high-energy electrons collide with molecules and thereby dissociate or excite them and thus lead to radical formation. In the dissociation, radicals are released immediately, while the excitation by subsequent radiant transitions UV light is generated, which in turn reacts with and preferably dissociates air and water molecules.
  • Streamer are discharge channels that are under construction and form due to the applied high external field strengths. An assembly of such streamer takes place within less than 10 ns and then rapidly merges into a thermal breakdown channel.
  • the pulse duration is significantly shorter than corresponds to a build-up time of a complete breakdown in the respective medium.
  • the paper web or the process material located between the electrodes used for the streamer discharge this is particularly advantageous since the paper or the process material as ⁇ acts by partially as a dielectric barrier.
  • the dielectric barrier makes it easier to control the transition from the streamer to the breakdown.
  • FIG 1 shows a schematic representation of a Toiletherstel ⁇ treatment plant with a screening device, a press device according to the invention and a finishing and / or drying plant
  • FIG 2 is a view (sectional) of an arrangement for generation of free radicals in corona plasmas in pulp or air: parallel plate
  • FIG 3 shows a schematic representation of pulses for generating radicals in corona discharges in air or aqueous media when using short (typically less than 1 ⁇ s) high voltage pulses with high pulse repetition rate
  • FIG. 11 shows a device according to the invention with a roller as a transport roller.
  • the papermaking plant 1 shows a schematic representation of a paper production plant 1, as it is set in present-day paper mills turned ⁇ . Their construction and the combination of different aggregates are determined by the type of paper, board and paperboard types to be produced, as well as the raw materials used.
  • the papermaking plant 1 has a spatial extent of about 10 m in width and about 120 m in length. It takes only a few seconds from the first impact of a fiber suspension or pulp 39 on a screening device 9 to the finished paper 27, which is finally rolled up in a reel 15. The entire papermaking process is essentially subdivided into the areas of stock preparation, paper machine, finishing and equipment.
  • a headbox 7 of the papermaking plant 1 distributes the pulp suspension uniformly over the entire sieve ⁇ width.
  • the paper web 27 still contains about 80% water.
  • Another dewatering process is carried out by mechanical pressure in the press device 11.
  • the paper web 27 is passed between rollers made of steel and thereby dewatered.
  • the press device 11 is followed by a drying system 13.
  • the remaining residual water is evaporated in the drying plant 13.
  • Slalom-like, the paper web 27 passes through several steam-heated drying cylinders. In the end, the paper 27 has a residual moisture of a few percent.
  • resulting water vapor ist ⁇ is sucked and guided in a non-illustrated zones assert forungsanla ⁇ ge.
  • Paper web 27 a large-scale plasma can be generated under atmospheric pressure in the immediate vicinity of the paper web 27, the electrodes 47 and 48 are connected to a high voltage ⁇ pulse generator 46.
  • a high-voltage pulse generator 46 By means of this high-voltage pulse generator 46, a large-volume plasma with a large cross section and with a high power density is generated between the electrodes 47 and 48.
  • the large-volume plasma with high power density is produced by means of the arrangement OF INVENTION ⁇ to the invention in that a DC corona discharge intense, short duration high voltage pulses are superimposed with a high pulse repetition rate of 1 kHz. In this mode of operation, a highly homogeneous, large-volume plasma with a high power density is produced without the plasma constrictions that are known in DC corona discharges.
  • the first electrode 47 in the press apparatus 11 is designed as a semicircular grid electrode. By schrun ⁇ de configuration of the electrode 47 can follow the paper web over the course of the sprocket 12th
  • the second electrode 48 in the press apparatus 11 is configured as a plate electrode and arranged such that the transport roller 12 is guided between the electrodes 47 and 48.
  • the crimping process compresses the paper structure, the strength is further increased and the surface quality is influenced DEND ⁇ decisive. Furthermore, the treatment of the pressed paper 27 with cold plasma, in particular with generated radicals, further changes the molecular structure of the paper surface. In addition to increasing the strength of the paper 27, a later printability is improved.
  • a streamer is a special form of a linearly moving plasma cloud or a developing discharge channel that forms due to the excited high external field strength. An assembly of such streamer takes place within less than 10 ns and merges very quickly into a thermal breakdown channel.
  • Aforesaid Anord ⁇ voltage of the electrode system, wherein the paper web's 27 Zvi ⁇ the electrodes used for the streamer discharge located, is particularly advantageous since the paper 27 thereby partially acts as a dielectric barrier, thus the transition can be suppressed from the streamer to the punch ,
  • By direct treatment of the paper web 27 with the cold plasma of the paper web are in the immediate area 27 is preferably the radical O 3, H 2, O 2, OH, HO 2 and HO 2 generates "In addition to an increase in strength, these radicals solve a.
  • the high clamping ⁇ voltage pulse generator 46 is operated such that it microseconds generates voltage pulses with a duration of typically 1 between the electrodes 47 and 48. a for the generation of free radicals and ozone in the paper web and in the immediate vicinity of the paper web The high voltage pulses are superimposed on the DC voltage to form a total amplitude of a few 100 kV.
  • FIG. 2 shows, as a further exemplary embodiment, a sectional representation of an arrangement for generating radicals.
  • a high voltage electrode 50 is arranged ⁇ .
  • the outer jacket of the arrangement is prepared as a counter ⁇ electrode 51.
  • ei ⁇ ne to be screened pulp fiber suspension 39.
  • a streamer 53 shown between the electrodes 50 and 51. Radicals are generated in streamers by being high-energy
  • the applied voltage waveform of the high tensioning ⁇ shown voltage pulses.
  • the abscissa shows the time in milliseconds and the ordinate the voltage in kV. The units are chosen arbitrarily.
  • One Level of typically about 100 kV DC voltage coincides with the illustrated abscissa.
  • the illustrated pulse voltage is thus superimposed on the DC voltage.
  • the pulses 66 and 67 have a pulse width 62 of less than 1 microseconds, wherein the individual pulses 66, 67 have a steeply rising edge with a rise time 64 and a less steeply sloping edge.
  • the pulse repetition time is typically between 10 ⁇ s and 100 ms.
  • the individual pulses 66, 67 have such a total ⁇ amplitude, which is above the predetermined DC voltage ei ⁇ ne predetermined energy density is achieved.
  • the pulse rise time 64 while short compared to Pulsab ⁇ falling time. Through such kind of pulses is achieved that electric breakdowns to spatial and the zeitli ⁇ chen interference would result in the homogeneous plasma density distribution, are avoided.
  • FIGS. 4 to 9 show examples of electrode systems for generating corona discharges in preferably aqueous media.
  • FIG. 4 shows a plate-and-plate arrangement of a first plate 70a as an electrode and a second plate 70b as an electrode.
  • the first plate 70a and the two ⁇ te plate 70b are arranged parallel to each other.
  • the first plate 70a forms the high voltage electrode and is connected to the high voltage pulse generator 46 via a high voltage cable.
  • the second plate 70b forms the counter electrode, and is available as a ground electrode to the high voltage pulse generator 46 in ⁇ compound.
  • FIG. 5 A corresponding arrangement with specially flat plate ⁇ electrodes is shown in FIG 5. Again there are two solid plate electrodes 70a and 70c at a fixed distance with a high voltage electrode 71 in the middle.
  • the high voltage electrode 71 is made as a solid wire and connected to the high voltage output of the high voltage pulse generator 46 connected.
  • the grounded plates 70a, 70c are also in communication with the high voltage pulse generator.
  • FIG. 6 shows a wire-tube arrangement as an electrode system.
  • a cylindrical electrode 72 projects centrally a high ⁇ voltage electrode 71 inside.
  • bias electrode 71 constructed as a solid wire and connected to the high voltage pulse generator 46 in Fig. 5
  • the cylindrical electrode 72 which preferably is a wire mesh as designed is grounded and is connected to the high tension voltage pulse generator 46 in ⁇ compound.
  • FIG. 7 shows a tip-plate arrangement as Elektrodensys ⁇ tem.
  • Three tips 73 are connected to the high voltage pulse generator 46 via a high voltage line.
  • the tips 73 are arranged at right angles to a grounded plate electrode 74.
  • the distance of the tip electrodes 73 to the plate electrode 74 is adjustable and thus can be adapted for different process conditions.
  • FIG. 8 shows an electrode system arrangement comprising 3 plates 70a, 70d and 70e.
  • the first plate 70a which is connected as a high-voltage electrode to the high-voltage pulse generator 46, is arranged centrally between two solid plates 70d and 70e.
  • the plates 70a and 70b are connected via ei ⁇ nen plate connector 70f. Since the plate 70d as a grounded counter electrode is in communication with the high voltage pulse generator 46, the plate 70e above the plate connector 70f also functions as a grounded counter electrode.
  • FIG. 9 shows an electrode system as a grid-grid arrangement.
  • a first grid 75a and a second grid 75b are parallel here.
  • the first grid 75a forms the high voltage electrode and is connected to the high voltage pulse generator 46.
  • the second grid 75b forms the grounded counter electrode and communicates with the high voltage pulse generator 46.
  • a hybrid discharge, wherein one electrode fully ⁇ constantly suspension fiber is 75a outside of a to be treated 39 and a second electrode 75b fully or partially in the fiber suspension is immersed 39 is a alter- tive arrangement in which the screen is designed as an electrode 75a.
  • the screen is designed as a Gitterelekt ⁇ rode and forms the high voltage electrode, which communicates with the high voltage pulse generator 46 in connection.
  • the grounded counter electrode 76 b is designed as a grid electrode and is connected to the Hochwoodsimpulsge ⁇ generator 46 in conjunction.
  • a Hochwoodselekt ⁇ rode comprising a plurality of electrically interconnected rod electrodes is disposed in the near-surface gas space of the fiber suspension 39 or the paper such that their rods are parallel to the surface.
  • a grounded counter electrode is designed as a solid plate and arranged in distributed over the entire surface equidistant distances from the high voltage electrode.
  • FIG. 10 the schematic press device 11 known from FIG. 1 is enlarged and shown in greater detail.
  • the Pa ⁇ pier 27 is passed over several rollers and rolls through the press device 11 while sert increasingly enticas ⁇ and compacted.
  • the press device 11 is not discussed in more detail, since the skilled person a press device without the invention
  • Electrode arrangement is known. Immediately after an entry area for the paper 27 into the press apparatus, the electrodes 47 and 48, which form a plasma reactor within the press apparatus 11, are arranged. The electrodes 47 and 48 are connected to the high voltage pulse generator 46. By means of the electrodes 47, 48 and the high-voltage pulse generator 46, a plasma is generated between the electrodes 47, 48 as already described above.
  • the paper track 27 extends between the electrodes 47,48 and is treated on both sides with plasma.
  • the Pa ⁇ forms pierbahn 27 a previously described dielectric barrier and can thus favor the Stream Erbil extension.
  • the electrode 12a is configured as a Rollenelekt ⁇ rode, similar to the roller electrode in FIG 11.
  • the paper 27 is guided by the roller electrode 12a.
  • a plasma for the treatment of the paper 27 is generated by means of the high-voltage generator 46 connected to them.
  • the transport roller 12, the grounded counter electrode 12a Force and form fit, the paper 27 is guided by the transport roller 12.
  • a likewise grounded counter electrode 12c which follows the course of the semicircular feed roller 12 is, roll in a not shown way with the transport ⁇ 12, in particular with the roller electrode 12, elekt ⁇ driven connected.
  • an electrode arrangement is formed with a constant spacing, in which the individual wires 12b to 12b n are arranged centrally.
  • the grounded electrode 12a passes over the feed roller 12 to the bear ⁇ beitende paper 27, and thus each of the arranged between the two electrodes 12a and 12c wires 12b to 12b n with plasma and / or pressurized gas discharges.
  • the arrangement is also referred to as a curved wire-plate arrangement which forms a plasma reactor.

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Abstract

Vorrichtung zum Führen und/oder Umlenken und/oder Pressen und/oder Aufrollen und/oder Veredeln eines Prozessgutes bei der Herstellung von Papier (27), Pappe oder Karton oder bei einer deren Eigenschaften verändernden Behandlung, umfassend eine mit dem Prozessgut in Kontakt kommende Walze (12). Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Walze (12) auf, welche als eine erste Elektrode (12a) hergerichtet ist, wobei eine zweite Elektrode (12b) derart angeordnet ist, dass die Elektroden (12,12b) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Prozessgutes angeordnet sind. Somit ist in dem Prozessgut oder in seiner unmittelbaren Umgebung ein Plasma erzeugbar. Durch die Behandlung des Prozessgutes oder des Papiers (27) mit Plasma werden die Reißfestigkeit und die Qualitätseigenschaften des Papiers (27) verbessert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Papierqualität
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen und/oder Umlenken und/oder Pressen und/oder Aufrollen und/oder Veredeln eines Prozessgutes bei der Herstellung von Papier, Pappe oder Karton oder bei einer deren Eigenschaften verändernden Behandlung.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Führen und/oder Umlenken und/oder Pressen und/oder Aufrollen und/oder Veredeln eines Prozessgutes bei der Herstellung von Papier, Pappe oder Karton oder bei einer deren Eigenschaften verändernde Behandlung, umfassend eine mit dem Prozessgut in Kontakt kommende Walze.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung oder Behandlung eines Prozessgutes bei der Herstel- lung oder Behandlung von Papier, Karton oder Pappe, vorzugsweise zum Betrieb einer Vorrichtung nach der Erfindung, wobei das Prozessgut mit vorzugsweise nicht thermischen, großflä¬ chigem Plasma unter Atmosphärendruck in Kontakt gebracht, das Plasma in unmittelbarer Nähe zum Prozessgut erzeugt oder in dem Prozessgut oder in seiner unmittelbaren Umgebung eine
Gasentladung, insbesondere eine Koronaentladung, unter Atmosphärendruck erzeugt wird.
In einer Papierherstellungsanlage oder in Teilen einer Pa- pierherstellungsanlage verlässt ein in der Regel noch feuch¬ tes Papier, Pappe oder Karton einen Siebbereich der Papierherstellungsanlage und gelangt von dort in einen Pressenbe¬ reich der Papierherstellungsanlage. Im Pressenbereich wird das Papier, Pappe oder Karton entwässert.
An den Pressenbereich schließt sich ein Bereich der Veredelung für das Papier an. Die Veredelung erfolgt entweder integriert in die Papierherstellungsanlage oder auf einer sepa- raten Anlage. Die Veredelung von Papier erfolgt häufig in mehreren aufeinander folgenden Verfahrensschritten. Folgende Qualitätseigenschaften sollen durch die Veredelung positiv beeinflusst werden: - Optische Eigenschaften, wie Glätte, Glanz, Weiße, Gleichmä¬ ßigkeit und Kontrast eines Druckergebnisses,
- Verbesserung der Bedruckbarkeit für moderne Druckverfahren,
- Erhöhung der Papierfestigkeit und einer Rupffestigkeit ,
- Erhöhung einer Dimensionsstabilität des Papiers, - Erhöhung einer Unempfindlichkeit gegen beispielsweise Feuchte,
- Erhöhung einer Recyclingfähigkeit des Papiers.
Vorzugsweise erfolgt nach der Behandlung des Papiers eine oberflächenschonende Trocknung des Papiers, z.B. Infrarot¬ trocknung und/oder Lufttrocknung. Bei Textilien und/oder Kunststoffen ist eine Behandlung zur Verbesserung der Oberflächenqualität mit nichtthermischen, "kalten Plasmen" bereits bekannt. Die bisherigen Verfahren verwenden hierzu Nie- derdruck-Plasmareaktoren, welche wegen der notwendigen Vakuumerzeugung technisch sehr aufwendig sind. Atmosphärendruckverfahren, wie sie in der Papierindustrie zur Beherrschung der heute üblichen Prozessgeschwindigkeiten nötig sind, sind bisher nicht bekannt.
Aus WO 2004/101891 Al ist ein Verfahren zur Behandlung von Papier nach abgeschlossener Blattbildung mit Plasma bekannt.
Aus DE 19 836 669 Al ist ein Verfahren zur Oberflächenvorbe- handlung am festen Papier nach abgeschlossener Blattbildung bekannt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um die Papierqua- lität bei der Papierherstellung weiter zu steigern.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gelöst durch mindestens zwei Elektroden zur Erzeugung eines Plasmas in dem Prozessgut oder in seiner unmittelbaren Umgebung, wobei die beiden Elektroden aufeinander gegenüberliegenden Seiten des Prozessgutes angeordnet sind.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch die eingangs genannte zweite Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Walze als eine erste Elektrode hergerichtet ist, wobei in dem Prozessgut oder in seiner unmittelbaren Umgebung ein Plasma erzeugbar ist .
Durch die Behandlung des vorzugsweise unbehandelten Papiers wird die molekulare Struktur der Papieroberfläche verändert. Dadurch können folgende vorteilhafte Effekte erzielt werden:
- Beseitigung von "farbigen Molekülgruppen" an der Oberfläche des Papiers und damit eine Aufhellung des Papiers,
- Erhöhung einer Absorptionsfähigkeit für Druckfarben des Papiers,
- Erhöhung der Festigkeit des Papiers.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorrichtungsbezoge- nen zweiten Lösungsvariante ist eine zweite Elektrode derart relativ zur Walze angeordnet, dass das Prozessgut zwischen der Walze, insbesondere der ersten Elektrode, und der zweiten Elektrode transportier- bzw. führbar ist. Mit dieser Art der Anordnung kann auf vorteilhafte Weise das Papier oder Pro¬ zessgut zwischen der Walze, welche als erste Elektrode herge¬ richtet ist, und der zweiten Elektrode mit Plasma behandelt werden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Walze derart angeordnet, dass sie mit dem Prozessgut, vor¬ zugsweise einem gebildeten Blatt, vorzugsweise einem gepress- ten Blatt, insbesondere einer Papierbahn, in Kontakt kommt. Dadurch dass die Walze in der erfindungsgemäßen Vorrichtung als eine Elektrode ausgestaltet ist, kann das über ihr lau¬ fende Prozessgut mit Plasma behandelt werden. Auch bereits bestehende ältere Veredelungsanlagen können so mit Vorteil durch Austausch der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegen die herkömmlichen Transportwalzen, hochgerüstet werden, und somit das Papier mit einer erhöhten Qualität bereitstellen.
Zweckmäßig ist dabei eine zweite Walze, wobei die zweite Wal¬ ze derart relativ zur Walze angeordnet ist, dass ein flächi¬ ges Prozessgut, insbesondere die Papierbahn, beidseitig mit den Walzen in Kontakt kommt. Wird das Papier mittels diverser Transportwalzen quasi slalomartig durch eine Veredelungsma- schine geführt, ist es im Sinne einer effektiven Behandlung von Vorteil, die als Elektroden ausgestalteten Walzen derart hintereinander anzuordnen, dass das Papier zeitlich nacheinander von beiden Seiten effektiv mit Plasma behandelt werden kann .
In den Unteransprüchen 6 bis 8 sind für eine Veredelungsanla¬ ge, eine Trocknungsanlage und eine Pressenanlage für Papier, Pappe oder Karton besondere Ausführungsvarianten oder optionale Einsatzgebiete genannt.
Zweckmäßig ist ferner, dass die Walze mit einer gasdurchläs¬ sigen Oberfläche hergerichtet ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausgestaltungsmerkmal ist, dass die Walze zum radialen Zuführen eines Gasstromes hergerichtet ist. Durch diese vorteilhafte Anordnung werden, vorzugsweise fein verteilte Luftblasen oder Sauerstoff oder Sauerstoff mit einem Trägergas wie z.B. Argon, in die Walze eingeströmt, die dann wiederum durch die gasdurchlässige Oberfläche in das Pa- pier eindringen können. Mit Hilfe der eingeströmten Gase und der gleichzeitigen Behandlung mit Plasma werden die späteren Qualitätseigenschaften wesentlich erhöht.
Weiterhin kann die Vorrichtung mit einem Mittel zum Anströmen des Prozessgutes mit einem Gasstrom ausgestaltet sein. Der
Gasstrom wird unter Ausnutzung der bereits genannten Vorteile direkt in den Behandlungsraum, also zwischen die beiden Elektroden geleitet . Die genannten Elektroden bzw. Walzen erzeugen das Plasma auf besonders vorteilhafte Weise durch einen Hochspannungsimpuls¬ generator, der mit der bzw. den Elektroden verbunden ist. Das Plasma oder eine gepulste Koronaentladung direkt oberhalb und/oder unterhalb des Papiers kann unter Benutzung extrem kurzer Hochspannungsimpulse von weniges als 10 μs, insbeson¬ dere 1 μs, und besonders vorteilhaft deutlich geringer als 1 μs mit Spannungen von einigen kV bis über 100 kV, abhängig vom Abstand der Elektroden und der Eigenschaften des Papiers auf vorteilhafte Weise erzeugt werden.
Nach der verfahrensseitigen Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass das Prozessgut beidseitig mit dem Plasma in Kon¬ takt gebracht bzw. beidseitig mittels der Gasentladung behan- delt wird. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, dass bei einer gleichzeitigen oder annähernd gleichzeitigen beidseitigen Behandlung des Prozessgutes mit Plasma bzw. einer Gasent¬ ladung, welche unter anderem eine oberflächenverändernde Wir¬ kung hat oder in die Molekularstruktur des Prozessgutes ein- greift, dass das Prozessgut homogen verändert wird. Das be¬ deutet, dass eventuell auftretende Inhomogenitäten bzw. Span- nungszustände im Prozessgut vermieden werden. Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, dass bei dieser Art der Behand¬ lung das Prozessgut gleichzeitig teilweise als dielektrische Barriere fungiert, wodurch sich ein Übergang von einem Strea- mer zu einem Durchschlag besser unterdrücken lässt.
Vorzugsweise wird als Prozessgut ein noch ungepresstes und/oder feuchtes Blatt oder trockenes Blatt in einem Papier- oder Kartonherstellungsprozess verwendet.
Weitere bevorzugte Verfahrensmerkmale sind durch die Patent¬ ansprüche 15 bis 41 beschrieben. Diesen liegen unter anderem folgende Überlegungen zugrunde:
Zur Erzeugung des Plasmas bzw. der Gasentladung zwischen Elektroden werden vorzugsweise Hochspannungsimpulse mit einer Dauer von weniger als 10 μs erzeugt. Insbesondere hat sich die Verwendung von derartig kurzen Hochspannungsimpulsen als besonders vorteilhaft gezeigt, wogegen die Verwendung von Ra¬ diofrequenz- (RF-) oder Mikrowellenimpulsen oder von Hochspannungseinzelimpulsen mit mehr als 10 μs Dauer, wie in WO 2004/101891 Al beschrieben, weit weniger effizient ist.
Bei der Behandlung der Papieroberfläche mit kaltem Plasma werden bestimmte Radikale erzeugt (OH", HOO, O3) , welche mit der Papieroberfläche chemisch reagieren. Radikale können un- ter anderem auch bleichende chemische Reaktionen auslösen, insbesondere freier Sauerstoff 0, insbesondere auch ein Hydroxyl-Radikal OH, insbesondere Ozon O3, als auch freie funktionelle Gruppen wie z.B. OH-Gruppen, COOH-Gruppen . Diese funktionalen Gruppen sind maßgeblich daran beteiligt, insbe- sondere die Bindungsfestigkeit der Fasern untereinander zu erhöhen, wodurch sich eine Reißfestigkeit des Papiers und da¬ mit eine mögliche Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht. Des Weiteren haben die funktionalen Gruppen die Eigenschaft, die Bindung zu Farbstoffen und die Benetzbarkeit von Papier zu erhöhen, wodurch sich die spätere Bedruckbarkeit des Papiers gezielt steuern und verbessern lässt.
Radikale werden in Gasentladungen dadurch erzeugt, dass energiereiche Elektronen mit Molekülen zusammenstoßen und diese dadurch disoziieren oder anregen und so zur radikalen Bildung führen. Bei der Dissoziation werden unmittelbar Radikale freigesetzt, während bei der Anregung durch anschließende strahlende Übergänge UV-Licht erzeugt wird, welches wiederum mit vorzugsweise Luft- und Wassermolekülen reagiert und diese disoziiert. Um ausreichend energiereiche Elektronen im Be¬ reich von ca. 5 eV (Elektronenvolt) bis größer 15 eV zu er¬ halten, werden extrem hohe elektrische Felder benötigt. Diese hohen Feldstärken treten insbesondere am Kopf von sogenannten Streamern auf. Streamer sind Entladungskanäle, die sich im Aufbau befinden und sich aufgrund der angelegten hohen externen Feldstärken ausbilden. Ein Aufbau solcher Streamer findet innerhalb weniger 10 ns statt und geht dann schnell in einen thermischen Durchschlagskanal über. Da in einem thermischen Durchschlagskanal keine energiereichen Elektronen gebildet werden, ist es unter anderem das Ziel, diese thermischen Durchschläge zu vermeiden oder auf ein Minimum zu reduzieren. Um eine gute Energieeffizienz der Erzeugung von vorzugsweise Radikalen in Gasen zu erhalten, ist es daher erforderlich, mit den bereits erwähnten kurzen Hochspannungseinzelimpulsen zu arbeiten. Vorzugsweise ist die Pulsdauer deutlich kürzer als es eine Aufbauzeit eines vollständigen Durchschlages im jeweiligen Medium entspricht.
Befindet sich die Papierbahn oder das Prozessgut zwischen den zur Streamerentladung benutzten Elektroden, so ist dies besonders vorteilhaft, da das Papier oder das Prozessgut da¬ durch teilweise als eine dielektrische Barriere wirkt. Durch die dielektrische Barriere lässt sich der Übergang vom Strea- mer zum Durchschlag besser kontrollieren.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbei¬ spiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung nä- her erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schema¬ tisiert dargestellt. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigt die
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Papierherstel¬ lungsanlage mit einer Siebvorrichtung, einer Pressenvorrichtung nach der Erfindung und einer Veredelungs- und/oder Trockenanlage, FIG 2 eine Darstellung (Schnitt) einer Anordnung zur Erzeugung von Radikalen in Koronaplasmen in Pulpe oder Luft: Parallelplatten- oder Rohranordnung mit Draht, dem eine gepulste Hochspannung überlagert wird, FIG 3 eine Prinzipdarstellung von Impulsen zur Erzeugung von Radikalen in Koronaentladungen in Luft oder wässrigen Medien bei Einsatz kurzes (typisch kleiner 1 μs) Hochspannungsimpulse mit hoher Impulswiederholrate, FIG 4 bis 9 Elektrodenanordnungen und Elektrodensysteme zur Erzeugung von Koronaentladungen: Platte-Platte, Platte-Draht-Platte, koaxiale Draht-Rohr-, Spitze-Platte-, Mehrfachspitzen-Platte-, Gitter-Platte (Rohr-, Gitter- Gitter-Anordnungen,
FIG 10 eine Veredelungsanlage mit der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung, und
FIG 11 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Walze als Transportrolle .
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Papierherstellungsanlage 1, wie sie in heutigen Papierfabriken einge¬ setzt wird. Ihre Konstruktion und die Kombination unterschiedlicher Aggregate werden von der Art der zu erzeugenden Papier-, Karton- und Pappesorten sowie der eingesetzten Rohstoffe bestimmt. Die Papierherstellungsanlage 1 hat eine räumliche Ausdehnung von ungefähr 10 m in der Breite und ungefähr 120 m in der Länge. Es dauert nur wenige Sekunden vom ersten Auftreffen einer Faser-Suspension oder einer Pulpe 39 auf eine Siebvorrichtung 9 bis zum fertigen Papier 27, welches letztendlich in einer Aufrollung 15 aufgerollt wird. Der gesamte Papierherstellungsprozess unterteilt sich dabei im Wesentlichen in die Bereiche Stoffaufbereitung, Papiermaschine, Veredelung und Ausrüstung.
Ein Stoffauflauf 7 der Papierherstellungsanlage 1 verteilt die Faserstoff-Suspension gleichmäßig über die gesamte Sieb¬ breite. Am Ende der Siebvorrichtung 9 enthält die Papierbahn 27 noch immer ca. 80 % Wasser.
Ein weiterer Entwässerungsprozess erfolgt durch mechanischen Druck in der Pressenvorrichtung 11. Dabei wird die Papierbahn 27 zwischen Walzen aus Stahl hindurchgeführt und dadurch entwässert. An die Pressenvorrichtung 11 schließt sich eine Trocknungsanlage 13 an. Das verbleibende Restwasser wird in der Trocknungsanlage 13 verdampft. Slalomartig durchläuft die Papierbahn 27 mehrere dampfbeheizte Trockenzylinder. Am Ende hat das Papier 27 eine Restfeuchte von wenigen Prozent. Der in der Trocknungsanlage 13 entstandene Wasserdampf wird abge¬ saugt und in eine nicht dargestellte Wärmerückgewinnungsanla¬ ge geführt.
Für eine Behandlung der Papierbahn 27 nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Pressenvorrichtung 11 eine erste Elektrode 47 und eine zweite Elektrode 48 derart angeord¬ net, dass die Papierbahn mittels einer Transportrolle 12 zwi¬ schen den beiden Elektroden 47, 48 geführt wird und zeit- gleich mit Plasma behandelt wird. Damit zur Behandlung der
Papierbahn 27 ein großflächiges Plasma unter Atmosphärendruck in der unmittelbaren Nähe der Papierbahn 27 erzeugt werden kann, sind die Elektroden 47 und 48 mit einem Hochspannungs¬ impulsgenerator 46 verbunden. Mit Hilfe dieses Hochspannungs- impulsgenerators 46 wird zwischen den Elektroden 47 und 48 ein großvolumiges Plasma mit einem großen Querschnitt und mit einer hohen Leistungsdichte erzeugt. Hierbei ist eine Plasma¬ dichte homogen über den Behandlungsbereich, welcher durch die Elektroden 47 und 48 abgedeckt wird, verteilt. Das großvolu- mige Plasma mit hoher Leistungsdichte wird mittels der erfin¬ dungsgemäßen Anordnung dadurch erzeugt, dass einer DC-Korona- Entladung intensive, kurz andauernde Hochspannungsimpulse mit einer hohen Impulswiederholrate von 1 kH überlagert werden. Bei dieser Betriebsweise wird ein äußerst homogenes, großvo- lumiges Plasma mit einer hohen Leistungsdichte erzeugt, ohne dass es zu den bei DC-Korona-Entladungen bekannten Plasmaeinschnürungen kommt .
Um die Behandlungswirkung, welche das kalte großflächige Plasma auf die Papierbahn 27 ausübt zu unterstützen wird mit¬ tels eines Gasverteilers 81 über eine Gasleitung 80 Sauer¬ stoff mit Argon als Trägergas in dem Behandlungsraum zwischen die Elektroden 47 und 48 eingeleitet. Mit Hilfe des Sauer¬ stoff-Argon-Gemisches werden besonders vorteilhaft Hydroxyl- Radikale erzeugt. Hydroxyl-Radikale sind besonders aggressiv und oxidierend, dadurch wird an dem nur wenige Sekunden im Behandlungsbereich zwischen den Elektroden 47 und 48 verwei- lenden Papierbahn 27 eine Steigerung der Qualitätseigenschaften erzielt.
Die erste Elektrode 47 in der Pressenvorrichtung 11 ist als eine halbrunde Gitterelektrode ausgeführt. Durch die halbrun¬ de Ausgestaltung der Elektrode 47 kann sie den Papierbahnverlauf über der Transportrolle 12 folgen. Die zweite Elektrode 48 in der Pressenvorrichtung 11 ist als eine Plattenelektrode ausgestaltet und derart angeordnet, dass die Transportrolle 12 zwischen den Elektroden 47 und 48 geführt wird.
Der Pressvorgang verdichtet das Papiergefüge, die Festigkeit wird nochmals erhöht und eine Oberflächengüte wird entschei¬ dend beeinflusst. Des Weiteren wird durch die Behandlung des gepressten Papiers 27 mit kaltem Plasma, insbesondere mit er¬ zeugten Radikalen, die molekulare Struktur der Papieroberfläche weiter verändert. Neben einer Erhöhung der Festigkeit des Papiers 27 wird eine spätere Bedruckbarkeit verbessert.
Mit der vorbenannten Elektrodenanordnung 47 und 48 ist es nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Papierbahn 27 zwischen vorzugsweise Korona-Plasmen bzw. Streamer-Entladungen zu führen.
Ein Streamer ist eine spezielle Form einer sich linear fortbewegenden Plasmawolke oder ein in der Entwicklung befindlicher Entladungskanal, der sich aufgrund der angeregten hohen externen Feldstärke ausbildet. Ein Aufbau solcher Streamer findet innerhalb weniger 10 ns statt und geht sehr schnell in einen thermischen Durchschlagskanal über. Vorbenannte Anord¬ nung des Elektrodensystems, wobei sich die Papierbahn 27 zwi¬ schen den zur Streamer-Entladung benutzten Elektroden befindet, ist besonders vorteilhaft, da das Papier 27 dadurch teilweise als eine dielektrische Barriere fungiert, wodurch sich der Übergang vom Streamer zum Durchschlag unterdrücken lässt . Durch eine direkte Behandlung der Papierbahn 27 mit dem kalten Plasma werden in der unmittelbaren Umgebung der Papierbahn 27 vorzugsweise die Radikale O3, H2, O2, OH, HO2 und HO2 " erzeugt. Neben einer Festigkeitssteigerung lösen diese Radi- kale eine bleichende chemische Reaktion aus. Der Hochspan¬ nungsimpulsgenerator 46 wird derart betrieben, dass er Spannungsimpulse mit einer Dauer von typisch 1 μs zwischen den Elektroden 47 und 48 erzeugt. Eine für die Erzeugung von Radikalen und Ozon in der Papierbahn und in der unmittelbaren Umgebung der Papierbahn notwendige DC-Spannung liegt bei ca. 10 kV bis einige 100 kV. Die Hochspannungsimpulse werden der DC-Spannung überlagert und bilden so eine Gesamtamplitude von einigen 100 kV. Durch die Behandlung der Papierbahn 27 mit einer kalten elektrischen Entladung, also dem Plasma, werden die Radikale in unmittelbarer Nähe zum Papier oder sogar im Papier 27 erzeugt.
FIG 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Schnittdar¬ stellung einer Anordnung zur Erzeugung von Radikalen. In der Mitte der Anordnung ist eine Hochspannungselektrode 50 ange¬ ordnet. Der Außenmantel der Anordnung ist als eine Gegen¬ elektrode 51 hergerichtet. In der Anordnung befindet sich ei¬ ne zu siebende Zellstofffaser-Suspension 39. Zwischen den Elektroden 50 und 51 ist ein Streamer 53 dargestellt. Radika- Ie werden in Streamern dadurch erzeugt, dass energiereiche
Elektronen mit Molekülen zusammenstoßen und diese dadurch di- soziieren oder anregen. Bei der Dissoziation werden unmittelbar Radikale 59 freigesetzt, während bei der Anregung durch einen anschließenden strahlenden Übergang UV-Licht erzeugt wird. Dieses erzeugte UV-Licht reagiert wiederum mit Wasser¬ molekülen und disoziiert diese.
In FIG 3 ist der applizierte Spannungsverlauf der Hochspan¬ nungsimpulse dargestellt. Ein erster Impuls 66 und ein zwei- ter Impuls 67, mit je einer Impulsbreite 62, weisen einen Ab¬ stand von einer Pulswiederholzeit 63 auf. Auf der Abzisse ist die Zeit in Millisekunden und auf der Ordinate die Spannung in kV angegeben. Die Einheiten sind willkürlich gewählt. Ein Niveau von typisch ca. 100 kV der DC-Spannung fällt mit der dargestellten Abzisse zusammen. Die dargestellte Impulsspannung ist also der DC-Spannung überlagert. Die Impulse 66 und 67 weisen eine Pulsbreite 62 von kleiner 1 μs auf, wobei die einzelnen Impulse 66, 67 eine steil ansteigende Flanke mit einer Anstiegszeit 64 und einer weniger steil abfallenden Flanke aufweisen. Die Impulswiederholzeit liegt typischer Weise zwischen 10 μs und 100 ms.
Dabei haben die einzelnen Impulse 66, 67 eine solche Gesamt¬ amplitude, das über die vorgegebene Gleichspannung hinaus ei¬ ne vorgegebene Energiedichte erreicht wird. Wie erwähnt, ist die Pulsanstiegszeit 64 dabei kurz im Vergleich zur Pulsab¬ fallzeit. Durch eine solche Art der Impulse wird erreicht, dass elektrische Durchschläge, die zu räumlichen und zeitli¬ chen Störungen in der homogenen Plasmadichteverteilung führen würden, vermieden werden.
FIG 4 bis FIG 9 zeigen Beispiele für Elektrodensysteme zur Erzeugung von Korona-Entladungen in vorzugsweise wässrigen Medien. In FIG 4 ist eine Platte-Platte-Anordnung von einer ersten Platte 70a als Elektrode und einer zweiten Platte 70b als Elektrode dargestellt. Die erste Platte 70a und die zwei¬ te Platte 70b sind parallel zu einander angeordnet. Die erste Platte 70a bildet die Hochspannungselektrode und ist über ein Hochspannungskabel mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 verbunden. Die zweite Platte 70b bildet die Gegenelektrode und steht als geerdete Elektrode mit dem Hochspannungsimpuls¬ generator 46 in Verbindung.
Eine entsprechende Anordnung mit speziell ebenen Platten¬ elektroden ist in FIG 5 dargestellt. Es sind wiederum zwei massive Plattenelektroden 70a und 70c im festen Abstand vorhanden, wobei mittig eine Hochspannungselektrode 71 verläuft. Bei dieser Platte-Draht-Platte-Anordnung ist die Hochspannungselektrode 71 als massiver Draht ausgeführt und mit dem Hochspannungsausgang des Hochspannungsimpulsgenerators 46 verbunden. Die geerdeten Platten 70a, 70c stehen ebenfalls mit dem Hochspannungsimpulsgenerator in Verbindung.
FIG 6 zeigt eine Draht-Rohr-Anordnung als Elektrodensystem. In eine zylinderförmige Elektrode 72 ragt mittig eine Hoch¬ spannungselektrode 71 hinein. Wie in FIG 5 ist die Hochspan¬ nungselektrode 71 als massiver Draht ausgeführt und mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 verbunden. Die zylinderförmige Elektrode 72, welche vorzugsweise als ein Drahtgeflecht ausgestaltet ist, ist geerdet und steht mit dem Hochspan¬ nungsimpulsgenerator 46 in Verbindung.
FIG 7 zeigt eine Spitze-Platte-Anordnung als Elektrodensys¬ tem. Drei Spitzen 73 sind über eine Hochspannungsleitung mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 verbunden. Die Spitzen 73 sind rechtwinklig zu einer geerdeten Plattenelektrode 74 angeordnet. Der Abstand der Spitzenelektroden 73 zu der Plattenelektrode 74 ist einstellbar und kann somit für unterschiedliche Prozessbedingungen angepasst werden.
FIG 8 zeigt eine Elektrodensystemanordnung, welche 3 Platten 70a, 70d und 70e umfasst. Die erste Platte 70a, welche als Hochspannungselektrode mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 verbunden ist, ist mittig zwischen zwei massiven Platten 70d und 70e angeordnet. Die Platten 70a und 70b sind über ei¬ nen Plattenverbinder 70f verbunden. Da die Platte 70d als geerdete Gegenelektrode mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 in Verbindung steht, hat die Platte 70e über dem Plattenverbinder 70f ebenfalls die Funktion einer geerdeten Gegen- elektrode.
FIG 9 zeigt ein Elektrodensystem als Gitter-Gitter-Anordnung. Analog zur FIG 4 stehen sich hier ein erstes Gitter 75a und ein zweites Gitter 75b parallel gegenüber. Das erste Gitter 75a bildet hierbei die Hochspannungselektrode und ist mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 verbunden. Das zweite Gitter 75b bildet die geerdete Gegenelektrode und steht mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 in Verbindung. Eine hybride Entladung, wobei sich eine Elektrode 75a voll¬ ständig außerhalb einer zu behandelnden Faser-Suspension 39 befindet und eine zweite Elektrode 75b ganz oder teilweise in der Faser-Suspension 39 eingetaucht ist, wird mit einer al- ternativen Anordnung, bei welcher das Sieb als Elektrode 75a ausgestaltet ist, erzeugt. Das Sieb ist als eine Gitterelekt¬ rode ausgeführt und bildet die Hochspannungselektrode, welche mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 in Verbindung steht. Auch die geerdete Gegenelektrode 76b ist als eine Gitter- elektrode ausgeführt und steht mit dem Hochspannungsimpulsge¬ nerator 46 in Verbindung.
Um gepulste Entladungen im oberflächennahen Gasraum über der Faser-Suspension 39 oder über dem Papier zu erzeugen ist eine weitere Elektrodenanordnung möglich. Eine Hochspannungselekt¬ rode umfassend mehrere elektrisch miteinander verbundene Stabelektroden ist im oberflächennahen Gasraum der Faser- Suspension 39 oder dem Papier derart angeordnet, dass ihre Stäbe parallel zur Oberfläche verlaufen. Eine geerdete Gegen- elektrode ist als massive Platte ausgeführt und in über die ganze Fläche verteilten äquidistanten Abständen zur Hochspannungselektrode angeordnet.
In FIG 10 ist die aus FIG 1 bekannte schematische Pressenvor- richtung 11 vergrößert und detaillierter dargestellt. Das Pa¬ pier 27 wird über zahlreiche Transportrollen und Walzen durch die Pressenvorrichtung 11 geführt und dabei zunehmend entwäs¬ sert und verdichtet. Auf die genaue Funktion und Arbeitsweise der Pressenvorrichtung wird nicht näher eingegangen, da dem Fachmann eine Pressenvorrichtung ohne die erfindungsgemäße
Elektrodenanordnung bekannt ist. Unmittelbar nach einem Eingangsbereich für das Papier 27 in die Pressenvorrichtung sind die Elektroden 47 und 48, welche einen Plasmareaktor innerhalb der Pressenvorrichtung 11 bilden, angeordnet. Die Elekt- roden 47 und 48 sind mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 46 verbunden. Mittels der Elektroden 47,48 und des Hochspannungsimpulsgenerators 46 wird wie zuvor bereits beschrieben zwischen den Elektroden 47,48 ein Plasma erzeugt. Die Papier- bahn 27 verläuft zwischen den Elektroden 47,48 und wird so beidseitig mit Plasma behandelt. Zusätzlich bildet die Pa¬ pierbahn 27 eine bereits beschriebene dielektrische Barriere und kann somit die Streamerbildung begünstigen.
Ausgangsseitig ist ein weiteres Elektrodenpaar 12a und 47' angeordnet. Die Elektrode 12a ist dabei als eine Rollenelekt¬ rode ausgestaltet, ähnlich der Rollenelektrode in FIG 11. Das Papier 27 wird durch die Rollenelektrode 12a geführt. Über der Rollenelektrode 12a ist in einem Abstand von ca. 1 cm die Elektrode 47' angeordnet. Zwischen den Elektroden 47' und 12a wird mittels des mit ihnen verbundenen Hochspannungsgenerator 46 ein Plasma zur Behandlung des Papiers 27 erzeugt.
Bei der Anordnung gemäß FIG 11 stellt die Transportrolle 12 die geerdete Gegenelektrode 12a dar. Kraft- und formschlüssig wird das Papier 27 durch die Transportrolle 12 geführt. An die Drähte 12b, 12b' bis 12bn (n=10) wird die Hochspannung angelegt. Eine ebenfalls geerdete Gegenelektrode 12c, welche halbkreisförmig den Verlauf der Transportrolle 12 folgt, ist in einer nicht dargestellten Art und Weise mit der Transport¬ rolle 12, insbesondere mit der Rollenelektrode 12a, elekt¬ risch verbunden. Es wird somit eine Elektrodenanordnung mit konstantem Abstand gebildet, in welcher mittig die einzelnen Drähte 12b bis 12bn angeordnet sind. Über die Transportrolle 12 somit über die geerdete Elektrode 12a läuft das zu bear¬ beitende Papier 27 und wird somit jeweils von den zwischen den beiden Elektroden 12a und 12c angeordneten Drähten 12b bis 12bn mit Plasma und/oder Gasentladungen beaufschlagt.
Die Anordnung wird auch als gekrümmte Draht-Platte-Anordnung, welche einen Plasmareaktor bildet, bezeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Führen und/oder Umlenken und/oder Pressen und/oder Aufrollen und/ oder Veredeln eines Prozessgutes bei der Herstellung von Papier (27), Pappe oder Karton oder bei einer deren Eigenschaften verändernden Behandlung, g e k e n n z e i c h n e t durch mindestens zwei Elektro¬ den (47 ,48) zur Erzeugung eines Plasmas in dem Prozessgut oder in seiner unmittelbaren Umgebung, wobei die beiden E- lektroden (47 ,48) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Prozessgutes angeordnet sind.
2. Vorrichtung zum Führen und/oder Umlenken und/oder Pressen und/oder Aufrollen und/ oder Veredeln eines Prozessgutes bei der Herstellung von Papier (27), Pappe oder Karton oder bei einer deren Eigenschaften verändernden Behandlung, umfassend eine mit dem Prozessgut in Kontakt kommende Walze (12), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walze (12) als eine erste Elektrode (12a) hergerichtet ist, wobei in dem Prozessgut oder in seiner unmittelbaren Umgebung ein Plasma erzeugbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine zweite Elektrode (12b; 47) derart relativ zur Walze (12) angeordnet ist, dass das Prozessgut zwischen der Walze (12), insbesonde¬ re der ersten Elektrode (12a) , und der zweiten Elektrode (12b) transportierbar bzw. führbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walze (12) derart angeordnet ist, dass sie mit dem Prozessgut, vor¬ zugsweise einem gebildeten Blatt, vorzugsweise einem gepress- ten Blatt, insbesondere einer Papierbahn (27), in Kontakt kommt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t durch mindestens eine zweite Walze, wobei die zweite Walze derart relativ zur Walze (12) angeordnet ist, dass ein flächiges Prozessgut, insbesondere die Papierbahn (27), beidseitig mit den Walzen in Kontakt kommt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walze (12) Teil einer Veredelungsanlage für Papier (27), Pappe oder Karton ist, vorzugsweise einer Streicheinrichtung, oder einer Einrichtung zum Kalandrieren und/ oder Satinieren ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walze
(12) Teil einer Trocknungsanlage (13) für Papier (27), Pappe oder Karton ist, welche insbesondere zum Verdampfen einer Restfeuchtigkeit hergerichtet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walze (12) Teil einer Pressenanlage (11) für Papier (27), Pappe o- der Karton ist, die insbesondere zum Pressen und/oder Entwässern und/oder Verdichten hergerichtet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walze (12) mit einer gasdurchlässigen Oberfläche hergerichtet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walze (12) zum radialen Zuführen eines Gasstromes hergerichtet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Mittel (81) zum Anströmen des Prozessgutes mit einem Gasstrom.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Hochspannungs¬ impulsgenerator (46), der mit der bzw. den Elektroden (12a, 12b) verbunden ist.
13. Verfahren zur Herstellung oder Behandlung eines Prozessgutes bei der Herstellung oder Behandlung von Papier (27), Karton oder Pappe, vorzugsweise zum Betrieb einer Vorrichtung nach der Erfindung, wobei das Prozessgut mit, vorzugsweise nichtthermischem, großflächigem Plasma unter Atmosphärendruck in Kontakt gebracht, das Plasma in unmittelbarer Nähe zum Prozessgut erzeugt oder in dem Prozessgut oder in seiner un¬ mittelbaren Umgebung eine Gasentladung, insbesondere eine Koronaentladung, unter Atmosphärendruck erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Prozess¬ gut beidseitig mit dem Plasma in Kontakt gebracht bzw. beid¬ seitig mittels der Gasentladung behandelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Prozess¬ gut ein noch ungepresstes und/oder feuchtes Blatt oder tro¬ ckenes Blatt in einem Papier- oder Kartonherstellungsprozess, verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Erzeu¬ gung des Plasmas bzw. der Gasentladung zwischen Elektroden (43,44; 47,48) Hochspannungsimpulse (66,67) mit einer Dauer (62) von weniger als 10 μs erzeugt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Plasma bzw. die Gasentladung zum Bleichen des Prozessgutes verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Plasma oder mittels der Gasentladung Radikale (59) erzeugt werden, die auf das Prozessgut einwirken.
18. Verfahren nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für ver¬ schiedene Arten von Prozessgütern in einem Papier-, Kartonoder Pappe-Herstellungsprozess, insbesondere an unterschied- liehen Prozessstufen, Radikale (59) unterschiedlicher Art oder Zusammensetzung verwendet werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Prozess- gut innerhalb einer Prozessstufe in einem Papier- oder Kar- ton-Herstellungsprozess, Radikalen (59) unterschiedlicher Art oder Zusammensetzung ausgesetzt wird, vorzugsweise zeitlich nacheinander folgend.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Prozess¬ stufen aus folgenden Stufen ausgewählt sind:
- Pressen,
- Trocknen, - Glätten,
- Aufrollen,
- Abrollen,
- Haftungsvermittlung, insbesondere vor einer Beschich- tung, - Veredelung, Beschichten, insbesondere Streichen, Satinieren oder Kalandrieren, insbesondere Bügeln,
- Bedruckvorbereitung, insbesondere nach dem Kalandrieren.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Radikale (59) Ozon (O3), Wasserstoffperoxid (H2O2), OH, HO2 und/oder HO2 " erzeugt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Erzeu¬ gungsrate der Radikale (59) und/oder die Zusammensetzung der erzeugten Radikale (59) durch Beeinflussung von Amplitude (U), Impulsdauer (62) und/ oder Impulswiederholrate (63) der Hochspannungsimpulse (66,67) gesteuert und/oder geregelt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Steue¬ rung und Regelung der Erzeugungsrate und/oder der Art der erzeugten Radikale (59) eine Konzentration der erzeugten Radikale (59) gemessen wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Steue¬ rung und Regelung der Erzeugungsrate oder der Zusammensetzung der erzeugten Radikale (59) eine Eigenschaft des Prozessgu¬ tes, vorzugsweise eine Qualitätseigenschaft, insbesondere dessen Opazität, Glanz, Weisse, Fluoreszenz oder Farbpunkt, gemessen wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Konzent- ration bzw. die Eigenschaft "online" gemessen wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Regelung die Amplitude (U) der Hochspannungsimpulse (66,67) bei kon- stanter Wiederholrate (63) verändert wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Regelung die Wiederholrate (63) der Hochspannungsimpulse (66,67) bei konstanter Amplitude (U) verändert wird.
28. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Prozess¬ gut im plasmabeaufschlagten Bereich mit Sauerstoff angerei¬ chert wird.
29. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass am noch un- gepresstem Blatt oder feuchten Blatt eine Hochspannungs- Impulsdauer (62) von 100ns bis lμs verwendet wird.
30. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Hochspannungs-Amplitude (U) entsprechend mindestens dem zwei¬ fachen Wert, vorzugsweise mindestens dem dreifachen Wert, ei- ner Korona-Einsatzspannung appliziert wird.
31. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im plasma¬ beaufschlagten Bereich Sauerstoff und/ Wasserdampf mit gegen- über Atmosphärenbedingungen erhöhtem Partialdruck zugeleitet wird.
32. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Erzeu- gung des Plasmas bzw. der Korona-Entladung eine Gleichspannungs-Korona-Entladung erzeugt wird und der Gleichspannungs- Korona-Entladung die Hochspannungsimpulse (66,67) überlagert werden .
33. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Impuls¬ wiederholrate (63) zwischen 10 Hz und 5 kHz, insbesondere oder 1OkHz, verwendet wird.
34. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Leis¬ tungseinkopplung elektrischer Energie in das Plasma vorwiegend über die Regelung von Amplitude (U), Impulsdauer (62), und Impulswiederholrate (63) der überlagerten Hochspannungs¬ impulse gesteuert wird.
35. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Hochspan¬ nungsimpulse (66,67) mit einer Dauer (62) von weniger als 3 μs, vorzugsweise von weniger als 1 μs, vorzugsweise von weni¬ ger als 500 ns, angewendet werden.
36. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein homoge¬ nes, großvolumiges Plasma mit hoher Leistungsdichte erzeugt wird, ohne dass es zu Plasmaeinschnürungen oder Durchschlägen kommt .
37. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine DC- Spannung von solcher Höhe eingesetzt wird, dass im Plasma nur in Verbindung mit überlagerten Hochspannungsimpulsen eine stabile DC-Koronaentladung gebildet wird.
38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die einge¬ setzte DC-Spannung unter der für einen stabilen Betrieb ohne Hochspannungs-Impulsüberlagerung liegt.
39. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die einge¬ setzte Gesamtamplitude (DC-Spannung + Impulsamplitude) über der statischen Durchbruchspannung der Elektrodenanordnung liegt .
40. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die einge- setzte Gesamtamplitude dem zwei- bis fünffachen der stati¬ schen Durchbruchspannung der Elektrodenanordnung entspricht.
41. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Amplitu¬ de (U) der Hochspannungsimpulse zwischen 10% und 1000% der eingesetzten DC-Spannung beträgt.
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