DE112007003516T5

DE112007003516T5 - Verfahren und Fabriksystem in Verbindung mit Beschichten und Füllen einer Bahn

Info

Publication number: DE112007003516T5
Application number: DE112007003516T
Authority: DE
Inventors: Riku Pihko; Petri Pihko; Teemu Turunen
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2010-04-29
Also published as: WO2008154961A1

Abstract

Bahnbeschichtungsverfahren, das einen Schritt des Herstellens gefällten Calciumcarbonats umfasst.

Description

Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf ein Bahnbeschichtungsverfahren, eine beschichtete Bahn, die durch das Bahnbeschichtungsverfahren erhältlich ist, eine Bahnbeschichtungseinrichtung, sowie ein Bahnfabriksystem, das die Bahnbeschichtungseinrichtung umfasst, wobei gefälltes Calciumcarbonat während des Bahnbeschichtungsverfahrens oder in der Bahnbeschichtungseinrichtung hergestellt wird.
Herkömmliche Bahnfabriksysteme wie etwa Papierfabriken für beschichtetes oder unbeschichtetes Druck- und Schreibpapier müssen sich mit der Herstellung von Bahnprodukten guter Qualität befassen. In den vergangenen Jahren wurde die Helligkeit, die Opazität und die Bedruckbarkeit von beschichtetem und unbeschichtetem Papier durch Ersetzen der traditionellen Kaolintonerde, dem Titandioxid und der Calciumtonerde durch gefälltes Calciumcarbonat erhalten, wodurch eine signifikante Verbesserung der Papier- oder Bahnqualität erreicht wurde.
Gefälltes Calciumcarbonat (PCC) ist ein weitverbreitet verwendetes mineralisches Pigment zur Papierproduktion. Es wird für seine hohe Helligkeit und lichtstreuenden Eigenschaften und Papierfüll- und Beschichtungsanwendungen geschätzt. Im Allgemeinen wird PCC durch ein Reaktionsverfahren hergestellt, das Ätzkalk (CaO), Wasser und Kohlenstoffdioxid verwendet. Die Reaktion erzeugt sehr reine Carbonatkristalle und Wasser. Die Kristalle können eine Vielzahl von Formen und Größen erzeugen, abhängig von dem spezifischen Reaktionsverfahren, das verwendet wird.
Gewöhnlich wird PCC in einer Fertigungsanlage an einem anderen Standort hergestellt und wird nach der Entwässerung durch die Händlerfertigungsanlage zu der Papierfabrik transportiert. Die kombinierten Kosten des Entwässerns und Transportierens sind hoch. Daher wurden in den vergangenen Jahren Satelliten PCC Fertigungsanlagen an den Standorten der Papierfabriken vorgeschlagen, die lokalen Ätzkalk und Kohlenstoffdioxid verwenden. Beispiele für solche Satelliten PCC Verfahren sind in DE 10 2005 015 490 A1 und WO 2005/005 726 A1 beschrieben.
Darüber hinaus sind gewöhnliche Quellen von CO₂, die für eine PCC Produktion gemäß dem Stand der Technik verwendet werden, Gichtgas von einem Kraftwerk, von einem Rückgewinnungskessel oder von einem Kalkbrennofen. Allerdings enthält das Kraftwerksrauchgas viele Bestandteile, welche schädlich für die PCC Produktion sind. Zum Beispiel umfasst das Kraftwerksrauchgas Schwefeldioxid (SO₂), Stickoxide (NO_x), Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (C_xH_v) und Feinstaub. Rückgewinnungskesselrauchgas enthält viele Bestandteile, welche schädlich für die PCC Produktion sind, wie etwa Natriumsulfat und Natriumcarbonat mit geringen Mengen an Chloriden und Kalium. Kalkbrennofenrauchgas enthält viele Bestandteile, welche schädlich für die PCC Produktion sind, wie etwa Schwefeldioxid, TRS, Staub und in vielen Ländern heutzutage Stickoxide. TRS Emissionen bestehen hauptsächlich aus Schwefelwasserstoff.
Prall- oder Schwebetrockner, die Erdgasverbrennung in Bahnfabriken wie etwa Papierfabriken verwenden, produzieren Kohlenstoffdioxid, welches im Allgemeinen in die Atmosphäre geblasen wird. In den vergangenen Jahren wurde allerdings festgestellt, dass Kohlenstoffdioxid einen Treibhauseffekt verursacht und daher signifikant reduziert werden sollte. Zurzeit wird das Kohlenstoffdioxid enthaltende Abgas solcher Trockner in Bahnfabriksystemen in Bahnherstellungsverfahren wie etwa Papier-, Pappe- und Papiertuchherstellungsverfahren nicht ökonomisch profitabel genutzt.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Bahnfabriksysteme besteht darin, dass die Wärmetauscher eine recht niedrige Effizienz aufweisen und das meiste der thermischen Energie ungenutzt bleibt, obwohl die Kohlenstoffdioxid enthaltenden Abgase durch Wärmetauscher nach außen gelassen werden.
In Anbetracht der oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Verfahren in Bahnfabriksystemen suchten die Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung nach Möglichkeiten, das Kohlenstoffdioxid, das in den Abgasen von Prall- und Schwebetrocknern enthalten ist, ökonomisch zu nutzen und umweltfreundliche Verfahren zu finden. Zusätzlich suchten die Erfinder nach Bahnbeschichtungsverfahren zur Herstellung beschichteter Bahnen mit einer verbesserten Qualität.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die oben genannten Probleme durch ein Bahnbeschichtungsverfahren gelöst, das einen Schritt des Herstellens gefällten Calciumcarbonats umfasst.
Bevorzugt umfasst das Bahnherstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt die Schritte:

a) Beschichten einer Bahn mit Calciumhydroxid,
b) Blasen von Kohlenstoffdioxid enthaltendem Gas auf die Bahnoberfläche, dadurch Calciumcarbonat auf der Oberfläche der Bahn ausfällend, und
c) optional Trocknen des erhaltenen gefällten Calciumcarbonats auf der Bahn mit Wärme.

Das Bahnbeschichtungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann bevorzugt ein Papier- oder Kartonbeschichtungsverfahren sein.
Die Calciumhydroxidbeschichtung auf einer Bahn kann bevorzugt in der Form einer Lösung oder Paste vorliegen, optional im Gemisch mit Kohlenstoffdioxid. Bindemittel und/oder Oberflächenleim- und/oder Beschichtungsadditive, wie etwa Beschichtungschemikalien oder -teilchen können bei dem Beschichtungsschritt a) optional mitgefällt werden.
Bevorzugt kann das Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas, das bei dem Bahnbeschichtungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Abgas von Gasverbrennungstrocknern einer Papier- oder Kartonfabrik und stärker bevorzugt von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern sein.
Das Bahnbeschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich einen Recyclingschritt für das Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas umfassen.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine beschichtete Bahn, die durch das Bahnbeschichtungsverfahren des ersten Aspektes erhältlich ist.
Die beschichtete Bahn gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann alternativ dadurch gekennzeichnet sein, dass saure Reste der Bahn durch die Reaktion mit Calciumhydroxid oder Kohlenstoffdioxid zumindest in der Umgebung der Bahnoberfläche während der Schritte a) und/oder b) im Wesentlichen neutralisiert sind.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Bahnbeschichtungseinrichtung, die zumindest eine Vorrichtung zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform davon, umfasst die Bahnbeschichtungseinrichtung eine Vorrichtung zum Beschichten einer Bahn mit Calciumhydroxid, eine Vorrichtung zum Blasen von Kohlenstoffdioxid enthaltendem Gas auf die Bahnoberfläche und optional eine Vorrichtung zum Trocknen der erhaltenen beschichteten Bahn. Die Bahnbeschichtungseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann ferner eine Vorrichtung zum Führen von Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern zu der Vorrichtung zum Blasen von Kohlenstoffdioxid enthaltendem Gas umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Herstellung gefällten Calciumcarbonats einen geschlossenen Bahnlauf und/oder einen Bahnübertragungsabschnitt, der von der äußeren Atmosphäre abgegrenzt ist. Bevorzugt umfasst die Bahnbeschichtungseinrichtung eine Prallhaube (engl. impingement hood), die die Vorrichtung zum Blasen von Kohlenstoffdioxid enthaltendem Gas und Ansaugdüsen zum Recyceln restlichen Kohlenstoffdioxids enthält.
Die Bahnbeschichtungseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann ferner eine Sprühbeschichtungsmaschine, eine Rakelstreichmaschine, eine Walzenbeschichtungsmaschine oder eine Leimpresse als Vorrichtung zum Beschichten der Bahn mit Calciumhydroxid umfassen.
Wenn PCC direkt auf die Bahn gebracht wird, ist es möglich sowohl gestützte als auch ungestützte Bahnläufe zu verwenden:
Ein gestützter Bahnlauf wird bis zum Ende der Trockenpartie (die Sieb-/Press-/Trockenpartien) verwendet, bevorzugt die letzte Partie davon, in Kombination mit den Schwebetrocknern. Der gestützte Bahnlauf wird bevorzugt nahe bei, oder stärker bevorzugt, nach einem Beschichtungsschritt verwendet.
Ein nichtgestützter Bahnlauf wird schon in Beschichtungs-/Leimpresslösungen des Stands der Technik verwendet. Dies ist eine wichtige Lösung zum Herstellen von PCC auf der Bahn. Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird die Bahn vor der Beschichtung getrocknet, um die Feuchtigkeitsunterschiede zu minimieren und sie resistenter gegenüber freien Zügen ungestützter Bahnläufe zu machen. Bei ungestützten Bahnläufen ist die Verwendung von Schwebetrocknern für gleichzeitiges Trocknen von beiden Seiten der Bahn bevorzugt.
Die obige ungestützte Anordnung ist mit Papier- und/oder Beschichtungsmaschinen möglich, bei welchen das PCC online erzeugt wird, und mit Papier- und/oder Beschichtungsmaschinen, bei welchen das PCC offline erzeugt wird und dann auf die Bahn beschichtet wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Beschichtungseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines gestützten Bahnlaufs, kann die Bahn durch einen Metallgürtel oder ein Polymerband gestützt sein, welcher/welches zumindest in der Beschichtungszone für das Calciumhydroxid und/oder das Kohlenstoffdioxid als ein Rückseitenstützelement für die Bahn bereitgestellt ist.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Bahnfabriksystem, das eine Einheit zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats umfasst. Bevorzugt umfasst das Bahnfabriksystem eine Reaktoreinheit zum Herstellen eines gefällten Calciumcarbonats und eine Vorrichtung zum Führen von Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern zu der Reaktoreinheit. Das Bahnfabriksystem gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Bahnbeschichtungseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung als die Einheit zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats umfassen.
Bei einer alternativen Ausführungsform des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann PCC, das von CO₂ hergestellt ist, das aus Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern der Fabrik erzeugt ist, als ein Füllstoff der Papierbahn oder als ein Bestandteil einer Beschichtungspaste in einer herkömmlichen Beschichtungseinrichtung zugegeben werden. Dann besteht der Vorteil dieses Bahnfabriksystems darin, dass der Standort der Produktion des PCC nahe bei oder an dem Standort der Bahnfabrik (zum Beispiel innerhalb einer Papier- und/oder Beschichtungsmaschine) ist. Nur kurze Rohre werden von der CO₂ Quelle (im Allgemeinen von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern der Fabrik) zu dem PCC erzeugenden Standort und zu dem Bahnfabriksystem, das das PCC verwendet, benötigt. Daher führt diese alternative Ausführungsform wie oben beschrieben zu reduzierten Kosten, einer niedrigeren Umweltverschmutzung und einem besseren Produkt.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird das PCC, das in der Form einer Füllstofffabriklösung verwendet wird, dem Papiermaschinenrohmaterial bevorzugt vor dem Stoffauflauf zugeführt und das Beschichtungs-PCC wird der Beschichtungspaste bevorzugt vor der Beschichtungseinrichtung zugeführt.
Darüber hinaus, wenn das PCC direkt von Abgasen von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern einer Papierfabrik produziert wird, steht die PCC Produktionsmenge in Beziehung zu der Papierproduktionsmenge, weil je mehr Papier produziert und mit Gasverbrennungstrocknern getrocknet wird, desto mehr PCC wird durch eine höhere Menge an verfügbarem CO₂ produziert. Daher kann die Menge an benötigtem und erzeugtem PCC gemäß dem Fabriksystem der vorliegenden Erfindung einfach abhängig von der Menge vom zu produzierenden Papier eingestellt werden.
Ferner bevorzugte Ausführungsformen, Kombinationen von Merkmalen, Modifikationen und in Beziehung stehende vorteilhafte Effekte werden im Folgenden beschrieben.
Das Bahnbeschichtungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Schritt des Beschichtens einer Bahn mit Calciumhydroxid, optionalen Bindemitteln, Oberflächenleim- und Beschichtungsadditiven, wie etwa gewöhnliche Beschichtungschemikalien oder -teilchen mittels eines üblichen Beschichtungsverfahrens. Zum Beispiel kann das Calciumhydroxid in einer Paste oder Lösung sein und kann auf die Bahn mittels einer Sprühbeschichtungsmaschine, einer Rakelstreichmaschine, einer Walzenbeschichtungsmaschine oder einer Leimpresse beschichtet werden. Der Begriff Lösung bedeutet eine tatsächliche Lösung oder eine Aufschlämmung der entsprechenden Verbindungen in einem geeigneten Lösungsmittel, das gewöhnlich bei Bahnbeschichtungsverfahren verwendet wird. Ein bevorzugtes Beispiel solch eines geeigneten Lösungsmittels ist Wasser.
Das Calciumhydroxid kann von CaO erzeugt werden, das von einer Zellstofffabrik erhalten ist, oder direkt vor dem Beschichtungsschritt beschafft ist. Die Reaktion der Erzeugung von Calciumhydroxid kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: CaO + H₂O = Ca(OH)₂
Die Aufschlämmungstrockenheit der Calciumhydroxidlösung oder Paste, wenn sie auf die Bahn aufgebracht wird, kann innerhalb des Bereichs von 10 bis 75%, bevorzugt 40 bis 70%, eingestellt sein. Das Calciumhydroxid kann optional mit Kohlenstoffdioxid, Bindemitteln, Dispersionsmitteln oder herkömmlichen Additiven etc. gemischt sein.
Die Lösung oder Paste kann bevorzugt Latex als ein Bindemittel in dem Bereich von 5 bis 20 Gew.-% des Beschichtungspigments enthalten.
Während der Beschichtung des Calciumhydroxids auf die Bahn kann die Temperatur der Calciumhydroxidlösung oder Paste bevorzugt zwischen 20 bis 100°C oder, stärker bevorzugt, zwischen 35 bis 55°C betragen.
Bei einer ferner bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Kohlenstoffdioxid, das für die Ausfällung von Kalziumcarbonat zugegeben wird, schon mit dem Calciumhydroxid gemischt sein, bevor die Mischung auf die Bahn gebracht wird. In diesem Fall sollte die Temperatur des Kohlenstoffdioxids die Temperatur des Beschichtungsmaterials nicht erhöhen. Wenn Latex als das Bindemittel verwendet wird, sollte der Temperaturbereich nicht über 35 bis 55°C liegen, weil Latex in diesem Temperaturbereich gut bei dem Beschichtungsmaterialienzirkulationsverfahren funktioniert. Allerdings stellt dies keine Einschränkung für den Fall der Herstellung von PCC auf der Oberfläche der Bahn dar.
Die Druckbedingung während des Auftragens der Calciumhydroxidlösung oder Paste auf die Bahn (Schritt a) ist die höchste, wenn die Beschichtung durch den Beschichtungsspalt, der durch Walzen oder Klingen gebildet ist, die in den entsprechenden Beschichtungsverfahren verwendet werden, auf die Bahn gebracht wird. Der Druck nahe der Klingenspitze ist bevorzugt eingestellt auf ungefähr 120 kPa (Haltezeit von 0.01 ms). Der Druck in dem Walzenspalt einer Leimpresse ist bevorzugt eingestellt auf ungefähr 400 kPa (Haltezeit 1 bis 4 ms).
Bei dem Schritt des Blasens von Kohlenstoffdioxidgas auf die Bahnoberfläche kann die Temperatur des Kohlenstoffdioxids bevorzugt erhöht werden, um eine schnellere PCC Reaktion zu haben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das in Gastrocknern eines Papierfabriksystems produzierte Kohlenstoffdioxid bereits eine höhere Temperatur und daher kann eine schnellere PCC Reaktion ohne einen zusätzlichen Erwärmungsschritt des Kohlenstoffdioxids ausgeführt werden. Dadurch kann Wasser von der Bahn gleichzeitig während der Fällungsreaktion durch die Wärmeenergie des erwärmten Kohlenstoffdioxidgases evaporiert werden.
Zusätzlich erzeugt die PCC Reaktion, wie in der folgenden Gleichung gezeigt, Wärmeenergie, welche geeigneterweise zum Steigern der Reaktionsrate der PCC Reaktion verwendet werden kann: Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O + 112,6 kJ/mol
Dadurch wird die Wasserevaporation von der Bahn durch diesen Schritt bei der PCC Reaktion weiter intensiviert. Dadurch kann die Wärmeenergie, die in dem Kohlenstoffdioxid enthaltenden Gas enthalten ist und während der PCC Herstellungsreaktion erzeugt wird, effizient zur Steigerung des Trocknens der beschichteten Bahn verwendet werden. Daher, anstatt das meiste der Wärmeenergie des Kohlenstoffdioxidabgases einer Bahnfabrik zu verschwenden, ermöglicht das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Verwendung dieser Energie in dem Bahnbeschichtungsverfahren. Daher ist ein zusätzlicher Trocknungsschritt des gefällten Calciumcarbonats auf der Bahn mit Wärme nur optional, falls das Trocknen der beschichteten Bahn nicht ausreichend ist.
Falls notwendig, kann ein zusätzlicher Trocknungsschritt der beschichteten Bahn mit Wärme bei dem Verfahren der Erfindung angewandt werden.
Somit wird gemäß der Erfindung das schädliche Kohlenstoffdioxid, das in Gastrocknern einer Papierfabrik erzeugt wird, ökonomisch in PCC direkt auf der Bahnoberfläche umgewandelt. Es besteht keine Notwendigkeit für eine getrennte PCC Fertigungsanlage wie etwa eine Satellitenfertigungsanlage an dem Ort einer Papierfabrik.
Zusätzlich ist das Abgas von Gastrocknern einer Bahnfabrik verglichen zu dem Abgas von Kraftwerken sauber. Zum Beispiel sind gewöhnliche Quellen von Kohlenstoffdioxid, das zur PCC Erzeugung gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, Gichtgas von einem Kraftwerk, einem Rückgewinnungsofen oder einem Kalkbrennofen. Diese Gase enthalten viele Bestandteile, welche schädlich für die PCC Produktion sind, wie etwa Schwefeldioxid (SO₂), Natriumsulfat (Na₂SO₄), Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Stickoxide (NO_x), Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (C_xH_y), Chloride und Teilchen. Im Gegensatz dazu enthalten die in dem Bahnfabriksystem erzeugten Abgase, wie etwa bei Prall- oder Schwebetrocknern von einer Bahnfabrik, diese schädlichen Bestandteile nicht oder sie enthalten sie nur in geringen Mengen oder Spurenmengen. Durch den geringen Schwefel- und Rauchgehalt des qualitativ hochwertigen Kohlenstoffdioxids, das von Erdgasbrennern erhältlich ist, wird das von diesen Gasen erhaltene PCC weißer, sauberer und homogener.
Im Allgemeinen werden Gasrefiner zur Reinigung des Gases vor der Verwendung bei der PCC Herstellung verwendet. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind günstigere Gasrefiner oder keine Refiner notwendig. Gleichzeitig kann saubereres PCC bei geringeren Kosten verglichen mit herkömmlichen Techniken erhalten werden.
Das Verbrennungsverfahren in dem Gasbrenner ist homogen und daher ist die Zusammensetzung von Rauchgas homogen, was gut für die PCC Produktion direkt auf der Bahnoberfläche ist, weil homogenes Rauchgas homogenes und qualitativ gutes PCC erzeugt.
Daher ist es möglich, Sortenwechsel des PCCs rasch einzustellen, weil das PCC Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sehr schnell abgestimmt werden kann, um für unterschiedliche Sorten geeignet zu sein.
Die direkte PCC Herstellungsreaktion auf der Bahnoberfläche ist erwartungsgemäß sehr rasch, als ein Ergebnis eines großen Oberflächenbereichs. Die Reaktionsstöchiometrie kann durch Einstellen des Drucks, der Geschwindigkeit und des Kontaktbereichs der Kohlenstoffdioxidzuführung geregelt werden. Weiterhin ist das Trocknen der Bahnbeschichtung durch die erhöhte Temperatur der Beschichtung auf der Bahnoberfläche durch die Reaktionswärme der PCC Reaktion sehr schnell.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung sind die Temperaturbedingungen während des Schritts (b) so eingestellt, dass sie bis zu 400°C betragen. Die Geschwindigkeit des Kohlenstoffdioxidgases, wenn es auf die Bahn geblasen wird, beträgt bis zu 100 m/sek. Der Druck während des Blasens des Kohlenstoffdioxids ist innerhalb des Bereichs von 0 bis 5 kPa eingestellt. Es ist auch möglich einen Breitspalt zu dem Beschichtungsverfahren anzuordnen oder eine Sprühbeschichtung anzuwenden.
Wenn notwendig wird das Trocknen des erhaltenen gefällten Calciumcarbonats auf der Bahn gewöhnlich mit Wärme nach dem Schritt der PCC Ausfällung bewerkstelligt. In einer ferner bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bahn durch einen Metallgürtel oder ein Polymerband gestützt, welcher/welches zumindest in der Beschichtungszone für das Calciumhydroxid und/oder das Kohlenstoffdioxid als ein Rückseitenstützelement für die Bahn bereitgestellt ist. Optional kann der Metallgürtel oder das Polymerband beheizt sein, um das Trocknen des gefällten Calciumcarbonats auf der Bahn von der Rückseite des Stützelements zu beschleunigen. Der gestützte Bahnlauf ist besonders geeignet falls die Bahn noch schwach oder zu schwach für die Verwendung eines nichtgestützten Bahnlaufs ist.
Bei einer ferner bevorzugten Ausführungsform wird die Beschichtung der Bahn mit Calciumhydroxid und Kohlenstoffdioxid in einem geschlossenen Bahnlauf und/oder einem Bahnübertragungsabschnitt, der von der äußeren Atmosphäre abgegrenzt ist, in einer geeigneten Bahnbeschichtungseinrichtung ausgeführt. Somit ist es einfacher nichtreagiertes Kohlenstoffdioxidgas von der abgegrenzten Innenatmosphäre der Bahnbeschichtungseinrichtung zu recyceln. Dieses Recyceln restlichen Kohlenstoffdioxids macht das Verfahren ökonomischer und umwelttechnisch bevorzugt.
Der Druckunterschied zwischen der Innenatmosphäre und der Außenatmosphäre kann zum Beispiel so eingestellt sein, dass eine Leckage des Kohlenstoffdioxids von der Innenatmosphäre ohne eine spezielle Dichtungsvorrichtung minimiert wird. Ähnliche Vorrichtungen wie bei Pralltrocknungseinrichtungen können verwendet werden.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Verwendung von gefälltem Calciumcarbonat, das mit dem neuen Beschichtungsverfahren direkt auf der Bahnoberfläche hergestellt ist, die Helligkeit, der Glanz, die Opazität, die Glätte, die Festigkeit der Bahn verbessert und die Produktionskosten und die Blasenbildungstendenz vermindert. Dies scheint dadurch der Fall zu sein, dass das PCC kontrolliert eine glatte, weiße Schicht mit einer geeigneten Porosität auf der Bahn bildet.
PCC, das bei einer Bahnfabrik aus dem an einem anderen Standort der Fabrik erzeugten CO₂ hergestellt ist, wobei das CO₂ ein Treibhausgas ist und im Allgemeinen Emissionshandelskosten für die Fabrik erzeugt, ist ein viel günstigeres Rohmaterial (z. B. Füllstoffmaterial) verglichen mit dem üblich verwendeten PCC und granulierten Calciumcarbonat.
Bei dem Bahnbeschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung dringt Calciumhydroxid zumindest in die Bahnoberfläche ein und neutralisiert sauren Bestandteile der Bahn und erzeugt eine Bahn, welche gute Alterungseigenschaften, eine gute Festigkeit und Farbe über viele Jahrzehnte aufweist. Daher kann eine ideal beschichtete Bahn für Archivierungsabsichten, Bibliotheken etc. gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Weiterhin wird erwartet, dass die beschichteten Bahnen, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlich sind, weniger Verbrauch an PCC für die gleichen Eigenschaften oder bessere/gleichmäßigere Eigenschaften mit der gleichen Menge an PCC benötigen. Somit können Rohmaterialien gespart werden, um Standardprodukte herzustellen. Somit liefert dieses neue Verfahren Standardprodukte, wodurch selbst 5 bis 10% weniger Verwendung kostenträchtigen Bulkfüllstoffs/Beschichtungsrohmaterials notwendig ist. Dies reduziert signifikant die Produktionskosten, wobei mit dem neuen Produkt die gleichen Eigenschaften („Standardprodukte”) erreicht werden.
Bezüglich der beschichteten Bahn, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten ist, ist es nun möglich, einen CO₂ Strom direkt durch und auf eine Calciumhydroxidschicht durch Anlegen einer höheren Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur und Druck, eine geeignete PCC Teilchenstruktur zu erzeugen, die für die entsprechenden Bahnsorten geeignet ist. Weil das PCC auf der Bahnoberfläche erzeugt wird (während der Reaktion heftet die PCC Struktur stark an den anderen Bahnbestandteilen und anderen PCC Teilchen an), kann die neuen PCC Struktur Festigkeitseigenschaften der Bahn verbessern. Überdies werden die gefällten Calciumcarbonatteilchen/-kristalle die Hohlräume in der Bahn auf eine Art und Weise füllen, die ein normales PCC Auftragungsverfahren nicht bewerkstelligt.
Daher weist das Endprodukt, die beschichtete Bahn (wie ein beschichtetes Papier oder ein Pappkarton etc.) bessere physikalische Eigenschaften als eine Bahn gemäß dem Stand der Technik auf. Insbesondere durch das direkte Einführen des PCC, durch eine kontrollierte Fällungsreaktion auf der Bahn, kann das Fällungsverfahren auf der Bahn sehr viel rascher geregelt und eingestellt werden als durch Umschalten zweier unterschiedlicher PCC Produkte.
Angesichts des Obigen kann man folgern, dass das neue Beschichtungsverfahren zumindest die folgenden Vorteile ermöglicht:
Durch die höheren Festigkeitseigenschaften der Bahn ist es möglich die Menge an teuren Festigkeits-steigernden Fasern (Weichholzgewerk; engl. soft wood graft) zu reduzieren. Daher können Rohmaterialien gespart werden. Somit können die Herstellungskosten verringert werden. Alternativ ist es auch möglich das Oberflächenleimverfahren wegzulassen, wodurch die Investitions- und Produktionskosten verringert werden. Zusätzlich ist es möglich eine Bahnoberfläche mit weniger Bahnoberflächenjustierung zu erzeugen, wodurch sich die Bahnqualität verbessert.
Durch die PCC Konzentration auf der Oberfläche der Bahn während des Beschichtungsverfahrens ist das PCC an dem Ort wo es sein soll, d. h. auf der Oberfläche der Bahn. Daher ist es möglich die Menge an PCC oder anderer Füllstoffteilchen, die zu der Bahn durch den Stoffauflauf gegeben werden, zu verringern. Die verbesserten Bahnoberflächeneigenschaften durch die Verwendung von weniger Füllstoffteilchen verringert auch die Rohmaterialproduktionskosten.
Zusätzlich wird das PCC durch den geringeren Schwefel- und Rauchgehalt des für die Fällung von Calciumcarbonat verwendeten qualitativ hochwertigen Kohlenstoffdioxids, welches von Erdgasbrennern oder Prall- oder Schwebetrocknern erhältlich ist, weißer, sauberer und homogener, verglichen mit gegenwärtig am einfachsten verwendeten PCC Sorten, die durch das CO₂ von Kraftwerken, einem Rückgewinnungskessel oder einem Kalkbrennofen hergestellt sind.
Demzufolge hat die beschichtete Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung tatsächlich bessere Eigenschaften als die beschichteten Bahnen, die von PCC, das als externer Füllstoff während dem Beschichtungsverfahren zugegeben wird, hergestellt sind.
Die Bahnbeschichtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest eine Vorrichtung zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats direkt auf der Bahnoberfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bahnbeschichtungseinrichtung eine Vorrichtung zum Beschichten einer Bahn mit Calciumhydroxid, eine Vorrichtung zum Blasen von Kohlenstoffdioxid enthaltendem Gas auf die Bahnoberfläche und optional eine Vorrichtung zum Trocknen der erhaltenen beschichteten Bahn. Bevorzugt wird das Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas in Pralltrocknern oder Schwebetrocknern produziert und zu einer Vorrichtung zum Führen von Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern zu der Vorrichtung zum Blasen von Kohlenstoffdioxid enthaltendem Gas geführt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats einen geschlossenen Bahnlauf und/oder einen Bahnübertragungsabschnitt, der von der äußeren Atmosphäre abgegrenzt ist. Abgegrenzt in der Bedeutung der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass der Bahnlauf und/oder der Übertragungsabschnittsteil, in welchem die Beschichtung von Calciumhydroxid oder das Blasen von Kohlenstoffdioxid unter einer Atmosphäre ausgeführt wird, welche von der äußeren Atmosphäre abgegrenzt ist. Dies kann zum Beispiel durch Bereitstellen einer Prallhaube erreicht werden, bei welcher eine Vorrichtung zum Blasen von Kohlenstoffdioxid auf die Bahn und Ansaugdüsen zum Recyceln nichtreagierten Kohlenstoffdioxids und Entfernen von anderen Abgasen wie evaporiertem Wasser ist. Durch einen Druckunterschied zwischen der Haube und der Luft der Maschinenhalle (äußere Atmosphäre) kann eine Leckage von Kohlenstoffdioxidgas ohne eine spezielle Dichtungsvorrichtung minimiert werden.
Bei einer ferner bevorzugten Ausführungsform der Bahnbeschichtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Metallgürtel oder ein Polymerband auf der Rückseite der Bahn während des Direkt-PCC- Beschichtungsverfahrens als ein Rückseitenstützelement für die Bahn bereitgestellt. Die Verwendung solch eines Metallgürtels als ein Rückseitenstützelement für die Bahn während des Beschichtungsverfahrens ist vorteilhaft, weil das erhaltene Produkt eine harte, glatte, ebene Oberfläche aufweist. Somit können ebene Beschichtungsschichten mit guten quergerichteten und maschinengerichteten Bahnprofilen durch die Verwendung solch eines Rückseitenstützelements produziert werden.
Darüber hinaus kann, wenn ein heizbares Rückseitenstützelement bereitgestellt ist, eine sehr hohe Trocknungsrate nach der Beschichtung erhalten werden. Somit kann eine kurze profitable Trocknungseinheit verwendet werden, um die zum Trocknen benötigte Zeit und die Kosten für eine zusätzliche Trocknungsvorrichtung zu vermindern.
Zusätzlich können, wenn eine gute Adhäsion des Metallgürtels zu der Bahn möglich ist, keine oder geringe Bahnentwendungsprobleme (englisch: web stealing Problems), keine oder wenige Bahnbrüche, eine qualitativ hochwertige Bahn, die Möglichkeit, Bahnen mit geringem Gewicht und geringer Festigkeit zu produzieren, genannt werden. Somit werden die Produktionskosten durch die Verwendung solch eines Rückseitenstützelements verringert.
Darüber hinaus können viele Bahnherstellungsverfahrensschritte auf einem Metallgürtel ausgeführt oder kombiniert werden, wie etwa Pressen, Trocknen, Leimen, Vor-Kalandieren, Beschichten, Nachtrocknen, Kalandieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung der Erfindung wird die Beschichtung des Kohlenstoffdioxids mittels eines Breitbeschichtungsspalts ausgeführt. Nach der Beschichtung der Calciumhydroxidschicht auf der Bahn, kann ein nachfolgendes Kohlenstoffdioxid enthaltendes Prallverfahren ausgeführt werden oder beide Beschichtungen können gleichzeitig ausgeführt werden. Sofortiges CO₂ enthaltendes Pralltrocknen nach dem Verteilen von Calciumhydroxid auf der Bahn ist wegen einer insgesamt einfacheren Konstruktion der Bahnbeschichtungseinrichtung bevorzugt.
Die Bahnbeschichtungseinrichtung verwendet bevorzugt eine Sprühbeschichtungstechnik für das Beschichten des Calciumhydroxids und/oder Kohlenstoffdioxids und optional Bindemitteln und anderen Bestandteilen auf der Bahn.
Bei dem Bahnfabriksystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das System eine Einheit zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats. Bevorzugt werden eine Reaktoreinheit zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats und eine Vorrichtung zum Führen von Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern zu der Reaktoreinheit bereitgestellt, wobei die Reaktoreinheit die Bahnbeschichtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung oder alternativ ein getrennter Reaktor zur Herstellung von PCC am Standort ist. Dadurch ist es möglich das Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas von den Prall- oder Schwebetrocknern als die Kohlenstoffdioxidquelle für das PCC Reaktionsverfahren auf der Bahn oder bei der Produktion von PCC als zum Beispiel Füllstoffmaterial oder Beschichtungslösung zu verwenden. Im Allgemeinen ist die Trockenpartie nach der PCC Reaktionsstätte bei der Bahnlösung positioniert, bevorzugt daran anschließend.
Durch die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe richtig gelöst und die vorliegende Erfindung stellt ein ökonomisches und umweltfreundliches Verfahren zum Bahnbeschichten, sowie eine Beschichtungseinrichtung für solch ein Verfahren, bereit.
Zusammenfassung
Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf ein Bahnbeschichtungsverfahren, eine beschichtete Bahn, die durch das Bahnbeschichtungsverfahren erhältlich ist, eine Bahnbeschichtungseinrichtung, sowie ein Bahnfabriksystem, das die Bahnbeschichtungseinrichtung umfasst, wobei gefälltes Calciumcarbonat während des Bahnbeschichtungsverfahrens oder in der Bahnbeschichtungseinrichtung hergestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005015490 A1 [0004]
- WO 2005/005726 A1 [0004]

Claims

Bahnbeschichtungsverfahren, das einen Schritt des Herstellens gefällten Calciumcarbonats umfasst.
Bahnbeschichtungsverfahren nach Anspruch 1, das die Schritte umfasst: a) Beschichten einer Bahn mit Calciumhydroxid, b) Blasen eines Kohlenstoffdioxid enthaltenden Gases auf die Bahnoberfläche, dadurch Calciumcarbonat auf der Oberfläche der Bahn fällend, und c) optional Trocknen des erhaltenen gefällten Calciumcarbonats auf der Bahn mit Wärme.
Bahnbeschichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ein Papier- oder Kartonbeschichtungsverfahren ist.
Bahnbeschichtungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Calciumhydroxid in der Form einer Lösung oder Paste vorliegt, optional im Gemisch mit Kohlenstoffdioxid.
Bahnbeschichtungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei bei dem Beschichtungsschritt a) Bindemittel und/oder Oberflächenleim- und/oder Beschichtungsadditive mitgefällt werden.
Bahnbeschichtungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die Beschichtungszusätze Beschichtungschemikalien oder -Teilchen sind.
Bahnbeschichtungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas ein Abgas von Gastrocknern einer Papierkartonfabrik ist.
Bahnbeschichtungsverfahren nach Anspruch 7, wobei das Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas ein Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern ist.
Bahnbeschichtungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren einen Recyclingschritt für das Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas umfasst.
Beschichtete Bahn, die durch eines der Bahnbeschichtungsverfahren nach Anspruch 1 bis 9 erhältlich ist.
Beschichtete Bahn nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass saure Reste der Bahn durch die Reaktion mit Calciumhydroxid oder Kohlenstoffdioxid zumindest in der Umgebung der Bahnoberfläche während der Schritte a) und/oder b) im Wesentlichen neutralisiert sind.
Bahnbeschichtungseinrichtung, die zumindest eine Vorrichtung zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats umfasst.
Bahnbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 12, die umfasst eine Vorrichtung zum Beschichten einer Bahn mit Calciumhydroxid, eine Vorrichtung zum Blasen eines Kohlenstoffdioxid enthaltenden Gases auf die Bahnoberfläche, und optional eine Vorrichtung zum Trocknen der erhaltenen beschichteten Bahn.
Bahnbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, die ferner eine Vorrichtung zum Führen von Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern zu der Vorrichtung zum Blasen von Kohlenstoffdioxid enthaltendem Gas umfasst.
Bahnbeschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Vorrichtung zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats einen geschlossenen Bahnlauf und/oder einen Bahnübertragungsabschnitt umfasst, der von der äußeren Atmosphäre abgegrenzt ist.
Bahnbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 15, die eine Prallbaugruppe umfasst, die die Vorrichtung zum Blasen Kohlenstoffdioxid enthaltenden Gases und Ansaugdüsen zum Recyceln restlichen Kohlenstoffdioxids enthält.
Bahnbeschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Vorrichtung zum Beschichten der Bahn mit Calciumhydroxid eine Sprühbeschichtungsmaschine, eine Rakelstreichmaschine, eine Walzenbeschichtungsmaschine oder eine Leimpresse ist.
Bahnbeschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Bahn auf einem Metallgürtel oder einem Plastikband gestützt ist, welcher/welches zumindest in der Beschichtungszone für das Calciumhydroxid und/oder das Kohlenstoffdioxid als ein Rückseitenstützelement für die Bahn bereitgestellt ist.
Bahnfabriksystem, das eine Einheit zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats umfasst.
Bahnfabriksystem nach Anspruch 19, das eine Reaktoreinheit zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats und eine Vorrichtung zum Führen von Abgas von Pralltrocknern oder Schwebetrocknern zu der Reaktoreinheit umfasst.
Bahnfabriksystem nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Einheit zum Herstellen gefällten Calciumcarbonats eine Bahnbeschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18 umfasst.