DE2915300A1

DE2915300A1 - Verfahren zum beidseitigen aufbringen eines strichs auf eine bewegte papierbahn

Info

Publication number: DE2915300A1
Application number: DE19792915300
Authority: DE
Inventors: Hans Ivar Wallsten
Original assignee: Inventing SA; Inventing AB
Current assignee: BTG Kalle Inventing AB
Priority date: 1979-04-24
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1980-10-16
Also published as: GB2047124A; DE2915300C2; CA1128377A; US4288473A; FR2454847A1; GB2047124B; FR2454847B1

Description

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PATENTANWÄLTE <* Essen, 12. April 197 9

DR. ANDRE]Sv7SKI 53 ₈o9/L-

DR.-IKG. i:o:,iuE

DEP4ö¥SEN-

BR. MASCII
ESSEN, TfIKATERPLATZ 5

Inventing S.A., Lausanne, Schweiz

Verfahren zum beidseitigen Aufbringen eines Strichs auf eine bewegte Papierbahn

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum beidseitigen Aufbringen eines Strichs auf eine mit grosser Geschwindigkeit bewegte Papierbahn, wobei die Auftragsmengen - berechnet total an den beiden Seiten der Papier-

bahn - mehr als 14 g/m betragen, und wobei die Papierbahn mittels einer elastisch nachgiebigen Rakel gegen eine Walze gedrückt und gleichzeitig durch in einem aus Walze und Rakel gebildeten Raum befindliche Streichmasse beidseitig von der Streichmasse benetzt und unmittelbar nach dem Austritt aus dem Rakel-Walzenspalt von der Auftragswalze in einem Winkel zur Tangente im Walzenspalt hinweggebogen wird.

Durch ein Bestreichen von Papier werden bekanntlich die Eigenschaften des Papiers in verschiedener Weise verbessert/ beispielsweise wird hierdurch eine bessere Bedruckung des Papiers ermöglicht. Hierzu wird meistens eine Dispersion des Streichmittels mit zweckmässigen Bindemitteln und anderen Zusatzmitteln verwendet. Das Ausmass der erhaltenen Verbesserung ist von verschiedenen Faktoren abhängig; allgemein wird eine bestimmte Auftragsmenge der Bestreichmasse angestrebt und in vielen Fällen wird angenommen, dass eine

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Auftragsmenge von 10 - 12 g/m - gerechnet als trockene Bestreichmasse pro Seite - notwendig ist um ein für beispielsweise Illustrationszwecke geeignetes Papier herzustellen.

Bei der Bestreichung müssen jedoch auch andere Faktoren beachtet werden,beispielsweise der Energieaufwand bei dem nachfolgenden Trocknen der Papierbahn. Im allgemeinen wird auch ein hoher Trockengehalt der verwendeten Dispersion angestrebt, sodass man für eine gewisse bestimmte Auftragsmenge eine verhältnismässig geringe Absorption von Wasser im Baspapier erhält und eine entsprechende geringere Menge Energie verwendet werden muss,um diese Wassermenge nach dem Bestreichungsverfahren zu entfernen. Der Trockengehalt der Bestreichungsmasse wirkt sich aber auch auf die rheologischen Eigenschaften der Bestreichmasse aus, d.h. im allgemeinen ergibt ein höherer Trockengehalt eine höhere Viskosität für bestimmte gegebene Pigmente und Bindemittel.

Aus den obigen Gesichtspunkten dürfte hervorgehen, dass der Fachmann bei der Herstellung eines gestrichenen Papiers von guter Qualität eine Menge verschiedener Faktoren zu beachten hat,um die Bestreichungsresultate optimieren zu können.

Das bekannte, s.g. Billblade-Verfahren (DAS 1 696 153) lehrt, dass man die beiden- Seiten einer Papierbahn gleichzeitig in einer verhältnismässig einfachen Apparatur bestreichen und hierbei verhältnismässig grosse Auftragsmengen auf den beiden Seiten des Papiers anbringen kann sowie dass der erhaltene Strich gleichmässig ist und auch die Gefahr der Bildung eines s.g. Apfelsinenschalenmusters - die Verhinderung dieses Apfelsinenschalenmusters ist nämlich eine wichtige Voraussetzung zur Erzielung einer guten Bedruckungsfähigkeit des Papiers - ausgeschaltet wird.

Nach diesem bekannten Verfahren wird das beidseitige Aufbringen eines Strichs derart erreicht, dass die bewegte

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Papierbahn mittels einer elastisch nachgiebigen Rakel gegen eine Walze gedrückt und gleichzeitig auf beiden Seiten mit der Streichmasse beschickt und von der Walze weggebogen wird. Hierbei wird die Papierbahn durch eine in einem in an sich bekannter Weise aus Walze und Rakel gebildeten Raum befindliche Streichmasse so geführt und herausgeführt, dass die Papierbahn beidseitig voll von der Streichmasse benetzt und unmittelbar nach dem Austritt aus dem Rakel-Walzenspalt von der Auftragswalze in einem Winkel von mehr als 5 zur Tangente im Walzenspalt hinweggebogen und einem Trocknungsvorgang ausgesetzt wird.

Durch dieses bekannte Verfahren konnte beispielsweise ein beidseitig gestrichenes Druckpapier sehr guter Qualität mit

2 einer totalen Auftragsmenge von zwischen 20 - 24 g/m und einer gleichmässigen Verteilung auf beiden Seiten des Papiers sowohl bei niedrigen Geschwindigkeiten wie auch bei Geschwindigkeiten bis zu 400 m/Min, erhalten werden. Die Auftragswalze ist bei diesem bekannten Verfahren mit einer verhältnismässig weichen Gummibeschichtung versehen und rotiert mit einer Geschwindigkeit, die etwa mit der Geschwindigkeit der Papierbahn übereinstimmt oder diese Geschwindigjceit mit etwa 5% übersteigt. Als Rakel wird ein Stahlrakel mit einer Dicke von 0,25 - 0,5 mm verwendet. Die Bestreichmasse wird im genannten Raum (Sumpf) an beiden Seiten der Papierbahn in reich-

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lichem überschuss aufgebracht und zwar so, dass dieser Sumpf durchgehend von einer Streichmassenmenge durchflossen wird, die über die Gabelkanten des Raumes überläuft; diese überlaufende Streichmasse wird danach gesiebt und zusammen mit frischer Bestreichmasse erneut dem Sumpf zugeführt. In der Praxis wird hierbei ein Abzugwinkel im Verhältnis zur Tangente der Auftragswalze von etwa 20 benutzt.

Wichtig bei dieser bekannten Technik ist, dass die Papierbahn unter einem bestimmten Winkel über die Blattkante beim Austritt aus dem Rakel-Walzenspalt abgezogen wird. Hierdurch .wird verhindert, dass die Papierbahn von der Auftragswalze

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nach Austritt aus dem genannten Spalt mitgenomm«Äi'irdj wodurch unmittelbar der befürchtete Effekt der Bildung von Apfelsinenschalenmuster durch Film-Splitting eintreten würde. Bei Verwendung dieser bekannten Vorrichtung bei Geschwindigkeiten bis zu 400 m/Min, wird en Absugwinkel von zwii

meiden.

von zwischen 15 - 20 verwendet um diesen Effekt zu ver-

Die Entwicklung innerhalb der Papierherstellung geht zu immer steigenden Herstellungsgeschwindigkeiten, was natürlich auch für das Bestreichverfahren gilt. Unabgesehen davon ob die Bestreichungsvorrichtung in einer Papiermaschine angeordnet ist, sodass das Bestreichen bei der Herstellung des Papiers durchgeführt werden kann oder ob separate Bestreichanlagen verwendet werden, liegt ein Bedarf von funktionierenden Vorrichtungen bei sehr hohen Geschwindigkeiten vor.

Es hat sich nun gezeigt, dass das bekannte Billblade-Verfahren bei den nun geforderten hohen Geschwindigkeiten nicht zum Auftrag der gleichzeitig gewünschten hohen Auftragsmengen ohne Schwierigkeiten verwendet werden kann.

Somit hat sich beim Durchführen des Eillblade—Verfahrens überraschend gezeigt, dass man bei Geschwindigkeiten über 400 500 m/Min, bei Verwendung einer BesLreichmasse bekannter Art eine ausserordentlich starke Nebelbildung erhält, wobei dieser Nebel sich auf die Maschinenteile der Streichausrüstung in solchem Ausmass absetzt, dass es zu problematischen Betriebsstörungen kommt, wobei das kontinuierliche Streichverfahren abgebrochen werden muss. Man kann zwar in verschiedener Weise diese Schwierigkeiten eliminieren oder auf jeden Fall vermindern und auch gewisse Verbesserungen erzielen falls beispielsweise die Auftragsmengen geringer gehalten werden durch eine Erhöhung des Anliegedruckes des Rakels und/oder dadurch dass der Trockengehalt des Bestreichmittels herabgesetzt wird.

Somit hat sich als möglich erwiesen diese Nebelbildung bei

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Auftragsmengen unter etwa 14 g/m zu eliminieren.

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Aus obigen Angaben steht somit fest, dass die gezeigte Nachteile eine ausserordentliche Beschränkung der Verwendungsmöglichkeiten des bekannten BiIlblade-Verfahrens in den

Fäl]en ausmachen, wo Auftragsmengen von über 14g/m gefordert werden und ausserdem auch eine Bahngeschwindigkeit von über 4 00 m/Min, gefordert ist.

Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass die oben erwähnten Nachteile beim eingangs beschriebenen Verfahren gänzlich durch eine Kombination nachstehender Massnahmen ausgeschaltet werden können, nämlich dass

a) die Papierbahn mit einer Geschwindigkeit von mehr als 400 m/Min, durch den Streichmittel entaltenden Raum bewegt,

b) im Streichmittel innerhalb des Raumes eine Viskosität von 400 - 200 cps. aufrechterhalten und

c) die Papierbahn unmittelbar nach dem Austritt aus dem

Rakel-Walzenspalt von der Auftragwalze in einem Winkel von zwischen 8 - 12 zur Tangente die Rakelkante hinweggebogen wird.

von zwischen 8 - 12 zur Tangente im Walzenspalt über

Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene Lösung konnte die oben genannte schwierige Nebelbildung bei Auftragsmengen von über 14g/m
mieden werden.

von über 14g/m überraschend für den Fachmann gänzlich ver-

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei die Zeichnungen eine bekannte Billblade-Vorrichtung zeigen und teils die erfindungsgemäss vorgeschlagene Lösung des vorliegenden Probleme veranschaulichen.

Es zeigen:

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Fig. 1 eine prinzipielle Ansicht einer Bestreichvorrichtung nach dem bekannten Billblade-Verfahren,

Fig. 2 die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung bei der Verwendung von sehr hohen Bahngeschwindigkeiten,

Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung bei der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verwendung und

Fig. 4 ist eine Teilvergrösserung der Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine prinzipielle Darstellung des bekannten Billblade-Verfahrens veranschaulicht und hier ist eine rotierende Auftragwalze mit einer Gummibeschichtung mit 1 bezeichnet, eine Blatt- oder Rakelhaiterung mit 2 und ein in der Rakelhalterung 2 angeordnetes flexibles Bestreichungsblatt mit 3. Das Blatt 3 drückt die Papierbahn - die in Richtung des Pfeiles A läuft - gegen die Fläche der Auftragswalze im Berührungspunkt 5. Die Auftragswalze rotiert in der Richtung des Pfeiles B. Die Tangente zur Auftragswalze 1 im Berührungspunkt 5 ist gestrichelt und mit 6-6 bezeichnet. Die Papierbahn 4 wird über die Blattkante 5 in einem Winkel C^ gezogen, der etwa 20° gegenüber der Tangente 6-6 beträgt.

Es hat sich nun gezeigt, dass man mit der in Fig. 1 beschriebenen Verfahrensweise nicht die gewünschte hohe Bestreich— mittelmenge und gleichzeitig gewünschte gleichmässige Verteilung auf beiden Seiten der Papierbahn bei hohen Bahngeschwindigkeiten erzielen kann. Das hierbei entstehende Problem wird in der Fig. 2 veranschaulicht, die eine Bestreichausrüstung nach Fig. 1 zeigt. Bei hohen Bahngeschwindigkeiten und unter gewissen Bedingungen - die näher unten beschrieben werden - wird nämlich eine mehr oder weniger kräftige Nebelbildung von feinen Teilchen der Bestreichmasse nach dem Rakel-Walzenspalt in dem Gebiet erzielt, dass von der WaIz-

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oberfläche und der zur Walzoberfläche gerichteten Fläche der Papierbahn begrenzt ist. Der so gebildeten Nebel ist in Fig. 2 mit 7 bezeichnet.

In Fig. 3 wird das erfindungsgemäss vox-ge sch la gene Verfahren bei einer Vorrichtung, die hauptsächlich der in Fig. 1 und 2 enspricht, gezeigt. Die rotierende Auftragswalze ist auch hier mit 1, die Rakelhalterung mit 2, das flexible Blatt mit 3, die Papierbahn mit 4, der Kontaktpunkt zwischen dem Blatt und der Auftragswalze mit 5 und die Tangente durch den Kontaktpunkt 5 mit 6-6 bezeichnet.

Der Bestreichmittelsumpf an jeder Seite der Papierbahn 4 ist 8 bzw. 9 bezeichnet. Es hat sich nun überraschend erwiesen, dass die Nebelbildung bei hohen Bahngeschwindigkeiten und hohen Auftragsmengen gänzlich eliminiert wird, wenn der in Fig. 3 mit A bezeichnete Winkel zwischen der Tangente 6-6, im Berührungspunkt 5 und der Laufrichtung der Papierbahn nach dem Walzrakelspalt unter 12 gehalten wird.

Als Beispiel kann hier genannt werden, dass man bei der Bestreichung eines für Druckzwecke vorgesehenen Papieres diese Papierbahn mit einer Geschwindigkeit von 850 m/Min, fahren

2 konnte und hierbei eine Auftragsmenge von total 22g/m mit einer, gleichmässigen Verteilung auf beiden Seiten der Papierbahn anbringen konnte. Die Viskosität des Bestreichungsmittels war in diesem Fall 800 cps. und der Trockengehalt 56 %. Der Abzugswinkelfi war 10 .

In einem anderen Fall hatte die Bestreichmasse einen Trockengehalt von 60 % und eine Viskosität von 1000 cps. Die Geschwindigkeit der Papierbahn betrug 700 m/Min., die Auftragsmenge total 20g/m . Der Abzugwinkel /B war in diesem Fall 8°. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wurde ein sehr gutes Bestreichungsergebnis erzielt.

Hinsichtlich der Viskosität der Bestreichmasse gilt im Rahmen

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der vorliegenden Erfindung, dass diese Viskosität zweckmässig zwischen 400-2000, vorzugsweise 1200-1500 (nach Bruckfield) gehalten werden soll.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die Gefahr einer Apfelsinenschalenmusterung bei Abzugswinkeln von 8-12 gänzlich eliminiert werden konnte.

Es ist an sich schwierig für den Effekt, der zu einer Nebelbildung führt, eine grundlegende Erklärung zu finden und weshalb auch dieser Effekt erfindungsgemäss behoben werden kann. Eine Hypothese hierfür ist aufgestellt worden auch wenn sie nur teilweise belegt werden kann.

In diesem Zusammenhang wird auf die Fig. 4 verwiesen; die Auftragswalzenfläche entspricht der Walzenfläche nach Fig. 1 und ist hier im Gebiet des Walzen- Rakelspaltes mit 10 bezeichnet worden. Der untere Teil des Sumpfes 8 in der Fig. 3 wird in der Fig. 4 mit 11 bezeichnet und der untere Teil des entsprechenden Sumpfes 9 mit 12. Der untere Teil des Blattes 3 ist mit 13 und die gegen die Papierbahn gerichtete Phase des Blattes mit 14 sowie die Blattspitze mit 15 bezeichnet. Die Papierbahn 4 ist im Bereich des Walzen- Rakelspaltes mit 5 bezeichnet. Bei der Durchführung des Verfahrens wird die Bestreichmasse vom Sumpfteil 11 und 12 einen schmierenden Film innerhalb der Zone des Walzen- Rakelspaltes bilden. Durch den Anliegedruck des Blattes 13 in diesem Bereich entsteht eine gegen die Walze gerichtete Kraft, die in der Fig. 4 mit F bezeichnet ist. Entlang der Walzoberfläche 10 liegt eine Kraft in entgegengesetzter Richtung vor die mit F, bezeichnet worden ist. Aufgrund des Abzuges der Papierbahn von der Walze über die Blattkante 15 entsteht eine Kraft Fp, die die gleiche Richtung wie die Kraft F, hat. Da man in der Praxis bei der Verwendung des bekannten Billblade-Verfahrens bei massigen Bahngeschwindigkeiten oder Geschwindigkeiten bis zu 400 m/Min, eine gleichmässige Verteilung der Auftragsmenge auf beiden

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Seiten der Papierbahn erhält, kann man annehmen, dass hierbei ein solches Gleichgewichtsverhältnis in dieser Rakel-Walzenspalte vorliegt, dass die Dicke des Filmes zwischen der Walzoberfläche 10 und der Papierbahn 5 und der Blattphase 14 ungefähr gleich ist. Bei höheren Bahngeschwindigkeiten entsteht jedoch eine erhöhte Turbulenz in den beiden Sumpfteilen 8 und 9 aufgrund der höheren Geschwindigkeit der Papierbahn. Es hat sich gezeigt, dass die Turbulenz im Sumpf 8 bei hohen Geschwindigkeiten beträchtlich zunimmt gegenüber der Turbulenz im Sumpf 9. Diese Tatsache ist darauf zurückzuführen, dass sich im Sumpf 8 zwei Flächen bewegen die beide ein Herunterziehen der Bestreichmasse gegen den Berührungspunkt 5 verwirklichen, nämlich teils die Bewegung der Walzoberfläche 10 und teils die Bewegung der Papierbahn 16. Es wird deshalb angenommen, dass der hydraulische Druck aufgrund der Bewegung der Streichmasse bei hohen Geschwindigkeiten am unteren Teil des Sumpfes 8 in grösseren Masse ansteigt als im unteren Teil des Sumpfes 9. Vermutlich ändern sich dann die Verhältnisse im Rakel-Walzenspalt so, dass das Gleichgewicht verändert wird und die Papierbahn 16 näher an die Blattfläche angedrückt wird durch den höheren hydraulischen Druck zwischen der Walzoberfläche 10 und der Papierbahn 5. Es ist auch anzunehmen, dass der hydraulische Druck mit zunehmender Viskosität und entsprechend zunehmendem Trockengehalt der Streichmasse zunimmt.

Als Endeffekt würde hierdurch bei Bestreichung bei hohen Bahngeschwindigkeiten eine ungleichmässige Verteilung der Streichmasse auf beiden Seiten der Papierbahn erzielt werden. Man kann beispielsweise vermuten, dass man bei einer totalen

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Auftragsmenge von 20g/m - wobei die Auftragsmenge durch zweckmässige Wahl des Blattdruckes gewählt wird, bei massigen

2 Geschwindigkeiten eine ungefährliche Verteilung von 10g/m pro Seite der Papierbahn erzielt, jedoch bei höheren Geschwindigkeiten und einem zweckmässig gewählten Blattdruck

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für 20g/m anstatt der Verteilung von etwa 13g/m an der

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Walzseite und 7g/m an der Blattseite der Papierbahn erhält.

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Erfahrungsgemäss weiss man, dass eine Menge von 13g/m auf der gegen die Auftragswalze gerichteten Seite der Papierbahn unter gewissen Verhältnissen einen Film-Split-Effekt in Form eines sogenannten Apfelsinenschalenmusters ergeben kann. Diese Tatsache ist darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Bestreichungsmasse bei diesen verhältnismässig hohen Auftragsmengen mit der Walze mitlaufen will. In dieser Weise entsteht eine Teilung des Bestreichungsfilmes zwischen der Papierfläche und der Walzoberfläche in Form einer Tropfenbildung. Bei hohen Geschwindigkeiten könnte ein solcher Film-Split-Effekt höchstvermutlich zu einer starken Tropfenbildung in Form eines Nebels führen.

Falls nun der Abzugwinkel der Papierbahn vermindert wird, wird auch die Kraft F„ bei im übrigen gleichartigen Verhältnissen vermindert. Hierdurch wird die Kraft F.. in entsprechendem Ausmass zunehmen und in dieser Weise in weitgehendem Umfang das Gleichgewicht im System wieder herstellen. Falls man nun diese Winkelverminderung unter im übrigen gleichen Verhältnissen vornimmt, d.h. mit u.a. unverändertem Blattdruck wird aber die totale Auftragsmenge die gewünschte Menge von

20g/m untersteigen wie aus obigen Beispiel hervorgeht. Die obigen Gesichtspunkte sind wie schon gesagt nur eine Hypothese um den überraschenden technischen Effekt, der bei einer Verminderung des Abzugswinkels auf unter 12 bei hohen Bahngeschwindigkeiten erreicht wird zu erzielen.

In sämtlichen obigen genannten Fällen wird mit dem Ausdruck totale Auftragsmenge, die totale trockene Auftragsmenge

in g die auf beiden Seiten des Papiers pro m aufgetragen ist, gemeint.

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Claims

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P at eivtan sjpr u ch

Verfahren zum beidseitigen Aiifbringen eines Strichs auf eine mit grosser Geschwindigkeit bewegte Papierbahn, wobei die Auftragsmengen - berechnet total an beiden Seiten

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der Papierbahn - mehr als 14g/m betragen und wobei die Papierbahn mittels einer elastisch nachgiebigen Rakel gegen eine Walze gedrückt und gleichzeitig durch in einem aus Walze und Rakel gebildeten Raum befindliche Streichmasse beidseitig von der Streichmasse benetzt wird und unmittelbar nach dem Austritt aus dem Rakel-Walzenspalt von der Auftragswalze in einem Winkel zur Tangente im Walzenspalt hinweggebogen wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Massnahmen, dass

a) die Papierbahn mit einer Geschwindigkeit von mehr als 400 m/Min, durch die im genannten Raum befindliche Streichmasse bewegt,

b) im Streichmittel innerhalb des genannten Raumes eine Viskosität von 400-200Ccps. aufrechterhalten und

c) die Papierbahn unmittelbar nach dem Austritt aus dem Rakel-Walzenspalt von der Auftragwalze in einem Winkel von zwischen 8 - 12 zur Tangente die Rakelkante hinweggebogen wird.

von zwischen 8 - 12 zur Tangente im Walzenspalt über

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