DE60118322T2

DE60118322T2 - Verfahren zur Herstellung von geprägtem Papier und Prägezylinder

Info

Publication number: DE60118322T2
Application number: DE60118322T
Authority: DE
Inventors: Michel Basler; Pierre Graff; Benoit Hoeft; Sebastien Jeannot
Original assignee: Georgia Pacific France SAS
Current assignee: Essity Operations France SAS
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: EP1270196B1; PT1270196E; EP1270196A1; US20030008109A1; ATE321650T1; DE60118322D1; US6942755B2; CA2391570C; CA2391570A1; ES2260179T3; DK1270196T3

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Papiere für den sanitären oder häuslichen Gebrauch, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Blatts von saugfähigem Krepppapier aus Zellulosewatte, das ein Prägemuster umfasst. Die Erfindung betrifft auch das durch das Verfahren erhaltene Produkt sowie den Zylinder, der die Anwendung des Verfahrens ermöglicht.
Die Zellulosewatte, auch „Haushaltspapier" genannt, ist ein saugfähiges Papier mit geringem Flächengewicht zwischen 15 und 35 g/m², das so hergestellt werden kann, dass es ein bestimmtes Ausdehnungsvermögen aufweist. Ein herkömmliches Verfahren besteht darin, das noch feuchte Blatt auf einen Trockenzylinder aufzubringen und darauf zu kleben und es anschließend mittels einer eine Rakel bildenden Klinge davon abzulösen, um Kreppwellungen herzustellen. Anschließend kann durch das bekannte Verfahren des Prägens die eine oder andere seiner Eigenschaften verbessert oder zumindest verändert werden, wie die Weichheit, die Biegsamkeit, die Saugfähigkeit, die Dicke oder das Aussehen.
Der Prägevorgang erfolgt entweder auf Papier mit großem Feuchtigkeitsgehalt, das heißt auf einer Papiermaschine in deren Nasspartie, oder auf Papier mit geringem Feuchtigkeitsgehalt, das heißt bei der Verarbeitung in der Trockenpartie. Die Erfindung betrifft das Prägen von Papier mit geringem Feuchtigkeitsgehalt. Das Prägemuster besteht im Allgemeinen aus Vorwölbungen oder Erhebungen in Form von Pyramiden mit quadratischem Querschnitt oder einem Kegelstumpf mit rundem oder ovalem Querschnitt, die gleichmäßig oder nicht gleichmäßig auf der Oberfläche des Blatts verteilt sind. Es ist anzumerken, dass eine Vorwölbung auf einer Oberfläche des Blatts einem Hohlraum auf einer anderen Oberfläche entspricht.
Um die Zellulosewatte gemäß einem ersten Verfahren zu prägen, wird im Allgemeinen ein steifer Zylinder verwendet, der an seiner Oberfläche Zäckchen aufweist. Das Blatt wird auf den Zylinder aufgebracht und mittels eines weiteren Zylinders gepresst, der eine Beschichtung aufweist, die sich verformen kann, aus Gummi zum Beispiel. Auf diese Weise nimmt es das Relief an. Bei einem gleichen Muster wird eine mehr oder weniger große Verformung je nach den gewählten Parametern erreicht, wie die Weichheit des Gummis, seine Fähigkeit, sich zu verformen und sich dem Relief der Gravur anzupassen, und der Prägedruck.
Gemäß einem anderen Verfahren weisen die zwei Zylinder an der Oberfläche Reliefs mit einander ergänzenden erhabenen und vertieften Formen auf.
Die Zäckchen werden durch Gravieren des Zylinders hergestellt, zum Beispiel mittels einer Rolle, die ihrerseits graviert ist. Je nach verwendetem Material können die Zäckchen auch direkt gefertigt werden.
Die Zäckchen weisen eine im Allgemeinen kegelstumpfförmige Form mit kreisförmigem Querschnitt oder eine ovale oder pyramidale Form mit quadratischem Querschnitt auf. Der halbe Umfangswinkel an der Spitze des Kegels beträgt üblicherweise zwischen 25° und 35° Grad. Ihre Abmessung, ihre Verteilung, ihre Dichte – das heißt ihre Anzahl auf einem Abschnitt einer gegebenen Oberfläche – werden in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des Produkts gewählt. Solche Zäckchen sind aus Patentschrift US-A-5 620 776 bekannt.
Wenn das Blatt zum Beispiel ein textiles Aussehen haben soll und es weicher gemacht werden soll, ohne dass insbesondere seine Saugfähigkeit verbessert werden soll, werden Zäckchen von sehr geringer Höhe gewählt: von 0,4 bis 0,6 mm, die gemäß einem Muster mit hoher Dichte verteilt sind, mehr als 30, sogar 80 Zäckchen pro cm². Bei einem Papier, das für das Aufwischen gedacht ist, insbesondere Küchenhaushaltspapier, wird hingegen versucht, das Blatt erheblich zu verformen, um nach dem Zusammensetzen Lufttaschen zwischen den Lagen herzustellen. Diese Taschen erhöhen die Saugfähigkeit von „Haushaltspapier" beträchtlich. Die Höhe der Zäckchen kann bis zu 2,5 mm bei einer geringen Musterdichte betragen, die unter zehn Zäckchen pro cm² liegt. Somit ist ein Prägemuster, das zum großen Teil aus kegelstumpfförmigen Zäckchen besteht, gleichzeitig durch deren Höhe und durch seine Dichte gekennzeichnet.
Durch Verformen des Blatts über seine elastische Verformungsgrenze hinaus wird immer ein Teil der Verbindungen zwischen den Fasern des Papiers zerstört. Jeder Prägevorgang bringt demnach eine Verminderung seiner Zerreißfestigkeit mit sich. Dafür ist das Blatt weicher, wenn sich die Anzahl der Verbindungen vermindert hat.
Wenn Zellulosewatte mittels einer Prägeeinheit geprägt wird, die aus einem gravierten Zylinder und einem Gummizylinder besteht, hängt die Verformung des Blatts und damit seine Dicke von dem durch Letzteren ausgeübten Druck ab. Bei einem gleichen Muster ist der Verlust der Zerreißfestigkeit also an die erzielte Prägedicke geknüpft und steigt mit dieser an. Dies gilt insbesondere für Maximalwerte. Ein maximaler Dickewert entspricht dem maximalen Verlust an Zerreißfestigkeit.
Der Anmelder hat sich zum Ziel gesetzt, die Prägedicke für ein gleiches Muster und für einen gleichen Prägedruck zu erhöhen. Anders gesagt hat er versucht, die größtmögliche Dicke zu erreichen und dabei die Zerreißfestigkeit geringstmöglich zu opfern.
Der Anmelder hat sich auch zum Ziel gesetzt, die maximale Prägedicke zu erhöhen, die bei einem gegebenen Muster zu erreichen möglich ist.
Dank des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden diese Ziele erreicht. Das Verfahren, dem gemäß das Blatt mittels eines Prägezylinders geprägt wird, von dem mindestens ein Teil seiner Oberfläche mit Zäckchen versehen ist, wobei die Zäckchen einen kegelstumpfförmigen Basisabschnitt und einen Spitzenabschnitt aufweisen, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenabschnitt eine Abflachung bildet, deren Fläche zwischen 0,01 % und 75 % des kleinsten Querschnitts des Basisabschnitts darstellt, und dadurch, dass das Profil des Spitzenabschnitts zwischen dem Basisabschnitt und der Abflachung eine konvexe Kurve ist.
Die Abflachung ist die von der Mitte abgewandte Fläche des Zäckchens, im Allgemeinen eben oder mit einem großen Kurvenradius.
Die Oberfläche des Spitzenabschnitts, die den Basisabschnitt mit der Abflachung verbindet, weist ein gekrümmtes Profil auf, sodass es keine scharfe Kante zwischen dem Stumpf und der Abflachung gibt.
Insbesondere beträgt die Breite der Abflachung weniger als 20 %. Es ist nämlich festgestellt worden, dass die Belastungen, die auf das Blatt aufgebracht wurden, besser verteilt waren, wenn die Oberfläche der Abflachung verringert wurde, unter Berücksichtigung der anderen technischen Erfordernisse wie insbesondere der Notwendigkeit, eine Klebstoffschicht aufzubringen, die es ermöglicht, das Blatt mit einem weiteren Blatt zu verbinden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Oberfläche der Abflachung so weit verringert, dass sie nur noch einen Punkt bildet. Diese Ausführungsform ist für ein Blatt geeignet, das nicht über die Spitzen der Vorwölbungen verbunden ist.
US-Patentschrift 341,445,9 ist bekannt, die ein Blatt Papier mit zwei geprägten Lagen offenbart, die so angeordnet sind, dass die Vorwölbungen Spitze gegen Spitze platziert sind. In den Figuren der Patentschrift sind die gravierten Zäckchen auf der Oberfläche der Prägezylinder dargestellt. Diese Zäckchen weisen eine zylindrische Form mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt auf, mit zwei ebenen parallelen Flächen, die in Laufrichtung der Maschine ausgerichtet sind. Die Spitze der Zäckchen ist flach und weist einen abgerundeten Teil auf. Es wird deutlich, dass die Krümmungsradien sowohl in Laufrichtung als auch in Querrichtung in den Figuren unterschiedlich sind. Es wird beobachtet, dass die parallelepipedische Form der Zäckchen Scherbeanspruchungen des Blatts verursacht, die zu einer erheblichen Verminderung seiner Festigkeit beitragen. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Erfindung durch die optimale Form des Zäckchens eine Verbesserung der Eigenschaften des Blatts.
Die Vorteile, die das Verfahren bringt, sind auch von industrieller Bedeutung. Bei einer gleichen Anlage kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zäckchen und gleichem Prägedruck eine bis zu 15 % größere Dicke erreicht werden. Es ergibt sich eine leichtere industrielle Nutzung, weil dieser Druck somit verringert werden kann. Das Gummi verschleißt weniger stark. Umgekehrt verfügt man im Bedarfsfall über eine größere Reserve hinsichtlich der Dicke.
Gemäß einem weiteren Merkmal liegt die Musterdichte der Zäckchen zwischen 20 und 100 pro cm², wobei deren Höhe zwischen 0,1 und 1,5 mm oder insbesondere zwischen 0,1 und 0,6 mm liegt. Die erfindungsgemäße Lösung ist nämlich besonders vorteilhaft, wenn die Muster vom Typ Mikroprägung berücksichtigt werden, weil die feinen Zäckchen eine gewisse perforierende Wirkung haben. So kann der Prägedruck erhöht werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Blatt durchbohrt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch das gemäß dem Verfahren erhaltene Blatt. Insbesondere wird ein erstes auf den Zäckchen geprägtes Blatt, die so gut wie keine Abflachungen aufweisen, mit einem zweiten Blatt verbunden, das eine Abflachung mit genügend großen Abmessungen aufweist, um eine Klebstoffschicht zu erhalten. Diese Lösung ermöglicht es, den Verlust an Zerreißfestigkeit, der durch das Prägen entsteht, auf der ersten Lage in größtmöglichem Maße zu verringern.
Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor, in denen
1 vereinfacht eine Anlage zum Prägen darstellt, die es ermöglicht, das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden.
2a erfindungsgemäße Zäckchen auf einem Teil der Oberfläche des gravierten Zylinders von oben gesehen darstellt.
2b eine Ansicht gemäß dem Schnitt AA von 2a ist.
3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zäckchens ist.
4a den Abdruck des erfindungsgemäßen Musters auf einem druckempfindlichen Blatt darstellt.
4b den Abdruck eines Musters des Stands der Technik auf einem druckempfindlichen Blatt darstellt.
5 eine Anlage darstellt, die es ermöglicht, ein Blatt mit mehreren Lagen zu erhalten.
In 1 ist vereinfacht eine Anlage zum Prägen 10 eines Blatts 15 dargestellt. Ein erster Zylinder 12 besteht aus Stahl oder einem anderen steifen Material und weist auf seiner Oberfläche Zäckchen 14 auf, deren Größe in der Figur übertrieben ist. Ein Zylinder 11 aus Gummi oder jedem anderen Material, das dafür geeignet ist, sich unter dem Druck zu verformen, ist drehbar parallel zum ersten Zylinder 12 mit einer gewissen Spannung montiert. Zwischen die zwei Zylinder wird ein zu prägendes Blatt aus Zellulosewatte geführt. Das Blatt 15 kann einlagig sein, es kann aber auch aus zwei oder mehr übereinander angeordneten Lagen bestehen. Jede der Lagen besteht aus gekreppter Zellulosewatte, wobei das Flächengewicht zwischen 15 und 35 g/m² liegt. Der Kreppanteil reicht aus, um die Prägebehandlung zuzulassen. Im Bereich des Abstands zwischen den zwei Zylindern wird das Blatt von den Zäckchen verformt, deren Form es annimmt.
Mit Bezug auf 2 und 3 wird im Folgenden ein Beispiel für die erfindungsgemäße Ausführung der Zäckchen beschrieben. 2a und 2b stellen die Zäckchen 14 auf der Oberfläche des Zylinders dar. 2a ist eine gestreckte Teilansicht der Fläche des gravierten Zylinders 12 von oben. Zu sehen sind die Zäckchen 14, die in diesem Beispiel nach einem Muster aus gegeneinander versetzten bestimmten Abständen in Laufrichtung und in Querrichtung angeordnet sind. Da es sich um ein sehr dichtes Muster handelt, betragen die Abstände jeweils 1,75 mm und 1,4 mm bei einer Zäckchenhöhe von 0,5 mm. Das Zäckchen 14 ist in 3 transparent dargestellt; es lassen sich zwei Teile unterscheiden: eine Basis 14a und ein Spitzenabschnitt 14b. Die Basis 14a ist kegelstumpfförmig mit einer Achse ab. Der halbe Kegelwinkel der kegelstumpfförmigen Fläche beträgt hier 30°. Dieser Teil 14a wird durch einen Spitzenabschnitt 14b verlängert, der an seiner Spitze eine Abflachung 14c bildet. Zwischen der Abflachung 14c und der Basis 14a weist der Abschnitt 14b ein gekrümmtes Profil 14d auf. Es kann sich vorteilhafterweise um einen Kreisbogen handeln. Vorzugsweise tangiert das Profil 14d den Kegelstumpf entlang der virtuellen Trennlinie 14e zwischen den zwei Teilen 14a und 14b. Erfindungsgemäß entspricht die Fläche der Abflachung 14c höchstens 75 % der Fläche, die durch die geschlossene Linie 14e begrenzt ist. Vorzugsweise beträgt sie weniger als 20 % der durch 14e abgegrenzten Fläche. Es kann sogar vorteilhaft sein, die Abflachung bis auf einen Punkt zu verringern, der durch den Wert 0,01 % dargestellt ist. Ohne durch diese Hypothese gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, dass durch Verringern der Fläche an der Spitze dem Gummi, das das Blatt presst, ermöglicht wird, sich nach und nach entlang dem Zäckchen zu verformen und eine homogene Verformung des Blatts sicherzustellen. Daraus ergibt sich, dass sich weniger Schwächebereiche in dem Blatt bilden. Der Festigkeitsverlust ist somit geringer.
Um dieses Ergebnis zu bestätigen, sind mehrere Versuche durchgeführt worden.
Ein erster visueller Versuch ist auf einer Pilotmaschine mit einem Zylinder durchgeführt worden, der Zäckchen gemäß dem zuvor beschriebenen Beispiel aufwies, nämlich:

– 80 Zäckchen/m²,
– 0,5 mm Höhe,
– ein Spitzenabschnitt in Form einer Kuppel mit einem Radius von 0,2 mm.

Es sind dynamische Abdrücke bei einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 50 m/min auf einem Blatt Durchschreibepapier hergestellt worden. Dieser Abdruck ist in 4a dargestellt. Zum Vergleich sind Abdrücke eines Standardmusters mit einer Abflachung hergestellt worden, die der des Kegelstumpfs entspricht. Die Merkmale eines solchen Musters sind folgende: 80 Zäckchen/cm², 0,5 mm Höhe und Zäckchen in Kegelstumpfform, deren Abflachung eine Scheibe mit einem Radius von 0,2 mm ist. Der Abdruck ist in 4b dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Abdrücke der erfindungsgemäßen Zäckchen bis auf einen Punkt reduziert sind, während die der Zäckchen des Stands der Technik anders sind. Die Abdrücke bilden einen Ring. Der gesamte Umfang der Spitzen erscheint zusammengedrückt.
Weitere Vergleichsversuche sind mit den gleichen Mustern bei mehreren Prägedrücken durchgeführt worden. Einem Prägedruck entspricht eine Breite der Markierung des Gummis auf dem Stahlzylinder. Im technischen Gebiet der Erfindung wird also im Allgemeinen die Höhe des Prägedrucks durch die Breite dieser Markierung bestimmt, die auch Abdruck genannt wird. Es liegen somit fünf Abdrücke vor: 20, 25, 30, 35 und 39 mm. Anschließend ist eine so geprägte Lage mit einer Lage aus der gleichen Zellulosewatte verklebt worden, die jedoch nicht geprägt war (Säule I1). Als Vergleich ist ein Produkt mit gleicher Struktur hergestellt worden, das aber mit einem Muster des Stands der Technik geprägt wurde (Säule A1). Die folgende Tabelle zeigt, dass bei einem gleichen Abdruck, das heißt bei einer gleichen Einstellung der Maschine, ein Produkt erhalten wird (Säule I1), das eine Dicke aufweist, die höher ist als die eines Produkts, das nach dem Stand der Technik gefertigt wurde (Säule A1). Dies beinhaltet zum Beispiel den Vorteil, dass die Belastung der Zylinder vermindert werden kann. Es folgt daraus ein geringerer Verschleiß insbesondere des Gummis.
Außerdem wird bei einer maximalen Einstellung des Drucks, nämlich auf einen Abdruck von 39 mm, mit den erfindungsgemäßen Zäckchen 10 bis 15 % mehr Dicke erzielt. Mit diesen letzteren kann also über ein zusätzliches Potential an Dicke verfügt werden. Darüber hinaus wird bei einem gleichen Festigkeitswert in Querrichtung eine größere Dicke insbesondere bei den höchsten Dicken erzielt.
Schließlich wird bei gleichen Dicken ein geprägtes Papier erzielt, das fester ist.
Die gleichen Versuche sind unter den gleichen Bedingungen durchgeführt worden, dieses Mal aber, indem eine geprägte Lage mit einer nicht geprägten Lage durch Prägewalzen verbunden wurde. Es wird anhand der folgenden Tabelle festgestellt, dass ähnliche Ergebnisse erzielt werden: Säule A2 für das Produkt des Stands der Technik, Säule I2 für das erfindungsgemäß hergestellte Produkt.
In 5 ist eine Anlage dargestellt, die es ermöglicht, ein Blatt mit mehreren Lagen herzustellen, bei dem mindestens eine Lage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Es wird eine erste Prägeeinheit mit einem gravierten Zylinder 112 und ein mit Gummi beschichteter Zylinder 111 sowie eine zweite Prägeeinheit 112' und 111' angeordnet. Eine Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff bringt den Klebstoff auf die Spitzen der Vorwölbungen einer der beiden Einheiten auf. Es wird verstanden, dass man eine oder beide Einheiten mit erfindungsgemäßen Zäckchen versehen kann. Um die Vorteile der Erfindung so gut wie möglich auszunutzen, können zum Beispiel im Falle eines Haushaltsküchenpapiers die Zäckchen mit vollständig abgerundeter Spitze auf der Einheit, (111/112), die keinen Klebstoff erhält, angepasst werden, und eine bestimmte Fläche mit Abflachungen der Einheit 111'/112', die Klebstoff erhält, kann beibehalten werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Blatts von Haushaltspapier, durch das dieses Blatt mit Hilfe eines Prägezylinders (12) geprägt wird, von dem mindestens ein Teil seiner Oberfläche mit Zäckchen (14) versehen ist, wobei die Zäckchen einen kegelstumpfförmigen Basisabschnitt (14a) und einen Spitzenabschnitt (14b) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenabschnitt (14b) eine Abflachung (14c) bildet, deren Fläche weniger als 75 % des kleinsten Querschnitts des kegelstumpfförmigen Basisabschnitts (14a) darstellt, und dass das Profil des Spitzenabschnitts zwischen dem Basisabschnitt und der Abflachung eine konvexe Kurve ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Abflachung (14c) weniger als 20 % der Oberfläche des kleinsten Querschnitts des Basisabschnitts darstellt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil kreisbogenförmig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Kegelwinkel der kegelstumpfförmigen Fläche der Basis (14a) zwischen 25 und 35° liegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein Halbkreis ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Basisabschnitts den Spitzenabschnitt tangiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (14a) einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Musterdichte der Zäckchen (14) zwischen 20 und 100 pro cm² liegt, wobei ihre Höhe zwischen 0,1 und 1,5 mm liegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Zäckchen zwischen 0,1 und 0,6 mm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Musterdichte der Zäckchen zwischen 4 und 20 pro cm² liegt, wobei ihre Höhe zwischen 1 und 2,5 mm liegt.
Prägezylinder zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er Zäckchen (14) mit einem kegelstumpfförmigen Basisabschnitt (14a) und einem Spitzenabschnitt (14b) aufweist, wobei letzterer eine Abflachung (14c) hat, deren Fläche weniger als 75 %, und vorzugsweise weniger als 20 %, des kleinsten Querschnitts des kegelstumpfförmigen Basisabschnitts darstellt, wobei das Profil des Spitzenabschnitts zwischen dem Basisabschnitt und der Abflachung eine konvexe Kurve ist.