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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 zum Kalandern von Papier oder Kartonage bei der Herstellung von
beschichteten Papier- oder
Kartonagesorten.
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Die
Erfindung begrifft ferner eine Einrichtung zur Ausführung des
Verfahrens.
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Papier
oder Kartonage wird kalandert, um die Eigenschaften zum Bedrucken
zu verbessern. Das Kalandern erhöht
die Glätte
und den Glanz der Oberfläche
und beeinflusst überdies
die Dicke und das spezifische Volumen (cm3/g)
des Materials. Andere als die sich auf die Beeinflussung der Oberfläche beziehenden
Veränderungen
sind normalerweise nicht beabsichtigt, da Veränderungen in der Materialdicke
nicht erwünscht
sind. Die unvermeidbare Veränderung
im spezifischen Volumen muss auf die gewünschte Oberflächenqualität angepasst
sein, derart, dass die gewünschte
Oberflächenqualität und das
spezifische Volumen, wie auch die erwünschte letztendliche Materialdicke
erhalten werden. Ein unbeschichtetes Material kann vor dem Beschichtungsschritt
einem Kalandern unterzogen werden, wobei das Kalandern auch nach
einem Beschichten ausgeführt
werden kann, bzw. in mehreren Schritten. Viele Typen von Kalanderverfahren
und Vorrichtungen sind möglich,
unter denen Maschinenkalander, Weichwalzen-Kalander und Super-Kalander genannt werden
können,
wobei als neuester Typ von Kalandern auch die Auflagerschuh-Kalander
und Riemen-Kalander zu zählen
sind. Jeder Kalander-Typ hat seine eigene Wirkung auf die Qualität des hergestellten
Materials, wie auch sein eigenes individuelles Einsatzgebiet. Die
verschiedenen Kalander-Typen und ihre Verwendung sind bei der Herstellung
von Papier und Kartonage wohlbekannt.
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In
dem europäischen
Patent Nr. 0 370 185 ist ein typischer Auflagerschuh-Kalander mit
einer Trägerwalze
und einem bogenförmigen
Auflagerschuh-Anschlag beschrieben, der dazu bestimmt ist, einen
Teil der Walzenoberfläche
zu umgreifen. Ein Endlosband läuft
um den Auflagerschuh, das ferner mit derselben Geschwindigkeit wie
das zu behandelnde Material bewegt wird. Das zu kalandernde Material
läuft zwischen
dem Riemen und der Trägerwalze
hindurch und wird gegen die Oberfläche der Trägerwalze geglättet. Die
Trägerwalze
kann beheizt sein, wobei Deformationen der Oberfläche aufgrund der
Andruckkraft des Auflagerschuhs und der Trägerwalze, sowie aufgrund der
Wärme auftreten.
Das Glättergebnis
ist natürlich
ebenso durch die Feuchtigkeit der Bahn beeinflusst. Der Auflagerschuh-Kalander
schafft eine Reihe von Vorteilen, wie beispielsweise die Tatsache,
dass aufgrund der längeren
Verweilzeit eine geringere Kompressionsbelastung und möglicherweise
eine geringere Temperatur vorgesehen sein können als bei Walzenkalandern,
wobei ein ähnliches
Endergebnis erreicht wird. Aufgrund des reduzierten Press-Spalt-Druckes
wird eine geringere Kontraktion der kalanderten Bahn erhalten, womit
ein größerer Anteil
der ursprünglichen
Steifigkeit oder des spezifischen Volumens der Bahn erhalten bleiben.
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Ein
Auflagerschuh-Kalander schafft normalerweise einen besseren Glanz
als die entsprechenden Weichwalzen-Kalander.
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In
der deutschen veröffentlichten
Anmeldung
DE 43 22 876 ist
ein Auflagerschuh-Kalander
mit einer geringeren Auflagerbreite beschrieben und somit auch mit
einer kürzeren
Glätt-Zone
als bei der oben zitierten Lösung.
Bei diesem Kalander können
zwei Kalander-Press-Spalte gegen dieselbe Trägerwalze vorgesehen sein, wobei
der den Auflagerschuh umlaufende Bandstreifen ähnlich zu dem Walzenmantel ist.
In der DE-Veröffentlichungsschrift
Nr. 44 10 129 ist ein Auflagerschuh-Kalander beschrieben, bei dem der
Auflagerschuh in der Bewegungsrichtung der zu behandelnden Bahn
in zwei Zonen aufgeteilt ist, wobei die Andruck-Kraft der Zonen
gegen die Trägerwalze
unabhängig
voneinander einstellbar ist.
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Riemenkalander,
bei denen die Kalanderzone durch eine Walze und einen gegen die
Walze gepressten Riemen mit Hilfe einer zweiten Walze verwirklicht
ist, haben eine große Ähnlichkeit
zu den Auflagerschuh-Kalandern. Der Riemen kann in der Richtung
seiner Dicke flexibel sein, wobei eine durch die Eigenschaften des
Riemens, die Geometrie und Aufschlagkraft der verwendeten Kalanderwalzen
definierte Druck-Behandlungszone zwischen der Trägerwalze und dem Riemen vorgesehen
ist. Gleichermaßen
wird ein Kalander mit einem sehr kurzen Andruck-Auflagerschuh als
Riemenkalander bezeichnet, wobei die Länge des Press-Spaltes nahezu
einem Press-Spalt entspricht, der durch zwei Walzen gebildet ist.
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Langspalt-Kalander,
Riemenkalander und Weichwalzen-Kalander sind zum Kalandern von Kartonage
gut geeignet. In der WO 96/28609 ist ein beschichteter Verpackungskarton
beschrieben, dessen Herstellungsprozess die Verwendung eines langgestreckten
Weichwalzen-Kalander-Press-Spaltes beinhaltet. Der Karton wird nach
einem Beschichten kalandert. Beim Kalandern wird eine ausreichend
gute bedruckfähige
Oberfläche
erhalten, wobei aufgrund des langgestreckten Press-Spaltes ein geringerer Druck
während
dem Kalandern aufgebracht werden kann, wodurch eine geringere Reduktion
in der Dichte und in dem Basisgewicht erhalten wird. Dies ist ein besonderer
Vorteil bei der Herstellung von Verpackungskartonage, weil ein leichterer
Karton eine größere Biegefestigkeit
aufweist. Die Länge
des langgestreckten Press-Spaltes des verwendeten Kalanders wird
mit 30 bis 100 mm angegeben, vorzugsweise 60 bis 70 mm. Demzufolge
hat der verwendete Kalander immer noch einen ziemlich kurzen Press-Spalt. Über die
verwendete Bahngeschwindigkeit und die Verweildauer ist nichts dargelegt.
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In
der WO 97/44524 ist ein Verfahren zur Herstellung von LWC-Papier
beschrieben. In dieser Veröffentlichung
wird die beträchtliche
Wirkung der Behandlungstemperatur auf die Eigenschaften des herzustellenden
Papiers deutlich gemacht. Gemäß dieser
Veröffentlichung
wird beschichtetes Papier in einem Weichwalzen-Kalander geglättet und
die Temperatur des Papiers wird unterhalb der Erweichungstemperatur
von Lignin gehalten. Gemäß dieser
Veröffentlichung
erzielt das Verfahren einen weitaus besseren Glanz als zuvor bekannte
Verfahren, die die Verwendung eines Weichwalzenkalanders einbeziehen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von
vorkalandertem und endkalandertem beschichtetem Papier oder Karton.
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Die
Erfindung basiert darauf, dass das zu behandelnde Material zuerst
in einem Langspalt-Kalander
kalandert wird und nach einem Beschichten in einem Kalander mit
einem kurzen Press-Spalt.
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In
größerem Detail
ist das erfindungsgemäße Verfahren
durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch
1 dargelegt ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist ferner durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil
von Anspruch 9 dargelegt ist.
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Die
Erfindung hat beträchtlichen
Nutzen.
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Papier
oder Karton, die aus Pflanzenfasern bestehen, verhalten sich während einem
Kalandern unterschiedlich, je nachdem, ob sie unbeschichtet oder
beschichtet sind. Zusätzlich
wird das Kalandern im Wesentlichen durch den Feuchtigkeitsgehalt
des Materials beeinflusst, weshalb einem Kalandern normalerweise
eine Feuchtigkeitskontrolle des zu behandelnden Materials folgt.
Mittels der Erfindung können
diese Materialeigenschaften genutzt werden, wodurch ein Papier und
insbesondere ein Karton mit einer besseren Bedruckbarkeit und besseren
Festigkeitseigenschaften als zuvor erhalten wird. Betreffend einer
Kartonage wie ebenso den dicksten Papiersorten beeinflusst eine
Dichteveränderung
während
des Kalanderns wesentlich die Festigkeitseigenschaften des Materials
in der oben beschriebenen Weise, wobei es von besonderem Vorteil
ist, den Kalanderprozess während
der verschiedenen Herstellungsschritte gemäß den Materialeigenschaften steuern
zu können,
wenn diese Materialien hergestellt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in größerem Detail
mit Hilfe der folgenden detaillierten Beschreibung erläutert.
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Im
Folgenden orientiert sich die erfindungsgemäße Lösung an der Herstellung von
Kartonage, für
die die Erfindung insbesondere sehr geeignet ist. Die Erfindung
ist gleichermaßen
für die
entsprechende Behandlung einer Papierbahn anwendbar.
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Während einem
Kalandern variieren die Anforderungen an das Verfahren in Abhängigkeit
davon, ob die zu behandelnde Bahn beschichtet ist oder ob unbeschichtetes
Material zu behandeln ist. Das liegt an dem unterschiedlichen Verhalten
der das Material bildenden Fasern (normalerweise aus Holz stammende
Fasern), und der Beschichtung durch die Wirkung der thermomechanischen
Belastung, die auf die Fasern während
einem Kalandern wirkt. Folglich bestehen verschiedene Anforderungen
an die Kalandervorrichtung und das Verfahren zu verschiedenen Stufen
der Behandlung der Bahn, wobei es von Vorteil ist, ein unterschiedliches
Kalanderverfahren in der Vorkalander-Stufe gegenüber einem abschließenden Kalandern
nach einer Beschichtung anzuwenden. Unbeschichtete Kartonage enthält hauptsächlich Rohmaterialien
wie Zellulose, Hemizellulose und Lignin, das in Holz oder anderem
faserigem Rohmaterial enthalten ist. Diese Materialien haben die Struktur
von Polymeren mit beträchtlich
höheren
Vitrifizierungstemperaturen gegenüber den Polymeren, die in dem
Beschichtungsmaterial enthalten sind. Auf der anderen Seite besteht
die Basiskartonage aus sich kreuzenden Fasern, die sich in gegenseitigem Bezug
kaum bewegen können,
wohingegen das Beschichtungsmaterial aus Bindemitteln und kleinen Partikeln
besteht, die sich im Vergleich zu Fasern relativ leicht in gegenseitigem
Bezug oder bezüglich der
Basiskartonage bewegen können.
Demzufolge erfordert ein unbeschichteter Karton längere Behandlungszeiten
und eine höhere
thermomechanische Belastung bevor permanente Deformationen der Fasern
erhalten werden. Die Beschichtungsschicht bewegt sich demgegenüber ziemlich
leicht auf der Oberfläche
des Basiskartons im Vergleich zu Fasern, womit folglich kürzere Behandlungszeiten beim
Bearbeiten der Oberfläche
von beschichteter Kartonage vorgesehen werden können.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung von beschichtetem Karton oder Papier wird die Bahn
durch ein Kalandern endbearbeitet, zumindest derart, dass das vor
dem Beschichtungsschritt erfolgende Kalandern, d. h. das sogenannte Vorkalandern,
in einem Langspalt-Kalander ausgeführt wird, bei dem die Bahn
an eine durch den Riemen und die Trägerwalze gebildeten Press-Spalt
geführt
wird, wobei die die Bahn bildenden Fasern in dieser Zone einer Behandlung
unterzogen werden, während
der sich der Druck in der Behandlungszone auf 15 MPa maximal erhöht und die
Temperatur des Bahnoberflächenteils
zumindest die Vitrifizierungstemperatur der Zellulosefasern erreicht.
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Der
Maximaldruck in der Behandlungszone wird bei 0 bis 15 MPa, vorzugsweise
jedoch bei 4 bis 12 MPa gehalten. Die Bahn wird an die Behandlungszone
mit einem Feuchtigkeitsgehalt und einer Temperatur gebracht, zu
der zumindest die Vitrifizierungstemperatur des den Oberflächenteil
bildenden Materials erreicht wird, wobei die Bahn folglich gute Bearbeitungseigenschaften
hat. Die Vitrifizierungstemperatur kann entweder dadurch erreicht
werden, dass die Bahn mit Hilfe einer Vorbehandlung den Kalandern
zugeführt
wird, wie beispielsweise einem Aufdampfen und/oder Befeuchten mit
Wasser, oder die Bedingungen in der Kalanderzone werden derart eingestellt,
dass die Vorbedingungen zur Bearbeitung der Bahn in der Kalanderzone
erfüllt
sind. Hier ist es möglich,
beispielsweise eine Kombination aus einer Vorbefeuchtung und einer
beheizten Trägerwalze
anzuwenden.
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Demzufolge
ist die Kalanderzone hauptsächlich
dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischem dem Riemen und der gegenüber dem
Riemen angeordneten Ansatzoberfläche
zum Kalandern gebildet ist, und dass ein Druck vorherrscht, der
die Bahn innerhalb der Kalanderzone beeinflusst und dessen Intensität von 0
bis 15 MPa variiert. Die untere Grenze des Druckbereiches wird erreicht,
beispielsweise dadurch, dass die Kalanderzone zwischen mindestens zwei
mit Hilfe von Riemen-Führungsvorrichtungen gespannten
Riemen und einer Ansatzoberfläche
gebildet ist und die obere Grenze beispielsweise durch die sogenannte
Auflagerschuh-Kalandertechnik vorgesehen ist. Überdies ist es für die Kalanderzone kennzeichnend,
dass die Verweildauer der Bahn in der Kalanderzone mindestens 3
ms beträgt,
während sie
jedoch maximal 40 ms ist, was bei Bahngeschwindigkeiten von 400
bis 1000 m/min Kalander-Zonenlängen
von 50 bis 270 mm entspricht.
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Eine
derart vorkalanderte Bahn ist demnach durch gute Oberflächen-Glätte gekennzeichnet,
während
ihre Biegefestigkeit nahezu auf ihrem ursprünglichen Maß bleibt. Wenn die Bahnoberfläche glatt
und vor der Beschichtungsstufe abgedichtet ist, kann die Menge an
aufzubringender Beschichtungsmischung wesentlich reduziert sein
oder die Druckfähigkeit
des Endproduktes kann dementsprechend verbessert sein, selbst auf
ein Maß,
dass das in der WO 96/28609 beschriebene übersteigt, ohne dabei die Biegefestigkeit
oder die „Voluminosität" der Bahn zu verlieren.
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Für den Fall
eines Langspalt-Kalanders kann die Verweildauer in dem Press-Spalt
(die Press-Spalt-Zeit) optimiert sein, ohne die anderen Verfahrensbedingungen
zu verändern.
Im vorliegenden Kontext betrifft ein Langspalt-Kalander eine Maschine
mit einer Press-Spalt-Länge, die
50 mm übersteigt.
Mit „Press-Spalt-Länge" ist die Länge bezeichnet, über die
die zu behandelnde Bahn einer Druck-Einwirkung unterzogen ist. Der Press-Spalt-Druck kann über die
Länge des Press-Spaltes
variieren, beispielsweise derart, dass der Press-Spalt durch beispielsweise
Unterteilung des Andruck-Auflagerschuhs in Sektoren bezüglich der
Laufrichtung der Bahn, wobei die Andruckkraft der Sektoren gegenüber der
Trägerwalze
unabhängig
steuerbar ist. Eine derartige Konstruktion macht es ebenso möglich, die
Press-Spalt-Länge
stufenweise durch Vermindern der Andruckkraft der äußersten
Sektoren zu verändern.
Die Press-Spalt-Länge
wird gemäß dem erwünschten Kalander-Effekt
ausgewählt.
Gemäß der Lösung der vorliegenden
Erfindung ist eine unbeschichtete Papier- oder Kartonbahn mit einem
Kalander behandelt, der eine Press-Spalt-Länge von 50 bis 270 mm hat. Beim
Vorsehen einer Geschwindigkeit von 800 bis 1000 mm pro Minute, die
bei der Herstellung von Kartonage üblich ist, wird somit eine
Press-Spalt-Zeit von 3 bis 20 ms erhalten.
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Für den Fall
von Riemenkalandern auf der anderen Seite sind beträchtlich
größere Kräfte in der Oberflächenrichtung
festgestellt worden als gegenüber
Weichwalzen-Kalandern. Somit werden sie einen vorteilhaften Effekt
auf die Qualität
vorsehen, insbesondere bei der Herstellung von beschichteter Kartonage
und entsprechenden Produkten, wobei das Ziel während des letztendlichen Kalanderungs-Schrittes darin
liegt, die Beschichtungsmischung auf der Oberfläche der Basisbahn zu bewegen
und die Partikel der Beschichtungsmischung auszurichten. Eine derartige
Ausrichtung wird mit Hilfe eines Riemenkalanders erreicht, der durch
eine Trägerwalze
oder durch einen Auflagerschuh-Kalander mit einem sehr kurzen Auflagerschuh
unterstützt
ist. Die Länge
des Auflagerschuhs sollte 50 mm nicht übersteigen.
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Das
Ergebnis des Kalanderns kann ebenso durch das Material der Trägerwalze
beeinflusst sein, d. h. durch Verwendung einer weichen oder harten Trägerwalze.
Das Material der Trägerwalze
wird gemäß dem Typ
des Press-Spaltes, des Riemenmaterials und den Anforderungen ausgewählt, die
durch das herzustellende Produkt vorbestimmt sind. Die Erfindung
findet Anwendung sowohl für
on-line als auch für
off-line-Maschinen.
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Normalerweise
werden Karton und Papier auf die gleiche Weise auf beiden Seiten
beschichtet, wobei es beispielsweise bei der Herstellung von Verpackungskarton
notwendig sein kann, nur eine der Seiten der Bahn zu beschichten
oder eine unterschiedliche Beschichtung für jede Seite der Bahn vorzubereiten.
In einem solchen Fall ist es möglich,
das Kalanderverfahren für
die unterschiedlichen Seiten der Bahn in unterschiedlicher Weise
auszuführen. Normalerweise
werden beheizte Walzen beim Kalandern verwendet, um einen thermomechanischen Kontakt
herzustellen, wobei auch in einigen Fällen selbst kalte Walzen zumindest
zum Behandeln von einer der beiden Seiten der Bahn verwendet sein können. Ein
durch die Verwendung von Auflagerschuh-Kalandern erzielter Vorteil liegt darin,
dass die Bahn an die Kalandervorrichtung in einem beträchtlich
angefeuchteten Zustand herangeführt
sein kann. Dies ist insbesondere bei on-line-Maschinen nützlich.