EP0374292A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Glätten und Kalibrieren von Papier, insbesondere von fotografischen Basispapieren - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Glätten und Kalibrieren von Papier, insbesondere von fotografischen Basispapieren Download PDFInfo
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- EP0374292A1 EP0374292A1 EP19880121477 EP88121477A EP0374292A1 EP 0374292 A1 EP0374292 A1 EP 0374292A1 EP 19880121477 EP19880121477 EP 19880121477 EP 88121477 A EP88121477 A EP 88121477A EP 0374292 A1 EP0374292 A1 EP 0374292A1
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Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
Definitions
- the invention relates to a device for smoothing and calibrating papers with at least four rollers arranged one next to the other.
- Smoothing units usually consist of several hard rollers (e.g. steel) arranged one above the other.
- the paper web runs through the "hard” nips and is compressed and smoothed depending on the applied pressure.
- Calenders usually consist of several rollers arranged one above the other, which alternately consist of hard rollers (e.g. steel) and soft rollers (e.g. paper-coated steel rollers).
- hard rollers e.g. steel
- soft rollers e.g. paper-coated steel rollers
- Smoothing units which are mostly integrated in paper machines (machine smoothing units), compress and smooth the paper with normal pressures. Fluctuations in the thickness of the paper are compensated, the paper is calibrated. The result is a compacted paper with a leveled surface. For this, uneven density, reduced thickness, rigidity and opacity and in extreme cases gloss bottle on the surface have to be accepted.
- Calenders which are usually operated as separate units, compress the paper with normal pressures and additional deformation forces caused by flexing work in the nips. In addition to the compression of the paper, the flexing work also compensates for differences in density in the paper structure to a limited extent. The result is a uniform, compressed paper with a glossy, smoother, but less flat surface without a gloss bottle. Reduced thickness, rigidity and opacity have to be accepted.
- Layer support materials for photosensitive layers should have high-level surfaces in order to "photograph to largely avoid mottle.
- the photographic term “mottle” is described in DE 34 26 782.
- the base paper In order to achieve a high-level end product, the base paper must have surfaces that are as flat as possible. Calenders, which predominantly produce gloss and smoothness, have therefore not proven themselves for the production of base papers for substrates of light-sensitive materials. Rather, the smoothing units are preferably used to level the paper surfaces.
- a smoothing unit consists of 2 to 10 rollers, which are usually arranged vertically one above the other and is preferably located in a paper machine between drying and reeling.
- the bottom carrier roller provided with a drive can be cambered and is larger in diameter than the remaining rollers.
- the remaining rollers are usually the same diameter, but sometimes the top and second bottom rollers are slightly larger in diameter than the others.
- a smoothing machine is described, for example, in G.A., Smook - Handbook for Pulp and Paper Technologists - Edition 1982, pages 254-258.
- High pressure in the nip not only reduces the volume of the paper, but also increases the width (transverse expansion) of the paper web.
- the paper web fixed in the nip cannot, however, expand freely in width. If the pressure in the first nip of a smoothing unit is too high, this can lead to longitudinal folds in the paper, which can be ironed in under certain circumstances and damage the roller surfaces. This risk increases with a lower basis weight (see: Weinblatt für Textilfabrikation 22, 1985, page 859). Even high-pressure smoothing units with 7 to 14 rollers are therefore in many cases unable to achieve the desired compression without the disadvantages that occur at the same time.
- the object of the present invention is now to propose a device and a method for operating the device with which the disadvantages described above are avoided and a highly smooth and "pit" -free paper is obtained.
- the first two rollers, in the gap of which the paper is first drawn in are of larger diameter than the remaining rollers, except for the carrier roller.
- the ratio of the diameter of the thicker rollers to the diameters of the thin rollers is in the range from 1: 0.45 to 0.70. It is important that the ratio between the length and the diameter is kept between 4: 1 and 8: 1 inclusive for the thicker rollers and between 10: 1 and 14: 1 inclusive for the thinner rollers.
- the first and last rollers can be zone controlled. Testing has shown that the quality improvement of the paper described in the task takes place without the disadvantages described above occurring; this applies to all papers, half-boxes and boxes. The papers or boxes can be worked with or without filler. Experiments were carried out with basis weights between 50 g / m and 300 g / m both with and without filler.
- the calender consists of at least three rollers arranged one next to the other.
- a carrier roller with a larger diameter is dispensed with and only one of the two larger rollers is designed as a zone-controlled bending compensation roller.
- This smoothing unit also works according to the invention, but can only be used for smaller paper web work.
- a 180 g / m2 photo base paper with a specific volume of 1.33 cm3 / g was smoothed and calibrated using a 5-roll smoothing unit.
- the smoothing unit contained the following combination of rollers: Roller 1 (above) 700 mm diameter 2nd 650 mm “ 3rd 400 mm “ 4th 450 mm “ 5 (below) 600 mm "
- the line pressure in the penultimate gap was 220 N / mm.
- a 150 g / m2 heavy photo base paper with a specific volume of 1.35 cm3 / g was smoothed and calibrated using a 7-roll smoothing unit.
- the smoothing unit contained the following combination of rollers: Roller 1 (above) 710 mm diameter 2nd 760 mm “ 3rd 400 mm “ 4th 450 mm “ 5 400 mm “ 6 450 mm “ 7 (below) 820 mm "
- Rolls 1 and 7 were zone controlled bend compensation rolls (Nipco rolls). The line pressure in the penultimate gap was 180 N / mm.
- the photo base paper from Example 1 was smoothed and calibrated using a 5-roll smoothing unit.
- the smoothing unit contained the following combination of rollers: Roller 1 (above) 500 mm diameter 2nd 400 mm “ 3rd 400 mm “ 4th 400 mm “ 5 (below) 600 mm "
- the line pressure in the penultimate gap was 220 N / mm.
- the photo base paper from Example 2 was smoothed and calibrated using a 7-roll smoothing unit.
- the smoothing unit contained the following combination of rollers: Roller 1 (above) 500 mm Diameter 2nd 400 mm “ 3rd 400 mm “ 4th 400 mm “ 5 400 mm “ 6 400 mm “ 7 (below) 600 mm "
- the line pressure in the penultimate gap was 180 N / mm.
- Rolls 1 and 7 were zone controlled bend compensation rolls (Nipco rolls). The line pressure in the penultimate gap was 180 N / mm.
- Tab. 1 example spec. Volume after calibration Pit level Wrinkles after the 1st gap 1 0.96 2nd No 2nd 0.90 2nd No Compare to 1 0.93 3-4 Yes Compare to 2 0.89 3rd Yes
- the individual levels of smoothing and calibration can be seen in Figures 1 and 2.
- the more gentle compression of the fiber structure allows for smooth, even at high line pressures.
- the "pit level" can be significantly reduced by the gentler driving style of the smoothing device according to the invention.
Landscapes
- Paper (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Glätten und Kalibrieren von Papieren mit wenigstens vier aneinander angeordneten Walzen.
- Um die Oberflächencharakteristik eines fertigen Papiers zu verändern, ohne zusätzliche Schichten aufzutragen, haben sich in der Papierindustrie Glättwerke und Kalander durchgesetzt. Beide glätten, ebnen und verdichten das Papier.
- Glättwerke bestehen üblicherweise aus mehreren übereinander angeordneten harten Walzen (z.B. Stahl). Die Papierbahn durchläuft die "harten" Walzenspalten und wird, abhängig vom aufgegebenen Druck, verdichtet und geglättet.
- Kalander bestehen üblicherweise aus mehreren übereinander angeordneten Walzen, die abwechselnd aus harten Walzen (z.B. Stahl) und weichen Walzen (z.B. papierbelegte Stahlwalzen) bestehen. Die Papierbahn durchläuft auch hier die Walzenspalten und wird, unabhängig vom aufgegebenen Druck, verdichtet und geglättet.
- Durch die unterschiedlichen Walzenkombinationen lassen sich unterschiedliche Ergebnisse erzielen, so daß sich für beide Aggregate auch unterschiedliche Anwendungsbereiche ergeben haben.
- Glättwerke, die meistens in Papiermaschinen integriert sind (Maschinenglättwerke), verdichten und glätten das Papier mit Normaldrücken. Dickeschwankungen des Papieres werden ausgeglichen, das Papier wird kalibriert. Es resultiert ein verdichtetes Papier mit eingeebneter Oberfläche. Dafür müssen ungleichmäßige Dichte, verminderte Dicke, Steifigkeit und Opazität sowie im Extremfall Glanzmottle auf der Oberfläche in Kauf genommen werden.
- Kalander, die meistens als separate Aggregate betrieben werden, verdichten das Papier mit Normaldrücken und durch zusätzliche Verformungskräfte, hervorgerufen durch Walkarbeit in den Walzenspalten. Durch die Walkarbeit werden neben der Verdichtung des Papiers auch Dichteunterschiede im Papiergefüge in Grenzen ausgeglichen. Es resultiert ein gleichmäßiges verdichtetes Papier mit glänzender, glatterer, jedoch weniger ebener Oberfläche ohne Glanzmottle. Dafür müssen verminderte Dicke, Steifigkeit und Opazität in Kauf genommen werden.
- Die beschriebenen grundsätzlich unterschiedlichen Auswirkungen beider Aggregate sind in ihren Dimensionen natürlich auch abhängig vom Papieraufbau, einem Feuchtegehalt und seiner Zusammensetzung sowie von der Höhe des angewandten Druckes und der Bahntemperatur bei der Bearbeitung.
- Schichtträgermaterialien für lichtempfindliche Schichten sollen hochebene Oberflächen aufweisen, um "fotografischen mottle" weitgehend zu vermeiden. Der fotografische "mottle"-Begriff ist in DE 34 26 782 beschrieben.
- Um ein hochebenes Endprodukt zu erzielen, muß schon das Basispapier möglichst ebene Oberflächen aufweisen. Kalander, die überwiegend Glanz und Glätte erzeugen, haben sich deshalb für die Herstellung von Basispapieren für Schichtträger lichtempfindlicher Materialien nicht bewährt. Zum Einebnen der Papieroberflächen bedient man sich vielmehr vorzugsweise der Glättwerke.
- Ein Glättwerk besteht aus 2 bis 10 Walzen, die üblicherweise senkrecht übereinander angeordnet sind und befindet sich vorzugsweise in einer Papiermaschine zwischen Trocknung und Aufrollung. Die unterste, mit einem Antrieb versehene Trägerwalze kann bombiert sein und ist im Durchmesser größer als die restlichen Walzen. Die restlichen Walzen haben in der Regel gleiche Durchmesser, manchmal jedoch sind die oberste und die zweitunterste Walze im Durchmesser geringfügig größer als die anderen. Ein Maschinenglättwerk ist beispielsweise in G.A., Smook - Handbook for Pulp and Paper Technologists - Ausgabe 1982, Seiten 254 - 258 beschrieben.
- Um ein Papier zu kalibrieren, d.h. um einem Papier an allen Orten eine identische Dicke zu geben, ist der durch das Eigengewicht der Walzen eines Glättwerks gegebene Druck normalerweise zu gering. Das Glättwerk wird deshalb zusätzlich mit Druck belastet. Bei Druckbelastung neigen jedoch gestapelte Walzen in einem Glättwerk dazu, ihre Lage zu verändern und seitlich auszuweichen. Selbst kleine Veränderungen der Lage einer Walze machen sich durch ein verändertes Dickenprofil des Papiers, quer über die Bahn gemessen, bemerkbar. Je mehr Walzen ein Glättwerk besitzt, desto geringer kann der Zusatzdruck sein, aber um so schwieriger ist die exakte Fixierung der Walzenlage zu beherrschen. Weniger Walzen bedingen andererseits einen höheren Druck. In der Praxis werden deshalb Maschinenglättwerke mit 4 bis 7 Walzen bevorzugt.
- Walzenanzahl und Druckbelastung müssen jedoch immer auf die Anforderungen des Papiers abgestimmt werden. Bei relativ hohen Verdichtungen, wie sie zur Herstellung fotografischer Basispapiere erwünscht und üblich sind, werden deshalb Maschinenglättwerke mit 8 bis 14 Walzen bevorzugt. Eine geringere Walzenzahl würde wegen der dann erforderlichen hohen Drücke zu einer teilweisen Zerstörung des Fasergefüges führen. Selbst bei den 8 bis 14 Walzen-Hochdruckglättwerken können noch Liniendrücke bis zu 300 N/mm oder mehr auftreten, ein Druckbereich, der für das beschriebene "Ausweichen" der Glättwerkwalzen prädestiniert ist.
- Hoher Druck bewirkt im Walzenspalt neben einer Volumenverminderung des Papiers einen Breitenzuwachs (Querdehnung) der Papierbahn. Die im Walzenspalt fixierte Papierbahn kann sich jedoch nicht frei in die Breite ausdehnen. Dies kann bei zu starker Druckbelastung im ersten Walzenspalt (Nip) eines Glättwerks zu Längsfalten im Papier führen, die unter Umständen eingebügelt werden und die Walzenoberflächen beschädigen können. Diese Gefahr wird mit geringerem Flächengewicht größer (Vergleiche: Wochenblatt für Papierfabrikation 22, 1985, Seite 859). Selbst Hochdruckglättwerke mit 7 bis 14 Walzen sind daher in vielen Fällen nicht in der Lage, die gewünschte Verdichtung ohne gleichzeitig auftretende Nachteile zu realisieren.
- Als nachteilig stellte sich ferner heraus, daß bei hoher Verdichtung des Basispapiers im ersten Nip als Folge des Einschlusses von Luft im Papiervlies kleine Hohlräume entstehen. Bei der nachfolgenden beidseitigen Beschichtung des verdichteten Basispapiers mit Polyolefinharz im Extrusionsbeschichtungsverfahren dehnt sich die in den Hohlräumen verbliebene Luft zunächst bei Erwärmung aus. Im Verlauf der anschließenden, im Kontakt mit dem Kühlzylinder erfolgenden Abkühlung schrumpfen die eingeschlossenen Luftblasen, und der darüber befindliche Polyolefinfilm fällt ein zu winzigen Vertiefungen, sogenannten "pits". Diese "pits" sind nach späterer Emulsionierung und Bebilderung als deutlich sichtbare Störung im fotografischen Bild unerwünscht. Auch diese Erscheinung setzte dem Einsatz von Hochdruckglättwerken Grenzen.
- Schließlich erwies sich als nachteilig, daß bei üblichen Glättwerken mit Walzen gleichen Durchmessers in bestimmten Bereichen der Bahngeschwindigkeit Resonanzschwingungen in den Walzen auftraten. Diese führten zu quer über die Papierbahn verlaufenden Markierungen, die aus Streifen abweichender Verdichtung bestanden und selbst nach Polyolefinharzbeschichtung als Oberflächenstörungen erkennbar blieben. Dieser Nachteil setzt bestimmte Grenzen im Hinblick auf eine wünschenswerte stufenlose Veränderung bzw. Anpassung der Maschinengeschwindigkeit.
- Als letztes erwies sich auch die bislang bei Maschinenglättwerken übliche starre Bombierung der Tragewalze bzw. der Tragewalze und ein oder zwei weiteren Walzen als nachteilig, weil dadurch die Flexibilität der Anlage begrenzt wird auf wenige Flächengewichts-Druck-Paarungen. Insbesondere in diesem Zusammenhang müssen auch die mit den Arbeits- und Außenbedingungen wechselnden Walzentemperaturen als nachteilig vermerkt werden. Vor allem Maschinenglättwerke, in die das aus der Trockenpartie einer Papiermaschine kommende Papier direkt einläuft, zeigen erhebliche Temperaturschwankungen, die häufig mit zusätzlichen Verformungen der Walzen und Dickeunterschieden des Papiers zwischen Bahnkante und Bahnmitte verknüpft sind, die durch Walzenbombierung nicht aufgefangen werden können.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen die oben geschilderten Nachteile vermieden werden und ein hochglattes- und "pit"-freies Papier erhalten wird.
- Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen beschriebenen Vorrichtungen und Verfahrensmaßnahmen gelöst.
- Erfindungsgemäß sind die beiden ersten Walzen, in deren Spalt das Papier zuerst eingezogen wird von größerem Durchmesser als die restlichen Walzen, außer der Trägerwalze. Das Verhältnis der Durchmesser der dickeren Walzen zu den Durchmessern der dünnen Walzen liegt im Bereich von 1 : 0,45 bis 0,70. Wichtig dabei ist, daß das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser bei den dickeren Walzen zwischen 4 : 1 und 8 : 1 einschließlich gehalten wird und bei den dünneren Walzen zwischen 10 : 1 und 14 : 1 einschließlich. Die erste und die letzte Walze können zonengesteuert sein. In der Erprobung hat sich gezeigt, daß die in der Aufgabe beschriebene Qualitätssteigerung des Papiers erfolgt, ohne daß die oben weiter beschriebenen Nachteile auftreten; das gilt für alle Papiere, Halbkartons und Kartons. Die Papiere bzw. Kartons können mit oder ohne Füllstoff gearbeitet sein. Versuche wurden durchgeführt mit Flächengewichten zwischen 50 g/m und 300 g/m sowohl mit als auch ohne Füllstoff.
- Die Erfindung wird nun anhand von zwei ausgewählten Beispielen nachfolgend näher erläutert:
- In einer besonderen Ausführungsform besteht das Glättwerk aus wenigstens drei aneinander angeordneten Walzen. Hierbei wird auf eine im Durchmesser größere Trägerwalze verzichtet und nur eine der beiden größeren Walzen ist als zonengesteuerte Biegungsausgleichwalze ausgebildet. Dieses Glättwerk arbeitet ebenfalls erfindungsgemäß, kann jedoch nur für geringere Papierbahnarbeiten eingesetzt werden.
- Ein 180 g/m² schweres Fotobasispapier mit einem spezifischen Volumen von 1,33 cm³/g wurde mittels eines 5-Walzen-Glättwerks geglättet und kalibriert.
- Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkombination:
Walze 1 (oben) 700 mm Durchmesser 2 650 mm " 3 400 mm " 4 450 mm " 5 (unten) 600 mm " - Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 220 N/mm.
- Ein 150 g/m² schweres Fotobasispapier mit einem spezifischen Volumen von 1,35 cm³/g wurde mittels eines 7-Walzen-Glättwerks geglättet und kalibriert.
- Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkombination:
Walze 1 (oben) 710 mm Durchmesser 2 760 mm " 3 400 mm " 4 450 mm " 5 400 mm " 6 450 mm " 7 (unten) 820 mm " - Die Walzen 1 und 7 waren zonengesteuerte Biegungsausgleichswalzen (Nipco-Walzen). Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 180 N/mm.
- Das Fotobasispapier aus Beispiel 1 wurde mittels eines 5-Walzen-Glättwerks geglättet und kalibriert.
Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkomination:Walze 1 (oben) 500 mm Durchmesser 2 400 mm " 3 400 mm " 4 400 mm " 5 (unten) 600 mm " - Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 220 N/mm.
- Das Fotobasispapier aus Beispiel 2 wurde mittels eines 7-Walzen-Glättwerks geglättet und kalibriert.
- Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkombination:
Walze 1 (oben) 500 mm Druchmesser 2 400 mm " 3 400 mm " 4 400 mm " 5 400 mm " 6 400 mm " 7 (unten) 600 mm " - Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 180 N/mm.
- Die Walzen 1 und 7 waren zonengesteuerte Biegungsausgleichswalzen (Nipco-Walzen). Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 180 N/mm.
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- 1.
- 2. Pitsniveau: Die Oberfläche einer Papierprobe wird mit einem Mikroskop betrachtet. Eine kreisförmige Objektfläche von 10 mm Durchmesser wird bei 20facher Vergrößerung unter Streiflicht beleuchtet. Im reflektierten Licht sind auf einem Bildschirm die Pits als dunkle Punkte zu erkennen.
- Je nach Anzahl und Größe wird ein qualitatives Urteil abgegeben, wobei 1 = keine Pits und 5 = sehr viele und große Pits bedeuten.
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Tab.1 Beispiel spez. Volumen n.Kalibrierung Pitsniveau Falten nach dem 1. Spalt 1 0,96 2 nein 2 0,90 2 nein Vergl.zu 1 0,93 3 - 4 ja Vergl.zu 2 0,89 3 ja Die einzelnen Stufen der Glättung und Kalibrierung sind den Abbildungen 1 und 2 zu entnehmen. - Die schonendere Verdichtung des Fasergefüges gestattet es, auch bei hohen Liniendrücken faltenfrei im Glättwerk zu produzieren. Insbesondere das "Pitsniveau" läßt sich durch die schonendere Fahrweise des erfindungsgemäß arbeitenden Glättwerks deutlich reduzieren.
Claims (8)
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