ES2231485T3 - Metodo para calandrar una tira de carton. - Google Patents

Abstract

Un método para calandrar una tira de cartón no revestida (W) utilizada para la fabricación de grados de cartón, conocidos bajo los nombres comerciales White Lined Chipboard (WLC) y Folding Box Board (FBB), en una calandria de zapata de intersticio de pasada largo (N), que está formada por un rodillo de zapata (10) y un rodillo térmico (20), en el que se utilizan de una manera ventajosa un tiempo de residencia en el intersticio de pasada que es mayor que 10 ms, de una manera ventajosa mayor que 20 ms, una presión del intersticio de pasada que es menor que 3 MPa, de una manera ventajosa menor que 1 MPa, y una temperatura de la superficie del rodillo térmico (20), que es mayor que 200ºC, de una manera ventajosa mayor que 250ºC, en el que la superficie de la tira de cartón (W) que debe prensarse contra el rodillo térmico (20) es humedecida delante del intersticio de pasada (N) pulverizando agua atomizada sobre la superficie de la tira de cartón (W) que se coloca contra el rodillo térmico (20) en una cantidad de 1 ¿ 20 g/m2, de tal forma que el tiempo de actuación del agua delante del intersticio de pasada es aproximadamente 0, 1 ¿ 2 s, y en el que se utiliza una cinta de calandria (12), que tiene una dureza menor que 100 ShA, de una manera ventajosa menor que 80 ShA, sobre el rodillo de zapata.

Description

Método para calandrar una tira de cartón.

La invención se refiere a un método para calandrar una tira de cartón no revestida, utilizada para la fabricación de grados de cartón conocidos bajo los nombres comerciales White Lined Chipboard (WLC) y Folding Box Board (FBB).

Un cilindro Yankee es utilizado, en general, en la fabricación de grados de cartón suficientemente rígidos, que son adecuados para paquetes, por ejemplo para paquetes de galletas/bizcochos, paquetes de cosméticos, etc. y en los que se requiere adicionalmente que uno de sus lados tenga buenas propiedades superficiales. Después del tratamiento con un cilindro Yankee, la superficie de cartón que ha estado contra el cilindro Yankee es sometida a un tratamiento de la superficie. Después del tratamiento de la superficie, la tira de cartón es sometida adicionalmente al calandrado final, cuando se requiere. Se proporcionan a la tira tratada con un cilindro Yankee buenas propiedades superficiales, buen volumen y rigidez y baja retracción en los bordes.

Las propiedades de calidad más importantes del cartón producido por un cilindro Yankee antes del revestimiento están en un intervalo de: volumen 1,4-1,6 dm3/kg, rugosidad Bendtsen 50-250 ml/min y rugosidad PPS-s10 3,5-7,5 \mum.

Un problema que se plantea con el uso de un cilindro Yankee es su capacidad de desplazamiento. El cilindro Yankee solamente se puede desplazar en una ventaja de funcionamiento relativamente estrecha. La tira debe estar suficientemente húmeda cuando llega al cilindro Yankee con el fin de que se adhiera de una manera adecuada a la superficie exterior caliente y lisa de la cáscara del cilindro Yankee por la acción de adhesión. Por otra parte, la tira no tiene que estar demasiado húmeda cuando llega al cilindro Yankee con el fin de que tenga tiempo para secarse en una medida suficiente sobre el cilindro Yankee. Si la tira no tiene tiempo para secarse en una medida suficiente sobre el cilindro Yankee, no se puede desprender de la superficie del cilindro en el extremo trasero del cilindro. La separación de la tira desde la superficie exterior caliente del cilindro Yankee tiene lugar por medio de una cuchilla. Los problemas de desplazamiento mencionados anteriormente han limitado la velocidad de desplazamiento de un cilindro Yankee con grados de cartón de este tipo hasta un margen por debajo de aproximadamente 600 m/min. Típicamente, las velocidades de desplazamiento del cilindro Yankee están en un intervalo de aproximadamente 200-400 m/min. Además, la cáscara del cilindro Yankee, cuyo diámetro puede alcanzar hasta 7 m de tamaño, debe cumplir requerimientos estrictos con respecto a deformación, conductividad térmica, desgaste y corrosión, con el resultado de que el cilindro Yankee será relativamente costoso. Además, se utiliza normalmente un dispositivo de choque en conexión con el cilindro Yankee.

Los grados de cartón mencionados anteriormente pueden ser producidos también sin un cilindro Yankee, en cuyo caso la tira puede ser provista con las propiedades deseadas de la superficie por medio de una calandria de pila húmeda. La calandria de pila húmeda se forma de una calandria de intersticio de pasada duro de múltiples pasadas, pero el proceso de calandrado se diferencia totalmente del calandrado de intersticio de pasada duro convencional. La calandria de pila húmeda utiliza gradientes de humedad. La tira es secada delante de la calandria de pila húmeda, de tal manera que su contenido de humedad sea sólo aproximadamente 1-2%. Sobre la calandria de pila húmeda se utilizan cajas de agua en combinación con 1-3 rodillos para formar una película de agua sobre la superficie exterior de la cáscara del rodillo delante de un intersticio de pasada. Esta película de agua es presionada sobre la superficie de la tira en el intersticio de pasada. La tira relativamente gruesa solamente es humedecida desde su superficie, en cuyo caso, por la acción de presión simultánea, la tira es más calandrada sobre la superficie en comparación con el interior secado en exceso de la tira. Este tipo de calandrado da lugar a una relación buena entre humedad y volumen, es decir, que se obtiene una humedad buena, pero sin perder demasiado volumen. El tratamiento superficial y el calandrado posiblemente final de la tira son realizados después del calandrado de pila húmedo.

Los problemas de la capacidad de desplazamiento están asociados también con el calandrado de pila húmedo. Si la distribución de la presión en los intersticios de pasada proporcionada con cajas de agua no es suficientemente uniforme entonces puede pasar agua a través del intersticio de pasada, formando una bolsa de agua debajo de la tira. Esto provoca roturas de la tira en el intersticio de pasada siguiente. Puesto que el volumen es un factor crítico con los grados de cartón, debe ser posible accionar la calandria con una presión de pasada óptima requerida por cada grado de cartón, cuya presión es suficientemente uniforme en todo el área del intersticio de pasada para permitir el uso de cajas de agua. La calandria de pila húmeda está diseñada para que se pueda variar el número de rodillos en ella y para que se coloquen rodillos compensados en la deflexión, de tal manera que se consiga una presión suficientemente uniforme de la pasada en los intersticios de pasada provistos con cajas de agua. En la calandria de apila húmeda se forman también fácilmente pliegues en la tira, en particular en una tira que tiene un peso de base bajo.

La patente US 4.938.859 del solicitante describe una calandria de pila húmeda con una caja de agua colocada en conexión con un intersticio de pasada perfilado que está formado por un rodillo compensado en la deflexión que está colocado en el centro de la calandria. La patente US 5.522.312 describe una calandria de pila húmeda, en la que se utiliza un dispositivo de medición en combinación con una caja de agua para controlar el espesor y la uniformidad de una película de agua aplicada a un rodillo de calandria. El agua es transferida desde el rodillo de calandria hasta la tira en un intersticio de pasada. La patente US 5.607.553 describe una calandria de pasada húmeda, en la que las cajas de agua han sido substituidas por dispositivos de pulverización de agua para pulverizar agua en forma de gotitas a un rodillo reversible de la calandria. El agua es transferida desde el rodillo reversible hasta la tira en un intersticio de pasada.

El documento WO 99/67462 describe un método para calandrar papel o cartón cuando se fabrican grados revestidos de papel o cartón en dos etapas. En la primera etapa, es decir, la etapa de pre-calandrado, la tira no revestida es calandrada con una calandria de zapata que tiene una longitud de la zapata de al menos 50 mm, después de lo cual la tira es calandrada. En la segunda etapa, la tira revestida es calandrada con una calandria que tiene una longitud del intersticio de pasada de 50 mm como máximo. La presión máxima en el intersticio de pasada de calandrado previo se mantiene en 0 a 15 Mpa, con preferencia en 4 a 12 Mpa. La tira es pre-calandrada a una humedad y a una temperatura, a las que se ha alcanzado al menos la temperatura de transición vítrea de material que forma la parte de la superficie de la tira. La tira puede ser pre-tratada, por ejemplo, vaporizando y/o humedeciendo con agua o una combinación de humidificación previa y pudiendo recurrirse al uso de un rodillo de apoyo caliente en la calandria de zapata con el fin de alcanzar la temperatura de transición vítrea. El tiempo de residencia de la tira en la calandria es de 3 a 40 ms.

El documento WO 95/26809 describe un cartón revestido para artículos moldeados, por ejemplo cartón de envase hidráulico o revestimiento superior blanco. El cartón está constituido por una matriz de fibras en una, dos o más capas y un revestimiento y tiene un brillo superficial adecuado para cada tipo específico de artículos formados. El cartón solamente ha sido calandrado después de que ha sido revestido con una calandria que tiene un intersticio de pasada extendido blando. La memoria descriptiva menciona que la temperatura de la calandria está típicamente en el intervalo de 140-250ºC, pero son posibles temperaturas incluso más altas. Se dice que la longitud del intersticio de pasada en la llamada calandria superblanda, que se puede utilizar en el calandrado de la tira revestida está entre 40 y 60 mm. Aunque la idea principal en este documento es calandrad solamente la tira revestida, es decir, no la tira no revestida, se dice que es posible también calandrar la tira no revestida además de calandrar la tira revestida.

El documento WO 00/03087 describe un método para fabricar papel de imprenta tratado en la superficie. La tira es secada en primer lugar en la sección de secado típicamente hasta una humedad de 2 a 4% y es humedecida de nuevo típicamente hasta una humedad de 8 a 12% antes del tratamiento de la superficie, es decir, antes del calandrado en una calandria de pasadas múltiples. El dispositivo de humidificación está colocado delante de la calandria, para que el tiempo de absorción del agua esté entre 0,2 y 2,0 segundos antes de que la tira alcance la calandria. La cantidad de agua utilizada en el método está entre 0,1 y 10 g/m^{2} y el tamaño de las gotitas en el dispositivo humidificador por pulverización está entre 10 y 100 \mu.

El documento US 5.836.242 describe un sistema de calandrado en un proceso de fabricación de papel o de fabricación de cartón. El sistema comprende al menos un intersticio de pasada de prensado y una cinta de calandria sin fin que comprende un núcleo y un material elástico compresible adherido al núcleo. La cinta comprende al menos dos capas que tienen durezas diferentes. El lado de la tira tiene una primera dureza en el intervalo de 75 a 91 Shore A y la capa del lado de la prensa tiene una segunda dureza más alta. La presión media utilizada en esta calandria es mayor que 4 MPa.

Debido a las limitaciones mencionadas anteriormente, en el caso de los grados de cartón mencionados anteriormente, sería deseable substituir el cilindro Yankee y la calandria de pila húmeda con alguna disposición nueva mejorada. Como una disposición nueva, se han llevado a cabo intentos con la calandria de intersticio de pasada largo conocida en sí, pero hasta ahora no se han conseguido resultados
suficientemente buenos.

Por una calandria de intersticio de pasada largo se entiende una calandria, en la que se forma un intersticio de pasada entre un rodillo de acero que se puede calentar y una cinta. En la calandria de intersticio de pasada largo, la presión del intersticio de pasas se puede ajustar en la dirección transversal (CD) de la máquina, en cuyo caso es posible perfilar, por ejemplo, el calibre de papel La calandria de intersticio de pasada largo se puede formar por una calandria de cinta, en la que se pasa una cinta guiada por rodillos auxiliares alrededor de uno de los rodillos de intersticio de pasada, es decir, e rodillo que funciona como un rodillo de apoyo para un rodillo térmico. Por lo tanto, se forma un intersticio de pasada largo entre un rodillo térmico y el otro rodillo del intersticio de pasada que carga la cinta. La calandria de intersticio de pasada largo más común es una calandria de zapata, en la que está dispuesta una cinta para que se desplace alrededor de una estructura de soporte estacionaria y en la que la cinta está cargada contra un rodillo térmico por medio de una zapata de carga que está colocada en el interior del circuito de la cinta y está soportada sobre la estructura de soporte. El intersticio de pasada largo está formado en la calandria de zapata entre el rodillo térmico y la zapata que carga la cinta. Por lo tanto, la longitud del intersticio de pasada está determinada por la zapata de carga de la calandria de zapata. El método de acuerdo con la invención es adecuado principalmente para uso en conexión con la calandria de zapata mencionada anteriormente.

En las calandrias de zapata de la técnica anterior que están en uso, la longitud del intersticio de pasada está típicamente en un intervalo de 50-70 mm, es decir, que el tiempo de residencia de la tira en el intersticio de pasada es considerablemente menor que 10 ms. La temperatura de la superficie del rodillo térmico que sirve como el rodillo de apoyo del rodillo de zapata está en un intervalo de 80-200ºC y la presión máxima del intersticio de pasada está en un intervalo de 5-10 MPa. La dureza de la cinta de calandrado de la calandria de zapata está en un intervalo de 80-100 ShA. Han sido utilizados intersticios de pasada más largos de aproximadamente 270 mm en prensas basadas en el rodillo de zapata.

En el método de acuerdo con la invención, se han con seguir resultados de calandrado buenos totalmente inesperados a través del calandrado de la tira con una calandria de zapata en un intervalo de parámetros que es contrario a la actual concepción previa de un técnico en la materia.

Las características principales del método de acuerdo con la invención están establecidas en la reivindicación 1.

En ensayos realizados sobre una calandria de zapata, se ha encontrado de una manera inesperada que haciendo funcionar la calandria de zapata con valores de parámetros que son considerablemente diferentes de los valores de los parámetros conocidos hasta ahora, se ha conseguido un resultado de calandrado bueno en particular con los grados de cartón mencionados anteriormente. De acuerdo con la invención, en una calandria de zapata, se utiliza un intersticio de pasada que es considerablemente largo, de tal forma que se consigue un tiempo de residencia en el intersticio de pasada sobre 10 ms, de una manera ventajosa sobre 20 ms. Además, se utilizan una presión muy baja en el intersticio de pasada menor que 3 MPa, de una manera ventajosa menor que 1 MPa, y una temperatura alta de la superficie de más de 200ºC, de una manera ventajosa mayor que 250ºC en el rodillo térmico. La superficie de la tira prensada contra el rodillo térmico es sometida a humidificación con agua delante de la calandria de zapata, pulverizando agua atomizada sobre dicha superficie de la tira en una cantidad de 1-20 g/m^{2}, de tal forma que el tiempo de actuación del agua delante del intersticio de pasada es aproximadamente 0,1-2 g.

En el método de acuerdo con la invención, se utiliza una cinta de calandria que tiene una dureza menor que 100 ShA, con preferencia menor que 80 ShA, sobre el rodillo de zapata.

A continuación se describe el método de acuerdo con la invención con referencia a la figura que se acompaña, cuyos detalles de la invención no están destinados a limitarla de una manera exclusiva.

La figura muestra de forma esquemática una calandria de zapata, a la que se puede aplicar el método de acuerdo con la invención. La calandria de zapata comprende aquí un rodillo de zapata 10 y un rodillo de apoyo 20 que puede ser calentado, es decir, un rodillo térmico. El rodillo de zapata 10 está formado de una estructura de soporte estacionaria 11 y una cáscara de cinta 12 que gira alrededor de ella. La carcasa de cinta 12 está cargada contra el rodillo térmico 20 por medio de una zapata de carga 13 prevista en el interior de la cáscara de cinta 12 y que está soportada sobre la superficie de soporte 11 por medio de dos hileras de actuadores 14a, 14b espaciadas una de la otra en la dirección de la máquina. Los actuadores 14a, 14b están formados de una manera ventajosa por una construcción de cilindro y pistón. La zapata de carga 13 comprende conductos de alimentación de lubricantes 15, por medio de los cuales se puede alimentar lubricante a una bolsa de lubricante 16 entre la cáscara de la cinta 12 y la superficie frontal de la zapata de carga 13, a partir de cuya bolsa se forma una película de lubricante entre la zapata de carga 13 y la cáscara de la cinta 12. Un intersticio de pasada largo N está formado entre la cáscara de la cinta 12 configurada por la zapata de carga 13 y la superficie exterior de la cáscara del rodillo térmico
20.

Se hace pasar una tira W dentro de la calandria de intersticio de pasada largo desde la dirección mostrada por la flecha S. La superficie de la tira W que debe ser prensada contra el rodillo térmico 20 es humedecida por medio de un cilindro de humidificación 30 antes de que la tira W haya pasado al interior del intersticio de pasada largo N. El contenido de humedad de la tira W delante del dispositivo de humidificación 30 puede estar en el intervalo de 1-20%, de una manera ventajosa en un intervalo de 1-10%. La humidificación se realiza pulverizando agua atomizada sobre la superficie de la tira en una cantidad de 1-20 g/m^{2}. El agua es pulverizada sobre la superficie de la tira W, de tal forma que su tiempo de acción delante del intersticio de pasada está entre aproximadamente 0,1-2 s. El objetivo es aquí que solamente sea humedecida la superficie de la tira W que debe colocarse contra el rodillo térmico 20. Cuando sea necesario, se pueden mezclar también agentes tensioactivos en el agua utilizada para la humidificación con el fin de ayudar al agua a penetrar en las estructuras de la superficie de la tira.

La longitud L del intersticio de pasada largo N ha sido elegida de acuerdo con la velocidad de desplazamiento en cada instante particular, de tal forma que el tiempo de residencia de la tira W en el intersticio de pasada largo N sea mayor que 10 ms, de una manera ventajosa mayor que 20 ms. Por ejemplo, a una velocidad de desplazamiento de 1500 m/min, la longitud del intersticio de pasada será aproximadamente 500 mm con el fin de conseguir un tiempo de residencia de 20 ms.

La zapata de carga 13 está cargada para que la tira W sea sometida en el intersticio de pasada N a una presión de compresión menor que 3 MPa, de una manera ventajosa una presión de comprensión menor que 1 MPa. La presión de comprensión tiene también, naturalmente, un límite inferior, de manera que no se consigue el efecto de calandrado deseado a presiones menores que este límite inferior. De acuerdo con los conocimientos actuales, este límite inferior está aproximadamente en 0,1 MPa.

El rodillo térmico 20 es calentado para que la temperatura de la superficie exterior de esta cáscara sea mayor que 200ºC, de una manera ventajosa mayor que 250ºC. El rodillo térmico 20 se puede calentar haciendo circular en el rodillo térmico un medio calefactor, que es calentado en un dispositivo de calefacción que está previsto dentro del rodillo térmico. El rodillo térmico 20 se puede calentar adicionalmente, por ejemplo, con un calentador por inducción 40 que está colocado en conexión con la superficie exterior de la cáscara del rodillo térmico o en el interior del rodillo térmico, Por ejemplo se puede utilizar agua, vapor o aceite como un medio de calefacción.

En los ensayos realizados, se ha encontrado que la tira utilizada para la fabricación de grados de cartón conocidos bajo los nombres comerciales White Lined Chipboard (WLC) y Folding Box Board (FBB) podría ser calandrada por la calandria de zapara provista con los valores de parámetros mencionados anteriormente, de tal forma que la calidad del producto calandrado era tan buena o superior a la calidad del cartón correspondiente producido sobre un cilindro Yankee.

La propiedades de calidad más importantes de una tira calandrada por el método de acuerdo con la invención antes del revestimiento están, por lo tanto, al menos en el intervalo siguiente: volumen 1,4-1,6 dm^{3}/kg, rugosidad Bendtsen 50-250 ml/min, y rugosidad PPS-s10 3,5-7,5 \mum.

El uso de un cilindro Yankee y, como su alternativa, de una calandria de pila húmeda se puede substituir con un método de acuerdo con la invención en la fabricación de los grados de cartón WLC y FBB del tipo mencionado anteriormente. Como resultado de esto, se puede incrementar en una medida considerable la eficiencia de la fabricación de cartón. La velocidad de desplazamiento de un cilindro Yankee está en un intervalo menor que aproximadamente 600 m/min y otros problemas de capacidad de desplazamiento están asociados con una calandria de pila húmeda. Por el contrario, se pueden conseguir velocidades de desplazamiento considerablemente más altas con la calandria de zapata de acuerdo con la invención, y su capacidad de desplazamiento es buena. El método de acuerdo con la invención se puede aplicar a una calandria de zapata, de manera que se consiguen velocidades de desplazamiento incluso superiores a 2000 m/min. La calandria de zapata no establece por sí misma ninguna limitación técnica a la velocidad de calandrado.

Las reivindicaciones que se presentan a continuación y los detalles de la invención pueden diferir dentro de la idea inventiva definida por dichas reivindicaciones de la descripción dada anteriormente sólo a modo de ejemplo.

Claims (1)

1. Un método para calandrar una tira de cartón no revestida (W) utilizada para la fabricación de grados de cartón, conocidos bajo los nombres comerciales White Lined Chipboard (WLC) y Folding Box Board (FBB), en una calandria de zapata de intersticio de pasada largo (N), que está formada por un rodillo de zapata (10) y un rodillo térmico (20), en el que se utilizan de una manera ventajosa un tiempo de residencia en el intersticio de pasada que es mayor que 10 ms, de una manera ventajosa mayor que 20 ms, una presión del intersticio de pasada que es menor que 3 MPa, de una manera ventajosa menor que 1 MPa, y una temperatura de la superficie del rodillo térmico (20), que es mayor que 200ºC, de una manera ventajosa mayor que 250ºC, en el que la superficie de la tira de cartón (W) que debe prensarse contra el rodillo térmico (20) es humedecida delante del intersticio de pasada (N) pulverizando agua atomizada sobre la superficie de la tira de cartón (W) que se coloca contra el rodillo térmico (20) en una cantidad de 1-20 g/m^{2}, de tal forma que el tiempo de actuación del agua delante del intersticio de pasada es aproximadamente 0,1-2 s, y en el que se utiliza una cinta de calandria (12), que tiene una dureza menor que 100 ShA, de una manera ventajosa menor que 80 ShA, sobre el rodillo de zapata (10).