FI121275B - Menetelmä kuiturainan kalanteroimiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä kuiturainan kalanteroimiseksi

Keksintö koskee menetelmää kuiturainan kalanteroimiseksi kalanterissa, jonka telastossa on vähintään kaksi telaa, joiden väliin jää telanippi ja vähintään yksi teloista on polymeeri-5 pinnoitteinen.

Paperin kiiltoon vaikuttavat useat tekijät. Haluttaessa varmistua paperin riittävän korkeasta kiiltoasteesta on käytössä tällöin useita mahdollisuuksia; paperin sisältämän päällysteen määrää ja päällystepastan kuiva-ainepitoisuutta sekä sideainepitoisuutta voidaan säätää. Päällystepastan sisältämän kiillotepigmentin määrää voidaan muuttaa. Kalateroinnin nippi-10 kuormitusta ja termotelojen lämpötilaa voidaan muuttaa. Edelleen voidaan säätää kalante-roitavan pohjapaperin karheutta sekä paperin kosteutta ennen kalanterointia. Nimenomaan monitelakalanterissa korreloi paperin kiillon kehittyminen telanippien lukumäärään, paperin ajonopeuteen kalanterissa ja telanipeissä vallitsevaan paineeseen sekä telastossa olevien lämmitettävien termotelojen lämpötilaan. Eräässä käytetyimmässä monitelakalantereiden 15 tyypissä vuorottelevat lämmitettävissä olevat termotelat ja polymeeripinnoitetut telat. Tällaisia termoteloja ja polymeeripinnoitettuja teloja on monitelakalanterissa tyypillisesti 6 -16 kpl; esim. hakijan käyttämässä nk. Optiload- ja Twinline- kalanterissa on tyypillisesti 5 -12 telaa, joista 2-5 on termotelaa ja 4-7 polymeeripinnoitettua telaa.

Usein kalanteroitaessa kehittyvä paperilajin kiilto ei vastaa sille asetettuja laatuvaatimuksia 20 vaikka paperin koostumukseen ja kalanterointiolosuhteet pidettäisiinkin vakiona. Koska paperin kiiltoon vaikuttavat niin monet eri tekijät, on näitä laadun heikkenemisen syitä ollut vaikea löytää ja kontrolloida. Keksinnön tavoitteena oli löytää paperirainan monitelaka-lanteroinnin yhteydessä käytettävissä oleva prosessisuure, jolla voitaisiin varmistaa kalanteroitaessa kehittyvän paperin kiillon tasaisuus.

25 Ennen käyttöönottoa polymeeripinnoitettujen telojen pinnoite hiotaan tiettyyn pinnankar- i; heuteen, joka on tyypillisesti 0,4 pm - 0,6 pm. Pinnankarheus tarkoittaa tässä pinnan keskimääräistä poikkeamaa Ra, joka on määritelty esim. teoksissa Aimo Pere: koneenpiirrus-tus 1 & 2 (ISBN 952-97096-7-3). Ajan myötä polymeeripinnoitetun telan pinnan laatu heikkenee; sen karheus lisääntyy kuiturainan sisältämän päällysteen hiovan toiminnan 30 myötä ja lisäksi kuiturainan pintaan syntyy painaumia, jotka aiheuttavat telaston ei-toivottua värähtelyä. Telan vaihtamisen ajankohtaa ei ole yleensä määritetty tarkasti vaan ne on vaihdettu tietyin sopivaksi katsotuin aikavälein.

: ' i 2

Kokemusperäinen polymeeripinnoitettujen telojen vaihtamisen on kuitenkin todettu olevan riittämätön eräissä kalanterointiolosuhteissa, koska kalanteroitavan paperin laatu saattaa heiketä huomattavastikin jo ennen varsinaista vaihtoajankohtaa.

Keksintö perustuu siihen yllättävään havaintoon, että monitelakalanterissa, jossa paperirai-5 nan toinen tai yleensä kumpikin puoli on tarkoitus kiillottaa tiettyyn kiiltoon, täytyy polymeeripinnoitettujen telojen pinnankarheus pitää tiettyä paperilajikohtaisesti ja telanippi- ii kohtaisesti määritettyä raja-arvoa alempana. Aikaisemmin tähän seikkaan ei ole juurikaan kiinnitetty huomiota eikä sen yhteyttä paperin kiiltoon ole ymmärretty kiillon muodostumi-1 seen vaikuttavien parametrien moninaisuudesta johtuen. Kunkin polymeeripinnoitetun te-10 lan paperilajikohtaista pinnankarheuden raj a-arvoa määritettäessä otetaan huomioon ensisi- jaisesti monitelakalanteriin saapuvan kuiturainan kiilto sekä paperirainalle kalanterin tietyn telanipin kohdalla toivottu kiillotusasteen paraneminen. Myös polymeeripinnoitetun telan i vastatelan (tennotela) pinnankarheus voidaan ottaa huomioon määritettäessä polymeeri-pinnoitetun telan suurinta mahdollista karheuden raja-arvoa. Edelleen raja-arvon määrityk- ! 15 sessä voidaan ottaa huomioon myös muita paperirainan kiiltoon vaikuttavia tekijöitä joita on mainittu edellä ja jotka käsittävät sekä paperin koostumuksessa kiiltoon vaikuttavia tekijöitä että myös kalanteroinnin prosessisuureissa kiiltoon vaikuttavia tekijöitä. >

Tarkemmin sanottuna keksintö koskee menetelmää kuiturainan kalanteroimiseksi kalante-rissa, jonka telastossa on vähintään kaksi telaa, joiden väliin jää telanippi ja vähintään yksi ,.! 20 teloista on polymeeripinnoitteinen tela. Telaston polymeeripinnoitettujen telojen suurin sallittu pinnan keskimääräinen pinnankarheus riippuu halutusta kuiturainan kiillosta kussa- ;i kin telanipissä sijaitsevan polymeeripinnoitetun telan kohdalla sekä kalanteriin saapuvan kuiturainan (W; Wl) kiillosta. Kunkin polymeeripinnoitteisen telan pinnan keskimääräisen karheus on pienempi kuin kullekin polymeeripinnoitteiselle telalle määritetty pinnan suurin 25 sallittu keskimääräinen pinnankarheus.

Keksintöä käytetään edullisimmin päällystetyille sellu- ja puupohjaisille kiiltäville paperi- laaduille, joiden Hunter-kiilto on yli 20 % edullisesti 50 %.

Keksintö kohdistuu ennen kaikkea polymeeripinnoitettujen telojen pinnankarheuden säätämiseen valmistettaessa monitelakalanterissa kiillotettuja paperi- ja kartonkilajeja, mutta 30 myös päällystämättömille papereille keksintöä voidaan käyttää, vaikka niille sallittu polymeeripinnoitettujen telojen pinnankarheus saattaakin olla suhteellisen suuri johtuen alhaisemmista kiiltovaatimuksista.

Tässä monitelakalanterilla ymmärretään paperin tai kartongin kalanterointiin tarkoitettua kalanteria, jossa telasto, joka käsittää useita päällekkäin sijaitsevia samansuuntaisia teloja.

3

Aina kahden päällekkäisen telan väliin muodostuu telanippi, jossa kalanterin läpi kulkevan kuiturainan pinta muokkautuu telanipissä vallitsevan nippipaineen ansiosta. Monitelakal-lanterissa voidaan ainakin ylintä ja/tai alinta telaa voidaan nostaa ja laskea telanippien avaamiseksi tai sulkemiseksi mutta usein myös ylimmän ja alimman telan välissä olevien : 5 nk. välitelojen vaippaa voidaan laajentaa/siirtää kahden päällekkäisen telaparin väliseen nippipaineeseen vaikuttamiseksi. Monitelakalanterissa voi kaikissa telanipeissä olla sama tai erilainen nippipaine. Monitelakalanteriin saattaa kuulua lisäksi useita sinänsä tavan-omaisia kalanterointiprosessiin ja nippipaineen aikaansaamiseen liittyviä laitteita kuten : kuiturainan pinnan kosteuspitoisuuden säätöön käytettäviä välineitä, telojen painon kom-10 pensointiin käytettävissä olevia laitteita ja telojen päädyssä oleviin telan käyttö- ja laake-rointivälineisiin liittyviä kevennysvälineitä sekä muita kalanterointiprosessin hallintaan kuuluvia välineitä, joita on kuvattu laajalti alan kirjallisuudessa.

Kuiturainan Hunter-kiilto on yli 20 % mikäli paperi tai kartonki on päällystämätön kuten aikakauslehtipaperiksi tarkoitettu SC-paperi (supercalendered) ja yli 50 % mikäli paperi tai 15 kartonki on päällystetty. Paperin ja kartongin raja on häilyvä ja muun muassa painavimpi-en paperilaatujen neliöpainot ovat suurempia kuin keveämpien kartonkilajien; paperit valmistetaan yksikerroksisiksi ja niiden neliömassa on 25 - 300 g/m2. Kartongit ovat monikerroksisia ja niiden neliömassat ovat noin 150 - 600 g/m2.

Kiillotettuja paperilajeja on niin mekaanista massaa sisältävissä (puupohjaisissa) kuin sel-20 lupohjaisissakin päällystetyissä papereissa. Tyypillisiä mekaanista massaa runsaasti sisältäviä paperilajeja, joiden kalanterointiin keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa ovat SC-paperi, neliömassa n. 40 - 60 g/m2, Hunter-kiilto 20 -50 %, LWC-paperi, neliö-massa n. 60 - 80 g/m2, Hunter-kiilto 50 -80 % , kiillon ollessa yleensä kuitenkin noin 50 -65 %, MWC-paperi (Medium Weight Coated) neliömassa n. 70 - 90 g/m2, Hunter-kiilto 25 65 -75 %, MFC-paperi (Machine Finished Coated), neliöpaino 50 - 70 g/m2 Hunter-kiilto 25 - 70 %, FCO-paperi (film coated offset) neliöpaino 40 - 70 g/m2, Hunter-kiilto 45 - 55 %, HWC-paperi neliömassa n. 100 - 135 g/m2, Hunter-kiilto yli 90 %. Tyypillisiä sellu-pohjaisia, mekaanista massaa alle 10 % sisältäviä paperilaatuja joiden kalanteroinnissa keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää ovat WFC-paperit (Wood free coated), 30 joiden neliömassa vaihtelee huomattavasti riippuen siitä kuinka monta kertaa ne on päällystetty, neliöpainon ollessa n. 90 - 130 g/m2, Hunter- kiilto n. 65 - 85 %. Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutettava paperin pinnan PPS 10 - karheus (pm) vaihtelee välillä 0,6 - 2,8 riippuen paperilajista.

Päällystämätöntä SC-paperia käytetään tyypillisesti painotuotteissa kuten aikakauslehdissä 35 ja luetteloissa. ULWC-, ja LWC-paperia (erittäin kevyesti/kevyesti päällystetty) aikakaus- 1 lehdissä ja erilaisissa luetteloissa, SMC-, MWC- ja HWC-paperilaatuja (keskiraskaas- 4 ti/raskaasti päällystetty) käytetään etupäässä paino- ja kirjoituspaperina, WFC-paperia (puuvapaa, päällystetty) mainoksissa ja aikakauslehdissä, mutta myös kiiltävänä nk. taide-painopaperina. Kiiltävien taidepainopaperien neliömassat vaihtelevat välillä 100 -300 g/m .

Joissakin tapauksissa keksintöä voidaan käyttää myös valmistettaessa mattapintaisia sano-5 malehtipaperilajeja, joiden kiilto on noin 10 ja karheus 3,0-4,5.

Keksinnössä monitelakalanterin polymeeripinnoitettujen telojen maksimikarheus määrite- -:k tään siten, että ensin määritetään paperilajikohtaisesti paperin kiiltoon vaikuttavat tekijät kuten paperilajikohtainen päällystemäärä ja päällysteen koostumus sekä kalanterointiolo-suhteet kyseiselle paperilajille kuten termotelan lämpötila ja telanippien paineet ja ajono-10 peus sekä kuiturainan kosteus. Tämän jälkeen nämä olosuhteet pidetään vakiona, ja paperi-rainaa ajetaan suunnitellulla ajonopeudella kalanterissa tietty ajanjakso T. Tänä ajanjaksona T havainnoidaan polymeeripinnoitettujen telojen kulumista. Kun paperilajin kiillon kehitys kalanteroinnin aikana ei enää vastaa vaatimuksia tarkistetaan telojen karheusaste, mistä saadaan suoraan monitelakalanterin kunkin telan suurin sallittu karheus.

15 Riippuen paperilajista saatetaan monitelakalanterin telaston kullekin polymeeripinnoitetul- - le telalle saada erilaiset sallitut keskimääräiset maksimikarheudet Ra, koska paperin siley-den ja kiillon kehittyminen telaston ylä- ja alapuolen telanipeissä on usein erilaista. Tällöin kunkin polymeeripinnoitetun telan vaihtoväli riippuu sen sijainnista telastossa.

Monitelakalanterin kaikille polymeeripinnoitettujen teloille voidaan myös määrittää sama 20 keskimääräinen pinnarikarheus, minkä jälkeen telat tulee vaihtaa. Mikäli telat halutaan vaihtaa samaan aikaan täytyy suurin sallittu polymeeripinnoitetun telan pinnankarheus valita eniten kuluvan polymeeripinnoitetun telan mukaan. Telaston eri korkeudella olevissa telanipeissä voi olla mm. erilainen nippipaineprofiili, mikä aiheuttaa telojen erilaista kulumista.

25 Keksintöä havainnollistetaan seuraavassa vielä yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kaaviomaisiin kuvioihin 1 ja 2, joissa

Kuviossa 1 esitetään eräässä koeajosaijassa havaittua paperin kiillon kehittymistä monite-lakalanterissa.

Kuviossa 2 esitetään kaavamaisesti koejärjestelyssä käytettyä monitelakalanteria suoraan 30 kalanterin päätyyn katsottuna.

Kokeessa tavoiteltiin paperirainalle W erittäin korkeaa Hunter-kiiltoa (60 - 75 %) ja kiillon % paranemista noin 20-30 yksiköllä kalanteroitaessa.

5

Kuviossa 2 kaavamaisesti esitetyssä koejäq estetyssä käytetyssä nk. Optiload-monitelakalanterissa, jonka telastossa oli 9 telaa, joista joka toinen oli potymeeripinnoitettu tela ja joka toinen termotela. Telastossa vuorottelivat näin termotelal T sekä polymeeripin-noitetut telat P; PI.. P4 siten, että termotela T oli parittomissa telanipeissä nipistä läpi kul-5 kevan kuiturainan yläpuolella ja parittomissa alapuolella. Polymeeripinnoitettu tela P oli puolestaan parittomissa telanipeissä Nl, N3, N5 ja N7 kyseisestä nipistä läpi kulkevan kuiturainan alapuolella ja parittomissa nipeissä N2, N4, N6 ja N8 puolestaan kuiturainan yläpuolella, Näin telastossa oli kahdeksan telanippiä N; Nl- N8 ja 16 polymeeripinnoitetusta telasta ja termotelasta muodostuvaa telaparia. Telaston ylin ja alin tela olivat lämmitettä-10 vissä olevia termoteloja ja tietyn kiillon omaava kuituraina (W; Wl) saapui ylimpään te-lanippiin N; Nl siten, että kalanteriin tulevan paperirainan W; W1 alapuoli tuli vasten ylintä termotelaa T; Tl. Telaston kaikkiin telanippeihin oli järjestetty sama nippipaine. Tulevan paperirainan W1 kiilto oli noin 40 % Hunter-asteikolla.

Kiillon kehitystä kalanteroidun paperirainan ala- ja yläpuolella tarkasteltiin telanipeittäin 15 kolmella eri nippipaineella. Käytetyt nippipaineet oli 200, 399 ja 380 kN/m. Kuviossa 1 on katkoviivoilla yhdistetty kalanteriin tulevan paperin yläpuolen Hunter-kiillon kehitys ja yhtenäisellä viivalla kalanteriin tulevan paperin alapuolen Hunter-kiillon kehitys eri telanipeissä ja eri nippipaineilla.

Kokeessa havaittiin että neljännen telanipin N; N4 jälkeen kiillon kehitys kaikilla käyte-20 tyillä nippipaineilla oli epätyydyttävää paperin alapuolella. Parittomissa telanipeissä alate-lana olevan polymeeripinnoitettujen telan pinnankarheus Ra oli 0,8 ja parillisissa telanipeissä ylätelana olevan polymeeripinnoitettujen telan pinnankarheus Ra oli 0,5. Liian karhea polymeeripinnoitettujen tela käytetylle paperilajille esti siten alapuolen kiillon kehittymisen toivotulla tavalla.

25 On kuitenkin huomattava, että mikäli paperilajille olisikin toivottu alempaa Hunter-kiiltoa esim. alle 55 %, olisi polymeeripinnoitettujen telan pinnankarheus Ra= 0,8 ollut vielä aivan riittävä.

Kuten edellä esitetystä kokeesta voidaan edelleen havaita, kalanterin alkupäässä telanipeissä N1, N2 ja N3, jossa kiilto oli tarkoitus nostaa noin 50 - 60 %:n, kiillon kehittyminen oli 30 vielä riittävää ja suurin piirtein samanlaista sekä paperin ala- että yläpuolelle. Kalanterin alkupään telanipeissä Nl, N2, N3 olevien polymeeripinnoitettujen telojen pinnankarheu-delle voidaan siten hyväksyä suurempi maksimaalinen pinnankarheus. Sen sijaan myöhemmissä telanipeissä N4- N8, joissa kiiltoa oli tarkoitus yli 60 %:n liian karhea polymee-ripinnoitetun telan pinta esti kiillon kehittymisen. Tavallisesti polymeeripinnoitettut telat 6 - / toimitetaan pinnakarheudella Ra<0,2 kelatun polymeeripinnoitteen omaaville teloille ja ΐ

Ra<0,4 valetun polymeeripinnoitteen omaaville teloille.

Näin ollen polymeeripinnoitettujen telan suurimman sallitun pinnankarheuden raja-arvo kalenterissa riippuu siitä sijaitseeko tela kalanterin telaston alku- vai loppupäässä sekä siitä 5 kuinka korkealle kiilto on tarkoitus nostaa kalanterissa.

Edellä on esitetty vain eräitä keksinnön toteutustapoja ja alan ammattimiehelle on ilmeistä, että keksintö on mahdollista toteuttaa monella muullakin tavalla patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Niinpä määritettäessä polymeeripinnoitettu jen telan suurinta sallittua pinnankarheutta tietyssä telanipissä voidaan ottaa huomioon myös sitä 10 vastapäätä olevan lämmitetyn termotelan pinnan karheuden vaikutus; uuden termotelan keskimääräinen pinnankarheus Ra on tyypillisesti < 0,2, kuluneen termotelan pinnankarhe-us on tätä suurempi.

Claims (10)

1. Menetelmä kuiturainan (W) kalanteroimiseksi kalanterissa (1), jonka telastossa on vähintään kaksi yhdensuuntaista telaa, joiden väliin jää telanippi (N) ja vähintään yksi teloista on polymeeripinnoitteinen tela, tunnettu siitä, että 5. kalanteriin (1) saapuva paperiraina (W;W1) on puu- tai sellupohjainen päällystetty paperiraina, joka on tarkoitus kalanteroida mainitussa kalanterissa Hunter-kiiltoon yli 20 % edullisesti Hunter-kiiltoon yli 50 % tai kalanteroitava paperiraina on mekaanista massaa sisältävä puupohjainen LWC, MFC-, FCO-, MWC- tai HWC-paperiraina tai päällystetty sellupohjainen WF-paperiraina, jonka paperirainan Hun-10 ter-killto on kalanteroinnin jälkeen tarkoitus olla yli 50 % edullisesti yli 60 %. - telaston polymeeripinnoitettujen telojen (P) suurin sallittu pinnan keskimääräinen pinnankarheus (Ra) riippuu halutusta kuiturainan (W) kiillosta kunkin telanipissä (N) sijaitsevan polymeeripinnoitetun telan (P) kohdalla sekä kalanteriin (1) saapuvan kuiturainan (W; Wl) kiillosta ja että, 15. kunkin polymeeripinnoitetun telan pinnan keskimääräisen karheus (Ra) pidetään pienempänä kuin kullekin polymeeripinnoitteiselle telalle määritetty pinnan sumin sallittu keskimääräinen pinnankarheus (Ra) eli pinnan keskimääräinen poikkeama, joka on 0,4 pm - 0,6 pm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalanteri (1) 20 on monitelakalanteri, jossa on päällekkäin vähintään 6 telaa, edullisesti vähintään kahdeksan telaa, joista teloista joka toinen on termotela (T) ja joka toinen polymee-ripinnoitettu tela (P).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuituraina (W) on paperi- tai kartonkiraina.

25. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että telastossa on vähintään yksi polymeeripinnoitettu tela, jonka suurin mahdollinen keskimääräinen pinnankarheus (Ra) poikkeaa telaston muiden telojen maksimaalisesta keskimääräisestä pinnankarheudesta (Ra).

5. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että telaston kun-30 kin polymeeripinnoitetun telan (P) suurin sallittu keskimääräinen pinnankarheus (Ra) riippuu siitä, missä monitelakalanterin telanipissä (N) mainittu polymeeripinnoitettu tela sijaitsee.

6. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että monitelaka-lanterin polymeeripinnoitettujen telojen (P) suurin sallittu pinnankarheus (Ra) on suurempi kalanterin alkupään telanipeissä kuin kalanterin loppupään telanipeissä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaikilla moni-5 telakalanterin polymeeripinnoitetuilla teloilla (P) on sama suurin sallittu keskimääräinen pinnankarheus (Ra), joka pinnankarheus (Ra) määritetään kalanterin loppupään telanippeihin kuiturainalle halutun kiillon perusteella.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeripinnoitetun telan (P) suurinta sallittua keskimääräistä pinnankarheutta 10 (Ra) määritettäessä otetaan huomioon kuiturainan päällysteen ominaisuudet kuten paperilajikohtainen päällystemäärä ja päällysteen koostumus.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeripinnoitetun telan (P) suurinta sallittua keskimääräistä pinnankarheutta (Ra) määritettäessä otetaan huomioon mainittua polymereeripinnoitettua telaa vas- 15 tapäätä olevan termotelan (T) pinnankarheus.

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeripinnoitetun telan suurinta sallittua keskimääräistä pinnankarheutta (Ra) määritettäessä otetaan huomioon kalanterointiolosuhteet kyseiselle paperilajille kuten termotelan lämpötila ja telanippien paineet, kuiturainan ajonopeus kalanteris- 20 sa ja kalanterille saapuvan kuiturainan kosteus. β