DE102007014600A1

DE102007014600A1 - Auftragsverfahren

Info

Publication number: DE102007014600A1
Application number: DE200710014600
Authority: DE
Inventors: Uwe Fröhlich
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ein- oder mehrschichtigen Auftragen von mindestens einem flüssigen bis pastösen Auftragsmedium (M) auf eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn (2) mit oberhalb von der Faserstoffbahn und von ihr beabstandet angeordneten mindestens einem Auftragswerk (1) für die Abgabe einer oder mehrerer Lagen des Auftragsmediums (M) in Form eines oder mehrerer Mediumsvorhänge (6) bzw. für das Aufbringen einer oder mehrerer Schichten (7) des Auftragsmediums (M) auf die Faserstoffbahn (2). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Auftragsmedium (M) vor dem Auftragen ein Zusatzmittel in Form von Carboxymethylcellulose (CMC) zugemischt wird, wodurch der vom Auftragswerk (1) abgegebene wenigstens eine Vorhang (6) stabilisiert und eine Streckung desselben, insbesondere im Bereich der Auftrefflinie (b) bzw. unmittelbar vor der Auftrefflinie (b) auf der Oberfläche der Faserstoffbahn (2), erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ein- oder mehrschichtigen Auftragen von mindestens einem flüssigen bis pastösen Auftragsmedium auf eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn mit oberhalb von der Faserstoffbahn und von ihr beabstandet angeordneten mindestens einem Auftragswerk für die Abgabe einer oder mehrerer Lagen des Auftragsmediums in Form eines oder mehrerer Mediumsvorhänge bzw. für das Aufbringen einer oder mehrerer Schichten des Auftragsmediums auf die Faserstoffbahn.
Aus der Praxis und dem Patentschriftenfonds sind zahlreiche Verfahren bekannt, die als Auftragswerke solche nutzen, die oberhalb des zu beschichtenden Substrates und von diesem beabstandet angeordnet sind und wo das Auftragsmedium in Richtung auf das Substrat bzw. eine laufende Faserstoffbahn abläuft.
Es gibt zwei Arten solcher Auftragsverfahren:
Die eine Art ist ein Auftrag, wobei die zum Auftrag verwendete Auftragsdüse in Fachkreisen als "Slide die" bezeichnet wird und beispielsweise aus der EP-A1-1 255 615 bekannt ist. Verwendet wird dazu ein Gleitblock mit mindestens einer integrierten Auftragsmediumskammer. Aus dieser Kammer oder auch aus mehreren solcher Kammern, wird jeweils das Medium zunächst von unten nach oben befördert und über einen oder mehrere schlitzdüsenartige Auslässe auf eine schräg nach unten angestellte Gleitfläche des Gleitblockes gelenkt. Auf dieser Gleitfläche kann sich das Auftragsmedium strecken und so eine relativ stabile Gleitschicht bilden. Bei mehreren hintereinander angeordneten und beaufschlagten Mediumskammern bilden sich auf der Gleitfläche mehrere Gleitschichten aus, die sich zu mehreren Lagen übereinander legen und gemeinsam, beispielsweise als mehrlagiger Vorhang, auf die laufende Faserstoffbahn herabfallen.
Die andere Art ist das so genannte Vorhang- Streichen mit einem Vorhang-Auftragswerk bzw. Curtain Coater mit einer Schlitzdüse, was beispielsweise aus der DE-A1 197 16 647 bekannt ist.
Bei dieser Auftragsart wird aus einer Schlitzdüse das Auftragsmedium als ein Vorhang bzw. Schleier an die darunter laufende Faserstoffbahn abgegeben. Der Vorhang unterliegt beim Herabfallen im Wesentlichen der Schwerkraft. Er fällt auch im Wesentlichen frei und ungestützt herab und ist daher sehr empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen.
Aus der WO-A1-2006/069851 ist ein Verfahren bekannt, bei dem einzelne Auftragsmedien bzw. Flüssigkeitsströme getrennt aus mehreren Schlitzdüsen abgegeben und während der Abgabe in Richtung auf die Faserstoffbahn zu einem Mehrfach- Vorhang bzw. mehrlagigem Vorhang mit insgesamt höherer Durchflussmenge zusammengeführt werden, so dass sich auf der Faserstoffbahn danach eine Mehrfachschicht bildet.
Besondere Probleme verursachen bei allen genannten Auftragsarten bestimmte Auftragsmedientypen bzw. deren Fließverhalten. So sind die Filmstabilität (beim Fallen des Vorhanges kommt es zum kurzzeitigen Aufreißen des Vorhanges an dessen Rand und in der Mitte und damit zu Farbdefekten in der Auftragsschicht) und auch die Streckbarkeit des Auftragsmediums beispielsweise beim Auftrag von Stärke oder beim Auftrag von Polyvinylalkohol unzureichend. Deshalb konnten bisher auch keine so genannten Release-Papiere, das sind Träger von Klebeetiketten, die mit Polyvinylalkohol beschichtet werden und die Oberfläche des Papieres versiegeln sollen, mit Hilfe des Vorhang- oder Gleitschichtverfahrens beschichtet werden. Dasselbe gilt für so genannte Liner-Papiere, die mit den genannten Auftragsarten nur unter unzureichender Qualität Stärke auf die Faserstoffbahn aufbringen konnten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei denen die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 sowie mit einem Auftragsmedium, welches im Kennzeichen des Anspruches 5 angegeben ist, gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem vorgesehenen Auftragsmedium Carboxymethylcellulose (CMC) zugemischt wird. Dadurch kann der vom Auftragswerk abgegebene wenigstens eine Vorhang stabilisiert werden. Außerdem lässt sich der Vorhang im Bereich des Auftreffpunktes bzw. seiner Auftrefflinie oder besser gesagt, kurz vor seinem Auftreffen auf der Faserstoffbahn optimal strecken, ohne dabei auf-, ab-, oder einzureißen. Dadurch wird es auch möglich, dass sich ich der Vorhang sehr gleichmäßig auf die Bahnoberfläche auflegen kann. Die besagte Streckung bzw. die Streckphase ist deshalb so kritisch, weil hier der fallende Vorhang eine bedeutend niedrigere Geschwindigkeit (Fallgeschwindigkeit) als jene der Bahn (Laufgeschwindigkeit) hat und in diesem Bereich der Vorhang umgelenkt und sich auf die mit mehr als 800 m/min schnell laufende Bahn auflegen muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher bei hohen Laufgeschwindigkeiten der Faserstoffbahn sehr erfolgreich einsetzbar und es ist das Verdienst des Erfinders erkannt zu haben, dass CMC und Tenside die auftretenden Streckprobleme beheben kann.
Der Erfinder hat außerdem herausgefunden, dass mit höhermolekularer, bzw. langkettiger Carboxymethylcellulose die Stabilität des Vorhanges und die Streckbarkeit des Auftragsmediums sich weiter verbessern lässt. Es eignen sich vor allem solche CMC-Typen, deren 1%-ige wässrige Lösung eine Viskosität von mindestens 100 m·Pas, vorzugsweise mindestens 500 m·Pas (Brookfield 60 U/min, gemessen mit LVC-Viskosimeter) aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung werden Mischungsverhältnisse CMC mit Tensid wie folgt vorgeschlagen: Bei einem Auftragsmedium in Form von Stärke oder Polyvinylalkohol: 0,1 bis 4, vorzugsweise 0,5 bis 2 Teile der höhermolekularen bzw. langkettigen Carboxymethylcellulose und 0,1 bis 0,5 Teile Tensid.
Dabei sind die angegebenen Teile der Mischung auf 100 Teile Stärke bzw. 100 Teile Polyvinylalkohol bezogen.
Außerdem hat sich Carboxymethylcellulose (CMC) der Handelsmarken Finnfix 10000, Finnfix 30000, Finnfix 50000 und Finnfix 100000 (Hersteller CP Kelco Corp. USA) am effektivsten erwiesen. Für weniger anspruchsvolle Anwendungsfälle sind auch die Sorten Finnfix 2000 und Finnfix 4000 geeignet.
Das erfindungsgemäße Zusatzmittel für das Auftragsmedium soll vor allem beim so genannten 1:1-Auftrag, wie dem des Vorhangstreichens, bei Abgabe eines einzelnen Vorhanges oder eines Mehrfach – oder auch Mehrschicht- Vorhanges angewendet werden. Bei diesen Verfahren wird das Auftragsmedium nämlich jeweils in der Menge aufgetragen, in der es auf der Faserstoffbahnoberfläche auch verbleiben soll. Das heißt, es wird ohne Überschuss an Medium aufgetragen, ohne dass eine Abrakelung mit einem Rakelelement erfolgt. Weder wird ein Druck auf die Auftragsschicht ausgeübt, noch erfolgt eine Druckpenetration des aufgetragenen Mediums in das Substrat, d. h. die Faserstoffbahn. Deshalb ist ein stabiler Vorhang sehr wichtig, der allerdings beim Verlassen der Auftragsdüse sehr dünn und sehr anfällig für äußere Störungen, wie durch Luftströmungen hervorgerufene Auslenkungen und kurzzeitiges Aufreißen des Vorhanges ist Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Auftragsmedium ist sowohl für das Aufbringen von mehreren Lagen und verschiedener Auftragsmedien, als auch bei nur einer Lage bzw. Strichschicht einsetzbar.
Es eignet sich darüber hinaus auch für die so genannten klassischen Streichverfahren, wie dem Filmstreichen oder dem Streichen mit einem Rakelauftragswerk oder mit einem Freistrahldüsenauftragswerk. Hierbei wirkt die Carboxymethylcellulose als Verdicker und es kann ein niedrigviskoser Typ mit einer Viskosität von unter 20 m·Pas, also mit kürzeren Molekülketten, verwendet werden. Als einzusetzende Typen kommen Handelsnamen, wie Finnfix 5, Finnfix 10, Finnfix 30 der Firma CP Kelco Company/USA in Frage.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit dem erfindungsgemäßen Auftragsmedium lassen sich erstmals Release- Papiere, d. h. Träger von Klebeetiketten, wo die Oberfläche mit Polyvinylalkohol bzw. Formulierungen, die Polyvinylalkohol enthalten mit einem 1.1-Auftragsverfahren behandeln bzw. deren Oberfläche sich sozusagen versiegeln. Hierbei ist es ja gewünscht, dass die aufgetragene Substanz weitestgehend an der Oberfläche bleibt und nicht in das innere der Bahn penetriert. Dieses wird in optimaler Weise mit einem Vorhang-Auftragswerk erreicht, weil es hier zu keinem Druckimpuls kommt und dadurch das Auftragsmedium weitestgehend an der Oberfläche bleibt. Gleiches gilt auch für die Herstellung von Produkten mit Barriereeigenschaften, wie Fett- oder Flüssigkeitsdichtheit von Papieren. Beim Auftrag von Stärke, Polyvinylalkoholen und auch Barriereprodukten war bisher die Filmstabilität und die Streckbarkeit des Auftragsmediums unzureichend, so dass auch diese Produkte sich nicht im 1:1-Verfahren herstellen bzw. veredeln ließen, was nun mit Hilfe der Erfindung möglich ist.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 ein Vorhang-Auftragswerk in schematischer Seitenansicht für einen einschichtigen Auftrag auf eine laufende Faserstoffbahn Im Beispiel gemäß der 1 ist ein Vorhang- Auftragswerk 1 zum einschichtigen Auftragen von einem flüssigen bis pastösen Auftragsmedium M auf eine in Laufrichtung L sich bewegende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn 2 dargestellt. Das Vorhang- Auftragswerk ist oberhalb der Faserstoffbahn 2 und von ihr beabstandet angeordnet.
Das Vorhang- Auftragswerk 4 weist einen oberhalb der Faserstoffbahn 2 angeordneten und an die Breite der zu beschichtenden Faserstoffbahn angepassten Auftragskopf 3 auf. Aus einer durchgängigen Auftragskammer 4, die das Auftragsmedium M enthält und die in eine entsprechende Abgabe-Schlitzdüse 5 übergeht, welche in ihrer Spaltweite einstellbar ist, fällt das Auftragsmedium M direkt nach unten in Form eines sich im Wesentlichen schwerkraftbedingt bewegenden und eine Höhe h aufweisenden Vorhanges 6. Der Vorhang 6 trifft in einer Auftrefflinie b (in Querrichtung der Bahn 2) auf der Oberfläche der laufenden Faserstoffbahn 2 auf und legt sich dabei als Konturschicht 7 ab.
Das Vorhang-Auftragswerk 1 weist folgende Daten auf:
Fließrate an der Abgabedüse 5: 6 bis 251/min
Spaltbreite der Abgabedüse: 0,2 bis 0,6 mm
Anfangsgeschwindigkeit des Auftragsmediums am Abgabepunkt a: 10 bis 100 m/min

Vorhanghöhe h: 50 bis 300 mm
Dehnrate des Vorhanges 6: 10² bis 10³ s^–1
Dehnung des Vorhanges: auf das 1,5 bis 10-fache
Fallzeit: 0,1 bis 0,2 s

Geschwindigkeit des Vorhanges 6: 50 bis 150 m/min
Dehnung des Vorhanges am Auftreffpunkt bzw. Auftrefflinie b: 5 bis 20
Dehnungszeit: 10 bis 100 μs
Dehnungsrate: 10⁵ bis 10⁶ s^–1
Eine besonders kritische Stelle hinsichtlich der Abgabequalität des Vorhanges 6 ist der Bereich um den Auftreffpunkt bzw. die Auftrefflinie b anzusehen. Damit es an dieser Stelle b bzw. unmittelbar davor, nicht zum Abreißen des Vorhanges und damit zu Strichdefekten auf der Bahn 2 kommt, hat man deshalb bisher dem Auftragsmedium spezielle synthetische Verdicker mit hohem Molekulargewicht, wie Sterocoll DF-Typen zugesetzt. Diese wirken bei einem Auftragsmedium in Form von Stärke oder Poyvinylalkohol mit niedrigem Feststoffgehalt nur ungenügend oder gar nicht. Deshalb müsste die Konzentration bzw. die Menge stark erhöht werden, was das Verfahren unwirtschaftlich macht bzw. das Auftragsmedium verteuert.
Um den Vorhang 6 stabilisieren und im Bereich an der besagten Auftrefflinie b für eine genügende Streckung sorgen zu können wurden folgende Maßnahmen ergriffen:

a) bei Auftrag von Stärke: Eine niedrigviskose Stärke (C*Film 07311 von Cerestar) wurde bei 12% Feststoffgehalt und einem Auftragsgewicht von 1,5 g/m² und Bahnseite auf eine Papierbahn mit o. g. Vorhang-Auftragswerk 1 aufgetragen. Da der alleinige Tensidzusatz (Lumiten DF) nicht ausreichend war, um den Vorhang zu stabilisieren, riss der Vorhang immer wieder auf und es konnte kein geschlossener Film erzielt werden. Durch den Zusatz von 2 Teilen Finnfix 10000 konnte in Kombination mit 0,3 Teilen Tensid (Lumiten DF) der Vorhang stabilisiert und das Medium auf das Papier aufgetragen werden. Es konnten auch 1,5 g/m² Stärke bei 20% Feststoffgehalt und der Zugabe von 0,75 Teilen Finnfix 10000 in Kombination mit 0,3 Teilen Lumiten DF aufgetragen werden.
b) bei einem Auftrag von Polyvinylalkohol: Hier erfolgte ein Auftrag von 1,5 g/m² Polyvinylalkohol (z. B. Mowiol 10–98 von Kuraray) mit 20% Feststoffgehalt unter Zusatz von 1,5 Teilen Finnfix 10000 und 0,2 Teilen Tensid (Lumiten DF) wodurch ohne Ein- oder Abreißen des Vorhanges eine gleichmäßige Strichschicht erzielt werden konnte.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1255615 A1 [0003]
- DE 19716647 A1 [0004]
- WO 2006/069851 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum ein- oder mehrschichtigen Auftragen von mindestens einem flüssigen bis pastösen Auftragsmedium (M) auf eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn (2) mit oberhalb von der Faserstoffbahn und von ihr beabstandet angeordneten mindestens einem Auftragswerk (1) für die Abgabe einer oder mehrerer Lagen des Auftragsmediums (M) in Form eines oder mehrere Mediumsvorhänge (6) bzw. für das Aufbringen einer oder mehrerer Schichten (7) des Auftragsmediums (M) auf die Faserstoffbahn (2), dadurch gekennzeichnet, dass dem Auftragsmedium (M) vor dem Auftragen ein Zusatzmittel in Form von Carboxymethylcellulose (CMC) zugemischt wird, wodurch der vom Auftragswerk (1) abgegebene wenigstens eine Vorhang (6) stabilisiert und eine Streckung desselben, insbesondere im Bereich der Auftrefflinie (b) bzw. unmittelbar vor der Auftrefflinie (b) auf der Oberfläche der Faserstoffbahn (2) erreicht wird .
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höhermolekulare bzw. Iangkettige Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet wird, deren 1%-ige wässrige Lösung eine Viskosität von mindestens 100 m·Pas, vorzugsweise mindestens 500 m·Pas aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auftragsmedium in Form von Stärke oder Polyvinylalkohol 0,1 bis 4 Teile, vorzugsweise 0,5 bis 2 Teile der höhermolekularen bzw. langkettigen Carboxymethylcellulose und 0,1 bis 0,5 Teile Tensid zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Carboxymethylcellulose der Handelsmarke Finnfix 2000, oder Finnfix 4000, oder Finnfix 10000, oder Finnfix 30000, oder Finnfix 50000, oder Finnfix 100000 verwendet wird.
Auftragsmedium für das Beschichten einer laufenden Papier-, Karton- oder anderen Faserstoffbahn während ihres Herstellungs- und/oder Veredlungsprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass es neben Pigmenten und Verdickern oder Stärke oder Polyvinylalkohol auch ein Zusatzmittel in Form Carboxymethylcellulose (CMC) enthält.
Auftragsmedium nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,1 bis 4 Teile, insbesondere 0,5 bis 2 Teile einer höhermolekularen bzw. langkettigen Carboxymethylcellulose und 0,1 bis 0,5 Teile Tensid enthält.
Auftragsmedium nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die höhermolekulare bzw. langkettige Carboxymethylcellulose (CMC) in 1%-iger Lösung eine Viskosität von mindestens 100 m·Pas, vorzugsweises mindestens 500 m·Pas (gemessen nach Brookfield) aufweist.
Auftragsmedium nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Auftrag auf eine Papier-, Karton oder andere Faserstoffbahn (2) in einem so genannten 1:1-Auftragsverfahren, wie dem Vorhangstreichen, verwendet wird.