Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Hersteilung einer Faserstoffbahn, insbesondere graphischen Papierbahn.

Zur Papiertrocknung sind bereits Verfahren bekannt, bei denen das feuchte Papier mit einem Siebband über eine Druckhaube gegen einen speziell aufgebauten, dampf beheizten Zylinder gepresst wird (vgl. zum Beispiel DE 10 2004 017 808 A1 und DE 10 2004 017 809 A1). Mit diesen Verfahren, zu denen insbesondere auch das sogenannte BoostDryer-Verfahren zählt, kann eine erheblich höhere Trocknungsleistung als bei herkömmlichen Verfahren erzielt werden. Dabei sorgen der für einen hohen Wärmedurchgang optimierte Zylindermantel sowie der Anpressdruck des Siebes für eine hohe Wärmeleistung. Durch den in den zylindernahen Papierschichten entstehenden Dampfdruck wird Wasser teilweise unverdampft in das umschließende Sieb gedrückt, was eine erhebliche Energieeinsparung bewirkt. Die betreffende Technologie wurde hauptsächlich für die Herstellung von Deckenpapier verwendet.

Der Vorteil eines solchen Kondensationstrocknungskonzeptes besteht darin, dass die Oberfläche einer jeweiligen Seite der Papierbahn signifikant verdichtet und geglättet wird, indem das Lignin an den Fasern erweicht und fixiert wird. Der Glättungsprozess ist allerdings nur im Zusammenhang mit einem holzhaltigen Stoffeintrag wie insbesondere GW (Ground Wood, Holzschliff), TGW (Thermo Ground Wood, Thermo-Hoizschltff) und PGW (Pressure Ground Wood, Druckschliff) zufriedenstellend, bei dem genügend Lignin auf den Fasern vorhanden ist. Bei solchen Stoffeinträgen ist das Glättungspotenzial hervorragend. Gleichzeitig werden mit solchen Papiertrockπungsverfahren signifikant die Faserbindung und Eigenschaften wie die sogenannte Scott-Bindung, die beispielsweise für den Heatset- Rollenoffsetdruck (HSWO = Heatset Web Offset) wichtig sind, verbessert.

Ein Problem insbesondere mit solchen Papiertrocknungsverfahren besteht allerdings darin, dass in einer betreffenden Trocknungseinheit auf der einen Seite der Papierbahn eine glatte Oberfläche erzeugt wird, nämlich auf der dem Trockenzylinder zugewandten Seite, während die Oberfläche der anderen, dem Stebband 5 zugewandten Seite deutlich rauer bleibt. Demzufolge ist die Anwendung einer einzigen solchen nach dem Kondensationstrocknungskonzept arbeitenden Trocknungseinheit nicht für gleichseitige graphische Papiere wie holzfreie Papiere geeignet.

lö Im Bereich der klassischen holzfreien Papiere, die gemäß der Definition nach "CEPI" einen maximalen Gehalt an mechanischem Faserstoff von 10 % besitzen, steht die Entwicklung neuer Sorten an. Verschiedene Papiermühlen verwenden in den Papiersorten als Faserstoff einen sogenannten Hochausbeutezellstoff (high yield puip), wie z. B. BCTMP / CTMP und APMP (gebleichter mechanischer Faserstoff).

15 Dabei handelt es sich bei dem Faserstoff BCTMP (Bleached Chemi-Thermo- Mechanicai PuIp) um einen gebleichten Refiner-Holzstoff unter Anwendung von Druck und Wärme sowie Chemikalieneinwirkung, bei dem Faserstoff CTMP (Chemi- Thermo-Mechanical PuIp) um einen Refiner-Holzstoff unter Anwendung von Druck und Wärme sowie Chemikalieneinwirkung und bei dem Faserstoff APMP (Aikaline 0 Peroxide Mechanical PuIp) um einen Refiner-Holzstoff mit vorhergehender alkalischer Peroxidbehandiung zur verbesserten Ligninlösung. In einigen existierenden Papiermühlen enthält der Stoff bereits bis zu 40 bis 50 % dieser Fasern kombiniert mit Kraftzellstoff. Die zukünftige Entwicklung dürfte Sorten mit einem Anteil bis zu 80 bis 90 % an BCTMP- und APMP-Fasern mit sich bringen. 5

Die BCTMP/APMP-Stoffe enthalten typischerweise 12 bis 19 % an Lignin in LBKP- ZellstofF (LBKP = Leaf Bleached Kraft PuIp, Laubholzzellstoff) und 19 bis 27 % Lignin in NBKP-Zellstoff (NBKP = Needle Bleached Kraft PuIp). Dies macht etwa 70 bis 85 % des gesamten Lignin-Gehalts des mechanischen Faserstoffs (GW, Ground Wood 0 und TMP) aus. Das Lignin haftet an den Fasern. Wenn das Lignin erweicht und die Fasern "zusammengeschmolzen" werden, ergeben sich signifikant verbesserte

mechanische Festigkeitswerte, zu denen beispielsweise die Scott-Bindung, die Zugfestigkeit und die Reißfestigkeit gehören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen insbesondere die Festägkeitseigeπschaften wie zum Beispiel die Faserbindung und die Oberflächenglätte für eine optimale Beschichtung der Faserstoffbahn verbessert werden und Energie eingespart wird. Zudem soll insbesondere auch erreicht werden, dass die betreffende Papiermaschine kürzer gebaut und damit Platz gespart werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere graphischen Papierbahn, aus einer Stoffzusammensetzung, die zumindest aus 20 Gew.-% Hochausbeutezellstoff besteht, und maximal 80 Gew.-% holzfreien Stoff (Kraftzellstoff) enthält, wobei die laufende Faserstoffbahn insbesondere in der Trockenpartie der betreffenden Herstellungsmaschine in einem Bereich, in dem sie einen Feuchtegehalt von zumindest 10 % aufweist, mittels wenigstens einer Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung bei einer Temperatur > 110 ⁰ C getrocknet wird.

Der Hochausbeutezellstoff (high yield pulp) umfasst vorzugsweise Faserstoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus BCTMP, CTMP, APMP und beliebigen Kombinationen hiervon.

Es wird also in einem relativ frühen Stadium, in dem die Feuchte der Faserstoffbahn noch relativ hoch ist, die Bahn einer relativ hohen Temperatur ausgesetzt, so dass das Lignin an den Faseroberflächen deutlich erweicht und neues Bindungspotenzial geschaffen werden kann. Dadurch ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Festigkeitseigenschaften der Faserstoff- bzw. Papierbahn.

Bevorzugt wird die Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung in einem Bereich eingesetzt, in dem die Faserstoffbahn einen Feuchtegehalt von zumindest 20 %,

insbesondere einen Feuchtegehalt von etwa 50 % und vorzugsweise einen Feuchtegehalt von etwa 55 % aufweist.

Die Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung kann vorteilhafterweise insbesondere auch in einem Bereich eingesetzt werden, in dem die Faserstoffbahn einen

Feuchtegehait im Bereich von etwa 10 bis etwa 55 % und vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis etwa 55 % aufweist.

Bevorzugt wird die Faserstoffbahn mittels der Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung bei einer Temperatur > 120°C und vorzugsweise > 130 ⁰ C getrocknet.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn die Faserstoffbahn mittels der Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 110 bis 200 ⁰ C getrocknet wird. Bei höheren Temperaturen können die Fasern durch vergilben oder verbrennen, geschädigt werden.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung umfasst die Hochtemperatur- Trocknungsvorrichtung wenigstens einen beheizten Trockenzylinder, der über einen Teil seines äußeren Umfangs durch zumindest eine einen Anpressdruck gegenüber dem Trockenzylinder ausübende Druckhaube abgedeckt ist, wobei die

Faserstoffbahn zusammen mit zumindest einem Sieb sowie einer undurchlässigen Bespannung mit auf der Seite des Trockenzylinders liegender Faserstoffbahn zwischen dem Trockenzylinder und der Druckhaube hindurchgeführt wird.

Eine solche Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung als solche ist beispielsweise aus der DE 10 2004 017 808 A1 und DE 10 2004 017 809 A1 bekannt. Auch im übrigen kann die Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung insbesondere so ausgeführt sein, wie dies in diesen Schriften beschrieben ist.

Dabei wird die Betriebstemperatur des Trockenzylinders vorteilhafterweise > 12O ⁰ C, vorzugsweise > 13O ⁰ C oder in einem Bereich von etwa 110 bis etwa 200 ⁰ C gewählt.

Die Erweichung der natürlichen Substanzen ist sowohl von der Temperatur als auch von der Feuchte abhängig. Demzufolge kann der größte Nutzen aus dem eine verbesserte Festigkeit mit sich bringenden Prozess in der Vortrockenpartie der Herstellungs- bzw. Papiermaschine gezogen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Hochtemperatur- Trocknungsvorrichtung somit in der Vortrockenpartie eingesetzt.

Der Einsatz lediglich einer solchen Trocknungseinheit mit einem Trockenzylinder und zugeordneter Druckhaube bringt bezüglich der Rauhigkeit bzw. des Aufnahmevermögens eine signifikante Zweiseitigkeit auf dem Blatt mit sich. Für manche Produkte wie beispielsweise einseitige Releasepapiere, Druckpapiere usw. kann eine solche einzelne Trocknungseinheit also direkt eingesetzt werden. Soll jedoch eine hinreichend geringe Rauhigkeit von beispielsweise etwa 10 bis etwa 30 % erzeugt werden, wie dies typisch für Rohpapier für graphische beschichtete Papiere ist, und eine relativ geringe Zweiseitigkeit bezüglich des

Aufnahmevermögens sichergestellt werden, so sind insbesondere die im Folgenden angegebenen unterschiedlichen Lösungen denkbar.

So können vorteilhafterweise zwei in Bahnlaufrichtung vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgende Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtungen eingesetzt werden, wobei vorzugsweise eine Seite der Faserstoffbahn mit dem Trockenzylinder des erste und die andere Seite der Faserstoffbahn mit dem der zweiten Trockenzylinder der Hochtemperatur-Trocknungs-vorrichtung in Kontakt gebracht wird.

Vorteilhafterweise wird hierbei die Betriebstemperatur des beheizbaren Zylinders zumindest der in Bahnlaufrichtung betrachtet zweiten Hochtemperatur- Trocknungsvorrichtung > 12O ⁰ C, vorzugsweise > 13O ⁰ C oder in einem Bereich von etwa 110 bis etwa 200 ⁰ C gewählt.

Bevorzugt ist die Betriebstemperatur des beheizbareπ Zylinders der in

Bahnlaufrichtung betrachtet ersten Hochtemperatur-Trocknungs-vorrichtuπg geringer

als die des Zylinders der zweiten Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung. Die Betriebstemperatur des ersten Zylinders kann also begrenzt sein.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei bezüglich der Rauhigkeit und/oder des Aufnahmevermögens bestehender Zweiseitigkeit der zugeführten Faserstoffbahn nur eine Hochtemperatur- Trocknungsvorrichtung eingesetzt und die dieser zugeführte Faserstoffbahn mit ihrer raueren bzw. ein höheres Aufnahmevermögen besitzenden Seite mit dem Trockenzylinder der Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung in Kontakt gebracht.

Es kann also beispielsweise ein asymmetrisches Pressenkonzept wie beispielsweise eine DuoCentriNipcoFlex-Presse plus Transportband zur Erzeugung einer signifikanten Zweiseitigkeit in der Presse eingesetzt und durch die beispielsweise einen Trockenzylinder mit zugeordneter Druckhaube umfassende einseitig wirkende Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung für eine entsprechende Kompensation gesorgt werden.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn zur Kompensation einer bezüglich der Rauhigkeit und/oder des Aufnahmevermögens bestehenden Zweiseitigkeit der Faserstoffbahn vorzugsweise am Ende der Vortrockenpartie insbesondere als Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung ein Vorkalander eingesetzt wird. Anstatt einer Trocknungseinheit mit einem Trockenzylinder mit zugeordneter Druckhaube kann also insbesondere auch ein solcher Vorkalander eingesetzt werden.

Bevorzugt ist als Vorkalander ein Hochtemperatur-Softnip-Kalander vorgesehen.

Alternativ kann als Vorkalander vorteilhafterweise insbesondere auch ein NipcoFlex- Schuh-Kalander eingesetzt werden.

Der Vorkalander kann vor oder hinter einer Vorstreichmaschine oder Vorleimpresse eingesetzt werden.

Bevorzugt umfasst der Vorkaiandrierprozess eine Dampfvorbefeuchtung. Dadurch wird unter anderem erreicht, dass die Fasern auf der zunächst noch raueren Seite der Faserstoffbahn erweicht werden, wodurch eine bessere Glättung möglich ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Verfahrens wird eine bezüglich der Rauhigkeit und/oder des Aufnahmevermögens bestehende Zweiseitigkeit der Faserstoffbahn in der Streichpartie über das Strichgewicht kompensiert. Es können also insbesondere Mittel vorgesehen sein, um eine bezüglich der Rauhigkeit und/oder des Aufnahmevermögens bestehende Zweiseitigkeit der Faserstoffbahn durch eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung des Strichgewichts in der Streichpartie zu kompensieren.

Die Beschichtung kann beispielsweise durch eine bis sechs Streicheinheiten entweder mit einer einseitigen Auftragung oder einer simultanen zweiseitigen Auftragung erfolgen. Bei dem Streichprozess können eine oder mehrere Schichten gleichzeitig aufgebracht werden, um die gewünschten Papiereigenschaften zu erzielen.

Vorteilhafterweise wird die Faserstoffbahn in der Streichpartie durch ein direktes und/ oder indirektes Streichverfahren und/ oder durch ein Rakelstreichverfahren und/ oder durch ein Fiim-Coating-Verfahren und/ oder durch ein Sprühverfahren und/oder durch ein Vorhangbeschichtungsverfahren und/oder durch ein Multi- Vorhangbeschichtungsverfahren beschichtet .

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine bezüglich der Rauhigkeit und/oder des Aufnahmevermögens bestehende Zweiseitigkeit der Faserstoffbahn in einem insbesondere abschließenden Kalandrierprozess durch einen entsprechend ausgelegten Kalander kompensiert. Es kann hierzu also insbesondere ein Kalander eingesetzt werden, der für sich betrachtet eine sigifikante Zweiseitigkeit mit sich bringt.

Die Vorteile eines Einsatzes insbesondere des Kondensationstrocknungskonzeptes insbesondere bei der Herstellung von WF-Papier mit 10 bis 80 % mechanischem Faserstoff oder Holzstoff, halbmechanischem gebleichtem oder nicht gebleichtem Faserstoff sind unter anderem:

signifikant verbesserte Festigkeitseigenschaften wie insbesondere eines verbesserte Faserbindung signifikant verbesserte Glätteeigenschaften für ein optimales Streichergebnis signifikante Energieeinsparung infolge der erzielten höheren Trocknungsrate - signifikante Reduzierung der Baulänge der betreffenden Hersteliungs- bzw. Papiermaschine und entsprechende Reduzierung des Piatzbedarfs.

Erfindungsgemäß wird die eingangs erwähnte Aufgabe zudem gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere graphischen Papierbahn, mit Mitteln zur Erzeugung einer Stoffzusammensetzung, die zumindest aus 20 Gew.-% Hochausbeutezellstoff, umfassend Faserstoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus BCTMP, CTMP, APMP und beliebigen Kombinationen hiervon besteht, und maximal 80 Gew.-% holzfreien Stoff (Kraftzellstoff) enthält, und wenigstens einer insbesondere in einer Trockenpartie vorgesehenen Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung zur Trocknung der laufenden Faserstoffbahn bei einer Temperatur > 110 °C in einem Bereich, in dem die ankommende Faserstoffbahn einen Feuchtegehalt von zumindest 10 % aufweist.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:

Figur 1 eine schematische Teildarsteliung einer beispielhaften

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften

Ausführungsform einer einen dampfbeheizten Zylinder mit zugeordneter Druckhaube umfassenden Hochternperatur- Trocknungsvorrichtung und

Figuren 3 und 4 Diagramme, aus denen der Einfiuss der Temperatur und der

Feuchte auf das Erweichen von Zellulose, Hemizellulose und Lignin hervorgeht,

Figur 1 zeigt in schematischer Teildarstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Herstellung einer Faserstoffbahn, bei der es sich insbesondere um eine graphische Papierbahn handeln kann.

Die Faserstoffbahn wird ausgehend von einer Stoffzusammensetzung hergestellt, die zumindest aus 20 Gew.-% Hochausbeutezellstoff besteht, und maximal 80 Gew.-% holzfreien Stoff (Kraftzellstoff) enthält.

Der Hochausbeutezellstoff umfasst Faserstoff, der zum Beispiel vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus BCTMP, CTMP, APMP und beliebigen Kombinationen hiervon enthält.

Die Vorrichtung 10 umfasst zwei in Bahnlaufrichtung L unmittelbar hintereinander angeordnete Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtungen 12, 14 zur Trocknung der laufenden Faserstoffbahn. Dabei wird die Faserstoffbahn durch wenigstens eine dieser Hochtemperatur-Trocknungs-vorrtchtungen 12, 14, bevorzugt zumindest durch die zweite Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung 14 bei einer Temperatur > 11O ⁰ C in einem Bereich, in dem die ankommende Faserstoffbahn einen Feuchtegehalt von zumindest 10 % aufweist, getrocknet. Im vorliegenden Fall sind die beiden

Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtungen am Ende einer Vortrockenpartie 16 angeordnet.

Wie insbesondere auch der Figur 2 entnommen werden kann, umfasst eine jeweilige Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung 12, 14 einen dampfbeheizten

Trockenzyünder 18, der über einen Teil seines äußeren Umfangs durch eine einen Anpressdruck gegenüber dem Trockenzylinder 18 ausübende Druckhaube 20 abgedeckt ist. Wie anhand der Figur 2 zu erkennen ist, ist ein zentraler Dampfeinlass 22 vorgesehen. Der Bahneinlauf 24 ist im Bereich einer linken unteren Leitwalze 26 und der Bahnauslauf im Bereich einer unteren rechten Leitwalze 30 vorgesehen.

Dabei wird die Faserstoffbahn zusammen mit zumindest einem Sieb sowie einer undurchlässigen Bespannung mit auf der Seite des Trockenzylinders 18 liegender Faserstoffbahπ zwischen dem Trockenzylinder 18 und der Druckhaube 20 hindurchgeführt.

Die Betriebstemperatur zumindest des zweiten Trockenzylinders 14 ist > 12O ⁰ C, vorzugsweise > 130 ⁰ C oder in einem Bereich von etwa 110 bis etwa 200 ⁰ C gewählt.

Wie anhand der Figur 1 zu erkennen ist, sind die beiden Hochtemperatur- Trocknungsvorrichtungen 12, 14 so angeordnet, dass eine Seite der Faserstoffbahn mit dem Trockenzylinder 18 der ersten und die andere Seite der Faserstoffbahn mit dem Trockenzylinder 18 der zweiten Hochtemperatur-Trocknungsvorrichtung 12 bzw. 14 in Kontakt kommt.

Aus den Diagrammen gemäß den beiden Figuren 3 und 4 geht hervor, wie die Temperatur und die Feuchte das Erweichen von Zellulose, Hemizellulose und Lignin beeinflusst.

Dabei ist in dem Diagramm gemäß Figur 3 die Erweichungstemperatur (mit

Vitrifizierung) T ₉ in ⁰ C der betreffenden Holzfaserkomponenten angegeben. Oberhalb der Messpunkte verhalten sich die Holzfaserkomponenten plastisch.

Aus dem Diagramm gemäß Figur 4 ergibt sich der Einfluss der Feuchte auf die Einfriertemperatur.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung

12 Hochtemperatur-Trockπungsvorrichtung

14 Hochtemperatur-Trockπungsvorrichtung

16 Vortrockenpartie

18 Trockenzylinder

20 Druckhaube

22 Dampfeinlass

24 Bahneinlauf

26 Leitwalze

28 Bahnauslauf

30 Leitwalze

L Bahnlaufrichtung