Die Erfindung betrifft ein Auftragswerk zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Beschichtungsverfahren unter Verwendung eines solchen Auftragswerks.

Abhängig von der gewünschten Anwendung, werden Faserstoffbahnen, insbesondere Papier- und Kartonbahnen, mit einer Vielzahl an verschiedenen Substanzen beschichtet. Darunter fällt beispielsweise ein Stärkeauftrag zur Erhöhung der Festigkeit, oder ein Polymer- bzw. Pigmentauftrag zur Verbesserung oder Modifizierung der Oberflächeneigenschaften oder ein Polymerauftrag zur Erzielung einer Barriere. Immer mehr Bedeutung nimmt speziell im Bereich der Verpackungspapiere und Spezialpapiere auch der Auftrag von Hochleistungsbarnerebeschichtungen ein, um der Faserstoffbahn beispielsweise eine gewisse Gas-, Wasser- und Dampfdichtheit zu verleihen. Dies ist sehr anspruchsvoll.

Der Auftrag kann dabei direkt oder indirekt erfolgen.

Beim direkten Auftrag, der beispielsweis in der EP 0 791 687 beschrieben ist, wird Auftragsmedium aus einer geeigneten Dosiereinrichtung direkt auf die Bahn aufgetragen und anschließend gegebenenfalls in einem Übertragungsnip in die Bahn eingepresst.

Eine Alternative ist der indirekte Auftrag. Dabei kann, wie in der vor einiger Zeit veröffentlichten Schrift GB 108,340 A ein Auftragsmedium auf eine Walzenoberfläche aufgetragen, und von dort in einem Übertragungsnip auf die Papierbahn übertragen werden. Die DE 10 2006 057 870 beschreibt ebenfalls indirekte Auftragssysteme. Insbesondere wird dort das Dosieren von Streichfarbe auf ein endloses Band, und die Übertragung von diesem Band auf die Papierbahn beschrieben. Die neueren Entwicklungen, insbesondere beim Auftrag von Barrierebeschichtungen bedingen jedoch das Aufträgen von Auftragsmedien, die einen sehr geringen Feststoffgehalt aufweisen, und damit einen hohen Anteil an Wasser. Dabei erweisen sich die bekannten Auftragswerke als nachteilig, da mit Ihnen nahezu das gesamte Wasser an die Papierbahn übertragen wird, was zu einem erheblichen Trocknungsbedarf der Bahn führt. Zudem kann die sehr nasse Papierbahn auch leicht reißen, was zu Produktionsausfällen durch Bahnabrisse oder durch die Reduktion der Produktionsgeschwindigkeit zur Vermeidung dieser Abrisse führt.

Zum verbesserten Auftrag derartiger Barnerebeschichtungen schlägt daher die DE 10 2019 133 942 A1 einen indirekten Auftrag vor, bei dem das Beschichtungsmedium auf eine Auftragsfläche aufgegeben, und vor der Übertragung auf die Faserstoffbahn eine Konditionierung, insbesondere eine Trocknung erfährt. Somit kann das Auftragsmedium mit dem für die Verarbeitung notwendigen geringem Feststoffgehalt aufgegeben werden, wird aber mit einem höheren Feststoffgehalt auf die Papierbahn übertragen, wodurch weniger Feuchtigkeit auf die Faserstoffbahn mit übertragen wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Verfahren weiterzuentwickeln. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein flexibles Auftragswerk vorzuschlagen, das eine zuverlässige und stabile Beschichtung auch für herausfordernde Auftragsmedien wie z.B. MFC oder NFC zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Hinsichtlich des Auftragswerks wird die Aufgabe gelöst durch ein Auftragswerk zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium, umfassend eine Dosiervorrichtung zum Aufbringen des Auftragsmediums auf eine Oberseite eines Auftragsbands an einer Dosierstelle sowie einen Übertragungsnip zum Übertragen des Auftragsmediums von dem Auftragsband auf die Faserstoffbahn. Das Auftragswerk umfasst zudem eine Konditioniereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Auftragsmedium auf dem Auftragsband zwischen der Dosierstelle und dem Übertragungsnip zu konditionieren, insbesondere zu trocknen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Auftragswerk zudem ein Stützband aufweist, welches zumindest im Bereich der Dosierstelle und der Konditioniereinrichtung mit der Unterseite des Auftragsbands in Kontakt steht

Mit dem Begriff „konditionieren des Auftragsmediums“ werden verschiedene Einwirkungen auf das Auftragsmedium bezeichnet, wie z.B. Trocknen und/oder Befeuchten und/oder Erwärmen bzw. Kühlen etc.

In Ausführungen gemäß der Erfindung ist im Bereich der Dosierstelle und der Konditioniereinrichtung nicht, wie im Stand der Technik, ein einzelnes Band vorgesehen, sondern zwei übereinander liegende Bänder in Form des Auftragsband und des Stützbands. Dies hat den Vorteil, dass die verschiedenen Funktionen, die ein Band im Stand der Technik erfüllen muss (Oberflächeneigenschaften, Festigkeitseigenschaften, Übertragung des Auftragsmediums an die Faserstoffbahn) in Auftragswerken gemäß der Erfindung auf zwei separate Bänder verteilt werden kann. Die Anforderungen an ein solches Band ändern sich auch in den verschiedenen Stadien des Umlaufs. So wird beispielsweise während des Dosierens und Trocknens des Auftragsmediums ein stabiles und dichtes Band benötigt, während beim Durchlaufen des Übertragungsnips eher ein permeables Band benötigt wird, das jedoch das Auftragsmedium leicht an die Faserstoffbahn abgibt.

Dies kann bei Auftragswerken gemäß Ausführungen der Erfindung sehr einfach dadurch realisiert werden, dass die Bahnführungen von Auftragsband und Stützband unterschiedlich sind und beispielsweise nach dem Durchlaufen der Konditioniereinrichtung das Stützband vom Auftragsband getrennt wird.

Als Dosiervorrichtung sind verschiedene Vorrichtungen denkbar. So kann beispielsweise ein Rakel, speziell ein Rollrakel zum Abrakeln von im Überschuss aufgetragenem Auftragsmedium verwendet werden. Alternativ kann beispielsweise auch ein Sprühauftrag vorgesehen sein. Auch ein Dosieren mittels einer Düse, wie sie von den sogenannten Curtain-Coatern bekannt ist möglich. Im letzteren Fall muss gegebenenfalls die Bahnführung geeignet angepasst werden, damit der im freien Fall fallende Vorhang auf der Oberfläche des Auftragsbands auftrifft.

In besonders bevorzugten Ausführungen kann das Auftragsband als permeables Auftragsband ausgeführt sein.

Alternativ oder zusätzlich kann das Stützband als geschlossenes Stützband ausgeführt sein.

Wird im Rahmen dieser Anmeldung davon gesprochen, dass ein Band .permeabel' ist, so ist damit gemeint, dass es durchlässig für Luft ist. Die Permeabilität bzw. Luftdurchlässigkeit ist dabei definiert als der Luftdurchsatz pro Flächeneinheit bei einem bestimmten Differenzdruck und wird im Bereich der Papierindustrie üblicherweise angegeben als cfm/ft2 („cubic feet per minute/ square feet") bei 0,5 Zoll Wassersäule. ASTM D737-04 ist die Standardtestmethode für die Luftdurchlässigkeit insbesondere von Textilgeweben.

Wird nach diesem Verfahren ein Wert unterhalb von 1 cfm gemessen, so soll das Band im Sinne dieser Anmeldung als .geschlossen' bezeichnet werden.

Die Kombination aus permeablem Auftragsband mit einem geschlossenen Stützband zeigt exemplarisch die Vorteile, die durch die Verwendung von zwei Bändern realisiert werden können.

Dosiert wird das Auftragsmedium auf die beiden überlagerten Bänder. Durch das geschlossene Stützband kann kein Auftragsmedium nach unten entweichen, und das Stützband kann so stabil aufgeführt werden, dass es den Belastungen durch die Dosiervorrichtung und die Konditioniereinrichtung standhalten kann. Das Auftragsband kann dabei sehr dünn ausgeführt sein und bestimmt in dieser Phase hauptsächlich die Oberflächeneigenschaften.

Nach der Konditioniereinrichtung hat sich dann das Auftragsmedium in gewissem Maß verfestigt und hat in der Regel einen Film ausgebildet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn als Auftragsmedium ein Barrieremedium verwendet wird, insbesondere eine wässrige Suspension mit Mikrofibrillierter Zellulose (MFC) und/oder Nanofibrillierter Zellulose (NFC).

Das Auftragsmedium, bzw. dieser Film muss nun im Übertragungsnip an die Faserstoffbahn übergeben werden. Da ein Film aber auf einer glatten, geschlossenen Oberfläche gut haftet, bereitet die Ablösung des Films vom Auftragsband üblicherweise große Schwierigkeiten. Ein stabiler Prozess ist im Stand der Technik nur schwer zu gewährleisten. In der hier vorgeschlagenen Ausführung kann nun nach der Konditioniereinrichtung, aber vor dem Übertragungsnip, das Stützband vom Auftragsband getrennt werden, und das Auftragsmedium läuft lediglich auf das permeable Auftragsband gestützt durch den Übertragungsnip. Die Übertragung des Films aus Beschichtungsmedium auf die Faserstoffbahn wird nun erleichtert, da durch das permeable Auftragsband Luft zwischen Auftragsband und Film eindringen kann, da durch diese Hinterlüftung die Haftung des Films am Auftragsband reduziert wird.

Generell ist es vorteilhaft, wenn das Auftragsband zusammen mit der Faserstoffbahn durch den Übertragungsnip geführt ist, während das Stützband nicht mit durch den Übertragungsnip geführt ist.

In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass der Übertragungsnip durch eine Übertragungswalze und eine Gegenwalze gebildet wird, und wobei zumindest die Gegenwalze als besaugte Walze ausgeführt ist.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass der durch eine Gegenwalze, insbesondere eine besaugte Gegenwalze gebildet ist, die von dem permeablen Auftragsband in einem Umschlingungswinkel umschlungen wird.

Als Gegenwalze wird eine Walze eines Übertragungsnips bezeichnet, die von der Faserstoffbahn aus betrachtet auf der Seite angeordnet ist, die der mit Auftragsmedium zu beschichtenden Seite gegenüberliegt.

Eine besaugte Gegenwalze unterstützt insbesondere den beschriebenen Hinterlüftungseffekt durch das permeable Auftragsband. Durch die Besaugung wird der Film aus Auftragsmedium an die Faserstoffbahn angesaugt. In der Ausführung mit einer Auftragswalze kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche dieser Auftragswalze mit Öffnungen versehen ins, oder mit einer geeigneten Bespannung, z.B. einem Filz versehen ist.

Das Auftragsband kann vorteilhafterweise als Folie ausgeführt sein, wobei die Folie insbesondere aus PET und/oder einem Polyurethan (PU) oder einem Laminat z.B. aus PET und PA bestehen kann.

Um ein permeables Auftragsband zu erhalten, kann diese Folie als perforierte Folie ausgeführt sein.

Die Löcher der perforierten Folie können dabei einen Durchmesser zwischen 100pm und 200pm aufweisen, und die Abstände zwischen benachbarten Löchern zwischen 200pm und 400pm betragen.

Das Perforieren kann entweder mittels klassischer Nadelwalzen, mittels Laserperforation oder anderen geeigneten Verfahren erfolgen.

Das Stützband kann insbesondere als Metallband oder als geschlossenes Polymerband ausgeführt sein.

In bevorzugten Ausführungen des Auftragswerks kann vorgesehen sein, dass die Konditioniereinrichtung als Trocknungseinrichtung ausgeführt ist, welche zumindest eine Heizvorrichtung umfasst. Bei der Trocknungseinrichtung kann es sich insbesondere um einer Konvektionstrocknung, eine Strahlungstrocknung oder um eine andere geeignete Trocknung handeln.

Diese Trocknungseinrichtung kann sowohl oberhalb des Auftragsbands als auch unterhalb des Auftrags- sowie des Stützbands angeordnet sein. Häufig wird es aber zweckmäßiger sein, die Heizvorrichtung oberhalb des Auftragsbands anzuordnen, da sonst zur Trocknung das Auftragsmedium durch die beiden Bänder hindurch erwärmt werden muss. Bei entsprechender Ausführung von Auftragsband und/oder Stützband -beispielsweise als Metallband- kann aber auch eine Heizung von der Unterseite her möglich sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Trocknungseinrichtung zusätzlich noch ein um laufendes permeables Band umfasst, welches oberhalb des Auftragsbands angeordnet ist, und wobei im Bereich der Heizvorrichtung eine Kontaktzone vorgesehen ist, in der das um laufende permeable Band mit dem aufgebrachten Auftragsmedium in Kontakt steht oder in Kontakt bringbar ist.

In Auftragswerken gemäß dieser Ausführung erfolgt die Konditionierung, insbesondere die Trocknung des Auftragsmediums im Sandwich zwischen dem Auftragsband und dem umlaufenden permeablen Band. Durch das umlaufende permeable Band wird die Dimensionsstabilität des Auftragsmediums, bzw. des Barrierefilm deutlich verbessert und die während der Trocknung entstehenden Spannungen abgebaut, ohne, dass es zu den oben erwähnten Defekten wir Blistering, Rissen etc. kommt.

Das um laufende Band ist permeabel ausgeführt, damit der bei der Trocknung entstehende Wasserdampf an die Umgebung abgegeben werden kann, und keine Blasen oder ähnliche Störungen durch diesen Dampf entstehen können.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das umlaufende permeable Band eine Permeabilität für Luft von 250 cfm - 800 cfm, insbesondere 450 cmf- 600 cfm aufweist.

Die Permeabilität bzw. Luftdurchlässigkeit ist dabei definiert als der Luftdurchsatz pro Flächeneinheit bei einem bestimmten Differenzdruck und wird im Bereich der Papierindustrie üblicherweise angegeben als cfm/ft2 („cubic feet per minute/ square feet) bei 0,5 Zoll Wassersäule. ASTM D737-04 ist die Standardtestmethode für die Luftdurchlässigkeit insbesondere von Textilgeweben.

Die Kontaktzone sollte sich zumindest über die gesamte Länge der Heizvorrichtung (in Maschinenlaufrichtung) erstrecken, um während der akuten Heiz- bzw. Trocknungsfase das Entstehen von Filmdefekten zu verhindern.

Üblicherweise wird es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Kontaktzone vor der Heizvorrichtung beginnt und/oder sich auch bis über die Heizvorrichtung hinaus reicht. Die Länge der Kontaktzone 300 kann dabei mehr als 50cm betragen, beispielsweise 100cm, 150cm oder mehr. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium, wobei zur Beschichtung zumindest ein Auftragswerk gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Auftragsmedium ein Barrieremedium verwendet wird, insbesondere eine wässrige Suspension mit Mikrofibrillierter Zellulose (MFC) und/oder Nanofibrillierter Zellulose (NFC).

Es gibt eine Vielzahl von Micro- bzw. Nanomaterialien auf Basis von Zellulose.

Nanocellulose kann in Cellulose-Nanokristalle (CNC), nanokristalline Cellulose (NCC), Cellulose-Nanofasern (CNF oder NFC) und bakterielle Nanocellulose (BNC) unterschieden werden.

Mikrofibrillierte Cellulose (MFC) - auch bekannt als "netzartige" Cellulose, "superfeine" Cellulose oder "Cellulose-Nanofibrillen"-, mikrokristalline Cellulose (MCC), Cellulose- Nanowhisker (CNW).

Alle diese Materialien können als Bestandteil von Auftragsmedien, insbesondere Barrieremedien zum Einsatz kommen. Häufig kommen hier Auftragsmedien mit mehreren Komponenten zum Einsatz.

Beispielsweise können MFC-Materialien für die Verwendung als Auftragsmedium: (a) Nanofibrillen und/oder (b) fibrillären Feinstoffen und/oder (c) Faserfragmente und/oder (d) Fasern umfassen, wobei vorteilhafterweise die Nanostrukturen den Hauptbestandteil bilden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Erfindung ist dabei nicht auf die hier gezeigten Ausführungen beschränkt.

Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Figur 1 zeigt ein Auftragswerk, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Figur 2 zeigt ein gemäß einem Aspekt der Erfindung.

Figur 3 zeigt ein gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.

Figur 4 zeigt ein gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Figur 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Auftragswerk zum Beschichten einer laufenden Faserstoffbahn 4. Dabei wird ein Auftragsmedium mittels einer Dosiervorrichtung 2 auf die Oberseite eines geschlossenen Auftragsbands 60 aufgebracht.

Die in Figur 1 gezeigte Dosiervorrichtung 2 verwendet ein Rakel, speziell ein Rollrakel zum Abrakeln von im Überschuss aufgetragenem Auftragsmedium.

Alternativ kann beispielsweise auch ein Sprühauftrag vorgesehen sein. Auch ein Dosieren mittels einer Düse, wie sie von den sogenannten Curtain-Coatern bekannt ist möglich.

Das Auftragsmedium wird auf dem Auftragsband von der Dosierstelle 20 bis zum Übertragungsnip 3 transportiert, und in diesem Übertragungsnip 3 auf die Faserstoffbahn 4 übertragen. Bei der Ausführung in Figur 1 passieren dabei die Faserstoffbahn 4 und das endlose Auftragsband 60 gemeinsam den Übertragungsnip 3. Dieser Übertragungsnip 3 ist dabei beispielhaft als Walzennip 3 ausgeführt, der durch eine Übertragungswalze 8 und eine Gegenwalze 8a gebildet ist.

Figur 2 zeigt dagegen ein Auftragswerk gemäß einem Aspekt der Erfindung. Statt des geschlossenen Auftragsbandes 60 wird hier ein permeables Auftragsband 6 verwendet. Bei dem permeablen Auftragsband 6 kann es sich beispielsweise um eine perforierte Kunststofffolie handeln. Zusätzlich kommt ein geschlossenes Stützband 5 zum Einsatz. Das Stützband 5 steht dabei im Bereich der Dosierstelle 20 und der Konditioniereinrichtung 1 mit dem Auftragsband 6, genauer mit der Unterseite des Auftragsbands 6 in Kontakt.

Nach der Konditioniereinrichtung 1 , insbesondere nach der Trocknung des Auftragsmediums, wird das Stützband 5 vom permeablen Auftragsband 6 getrennt. Das Auftragsband 6 mit dem Film aus Beschichtungsmedium auf der Oberseite wird weiter durch den Übertragungsnip 3 geführt, während das Stützband hier nicht durch den Übertragungsnip 3 läuft.

Der Übertragungsnip 3 ist auch in diese Ausführung als Walzennip 3 ausgeführt, der durch eine Übertragungswalze 8 und eine Gegenwalze 8a, speziell eine besaugte Gegenwalze 8a gebildet wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Übertragungsnip 3 durch eine Gegenwalze 8a, insbesondere eine besaugte Gegenwalze 8a gebildet ist, die von dem Auftragsband 6 in einem Umschlingungswinkel umschlungen wird.

Nach dem Verlassen des Übertragungsnips 3 verläuft das Auftragsband 6 noch ein Stück allein, bevor es vor dem Erreichen der Dosierstelle 20 wieder mit dem Stützband zusammengeführt wird.

Bei der Ausführung in Figur 2 ist die Konditioniereinrichtung 1 als Trocknungseinrichtung 1 ausgeführt, mit einer Heizvorrichtung 100. Diese Heizvorrichtung 100 kann beispielsweise mittels Strahlung oder Konvektion arbeiten, und ist in dieser Ausführung oberhalb des Auftragsbands angeordnet.

Die in Figur 3 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von der Ausführung aus Figur 2 dadurch, dass ein zusätzlicher Filz 7 vorgesehen ist. Dieser Filz 7 läuft zusammen mit dem permeablen Auftragsband 6 durch den Übertragungsnip 3 und ist an der Unterseite des Auftragsbands 6 angeordnet. Durch seine offene Struktur und die im Filz 7 gespeicherte Luft unterstützt der Filz 7 die Hinterlüftung des Films aus Beschichtungsmedium bei der Übertragung auf die Faserstoffbahn und damit die Ablösung von dem Auftragsband 6. Dabei können als Filz dabei prinzipiell die bekannten Pressfilze verwendet werden.

Figur 4 zeigt ein Auftragswerk gemäß einem Aspekt der Erfindung, bei dem die Konditioniereinrichtung 1 wieder als Trocknungseinrichtung 1 ausgeführt ist. Auch hier ist eine Heizvorrichtung 100 vorgesehen, die oberhalb des permeablen Auftragsbands 6 angeordnet ist. Zudem umfasst die Konditioniereinrichtung 1 gemäß Figur 4 noch ein umlaufendes permeables Band 200. Das umlaufende permeable Band 200 ist dabei oberhalb der Auftragsfläche 6 angeordnet ist. Das um laufende Band 200 steht - gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Lastmittel - mit dem aufgebrachten Auftragsmedium im Bereich einer Kontaktzone 300 in Kontakt oder ist dort mit dem Auftragsmedium damit in Kontakt bringbar. Bei Ausführungen, in denen wie in Figur 4 die Heizvorrichtung 100 ebenfalls oberhalb des Auftragsbands 6 angeordnet ist, ist diese Heizvorrichtung 100 in der Regel innerhalb der Schlaufe des umlaufenden permeablen Bands 200 angeordnet.

Die Kontaktzone 300 ist insbesondere in solchen Ausführungen länger als die Länge der Heizvorrichtung 100. Das vereinfacht den Einbau der Heizvorrichtung 100 sowie die Bandführung des umlaufenden permeablen Bands 200. Zweckmäßigerweise beginnt die Kontaktzone 300 vor der Heizvorrichtung 100 und/oder endet nach der Heizvorrichtung 100. Die Länge der Kontaktzone 300 kann dabei mehr als 50cm betragen, beispielsweise 100cm, 150cm oder mehr.

Bezugszeichenliste

1 Konditioniereinrichtung

3 Übertragungsnip 5 Stützband (geschlossen)

6 Auftragsband (permeabel)

7 Filz

8 Übertragungswalze

8a Gegenwalze 20 Dosierstelle

60 Auftragsband (geschlossen)

100 Heizvorrichtung

200 um laufendes permeables Band

300 Kontaktzone