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Mehr Glanz und Glätte

Will man in der Papiererzeugung eine glatte Papieroberfläche erzielen, geht das wesentlich zu Lasten des Volumens. Die Innovation der ANDRITZ Küsters GmbH, der PrimeCal Y Belt Kalander, bewältigt diese Herausforderung. Der Glanz und die Glätte werden verbessert, bei größtmöglicher Volumen- und Festigkeitsschonung.

Eine Kalanderwalze wird so erwärmt, dass die Papieroberfläche, die die beheizte Walze berührt, den Glasübergangspunkt erreicht. Das ist der Punkt, bei dem die Holz- und Zellstofffasern von einem festen in einen verformbaren Zustand übergehen, typischerweise im Bereich 180 – 230° C, bei niedrigem Feuchtigkeitsgehalt (kleiner-gleich 2%). Die Übergangstemperatur ist vom Feuchtegehalt abhängig und fällt mit zunehmender Feuchte ab. Um das Volumen aufrecht zu erhalten, wird nur eine dünne unterhalb der Papieroberfläche befindliche Schicht der Bahn auf die Erweichungstemperatur erwärmt. Die innere Schicht bleibt hingegen auf einer Temperatur unterhalb des Übergangspunkts und ändert sich bei niedriger Druckspannung im Nip nicht wesentlich. Die Nutzung der Temperatur- und Feuchtig-
keitsgradienten in der Kalander-Technologie ist schon lange bekannt und konnte bis dato nur unter hohem Aufwand angewandt werden, da dieser Übergangspunkt nur sehr schwer zu erreichen ist, weil die Verweilzeit in einem typischen beheizten Kalander meistens weniger als eine Millisekunde beträgt. Die Walzentemperaturen müssen besonders hoch eingestellt werden, das heißt, es ist ein spezielles Walzenmaterial erforderlich und der Energieverbrauch steigt. Diese Energie wird überwiegend ins Freie abgeleitet und geht verloren. Bei einer Bahn mit schlechter Formation können außerdem die hohen Walzenoberflächentemperaturen zu übermäßiger Fleckenbildung führen.

Die Bahnkonditionierung
Die Innovation des PrimeCal Y Belt Kalanders beruht auf der Bahnkonditionierung mittels eines Bandes, um die gewünschten Papier- oder Kartonoberflächeneigenschaften zu erzielen – bei gleichzeitiger Erhaltung eines möglichst hohen Volumens. Der Vorteil des Belt Kalanders kombiniert mit der Befeuchtung der Bahn vor dem Nip besteht darin, dass mit niedrigeren Temperaturen und niedrigerem Nip-Druck ein glattes und glänzendes Blatt hergestellt werden kann. Der niedrige Nip-Druck ist die wesentliche Voraussetzung für die Schonung des Volumens.
Das Prinzip des Glättens mit Temperatur- und Feuchte-
gradienten besteht darin, die Papieroberfläche weich zu machen, damit sie im Nip mechanisch eingeebnet werden kann. Hauptfaktoren hierfür sind die Temperatur, der Nipdruck und die Verweildauer (also die Zeit, während der die Bahn mit der Kalanderwalze in Kontakt bleibt bzw. im Nip verformt wird). Die Entwicklungsarbeiten begannen im Jahr 2008. Anfang 2009 wurde ein Prototyp für das ANDRITZ Küsters Paper Technology Center gebaut und ausführlich getestet. Mit dieser Pilotanlage wurden die wesentlichen Unterschiede des Belt Kalanders zu dem herkömmlichen Hard- oder Soft-Nip Kalandern herausgearbeitet.
Der Schlüssel für den PrimeCal Y Belt Kalander ist die Nutzung der Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten
in der Kalandertechnologie (siehe oben). Aus diesem Grund ist eine Befeuchtung der Bahn vor dem Kalander vorteilhaft. Durch die Befeuchtung der Bahn kann innerhalb einer bestimmten Dicke auf Grund des höheren Feuchtegehalts die Erweichungstemperatur herabgesetzt werden. Im PrimeCal Y Belt Kalander drückt nach dem Befeuchten der Bahnoberfläche ein bahnbreites Band die Bahn an die beheizte Walze. Die Kontaktzeit zwischen der beheizten Walze und der Bahn kann gezielt durch Verstellung des Umschlingungswinkels eingestellt werden. Dadurch ist die Verweilzeit variabel gegenüber klassischen Kalandern. Daher muss die Walze nur auf eine Temperatur zwischen 20 und 30° C über dem Glasübergangspunkt vorgewärmt werden. So kann mit der Einstellung der Feuchtigkeit und Temperatur die Oberfläche des Papieres entsprechend aufgeweicht werden und der Liniendruck im Walzennip niedriger gehalten werden um den gewünschten Glätteffekt zu erzielen, wodurch das Volumen geschont wird. Die Bandleitwalzen berühren die beheizte Walze nicht. Deshalb besteht keine Gefahr, dass das Band bei einem Bahnabriss oder beim Überführen der Bahn beschädigt wird und dass es zu einer Delaminierung des Bandes im Nip kommt.

Kundennutzen
Die Bandkalandertechnologie kann für alle Papiersorten und Flächengewichte eingesetzt werden. Des Weiteren können zonengesteuerte Walzen, wie zum Beispiel eine PrimeRoll MHV zur Dickenquerprofilkontrolle verwendet werden. Da die Oberflächentemperatur der beheizten Kalanderwalze auf Grund der langen Verweilzeit der Bahn unter dem Belt wesentlich reduziert ist, ist der Energieverlust gegenüber einem konventionellen, mit hoher Walzenoberflächentemperatur betriebenen Kalander geringer. Es handelt sich bei dem PrimeCal Y Belt Kalander um ein sehr anpassungsfähiges Werkzeug, das dem Papiermacher die Möglichkeit gibt, den Glasübergangspunkt und die Eindringtiefe der Wärme zu steuern.

Optimale Glättverhältnisse
Über die Umschlingungslänge (Verweilzeit), Druck und Feuchtigkeit lassen sich somit optimale Glättergebnisse bei gleichzeitiger Volumenschonung erzielen. Beispielsweise kann bei höheren Flächengewichten, bei denen es auf hohes Volumen ankommt, das Blatt vorbefeuchtet werden, um dann über die Bahnvorwärmung die Eindringtiefe der Energie einzustellen, wodurch der Nipdruck reduziert werden kann. Bei Papieren mit niedrigerem Flächengewicht, bei denen hoher Glanz und hohe Verdichtung gefragt sind, kann der Hersteller die Glätteffekte verstärken, indem das ganze Blatt durchgewärmt und der Nipdruck erhöht wird.
Basierend auf den hervorragenden im ANDRITZ Küsters Technology Center erzielten Versuchsergebnissen wurde die erste kommerzielle Produktionsanlage im 3. Quartal 2014 in Betrieb genommen.
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