DE3586190T2

DE3586190T2 - METHOD FOR PRODUCING HIGH DENSITY PAPER.

Info

Publication number: DE3586190T2
Application number: DE8585111573T
Authority: DE
Inventors: Jean-Guy Racine
Original assignee: Stone-Consolidated Inc
Current assignee: Stone-Consolidated Inc
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2005-09-14
Also published as: EP0174661A3; ATE77109T1; EP0174661A2; DE3586190D1; CA1300412C; EP0174661B1

Abstract

A method and apparatus to produce a relatively dense high quality paper suitable for multi-colour printing are provided. The paper web is super soft-calendered while at a moisture content of between about 15 to about 55% and the web is subsequently treated to further reduce its moisture content. This procedure prevents galvanizing of the sheet which normally would occur using prior art techniques.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Papier, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines relativ dichten Papiers hoher Qualität.The present invention relates to a process for producing paper, and more particularly to a process for producing a relatively dense, high quality paper.

Im allgemeinen beinhaltet es die Herstellung von Papier, daß man eine verdünnte Wassersuspension von Holzzellulosefasern auf ein laufendes offenmaschiges Sieb fließen läßt, durch welches ein großer Teil der Flüssigkeit hindurchgeht. Es ist auch auf dem Fachgebiet bekannt, verdünnte Wassersuspension von Holzzellulosefasern zwischen zwei solche Siebe fließen zu lassen. Weitere Feuchtigkeit wird oft durch Verarbeitungsschritte wie die Anwendung von Vakuum und/oder durch die Anwendung von Druck entfernt. Demgemäß kann man die nasse Bahn durch Walzenspalte, die zwischen gegenüberliegenden Walzen ausgebildet sind, hindurchlaufen lassen, d.h. naßpressen. Es ist außerdem bekannt, den Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn weiter dadurch zu vermindern, daß man die Bahn über rotierende geheizte Zylinder laufen läßt, wo der Feuchtigkeitsgehalt durch Verdampfung bis zu einem Betrag von weniger als 15 % reduziert werden kann.In general, the manufacture of paper involves flowing a dilute water suspension of wood cellulose fibers onto a moving open mesh screen through which a large portion of the liquid passes. It is also known in the art to flow dilute water suspension of wood cellulose fibers between two such screens. Further moisture is often removed by processing steps such as the application of vacuum and/or by the application of pressure. Accordingly, the wet web can be passed through nips formed between opposing rolls, i.e. wet pressed. It is also known to further reduce the moisture content of the paper web by passing the web over rotating heated cylinders where the moisture content can be reduced by evaporation to an amount of less than 15%.

Im Papierherstellungsprozeß ist es oft wünschenswert oder erforderlich, spezielle Eigenschaften der Papierbahn zu verbessern. Demgemäß besteht ein Problem, auf das man kürzlich auf dem Fachgebiet gestoßen ist, darin, daß mit dem Einführen des Hochgeschwindigkeitsdruckens ein Papier höherer Qualität erforderlich ist. Speziell ist ein Papier, das eine höhere Dichte zusammen mit einem relativ niedrigen Feuchtigkeitsgehalt hat, eine Vorbedingung für gewisse Arten des Druckens. Zum Beispiel wird, wenn ein Blatt im Mehrfarbendruck bedruckt wird, das bedruckte Blatt nachfolgend auf das Aufbringen der ersten Farbe durch einen Trocknungsschritt hindurchgeführt, bevor die nächste Farbe darauf aufgebracht wird. Sollte die Feuchtigkeit des Blatts, das in den Trocknungsschritt eintritt, zu hoch sein (z . B. oberhalb von 8 %), schrumpft das Blatt während des Trocknungsschritts und ist nicht in Deckung für das Aufbringen der nächsten Farbe.In the papermaking process, it is often desirable or necessary to improve specific properties of the paper web. Accordingly, a problem recently encountered in the art is that with the advent of high speed printing, a higher quality paper is required. In particular, a paper having a higher density together with a relatively low moisture content is a prerequisite for certain types of printing. For example, when a sheet is printed in multi-color printing, the printed sheet is passed through a drying step following the application of the first color before the next color is applied thereto. Should the moisture of the sheet entering the drying step be too high (e.g., above 8%), the sheet will shrink during the drying step and will not be in register for the application of the next color.

Mit anderen Worten bedeutet das, daß es für gewisse Druckerfordernisse wünschenswert ist, eine Papierbahn mit einer hohen Dichte und einem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt zu haben. Um die höhere Dichte ohne Zerdrücken der Papierbahn zu erreichen, ist es vorgeschlagen worden, den Feuchtigkeitsgehalt bei der Maschinenkalandrierung zu erhöhen, um so einen Verdichtungsschritt zu erleichtern. Jedoch führt dieses zu schwärzender Fleckigkeit des Papiers und wirkt der Wünschbarkeit, einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt zu haben, entgegen. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, muß man ein relativ teures Verfahren unter Verwendung einer Mehrzahl von in hohem Maße strukturierten Schritten betreiben.In other words, for certain printing requirements it is desirable to have a paper web with a high density and a low moisture content. To achieve the higher density without crushing the paper web, it has been proposed to increase the moisture content in machine calendering to facilitate a densification step. However, this results in blackening of the paper and counteracts the desirability of having a low moisture content. To achieve the desired results one must operate a relatively expensive process using a number of highly structured steps.

Das Dokument AT-B-221 923 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Papierbahn und schlägt vor, den Feuchtigkeitsgehalt der nassen Papierbahn auf zwischen 50 % bis etwa 45 % zu reduzieren, um eine genügende Glattheit der Papierbahn zu erhalten, bevor die Papierbahn kalandriert wird. AT-B-221 923 beschreibt nur die Herstellung der nassen Papierbahn, jedoch sagt dieses Dokument, was die weitere Behandlung der nassen Papierbahn anbetrifft, um das endgültige Papier zu erhalten, praktisch nur, daß auf die in AT-B-221 923 offenbarte Maschine "Einrichtungen wie Kühlwalzen und eine Kalandrierungs- und Aufrollanlage" folgen können. Bei hohen Feuchtigkeitsgehalten wird üblicherweise Hartkalandrierung angewandt, wohingegen Weichkalandrierung generell nur in dem niedrigen Feuchtigkeitsbereich angewandt wird.Document AT-B-221 923 discloses a method for producing a paper web and suggests reducing the moisture content of the wet paper web to between 50% to about 45% in order to obtain a sufficient smoothness of the paper web before the paper web is calendered. AT-B-221 923 only describes the production of the wet paper web, but as regards the further treatment of the wet paper web to obtain the final paper, this document practically only says that the machine disclosed in AT-B-221 923 may be followed by "devices such as cooling rolls and a calendering and reeling line". At high moisture contents, hard calendering is usually applied, whereas soft calendering is generally only applied in the low moisture range.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Papierbahn zur Verfügung zu stellen, die eine relativ hohe Dichte und niedrige Feuchtigkeit hat, welche Papierbahn für Mehrfarbendruck geeignet ist.It is an object of the present invention to provide a method for producing a paper web having a relatively high density and low moisture, which paper web is suitable for multi-color printing.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mittels eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Papier erfüllt, welches Verfahren die Schritte desThis object is achieved according to the invention by means of an improved process for the production of paper, which process comprises the steps of

(1) Herstellens eines Papierbreieintrags von Fasern,(1) Producing a pulp feedstock of fibres,

(2) Ausbilden einer nassen Papierbahn aus diesem Eintrag,(2) forming a wet paper web from this entry,

(3) Entfernens von Feuchtigkeit aus der nassen Papierbahn, um den Feuchtigkeitsgehalt derselben auf zwischen etwa 55 % bis etwa 15 % zu reduzieren,(3) removing moisture from the wet paper web to reduce the moisture content thereof to between about 55% to about 15%,

(4) Weichkalandrierens der Bahn, um die Papierdichte wesentlich zu erhöhen, während sie auf diesem Feuchtigkeitsgehalt von zwischen etwa 55 % bis etwa 15 % ist, und nachfolgenden Behandelns der Bahn, um weiter deren Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren, so daß dadurch ein Papier hoher Qualität erzeugt wird, das für Mehrfarbendruck geeignet ist, umfaßt.(4) soft calendering the web to substantially increase the paper density while at said moisture content of between about 55% to about 15%, and subsequently treating the web to further reducing their moisture content to produce a high quality paper suitable for multi-colour printing.

Eine Einrichtung, welche für das Ausführen des Verfahrens der Erfindung verwendet werden kann, umfaßt Mittel zum Herstellen eines Papierbreieintrags von Fasern, Mittel zum Ausbilden einer nassen Papierbahn aus dem Eintrag, Mittel zum Entfernen von Feuchtigkeit aus der nassen Papierbahn bis zu einem Niveau von zwischen etwa 55 % bis etwa 15 %, Mittel zum Superkalandrieren der Papierbahn, während die Papierbahn einen Feuchtigkeitsgehalt von zwischen etwa 55 % bis etwa 15 % hat, um die Dichte der Bahn wesentlich zu erhöhen.An apparatus which can be used for carrying out the process of the invention comprises means for preparing a pulp furnish of fibers, means for forming a wet paper web from the furnish, means for removing moisture from the wet paper web to a level of between about 55% to about 15%, means for supercalendering the paper web while the paper web has a moisture content of between about 55% to about 15% to substantially increase the density of the web.

Wie vorher erwähnt, ist es in dem Papierherstellungsprozeß oft wünschenswert, spezielle Eigenschaften der Papierbahn zu verbessern, und demgemäß wird die Papierbahn oft einem Kalandrierungsvorgang unterworfen, worin die Bahn durch aufeinanderfolgende Walzenspalte hindurchlaufen gelassen wird, die zwischen schweren rotierenden Walzen in einem Kalanderturm ausgebildet sind. In dieser Hinsicht kann man die getrocknete Papierbahn entweder einem "Hart"- oder "Super"-Kalandrierungsschritt unterwerfen. Ein Hart-Kalandrierungsschrittbetrieb umfaßt das Hindurchlaufenlassen der Papierbahn zwischen paarweisen Walzen, wobei die Oberfläche von jeder aus einem harten nichtelastischen Material ausgebildet ist. Superkalandrierung (auch als Weichkalandrierung bezeichnet) andererseits findet statt zwischen einem Paar von Walzen, worin die Oberfläche von einer der Walzen aus einem harten nichtelastischen Material hergestellt ist, während die Oberfläche der gegenüberliegenden Walze aus einem festen elastischen Material hergestellt ist. Die Kalandrierungsvorgänge können "in-line" mit anderen Schritten des Papierherstellungsprozesses stattfinden - mit anderen Worten, zusammen mit den Schritten der Bahnformung, des Pressens und der Trocknung und werden demgemäß als Kalandrierung auf der Maschine bezeichnet. Wenn die Kalandrierung nicht in-line geschieht, wird sie als Kalandrierung weg von der Maschine bezeichnet. Wie gegenwärtig auf dem Fachgebiet der Papierherstellung praktiziert, wird die Superkalandrierung gewöhnlich weg von der Maschine ausgeführt.As previously mentioned, in the papermaking process it is often desirable to improve specific properties of the paper web and accordingly the paper web is often subjected to a calendering operation in which the web is passed through successive nips formed between heavy rotating rolls in a calender tower. In this regard, the dried paper web can be subjected to either a "hard" or "super" calendering step. A hard calendering step operation involves passing the paper web between paired rolls, the surface of each being formed of a hard non-elastic material. Supercalendering (also referred to as soft calendering), on the other hand, takes place between a pair of rolls in which the surface of one of the rolls is made of a hard non-elastic material while the surface of the opposite roll is made of a firm elastic material. The calendering operations can take place "in-line" with other steps of the papermaking process - in other words, together with the steps of web forming, pressing and drying and are accordingly referred to as on-machine calendering. When the calendering does not take place in-line, it is referred to as off-machine calendering. As currently practiced in the papermaking art, supercalendering is usually carried out off-machine.

Andere Kalandrierungs- und/oder Naßpreßvorgänge oder Vorgänge ähnlicher Art sind auch auf dem Fachgebiet bekannt. Demgemäß ist es in Situationen, in denen die Draht- oder die Entwässerungswalze oder der Druckfilz Markierungen auf der nassen Bahn zurückläßt, manchmal wünschenswert, diese Markierungen zu entfernen, während die Bahn in hohem Maße plastisch ist. In einem solchen Fall wird eine Glättungspresse unmittelbar vor dem Trocknungsabschnitt verwendet; die Glättungspresse besteht aus zwei Walzen, die ähnlich gewöhnlichen Preßwalzen sind, ausgenommen, daß kein Filz verwendet wird, und die nasse Bahn sehr leicht zwischen zwei sehr harten Oberflächen gepreßt wird. Diese Oberflächen sind gewöhnlich aus einem metallischen Material oder Granitmaterial hergestellt, und in einigen Fällen ist ein sehr hartes Gummimaterial verwendet worden. Neuerlicher wird, insbesondere für Schleifholzpapier, ein Kalandrierungsvorgang innerhalb des Trocknerabschnitts selbst angewandt. Die Stelle, an welcher die Kalandrierung ausgeführt wird, hängt von den gewünschten Papiereigenschaften ab, und dieser Vorgang wird als Kalandrierung im Feucht(glättwerk) bezeichnet. Dieser Vorgang der Kalandrierung im Feuchtglättwerk wird unter Verwendung von im wesentlichen der gleichen Ausrüstung durchgeführt, wie es diejenige ist, die für die Maschinenkalandrierung benutzt wird - d.h. Hartkalandrierung, wo die Oberflächen der den Walzenspalt bildenden Walzen beide aus hartem nichtelastischem Material hergestellt sind. Obwohl es die Hauptfunktion der Kalandrierung im Feuchtglättwerk ist, das Blatt auszuglätten und irgendwelche hohen Flecken auszunivellieren, müssen niedrige Walzenspaltdrucke angewandt werden, um eine Beschädigung, Fleckigkeit oder Schwärzung des Blatts zu vermeiden, da der Feuchtigkeitsgehalt hoch und die Bahn schwach sein können.Other calendering and/or wet pressing operations or operations of a similar nature are also known in the art. Accordingly, in situations where the wire or dewatering roll or the Printing felt leaves marks on the wet web, it is sometimes desirable to remove these marks while the web is highly plastic. In such a case a calendering press is used immediately before the drying section; the calendering press consists of two rolls similar to ordinary press rolls except that no felt is used and the wet web is very lightly pressed between two very hard surfaces. These surfaces are usually made of a metallic or granite material and in some cases a very hard rubber material has been used. More recently, particularly for sandpaper, a calendering operation is used within the dryer section itself. The place where the calendering is carried out depends on the desired paper properties and this operation is called calendering in the calendering machine. This operation of wet stack calendering is carried out using essentially the same equipment as that used for machine calendering - i.e. hard calendering where the surfaces of the rolls forming the nip are both made of hard non-elastic material. Although the main function of wet stack calendering is to smooth out the sheet and level out any high spots, low nip pressures must be applied to avoid damaging, mottled or blackening the sheet as the moisture content may be high and the web weak.

Wie aus dem obigen ersichtlich ist, kann Hartkalandrierung sowohl innerhalb des Trocknerabschnitts als auch nachfolgend auf den Trocknungsschritt angewandt werden. Generell benutzt Kalandrierung im Feuchtglättwerk nur sehr niedrige Walzenspaltdrucke, während Maschinenkalandrierung (Hartkalandrierung) bei Feuchtigkeiten unter 15 % und niedrigen bis hohen Walzenspaltdrucken angewandt wird. Superkalandrierung andererseits wird generell nur in dem niedrigen Feuchtigkeitsbereich angewandt, gewöhnlich weg von der Maschine. Andere Arten der Kalandrierung, wie Glanzkalandrierung oder ähnliche "Endbearbeitungs"-Vorgänge, worin eine wesentliche Verminderung in der Dicke/dem Dickenmaß oder wesentliche Erhöhungen in der Dichte nicht bewirkt werden (wegen der verschiedenen Probleme, z. B. "glänzende"/fleckige Oberflächen etc.), wenden auch Weichkalandrierungstechniken bei Feuchtigkeit unter 15 % an. Die kommerzielle Anwendung beinhaltet gewöhnlich Kartonqualitäten. Dieses ist z . B. aus US- A-3 124 504 bekannt. In der Offenbarung dieses Dokuments wird gelehrt, daß ein Walzenspalt, der eine harte Metalloberfläche und eine harte elastische Oberfläche beinhaltet, dazu benutzt werden kann, einer unbeschichteten Bahn gewisse Oberflächencharakteristika zu verleihen. Sie lehren nicht irgendeine Wünschbarkeit des Erzielens einer wesentlichen Verminderung in der Dicke oder dadurch eine Erhöhung in der Dichte der Bahn, was das Ziel der vorliegenden Erfindung ist. Die vorliegende Erfindung andererseits erzielt eine wesentliche Verminderung. Für Glanz- oder ähnliche Kalandrierungsvorgänge wird eine Abnahme in der Dicke (oder eine Zunahme in der Dichte) von über 5 bis 10 % als eine wesentliche Abnahme (oder Zunahme) in Abhängigkeit von der Qualität des Papiers oder Kartons betrachtet.As can be seen from the above, hard calendering can be applied both within the dryer section and subsequent to the drying step. Generally, calendering in the wet stack uses only very low nip pressures, while machine calendering (hard calendering) is used at moistures below 15% and low to high nip pressures. Supercalendering, on the other hand, is generally only used in the low moisture range, usually away from the machine. Other types of calendering, such as gloss calendering or similar "finishing" operations, in which a significant reduction in caliper/gauge or significant increases in density are not effected (due to various problems, e.g. "shiny"/spotted surfaces etc.), also use soft calendering techniques at moistures below 15%. Commercial application usually involves board grades. This is e.g. from US- A-3 124 504. In the disclosure of this document it is taught that a nip comprising a hard metal surface and a hard elastic surface can be used to impart certain surface characteristics to an uncoated web. They do not teach any desirability of achieving a substantial reduction in thickness or thereby an increase in density of the web, which is the aim of the present invention. The present invention, on the other hand, achieves a substantial reduction. For gloss or similar calendering operations a decrease in thickness (or an increase in density) of over 5 to 10% is considered to be a substantial decrease (or increase) depending on the quality of the paper or board.

Weiterhin gibt US-A-3 124 504 keine Daten zur Stützung des offenbarten Verfahrens, und Nachforschungen zeigen, daß mit diesem Verfahren kein kommerzieller Erfolg stattgefunden hat. Dieses Fehlen von kommerziellem Erfolg wird durch US-A-3 759 785 erhärtet, wonach ein Weichkalandrierungsprozeß nur auf ein unbeschichtetes Papier (Zeitungspapier) in einem Feuchtigkeitsbereich von bis zu 12 bis 15 % angewandt werden könnte (Zeilen 23 bis 25, Spalte 8).Furthermore, US-A-3 124 504 does not provide any data to support the disclosed process and research shows that this process has not achieved commercial success. This lack of commercial success is corroborated by US-A-3 759 785, according to which a soft calendering process could only be applied to an uncoated paper (newsprint) in a moisture range of up to 12 to 15% (lines 23 to 25, column 8).

Im Hinblick auf das obige ist es daher wichtig, zur Kenntnis zu nehmen, daß die Bezeichnungen "verdichten/kalandrieren/weichkalandrieren/ Kalander", wie sie von der Anmelderin in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, solche Preß - / Kalandrierungs-Vorgänge ausschließen, welche das folgende beinhalten: naßpressen / Naßpressen; glätten / Glättungspressen / Kalander; endbearbeiten / glanzkalandrieren / Glanzkalander.In view of the above, it is therefore important to note that the terms "compacting/calendering/soft calendering/calendering" as used by the applicant in the present application exclude those pressing/calendering operations which include: wet pressing/wet pressing; smoothing/smooth pressing/calendering; finishing/gloss calendering/gloss calendering.

Die vorliegende Erfindung benutzt, wie vorher erwähnt, eine nasse Papierbahn, welche einen Feuchtigkeitsgehalt von zwischen etwa 55 % bis etwa 15 % hat. Diese nasse Papierbahn kann durch konventionelle Mittel beschafft werden - wie in konventionellen Papierherstellungvorgängen kann eine verdünnte Wassersuspension der Papierbreifasern auf ein laufendes offenmaschiges Drahtsieb fließen gelassen werden, um die Entfernung eines wesentlichen Teils des Wassers durch das Sieb zu ermöglichen. Weiteres Wasser kann durch konventionelle Schritte, wie die Anwendung von Vakuum oder die Verwendung von Preßwalzen oder anderer Schritte zum teilweisen Trocknen der Bahn auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt entfernt werden. Wenn es gewünscht wird, kann die Bahn zusätzlich behandelt werden, um ihre Integrität zu erhöhen.The present invention, as previously mentioned, utilizes a wet paper web having a moisture content of between about 55% to about 15%. This wet paper web can be obtained by conventional means - as in conventional papermaking operations, a dilute water suspension of the pulp fibers can be flowed onto a running open mesh wire screen to enable the removal of a substantial portion of the water through the screen. Additional water can be removed by conventional steps such as the application of vacuum or the use of press rolls or other steps to partially dry the web to the desired moisture content. If desired, the web can be additionally treated to increase its integrity.

Die Bahn wird, während sie auf einem Feuchtigkeitsgehalt von zwischen etwa 55 % bis etwa 15 % ist, einem Superkalandrierungsvorgang auf der Maschine unterworfen. Demgemäß wird die Papierbahn bei dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt zwischen einem Paar Walzen hindurchlaufen gelassen, von denen eine aus einem harten nichtelastischen Material, wie einem metallischen Material, und eine gegenüberliegende Walze aus einem festen elastischen Material hergestellt ist. Obwohl die Materialien, aus denen die Walzen ausgebildet sein können, auf dem Fachgebiet bekannt sind, und die Bezeichnungen "Weich"- und/oder "Super"-Kalandrierung denjenigen gut bekannt sind, die auf dem Fachgebiet unterrichtet sind, werden unten speziellere Aspekte erörtert.The web, while at a moisture content of between about 55% to about 15%, is subjected to a supercalendering operation on the machine. Accordingly, the paper web at the desired moisture content is passed between a pair of rolls, one of which is made of a hard non-elastic material, such as a metallic material, and an opposing roll of a hard elastic material. Although the materials from which the rolls may be formed are known in the art, and the terms "soft" and/or "super" calendering are well known to those trained in the art, more specific aspects are discussed below.

Wie oben erwähnt, gibt es eine Anzahl von Variablen/Parametern, die mit dem Kalandrieren verknüpft sind, von welchen viele in einer hochkomplizierten Weise in Wechselwirkung stehen und über welchen Gegenstand viel geschrieben worden ist. Jedoch ist hier ein Parameter von Interesse, nämlich die Härte und Art des Materials, aus welchem die elastische Walzenoberfläche hergestellt ist. Es gibt solche Materialien, welche allgemein als "baumwollgefüllt" bezeichnet werden, andere werden als "elastomer" bezeichnet. Eine spezielle Elastomermaterial- oder Kalanderwalze, von der gefunden worden ist, daß sie brauchbar für die vorliegende Erfindung ist, wird von Eduard Kusters (Westdeutschland) hergestellt und von dieser Firma unter der Handelsbezeichnung "MAT-ON-LlNE" verkauft.As mentioned above, there are a number of variables/parameters associated with calendering, many of which interact in a highly complex manner and on the subject of which much has been written. However, one parameter of interest here is the hardness and type of material from which the elastic roll surface is made. There are such materials which are generally referred to as "cotton-filled", others are referred to as "elastomeric". A special elastomeric material or calender roll which has been found to be useful for the present invention is manufactured by Eduard Kusters (West Germany) and sold by that company under the trade name "MAT-ON-LlNE".

Wie vorstehend erwähnt, kann die Papierbahn dem Superkalandrierungsschritt unterworfen werden, während sie einen Feuchtigkeitsgehalt von zwischen etwa 55 % bis etwa 15 % hat. Obwohl die Patentinhaberin gefunden hat, daß diese Erfindung innerhalb des Feuchtigkeitsbereichs von etwa 55 % bis etwa 15 % arbeitet, ist die untere Feuchtigkeitsgrenze tatsächlich diejenige Grenze, jenseits welcher der Stand der Technik selbst gefunden hat, daß er nicht wirksam arbeiten kann, ohne daß Blattschwärzung stattfindet. Es wurde andererseits gefunden, daß das höhere Feuchtigkeitsniveau dasjenige Niveau ist, wo keine weitere Feuchtigkeit durch übliche Naßpreßvorgänge extrahiert werden kann; weiterhin wurde in Abhängigkeit von früheren Verdichtungs-/Trocknungs-Schritten gefunden, daß es der Punkt ist, wo die Integrität/Festigkeit der Bahn genügend war, daß diese einer Weichkalandrierungsoperation/einem Weichkalandrierungs -schritt widersteht. Es wurde auch gefunden, daß dieses Feuchtigkeitsniveau in hohem Maße abhängig von der Art des Bahneintrags ist. Obwohl die Bahnadhäsion an den Walzen bei diesen hohen Feuchtigkeiten stark sein kann, können Freigabemittel/-oberflächen dazu verwendet werden, um diesem wirksam entgegenzuwirken, anderenfalls kann sie auch die Grenze hoher Feuchtigkeit bestimmen.As mentioned above, the paper web can be subjected to the supercalendering step while having a moisture content of between about 55% to about 15%. Although the patentee has found that this invention operates within the moisture range of about 55% to about 15%, the lower moisture limit is actually the limit beyond which the prior art itself has found that it cannot operate effectively without sheet blackening occurring. It has, on the other hand, been found that the higher moisture level is the level where no further moisture can be extracted by conventional wet pressing operations; further, depending on previous densification/drying steps, it has been found to be the point where the integrity/strength of the web was sufficient to withstand a soft calendering operation/step. It has also been found that this moisture level is highly dependent on the type of web feed. Although Since web adhesion to the rollers can be strong at these high humidities, release agents/surfaces can be used to effectively counteract this, otherwise it can also determine the high humidity limit.

Es wird jedoch bevorzugt, daß die Superkalandrierung ausgeführt wird, während der Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn zwIschen etwa 20 % bis etwa 40 % ist. Der optimale spezifische Feuchtigkeitsgehalt für irgendeine spezielle Papierbahn hängt jedoch von vielen Variablen oder Parametern ab. Demgemäß muß man Faktoren wie die Maschinengeschwindigkeit, die Walzenspaltdruckbelastung, den Walzendurchmesser, die Anzahl von Walzenspalten, durch welche die Bahn hindurchgeführt wIrd, die Kalandrierungstemperatur, die Art des Eintrags, der für die Bahn selbst benutzt wird, die Art und Härte der Oberfläche der elastischen Walze, etc. berücksichtigen.It is preferred, however, that the supercalendering be carried out while the moisture content of the paper web is between about 20% to about 40%. The optimum specific moisture content for any particular paper web, however, depends on many variables or parameters. Accordingly, one must take into account factors such as machine speed, nip pressure load, roll diameter, number of nips through which the web is passed, calendering temperature, type of furnish used for the web itself, type and hardness of the surface of the elastic roll, etc.

Die Temperatur der Bahn, welche in den Walzenspalt eintritt, hängt auch von anderen Faktoren ab. Demgemäß könnte man Dampfschauer benutzen, um die Feuchtigkeit und die Temperatur der Bahn bis nahe dem Siedepunkt des Wassers zu erhöhen, und durch Verwendung eines unterteilten Dampfkastens und Variieren des Dampfs an verschiedenen Stellen könnte man das Walzenspaltdruckprofil des Superkalandrierungsvorgangs steuern. Jedoch ist die Art des Materials, das für die Erzeugung der festen elastischen Walzenoberfläche für den Superkalandrierungsschritt benutzt wird, ein Begrenzungsfaktor für die Kalandrierungstemperatur. Wenn elastomere Materialien verwendet werden, würde eine zu hohe Temperatur die Walzenoberfläche/Bindung zwischen dem Elastomer und dem metallischen Kern schädlich beinflussen. Auch könnte eine zu hohe Temperatur die Tendenz haben, das Blatt auszutrocknen, während es verarbeitet wird. Nichtsdestoweniger hat die Patentinhaberin gefunden, daß sie durch Steuern sowohl der Bahntemperatur als auch der Temperatur der Oberfläche von jeder der gepaarten Walzen die Gesamtweichkalandrierungstemperatur steuern kann. Demgemäß hat die Patentinhaberin innerhalb der Temperaturbegrenzung der elastischen Walzenoberfläche gefunden, daß sie durch Verwendung von höheren Kalandrierungstemperaturen in der Lage war, die Walzenspaltdruckintensität/-belastung für einen gegebenen Verdichtungsvorgang zu vermindern oder umgekehrt eine größere Verdichtung für eine gegebene Walzenspaltbelastung zu erhalten, alles im Interesse eines Blatts höherer Qualität.The temperature of the web entering the nip depends on other factors. Accordingly, one could use steam showers to increase the moisture and temperature of the web to near the boiling point of water, and by using a compartmentalized steam box and varying the steam at different locations, one could control the nip pressure profile of the supercalendering process. However, the type of material used to create the solid elastic roll surface for the supercalendering step is a limiting factor for the calendering temperature. If elastomeric materials are used, too high a temperature would adversely affect the roll surface/bond between the elastomer and the metallic core. Also, too high a temperature could have a tendency to dry out the sheet as it is processed. Nonetheless, the patentee has found that by controlling both the web temperature and the temperature of the surface of each of the paired rolls, it can control the overall soft calendering temperature. Accordingly, within the temperature limitation of the elastic roll surface, the patentee has found that by using higher calendering temperatures it has been able to reduce the nip pressure intensity/load for a given compaction operation or, conversely, obtain greater compaction for a given nip load, all in the interest of a higher quality sheet.

Eine andere Ausführungsform, von der die Patentinhaberin gefunden hat, daß sie vorteilhaft ist, war es, den Weichkalandrierungsvorgang bei den höheren Feuchtigkeiten in zwei oder mehr Stufen, mit oder ohne Zwischenstufentrocknung, zu unterteilen. Zum Beispiel eine leichte Weichkalandrierungsstufe in dem Feuchtigkeitsbereich von 45 bis 55 %, worin die Dichte um 10 bis 20 % erhöht wird, diese würde von einem Trocknen der Bahn auf eine Feuchtigkeit innerhalb des Bereichs von 25 bis 35 % gefolgt sein, dem eine schwerere Weichkalandrierungsstufe/ein schwererer Weichkalandrierungsschritt zu folgen hat, worin die Dichte weiter erhöht würde. Obwohl Infrarottrocknung in dieser Ausführungsform mit guter Wirkung angewandt werden kann, wird es bevorzugt, eine Trocknungstechnik zu verwenden, worin die Bahn unter Druck gehalten wird, während sie trocknet, z.B. eine Trocknungsfilz- und -zylinder-Kombination. Ausführungsformen, die eine Kombination des neuartigen Weichkalandrierungsschritts der Patentinhaberin mit anderen Kalandrierungsschritten nach dem Stande der Technik beinhalten, sind unten mit den zugehörigen Daten offenbart.Another embodiment which the patentee has found to be advantageous has been to divide the soft calendering process at the higher humidities into two or more stages, with or without interstage drying. For example, a light soft calendering stage in the moisture range of 45 to 55%, in which the density is increased by 10 to 20%, this would be followed by drying the web to a moisture within the range of 25 to 35%, to be followed by a heavier soft calendering stage/step in which the density would be further increased. Although infrared drying can be used to good effect in this embodiment, it is preferred to use a drying technique in which the web is kept under pressure while it dries, e.g. a drying felt and cylinder combination. Embodiments that include a combination of the patentee's novel soft calendering step with other prior art calendering steps are disclosed below with associated data.

Nachdem auf diese Weise die Erfindung allgemein beschrieben worden ist, sei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, welche die Praxis der Erfindung veranschaulichen, und worin: FIGUREN 1, 2 und 3 Kurvendarstellungen sind, welche die Beziehung zwischen akkumulierter angewandter Walzenspaltdruckbelastung in Abhängigkeit von der Blattdichte gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigen.Having thus generally described the invention, reference is made to the accompanying drawings which illustrate the practice of the invention and wherein: FIGURES 1, 2 and 3 are graphs showing the relationship between accumulated applied nip pressure load versus sheet density according to various embodiments.

In einer ersten Testausführungsform wurde eine kommerziell hergestellte Zeitungspapierbahn einem Superkalandrierungsschritt auf einer Pilotanlage-Maschine unterworfen. Die Bahn hatte einen anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt von 9 %; die Papierbahn wurde einer Mehrzahl von Durchgängen durch Walzenspalte mit variierenden Walzendrucken, wie in Tabelle 1 angegeben und in Figur 1 aufgezeichnet (Kurve A), unterworfen. Eine Probe der Papierbahn wurde hinsichtlich verschiedener Eigenschaften getestet, wie hier nachstehend angegeben ist. TABELLE 1 PROBE Walzenspalte × pli (pro Walzenspalt) Acc. Walzenspaltbelastung (pli) Grundgewicht (g/m²) Dichte (kg/m³) Corr. Dichte (kg/m³) fortgesetzt TABELLE 1 fortgesetzt PROBE Walzenspalte × pli (pro Walzenspalt) Acc. Walzenspaltbelastung (pli) Walzenspalttemperatur ºC Grundgewicht (g/m²) Dicke (um) Dichte (kg/m³) Corr. Dichte (kg/m³) PSS (um) Filz PPS (um) Draht Corr. Dichte = Dichte × Grundgewicht (Probe 0)/Grundgewicht (Probe) 00-Probe = bevor irgendeine Kalandrierung erfolgt 0-Probe = nach mehreren Walzenspalten in dem Maschinenkalander PPS = Parker Druck-Oberflächen-Test in Mikron pli - Druck pro lineare 2,54 cm (1 Zoll) Acc. - Akkumulierte Corr. - KorrigierteIn a first test embodiment, a commercially produced newsprint web was subjected to a supercalendering step on a pilot plant machine. The web had an initial moisture content of 9%; the paper web was subjected to a plurality of passes through nips with varying roll pressures as indicated in Table 1 and recorded in Figure 1 (curve A). A sample of the paper web was tested for various properties as indicated hereinafter. TABLE 1 SAMPLE Gap × pli (per nip) Acc. Gap Load (pli) Basis Weight (g/m²) Density (kg/m³) Corr. Density (kg/m³) continued TABLE 1 continued SAMPLE Nip × pli (per nip) Acc. Nip Load (pli) Nip Temperature ºC Basis Weight (gsm) Thickness (µm) Density (kg/m³) Corr. Density (kg/m³) PSS (µm) Felt PPS (µm) Wire Corr. Density = Density × Basis Weight (Sample 0)/Basis Weight (Sample) 00-Sample = before any calendering occurs 0-Sample = after several nips in the machine calender PPS = Parker Pressure Surface Test in microns pli - Pressure per linear 2.54 cm (1 inch) Acc. - Accumulated Corr. - Corrected

Nachfolgend wurde eine Bahn aus Zeitungspapier von einer kommerziellen Papiermaschine an der Feuchtglättwerkstelle bei einer Feuchtigkeit von angenähert 31 % entfernt. Wahrend der Zeit, in welcher die Bahn für eine weitere Verarbeitung auf der Pilotanlage-Maschine präpariert wurde, war die Feuchtigkeit in einen Bereich von 25 bis 30 % abgefallen. Diese feuchte Papierbahn wurde dann einem Weichkalandrierungsschritt, ähnlich der vorherigen Ausführungsform mit den Parametern und Ergebnissen, die unten in Tabelle 2 angegeben und in Figur 1 aufgetragen (Kurve B) sind, unterworfen. TABELLE 2 PROBE Walzenspalte × pli (pro Walzenspalt) Acc. Walzenspaltbelastung (pli) Dicke (um) Dichte (kg/m³) 00-Probe = bevor irgendeine Kalandrierung erfolgtSubsequently, a web of newsprint was removed from a commercial paper machine at the wet calender station at a moisture of approximately 31%. During the time the web was being prepared for further processing on the pilot plant machine, the moisture had dropped to a range of 25 to 30%. This wet paper web was then subjected to a soft calendering step similar to the previous embodiment with the parameters and results given in Table 2 below and plotted in Figure 1 (curve B). TABLE 2 SAMPLE Gap × pli (per nip) Acc. Gap Load (pli) Thickness (um) Density (kg/m³) 00-sample = before any calendering is done

In der nächsten Testausführungsform wurde die feuchte Papierbahn wieder von einer kommerziellen Papiermaschine an der Feuchtglättwerkstelle mit dem gleichen Feuchtigkeitsgehalt wie die Probe für Tabelle 2 genommen. Die Probe wurde einem Weichkalandrierungsvorgang bei einem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 22 bis 23 % unterworfen, luftgetrocknet auf angenähert 9 bis 10 % Feuchtigkeit und dann einem weiteren Weichkalandrierungsvorgang unterworfen. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 3 angegeben und in Figur 2 aufgetragen. TABELLE 3 PROBE SB Walzenspalte × pli (pro Walzenspalt) SM Walzenspalte × pli (pro Walzenspalt) Acc. Walzenspaltbelastung (pli) Dicke (um) Dichte (grm/cm³) PPS Filz (um) PPS Draht (um) SB = Weichkalandrierung bei einer Feuchtigkeit über 15 % (z.B. an dem Feuchtglättwerk) SM = Weichkalandrierung bei einer Feuchtigkeit unter 15 % (z. B. an dem Maschinenturm)In the next test embodiment, the wet paper web was again taken from a commercial paper machine at the wet calender station at the same moisture content as the sample for Table 2. The sample was subjected to a soft calendering operation at a moisture content between 22 to 23%, air dried to approximately 9 to 10% moisture, and then subjected to another soft calendering operation. The results are given in Table 3 below and plotted in Figure 2. TABLE 3 SAMPLE SB Roll gap × pli (per roll gap) SM Roll gap × pli (per roll gap) Acc. roll gap load (pli) Thickness (um) Density (grm/cm³) PPS felt (um) PPS wire (um) SB = soft calendering at a moisture content above 15% (e.g. at the wet calendering unit) SM = soft calendering at a moisture content below 15% (e.g. at the machine tower)

Eine weitere Testausführungsform war ein Lauf ähnlich demjenigen der Beispiele 2 und 3, wieder unter Benutzung einer Papierbahn aus Zeitungspapier von einer kommerziellen Papiermaschine an der Feuchtglättwerkstelle. In dieser Ausführungsform wurde die Papierbahn einem anfänglichen Weichkalandrierungsvorgang bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 22 bis 23 % unterworfen, luftgetrocknet auf ungefähr 9 bis 10 % und dann einem endgültigen Hartkalandrieren bei dem verminderten Feuchtigkeitsniveau unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 unten gezeigt und in Figur 3 aufgetragen. TABELLE 4 PROBE SB Walzenspalte × pli (pro Walzenspalt) HM Walzenspalte × pli (pro Walzenspalt) Acc. Walzenspaltbelastung (pli) Dicke (um) Dichte (grm/cm³) PPS Filz (um) PPS Draht (um) SB = Weichkalandrierung bei einer Feuchtigkeit über 15 % (z.B. an dem Feuchtglättwerk) HM = Hartkalandrierung bei einer Feuchtigkeit unter 15 % (z . B. an dem Maschinenturm)Another test embodiment was a run similar to that of Examples 2 and 3, again using a newsprint web from a commercial paper machine at the wet calender station. In this embodiment, the web was subjected to an initial soft calendering operation at a moisture content of 22 to 23%, air dried to about 9 to 10%, and then subjected to a final hard calendering at the reduced moisture level. The results are shown in Table 4 below and plotted in Figure 3. TABLE 4 SAMPLE SB Gap × pli (per nip) HM Gap × pli (per nip) Acc. Gap Load (pli) Thickness (um) Density (grm/cm³) PPS Felt (um) PPS Wire (um) SB = soft calendering at a moisture content of more than 15% (e.g. at the wet polishing unit) HM = hard calendering at a moisture content of less than 15% (e.g. at the machine tower)

Bezugnehmend auf Figur 1 zeigt die Kurve A, wie die Dichte der Bahn zunimmt, wenn die Bahn einem vorausgehenden Prozeß des Superkalandrierens weg von der Maschine bei einem niedrigen Feuchtigkeitsgehaltangenähert 9 % - unterworfen wird. Die Kurve B zeigt andererseits die Zunahme der Dichte der Bahn, wenn sie dem Verfahren der vorliegenden Erfindung - Weichkalandrierung bei einem höheren Feuchtigkeitsgehalt (25 bis 30 %) auf der Maschine - unterworfen wird. Beim Vergleichen der Kurven A und B ist es evident, daß man eine Bahn höherer Dichte leichter mit der gleichen "akkumulierten Walzenspaltbelastung" erhalten kann, wenn man die Praxis der vorliegenden Erfindung anwendet.Referring to Figure 1, Curve A shows how the density of the web increases when the web is subjected to a preliminary process of supercalendering off the machine at a low moisture content - approximately 9%. Curve B, on the other hand, shows the increase in density of the web when it is subjected to the process of the present invention - soft calendering at a higher moisture content (25 to 30%) on the machine. Comparing Curves A and B, it is evident that a higher density web can be more easily obtained with the same "accumulated nip load" when using the practice of the present invention.

Demgemäß repräsentiert, unter Rückbezug auf Tabelle 1 (Kurve A) die Dichte der Probe 11 ein "Standardzeitungs"-Blatt und nicht diejenige eines Zylindertiefdruckblatts höherer Qualität, welches in den Proben 5 bis 9 in Tabelle 2 erzielt wird.Accordingly, referring back to Table 1 (curve A), the density of Sample 11 represents a "standard newspaper" sheet and not that of a higher quality gravure sheet achieved in Samples 5 through 9 in Table 2.

Die Figur 2 und die Tabelle 3 veranschaulichen, daß man in der Lage ist, ein Blatt mit Superqualität, die Zylindertiefdruckqualität equivalent ist, durch die Praxis der vorliegenden Erfindung, kombiniert mit Superkalandrierung nachfolgend auf die Schritte des Feuchtglättwerks, Superkalandrierung und Lufttrocknung zu erhalten. In diesem Verfahren wurde die Dichte etwa 80 % erhöht.Figure 2 and Table 3 illustrate that it is possible to obtain a super quality sheet equivalent to gravure quality by the practice of the present invention combined with supercalendering subsequent to the steps of wet calendering, supercalendering and air drying. In this process, the density was increased by about 80%.

Die Figur 3 und die Tabelle 4 veranschaulichen, daß man ein Zylindertiefdruckblatt guter Qualität mit der Kombination von Superkalandrierung bei einer höheren Feuchtigkeit, Lufttrocknung und dann Hartkalandrierung mit mehreren leichten Walzenspalten erhalten kann. Im allgemeinen vermindert die Anwendung der Superkalandrierung bei höheren Feuchtigkeiten die Anzahl von Walzenspalten/die Größe des Walzenspaltdrucks, die für das Endkalandrieren des Blatts erforderlich ist, wesentlich. Da Kalandrierung, insbesondere Hartkalandrierung, ein beschädigender und teurer Vorgang sein kann, ist dieses extrem brauchbar.Figure 3 and Table 4 illustrate that a good quality gravure sheet can be obtained with the combination of supercalendering at higher humidity, air drying and then hard calendering with several light nips. In general, the use of supercalendering at higher humidities significantly reduces the number of nips/the amount of nip pressure required to finally calender the sheet. Since calendering, especially hard calendering, can be a damaging and expensive operation, this is extremely useful.

Unter Bezuguahme zurück auf die Tabellen 3 und 4 wurde unter Vergleich der Ergebnisse der Superkalandrierung gegenüber Hartkalandrierung (beide bei niedrigen Feuchtigkeiten) nach Weichkalandrierung bei höheren Feuchtigkeiten durch Aufbringen eines Druckerschwärzefilms mit einer speziellen Ziehstange auf die Proben gefunden, daß das Hartkalandrieren noch eine größere Fleckigkeitsneigung hatte, als es diejenige für das Weichkalandrieren war, welches überhaupt keine Fleckigkeit zeigte. Demgemäß belästigt, obwohl Verfahren nach dem Stand der Technik ein Papier hoher Dichte herstellen könnten, Flecklgkeit oder "Galvanisierung" noch diese Bemühungen. Es ist klar, daß die vorliegende Erfindung diesen Fleckigkeitseffekt, der ein Drucken hoher Qualität sehr schwierig, wenn nicht unmöglich machte, ausgeschaltet hat. Außerdem ist das Dichteprofil gleichförmiger, und die Oberfläche ist "flacher"Referring back to Tables 3 and 4, comparing the results of supercalendering versus hard calendering (both at low moistures) after soft calendering at higher moistures by applying a film of printing ink to the samples with a special draw bar, it was found that hard calendering had an even greater tendency to stain than was the case for soft calendering, which showed no staining at all. Accordingly, although prior art processes produce a paper of high density, mottle or "galvanization" nor these efforts. It is clear that the present invention has eliminated this mottle effect, which made high quality printing very difficult, if not impossible. In addition, the density profile is more uniform and the surface is "flatter"

Die Einrichtung zum Weichkalandrieren ist auf dem Fachgebiet gut bekannt, und demgemäß kann auf US-A-3 365 774 und US-A-4 256 034 wie auch auf US-A-3 124 504 als Beispiele einer geeigneten Einrichtungsart Bezug genommen werden. Obwohl sich die obigen Beispiele mit Papier von Zeitungspapierqualitäten befaßt haben, können andere Qualitäten von Papier und Karton, welche einen weiten Dickenmaß- oder Dickenbereich überdekken, in gleicher Weise gut verwendet werden, wenn eine höhere Dichte zusammen mit annehmbaren Druckcharakteristika erforderlich ist.The soft calendering apparatus is well known in the art and accordingly reference may be made to US-A-3 365 774 and US-A-4 256 034 as well as US-A-3 124 504 as examples of a suitable type of apparatus. Although the above examples have dealt with newsprint grade paper, other grades of paper and board covering a wide range of gauges or thicknesses may equally well be used when a higher density is required together with acceptable printing characteristics.

Wie aus dem obigen ersichtlich ist, wird in der Praxis der vorliegenden Erfindung eine wesentliche Erhöhung in der Dichte unter Verwendung eines Super-/Weichkalandrierungsvorgangs erzielt. Die Bahn "erinnert sich" des vorherigen Kalandrierungsvorgangs, dem sie unterworfen worden ist, und es wurde gefunden, daß es der Gesamtwalzenspaltdruck ist, dem die Bahn durch die gesamte Super-/Weichkalandrierung unterworfen worden ist, welcher extrem wichtig ist.As can be seen from the above, in the practice of the present invention, a substantial increase in density is achieved using a super/soft calendering process. The web "remembers" the previous calendering process to which it has been subjected, and it has been found that it is the total nip pressure to which the web has been subjected throughout the super/soft calendering process that is extremely important.

Claims

1. A process for producing paper, the process comprising the steps of

(1) Producing a pulp feed of fibres,

(2) forming a wet paper web from this entry,

(3) removing moisture from the wet paper web to reduce the moisture content thereof to between about 55% to about 15%,

(4) soft calendering the web to substantially increase the paper density while at said moisture content of between about 55% to about 15% and subsequently treating the web to further reduce its moisture content, thereby producing a high quality paper suitable for multi-color printing,

includes.

2. The method of claim 1, wherein the step of further treating the web comprises the step of drying the paper web and subsequently further calendering the web.

3. The method of claim 2, wherein the step of further calendering the web comprises the step of supercalendering the paper web, followed by drying.

4. The method of claim 2, wherein the step of further calendering the paper web comprises the step of hard calendering the paper web.

5. The method of claim 2, wherein the step of further calendering the paper web comprises the step of soft calendering the web while it is at a moisture level of less than about 15%.

6. The method of claim 1, wherein the step of soft calendering the paper web comprises the step of soft calendering the web while it is at a moisture content of between about 20% to about 40%.

7. The method of claim 1, wherein the step of soft calendering the web occurs on-line at a wet calendering station.

8. The method of claim 7, wherein the step of subsequently treating the web to further reduce its moisture content comprises the step of drying the web and subsequently further calendering the web.