Die Fachzeitschrift für die Papier- und Zellstoffindustrie

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1 Die Fachzeitschrift für die Papier- und Zellstoffindustrie D D 3 März Jahrgang WfP 2016 Nr. 3 Unternehmen 122 Tradition trifft Moderne Tissue 128 Tissue & Schuhpresse Streichtechnologie 150 Multifunktionales Beschichtungssystem Papiermaschinenbau 158 Bellmer Paper Days 2015

2 Einbaumöglichkeit einer FMP Beschichtungsdüse bei der Erweiterung einer Leim- oder Filmpresse Multifunktionales Beschichtungssystem Innovatives Feststoff- und Viskositätsunabhängiges Auftragssystem Barriere-Coating (MOSH/MOAH) Aufgrund der Diskussion über in Lebensmitteln gefundenen Mineralölrückstände (MOSH und MOAH), die aus altpapierhaltigen oder bedruckten Kartonagen stammen, geraten die Hersteller von Verpackungen und Verpackungsmaterial immer mehr unter Druck, eine Barriereschicht zwischen der Verpackung und dem Füllgut aufzutragen. Die bislang meist zur Anwendung gebrachten, klassischen Funktionschemikalien verlieren jedoch zunehmend ihre Akzeptanz. Neue Polymerentwicklungen auf Basis von Acrylaten, Styrolacrylaten, Styrolbutadien oder PE-Wachsen können jedoch mit den herkömmlichen Auftragsaggregaten meist nicht optimal verarbeitet werden. Es entsteht zwangsläufig der Wunsch nach einem universell einsetzbaren oder multifunktionalen Beschichtungssystem. Autoren: Martin Gillert, FMP Technology GmbH, Erlangen, Dr. Helmut Leyerer, P & E Consulting, Petershausen, helmut.leyerer@t-online.de Einleitung Papier in seiner Urform ist ein flächiger Werkstoff, der aus Fasern meist pflanzlicher Herkunft besteht und durch Entwässerung der flüssigen Fasersuspension auf einem Sieb ein Faservlies ausbildet. Im Lauf seiner Entwicklungsgeschichte wurde dieses Faservlies den Bedürfnissen des Verwendungszwecks angepasst und mit den unterschiedlichsten Funktionalitäten ausgestattet. Ob Tauchen, Imprägnieren, Streichen oder Beschichten des Papiers oder Kartons bedurfte es einer entsprechenden Technologie, die es parallel zu den spezifischen Eigenschaften des Beschichtungsmediums und den steigenden Papiermaschinengeschwindigkeiten zu entwickeln galt. Aktuelle Beschichtungssysteme Die heute am häufigsten anzutreffenden Technologien zur Papierveredelung sind die Leimpresse, die Filmpresse und das Bladestreichaggregat (Abb. 1). Entwicklungen wie Spray- oder Curtain-Coating sind aufgrund von sehr spezifischen Applikationsanforderungen bisher eher noch eine Randerscheinung in der Oberflächenveredelung und Spezialanwendungen vorbehalten, obwohl gerade Curtain-Coating für wässrige Pigment- oder Barrierestriche eine bisher unerreichte Gleichmäßig- 150 Wochenblatt für Papierfabrikation 3/2016

3 Abb. 1: Aktuelle Beschichtungssysteme zur Papierveredlung A: Leimpresse, B: Filmpresse, C: Blade, D: Curtain Coating keit für eine funktionale Oberflächenbeschichtung erfüllt. Bei der Vielfalt der Beschichtungsmedien, einer steigenden Diversifizierung der Produkte und dadurch immer kleineren Losgrößen, entsteht zwangsläufig der Wunsch nach einer Beschichtungstechnologie, die eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Beschichtungsmediums und der Applikation mit sich bringt. Gleichzeitig gilt es, die Grundanforderung, ein mehr oder weniger feststoffhaltiges, flüssiges Medium auf die Papier- oder Kartonbahn aufzubringen, uneingeschränkt zu erfüllen. Im Folgenden wird eine Neuentwicklung vorgestellt, die einerseits diese Grundanforderung erfüllt als auch andererseits eine hohe Flexibilität gegenüber der bahnförmigen Basis und des Beschichtungsmediums besitzt. Möglichkeiten und Grenzen aktueller Beschichtungstechnologien Die zu erzielende Funktionalität und Verarbeitbarkeit eines Beschichtungsmediums ist im Wesentlichen durch dessen chemische und physikalische Eigenschaften vorgegeben, wie Chemische Produktformulierung Feststoffgehalt Viskosität Auftragsgewicht Auftragsgeschwindigkeit etc. Eine Anpassung des Beschichtungsmediums an eine vorhandene Beschichtungstechnologie, sei es durch Verdünnung oder Änderung der chemischen Formulierung, führt in der Regel zu einer Reduzierung bis hin zu einem Verlust der Funktionalität. Häufig können auch die benötigten Auftragsmengen nicht mit dem vorhandenen Beschichtungsaggregat appliziert werden. Andererseits wiederum erhöht eine mehr als notwendige Auftragsmenge die Produktkosten, woraus letztendlich die Forderung nach einer genauen Kontrolle und Steuerung der Dosierung des Beschichtungsmediums resultiert, um einen wettbewerbsfähigen Marktpreis erzielen zu können. Ein weiterer, aber wesentlicher Kostenfaktor, ist der Feststoffgehalt des Beschichtungsmediums aufgrund der nach erneuter Benetzung des Papiers benötigten energie- und kostenaufwändigen Nachtrocknung in der Nachtrockenpartie. Überblick der Vor- und Nachteile der gängigsten Auftragsaggregate Leimpresse Feststoffgehalt begrenzt auf 6 8% Trockenmasseanteil Niedrige Viskosität des Beschichtungsmediums <100 m Pas erforderlich Arbeitsgeschwindigkeit technologie- und konstruktionsbedingt begrenzt Bei steigender PM-Geschwindigkeit in Abhängigkeit vom Durchmesser der Leimpressenwalzen und der Viskosität der Leimpressenflotte Spritzen im Leimsumpf Ungenügende Steuerung des Leimpressenauftrags Auswaschungen und Anreicherungen im Rücklauf der Leimpresse Gefahr von Faltenbildung durch große Rückbefeuchtung und hohe Abrissgefahr Kostenaufwändige Nachtrocknung und großer Platzbedarf erforderlich Gute Imprägnierung des Papiers Pigmentierung nur begrenzt möglich. Filmpresse Vordosierung der Leimflotte mittels Rakel, volumetrisch oder Gravurwalze Feststoffgehalt bis ca. 15 % Trockenmasseanteil bei Produktionsanlagen Niedrige Viskosität des Beschichtungsmediums <100 m Pas Streichfarbenapplikation möglich mit Trockenmasseanteil >70% Unterschiedliche Beschichtung Vorder-/Rückseite möglich Reduzierung der benötigten Trocknungsenergie gegenüber Leimpresse. Blade-Streichaggregat Oberflächenbeschichtung bzw. Oberflächenveredelung des Papiers Optimal für grafische Papiere Hoher Feststoffgehalt bis ca. 70% Trockenmasseanteil Hohe Streichgeschwindigkeiten bis 2000 m/min Hohe Auftragsmengen durch Zwei- und Dreifachstrich möglich Hohe Viskosität der Streichfarbe Schichtdicke und Barriere-Wirkung abhängig von der Papierrauigkeit. 3/2016 Wochenblatt für Papierfabrikation 151

4 Abb. 2: Vergleich 1-Kammer-/2-Kammer- System mit FMP Diffusor- System Curtain-Coater Konturstrich mit gleichbleibender Filmdicke Auftragsprofile in Längs- und Querrichtung sehr gleichmäßig Filmgenauigkeit in Querrichtung wird bestimmt durch die spezifische Düsenverteilgeometrie, der Fertigungstoleranz der Düse, der Viskosität und der Schichtdicke Auftragsgewicht ist u.a. abhängig von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit sowie der Produktionsgeschwindigkeit. Niedrige Auftragsgewichte sind daher nur bei sehr hohen Geschwindigkeiten (>>1000 m/min) realisierbar Kein Überschuss an Beschichtungsmedium erforderlich Filterung oder Rückführung des Beschichtungsmediums entfällt Aufbringen mehrerer Schichten in nur einem Arbeitsdurchgang möglich, aber komplex Maschinenaufwand geringer als für klassische Streichaggregate Maschinengeschwindigkeiten >2000 m/min möglich Maschinengeschwindigkeiten<300m/minerforderngrenzflächenaktive Substanzen Kein mechanischer Materialverschleiß oder Materialkosten an Blades oder Rakel. Während mit der Leim- und Filmpresse in der Regel stärkehaltige Leimflotten aufgetragen werden, kommen bei dem Blade-Streichverfahren und beim Curtain-Coarter in der Regel pigment- und binderhaltige Streichfarben, meist auf Styrolbutadien- oder Acrylatbasis, zum Einsatz. Eine Beschichtung von Papier oder Karton mit Funktions- oder Barrierechemikalien, wie sie aktuell in der Diskussion um MOSH (Mineral Oil Saturated Hydrocarbons gesättigte Mineralöle) und MOAH (Mineral Oil Aromatic Hydrocarbons aromatische Mineralöle) gefordert wird, erweist sich mit den oben genannten Auftragssystemen aufgrund der jeweiligen Limitierungen häufig als besonders problematisch. Diese zum Teil neuen Polymermischungen liegen im Feststoffgehalt in einem Bereich von ca % Trockenmasseanteil und in einem Viskositätsbereich von mpas, also in einem Applikationsbereich, der genau zwischen dem Arbeitsbereich der Leim-/Filmpresse und dem Blade-Streichaggregat liegt. Die Entwicklung einer Verpackung mit Barriereeigenschaften scheitert daher derzeit weniger an den zur Verfügung stehenden Barrierechemikalien, sondern vielmehr an einem multifunktionelen Auftragssystem für diese Chemikalien, die zudem noch homogen und aus Kostengründen in Minimalmenge aufgebracht werden müssen. Bei der Leim- und Filmpresse ist es vor allem die Viskosität der Leimflotte, die den Einsatz von höher konzentrierten und wenig abgebauten Stärken stark einschränkt. Hier könnte der direkte Auftrag der Stärkeflotte auf das Papier vor dem Nip Durchgang der Leimpresswalzen neue Perspektiven und Einsatzmöglichkeiten von Stärkeprodukten eröffnen und helfen, gezielt gewünschte Papiereigenschaften zu optimieren. Anforderungen an ein multifunktionales Beschichtungssystem Während herkömmliche Beschichtungsaggregate nur bestimmte Bereiche einer Papier- oder Kartonmodifizierung abdecken, sollte ein universell einsetzbares oder multifunktionales Beschichtungssystem folgende Kriterien erfüllen: Erhebliche Bandbreite an Produktionsgeschwindigkeiten von m/min Große Varianz des Trockenmasseanteils von <1% (Wasser) bis >70% Stufenlose Einstellbarkeit der Auftragsmenge nass von <1g/m 2 bis einige 100 g/m 2 Viskosität des Beschichtungsmedium von mpas Grundsätzliche Homogenität von bis zu ±1% über die Bahnbreite Nahezu kein Materialverschleiß und Betriebskosten Vermeidung von Restmengen Minimierung der Trocknungsenergie durch hohe Trockenmasseanteile bzw. durch geringe Wasseranteile/Rückbefeuchtung des Beschichtungsmediums Prozess-Stabilität durch Zwangsdosierung ohne Nip und Beseitigung von Effekten wie Flüssigkeitsalterung, Lufteintrag, etc. Diese hohen Anforderungen führen zwangsläufig zu einem multifunktionalen Beschichtungssystem mit definierter Vordosierung, das unabhängig von Produktionsbedingungen, sonstigen Prozessparametern und Änderungen des Beschichtungsmediums bzw. der Fluideigenschaften die gewünschte Schichtdicke mit äußerst engen Toleranzgrenzen einstellt. Die angestrebte Nassfilmschichtdicke sollte dabei ausschließlich abhängig sein von dem gemessenen Massenstrom m und der bekannten Substrat- bzw. Bahngeschwindigkeit U. 152 Wochenblatt für Papierfabrikation 3/2016

5 Abb. 3: FMP Breitschlitzdüse mit wechselbarem Diffusor-Einsatz m = UhBp wobei: m der Massenstrom pro Meter Substratbreite U die Substratgeschwindigkeit h die Höhe bzw. die Dicke der aufgetragenen Nassfilmschicht B die Maschinen bzw. Substratbreite p die Fluiddichte Die direkte Proportionalität dieser Parameter ermöglicht es, unabhängig vom Beschichtungsmedium die Schichtdicke bei vorgegebener Maschinengeschwindigkeit lediglich durch Steuerung der Dosierung stufenlos einzustellen. Diese Anforderungen an ein multifunktionales Beschichtungssystem können die am Markt befindlichen konventionellen Beschichtungsdüsen bisher nicht erfüllen (Abb. 2). In Abhängigkeit von der Dicke der Nassfilmschicht h, des Massenstroms m, der Substratgeschwindigkeit U, der Viskosität µ und der Dichte p des Beschichtungsmediums sind in der Praxis bislang Investitionen in mehrere, speziell auf einen Betriebspunkt ausgelegte Beschichtungsdüsen erforderlich. Dies ist vor allem notwendig, um Querverteilungsungenauigkeiten über die Substratbreite, die bei herkömmlichen Beschichtungsdüsen sonst über 20% liegen können, zu vermeiden. Durch die neuartige FMP Breitschlitzdüse mit patentiertem Verteilersystem können diese Unzulänglichkeiten bzw. Querverteilungsungenauigkeiten bisheriger Beschichtungsdüsen jedoch eliminiert werden (Abb. 3). Das patentierte FMP-Verteilersystem besteht aus einem fächerförmigen Einsatz, der das aus dem Einlassbereich kommende Beschichtungsmedium gleichmäßig über die gesamte Breite der Schlitzdüse verteilt. Die erreichbaren Querverteilungsgenauigkeiten von bis zu < ±1% basieren auf einer numerisch ausgelegten, laminaren Führung der Strömung vom Einlass bis in den Bereich des Auslaufschlitzes. Herkömmliche Beschichtungsdüsen generieren die Auftragsmengen- Querverteilungsgenauigkeit durch den sich in der Düsenkammer einstellenden, mehr oder weniger homogenen Innendruck (Abb. 4). Problematisch ist hierbei, dass die Verteilung des Innendruckes in der Kammer sich je nach Massenstrom (Schichtdicke) und Viskosität ändert und in einer physikalisch bedingten Varianz der Auftragsmenge resultiert. Konnten Unternehmen aus Gründen hoher Qualitätsanforderungen diese Querverteilungsvariationen nicht akzeptieren, waren bis dato Investitionen in mehrere, speziell auf die unterschiedlichen Flüssigkeiten, Schichtdicken und Produktionsgeschwindigkeit ausgelegte Beschichtungsdüsen notwendig. Wesentliche Vorteile der FMP Breitschlitzdüse Im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungsdüsen resultiert aus der Neuentwicklung der FMP Breitschlitzdüse mit Diffusor-Verteilersystem ein nahezu multifunktionales Beschichtungssystem mit einem extrem breiten Anwendungsspektrum für unterschiedlichste Beschichtungssubstrate und Beschichtungsmedien. Die neuartigen Breitschlitzdüsen stellen Zwangsdosierungsverfahren dar und beseitigen die Nachteile herkömmlicher Applikationen: Die Flotten können mit einer Genauigkeit von bis zu ±1% übertragen werden, unabhängig von ihrer Viskosität, der gewünschten Auftragsmenge und Produktionsgeschwindigkeit. Ein nachträgliches Abquetschen oder Abrakeln sind nicht mehr erforderlich. Damit einhergehende Vorteile sind u. a. der Erhalt der Auflagehomogenität, keine ungewollte Volumenverdichtung des zu beschichtenden Materials, keine Verunreinigung der Vorlageappretur durch zurückströmendes Fluid sowie das Einsparen von Restflotten und von Energiekosten bei der Trocknung. Abb.4: Abhängigkeit der Querverteilungsgenauigkeit herkömmlicher Beschichtungsdüsen 3/2016 Wochenblatt für Papierfabrikation 153

6 Abb. 5: Homogenität der FMP Breitschlitzdüse unabhängig vom Druck und Fluidrheologie Die wesentlichen Vorteile der FMP Breitschlitzdüse sind: Beschichtungsdüse mit integriertem (patentierten) Diffusor-System Querverteilungsgenauigkeit der Auftragsmenge bis zu < ±1% Querverteilungsgenauigkeit unabhängig von Viskosität mpas Querverteilungsgenauigkeit unabhängig von Schichtdicke (1 mehrere 100 g/m 2 ) Bandbreite Produktionsgeschwindigkeit von 1 bis >> 2000 m/min Laminare Düseninnenströmung verhindert Agglomeration des Beschichtungsmediums Düsen-Spaltweite an Korngröße der Pigmente des Beschichtungsmediums anpassbar ohne die Querverteilungsgenauigkeit zu beeinflussen Keine kundenspezifische Düsenauslegung mehr erforderlich ( one for all -Konzept) Unterschiedliche Beschichtungen benötigen nur eine Düse (Abb. 5). Auftragsverhalten und Anwendungsgebiete der FMP Breitschlitzdüse Je nach Anforderung an das zu beschichtende Papier oder den Karton kann ein-und-die-selbe FMP Breitschlitzdüse in verschiedenen Beschichtungsprozessen und Beschichtungsmethoden eingesetzt werden. Web-Tensioned-Mode Bei dieser Methode wird die Düse geringfügig in das Substrat eingetaucht. Eine Berührung der Düse mit dem Substrat (Papier, Karton, Vliesstoff, Textil) erfolgt jedoch nicht, da zwischen dem Substrat und der Düse sich das Beschichtungsmedium ausbreitet, vergleichbar mit dem Aquaplaning eines Autoreifens auf Wasser. Diese Methode ermöglicht niedrige wie gleichermaßen hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten bei nahezu allen Fluid-Viskositäten wie z. B. Stärkeflotten oder wässrigen Polymerlösungen. Ein weiterer Vorteil dieser Methode liegt in der genauen Dosierung der Auftragsmenge und dem direkten Auftrag auf das Papier oder dem Karton ohne Rücklauf des Beschichtungsmediums. Auswaschungen oder Anreicherungen von Feinstoffen, wie sie etwa in einer Leimpresse unvermeidbar sind, treten so nicht mehr auf.diese Methode eignet sich für den einseitigen oder beidseitigen Auftrag, sowohl horizontal als auch vertikal (Abb. 6.1, 6.2). Curtain-Coating-Mode Das Vorhang-Beschichtungsverfahren erlaubt besonders vorteilhaft den Auftrag von dünnen Strichen bei hohen Substratgeschwindigkeiten bis >> 2000 m/min, aber auch von dicken Strichen bei niedrigen Geschwindigkeiten von unter << 1000 m/min, wie etwa beim Streichen von Karton üblich. Abb. 6.1: Web-Tensioned- Mode: vertikaler Bahnverlauf, einseitig und beidseitig 154 Wochenblatt für Papierfabrikation 3/2016

7 Abb. 6.2: Web-Tensioned- Mode: horizontaler Bahnverlauf, einseitig und beidseitig Abb. 7: Curtain-Coating- Mode: horizontaler Bahnverlauf, einseitig Wesentliche Vorteile des Curtain-Coating-Mode sind: Vordosiertes Beschichtungsverfahren Konturstrich mit gleichbleibender Filmdicke Beschichtung unebener Oberflächen möglich Geringe Belastung des Substrats, da ein low/non impact Auftragsverfahren Möglichkeiten eines Mehrschicht-Auftrags unterschiedlicher Beschichtungsmedien (Abb. 7). Umrüstung und Erweiterung herkömmlicher Film- & Leimpressen mit FMP Breitschlitzdüsen Die bei der Papier- und Kartonherstellung gebräuchlichsten Imprägnier-Aggregate sind die Leim- und die Filmpresse, bei denen das Imprägnier-Medium meist eine Stärkeflotte in einem Spalt (Nip) zwischen zwei Walzen entweder über einen Stärkesumpf oder über eine Vordosierung übertragen wird. Mit dem Ziel, die Vorteile einer Leimund Filmpresse beizubehalten, aber die Nachteile weitestgehend zu eliminieren, hat die FMP Technology GmbH ein alternatives Beschichtungsverfahren entwickelt, um mit Hilfe der Breitschlitzdüsen-Technologie folgende Vorteile zu generieren: ImprägniereneinesSubstratesbedeutetdieFüllungdes Luftraums im Substrat mit einem Imprägnierungsmedium Direktauftrag ohne Überschuss, das Papier oder der Karton wird mit den gewünschten Beschichtungsmassen zu 100% ausgerüstet Kein Rücklauf an Beschichtungsmedium, Beseitigung von Fluidalterung und Verschmutzung KeineAuswaschungderPapier-/KartonbahnoderAnreicherungvon Feinstoffen in der Leimpressenflotte Vorder- und Rückseite sind mit verschiedenen Beschichtungsmedien und in verschiedenem Auftragsverhältnis imprägnierbar. Dieses neuartige Imprägnier-Verfahren bietet zudem das technische Potential, aufgrund der Vordosierung des Beschichtungsmediums bzw. der Leimflotte, eine bestehende Leimpresse in eine Filmpresse Abb. 8.1: Erweiterung herkömmlicher Film- & Leimpressen mit Breitschlitzdüsen mit Nip-Durchgang für Web-Tensioned- Mode und Curtain- Coating-Mode 3/2016 Wochenblatt für Papierfabrikation 155

8 Abb. 8.2: Erweiterung herkömmlicher Film- & Leimpressen mit Breitschlitzdüsen ohne Nip- Durchgang für Web-Tensioned-Mode (direktes Beschichtung) oder eine bestehende Filmpresse für den Einsatz unterschiedlichster Beschichtungsmedien aufzurüsten. Dabei kann die definierte Vordosierung des Beschichtungsmediums entweder auf die vorhandenen Walzen erfolgen, oder durch Umschwenken der Düse direkt auf die Papier- oder Kartonbahn, also im Modus einer reinen Beschichtungsanlage alternativ mit oder ohne Nip-Durchgang. Dadurch wird eine enorme Flexibilität von neuen oder bereits bestehenden Anlagen hinsichtlich der Auftrags- und Beschichtungsmöglichkeiten von Papier und Karton erreicht (Abb. 8.1, 8.2). Erweiterung herkömmlicher Film- & Leimpressen mit Breitschlitzdüsen Ein weiterer, kommerziell erheblicher Vorteil dieser neuartigen Schlitzdüsen-Imprägnierung und Schlitzdüsen-Beschichtung, ist ein mit Abstand geringerer Investitionsbedarf, wie er etwa bei der Umrüstung einer Leimpresse auf eine Filmpresse oder gar für eine separate Beschichtungsanlage anfallen würde. Dies ermöglicht vor allem kleineren und mittleren Papierfabriken eine Ausweitung oder Optimierung ihrer Produktpalette, und das mit einem überschaubaren finanziellen Aufwand und geringem Risiko (Titelbild). Aufgrund der Unabhängigkeit der patentierten Düsenbeschichtung vom Trockenmasseanteil und von der Viskosität des Beschichtungsmediums eröffnet dies speziell die Möglichkeit der Applikation von neuartigen Barriere-Chemikalien, die mit den bisherigen Auftragsaggregaten nicht appliziert werden konnten. Der Papier- und Kartonhersteller hat nun das Potential und die Chance zu einem Upgrade oder zu einer Weiterentwicklung, weg von einem reinen Lieferanten von Basispaper oder Karton, hin zu einem in-house Veredler seiner eigenen Produkte. So kann er einerseits ein Fortbestehen seiner Papieroder Kartonfabrik absichern und andererseits neuen Anforderungen an seine Produkte in Zukunft innovativ begegnen. Erfolgreiche Einführung der Beschichtungstechnologie in den Produktionsprozess Je nach Substrat und Beschichtungsmedium gilt es, unter Einbeziehung der chemischen und physikalischen Parameter und unter Berücksichtigung der zu erzielenden Produkteigenschaften und Kostenstruktur, die für die Kombination Substrat/Beschichtungsmedium optimale Beschichtungsmethode auszuwählen. Durch fundierte Voruntersuchungen kann eine optimale Auslegung des Beschichtungssystems ausgearbeitet werden, um einerseits die geforderten Qualitätsparameter zu verifizieren und andererseits die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Dabei ist die Vorgehensweise in der Regel und in Abstimmung mit dem Kunden wie folgt: 1. Beschichtungsmedium bzw. Fluiduntersuchung von Beschichtungsfenstern Für das zu beschichtende Substrat und Beschichtungsmedium werden in einem ersten Schritt die Viskosität, die Oberflächenspannung und die Benetzbarkeit des Beschichtungsmediums zum Substrat vermessen, um diese Information als Basis von Beschichtungsfenster- Berechnungen zu verwenden. 2. Berechnung von Beschichtungsfenstern Auf Basis der berechneten Beschichtungsfenster können, statt durch herkömmliche, empirische Ermittlung, komplexe Beschich- Abb. 9: Prozessphasen 156 Wochenblatt für Papierfabrikation 3/2016

9 tungsaufgaben unter Berücksichtigung vielfacher, komplexer Randbedingungen professionell, systemspezifisch und kurzfristig gelöst werden. 3. Verifikation der theoretisch ermittelten Beschichtungsfenster In einem weiteren Verfahrensschritt wird im Labor- und Technikumsmaßstab verifiziert, dass die theoretisch ermittelten Beschichtungsfenster auch tatsächlich mit der Praxis übereinstimmen. Die mit Beschichtungsdüsen durchgeführten Experimente sollen aufzeigen, ob es in der Praxis bei Kunden zu unerwarteten Schwierigkeiten mit dem eingesetzten Beschichtungsmedium kommt, z. B. durch Agglomeration oder chemischen Wechselwirkungen. 4. Validierung von Substratbeschichtungen (bei Kunden, optional) Bereit stehende Beschichtungsdüsen unterschiedlicher Breite werden in kundenseitige Produktionsanlagen für detaillierte Validierungen unter live Bedingungen integriert. Erste Papier- oder Kartonbeschichtungen sind realisierbar. 5. Fertigung, Integration & Inbetriebnahme von FMP-Schlitzdüsen und Anlagen Nach positiv durchgeführten theoretischen und praktischen Vorversuchen mit dem Ergebnis, dass ein optimaler Beschichtungsprozess und Auftrag mittels Breitschlitzdüse technisch und wirtschaftlich realisierbar ist, kann ohne zeitaufwändige Auslegearbeiten eine patentierte, viskositäts- und massenstromunabhängige FMP-Breitschlitzdüse sofort zur Fertigung freigegeben werden. Zusatzkomponenten, wie beispielsweise die Breitenverstellung der Beschichtung oder Pumpen, Druckbehälter, Entgasung oder Filter, können gleichfalls geliefert werden (Abb.9). Zusammenfassung Die Bedürfnisse des Marktes nach einer immer höheren Funktionalität von Papier, Karton und Pappe können mit den bestehenden Auftragsund Veredelungsaggregaten immer weniger erfüllt werden. Die Anforderungen an ein Auftragssystem im Hinblick auf Flexibilität, einer Entkoppelung von Produktionsbedingungen, sonstigen Prozessparametern und Änderungen des Beschichtungsmediums bzw. der Fluideigenschaften führen zwangsläufig zu einem multifunktionalen Beschichtungssystem mit definierter Vordosierung. Die bereits in den Industriebereichen Metall, Photovoltaik, Batterien, Textil und Nonwoven eingesetzte patentierte FMP Breitschlitzdüsen- Technologie lässt sich in vollen Umfang auf die Bereiche Papier, Karton und Pappe übertragen. Sie ermöglicht den stufenlos definierbaren Auftrag einer angestrebten Nassfilmschichtdicke innerhalb enger Toleranzgrenzen und das nur in Abhängigkeit vom Massenstrom des Beschichtungsmediums, wobei selbst Änderungen der Flottenviskosität und der Feststoffanteile keine Veränderung der bis zu ±1% Gleichverteilungsqualität auslösen. Die Kriterien an ein multifunktionales Beschichtungssystem, wie eingangs gefordert, können somit durch den Einsatz der Breitschlitzdüsen-Technologie auch im Bereich Papier nahezu vollständig erfüllt werden. Der geringe Platzbedarf einer Breitschlitzdüse ermöglicht insbesondere den Ausbau und die Erweiterung bestehender Film- & Leimpressen zu einem Imprägnierungsaggregat mit definierter Vordosierung oder einen Betrieb als reines Beschichtungsaggregat. Damit hat der Papieroder Kartonhersteller nun eine Technologie an der Hand, die ihm das Potential eröffnet, durch eine in-house Veredelung seine Produktpalette zu erweitern und eine höhere Wertschöpfung seiner Produkte zu erzielen. 3/2016 Wochenblatt für Papierfabrikation 157