Pigmenteinfluss beim Curtain Coating

Arbeitsfenster der Fersenzone des Curtain Coaters erweitert.

Die heute üblichen Auftragssysteme wie Blade und Filmpresse finden bereits einen weitverbreiteten Einsatz zur Oberflächenveredelung von Papier und Karton. Das Curtain Coating ist dagegen ein bislang fast nur im Spezialpapierbereich eingesetztes, kontaktloses Streichverfahren, das ohne Überschuss an Streichfarbe auskommt. Um das Curtain Coating sowohl im Spezialpapierbereich optimal einsetzen zu können als auch im Bereich von Karton zu nutzen, war es wichtig, die Zusammenhänge in der Auftreffzone genauer zu betrachten. Des Weiteren ist es von großem Interesse zu evaluieren, welchen Einfluss die Fersenzone beim Auftrag mittels Curtain Coater auf das Streichen von herkömmlichen Kartonstreichfarben besitzt.

Hauptziel des Projektes war die Ermittlung und Erweiterung des Arbeitsfensters im Bereich der Fersenzone des Curtain Coaters. Durch einen einwandfreien Strichauftrag ohne Lufteinschlüsse oder Verwirbelungen in der Fersenzone ist es möglich, die Kartonoberfläche in idealer Weise abzudecken. Durch diese gute Abdeckung im Vor- und/oder Mittelstrich kann ein Teil- oder Vollersatz von Titandioxid im Kartonstrich erreicht werden, was zu deutlichen Kosteneinsparungen führt.

Das Curtain Coating ist eine äußert innovative Beschichtungstechnik, die bereits in der Spezialpapierherstellung verbreiteten Einsatz findet (z.B. Selbstdurchschreibepapiere und hochwertige Ink-Jet Papiere). Für das Streichen von Karton, das insbesondere an die Abdeckung hohe Anforderungen stellt, sind im Rahmen des Projekts Lösungswege aufgezeigt worden, das Arbeitsfenster des Curtain Coaters zu erweitern.

Zur Untersuchung der Fersenzone des Curtain Coaters wurden sowohl Laboruntersuchungen (Handrakel, Labor-Curtain Coater und Blade) als auch Versuche im Technikumsmaßstab durchgeführt. Dabei wurden Variationen hinsichtlich der Streichfarbenzusammensetzung und der Streichbedingungen (Bahngeschwindigkeit, Durchfluss, Viskosität) untersucht.
Die Versuche im Labor und auch die Versuche im Technikum haben gezeigt, dass neben der Reynoldszahl, die aus der Streichfarbendichte, dem Durchfluss, der dynamischen Viskosität (bestimmt bei 1000s^-1) und der Breite des Curtain Coater Kopfes bestimmt wurde, die Parameter

• Bahngeschwindigkeit und
• Streichfarbenzusammensetzung (z.B. Pigmenttyp)

für die Ausbildung einer Ferse von zentraler Bedeutung sind. Zur Fersenbildung bei Streichfarben für das Kartonstreichen kommt es nur dann, sofern mindestens einer der nachfolgenden Punkte erfüllt ist:

• Die Bahngeschwindigkeit liegt unter 300m/min,
• die dynamische Viskosität liegt deutlich unter 50mPas und / oder der Feststoffanteil (<< 60 %) ist sehr niedrig,
• die Durchflussmenge ist sehr hoch, d.h. es werden Auftragsgewichte >>60g/m² erreicht.
• Die Fersenbildung wird unterstützt durch die Änderung des Auftreffpunktes des Streichfarbenvorhangs (gegen die Laufrichtung d.h. Gießposition von 12 Uhr auf 11 Uhr).

Streichfarben mit reinen rhomboedrischen Calciumcarbonaten führen deutlich früher zur Fersenbildung als Mischungen aus Calciumcarbonat und calzinierten Kaolin. Anhand der erzielten Ergebnisse ist es möglich, Titandioxid teilweise oder auch ganz zu ersetzen.

Neben den direkten Ergebnissen des Forschungsvorhabens steht den Unternehmen der Zuliefer- und Papierindustrie der Labor- und Technikums-Curtain Coater für die Durchführung von eigenen Versuchen zur Verfügung. Durch Bekanntmachen des entwickelten Labor-Curtain Coaters auch in anderen Industriezweigen, z.B. der Farben- und Lack- oder Kunststoffindustrie, können kleine und mittlere branchenfremde Unternehmen vom Forschungsvorhaben profitieren, sofern sie Untersuchungen daran durchführen.

Anhand der Forschungsergebnisse konnte auch nachgewiesen werden, dass ein teilweiser bzw. vollständiger Ersatz von Titandioxid in einer Streichfarbe möglich ist. Die Realisierung dessen ist mittels der Curtain Coating Technologie möglich unter der Verwendung von Mischungen aus Calciumcarbonat und calziniertem Kaolin. Dieses Ergebnis kommt vor allem kleinen und mittelständischen Unternehmen zu Gute, die bereits einen Curtain Coater besitzen oder in naher Zukunft in ein neues Streichaggregat investieren werden, da diese durch die Ressourceneinsparung auch mit den großen Unternehmen im direkten Wettbewerb stehen.

Das Forschungsvorhaben IGF 15437N wurde im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die AiF finanziert. Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Unser Dank gilt außerdem den beteiligten Firmen der Papier- und Zulieferindustrie für die Unterstützung der Arbeiten.