Dispositivo de prensado para comprimir papel y/o para extraer líquido portador desde el papel y procedimiento correspondiente.

Dispositivo de prensado (11) para comprimir papel y/o para extraer líquido portador desde papel húmedo (27),

cartón grueso o cartón durante la fabricación de papel (27), cartón grueso o cartón, donde el dispositivo de prensado (11) se encuentra situado aguas abajo de un dispositivo de cribado (9) y aguas arriba de una instalación de secado (13), caracterizado porque encima, dentro o debajo de un área de prensado del dispositivo de prensado (11) se encuentra dispuesto al menos un primer electrodo (47) que se encuentra conectado a un generador de pulsos de alta tensión (46), donde en/sobre el papel húmedo (27), cartón grueso o cartón o en su entorno próximo puede producirse plasma.

Dispositivo de prensado para comprimir papel y/o para extraer líquido portador desde el papel y procedimiento correspondiente.

La presente invención hace referencia a un dispositivo de prensado para comprimir papel y/o para extraer líquido portador desde papel húmedo, cartón grueso o cartón durante la fabricación de papel, cartón grueso o cartón, donde el dispositivo de prensado se encuentra situado aguas abajo de un dispositivo de cribado y aguas arriba de una instalación de secado.

La presente invención hace referencia además a un procedimiento para operar el dispositivo de prensado acorde a la invención durante la compresión de papel y/o la extracción de líquido portador desde papel húmedo, cartón grueso o cartón durante la fabricación de papel, cartón grueso o cartón, donde el dispositivo de prensado se encuentra situado aguas abajo de un dispositivo de cribado y aguas arriba de una instalación de secado.

En una instalación para la fabricación de papel o en partes de una instalación para la fabricación de papel, un papel, por lo general húmedo, cartón grueso o cartón, abandona un área de cribado de la instalación para la fabricación de papel, alcanzando desde allí un área de prensado de la instalación para la fabricación de papel. En el área de prensado se elimina el agua del papel, cartón grueso o cartón. Para denominar al papel, cartón grueso o cartón se utilizará de aquí en adelante el término papel o material a ser procesado.

La resistencia del papel aumenta al eliminarse una mayor cantidad de agua. De manera preferente, las fibras del papel se componen de muchas cadenas de celulosa con muchos grupos OH. La resistencia del papel se origina mediante moléculas de agua que se sitúan en medio, uniendo las fibras unas con otras a través de puentes de hidrógeno. La cantidad de puentes de hidrógeno puede ser aumentada a través del prensado o de un estiramiento leve.

Por la solicitud WO 2004/101891 A1 se conoce un procedimiento para el tratamiento de papel con plasma.

Por la solicitud DE 198 36 669 A1 se conoce un procedimiento para el tratamiento previo de superficies en el papel secado y firme.

En ninguno de los dos documentos se describe cómo debe ser tratado el papel con respecto a un aumento de la resistencia del papel con el fin de incrementar la velocidad del proceso.

Es objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo y un procedimiento para aumentar la velocidad del procesamiento en la fabricación de papel.

El objeto referido al dispositivo, conforme a la invención, se alcanzará gracias a que encima, dentro o debajo de un área de prensado del dispositivo de prensado se encuentra dispuesto al menos un primer electrodo que se encuentra conectado a un generador de pulsos de alta tensión, donde en/sobre el papel húmedo, cartón grueso o cartón, o en su entorno próximo, puede producirse plasma.

A través del tratamiento del papel, así como de las fibras, que aún se encuentra húmedo, en el dispositivo de prensado, aún antes de una primera etapa de secado, con un plasma de corona preferentemente frío, es modificada la estructura molecular de la superficie del papel, así como de las fibras. A través del tratamiento con plasma es aumentada la resistencia de la "hoja" aún antes de la primera etapa de secado. De manera preferente, el plasma es producido en el dispositivo de prensado a una distancia menor de 20 cm, preferentemente menor de 10 cm, preferentemente menor de 5 cm, desde el papel que aún se encuentra húmedo.

En otra variante de la invención, un rodillo transportador se encuentra dispuesto como un primer electrodo. A través del tratamiento directo con plasma preferentemente frío en el dispositivo de prensado, mediante un rodillo transportador, se forman en el papel más enlaces de puentes de hidrógeno que sin un tratamiento con plasma. Por tanto, la resistencia del papel se incrementa en el dispositivo de prensado. El aumento de la resistencia del papel reduce el peligro de roturas en el papel, brindando a su vez la posibilidad de incrementar la velocidad de procesamiento de la instalación para la fabricación de papel.

Se considera conveniente que se encuentre presente al menos un segundo electrodo para la producción del plasma. El plasma se produce entre los dos electrodos, preferentemente como una descarga de corona o una descarga de gas. A través de una disposición de este tipo, el papel es conducido entre los dos electrodos y puede ser tratado con plasma de modo apropiado.

De manera ventajosa, al menos un electrodo se encuentra diseñado como una placa. Gracias al diseño preferente de un electrodo como una placa, aumenta la aplicación apropiada con plasma en el papel.

En las reivindicaciones 5 a 11 se indican otras características preferentes de las variantes del dispositivo de prensado, en particular de las disposiciones de electrodos del dispositivo de prensado.

Otro aumento de la resistencia del papel se logra a través de un medio para introducir gas, en particular aire u oxígeno, preferentemente oxígeno puro u oxígeno, por ejemplo, con gas inerte como gas portador, entre los electrodos o en la proximidad inmediata de los mismos. Con la ayuda de este gas introducido y del tratamiento simultáneo con plasma se incrementa aún más la posterior resistencia al desgarro del papel.

De acuerdo con las condiciones de la invención referidas al procedimiento se prevé que el papel a ser comprimido sea puesto en contacto con plasma de superficie grande, preferentemente no térmico, a presión atmosférica, que el plasma sea producido en la proximidad inmediata del papel o en el papel, o que una descarga de gas, en particular una descarga de corona, sea producida a presión atmosférica en la proximidad inmediata de dicho papel.

En otra variante ventajosa de la invención para producir el plasma o la descarga de gas entre electrodos se producen pulsos de alta tensión con una duración menor a 10 µs. La utilización de pulsos de alta tensión que poseen una duración menor a 10 µs se ha comprobado como especialmente ventajosa, del modo que se describirá más adelante.

En el caso de un tratamiento de la superficie del papel no completamente seca con plasma frío, preferentemente inmediatamente antes de la primera etapa de secado, se producen determinados radicales (por ejemplo OH-, HOO-, O, O3) , que reaccionan químicamente con la superficie del papel y en particular con las fibras que no se encuentran completamente unidas.

Otras características preferentes del procedimiento se indican en las reivindicaciones 15 a 43. Éstas se basan principalmente en las siguientes consideraciones:

Entre otras, los radicales puede desencadenar también reacciones químicas de blanqueo en particular oxígeno libre O, en particular también un radical hidroxilo OH, en particular ozono O3, como también grupos funcionales libres, como por ejemplo grupos OH, grupos COOH. Estos grupos funcionales, a su vez, se encuentran involucrados de forma decisiva en particular en el aumento de la ligazón de las fibras unas con otras, gracias a lo cual se incrementa la resistencia al desgarro del papel, donde debido a ello puede ser aumentada aún más la velocidad del procesamiento.

De manera preferente, en el caso de una producción simultánea de radicales se produce una serie de radicales oxidantes y funcionalizantes de modo diferente en una fase gaseosa y, en la hoja no completamente seca, se utiliza para tratar posteriormente el papel con radicales en el dispositivo de prensado o en una etapa inmediatamente posterior.

En particular, este tratamiento se utiliza en el caso de un contenido de líquido portador de 2 % hasta más de 30 %.

De este modo, la resistencia del papel, y con ello la velocidad de trabajo máxima posible, son aumentadas ya antes de una etapa en la instalación de secado. Asimismo, a través de de este tipo de tratamiento pueden blanquearse también las sustancias de color que se encuentran en la superficie, donde por ejemplo se decoloran oxidativamente la lignina adherida o restos de colorantes.

En las descargas de gas, los radicales se producen debido a que electrones ricos en energía chocan con las moléculas, disociándolas o excitándolas, conduciendo así a una formación de los radicales. Durante la disociación se liberan radicales de forma inmediata, mientras que durante la excitación se genera luz ultravioleta a través de un pasaje radiante subsiguiente que a su vez reacciona nuevamente preferentemente con moléculas de aire y de agua, disociando estas últimas. Para obtener electrones ricos en energía dentro de un rango de aproximadamente 5 eV (electronvoltios) hasta > 15 eV se necesitan campos eléctricos... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de prensado (11) para comprimir papel y/o para extraer líquido portador desde papel húmedo (27) , cartón grueso o cartón durante la fabricación de papel (27) , cartón grueso o cartón, donde el dispositivo de prensado (11) se encuentra situado aguas abajo de un dispositivo de cribado (9) y aguas arriba de una instalación de secado (13) , caracterizado porque encima, dentro o debajo de un área de prensado del dispositivo de prensado (11) se encuentra dispuesto al menos un primer electrodo (47) que se encuentra conectado a un generador de pulsos de alta tensión (46) , donde en/sobre el papel húmedo (27) , cartón grueso o cartón o en su entorno próximo puede producirse plasma.

2. Dispositivo de prensado (11) según la reivindicación 1, caracterizado porque un rodillo transportador (12) se encuentra dispuesto como un primer electrodo.

3. Dispositivo de prensado (11) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se encuentra presente al menos un segundo electrodo (48) para producir plasma.

4. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque al menos un electrodo se encuentra diseñado como una placa (70a, 70b) .

5. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque al menos un electrodo se encuentra diseñado como alambre (71) .

6. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al menos un electrodo se encuentra diseñado como una malla metálica, en particular como una rejilla de alambre (75a, 75b) .

7. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque al menos un electrodo se encuentra diseñado como una rejilla (75a, 75b) , en particular como una disposición de barras redondas y/o de listones planos que se cruzan de forma rectangular u oblicua.

8. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque al menos un electrodo presenta una o varias punta (s) (73) .

9. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los electrodos se encuentran dispuestos como al menos dos placas (70a, 70b) opuestas, donde preferentemente éstas se extienden de forma paralela una con respecto a la otra.

10. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los electrodos se encuentran dispuestos como al menos dos rejillas (75a, 75b) opuestas, donde preferentemente éstas se extienden de forma paralela una con respecto a la otra.

11. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los electrodos se encuentran dispuestos de manera que entre dos placas (70d, 70e) que se encuentran conectadas la una a la otra mediante al menos un conector de placas (70f) , las cuales forman el primer electrodo, se encuentra dispuesto un alambre (71) o una rejilla (75a) como segundo electrodo.

12. Dispositivo de prensado (11) según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por un medio (81) para introducir gas, en particular aire u oxígeno, preferentemente oxígeno puro u oxígeno, por ejemplo, con gas inerte como gas portador, entre los electrodos (47, 48) o en la proximidad inmediata de los mismos.

13. Procedimiento para operar el dispositivo de prensado según la invención al comprimir papel y/o extraer líquido portador desde papel húmedo (27) , cartón grueso o cartón durante la fabricación de papel (27) , cartón grueso o cartón, donde el dispositivo de prensado (11) se encuentra situado aguas abajo de un dispositivo de cribado (9) y aguas arriba de una instalación de secado (13) , caracterizado porque el papel a ser comprimido es puesto en contacto con plasma de superficie grande, preferentemente no térmico, a presión atmosférica, el plasma es producido en la proximidad inmediata del papel o en el papel, o una descarga de gas, en particular una descarga de corona, es producida a presión atmosférica en la proximidad inmediata de dicho papel.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque para producir el plasma, así como la descarga de gas, entre electrodos (43, 44) se producen pulsos de alta tensión (66, 67) con una duración del pulso (62) menor a 10 µs.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque el material a ser procesado es puesto en contacto con plasma en ambos lados o es tratado mediante la descarga de gas.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el plasma, así como la descarga de gas, es producida en el material a ser procesado.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el contenido de líquido portador, en particular agua, en el material a ser procesado, se ubica en el rango entre 2% y 85%, preferentemente en el rango entre 10% y 80% y en especial en el rango entre 10% y 70%.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque en el plasma o mediante la descarga de gas se producen radicales (59) que actúan sobre el material a ser procesado.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque para diferentes clases de materiales a ser procesados en un proceso de fabricación de papel, de cartón grueso o de cartón, en especial en diferentes etapas del proceso, se utilizan radicales (59) de diferente clase o composición.

20. Procedimiento según la reivindicación 18 ó 19, caracterizado porque el material a ser procesado es expuesto a radicales (59) de distinta clase o composición dentro de una etapa del proceso de fabricación de papel, de cartón grueso o de cartón, preferentemente de forma secuenciada en cuanto al tiempo.

21. Procedimiento según la reivindicación 19 ó 20, caracterizado porque las etapas del proceso se seleccionan de las siguientes etapas:

- prensado,

- secado,

- alisado,

- enrollado,

- desenrollado,

- encolado, en particular antes de un recubrimiento,

- acabado, recubrimiento, satinado o calandrado,

- preparación para una impresión, en particular después del calandrado.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado porque como radicales (59) se produce ozono (O3) , peróxido de nitrógeno (H2O2) , OH, HO2 y/o HO2-.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 a 22, caracterizado porque una tasa de producción de los radicales (59) y/o la composición de los radicales producidos (59) es controlada a través de la influencia de la amplitud (U) , la duración del pulso (62) y/o la tasa de ciclo del pulso (63) de los pulsos de alta tensión (66, 67) .

24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado porque para controlar y regular la tasa de producción y/o el tipo de radicales producidos (59) es medida una concentración de los radicales producidos (59) .

25. Procedimiento según la reivindicación 23 ó 24, caracterizado porque para controlar y regular la tasa de producción o la composición de los radicales (59) producidos es medida una propiedad del material a ser procesado, preferentemente una propiedad cualitativa, en particular su opacidad, brillo, blancura, fluorescencia o punto de color.

26. Procedimiento según una de las reivindicaciones 24 ó 25, caracterizado porque la concentración, así como la propiedad, es medida en línea.

27. Procedimiento según una de las reivindicaciones 23 a 26, caracterizado porque para la regulación es modificada la amplitud (U) de los pulsos de alta tensión (66, 67) en caso de una tasa de ciclo (63) constante.

28. Procedimiento según una de las reivindicaciones 23 a 27, caracterizado porque para la regulación es modificada la tasa de ciclo (63) de los pulsos de alta tensión (66, 67) en caso de una amplitud (U) constante.

29. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la hoja prensada se utiliza una duración del pulso (62) de alta tensión de 100ns hasta 1µs.

30. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque oxígeno y/o vapor de agua se suministran en la hoja prensada en el área en donde se aplicó plasma, con una presión parcial incrementada en comparación con las condiciones atmosféricas.

31. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para producir el plasma, así como la descarga de corona, se produce una descarga de corona de tensión continua y los pulsos de alta tensión (66, 67) se superponen a la descarga de corona de tensión continua.

32. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utiliza una tasa de ciclo del pulso (63) de entre 10 Hz y 5 kHz, o en particular de 10kHz.

33. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la inyección de energía eléctrica en el plasma es controlada principalmente mediante la regulación de la amplitud (U) , de la duración del pulso (62) y de la tasa de ciclo del pulso (63) de los pulsos de alta tensión superpuestos.

34. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque pulsos de alta tensión (66, 67) se aplican con una duración (62) menor a 3 µs, preferentemente menor a 1 µs, preferentemente menor a 500 ns.

35. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utilizan pulsos de alta tensión (66, 67) con una duración (62) de más de 100 ns.

36. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se produce un plasma homogéneo, de gran volumen, con una elevada densidad de potencia sin que se produzcan estricciones del plasma

o descargas disruptivas.

37. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utiliza una tensión continua de un nivel tal que una descarga de corona estable de tensión continua se forma en el plasma sólo en combinación con pulsos de alta tensión superpuestos.

38. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la tensión de corriente continua utilizada es inferior a la de un funcionamiento estable sin una superposición de los pulsos de alta tensión.

39. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la amplitud total utilizada (tensión continua + amplitud del pulso) se ubica por encima de la tensión de ruptura estática de la disposición de electrodos.

40. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la amplitud total utilizada corresponde a dos hasta cinco veces de la tensión de ruptura estática de la disposición de electrodos.

41. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la amplitud (U) de los pulsos de alta tensión se ubica entre 10% y 1000% de la tensión de corriente continua utilizada.

42. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se produce un flujo de gas perpendicularmente con respecto a la disposición de electrodos (43, 44) .

43. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se produce un flujo de gas paralelamente con respecto a la disposición de electrodos (43, 44) .