SE511143C2 - Metod att framställa ett papper uppvisande en tredimensionellt mönster - Google Patents

Description

|_r UI 20 511 143 2 Impulstorkning av en pappersbana beskrivs bl.a. i SE-B-423 118 och innebär i korthet att den fuktiga pappersbanan får passera genom pressnypet mellan en pressvals och en upphettad vals som är upphettad till så hög temperatur att en snabb och kraftig ång- utveckling sker i gränsytan mellan den firktiga pappersbanan och den upphettade valsen. Upphettningen av valsen sker exempelvis medelst gasbrärmare eller andra uppvärmningsanordningar, tex medelst elektromagnetisk induktion. Genom att värmeöverföringen till papperet i huvudsak sker i ett pressnyp erhålls en utomordentligt hög värmeöverföringshastighet. Allt vatten som avgår ur pappersbanan under impuls- torkningen förångas inte, utan ångan för på sin väg genom pappersbanan med sig vatten som finns i porema mellan frbrema i pappersbanan. Torkningseffektiviteten blir håri- genom mycket hög.

I EP-A- O 490 655 beskrivs frarnstållning av en pappersbana, i synnerhet mjukpapper, där man samtidigt med impulstorkningen bibringar pappersbanan en präglad yta. Denna prägling sker genom att man från en eller båda sidor av pappersbanan trycker in ett mönster i papperet mot ett hårt mothåll. Detta ger en komprimering av papperet och därmed en högre densitet i vissa delar mitt för intryckningarna och en lägre densitet i mellanliggande partier.

Llppñnningens ändamål och viktigaste kärmetecken Ändamålet med föreliggande uppfinning är att erbjuda en metod att framställa ett impulstorkat papper uppvisande ett tredimensionellt mönster t.ex. ett mjukpapper avsett som toalett- eller hushållspapper, pappersnäsdukar, servetter och liknande, och där papperet uppvisar en hög bulk, hög elasticitet och en hög mjukhet. Den våta pappers- banan passerar i samband med impulstorkningen genom ett pressnyp innefattande en roterbar vals vilken är uppvärmd och uppvisar ett mönster av omväxlande upphöjda och nedsänkta partier avsett att pressas in i pappersbanan mot ett mothåll. Det nya enligt uppfinningen är att mothållet uppvisar en efiergivlig yta så att pappersbanan bibringas en tredimensionell struktur vilken uppvisar en total tjocklek som är större än 10 15 20 25 30 3 511 143 den opressade pappersbanans tjocklek. genom förbättras såväl papperets bulk och mjukhet såsom dess elasticitet.

Pappersbanan uppbärs företrädesvis av en kompressibel pressfilt genom pressnypet, vilke pressfilt bildar det efiergivliga mothållet. Enligt ett utföringsexempel pressas pressfilten mot en elastiskt efiergivlig yta i pressnypet.

BeSQvning av ritningar Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hänvisning till några på bifogade ritningar visade uttöringsexempel.

Pig. 1 är en schematisk sidovy av en impulstorkningsanordning enligt ett utfóringsexempel.

Pig. 2 visar pressnypet i en större skala.

Pig. 3 visar ett schematiskt tvärsnitt genom ett papper enligt uppfinningen.

Pig. 4 visar ett schematiskt tvärsnitt av det okomprimerade papperet.

Pig. 5 visar ett schematiskt tvärsnitt av papperet om det hade komprimerats i ett pressnyp där den uppvärmda valsens yta varit slät.

Pig. 6 visar ett präglingsmönster.

Fig. 7 visar en järnförelse mellan spännings-töjningsdiagram för okomprimerat (opressat), komprimerat (planpressat) och pressformat papper med mönster enligt Fi g. 6.

Fig. 8 a-c visar i form av stolpdiagram bulk och absorption hos impulstorkat papper tillverkat av olika massatyper.

Beskrivning av uppfinningen I Pig. l visas schematiskt en anordning för att genomföra impulstorkning av en pappersbana. Den våta pappersbanan 10 vilken avvattnats över suglådor (ej visade) uppbärs av en kompressibel pressfilt ll och förs in i ett pressnyp 12 mellan två roterbara valsar 13 och 14, varvid den vals 13 som är i kontakt med pappersbanan är 10 15 25 30 511 143 4 uppvärmd till en temperatur som är tillräckligt hög för att åstakomma en torkning av pappersbanan. Yttemperaturen på den uppvärmda valsen kan variera beroende på sådana faktorer som pappersbanans fuktinnehåll, tj ockleken på pappersbanan, kontakttiden mellan pappersbanan och valsen samt den önskade fukthalten i den färdiga pappersbanan. Yttemperaturen får naturligtvis inte vara så hög att pappersbanan skadas.

En lämplig temperatur torde liggai intervallet 100-400°C, företrädesvis l50-350°C och helst 200-350 °C.

Pappersbanan pressas mot den uppvärmda valsen 13 medelst filten ll och valsen 14, vilken uppvisar ett mjukt efiergivligt ytskikt, t ex gummi eller annat elastiskt material.

En mycket snabb, häfiig och nära nog explosiv ångutveckling sker i gränsytan mellan den upphettade valsen 13 och den fuktiga pappersbanan, varvid den alstrade ångan rycker med sig vatten på sin väg genom pappersbanan. För en ytterligare bekrivning av impulstorkningstekniken hänvisas till den ovan nämnda SE-B-423 118 samt bl.a. till EP-A- 0 337 973 samt US-.A-5,556,511.

Papperet rullas eñer torkningen upp på en upprullningsvals 16. Om man önskar kan papperet kräppas före upprullningen. Det bör dock påpekas att behovet av att kräppa papperet, för att ge det den mjukhet och bulk som eftersträvas hos mjukpapper, reduceras vid användande av impulstorkningsförfarandet enligt uppfinningen då papperet genom den kraftiga ångexpansionen i pappersbanan bibringas bulk och mjukhet samt dessutom en tredimensionell struktur.

Pappersbanan kan innan den förs in i impulstorken antingen vara enbart avvattnad över suglådor eller dessutom vara lätt pressad enligt konventionellt förfarande.

Samtidigt med impulstorlcningen bibringas pappersbanan en tredimensionell struktur.

Detta kan ske genom att såsom visas i Fig. l och 2 den uppvärmda valsen 13 uppvisar ett präglingsmönster bestående av omväxlande upphöjda och nedsänkta områden. I Fig. 6 visas ett exempel på ett sådant präglingsmönster där de upphöjda partiema 17 utgörs 10 20 25 30 511 143 5 av en utåtstående relief och de nedsänkta partierna 18 av nedfrästa spår. Detta mönster bibehålles väsentligen även i ett senare uppvätt tillstånd hos papperet, efiersom det bibringats den våta pappersbanan i samband med torkningen av denna.

Då begreppet prägling normalt används för en fomining som utförs på torkat papper har fortsättningsvis använts begreppet pressforrnning för den tredimensionella forrnning av papperet som sker i samband med impulstorlcningen. Genom denna pressfonnning ökas papperets bulk och absorptionsiönnåga, samtidigt som den bibringar för mjukpapper viktiga mekaniska egenskaper såsom lägre dragstyvhet och högre töjning.

Genom att pressformníngen av pappersbanan sker mot en efiergivlig yta, dvs. den kompressibla pressfilten ll och den gummiklädda mantelytan hos valsen 14, sker en forrnning av papperet som resulterar i en tredimensionell struktur vars totala tjocklek är större än det opressade papperets tjocklek. Detta fiarngâr av Fig. 2. Härmed bibringas papperet en hög bulk och därmed en hög absorptionsförmåga samt en hög mjukhet, vilka är viktiga egenskaper för mjukpapper. Samtidigt erhålls en lokalt varierande densitet i papperet, där de av valsens 12 upphöjda partier 17 kompakterade partierna av pappersbanan uppvisar en högre densitet. Den tredimensionella strukturen bidrar också till att bibringa pappersbanan för mjukpapper viktiga mekaniska egenskaper såsom låg dragstyvhet och hög töjning.

I Fig. 3 visas ett schematiskt tvärsnitt genom en pappersbana som pressfonnats enligt uppñnningen, varvid t] utgör tjockleken hos den opressade pappersbanan, t; utgör tj ockleken hos de kompakterade delarna av pappersbanan och t; är pappersbanans totala tjocklek. Av Fig. 3 framgår att t, > t, + tz.

I Fi g. 4 visas ett schematiskt tvärsnitt genom den okomprimerade pappersbanan före pressnypet, varvid den uppvisar tjockleken t, . I Fi g. 5 visas ett schematiskt tvärsnitt genom en pappersbana som komprimerats i ett pressnyp med en slät uppvärmd vals, varvid pappersbanan bibringats tjockleken tz. 10 20 30 511 143 6 Pressanordningen kan naturligtvis vara utformad på många andra sätt. Exempelvis kan mothållet utgöras av en pressko i ett elastiskt hölje. Två eller flera pressanordningar kan också vara anordnade efier varandra.

Papper kan tillverkas av en rad olika massatyper. Om man bortser från returfibrer, som idag används i stor utsträckning i framför allt toalett- och hushållspapper, är vid tillverkning av mjukpapper den allra vanligaste massatypen kemisk massa. Denna framställs genom att träflis impregneras med kemikalier och därefier kokas så att ligninet samt hemicellulosa går över till vätskan. Efier avslutad kokning silas och tvättas massan innan den bleks. Lignininnehållet i sådan massa är praktiskt taget noll och fibrerna, som väsentligen består av ren cellulosa, är relativt slanka och böjliga.

Kemisk massa kan vara av både lång- och kortñbertyp beroende på den använda vedråvaran och den kan vara av sulfat- eller sulfittyp beroende på kokvätskans sammansättning. Kemisk långñbennassa, i synnerhet av sulfattyp, har en gynnsam inverkan på mjukpapperets styrkeegenskaper, såväl torr- som våtstyrkan.

Kemisk massa är en lågutbytesmassa då den ger ett utbyte på endast ca. 50% räknat på den använda vedråvaran. Den är därför en relativt dyr massa. Man har därför använt billigare s k högutbytesmassor, tex. mekanisk eller tennomekanisk massa, i såväl mjukpapper som andra typer av papper, tex. tidningspapper, kartong m.m. Mekanisk massa framställs genom slipning eller raffinering och principen vid mekanisk massa- framställning är att veden sönderdelas på mekanisk väg. Hela vedrnaterialet utnyttjas och ligninet finns således kvar i ñbrema, som är relativt korta och styva. Frarnställ- ningen av termomekanisk massa (TMP) sker genom reffinering i skivraffinör vid ett förhöjt ångtryck. Även här finns ligninet kvar i fibrema.

Kemimekanisk (CMP) eller kemitennomekanisk massa (CTMP) är benämningen på en tennomekanisk massa som modifierats genom tillsatser av små mängder kemikalier, vanligen sulfit, som tillsätts före raffinenngen. En effekt av kemikaliebehandlingen är att fibrerna friläggs lättare. En kemimekanisk eller kemiterrnomekanisk massa innehåller mer hela fibrer och mindre spet (fiberaggregat och fiberfragment) än en 10 15 20 25 30 511 143 7 mekanisk eller terrnomekanisk massa. Egenskapema hos CMP och CTMP närmar sig de kemiska massomas, men det finns väsentliga skillnader bland annat beroende på att i CMP och CTMZP är ñbrema grövre och innehåller en hög andel lignin, hartser och hemicellulosa. Ligriinet och hartsema ger fibrema mer hydrofoba egenskaper och en minskad förmåga att bilda vätebindningar. Inblandningen av en viss andel kemitermomekanisk massa i mjukpapper har genom den minskade ñber-ñber- bindningen en positiv inverkan på egenskaper som bulk och absorptionsförmåga.

En speciell variant på kemitermomekanisk massa (CTM1>) är s.k. högtemperatur- kemiterrnomekanisk massa (HT-CTMP), vars tillverkningsmetod skiljer sig från fi-arriställriing av CTMP av standardtyp fiamiör allt genom att man använder sig av en högre temperatur vid impregering, förvärmning och rafñnering, företrädesvis lägst l40°C. För en mer delaljerad beskrivning av tillverkningsmetoden för HT-CTMP hänvisas till FCT-ansökningen WO 95/34711. Kärmeteckriande för HT-CTMP är att den är en långfibrig, lättavvattnad, bulkig högutbytesmassa med låg spethalt och låg ñnmaterialhalt.

Enligt uppfinningen har man kunnat konstatera att högutbytesmassa speciellt lärnpar sig för impulstorkningsíörfarandet då den är tryckokänslig, lättavvattnad samt uppvisar en öppen struktur vilken medger utsläpp av ånga. Detta minimerar risken att papperet överhettas och förstörs under impulstorkningen, vilken genomförs vid betydligt högre temperaturer än övriga torkningstelmiker. Tryckokänsligheten sarnt den öppna struk- turen beror på att fibrema i högutbytesmassa är relativt grova och styva i jämförelse med fibrerna i kemisk massa.

Andelen högutbytesmassa bör vara minst 10 vikts-% rälcnat på den torra fibervikten, företrädesvis minst 30 vikts-% och helst minst 50 vikts-%. inblandning av en viss mängd annan massa med goda styrkeegenskaper, såsom kemisk massa, företrädesvis långfibrig sulfatrnassa, eller returfibermassa, är en fördel om en hög styrka hos det färdiga papperet eftersträvas. lO 20 I\J (n 30 511 143 8 Vanliga tillsatsmedel såsom våtstyrkemedel, mjukgörare, fyllrnedel etc. kan naturligtvis användas i papperet.

Försök har gjorts i en experimentutrustning där en fuktig pappersbana med en torrhalt på ca. 35 vikts-% utan föregående pressning utsattes för impulstorkning vid tempera- turer varierande mellan ca. 200-300°C och ett tryck på ca. 4 MPa. lmpulstorkningstiden var mellan 3 och 20 msek. De massatyper som testades var 100% kemisk sulfatmassa, 100% HT-CTMP samt 50/50 kemisk sulfatmassa / HT-CTMP. Impulstorkningen utfördes såväl med som utan prägling av pappersbanan.

I Fi g. 7 visas en jämförelse mellan spännings-töjningsdiagrarn för okomprimerat (opressat) papper, komprimerat (planpressat) papper sarnt papper som pressformats med de mönster som visas i F ig. 6. De mycket goda töjningsegenskapema hos det enligt uppfinningen pressforrnade papperet framgår härvid.

I F i g. 8 a-c redovisas resultatet av mätningar utförda avseende torr och våt bulk hos impulstorkat papper innehållande ovan angivna massor. Mätningar har gjorts på såväl opräglat (planpressat) som präglat (formpressat) papper. Dessutom har mätningar gjorts på papper med och utan tillsats av våtstyrkemedel i form av KYMENE®, en polyarnidamin-epiklorhydrinharts (PAE). Våtstyrkemedlet bör tillsättas ñberrnälden eller pappersbanan före pressforrnningen, då det visat sig att våtstyrkemedlet bidrar till att låsa den tredimensionella struktur som bibringas papperet i samband med press- forrnningen. Tillsatsmängden bör vara minst 0,05 vikts-% räknat på den torra mass- fibervikten.

Av resultaten framgår att impulstorkat papper formpressat enligt uppfinningen uppvisar en hög torr och våt bulk. Speciellt bra resultat erhölls för de papper som innehöll en högutbytesmassa i form av HTCTMP. En klar förbättring av den våta bulken erhölls om papperet innehöll våtstyrkemedel. 10 511 143 9 Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beslcivna och på ritningarna visade uttöringsexemplen utan kan varieras inom ramen för patentlcraven. Den lignininnehållande högutbytesmassan kan som tidigare nämnts vara av många olika slag såsom mekanisk massa, termomekanisk, kemimekanisk och kemiteimomekanisk massa och vara av såväl nya fibrer som returfibrer. Inblandning av en viss mängs annan massa med goda styrkeegenskaper, såsom kemisk massa, företrädesvis långfibrig sulfatmassa är en fördel om hög styrka hos det färdiga papperet eftersträvas. Även andra massor inklusive returfiberrnassa kan ingå i papperet. Pappersbanan kan efier impulstorkningen genomgå olika typer av i och fór sig känd behandling såsom tillsats av olika kemikalier, ytterligare prägling, laminering osv.

Claims (8)

10 15 20 25 30 511 143 10 PATENTKRAV

1. Metod att fiarnställa ett papper uppvisande ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier vilket bibringats papperet i samband med impulstorkning, varvid den våta pappersbanan tår passera genom ett pressnyp (12) innefattande en roterbar vals (13) vilken är uppvärmd och uppvisar ett mönster av omväxlande upphöjda och nedsånkta partier avsett att pressas in i pappersbanan mot ett mothåll, kännetecknad av att mothållet (1 l, 14) uppvisar en eftergivlig yta så att pappersbanan bibringas en tredimensionell struktur vilken uppvisar en total tjocklek som är större än den opressade pappersbanans tjocklek.

2. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att pappersbanan uppbårs av en kompressibel pressñlt (1 1) genom pressnypet (12), vilken pressfilt bildar det eftergivliga mothållet.

3. Metod enligt patentkrav 2, kännetecknad av att pressfilten (11) pressas mot en elastiskt efiergivlig yta (14) i pressnypet.

4. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att den i pappersbanan ingående massan innehåller minst 10 vikts-%, företrädesvis minst 30 vikts-% och helst minst 50 vikts-%, räknat på den torra ñbervikten, av en högutbytesmassa, såsom mekanisk, termomekanisk (TMP) eller kemiterrnomekanisk (CTMP) massa.

5. Metod enligt patentkrav 4, kännetecknad av 10 15 511 143 ll att högutbytesmassan är kemitexmomekariisk massa (CTMP).

6. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att den används för framställning av absorberande mjukpapper.

7. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att till ñbennälden eller pappersbanan före impulstorkningen tillsätts ett våtstyrkemedel.

8. Metod enligt patentkrav 7, kännetecknad av att våtstyrkemedlet tillsätts i en mängd motsvarande minst 0,05 vikts-% räknat på den torra massafibervikten.