CN100422438C - 提高卷筒纸平滑度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于增加纸幅或纸板纤维卷筒纸表面平滑度的方法，包括：使卷筒纸表面受到光滑的未经处理过的辊和软支承辊之间的辊隙的作用，其压力适合于使该支承辊的表面变形而不致显著损失纸幅或纸板的松厚度或密度，其中所述光滑的未处理过的辊和卷筒纸的转速差足以摩擦生热并因而使纸板最上端的纤维增塑。

Description

提高卷筒纸平滑度的方法

技术领域

本发明涉及一种能提高纤维卷筒纸表面平滑度同时又不损害诸如单位重量的厚度、密度、产量和质量等其它特性的方法。更具体讲，本发明涉及一种方法，其中使一个纸幅/纸板卷筒纸以这样一种能够产生摩擦的方式在一个光滑的、未经处理的辊上通过，从而生成足够的热量使表面纤维增塑或熔化。

背景技术

对于全部印刷作业来说，纸幅/纸板的表面应该尽可能平滑和/或均匀。在涂敷之前，作为是纸幅/纸板基底涂敷之后的最后一道整理工序，或者用于无涂层的纸幅/纸板，的提高纸幅/纸板表面平滑度的典型方法，都涉及了挤压纸板。这叫做轧制。在轧制过程中，纸在巨大的压力作用下对表面进行一个光面精整。轧制的目标是使纸表面平滑，或使纸发生塑性变形并且将轧制辊的表面复制在纸上。这是使卷筒纸通过一个或多个双辊辊隙完成的。这样，所述材料同时受到挤压和摩擦，从而形成抛光表面。辊的硬度可以相等或不等。可以通过使用更大的压力或为使表面纤维更柔韧而对其进行加热或湿润从而加强所述方法。比如，在一种方法中，纸幅/纸板通过一个或多个温度高于所述卷筒纸的加热的轧制间隙。所要完工压光的纸幅/纸板表面被压向所述被加热的辊。所施加的热量使所述纸幅/纸板的表面温度升高到玻璃化转变温度，这导致纤维软化且与辊表面保持一致。

轧制机有很多种类型，但它们都是通过机械挤压或滑动力而使表面均匀。传统轧制受相当多的缺陷制约。在重新湿润之后，通过轧制而平滑的表面会全部或部分地恢复它原来的形状。人们还知道，由于轧制，纸会失去高达35-40％的强度特性和25-35％的固有不透明度。同时，纸幅的原始韧性也会显著下降。此外，在轧制的过程中还会出现某种纸张压缩或致密的现象。考虑到与轧制有关的问题，人们做了大量工作以寻找用于使表面光滑的不同方法。

美国专利No.5,533,244公开了一种用帆布皮带给纸抛光的方法，所述帆布皮带以与卷筒纸本身不同的速度在所述纸幅上滑过，产生摩擦作用。美国专利No.4,089,738公开了一种软轧制装置，其在纸表面起到一个滑动摩擦装置的作用。所述装置会以与原始超级轧制机相同的方式使纸表面平滑。美国专利No.4,112,192公开了一种加热轧制设备的应用。

众所周知，在造纸领域，为传送卷筒纸、涂敷和轧制等不同目的会使用不同种类的辊。例如，在干燥工序，纸料被送入干燥器部分，在那里其在蒸汽加热的辊上通过从而进行干燥。干燥之后，所述纸被送到施胶机，在那里通过辊，如轧制辊，并施加添加剂以产生最终产品所需要的特殊表面特性。

美国专利No.6,468,133和No.6,497,793公开了一种方法，其用诸如磨辊或振动研磨装置或旋转研磨辊筒等研磨装置磨掉卷筒纸上最突出的部分以去除纸表面的高密度短纤维。美国专利No.2,349,704公开了一种用布抛光辊抛光纸幅表面的方法。所述辊的表面包括一种用粘合剂粘合在所述表面的粉末状研磨剂，其目的是将纸挤压并抛光到与用超级轧制机处理同样的程度；并且，根据所述专利的说明书，经Baush & Lomb光泽计测量，经过处理的纸的密度与经过超级轧制机处理和上光后的密度一样，比处理前高10个点。美国专利No.4,267,215公开了一种涂覆卷筒纸表面的方法，其使用了一种倒转辊技术，其中施料辊相对于卷筒纸的运动方向反转。美国专利No.2,118,763涉及一种处理纤维板的方法，该方法使所述板沿一个方向运动，同时使运动的板受到一对相对设置、表面光滑且高度加热的与所述板表面接触的辊的作用，所述辊在与所述板运动方向相反的方向上以较高的速率旋转。

现有的技术方法都没有提供一种能使纤维卷筒纸表面平滑的简单而又经济的方法。此外，在使用所知方法的过程中，纸的强度特性明显退化。通过轧制增加平滑度同时又不必增加纸张密度，这样将会产生可观的经济效益。

发明内容

本发明人发现，忽略现有技术用研磨剂或绝缘辊来提高平滑度的教导，而代以采用没有涂覆的光滑的辊就可以使平滑度获得相当大的提高。

因而，本发明的目的在于消除现有技术的缺点，并提供一种新颖的处理纤维卷筒纸表面，特别是纸幅/纸板表面的方法，以便提高它的平滑度，同时又充分保持卷筒纸的厚度和机械特性。

因而，本发明的目的在于提供一种能提高纤维卷筒纸表面平滑度，同时又不损害诸如单位重量厚度、密度、产量和质量等其它特性的方法。

本发明提供一种用于增加纸幅或纸板纤维卷筒纸表面平滑度的方法，包括：使卷筒纸表面受到光滑的未经处理过的辊和软支承辊之间的辊隙的作用，其压力适合于使该支承辊的表面变形而不致显著损失纸幅或纸板的松厚度或密度，其中所述光滑的未处理过的辊和卷筒纸的转速差足以摩擦生热并因而使纸板最上端的纤维增塑。

本发明的另一个目的是提供一种方法，其中使所述纤维卷筒纸通过一个以与卷筒纸运动方向相同或相反的方向旋转的没有涂覆的光滑辊。

本发明还包括一种改进的方法，其中所述没有涂覆的光滑辊是一个简单的低碳钢辊。

本发明还包括一种改进的方法，其中所述没有涂覆的光滑辊是一个简单的镀铬低碳钢辊。

此外，本发明还包括一种方法，其可以包括一个将纸幅/纸板推向所述卷筒纸的软支承辊。

本发明还包括一种方法，其中所述支承辊以与所述卷筒纸相同的速度和方向运动。

本发明还提供一种方法，其中最好在涂覆纸板、进行施胶机处理或轧制之前进行平滑工序。

本发明的一个目的是提供一种能提高纤维卷筒纸的平滑度同时又不会因轧制而导致单位重量厚度损失的方法。所述方法包括在轧制之前使纸幅/纸板通过一个没有涂覆的光滑辊。

本发明的另一个目的是提供一种方法，其中所述轧制工序只有在横向穿过纤维方向上控制厚度时才需要。因此，其单位重量厚度损失最小。

本发明的一个优点是可以用较少的纤维实现纸张的许多特性，所述方法可以提高表面的平滑度而不损失纸的厚度。

本发明的另一个优点是将在标准的轧制方法中紧密相连的两个变量分开(平滑度和纸的厚度)，从而给造纸商一个选择机会，要么使用表面平滑度提高而厚度又未损失的纸，要么提高硬度，但相应纸的厚度也会增加，要么除去纤维，获得与以前相同的厚度。

附图说明

图1所示表明一个光滑的、未涂覆的辊可以与研磨辊一样提高平滑度；

图2所示表明所述光滑的、未涂覆的辊可以与研磨辊一样提高平滑度；和

图3所示为基于现有技术的、用光滑的、没有涂覆的辊所期望达到的平滑度。

具体实施方式

在造纸领域，辊用于不同目的，如传送卷筒纸、涂覆和轧制等。本发明基于所述令人惊奇的发现，即一个光滑的辊可以用来产生热量并因此使纸幅/纸板的平滑度得到相当大的提高，而这在以前是被认为需要一个研磨覆盖辊来完成的。特别是，本发明提供一种提高卷筒纸表面平滑度的方法，其使卷筒纸表面受到一个未覆盖的光滑辊的作用，且所述辊与所述卷筒纸运动速度不同，从而由于摩擦产生热量使纸面最上端的纤维增塑。令人惊奇的是，本发明人发现，要产生增加平滑度所需要的热量并不需要在钢辊上添加任何磨料。

术语“纸/纸板”，“纸”和“纸板”指由薄片形成的含有纤维素纤维或木质纤维的产品。“纸板”与“卡片纸板”同义。纸或纸板的克数可以在约30至约500g/m.sup.2这样宽的范围内变化。按ParkerPrint Surf方法测量，所要处理的卷筒纸的粗糙度约为0.1至30.mu.m，最好约为1至15.mu.m。在本发明中，按Sheffield粗糙度测量方法测量，粗糙度在约100至400个单位之间变化，最好在200至325个单位之间，尤其是125个单位。本发明可以用来处理任何所需要的纸幅或纸板卷筒纸。由于实践的问题，这里的术语“纸”或“卷筒纸”分别用来指“纸”和“纸板”、“纸幅”、和“纸板卷筒纸”。

在本发明的范围内，术语“纤维素纤维”和“木质纤维”分别用以指源自纤维素和木质纤维素材料的材料。特别是，“纤维素纤维”指可以从化学木浆和其它植物原料获得的材料。所以，例如含有“纤维素纤维”的卷筒纸可以由牛皮纸浆、亚硫酸盐纸浆或有机溶胶浆制成。“木质纤维”指可以由木材和其它植物原料通过机械纤维分离获得的材料，比如通过工业精炼方法，如精炼机制纸浆(RMP)、压力磨浆机制纸浆(PRMP)、热机械纸浆(TMP)、磨碎木料的纸浆(GW)或压力磨碎木料的木纸浆(PGW)或化热-机械纸浆(CTMP)或其他任何生产可形成卷筒纸或被涂覆的纤维材料的方法。

术语“细小纤维”，“小纤维”和“纤维”指的是分裂成小颗粒的材料，其截面直径约小于10.mu.m，通常在0.001至2.mu.m之间，“小纤维”和“纤维”是长度与截面直径比约大于6的材料。

术语“纸幅张力”表示由未覆盖光滑辊产生的摩擦导致的张力，它不只是通过向前传送卷筒纸装置获得的外部纸幅张力。

纸幅/纸板在传统的造纸机、如长网造纸机上生产。在这种机器上，一种造纸原料的配料(“配料”主要是水，原料(“原料”)是纯料、回收的或混合的纯料和回收的木纤维浆、填料、胶料和/或染料)从压头箱沉淀在造纸网上(一种快速移动的有小孔的传送带或筛网)用来作为形成纸张的工作台的。当配料向前移动时，造纸网下的重力抽吸箱将水引出来。通常，在纸离开造纸机的“湿端”后，它仍含有大量的水分。因而需要将纸送入由一连串重型旋转筒构成的挤压部，由其挤压出纸里的水分，并进一步压实和减少纸里的水分。挤压后所述纸进入干燥部。热空气或蒸汽加热筒与纸的各边均发生接触，从而将水蒸发至较低的水平。所述纸可选地通过一种胶料液体以降低其多孔性并帮助印刷油墨保留在纸的表面而不是渗透纸面。所述纸还可继续通过附加的干燥器以便在上浆和涂覆时蒸发液体。轧制机或抛光钢辊使所述纸变得更为平滑和紧密。在大多数轧制机上光的同时，可以用一些轧制机来进行消光处理或糙面处理。

本发明的工序包括使卷筒纸受到未处理的光滑辊的作用，而且最好是在卷筒纸已被干燥到足以损害卷筒纸合理的机械强度之后。辊的直径可以任选。唯一的条件是辊的表面必须光滑。辊可以用低碳钢做成适宜形状。在本发明所述的方法中，卷筒纸可以有两个相反的表面，且所述方法包括使纸的两个表面均受到未处理的光滑辊的作用。

本发明的平滑操作是通过使纸幅/纸板卷筒纸的一个或两个表面与未经处理的光滑辊接触来实现的，且接触的方式应能产生足够的摩擦力以生成热量并因而软化纸幅/纸板的表面纤维。这样，辊与需要平滑的纸幅/纸板之间的速度差应足以产生足够的摩擦力来生成热量。做到这一点的最佳方式是使卷筒纸以与卷筒纸相反的方向运动，或者以与卷筒纸方向相同但速度不同的方式运动。其临界速度差取决于用来造纸幅/纸板的木材或纸浆的质量。

在本发明所述方法中，为了确保与光滑辊的表面接触良好、平滑，在卷筒纸与光滑辊相反的边上用一个以卷筒纸速度和方向运动的支撑辊可能会有效。只要纸幅/纸板没有显著的压缩，施加到卷筒纸上的压力可以在很大的范围内变化。通常，表面压力约为0.01至1000kPa，最好约为1至300kPa。速度和压力应该保持在局部加热会使表面纤维软化的水平。热生成自然取决于特殊的纤维卷筒纸和所述压力。例如，为了确保辊不会过度加热，可以通过内部或外部冷却来调节温度。

辊的转动采用传统的驱动方式。因而，可以使用任意如气压缸和液压缸和电动机之类的传动装置和运转机构来实现辊的运动。例如，一个与原动机连接的滑轮输送带系统，如电动机，其可以为辊提供便利的、平滑的变速驱动方式，而不需要安装复杂的齿轮装置。

因而，本发明是通过在与卷筒纸运动方向相反的方向上驱动造纸机辊或烘缸来实现的对现有设备的改进。本发明还可以通过使一个未处理过的光滑辊与一个框架相连来实现，用于该辊的轴可枢转安装在轨道上且适宜移动辊。通过相对卷筒纸横向移动辊，所述设备可以被控制，而且同时纸幅张力也能得到调整。辊的运动方向不必横向于卷筒纸，但辊可以移动，例如通过相对卷筒纸倾斜或沿一圆形路径转动轴来移动辊。通过辊的运动，也可以调节距离，换句话说，调节卷筒纸在辊缘上运动多长距离。可以对平滑力进行调节，例如使未涂覆的光滑辊与具有预先定好的纸幅张力的卷筒纸接触，并通过调整辊的位置或改变卷筒纸与辊之间的夹角调节最终的纸幅张力。

根据本发明的进一步纸幅/纸板处理方法或者直接在光滑表面上进行，或者在光滑表面上浆或涂覆后进行。进一步方法通常包括光滑表面的抛光、轻轧制或重新烘干，或者将这些工序组合。为涂覆，纸幅/纸板可以设置一层聚合层、阻挡层、上光漆或设置正常的涂料色。这些纸幅/纸板特别适于印刷和书写和喷墨打印。未经处理的可选的有光泽质地的产品也适于作包装、打包和装袋。

在本发明的一个优选实施例中，所述辊是未经处理的光滑辊，即辊的表面未经处理，带有磨料。在另一个优选实施例中，未处理的光滑辊通过处理金属表面而形成，该金属表面已通过用于任何为造纸机准备的辊的标准生产工艺进行了光滑处理。未处理的光滑辊可以是一个简单的低碳钢辊或镀铬辊。优选的辊是一个简单的低碳钢辊。

在根据本发明的优选实施例中，未处理的光滑辊和纤维卷筒纸之间的速度差应足够引起摩擦并因此而产生足够的热量以熔化纸幅/纸板的表面纤维。

在本发明的另一个实施例中，纸幅/纸板可以是已涂覆的纸幅/纸板、未涂覆的无纤维纸、轻质涂覆纸幅/纸板、挂面纸板或其它等级的未涂覆纤维材料。优选的是，本发明的方法在涂覆、施胶机处理或轧制前用在纸幅/纸板上。在某些情况下，可以不必进行轧制。

在优选的实施例中可以用一个或多个辊来平滑纸幅/纸板的一个表面。辊可以在与纸幅/纸板运动方向相反或相同的方向上转动。在卷筒纸和未涂覆的光滑辊之间必须有一个速度差。

本发明提供一种用以平滑纸幅/纸板的简单经济的方法，其中创造了一种机会，可以通过在与卷筒纸运动方向相反的方向上驱动造纸机辊或烘缸来简单地对现有设备进行改进。因而本发明不需要专门的研磨辊和专门用来捕获在磨光过程中释放的灰尘和碎屑的除尘设备。而且在以前使用研磨辊的方法中，低磨擦强度的纸标准在处理过程中脱层并减弱。本发明不需要较高的表面强度。而且本发明的方法进一步减少了轧制所需要的工序。

为比较光滑辊和研磨辊的作用进行了一些试验。在这些试验中使用的纸板是在美国东南部中的造纸机上使用的固体漂白硫酸盐(SBS)基料。纸板通过最小的轧制而制成，并且不涂覆。试验设备采用50cm宽的基料。研磨辊采用HVOF(高速氧喷涂层技术)方法涂覆碳化钨，其最终平均粗糙度(R_a)大约为175微英寸。光滑辊仅是一个钢辊，其制造采用造纸机作业的标准公差，没有过度抛光，也没有用功能性涂层涂装。在这种设备中，纸幅通过支承辊而保持在功能辊或“活动”辊上。支承辊的运动速度与卷筒纸相同。支承辊用很软的橡胶制成，在这种情况下其HSA值为50。用于使支承辊变形从而达到所需要结果的压力非常小，通常在每直线英寸3-10磅(pli)的范围内。这些低压力远远低于纸在标准轧制机组中所要承受的压力，而且它们也不会造成可以在轧制机组上看到的在刻度上的厚度损失。所述试验中卷筒纸的速度通常在每分钟300和400米(mpm)之间。表1表明一个完全光滑的辊可以给出与研磨辊几乎一样的平滑度。图1与表1中的数据相应。图2所示表明，依据本发明的光滑的未涂覆的辊相对于在固体漂白硫酸盐(SBS)上涂覆之前的研磨辊来说可以产生类似的对平滑度的提高。须状线表示在所述试验中辊隙压力的平均平滑度改进的置信极限为95％，正方形和圆形表示平均值本身。图3所示为基于本领域已知技术所能预期的结果，以及本领域技术人员所能预期的结果。也就是说，不会期望进行平滑来改变表面粗糙度，因而纸板在处理前和处理后的平滑度差别为零。

表1

	源	处理前的谢菲尔德基料	辊的类型	活动辊的速度(mpm)	辊隙长度(mm)	处理后的谢菲尔德，纸板	Δ谢菲尔德＝平滑度改进
								1	SBS	274	研磨辊	-650	25	220	54
2	SBS	274	研磨辊	-650	20	213	61
								3	SBS	274	研磨辊	-650	25	197	77
4	SBS	274	研磨辊	-650	30	192	82
								5	SBS	274	研磨辊	-1000	30	178	96
6	SBS	274	研磨辊	-1000	25	178	96
								7	SBS	274	研磨辊	-1000	20	184	90
8	SBS	274	光滑辊	-650	13.5	218	56
								9	SBS	274	光滑辊	-650	21	218	56
10	SBS	274	光滑辊	-650	31.5	209	65
								11	SBS	267	光滑辊	-650	31.5	198	69
12	SBS	267	光滑辊	-650	21	195	72
								13	SBS	267	光滑辊	-650	13.5	195	72
14	SBS	267	光滑辊	-1000	13.5	202	65
								15	SBS	267	光滑辊	-1000	21	192	75
16	SBS	267	光滑辊	-1000	31.5	191	76

·谢菲尔德测量表面的平滑度。较高的数值表示表面较粗糙，较低的数值表示表面较平滑。

·Δ谢菲尔德是初始平滑度值和最终平滑度值之间的差。因而它表示平滑度的改进值，如果数值较高则表明平滑度改进得更多，结果更好。

·辊的速度和辊隙长度是两个变量，指的是当我们在这种情况下实施该方法时的工艺变量。辊的速度是接触到纸的辊表面的速度，单位是米每分。辊隙长度是对辊隙中压力的测量值。较高的压力会使位于远离研磨辊或光滑辊的纸的另一边的软支承辊有较大的变形，

显然，根据本发明可能还有其它变化和变体。因此，可以理解，上面所述和附图所示的本发明的各种形式只为说明起见，不限制本发明的范围。

Claims (17)

1. 一种用于增加纸幅或纸板纤维卷筒纸表面平滑度的方法，包括：

使卷筒纸表面受到光滑的未经处理过的辊和软支承辊之间的辊隙的作用，其压力适合于使该支承辊的表面变形而不致显著损失纸幅或纸板的松厚度或密度，其中所述光滑的未处理过的辊和卷筒纸的转速差足以摩擦生热并因而使纸板最上端的纤维增塑。

2. 根据权利要求1所述的方法，其包括将卷筒纸表面的粗糙度最大降低125个谢菲尔德单位。

3. 根据权利要求1所述的方法，其中卷筒纸有两个相反的表面，且所述方法包括使卷筒纸的两个表面都受到光滑辊的作用。

4. 根据权利要求1所述的方法，其中光滑的未经处理的辊是简单的钢辊。

5. 根据权利要求1所述的方法，其中光滑的未处理过的辊沿与卷筒纸一样的方向转动，并且该辊的速度大于纸幅的速度。

6. 根据权利要求1所述的方法，其中光滑的未处理过的辊沿与卷筒纸方向相反的方向转动。

7. 根据权利要求1所述的方法，其中纸幅或纸板是印刷用纸、包装用纸或打包用纸。

8. 根据权利要求1所述的方法，其中卷筒纸在涂布、施胶压榨或压光之前受到辊隙的作用。

9. 根据权利要求1所述张松的方法，包括：使卷筒纸表面在干状态下受到辊隙的作用。

10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述压力范围是3至10磅每直线英寸。

11. 根据权利要求1所述的方法，其中

卷筒纸表面在涂布、施胶压榨或压光之前受到辊隙的作用；

所述压力范围是3至10磅每直线英寸。

12. 根据权利要求1所述的方法，其中纸幅是不被压光的。

13. 根据权利要求1所述的方法，其中，

所述卷筒纸表面在压光之前受到辊隙的作用；

所述压力范围是3至10磅每直线英寸。

14. 根据权利要求1所述的方法，其中，

所述卷筒纸表面在涂布或施胶压榨之前受到辊隙的作用；

所述卷筒纸是不被压光的；

所述压力范围是3至10磅每直线英寸。

15. 根据权利要求1所述的方法，其中，

所述卷筒纸表面的平滑度是在卷筒纸表面未受到辊隙作用之前的平滑度的基础上增加20至28％的量。

16. 根据权利要求1所述的方法，其中，卷筒纸表面的谢菲尔德平滑度在受到辊隙作用之后小于218个谢菲尔德单位。

17. 根据权利要求1所述的方法，其中，卷筒纸表面的谢菲尔德平滑度在受到辊隙作用之后是191至218个谢菲尔德单位。

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