CN103649413A - 用于制造纸制品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造纸、纸箱或纸板的方法，其中干的喷射淀粉被施加到运行中的、潮湿的材料幅上，其特征在于，所述淀粉以粉末形式借助一个或多个喷嘴与载流气体一起以至少0.5m/s的速度被喷射到所述潮湿的材料幅上。

Description

用于制造纸制品的方法

本发明涉及一种用于在将喷射淀粉涂覆到运行中的、潮湿的材料幅（Materialbahn）的条件下制造纸、纸箱或纸板的方法。

在制造纸、纸箱或纸板时（在下问中被统称为纸制品），在大多数情况下添加淀粉以提高强度。特别地，在除了新鲜纸浆之外或多或少地使用了大量废纸时，这种淀粉添加剂是必要的，因为被回收的再生纸通常具有明显较短的平均纤维长度，这会显著损害纸制品的强度。一般来说，纤维悬浮液分别以相对于干重而言在0.5%和10%之间的，偶尔高达15%的，通常在大约1%和5%之间的重量百分比添加到淀粉中。

所述淀粉能或作为块淀粉、喷射淀粉或作为表面淀粉被添加。块淀粉与纤维悬浮液已经在造纸机的恒定部分中（也就是说在流料箱（Stoffauflauf）前的槽中）被混合，其中经常使用阳离子和/或阴离子型改性的淀粉，其被作为粉、悬浮液或主要作为溶液添加。

喷射淀粉平常作为水性悬浮液，例如大约3%，在流料箱后施加在滤网部分中。在制造多层纸制品时，喷射淀粉常常（也）喷射在单个层之间，以便在粘合时提高层强度。如此施加的喷射淀粉在通过滤网部分时渗入材料幅，并且再次导致纸制品的内部强度的提高。

表面淀粉通常在施胶机（Leimpresse）中，也就是说在热压部分中，以水性淀粉溶液的薄膜形式被施加（也就是说被热轧）在材料幅表面上。这种悬浮液不仅用作提高强度，而且也特别地用于调整表面属性，特别是调整光滑、空隙度和印刷适性，并且也能包含一系列添加剂，例如上浆剂、颜料、染料和荧光增白剂。

必须添加淀粉无疑在一定程度上显著收窄了使用再生纸或再生纤维的经济利用。由于这一事实，淀粉是具有预先给定的粒度分布的天然聚合物，在滤网部分中悬浮液的水合喷射淀粉颗粒的大部分穿透材料幅，并且与水一起被除去。如果在下游的污水净化设备前未实现，从废水至少粗略地、机械地分离出淀粉，优选地在回收条件下分离出淀粉，则喷射淀粉部分在废水中对污水净化设备构成额外的负担。

本发明的目的是在这个背景下提供一种用于制造纸制品的改进方法，其中上述缺点能被至少部分地消除。

本申请的发明人在其研究过程中，已实现了将粉末形式的固体喷射淀粉施加到潮湿的材料幅，以便保持低含水量并且提高纸强度的实验。这样的固体淀粉涂层已在DE2.108.658A中被提到。此处的发明涉及通过连续伏辊挤压（Aufeinandergautschen）潮湿的单层来制造多层纸箱。对于“粘合”这种单层而言被建议的是，不将粘合剂（例如淀粉）全面地涂在这些单层中的至少一层上。不全面的涂层被认为是必要的，因为这样可维持体积、透气性和透水性。特别地，这些单层中的两个滤网侧应被互相伏辊挤压，其中额外施加的粘合剂应消除在滤网侧的表面区域中的精料的已知的不足之处。

使用粉状粘合剂被认为是有利的，因为其一方面未提高幅的含水量，而另一方面自动地得出点状粘合剂涂层。作为优选被公开的是，阳离子粘合剂的水性溶液或分散剂（Dispersion）的喷射涂层（例如淀粉），因为以这种方式可实现离散颗粒的精细的和均匀的分布。因此，粘度被称为选择粘合剂的重要的因素（在逻辑上其对干涂层不发挥作用），并且在一个例子中喷射3%的水性淀粉悬浮液。施加干粘合剂的方式在DE2.108.658A的说明书中有所公开，但不是被详尽地公开的。在每种情况下，粘合剂的施加直接地在伏辊挤压之前，也就是说在滤网部分结束处进行。

在WO2006/037750A1和其优先权申请DE102004048430A1中描述了使用抗性淀粉被简述。然而在这两个申请中未被公开精确的程序，或与悬浮液或弥散体相比使用抗性淀粉的优点。

然而，发明人的研究现在已取得结果，将干淀粉容易地撒上或喷洒材料幅，或者即便是可能的，但不是目的。因为在现代造纸机中，纤维幅的传输实现高达2.000m/min，也就是说120km/h，材料幅在其表面上带有空气层。这个“气垫”必须被干淀粉穿透，以便能渗入潮湿幅中。如果淀粉粉末被简单撒在幅上，则其中很大部分根本未到达幅表面，而是在空气层上弹回，首先分布在周围空气中并且最后要么落到造纸机旁的地板上要么被通风设备吸走。以这个方式不可能明显提高纸的强度。这个由气垫造成的问题在发明人已知的文献中未被作为主题进行研究。

该问题至少部分的解决方案在于，直接地在材料幅上方（例如以（明确）少于1cm的距离）设置干淀粉的粉末控制器。由此空气层在粉末控制器上改变方向，因此更大部分的干淀粉能到达幅表面。然而，由于这个区域中的空气漩涡，总还有相对大部分的淀粉损失。此外，材料幅中的不平坦导致在粉末控制器处刮擦纤维幅的风险，其在最坏情况下导致幅撕裂。

因此，本发明的目的是提供一种方法，通过该方法使得纸制品的强度参数通过添加干淀粉能被明显改进，而不会损失大部分的淀粉。

本发明的公开内容

这个目的通过提出一种用于制造纸、纸箱或纸板的方法被实现，其中干的喷射淀粉被施加到运行中的、潮湿的材料幅上，并且其特征在于，淀粉以粉末形式借助一个或多个喷嘴与载流气体一起以至少0.5m/s的速度被喷射到潮湿的材料幅上。

根据本发明的通过一个或多个喷嘴来喷射干淀粉，这在下文中为简单起见也被简短地表示为“喷射”，以至少0.5m/s的速度能够使得基本上全部的、以载体气流传输的淀粉穿透材料幅上方的气垫，并且这样到达幅表面或这样在这个幅表面中被固定。

优选地，在这种情况下，淀粉在材料幅上是尽可能均匀分布的，以使得纸制品的强度参数在其整个表面上提高。当下文中有时只提到一个喷嘴时，也因此理解，因此也应包括多数个，例如一列或多列喷嘴。此外优选地，淀粉被喷射在幅的上侧，即与滤网侧相反的侧面，其也被表示为（称为）毡状物侧（Filzseite）。然而在某些情况下，所述涂层也仅仅能在从滤网揭下潮湿幅之后才能在下侧实现。

只要载流气体不会在纸幅中引起不期望的反应，则不会特别限制载流气体，然而出于成本的原因通常选空气为该气体。

根据本发明的方法的另一优点是，被喷射的抗性淀粉需要一段时间，以便被材料幅中的水润湿、水合和悬浮或溶解。通过合适地选出根据本发明的方法的参数，例如喷嘴压力、淀粉种类和颗粒大小、水含量和材料幅的传输速度、滤网部分中的进气压力等，在通过滤网部分时未能提供足够的时间使得淀粉能完全地穿透材料幅。以这个方式，在滤网部分中实质上喷射淀粉未与水一起被除去。

对于干的喷射淀粉被喷射到材料幅上的造纸机滤网部分的哪个位置处，没有特别限制。根据纸制品的哪个参数应被改进的情况，所述施加例如能够正好在流料箱之后已实现或也正好在吃水线之前或之后实现，因此给淀粉提供渗入材料幅并且在其中分布的不同时长。吃水线被认为是所述幅从其开始起在滤网部分中被排去水，以致于其表面不再反光的点。

例如，对于改进断裂压力而言已被证明有利的是，喷射淀粉正好在流料箱之后被喷射，为了改进所谓的蜡粘（Wax Pik）（一种借助蜡笔测试获得的用于查明表面强度的指数），喷射淀粉优选地仅仅正好在吃水线之前被喷射，如随后的例子清楚地证实的。

对于其他通常的参数，作为本发明的本质已被证实，淀粉与作为载流气体的空气以至少0.5m/s，优选至少1m/s的速度喷射到材料幅上，所述速度被称为来自喷嘴的出口速度。低于0.5m/s的出口速度已被证明对于使得基本上全部被喷射的淀粉能够穿透气垫（特别是对于非常快运行的随身携带厚气垫的造纸机）而言是太低了。

然而，对于非常高的出口速度（例如多于2m/s或3m/s），在一方面会需要不经济的高的喷嘴压力，而在另一方面淀粉会过深地进入幅或通过这个速度挤压透过（渗过）幅，因此使得其在滤网部分中有可能穿透整个材料幅。

因此，关于出口速度的优选范围，根据发明人现在的知识是0.5m/s至3m/s，更优选为0.75m/s至2.5m/s，更优选地1m/s至2m/s，特别是1m/s至1.5m/s。

喷嘴与材料幅表面的距离不被特别限制，并且尤其是依赖于材料幅相应的喷嘴出口速度和传输速度。对于上述优选的淀粉颗粒速度，其在喷嘴出口处是在0.5m/s和3m/s之间，具有在5cm和80cm之间（优选地在10cm和50cm之间）的喷嘴距离组合已被证明是有利的。对于过大的距离，喷嘴出口速度要被提高，以便穿透气垫（然而这可能是不经济的），而对于过小的距离，材料幅的表面完整性在滤网中受到空气流的不利影响。

在这也要考虑借助于一个或多个喷嘴实现的喷射模式，也就是说被一个或多个喷嘴输出到材料幅表面上的淀粉颗粒的分布格局。为了在整个纤维幅上获得足够的效果，应当将多个喷嘴的喷射模式相重叠，以便使得均匀的淀粉涂层成为可能。对于喷嘴与幅之间过小的距离，对此需要过高数量的喷嘴，这会提高仪器制造的耗费。

此外对于非常短的距离会出现于比如先前关于粉末控制器所提到的类似的问题。对于确定的造纸机的预定工作参数而言，由喷嘴数、喷嘴出口速度和喷嘴距离相应的优化组合，由所属领域的技术人员（例如根据喷雾模式）通过不太多次的实验即可容易地得出。

在特别优选实施例中，淀粉在击中材料幅之前被静电充电。由此，干淀粉受到一般来说接地的纤维幅所吸引，由此还能够进一步减少按照本发明已经少量的、损失在周围环境中的淀粉粉末。

怎样对淀粉进行静电充电的种类和方法不受限制。因此，例如在淀粉被提供给喷嘴之前、进入喷嘴之前或从喷嘴离开之后能被静电充电，例如经过借助电离产生的电场，或通过由于摩擦的静电荷输送给喷嘴。在某些实施例中，淀粉也能在喷嘴内部被静电充电，这通过在喷嘴中设置电离电极的办法（例如在喷嘴末端设置）来实现。

在本发明的另一有利实施例中，所述喷射与材料幅的传输方向相反地实现，也就是说这样，平均的喷射方向与幅的传输方向形成锐角，优选是在30°和60°之间的角。这意味着，喷射淀粉斜着从上方被喷射到靠近喷嘴位置的材料幅上。由此，在气垫和击中其上的淀粉颗粒之间的相对速度被提高，这使淀粉颗粒穿透气垫变得容易，并且还进一步减少未被施加到幅上的喷射淀粉的部分。以这种方式，干的喷射淀粉另一方面也能以较少的载流气体压力喷射。

为了获得在材料幅上的确定的分布格局，在一些特定情况下使用多个喷嘴也可能是有利的，其中喷嘴以不同的喷射角进行调整。此外包括的情况在于，其中某些喷嘴不与材料幅的运动方向相反，而是以材料幅的运动方向来定向。

所喷射的淀粉的种类不受到特别的限制，在本发明的优选实施例中，来自冷溶性淀粉的粉末作为喷射淀粉被喷射，也就是说具有这种颗粒分布和表面特性的淀粉，其在经过滤网部分时溶解在潮湿的材料幅（胶质的）中。这确保了淀粉作为用于纤维幅的其余组分（也已经在滤网部分中）的粘合剂的高效作用，因为淀粉直接与溶液的构成发挥这种作用。

是否使用冷溶性淀粉，决定性地依赖于挤压部分的种类。在使用某些挤压毡状物时，冷溶性淀粉有时也可能是非优选的，这是因为在滤网部分中已进行的糊化过程可能导致淀粉被至少部分地粘附在挤压毡状物上或在压辊上。

淀粉的颗粒大小同样不被特别限制并且决定性地依赖于淀粉来源，例如是否涉及主要在欧洲使用的玉米淀粉、小麦淀粉或土豆淀粉，或涉及在亚洲最容易被提供的木薯淀粉或稻米淀粉。优选地，根据本发明的淀粉具有至少5μm的平均颗粒大小，以便使得能够实现没有明显损失的针对性喷射并且同时获得优化的粘合效果。过小的平均颗粒大小有时得出对于穿透气垫而言过轻的微粒。反之，过大的平均颗粒大小（例如超过300μm或者甚至超过500μm），导致在预定剂量条件下能够提供相对于获得在幅表面上期望的分布而言过少的淀粉微粒，因此使得所喷射的淀粉的量必须被提高，而这可能是不经济的。

根据本发明的方法所喷射的淀粉的量原则上不被限制，此外依赖于所述喷射淀粉是否除块淀粉和/或表面淀粉之外被额外地施加或代替块淀粉和/或表面淀粉被施加。优选地，根据本发明的喷射淀粉以相对于材料幅干料而言重量百分比为0.1%至20%，优选0.2%至10%的量被喷射。特别地，根据本发明的方法所喷射的淀粉实质上完全地既代替块淀粉又代替表面淀粉，这使得整个造纸过程被简化并且使其更经济。

粉状喷射淀粉以根据本发明的方法能被单独地或与其他固体组分组合地（特别是与粉状添加剂，例如上浆剂、颜料、染料或类似物）喷射，因此这些组分的特有的混入步骤或施加步骤能被取消。

在下文中，本发明根据具体实施例被说明，其仅作为本发明的说明，而不被理解为限制性的。

例子

例1和对照例1

在适度运行的长网造纸机上，包含软木、硫酸盐桉和针叶木亚硫酸盐的纯纸浆混合物在添加冷溶性块淀粉、填充剂、上浆剂和湿强剂的情况下，单层纸以170g/m2的目标基本重量被制造。在对照例中未使用额外的喷射淀粉，在根据本发明的例1中，借助根据本发明的喷射嘴装置按15cm的喷射嘴距离以1.5m/s的喷嘴出口速度将商用的、粉状的、粒状的、酸改性的玉米淀粉以3-4g/m2的量额外地被涂上。淀粉涂层在这个例子中正好在流料箱之后实现。

从所制造的纸幅提取该幅的不同区域的试验样本被并且化验其纸属性。在此，对照例1（V1）和本发明的例1（B1）的典型的纸化验方法所得的平均值，在下述表1中被对照地列出。

表1

由于本发明的效果，所述对照明确地示出强度值的改进。除了破裂长度和致断负荷明显有所提高外，特别引人注目的是断裂压力大规模增加了多于原始数值的30%。此外，这是正好在流料箱之后施加的结果，因此淀粉有足够的时间分布到材料幅上。

例2至10和对照例2

根据本发明的方法以和先前例1中同样的试验安排被重复，然而其中在这种情况下仅仅正好在吃水线之前才实现所述喷射，并且下述淀粉类型被使用。

A：酸改性玉米淀粉

B：氧化玉米淀粉

C：氧化阳离子玉米淀粉

D：原生小麦淀粉

E：氧化马铃薯淀粉

F：氧化乙酰化马铃薯淀粉

G：酸改性的马铃薯淀粉

关于对照例2（V2）和本发明的例2至10（B2至B10）的结果在下

页的表2中给出。

表2

如从表2得知，通过根据本发明的喷射干的喷射淀粉，在单位面积重量（几乎）不变的情况下，纸的所有被检验的特性被进一步改进。然而在这组例子中，不仅断裂压力被特别强地改进（在例10中与所述对照例相比甚至整体略有减小），而且更确切地说Wax Pik，就是说表面强度，其在大多数例子中被改进了45%，而在一定情况下甚至被改进了60%。

这是因为，所述施加不是在滤网部分开始处实现，而是正好在吃水线之前才实现。不希望受特定理论的束缚，被认为在幅中已经充满着较高的固体浓度，这显然放慢了淀粉的溶解和分布，并且尤其提供使得干的喷射淀粉分布入幅中的较少的时间。

另外值得注意的是，尽管所有被使用的淀粉类型提供有利的结果，但是在不同淀粉之间还是有明显的不同。比如淀粉D和F（也就是说原生小麦淀粉和氧化乙酰化马铃薯淀粉）在破裂长度和致断负荷上有最强的效果，同时淀粉C（也就是说氧化阳离子玉米淀粉）在Wax Pik方面有特别强的影响。普通技术人员将能够通过不太多次的试验，而是通过简单的试验序列，算出用于期望目的的最好的合适的淀粉。

还应提到的是，关于16至18Dennison的Wax Pik值迄今通常只是通过比较昂贵的纸表面特性来获得，而现在通过本发明的方法已经能够在造纸过程中设法应用于相应的表面强度。

因此本发明很明显提供了一种方法，通过该方法可得到具有被显著改进的属性的纸制品。

Claims (11)

1.一种用于制造纸、纸箱或纸板的方法，其中干的喷射淀粉被施加到运行中的、潮湿的材料幅上，其特征在于，所述淀粉以粉末形式借助一个或多个喷嘴与载流气体一起以至少0.5m/s的速度被喷射到所述潮湿的材料幅上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉以至少1m/s的速度被喷射到所述材料幅上。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述淀粉被均匀地喷射在整个所述材料幅上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述淀粉被静电充电。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述淀粉在提供给所述一个或多个喷嘴之前被静电充电。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述淀粉在所述一个或多个喷嘴内部被静电充电。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述淀粉以锐角从上方被喷射到靠近所述一个或多个喷嘴位置的材料幅上。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述角位于平均的喷射方向和材料幅传输方向之间，在30°至60°范围中。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，冷溶性淀粉被喷射。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述淀粉具有至少5μm的平均颗粒大小。

11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述淀粉以相对于材料幅干料而言重量百分比为0.1%至20%，优选0.2%至10%的量被喷射。