CN105531422A - 纤维产品和生产纤维网的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种生产纤维网的方法和该纤维网。根据本发明的方法，通过使用发泡成形由纤维纸浆形成纤维材料层，随后将该层干燥。根据本发明，纤维纸浆的至少一部分为在发泡成形之前经臭氧处理的机械纸浆或化学机械纸浆。通过使用臭氧处理，在纤维连接和在纸浆制备期间木材提取物的除去两方面，改进了待发泡的纸浆。所制造的产品例如适用于意图使包装轻且结实的最终用途，且所述包装的性质确保产品的味道和气味不受污染，例如用于食品供应、巧克力和香烟的销售和储存包装。

Description

纤维产品和生产纤维网的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的生产纤维网例如纸板的方法。

根据这种方法，通过使用发泡成形技术由纤维纸浆生产纤维材料层，随后将该层干燥。

本发明还涉及根据权利要求13的前序部分的纤维产品。

背景技术

挠曲强度为纸板的最重要性质之一。具体而言，用于包装的纸板需要强度和刚度，这确保包装可以经受住一路的旅程而到达消费者手中。非常需要纸板确保高强度和刚度，但这与降低原材料的量的目标背道而驰。

先前业已通过使用具有足够高的克重的纸板品质来获得足够的刚度。一直试图通过降低纤维的量和通过例如用填料替代纤维来产生纸张和纸板品质，这在确保强度和刚度中产生了问题。

此外，为了降低原材料的使用，开发了采用工字梁形式的层结构。在这种结构中，在膨松(bulky)中间层的表面和背面上存在强度更高的连接层，连接层的密度比中间层大。表面层之间的距离越大，工字梁结构的作用将越大。如果将纸板弯曲，则在纸板的凸面上出现伸长，相应地，在凹面上出现收缩。产生反作用力以对抗该伸长和收缩，这种力的强度受层的厚度、弹性和密度影响。

先前业已通过使用已经受低水平击打的机械纸浆来生产膨松中间层。

已经出现的问题是，中间层制成越膨松/多孔，则中间层中纤维之间的连接越少且其内部强度也越小。同样，较低水平的击打降低了纤维之间连接的产生，原因是比表面降低且具有定形能力(settingability)的原纤维的数目降低，从而导致中间层的内部强度降低。

弱连接强度在切割、精整、加工和印刷阶段中会导致许多不同问题。例如，在平版印刷中使用粘稠印刷油墨在z方向中产生应变，这将使纸板脱层，即在z平面中产生破裂。同样，弱连接强度提高了切割和加工阶段以及在产品的后续处理中灰尘的量。

还可以通过使用发泡成形替代水成形获得膨松结构。例如在公开物US5164045和WO991573中描述了发泡成形。

在这种情况下，纤维大多数并不以机器方向取向，相反，纤维的取向更多地在纸板的x-y平面和z方向上变化。因此，连接还分布在所有方向中且在z方向上获得相对较高的强度。

但是，在给定程度的研磨下，发泡成形并不提高连接的数目，这使得有必要使用辅助物以提高强度。一种提高强度的现有方式在于施用增强化学品，但是其具有消极的性质，例如其高成本和对湿部化学的潜在消极作用以及其弱效果和低保留性。

发明概述

技术问题

本发明的目的在于消除至少一些与已知技术相关的问题，且在于产生使用少量原材料来生产高品质且具有高刚度的纸板的新方案。

问题的方案

本发明基于这样的观点：待发泡成形的纤维材料层的纸浆的部分或全部为在发泡成形之前经臭氧处理的机械纸浆或化学机械纸浆或其混合物。

因此，纸板产品或类似的纤维产品，特别是在造纸机或纸板机上干燥的纤维产品，包含至少一个干燥发泡层，该干燥发泡层部分或全部由经臭氧处理的机械纤维纸浆或化学机械纤维纸浆或其混合物构成。

特别是，通过臭氧处理提高了多层纸板的高松厚度(high-bulk)内层的(化学)机械纸浆的定形能力，在这种情况下可能通过使用发泡成形提高纸板的松厚度，且充分保持重要的强度性质例如脱层强度，并使切割加工期间灰尘的产生最低。

更具体而言，根据本发明的方法的特征主要在于权利要求1的特征部分的陈述。

根据本发明的纤维产品的特征还在于权利要求13的特征部分的陈述。

发明有利效果

通过本发明实现了相当多的优点。因此，通过使用发泡成形技术，可能提高了现有包装、纸张和纸板产品的性质，且生产不同的、非常多孔的、轻且光滑的产品。发泡成形降低了水和能量的使用且节省原材料的使用。

通过内层的臭氧处理与发泡成形的组合可能实现松厚度(bulk)的显著改进和臭氧处理的潜在益处，在这种情况下，允许降低增强化学品(例如在湿部加到纤网中或在施胶机加入的淀粉或替代的粘合剂聚合物)在纤维网络结构中的使用和/或降低增强纸浆材料(例如未磨的/磨过的化学纸浆、微纤化纸浆或纳米纸浆)的使用。

通过臭氧处理长纤维(化学)机械纸浆，例如云杉或松树纸浆，提高定形能力，且通过发泡成形，可以用该纸浆来生产用于多层纸板的具有良好形态的膨松内层。臭氧处理还有助于在纸浆生产期间除去木材提取物，当制备用于其中气味/味道性质很重要的最终用途(例如液体、香烟或或敏感食物例如巧克力的包装)的纸浆时，这是一个优点。

与硬木纸浆相比，通过(化学)机械软木纸浆的臭氧处理和发泡成形的组合，可能提高软木纸浆用作生产多层纸板的原材料的竞争性。

附图简述

在下文参考附图讨论了优选实施方案，其中：

图1显示根据本发明的一个实施方案的加工流程图，且

图2显示对漂白的化学机械纸浆进行的臭氧处理测试的结果，在这种情况下，将本技术与常规方案相比，在常规方案中有意分别通过施用增强化学品、纳米纤维素和增强纤维素来提高纸浆的性质。

实施方案

应当注意，下文特别是参考纸板制造描述了根据新技术的应用，但并非意图将说明书和技术只限制于纸板产品。应当理解本发明还适用于生产纸张产品，例如多层纸张产品和类似的纤维产品。

根据本技术，产生用于制备纤维网的方法，其中通过使用发泡成形由经臭氧处理的纤维纸浆制备纤维材料层，将该纤维材料层干燥且通常成形为多层产品的一部分。因此，在一个优选实施方案中，通过使用发泡成形产生纤维层，该层在两个其他层之间配置，例如，纸板产品层例如硬纸板的内层由该纤维层形成。

在一个实施方案中，待发泡成形的纤维纸浆仅由经臭氧处理的纸浆组成，但经臭氧处理的纸浆还可能与普通非臭氧处理的机械纸浆、化学机械纸浆、化学纸浆或微纤化纸浆或其组合或混合物组合。

在一个实施方案中，所述经臭氧处理的纤维纸浆为机械纸浆或尤其是化学机械纸浆，其由硬木或软木或其混合物制得。

硬木可以为任何合适种类的硬木，例如桦树、白杨(aspen)、白杨木(poplar)、桉树、混合热带硬木、桤木或这些的混合物。继而，软木可以例如为云杉或松树或这些的混合物。

在一个实施方案中，由硬木和软木构成的机械纸浆且特别是化学机械纸浆的初始材料的软木百分比为20-100％，尤其是50-100％，最合适75-100％(基于干重)。

当初始材料包含软木时，通过本发明实现令人感兴趣的额外优点。根据本方面的方案，发泡成形的优点主要表现在长纤维方面，而长纤维在常规成形中产生差的形态。

在本发明的方法中，纤维材料还可以源自不同的一年生植物，包括稻草、芦苇、草芦、竹子、甘蔗和草。

除了臭氧处理的纸浆之外，在生产纤维产品中可能使用其他纤维，例如回收纸板纤维或纸张纤维、破损纸板或破损纸张、或合成纤维、或微纤化纸浆、或合成纤维、或其混合物。

图1为工艺流程图，示出了新技术的一个优选实施方案，其中来源为纤维纸浆，例如机械纤维纸浆或化学机械纤维纸浆(1)。

如所述，在一个优选实施方案中，所述纸浆由长纤维纸浆构成。这可以具体源自软木例如云杉或松树。将纸浆(1)进料到臭氧处理步骤(2)。在臭氧处理期间，在本身已知的条件下用臭氧特别是用臭氧气体处理纸浆，在这种情况下产生经臭氧处理的纸浆(3)。

(2)中的臭氧可以以其本身或与氧气和过氧化氢、过乙酸或二氧化氯一起作为漂白阶段的一部分用于处理纸浆，例如化学机械纸浆。

已知臭氧为有效的氧化剂和高效率的脱木素化学品和漂白剂。

可以将臭氧投配到高、中或低稠度的纸浆中。不同稠度进行的方法在温度、压力、pH和臭氧含量方面具有不同的操作参数。

在一个实施方案中，在约1-50％的干物质稠度下，在约5-90℃的温度下并使用约0.1-5％、尤其是约0.1-2.5％、通常小于2％的臭氧/纸浆干重来进行臭氧处理。一般而言，操作条件经加压。在另一个实施方案中，在平均稠度(5-15％干物质)或在高稠度(超过15％且至多40％干物质)下处理纸浆。

一般而言，在处理之前将纸浆酸化。优选地，将纤维物质的水相的pH值调节到例如约1-6.5、尤其是约1.5-6的酸性范围。之后，可以通过将纸浆压缩到更高的固含量(约35-50％)使臭氧与纸浆接触，之后在轻度的超压(例如约1.5-5巴，尤其是约1.6-2.5巴)下进行气体接触。所使用的设备可以为鼓式混合器。

在另一个备选方案中，例如在混合器中或在依次串联的混合器中使酸化纸浆直接与臭氧气体接触，在这种情况下压力通常高于5巴，例如约7-20巴，尤其是约10-15巴。

臭氧处理温度更优选为约10-40℃，特别地操作在室温即约15-25℃下进行。

通常，在漂白过程的残留气体中剩余的残留臭氧分解成氧气。之后，将该气体引导回到环境或回收以用于例如氧气/臭氧生产。

在一个实施方案中，将废气回收以重新用于例如氧脱木素。

作为臭氧处理(2)的结果，提高了纸浆的定形能力。一般而言，Z方向的强度为定形能力的良好量度，且本发明的方案的目标在于至少200kPa、尤其是约200-600kPa的强度。类似地，Scott-Bond值应当为约100-500J/m²。

可以干燥和打包(4)经臭氧处理的纸浆。之后，打包的纸浆可以储存(6)所需要的时间段，之后，与普通市售纸浆一样，其可以输送到需要使用的地方，在此将其液浆化并进料到纸板机(或造纸机)的纸浆和添加剂系统(7)中。

但是，还可能例如通过直接从臭氧处理泵送(5)将未干燥纸浆进料到纸浆和添加剂系统(7)中。

在纸板机或造纸机中，纸浆化或在湿润条件下输送的纸浆使用待发泡成形的纸浆混合物用于生产(8)。

待发泡成形的纸浆混合物可以只包含臭氧处理的纸浆，或其可以以任何比率的混合物形式包含机械纸浆、化学机械纸浆、化学纸浆、微纤化纸浆、回收纸板纤维或纸张纤维、或破损纸板或破损纸张、或合成纤维的混合物；但是，如果是混合物的话，通常经臭氧处理的纸浆为所有纤维的百分比为至少10％，尤其是约20-95％，最合适30-90％，由干燥纸浆来计算。待发泡成形的纸浆可以包含0-30％重量(由干燥纤维来计算)的矿物填料。待发泡成形的纸浆混合物还可以包含0-30％重量的合成填料。待发泡成形的纸浆还可以包含添加剂。如前文所述，除了表面活性剂之外，在纸浆中还可以使用添加剂，例如胶乳、粘合剂、着色剂、腐蚀抑制剂、pH调节剂、助留剂、打浆上胶剂和纸板生产中的其他普通试剂。这些试剂的量最多为纤维干重的20％重量。

在一个实施方案中，通过混合具有约0.5-7％重量(纤维相对于液浆重量的量)的稠度的纤维液浆获得适用于发泡的组合物，其中泡沫由水和表面活性剂形成且其空气含量为约10-90％体积，例如20-80％体积，在这种情况下，产生具有约0.1-3％重量的纤维含量的发泡纤维液浆。这可以进料到金属丝网上以便形成网。

所使用的表面活性剂可以为非离子型、阴离子型、阳离子型或两性型。表面活性剂的合适量为约150-1000ppm(以重量计)。阴离子型表面活性剂的例子为α-烯烃磺酸盐，而非离子型表面活性剂的例子为PEG-6月桂酰胺。具体例子包括十二烷基硫酸钠。

在泡沫产生期间，所需要的气泡尺寸是变化的，但常常小于纤维材料中的纤维平均长度。通常，气泡尺寸(直径)为约10-300μm，例如20-200μm，常常约20-80μm。

在发泡成形中，可能以本身已知的方式将发生在网上的真空和干燥联用。

通过将由经臭氧处理纤维形成的发泡纤维液浆发泡成形，获得具有良好形态的膨松内层。出于这个原因，例如通过在两个表面层之间使用多层成网技术将泡沫进料。

然而，可能由依次的进料喷嘴通过在彼此顶部形成纤网层而产生多层结构。

各层的克重可以自由变化。一般地，表面层的重量为约10-100g/m²，而中间层的重量为约10-300g/m²。通过使用发泡成形，可能使中间层保持相对较低的克重，即使中间层的厚度在包装应用方面足以确保产品的刚度等等。

因此所生产的纤维产品的克重可以例如在30-500g/m²范围内自由地变化，但是同样地，这些值并非绝对界限。

结果

臭氧处理可以为粗机械纸浆或纸浆级分提供优异的内部强度。臭氧在纤维表面反应，从而引入官能团，这有助于在纤维之间形成连接。

因为纸浆的比表面在臭氧处理期间实际上保持恒定，所以即使连接强度提高，游离度也仍保持恒定。因此，不需要具有低的游离度也不需要大量的细屑来获得良好的连接，在这种情况下纸张的密度也不高。因此，臭氧处理在更高的游离度下提供了足够的连接强度，并降低了细屑的量。臭氧影响纤维挠曲的方式与研磨不同。因此，臭氧处理使其可能获得更高内部强度且同时使对松厚度的损害降到最小，或者，可能在更大量的松厚度情况下获得足够的内部强度。

如果目标在于产生更大量的松厚度，且同时保持足够的内部强度，则所生产的机械纸浆应当足够粗糙(高游离度)以提供足够的松厚度。臭氧处理可以随后用于产生足够强度性质。

图2为通过本发明实现的强度性质方面的显著提高的示意图。

该图示出了对比测试的结果，在这种情况下根据本发明的一个实施方案的纸浆(在图中，“经臭氧处理的BCTMP”)与使用常规强度化学品(“Daico”)、纳米纤维素(“NFC1”、“NFC2”和“NFC3”)和相应的增强纤维素(“精制硫酸盐纸浆(KraftPulp”)改性的纸浆对比。经处理的纸浆为经漂白的化学机械纸浆。Scott-Bond强度表示为松厚度的函数。

结果表明，臭氧处理提高了机械纸浆的强度性质而不降低松厚度。在相同的松厚度水平下，当松厚度在3.0-3.7cm³/g范围内时，与通过使用常规技术，特别是使用聚合物增强化学品、纳米纤维素或增强纤维素获得的数值比较，本技术的Scott-Bond层合能(Scott-Bondlaminationenergy)水平(J/m²)至少提高约10％，优选至少15％，最合适至少20％。这种比较是基于以下事实：所加入的每种常规增强化学品由机械纸浆纤维的干重计算为10％。

例如与通过使用增强化学品、纳米纤维素和增强纤维素获得的结果比较，所获得的强度/松厚度组合的性质是独特的。在文献(参见HostachyJ-C，64thAppitaAnnualConferenceandExhibition(Appita第64次年会和展览)，AppitaInc.，2010，第349-351页；Lecourt等人，InternationalMechanicalPulpingConference2007(国际制浆会议，2007年)，TappiPress2007，第494-507页；和Long等人，TappiPulping/ProcessandProductQualityConference(TAPPI制浆/工艺和产品质量会议)，TappiPress，2000，第8页)中研究了臭氧处理对纸浆性质的作用，但发现无一文献关于臭氧处理用于本发明主题的适用性，更不用说在文献中提到由本方案所获得的意想不到且有价值的结果的事实。

如上文所解释，除了在泡沫中连接纤维之外，臭氧处理还可以提高在纸浆生产期间木材中的提取物的除去。这对生产例如其中气味/味道性质是重要的最终用途的纸浆是明显有利的。这些包括液体包装以及食品和产品例如巧克力和香烟的销售和储存包装，所述产品对包装耐久性和其他性质具有敏感性。

尽管前文尤其描述了经臭氧处理的机械纸浆或化学机械纸浆或其混合物在通过发泡成形产生的层中的用途，其为本发明的一个优选实施方案，清楚地的是，经臭氧处理的纸浆还可以包含化学纸浆、或化学纸浆和机械纸浆和/或化学机械纸浆的混合物，或甚至由化学纸浆、或化学纸浆和机械纸浆和/或化学机械纸浆的混合物组成。

工业适用性

如上文所描述，可能通过臭氧处理和发泡成形的组合获得显著提高的松厚度，且同时可以减少增强纤维网络结构的增强化学品的使用。

所制造的产品例如适用于意图使包装轻且结实的最终用途，且所述包装的性质确保产品的味道和气味不受污染，例如用于食品供应、巧克力和香烟的销售和储存包装。

特别优选的应用为食品供应包装和预制品，特别是由长纤维纸浆制得的包装和包装预制品。

参考数字列表

以下参考数字用于表中：

1纸浆

2臭氧处理

3经臭氧处理的纸浆

4干燥和打包纸浆

5泵送

6任选的储存和输送

7纸板机的纸浆和添加剂系统

8发泡纸浆的生产

9发泡成形

10干燥的纤维网，例如纸板

引文列表

专利文献

US5164045

WO9915730

非专利文献

HostachyJ-C.，“Useofozoneinchemicalandhighyieldpulpingprocesses-Latestinnovationsmaximizingefficiencyandenvironmentalperformace”(“臭氧在化学和高产率制浆方法中的用途-使效率和环境性质最大化的最近创新”)，AppitaAnnualConference-Appita64-64^thAppitaAnnualConferenceandExhibition(Appita第64次年会和展览)，Incorporatingthe2010PanPacificConference-ConferenceTechnicalpapers(结合2010泛太平洋会议-会议技术论文)，由AppitaInc.编辑，201，第349-351页。

Lecourt等人，“Savingenergybyapplicationofozoneinthethermomechanicalpulpingprocess”(“通过在热机械制浆方法中应用臭氧节约能源”)，InternationalMechanicalPulpingConference2007(2007国际机械制浆会议)，由TAPPIPress编辑，2007，第494-507页。

Long等人，“KineticStudyofOzoneTreatmentonMechanicalPulp”(“臭氧处理对机械纸浆的动力学研究”)，TAPPIPulping/ProcessandProductQualityConference(TAPPI制浆/工艺和产品质量会议)，由TAPPIPress编辑，2000，第8页。

Claims (20)

1.生产纤维网的方法，根据这种方法，通过使用发泡成形由纤维纸浆形成纤维材料层，将该层干燥，其特征在于所述纤维纸浆的至少一部分为在发泡成形之前经臭氧处理的机械纸浆或化学机械纸浆。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于通过使用发泡成形形成纤维层，该纤维层在两个其他层之间配置。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于生产纸张或纸板产品。

4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于多层纸板产品中的一层由经臭氧处理的纤维纸浆制备。

5.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于通过使用发泡成形由经臭氧处理的纤维纸浆制备硬纸板的内层。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于待发泡成形的纤维纸浆仅由经臭氧处理的纸浆组成，或其包含机械纸浆、化学机械纸浆、化学纸浆、微纤化纸浆、回收纸板纤维或纸张纤维、破损纸板或破损纸张或合成纤维或这些中两种或更多种的组合的混合物。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于待发泡成形的纤维纸浆包含经臭氧处理的纸浆，以及与其混合的微纤化纸浆或合成纤维或其混合物。

8.根据权利要求6或7的方法，其特征在于所述纤维纸浆包含至少10％重量的源自经臭氧处理的机械纤维纸浆或化学机械纤维纸浆的纤维。

9.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述经臭氧处理的纤维纸浆为机械纸浆或特别是化学机械纸浆或其混合物，其由硬木或软木或其混合物制备。

10.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于待发泡成形的纸浆混合物包含最高30％重量的矿物填料或合成填料。

11.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于将所述纤维液浆与由水和表面活性剂形成的泡沫混合，所述纤维液浆的稠度为约0.5-7％重量，且所述泡沫的空气含量为约10-90％体积，例如20-80％体积，在这种情况下产生纤维含量为约0.1-3％重量的发泡纤维液浆，并将其进料到造纸机或纸板机的金属丝网上，以便形成网。

12.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于生产纸板，尤其是内层由发泡纤维层形成的多层纸板产品。

13.一种纤维产品，其包含至少一个干燥发泡层，其特征在于该层包含经臭氧处理的机械纤维纸浆或化学机械纤维纸浆或其混合物。

14.根据权利要求13的纤维产品，其特征在于其为内层由干燥发泡层构成的多层纸板产品。

15.根据权利要求13或14的纤维产品，其特征在于其为中间层由干燥发泡层组成的硬纸板。

16.根据权利要求13-15中任一项的纤维产品，其特征在于所述干燥发泡层仅由经臭氧处理的机械纸浆或化学机械纸浆或其混合物组成，或其包含机械纸浆、化学机械纸浆、化学纸浆、微纤化纸浆、回收纸板纤维或纸张纤维、破损纸板或破损纸张或合成纤维或两种或更多种纸浆或纤维素或纤维类型的组合的混合物。

17.根据权利要求16的纤维产品，其特征在于所述发泡层包含至少10％重量的源自经臭氧处理的机械纤维纸浆或化学机械纤维纸浆的纤维。

18.根据权利要求13-17中任一项的纤维产品，其特征在于所述发泡层由源自硬木或软木的纤维纸浆或源自任选包含破损纸板或破损纸张的其组合的纸浆制备。

19.根据权利要求13-18中任一项的纤维产品，其特征在于所述发泡层包含最高30％重量的矿物填料或合成填料。

20.根据权利要求13-19中任一项的纤维产品，其特征在于所述发泡层的克重为约10-300g/m²，在这种情况下，待生产的纸板产品的克重为约30-500g/m²。