CN107002363A - 用nssc浆制成的高强度瓦楞芯纸 - Google Patents

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Abstract

提供了一种生产箱纸板的方法，包括在宽压区压榨机诸如靴式压榨机中对由包含NSSC浆的纸浆制成的纸幅进行压榨的步骤，其中，宽压区压榨机中的线荷载为1200kN/m以上。此外，提供了一种包括衬纸和瓦楞芯纸的瓦楞纸板，其中瓦楞芯纸由包含NSSC浆的纸浆制成，瓦楞芯纸的密度为725kg/m3以上，并且瓦楞芯纸的几何SCT指数(ISO 9895)为37Nm/g以上。

Description

用NSSC浆制成的高强度瓦楞芯纸
技术领域
本发明涉及生产用作瓦楞芯纸(fluting)的箱纸板的方法。
背景技术
中性亚硫酸盐半化学(NSSC)制浆是在造纸制浆领域众所周知的并且在全世界许多纸浆厂中使用的老工艺。使用NSSC制浆的原因之一是高产量。
在NSSC制浆中，蒸煮液包括亚硫酸盐(诸如Na2SO3或(NH4)2SO3)和碱(诸如NaOH或Na2CO3)。“中性”是指NSSC蒸煮液的pH通常在6至10之间。通常，蒸煮时间为0.5至3小时，并且蒸煮温度为160-185℃。NSSC浆包含较高量(诸如诸如15-20％)的残留木质素，其使NSSC浆变硬(stiff)。从NSSC制浆包括机械处理/研磨的意义上说，NSSC制浆是“半化学”的。
NSSC浆例如用于生产箱纸板，箱纸板随后成瓦楞形，以形成瓦楞纸板的瓦楞芯纸。
使用NSSC制浆法的工厂的实例有：波兰希维切的Mondi Swiecie S.A.的工厂(PM4)；芬兰Koupio的Savon Sellu Oy(Powerflute)的工厂；芬兰黑诺拉的Stora Enso Oyj(斯道拉恩索公司)的工厂(Heinola Flutter Mill)；美国菲勒锡蒂和托马霍克的美国Packaging Corp.的工厂；俄罗斯Korjazma的Ilim Group的工厂(PM1和PM3)(KotlasMill)；俄罗斯新德温斯克的JSC Arkhangelsk Pulp&Paper的工厂(PM2)；美国史蒂文森的Rock-Tenn Co.的工厂；美国曼斯菲尔德、松山和瓦利恩特的International Paper的工厂；美国大岛、锡达斯普林斯和托莱多的Georgia Pacific LLC(乔治亚太平洋公司)的工厂以及加拿大卡巴诺和特伦顿的Norampac Inc的工厂。
发明内容
提高瓦楞纸板强度的一种方式是提高用于形成瓦楞纸板的瓦楞芯纸(即瓦楞原纸)的箱纸板的抗压强度。
本公开内容的一个方面的目的是提供一种由包含NSSC浆的纸浆生产提高强度的箱纸板的方法。
本公开内容的另一方面的目的是提供一种具有提高强度的瓦楞原纸的瓦楞纸板，其中使用包含NSSC浆的纸浆形成瓦楞原纸的箱纸板。
通常期望降低纸板的密度(即增加体积)，因为较低的密度与较低的纤维/原材料消耗相关。然而，本发明人已认识到，提高箱纸板的抗压强度的一种方式是增加其密度。此外，发明人已经认识到可以通过湿压榨来增加密度。然而，由于NSSC纤维的硬度，很难将用NSSC浆制成的纸幅压榨到较高的密度。
靴式压榨机可用于对纸幅进行脱水。很多时候，靴式压榨机用于在不会使体积减小太多的情况下对纸幅进行脱水。靴式压榨机的设计使得压区(nip)比其他类型的压榨机更长。因而靴式压榨机中的压力脉动(press pulse)较长。较长的压力脉动意味着在靴式压榨机中可以以比其他类型的压榨机更低的最大压区压力实现足够的脱水。传统上，最大压区压力的这种降低已被用于节省纸幅的体积。
本发明人对于将用NSSC浆制成的纸幅压榨到高密度的上述问题的解决方案是，在非常高的线荷载下使用靴式压榨机。当在来自NSSC浆的纸幅上使用具有如此高的线荷载的靴式压榨机时，获得了高抗压强度的高密度箱纸板。
本发明的另一个益处还在于，可以在维持的或甚至增加的机器速度下实现增大的抗压强度。
因此，本公开内容提供了一种生产箱纸板的方法，包括在宽压区压榨机(诸如靴式压榨机)中对由包含NSSC浆的纸浆制成的纸幅进行压榨的步骤，其中宽压区压榨机中的线荷载为1200kN/m以上。箱纸板用于瓦楞纸板中的瓦楞芯纸。
此外，本公开内容提供了一种包括衬纸和瓦楞芯纸的瓦楞纸板，其中瓦楞芯纸由包含NSSC浆的纸浆制成，瓦楞芯纸的密度为725kg/m3以上，并且瓦楞芯纸的几何SCT指数为37Nm/g以上。
附图说明
现在参考附图通过举例的方式描述本发明，其中：
图1是用于小规模生产性试验的网部的示意图。
图2是用于小规模生产性试验的压榨部的示意图。
图3-11涉及小规模生产性试验中获得的结果。
图3示出了在不同线荷载下并且倾斜度为1.3的靴式压榨机中的压区压力曲线。
图4示出了在不同倾斜度下并且线荷载为1400kN/m的靴式压榨机中的压区压力曲线。还示出了倾斜度为1.3并且线荷载为1500kN/m的压区压力曲线。
图5示出了当在1400kN/m的线荷载下以不同的倾斜度使用靴式压榨机时获得的密度。
图6示出了当以恒定的倾斜度(1.3)在不同线荷载(306至1500kN/m，导致不同的总压力冲量)下使用靴式压榨机时获得的密度。该图还示出了当加入蒸汽时在1500kN/m的线荷载下获得的密度(点3017)。
图7示出了当以恒定的倾斜度(1.3)在不同线荷载(30至1500kN/m，导致不同的总压力冲量)下使用靴式压榨机时获得的几何SCT指数值。该图还示出了当加入蒸汽时在1500kN/m的线荷载下获得的几何SCT指数(点3017)。
图8示出了当以恒定的倾斜度(1.3)在不同线荷载(306至1500kN/m，导致不同的总压力冲量)下使用靴式压榨机时获得的横向(CD)上的SCT指数值。该图还示出了当加入蒸汽时在1500kN/m的线荷载下获得的几何SCT指数(点3017)。
图9示出了在1400kN/m的线荷载下以不同的倾斜度使用靴式压榨机时获得的几何SCT指数值。
图10示出了根据葛尔莱方法(ISO 5635-5)对以恒定的倾斜度(1.3)在不同的线荷载(306至1500kN/m，导致不同的总压力冲量)下使用靴式压榨机时获得的纸测量出的阻气性(air resistance，空气阻力，透气度)。该图还示出了当加入蒸汽时在1500kN/m的线荷载下获得的葛尔莱阻气性(点3017)。
图11示出了当以恒定的倾斜度(1.3)在不同线荷载(306至1500kN/m，导致不同的总压力冲量)下使用靴式压榨机时获得的CCT指数值。该图还示出了当加入蒸汽时在1500kN/m的线荷载下获得的CCT指数(点3017)。CCT指数在横向上测量。
具体实施方式
作为本公开内容的第一方面，提供了一种生产箱纸板的方法。
箱纸板旨在用作瓦楞纸板中的瓦楞芯纸(即瓦楞原纸)。瓦楞纸板包括至少一层衬纸以及至少一层瓦楞芯纸，所述衬纸为非瓦楞形的。在瓦楞纸板的正常生产中，使箱纸板成瓦楞形，然后将其胶合至衬纸板。例如，瓦楞纸板可以由夹在两层衬纸之间的瓦楞芯纸层组成。
该方法包括对由包含NSSC浆的纸浆制成的纸幅进行压榨的步骤。如本领域常规的那样，纸幅通常在网部中形成。
在流浆箱(即，使纸浆从其中流动到网部的网上的流浆部(camber))中，本公开内容的纸浆例如可以具有20至25的肖伯尔瑞格勒(°SR)(ISO5267-1)值和1.7至2.1的保水值(WRV)(ISO 23714：2007)。在NSSC制浆工艺之后，SR值例如可以为13至19，并且WRV例如可以为1.3至1.7。这意味着本公开内容的纸浆可以在NSSC制浆工艺与流浆箱之间经受打浆，例如LC打浆。
例如，本公开内容的纸浆的至少50％(干重)可以是NSSC浆。在其他实例中，纸浆的至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％(干重)是NSSC浆。纸浆中的非NSSC浆部分例如可以包括再生纤维。例如，本公开内容的纸浆可以基本上由NSSC浆组成或由NSSC浆和再生纤维的混合物组成。“再生纤维”是指先前已经结合在某些纸或纸板制品中的纤维材料。可替代地或作为补充，纸浆中的非NSSC浆部分例如可以包括渣浆。例如，本公开内容的纸浆可以基本上由NSSC浆和渣浆组成。“渣浆”是指通过对由另一种工艺废弃的筛渣进行打浆而制备的纸浆。
“NSSC浆”是由“NSSC制浆”获得的，NSSC制浆又定义在背景技术部分中。本公开内容的NSSC浆例如可以是钠基NSSC浆，这意味着NSSC蒸煮的蒸煮液包含Na2SO3。
第一方面的压榨在宽压区压榨机(诸如靴式压榨机)中进行。靴式压榨机由纸浆和造纸工业的若干供应商(诸如福伊特、维美德和安德里茨)销售。宽压区压榨机布置在造纸机的压榨部中。在压榨部的下游布置有干燥部。
宽压区压榨机与传统的辊式压榨机的不同之处在于获得了更长的压区。
在第一方面的方法中，宽压区压榨机中的线荷载为1200kN/m以上。“线荷载”是指施加的力除以压区的宽度。例如，线荷载可以为1300kN/m以上，诸如1400kN/m以上，诸如至少1500kN/m。
靴式压榨机通常不是为这种高线荷载设计的，但是当发明人特别要求线荷载应尽可能高且至少为1500kN/m时，福伊特提供了大小为1700kN/m的靴式压榨机。
通过将线荷载除以机器速度来获得压榨机的压区中的压力脉动。通过对压榨部中使用的压区的压力脉动求和来获得压榨部的总压力脉动。
第一方面的纸幅例如可以在宽压区压榨机中经受至少102kPa*s、诸如至少110kPa*s、诸如至少115kPa*s、诸如至少120kPa*s的压力冲量。这种压力脉动能够在具有高线荷载的靴式压榨机中获得(例如参见下表1)。
第一方面的纸幅例如可以在压榨部中经受至少122kPa*s、诸如至少130kPa*s、诸如至少135kPa*s、诸如至少140kPa*s的总压力冲量。这种压力脉动能够在包括在高线荷载下使用的靴式压榨机的压榨部中获得(例如参见下表1)。
此外，第一方面的纸幅例如可以在宽压区压榨机(例如靴式压榨机)中经受至少60巴、诸如至少70巴、诸如至少80巴、诸如至少90巴的峰值压区压力。如图3至图4所示，这种峰值压区压力能够在具有高线荷载的靴式压榨机中获得。为了进一步增加峰值压力，可以增加靴式压榨机的倾斜度，如图4所示。“峰值压区压力”有时称为比压。
在高线荷载下使用靴式压榨机的特别益处是能够获得高峰值压区压力与高压力冲量的组合。这种组合在用NSSC浆生产具有高抗压强度的箱纸板中是特别有益的。
发明人已经发现，如果在宽压区压榨机之前和/或在宽压区压榨机中提高纸幅的温度，则所生产的箱纸板的抗压强度显著提高。例如，宽压区压榨机中的纸幅可以是至少45℃，诸如至少50℃，诸如至少55℃，诸如至少60℃，诸如至少65℃。温度例如可以用红外温度计来测量，红外温度计诸如手持式红外温度计(“红外温度枪”)。为了提高纸幅的温度，可以恰好在靴式压榨机之前和/或在靴式压榨机中将蒸汽施加至纸幅。蒸汽箱例如可以恰好布置在宽压区压榨机的压区之前，位于纸幅的下方或上方。
宽压区压榨机中的压区长度例如可以为至少150mm，诸如至少200mm，诸如至少230mm。在传统的辊式压榨机中，无法获得这样的压区长度。
在第一方面的一个实施方案中，将第一方面的纸幅进一步在第二宽压区压榨机(诸如第二靴式压榨机)中压榨。第二宽压区压榨机中的条件可以与上面论述的(第一)宽压区压榨机中的一样。
在第一方面中使用的压榨部也可以包括一个或多个辊式压榨机(不是靴式压榨机)。可替代地，压榨部可以仅由一个或多个靴式压榨机组成。如本领域中常规的那样，第一方面的压榨部之后通常是干燥部。
如图5和图6所示，根据第一方面的压榨增加了所得到的箱纸板的密度，并且密度增加引起抗压强度值增加。第一方面的箱纸板的密度(SCAN-P 88:01)例如可以为725kg/m3以上，诸如至少740kg/m3，诸如至少750kg/m3，诸如至少760kg/m3。
箱纸板在纵向(machine direction机器方向，MD)和横向(CD)上的抗压强度可以使用短跨度压缩试验仪(SCT)来测量。SCT抗压强度(N/m)可以根据ISO 9895测量。为了计算抗压强度指数，将抗压强度(N/m)除以克重(g/m2)。因此SCT指数的单位是Nm/g。箱纸板的克重例如可以为100至200g/m2，诸如100至190g/m2，诸如110至180g/m2。
将几何SCT指数计算为纵向和横向上的SCT指数的乘积的平方根：
几何SCT指数＝√(SCT指数(MD)*SCT指数(CD))。
第一方面的箱纸板的几何SCT指数例如可以为37Nm/g以上，诸如至少38Nm/g，诸如至少39Nm/g，诸如至少40Nm/g，诸如至少41Nm/g，诸如至少42Nm/g，诸如至少43Nm/g，诸如至少44Nm/g。
横向上的抗压强度被认为比纵向上的更重要。第一方面的箱纸板的横向上的SCT指数例如可以为28Nm/g以上，诸如至少29Nm/g。
作为本公开内容的第二方面，提供了一种包括衬纸和瓦楞芯纸的瓦楞纸板。瓦楞芯纸由包含NSSC浆的纸浆制成。上面结合第一方面给出了这种纸浆的各种实例。
用于制成第二方面的瓦楞芯纸的箱纸板例如可以使用第一方面的方法来获得。
第二方面的瓦楞纸板的瓦楞芯纸的密度(SCAN-P 88:01)为725kg/m3以上。较高的密度通常与较高的抗压强度有关。据此，瓦楞芯纸的密度优选为至少740kg/m3，诸如至少750kg/m3，诸如至少760kg/m3。
第二方面的瓦楞芯纸的几何SCT指数(ISO 9895)例如可以为37Nm/g以上。该指数优选至少为38Nm/g，诸如至少39Nm/g，诸如至少40Nm/g，诸如至少41Nm/g，诸如至少42Nm/g，诸如至少43Nm/g，诸如至少44Nm/g。
如上所述，横向上的抗压强度被认为比纵向上的更重要。第二方面的瓦楞芯纸的横向上的SCT指数例如可以为28Nm/g以上，诸如至少29Nm/g。
CCT值也可以用于量化抗压强度。在根据SCAN P-42的CCT测量中，使样品成瓦楞形，然后在横向上测量抗压强度。为了获得CCT指数，将CCT值除以克重。第二方面的瓦楞芯纸的CCT指数例如可以为至少25Nm/g，诸如至少26Nm/g，诸如至少27Nm/g。第一方面的箱纸板也可以具有根据SCAN P-42测量的这种CCT指数。
瓦楞芯纸的克重(ISO 536)例如可以为100至240g/m2，诸如100至200g/m2，诸如100至190g/m2，诸如110至180g/m2。
瓦楞芯纸的葛尔莱阻气性(ISO 5636-5)例如可以至少为150s，诸如至少200s。
还提供一种三维制品，例如包括由根据第二方面的瓦楞纸板构成的壁的箱或托盘。这样的箱或托盘例如可以适合用于水果或蔬菜。
实例
在Packaging Greenhouse(瑞典卡尔斯塔德)进行了小规模生产性试验。对于小规模生产性试验，将打浆的NSSC浆从造纸厂(瑞典格鲁姆斯)的造纸机6(PM6)上的成浆池中取出。
图1示出了用于小规模生产性试验的网部10的示意图。流浆箱11布置在网部10的上游。压榨部12布置在网部10的下游。图中示出了当使用蒸汽箱13时，由红外温度枪测量的网部中各个点的温度。蒸汽箱13布置成使得纸幅的温度可以在就要到压榨部时从50℃提高到70℃。但是，如下所说明的，在压榨部中温度下降到70℃以下。
图2示出了用于小规模生产性试验的压榨部的示意图。在拾取辊21之后，布置有双毛毯大型压榨机(第一压榨机)22，之后是双毛毯靴式压榨机(第二压榨机)23。在第二压榨机压区24之后，纸幅被输送通过第三压榨机(未示出)。在不涉及通入蒸汽的试验3012(见下文)中，用红外温度枪测量的温度如下：在伏辊(couch)25之前和之后约为47℃，在第一压榨机22之后为44℃，在第二压榨机23之后为40℃，并且在卷轴26上为38℃。在涉及通入蒸汽的试验3017(见下文)中，温度如下：在伏辊25之前和之后约为52℃，在第一压榨机22之后为53℃，在第二压榨机23之后为49℃，并且在卷轴26上为47℃。
下表1和表2示出了不同的小规模生产性试验。机器速度(网)为730m/min(高于PM6上的机器速度)，并且目标克重为140g/m2。竖直的堰唇(slice lip)为16.1mm。将来自表1和表2的小规模生产性试验的样品在单缸干燥器中进行离线干燥。
在试验前用较高的线荷载进行了第一参考试验(3001)，并且在试验后用较高的线荷载进行了第二参考试验(3012)。在这些参考试验中，使用目前在PM 6上获得的相同压力冲量来模拟PM6上的工艺条件。
表1.具有改变线荷载的试验。在所有试验中倾斜度均为1.3。除了试验3017，所有试验中都关闭了蒸汽箱。
表1示出，通过将靴式压榨机中的线荷载增加到1250kN/m，与最可靠的参考点(3012)相比，密度增加了9％。当靴式压榨机中的线荷载增加到1500kN/m时，与最可靠的参考点相比，密度增加了11％。当线荷载为1500kN/m且加入蒸汽时，与最可靠的参考点相比，密度增加了15％。
在使用全尺寸干燥部的商业生产(诸如在PM6上的生产)中，所获得的密度通常低于使用单缸离线干燥器的小规模生产性试验中的密度。然而，可以预期，当靴式压榨机在高线荷载下使用时，在商业生产中密度的相对增加将与小规模生产性试验中的大致相同。PM6上生产的箱纸板的密度约为670kg/m3。因此，可以预期，当靴式压榨机在至少1200kN/m的线荷载下使用时，商业性箱纸板将具有至少725kg/m3的密度。
表2.对靴式压榨机具有改变倾斜度的试验
图3示出了对于在不同线荷载下并且倾斜度为1.3(这是默认值)的第二压榨机(靴式压榨机)的压区压力曲线。在参考试验(3001)中，最大压区压力为20巴以下。当使用750kN/m(试验3003)的线荷载时，最大压区压力为约40巴。当使用1250kN/m和1500kN/m的线荷载时，最大压区压力分别为约65巴和约75巴。
图4示出了可以通过增加倾斜度来增加最大压区压力。在1400kN/m的线荷载下，对于1.9的倾斜度，最大压区压力为100巴以上。
图5示出了密度随着倾斜度的增加而增加。
图6示出了密度随着压力冲量(kPa*s)的增加而增加。压力冲量又随着线荷载的增加而增加。第二参考试验(3012)产生的密度比第一参考试验(3001)更高。这种差异的原因可能归因于启动不均衡，诸如细粒均衡不充分和/或例如与温度、压榨毛毯的性能等相关的其他影响。因此，第二参考试验(3012)被认为给出了更多的代表价值。
图6进一步示出了蒸汽(试验3017)给出了密度的额外增加。
抗压强度被认为是瓦楞原纸的最重要性质。图7示出了在不同的压力冲量下获得的几何SCT指数。通常，几何SCT指数随着压力脉动的增加而增加。由线荷载1400kN/m和1500kN/m(即试验3006、3007和3017)产生的压力脉动显示出对抗压强度具有特别的影响。图7进一步示出了通入蒸汽(试验3017)给出了几何SCT指数值的显著额外增加。
横向上的抗压强度是特别重要的。图8示出了横向上的SCT指数随着压力脉动的增加而增加。
图9示出了不仅密度随着倾斜度的增加而增加，而且几何SCT指数也随着倾斜度的增加而增加。因此，当最大压区压力增加时，几何SCT指数增加。
箱纸板的致密度也可以通过根据葛尔莱测试测量空气阻力来量化。图10示出了当压力冲量增加时阻气性显著增加。
图11示出了不同压力冲量下的CCT指数。在至少1000kN/m的线荷载(即试验3004、3005、3003、3007和3017)下产生的压力脉动使得CCT指数值为25Nm/g以上。1000kN/m以下的线荷载使得CCT指数值为25Nm/g以下。图11进一步示出了通入蒸汽(试验3017)给出了CCT指数值的显著额外增加。

Claims (15)

1.生产箱纸板的方法，包括在宽压区压榨机诸如靴式压榨机中对由包含NSSC浆的纸浆制成的纸幅进行压榨的步骤，其中，所述宽压区压榨机中的线荷载为1200kN/m以上，诸如1300kN/m以上，诸如1400kN/m以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述宽压区压榨机中所述纸幅经受至少102kPa*s、诸如至少110kPa*s、诸如至少120kPa*s的压力冲量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述宽压区压榨机中所述纸幅经受至少60巴、诸如至少70巴、诸如至少80巴、诸如至少90巴的峰值压区压力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述宽压区压榨机中所述纸幅的温度为至少45℃，诸如至少50℃，诸如至少55℃，诸如至少60℃，诸如至少65℃。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述宽压区压榨机之前或在所述宽压区压榨机中施加蒸汽以加热所述纸幅。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述宽压区压榨机中的压区长度为至少150mm，诸如至少200mm，诸如至少230mm。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述纸浆中按干重计至少50％、诸如按干重计至少60％、诸如按干重计至少70％是NSSC浆。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，除了所述NSSC浆之外，所述纸浆还包含再生纤维和/或渣浆。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据SCAN-P 88:01的所述箱纸板的密度为725kg/m3以上，诸如至少740kg/m3，诸如至少750kg/m3，诸如至少760kg/m3。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据ISO 9895的所述箱纸板的几何SCT指数为37Nm/g以上，诸如至少38Nm/g，诸如至少40Nm/g。
11.瓦楞纸板，所述瓦楞纸板包括衬纸和瓦楞芯纸，其中，所述瓦楞芯纸由包含NSSC浆的纸浆制成，根据ISO 534的所述瓦楞芯纸的密度为725kg/m3以上，并且根据ISO 9895的所述瓦楞芯纸的几何SCT指数为37Nm/g以上。
12.根据权利要求11所述的瓦楞纸板，其中，根据ISO 534的所述瓦楞芯纸的密度为至少740kg/m3，诸如至少750kg/m3，诸如至少760kg/m3。
13.根据权利要求11或12所述的瓦楞纸板，其中，所述瓦楞芯纸的几何SCT指数为至少38Nm/g，诸如至少39Nm/g，诸如至少40Nm/g，诸如至少41Nm/g。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的瓦楞纸板，其中，根据SCAN P-42的所述瓦楞芯纸的CCT指数为至少25Nm/g，诸如至少26Nm/g，诸如至少27Nm/g。
15.一种用于水果或蔬菜的箱或托盘，包括由根据权利要求10至12中任一项所述的瓦楞纸板构成的壁。
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