CN107849823A - 用于生产多层纸板的方法及得到的多层纸板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过包括以下步骤的方法由固化的纸浆产品生产包括中间层的膨松多层纸板的方法：i)提供第一含水纸浆浆料，该第一含水纸浆浆料包含纤维素纤维并具有按第一纸浆浆料中的纤维素纤维的干重计算的按重量计0.1％至40％的纸浆浓度；ii)将包含Al3+离子的铝金属盐添加到第一纸浆浆料中，使在第一纸浆浆料中铝离子的总摩尔浓度为0.0001M至0.5M；iii)将第一纸浆浆料的pH调节为从pH 3.0至pH 6.0的pH；iv)在至少60℃的温度下脱水和固化第一纸浆浆料并因此提供固化的纸浆产品。

Description

用于生产多层纸板的方法及得到的多层纸板
技术领域
本发明涉及用于生产固化的纸浆产品(pulp product)的方法，所述纸浆产品用于生产多层纸板产品，如在所附权利要求中定义的。
背景技术
纸板包装材料已被长期用于包装不同的货物来提供对货物的机械和/或化学保护。对于轻量的包装材料存在越来越大的需要，轻量的包装材料具有良好的机械强度来保证对货物充分的保护。
膨化纤维(bulking fibre)历来被使用并在纸巾制造领域得到开发，其中柔软的结构具有特殊的消费价值。典型的处理涉及交联剂，诸如柠檬酸/催化剂和/或卷曲处理。另外，对于用作隔热、隔音或缓冲材料的纤维素纤维板材进行了降低板材的密度的一些研究工作。然而，这种材料不适合用作包装材料，因为例如其没有达到作为包装材料的机械性质的相同要求。例如，文件JP S54-138060公开了用于制造用作隔热或隔音材料或用作缓冲材料的低密度阻燃纤维素纤维板的方法。在该方法中，首先用磷酸铵的水溶液浸泡木质纸浆，致使板材防火。然后干燥木质纸浆并将其加热至130-170℃以得到磷酸纤维素。然后再制浆磷酸纤维素至2.5％的浓度，并将磷酸纤维素搅打在水中。然后通过使用多价的金属盐诸如硫酸铝将pH调解到pH 2.7至6.5。然后将浆料成型为纤维板，脱水以及在100-125℃的温度下干燥1至3小时。由于所述处理，纤维束的体积可以增加，并因此板可以获得低密度。然而，在再制浆固化的浸泡磷酸盐的网状物之后以及在脱水最终的板材网状物之前，将金属盐添加到得到的磷酸纤维素中。同样，将磷酸铵用作阻燃剂，并因此，需要寻找适合用于包装材料且对环境无害以及在工作环境中使用安全的材料。
因此，即使存在已知的方法来增加纤维的体积(bulk)，但是需要提供适合用于生产纸板、尤其包装板的方法。
发明内容
本发明的目的是提供适合用作包装材料的低密度纸板。
本发明的目的是提供用于生产固化的纸浆产品的方法，其中处理纤维以得到膨化纤维。
本发明的另一个目的是最小化在生产现有技术的低密度材料中认识到的问题。
根据本发明，处理纤维素纤维以得到轻量的纤维素材料。处理提供了“膨化纤维”，其可以用于制造膨松纸板材料(bulky paperboard material)，同时可以通过较低的基重(basis weight)保持弯曲硬度(bending stiffness，抗弯硬度)。可替换地，膨化纤维可以用于通过保持的基重来增加弯曲硬度。
本发明的目的是提供用于由固化的纸浆产品(pulp product)生产具有低密度、即高体积的多层纸板的方法。与具有较高密度的材料相比，纸板的密度将是低的，同时纸板材料的弯曲硬度可以至少保持在相同水平，尤其通过在纸板制造过程中利用干强度试剂。
本发明的另一个目的是提供纸浆的处理方法，其导致随后的造纸过程中的保水值显著降低，这对于脱水和压制效率有益，导致压制部之后较高的干物质含量(drycontent)。从而，可以减少纸板制造期间对于干燥过程中干燥能量的需求。因此，如果处理步骤发生在纸浆厂(pulp mill)，以及将纸浆用于非一体化的纸厂/板厂，那么纸板制造期间的资源效率将比材料和能量效率两者高得多。
由本发明的以下公开内容，进一步的目的和优势将显而易见。
以上目的由在所附权利要求中限定的根据本发明的方法得到，本发明在第一方面涉及用于生产多层纸板的方法，所述多层纸板包括至少三层，包括顶层、中间层和底层，该方法包括以下步骤：
i)提供第一含水纸浆浆料(aqueous pulp slurry，含水浆料)，该第一含水纸浆浆料包含纤维素纤维并具有按第一纸浆浆料的纤维素纤维的干重计算的按重量计0.1％至40％的纸浆浓度(pulp consistency，纸浆稠度)；
ii)将包含Al3+离子的铝金属盐添加到第一纸浆浆料中，使在第一纸浆浆料中铝离子的总摩尔浓度为0.0001M至0.5M；
iii)可选地将第一纸浆浆料的pH调节为从pH 3.0至pH 6.0的pH；
iv)在至少60℃的温度下脱水和固化第一纸浆浆料并因此提供固化的纸浆产品；
v)将固化的纸浆产品提供至用于生产纸板的方法；
vi)再制浆固化的纸浆产品以提供含水的第二纸浆浆料
vii)将第二纸浆浆料泵入纸板机的网部(wire section)以形成多层纸板的中间层，以及将用于多层纸板的其他层的纸浆浆料泵入纸板机的网部；
viii)脱水含水的第二纸浆浆料和用于多层纸板的其他层的纸浆浆料以及提供纸浆的网状物(web of pulp)；
ix)干燥纸浆的网状物以提供干燥的多层纸板。
在该方法中，当在步骤ii)和iii)中在酸条件下用铝离子(阳离子)处理纤维时，纤维的角化增加从而得到较硬的纤维。角化是指在除水或干燥/固化时发生的木质纤维素纤维材料的不可逆转的内部键连。角化的纤维不会溶胀至与非角化的纤维相同的程度(即它们不能吸收同样多的水)，以及可以例如作为保水值的下降测量该差值。不可逆转的键连还导致纤维中的聚合物结构变硬，且由较硬的纤维制成的纸张更膨松。因此，根据本发明的第一方面的方法提供了膨化纤维并产生在造纸过程中易于脱水的网状物。
应注意的是在本申请中，当描述从第一值到第二值的区间时，是指可以选择在所要求的区间内的任何单个值，包括端值。例如，关于“按重量计0.1至40％”区间中的纸浆浓度，是指该区间中的任何值，诸如可以将0.1％、10％或40％选择为纸浆浓度。进一步地，例如以及以相应的方式，可以将pH选择为要求的3.0至6.0的区间内的任何pH值，且其可以是例如pH 3.0、3.5、pH 5.0或pH 6.0。
根据一个实施方式，脱水第一纸浆浆料，以及随后或同时通过快速干燥(flashdrying)固化。快速干燥适合在高于例如当通过加热的圆柱体干燥时的温度下进行，且该温度可以是100至300℃，取决于纸浆浆料的热敏性。另外，当使用快速干燥时，固化时间正常是短暂的。通过快速干燥，可以得到进一步的膨化效应(bulking effect)，即具有较低密度的较高体积，因此，在所述方法的步骤iv)中，可以通过在100℃至300℃、优选150℃至270℃以及最优选180℃至240℃的温度下快速干燥来固化第一纸浆浆料。固化时间可以小于5分钟、优选小于1分钟。因此，与传统的固化方法相比，可以得到基本上较短的固化时间。
根据另一个实施方式，在方法的步骤iv)中，在60至150℃的温度下通过加热的空气或蒸汽固化第一纸浆浆料。加热的空气或蒸气可以直接导致加热第一纸浆浆料或间接加热第一纸浆浆料，例如通过空气或蒸汽加热的圆柱体。固化期间的温度越高，体积将会越大以及因此膨化效应越大。通过使用加热的空气或蒸汽作为所述方法中的步骤iv)的固化方法，可以提供网状物形式的固化纸浆产物，即固化的网状物。然后可以收集网状物并卷绕为网状卷，然后提供给造纸厂。该方法然后可以进一步包括步骤x)，包括将固化的网状物切割为片材(sheet)并堆叠片材以提供纸浆捆(bales of pulp)。纸浆捆易于运输至纸板厂，并可以容易地用于造纸过程。
在该方法中，在步骤iv)中，优选地固化纸浆的网状物直到得到低于50％、适当地低于30％、以及优选地低于15％的水分含量。水分含量可以是0％，但是常见地，水分含量是约1至10％。网状物固化越多，产生的最终材料的密度下降越大，且因此得到的膨化效应越大。
优选地将包含铝离子(Al3+)的铝金属盐添加到步骤ii)中的第一纸浆浆料中，使第一纸浆浆料中铝离子的总摩尔浓度为0.0001至0.05M，这足以得到膨化效应，同时最小化纤维质量退化的风险。
处理期间第一含水纸浆浆料的纸浆浓度可以是根据第一纸浆浆料中的纤维素纤维的干重计算的0.5％至30％、优选1％至20％。优选地，纸浆浓度尽可能地高，从而可以实现更有效的离子交换，并因此添加的金属盐的浓度可以保持在低水平。
在该方法中，纤维素纤维可以包括软木、硬木、再循环的纤维或适用于制造多层纸板的非木质纤维。第一含水纸浆浆料可以包含选自牛皮纸浆、苏打纸浆或亚硫酸盐纸浆的化学纸浆或由其组成。纸浆还可以包含机械纸浆、热机械纸浆、半化学纸浆、或化学-热机械纸浆或它们的混合物或由其组成。纸浆可以是未漂白的或漂白的纸浆。优选地，纸浆是牛皮纸浆，借此可以得到高质量的纸板。
由上述的方法步骤i)-iv)得到了固化的纸浆产品，在纸板制造过程中再制浆之后其将提供比未处理的固化纸浆产品更大的用于最终产物的体积。
如在以上步骤中定义的，然后将固化的纸浆产品再制浆以提供含水的第二纸浆浆料，将其泵入纸板机的网部以形成多层纸板的中间层。也将多层纸板的其他层的纸浆浆料泵入到纸板机的网部。优选地，同时进行从各个流浆箱至各个导线的泵入。然后脱水含水的第二纸浆浆料和用于多层纸板的其他层的纸浆浆料以提供纸浆的网状物，以及最后干燥纸浆的网状物以提供干燥的多层纸板。
为了增强以上方法中的纸板产品的强度，该方法可以进一步包括将干强度助剂或湿强度树脂添加到第二纸浆浆料中，适当地在例如步骤vi)和viii)之间。以这种方式，可以改善得到的纸板的强度，同时仍保持改善的膨化效应。
本发明还涉及通过以上定义的方法得到的多层纸板。
纸板可以具有根据SCAN-P-88:01的150至600kg/m3的结构密度，从而提供低密度产品用于例如包装目的。
参考附图在以下详细描述和实施例中描述了本发明的进一步的特征和优点。
附图说明
图1是示出了本方法的主要步骤的流程图。
图2示出了图，其说明了在120℃下固化2小时之后保水值是如何随pH和Al3+的不同金属离子浓度(M)变化的。
图3示出了图，其说明了在不同的Al3+金属离子浓度(M)下保水值是如何随由固化的纸浆产品制造的纸张(第二网状物)的片材密度变化的。
具体实施方式
对于较轻的和较强的纸类材料诸如包装材料存在长期的切身需要。本发明的发明人发现了经济且有效的方法，其增加纸板材料的体积，并因此提供较轻的包装材料，同时通过使用化学添加剂用于包装目的可以充分保持材料的机械性质。
纸板涉及由包含纤维素纤维的纸浆制成的材料。通过在导线上脱水纤维，然后将潮湿的一个或多个网状物压制在一起，然后将网状物干燥成薄的柔性材料由纤维素纤维制造纸板。纸板可以是单层产品，或其可以是包括包含纸浆并因此包含纤维的若干层的多层或多褶纸板产品。根据本发明的纸板是包括至少三层的多层纸板，所述层是顶层、中间层和底层，即存在两个表面层。多层纸板可以包括至少一个或多个中间层，诸如1至10层。适当地，中间层的量是1至5，以及最优选地1、2或3。通过适当地由各个流浆箱将含水纸浆泵入纸板机的网部形成包含纤维的每层。纸板机的网部可以包括一个或多个导线。适当地，纸板机包括的导线与包含的流浆箱个数相同，但是也可以使用单个流浆箱来产生多层网状物或片材来生产多层网状物，因此减少用于脱水的必要导线的数目。在多导线解决方案的情况下，弯曲各个层。然后主要在纸板机的压制部脱水形成的湿网状物，并最终在纸板机的干燥部干燥。纸板正常具有超过200g/m2、适当地超过220g/m2的克重。然而，本发明的多层纸板的克重可以低到120g/m2，但是优选地至少是160g/m2。
纤维素纤维是源自未漂白的或漂白的纸浆的纤维，纸浆包括选自牛皮纸浆、苏打纸浆、亚硫酸盐纸浆、机械纸浆、热机械纸浆(TMP)、半化学纸浆(例如中性亚硫酸盐半化学纸浆；NSSC)、再循环纸浆或化学-热机械纸浆(CTMP)或它们的混合物的纸浆。用于纸浆的原材料可以基于软木、硬木、再循环的纤维或适用于制造纸板/硬纸板的非木质纤维。软木树种可以是例如但不限于：云杉、松木、冷杉、落叶松、雪松和铁杉。可以由其得出的纸浆可用作本发明中的起始材料的硬木物种的实例包括但不限于：白桦、橡木、白杨、山毛榉、桉树、金合欢、枫树、桤木、白杨、北美枫香树和石梓。优选地，原材料主要包含软木。原材料可以包含不同的软木的混合物，例如松木和云杉。原材料还可以包含非木材原材料，诸如竹子和干蔗渣。原材料还可以是软木、硬木和/或非木材中的至少两种的混合物。
纸浆浓度是指在含水纸浆浆料中的干物质含量。即，例如10％的浓度是指基于纸浆浆料的总重量，干物质的重量是10％。
在本方法中，固化生产的第一纸浆浆料。固化在本申请中是指除了蒸发水之外发生在材料中的物理或化学反应。干燥是指蒸发材料中的水。
脱水是从湿纸浆浆料中除去水的流程。在网状物形成在导线上期间可以机械进行脱水，例如通过压力、真空或离心力。主要通过机械力，例如通过压制，例如在纸板机的压制部中进行脱水。在导线上脱水和/或机械脱水之后，可以将网状物运送到干燥部，其中通过热来蒸发网状物中剩余的水/水分，这也称为热脱水。可以以不同的方式设计干燥部，且其可以包括例如多圆柱体干燥设备。
水分含量是指以重量％表达的材料的水含量且是基于材料的总重量。
保水值是指测试值，其提供了纤维吸收水和溶胀的能力的指示，且在本申请中除非另外描述，否则是通过标准方法SCAN-C 62:00测量的。
在本申请中，将再纸浆化(re-pulping)的定义与再制浆(re-slushing)或再浆化(re-slurrying)同等使用，且是指将固化的纸浆再悬浮于水中以提供包含纤维素纤维的水悬浮液。
在本申请中，膨化纤维是指在处理之后得到比没有处理的纤维更膨松的材料结构的纤维。膨化效应是指与没有处理的材料相比降低材料的密度的效应。
摩尔浓度是指以混合物的以1dm3或升计的物质的浓度或量(摩尔)，例如金属离子的摩尔浓度等于1升包含水和金属盐的水溶液中的离子的摩尔。
方法描述
如以上已经提到的，期望生产具有较高体积的纸板。然而，尽管现有技术的解决方案，仍需要改善以经济且有效的方式生产膨松纸板的方法。还期望可以将现有的方法设备用于生产纸板且工艺参数不会由于纸浆的膨化处理而受到大程度上的影响。因此必要是用于纸板厂的处理的纸浆材料的特征不会不利地影响生产过程。期望可以在尽可能少的修整的情况下在现有的纸板厂中进行纸板生产。
通过本方法，可以提供纸浆的网状物或捆形式的固化的纸浆产品，用于纸板的进一步生产。固化的纸浆产品还可以是以自由流动的材料诸如薄片的形式。
化学处理纸浆以得到膨化纤维。然后可以将第一纸浆产品提供给纸板厂。当在酸性条件下和在铝离子存在的情况下固化纸浆时，可以在进一步处理纸浆材料之前稳定纸浆材料的内部结构。因此，当在纸板制造期间再制浆时，纤维示出比没有处理的纤维少的溶胀。因此，例如当使用本发明的固化的纸浆产品时，与没有固化的纸浆材料相比，可以得到显著降低的保水值。这对于纸板机的压制效率是有益的。从而，在纸板机中的压制部之后，可以得到较高的干物质含量。
发现本方法提供了生产具有比未处理的纸浆更大体积的纸浆的有效方式。另外，可以将纸浆机械压制到更高的固体含量，并因此节约干燥能。进一步的优点是可以增强干燥受限的纸板机的生产力。
图1说明了本方法，其中在流程图中说明了该方法的步骤。通过本方法，可以提供适用于生产纸板的固化的纸浆产品。在方法的第一步中，在步骤i)中，提供第一含水纸浆浆料。第一纸浆浆料包含纤维素纤维并具有按第一纸浆浆料的纤维素纤维的干物质含量计算的按重量计0.1％至40％的纸浆浓度。第一纸浆浆料因此可以是具有1％至4％之间的干物质含量的低粘稠度纸浆、具有8％至12％之间的干物质含量的中等粘稠度纸浆或具有20％至40％之间的干物质含量的高粘稠度纸浆。如果期望，纸浆也可以具有呈现的值之间的浓度。适当地，根据第一纸浆浆料中的纤维素纤维的干物质含量计算，浓度是从1％至20％。
原材料可以选自软木、硬木、再循环的纤维或适用于制造纸板/硬纸板的非木质纤维或它们的混合物中的任一种。第一纸浆浆料可以包含未漂白的或漂白的纸浆或由其组成，未漂白的或漂白的纸浆可以包含化学纸浆诸如牛皮纸浆(硫酸盐)、苏打纸浆或亚硫酸盐纸浆或由其组成。纸浆还可以包含机械纸浆、热机械纸浆(TMP)、半化学纸浆(例如中性的亚硫酸盐半化学纸浆；NSSC)、再循环纸浆或化学-热机械纸浆(CTMP)或由其组成。纸浆可以由一类纸浆组成，或纸浆可以包含两种或更多种纸浆的混合物。优选地，纤维素纤维来源于化学制浆方法，该化学制浆方法提供了高质量的纸浆。适当地，纤维源自牛皮纸浆制浆方法。
在下一方法步骤ii)中，将包含铝(Al3+)金属离子的铝金属盐添加到第一纸浆浆料中。将金属盐添加到在第一浆料中0.0001M至0.5M的铝离子的总摩尔浓度。通过添加多价的金属盐至从未干燥的第一纸浆浆料中，可以提供膨化纤维。固化之后稳定纤维的结构，从而得到可在用于制造具有较高体积的纸板产品的方法中使用的固化的纸浆产品。因此，可以得到低密度的纸板材料。
优选地，将铝金属盐添加到纸浆中，使金属离子的总摩尔浓度为0.0001M至0.05M。通过添加铝盐，还可以将纸浆浆料的pH向酸性pH调节。
步骤ii)中的多价金属盐中的反离子可以是任何合适的反离子，且可以例如选自Cl-、NO3 -或SO4 2-或任何其他合适的在水中从多价金属离子离解的反离子。这种盐也经常用于造纸且适用于其方法。
在添加铝金属盐之后，控制第一纸浆浆料的pH并可选地在方法的步骤iii)中调节至pH 3.0至pH 6.0区间的pH值。如果pH在pH 3.0至pH 6.0的范围内，则不需要添加另外的酸。然而，如果pH不在该范围内，且需要向酸性pH调节，则可以通过使用除了用于步骤ii)的金属盐之外的酸或碱进行调节。例如，酸可以是硫酸。
在根据本发明的方法的一个变体中，在步骤iii)中，在pH的可选调节之后，可以洗涤浆料。以这种方式，可以从浆料中除去过量的离子。
在调节pH之后，在方法的步骤iv)中脱水并固化第一纸浆浆料以提供固化的纸浆产品。在第一纸浆浆料的步骤iv)中的脱水和固化期间的酸性条件增加由固化的纸浆产品制成的纸板的体积。这是由当在酸性条件下以及尤其在Al3+离子存在的情况下固化时，纤维素纤维的角化增加导致的。这意味着在水悬浮液中纤维变得比未处理的纤维更硬。除化学/物理反应之外，由于固化温度是至少60℃，水也蒸发。因此，进行固化直至水分含量低于50％。优选地，水分含量低于30％，以及最优选地低于15％。正常地，固化纸浆浆料直到得到0％至5％的水分含量水平。由于实际的原因，纸浆经常包含少量的水分。
还注意到固化温度影响固化的纸浆产品的体积，即通过提高固化温度可以得到较低的密度。因此，根据本发明的一个实施方式，当通过加热的空气/蒸汽或通过蒸汽加热的干燥圆柱体进行固化时，第一纸浆浆料的固化温度可以是从60℃到至多达约150℃、优选80至120℃。加热的空气或蒸气可以直接导致加热第一纸浆浆料或间接加热第一纸浆浆料，例如通过空气或蒸汽加热的圆柱体。适当地，在特定温度下将第一纸浆浆料固化小于3小时的时间。当卷成网状卷或当堆叠成片材捆时，因为纸浆产品的温度缓慢降低，以网状物或聚集为捆的片材形式的纸浆浆料继续固化，且该固化时间也可以包括在小于约3小时的固化周期内。
对于通过加热的空气或蒸汽或者蒸汽加热的圆柱体固化，可替换地或另外地，可以通过快速干燥固化第一纸浆浆料，也称为漩涡流化(swirl fluidising)。这种干燥器是本领域已知的，且例如由公司GEA Process Engineering A/S或Andritz AG提供。通过使用快速干燥，根据第一纸浆浆料对固化条件的敏感度，干燥温度可以高于当通过加热的圆柱体干燥时的温度，且温度可以是从100℃至300℃。另外，当使用快速干燥时，固化时间可以较短。通过快速干燥可以得到进一步的膨化效应，即具有较低密度的较高体积，并得到自由流动的材料。进一步地，可以进一步提高第一纸浆产品的体积。
因此，由于在纸张或纸板制造过程中再制浆之前固化包含多价金属盐的第一纸浆浆料，所以可以增加纸板生产期间的体积并显著降低保水值。压制效率可以显著改善，并且压制部之后可以得到较高的干物质含量，并因此需要用于干燥的能量较少。处理适当地发生在纸浆厂中，以及纸浆用于非一体化的纸张/板厂，并因此在非一体化的纸/纸板厂中就材料和能量效率而言，资源效率将高得多。
可以以固化的网状物或薄片的形式提供在步骤iv)中得到的固化的纸浆产品。可以将固化的网状物同样提供至造纸过程并例如将其卷绕成网状卷。可以可替换地作为自由流动的产品提供固化的纸浆产品，如果其已经通过快速干燥固化。可选地，在步骤x)中，可以将作为网状物提供的固化的纸浆产品切割成片材。可替换地，可以将薄片成型为片材。然后可以堆叠片材以提供纸浆捆。然后可以将纸浆捆容易地运输到纸板厂，并因此提供到造纸过程中。
将固化的纸浆产物用于生产纸板，从而在方法的下一步骤中，步骤v)，提供固化的纸浆产品至用于生产纸板的过程，例如通过将其运输到纸板厂。然后在方法步骤vi)中使固化的纸浆产品经受再制浆以提供第二纸浆浆料。在步骤vii)中，将第二纸浆浆料和用于多层纸板的其他层的纸浆浆料泵入到纸板机的网部。然后在方法步骤viii)中脱水第二纸浆浆料和用于多层纸板的其他层的纸浆浆料，并提供纸浆的网状物。然后在方法步骤ix)中干燥纸浆的网状物，从而得到包含本发明的固化的纸浆产品的中间层的膨松纸板，该纸板适用作包装板材。因此可以使用现有的设备生产纸板，且可以使用本领域已知的干物质含量、添加剂和其他造纸工艺参数。
在包含用包含铝离子的铝金属盐处理的膨化纤维的纸板材料中，存在纤维之间的粘结强度(例如z强度)或其他强度性能可能减弱的风险。因此，例如，根据SCAN-P 80:98测量的纸板的z强度可以减弱。为了增强由膨化纤维制成的纸板的强度，存在若干不同组的合适的干强度助剂，包括但不限于纳米纤维素材料诸如微纤维纤维素、纤维素纳米纤维、纤维素丝、纳米晶纤维素、细粒或富含细粒的纸浆、淀粉和树胶衍生物、与丙烯酰胺诸如丙烯酸的合成的共聚物、乙烯基吡啶、2-氨基乙基甲基丙烯酸酯、二烯丙基-二甲基氯化铵、二甲基-氨基-丙基丙烯酰胺、二胺丙烯酸乙酯、苯乙烯和乙醛酸聚丙烯酰胺。后一组还适合与阳离子单体共聚。也可使用湿强度树脂诸如脲-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂或聚酰胺-胺-环氧氯丙烷树脂来增强膨化纤维的干燥强度。在纸板生产期间适合将这种干强度助剂或湿强度树脂添加到第二纸浆浆料中，从而可以改善最终的纸板产品的强度。
通过该方法，可以得到具有低密度的高质量纸板。例如，根据SCAN-P-88:01的结构密度可以是约150kg/m3至约600kg/m3。纸板产品包括以上生产的中间层以向纸板产品提供增加的体积和硬度。
本方法尤其适用于不是一体化的纸板厂/工厂，即在相同的地点进行制浆和造纸的工厂，因为对于膨化效应来说，添加金属离子之后的固化步骤是必要的。例如，可以将捆或卷形式的纤维素纸浆的网状物运输到纸板厂中并将捆或网状物在纸板机的流浆箱中再浆化。
将在以下实施例中进一步描述和说明本发明。
实施例
以下实施例说明了本发明的效果，但是不应将其视为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
用三种不同浓度的AlCl3固化从未干燥的漂白的软木牛皮(SWBK)纸浆(5g/l，Husum牛皮纸浆，Husum厂，M-real，瑞典)，在布氏漏斗上脱水至按重量计25％并在120℃下固化2h。使湿纸浆直接经受固化，并因此不在固化之前预干燥。在再制浆固化的纸浆之后，根据SCAN-C 62:00确定保水值(WRV)，之后形成Finnish手工片材(80g/m2，标准片材成型器，ISO 5269-1:1998)，压制以及干燥，且最终确定片材的片材密度。在400kPa下进行压制5min。表1示出了结果。
表1.添加AlCl3和在120℃下热处理2h对由漂白的软木牛皮纸浆制成的片材的片材密度的影响。
从表1可以看出添加AlCl3导致由处理的固化纸浆制成的片材显著膨化，即密度降低。
实施例2
在该实施例中，研究了固化温度的作用。以与实施例1类似的方式制备样品片材。测试三个不同温度/固化时间：20℃(过夜)，80℃(2h)以及在120℃(1h)。
表2示出了结果。
表2.不同的干燥温度/干燥时间对由漂白的软木牛皮纸浆制成的片材的片材密度的影响。pH 4.08。
首先，正常干燥纸板纸浆也诱发纸浆的角化。因此，从未干燥的SWBK具有约1.4g/g的WRV并在室温干燥之后下降至0.938。然而，值得注意的结果是在铝离子存在的情况下通过酸处理得到了强烈的膨化效应。
由表2所示的结果可以推断固化温度越高，将得到越大的体积。
实施例3
以与实施例1类似的方式制备样品片材，且将从未干燥的软木漂白牛皮纸浆以5g/l的纸浆浓度分散在自来水中。用各种量的AlCl3(0M至0.005M AlCl3)制备一系列样品，之后用硫酸将pH调节为pH 3.5至pH 6.0区间的pH值。在布氏漏斗上脱水如此制备的样品至按纸浆的按重量计约20％，之后在120℃的烘箱中固化样品2h。然后将固化的纸浆再制浆于自来水中，并确定湿样品的保水值(WRV，SCAN-C 62:00)，之后在Finnish手工片材成型器(80g/m2，标准片材成型器)上根据标准ISO 5269-1:1998形成手工片材，除了在400kPa下在缓冲纸垫之间压制片材并最后在90℃下干燥。在如此制备的纸张片材上确定根据SCAN-P 88:01的结构密度。
图2示出了相对AlCl3浓度和pH的WRV。从图2可以推断在固化和再制浆固化的片材之后，pH越低以及AlCl3的浓度越高，WRV越低。
在图3中，已经针对WRV绘制了制备的手工片材的结构密度(SCAN-P88:01)。发现在成型片材之前，结构密度和WRV之间存在直接的关联。该实施例示出在酸性pH值下用AlCl3热处理纸浆纤维使这种处理之后WRV减少以及成型的片材的体积增大(＝1/片材密度)。
实施例4
在该实施例中，将用AlCl3对纤维的处理与用Al2(SO4)3处理相比，Al2(SO4)3在造纸应用中比AlCl3更常见。因此，与实施例1-3一样，在pH 3.5下用0.002M AlCl3或0.001M Al2(SO4)3处理从未干燥的纸浆浆料(5g/l，Husum牛皮纸浆，Husum厂，M-real，瑞典)，并加热以及再制浆，之后确定WRV。
下表3示出了纸浆具有类似的WRV，因此存在铝离子是重要的特征，而不是反离子。
通过再制浆样品并用酸洗涤(pH 3)进行进一步的实验。确定WRV，然后在pH 9下将其带入其Na形式，并确定WRV。该实施例示出溶胀不受其离子形式的影响，并因此是不可逆转的，且因此可用于膨化纤维素纤维材料。
表3.以不同离子形式处理的纸浆的WRV(g/g)
本领域技术人员清楚的是可以在所附权利要求的范围内以许多方式改变本发明。以上实施例和实施方式不旨在以任何方式限制本发明的范围。相反，可以在所附权利要求的范围内改变本发明。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于生产多层纸板的方法，所述多层纸板包括含有顶层、中间层和底层的至少三层，所述方法包括以下步骤：
i)提供第一含水纸浆浆料，所述第一含水纸浆浆料包含纤维素纤维并具有按第一纸浆浆料中的所述纤维素纤维的干重计算的按重量计0.1至40％的纸浆浓度；
ii)将包含Al3+离子的铝金属盐添加到所述第一纸浆浆料中，使在所述第一纸浆浆料中铝离子的总摩尔浓度为从0.0001M至0.5M；
iii)可选地将所述第一纸浆浆料的pH调节为从pH 3.0至pH 6.0的pH；
iv)在至少60℃的温度下将所述第一纸浆浆料脱水并固化，从而提供固化的纸浆产品；
v)将所述固化的纸浆产品提供至用于生产纸板的方法；
vi)将所述固化的纸浆产品再制浆以提供含水的第二纸浆浆料；
vii)将所述第二纸浆浆料泵入纸板机的网部以形成所述多层纸板的所述中间层，并且将用于所述多层纸板的其他层的纸浆浆料泵入纸板机的所述网部；
viii)将所述第二纸浆浆料和用于多层纸板的其他层的所述纸浆浆料脱水并且提供纸浆的网状物；
ix)干燥所述纸浆的网状物以提供干燥的多层纸板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，通过在100℃至300℃、优选150℃至270℃并且最优选180℃至240℃的温度下快速干燥来固化所述第一纸浆浆料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，固化时间小于5分钟，优选地小于1分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，在60至150℃的温度下通过加热的空气或蒸汽来固化所述第一纸浆浆料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，以固化的网状物的形式提供所述固化的纸浆产品。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法进一步包括步骤x)，所述步骤x)包括将纸浆的所述固化的网状物切割成片材并将所述片材堆叠为纸浆捆。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，固化所述固化的纸浆产品直到得到基于所述固化的纸浆产品的总重量低于50％、优选低于30％并且最优选低于15％的水分含量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法的步骤ii)中，将包含Al3+离子的所述金属盐添加到所述第一纸浆浆料中，使在所述第一纸浆浆料中铝离子的总摩尔浓度为从0.0001至0.05M。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，按所述第一纸浆浆料中的所述纤维素纤维的干重计算，所述第一含水纸浆浆料的纸浆浓度是0.5至30％，优选地1至20％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一含水纸浆浆料包括选自下述的纸浆：牛皮纸浆、苏打纸浆、亚硫酸盐纸浆、机械纸浆、热机械纸浆、半化学或化学-热机械纸浆、再循环纸浆或它们的混合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括将干强度助剂或湿强度树脂添加到所述第二纸浆浆料。
12.通过根据权利要求1-11中任一项所述的方法得到的纸板。
13.根据权利要求12所述的纸板，其中，纸板产品具有根据SCAN-P-88:01的150至600kg/m3的结构密度。

Claims (13)

1.用于生产多层纸板的方法，所述多层纸板包括含有顶层、中间层和底层的至少三层，所述方法包括以下步骤：
i)提供第一含水纸浆浆料，所述第一含水纸浆浆料包含纤维素纤维并具有按第一纸浆浆料中的所述纤维素纤维的干重计算的按重量计0.1至40％的纸浆浓度；
ii)将包含Al3+离子的铝金属盐添加到所述第一纸浆浆料中，使在所述第一纸浆浆料中铝离子的总摩尔浓度为从0.0001M至0.5M；
iii)可选地将所述第一纸浆浆料的pH调节为从pH 3.0至pH 6.0的pH；
iv)在至少60℃的温度下将所述第一纸浆浆料脱水并固化，从而提供固化的纸浆产品；
v)将所述固化的纸浆产品提供至用于生产纸板的方法；
vi)将所述固化的纸浆产品再制浆以提供含水的第二纸浆浆料；
vii)将所述第二纸浆浆料泵入纸板机的网部以形成所述多层纸板的所述中间层，并且将用于所述多层纸板的其他层的纸浆浆料泵入纸板机的所述网部；
viii)将所述第二纸浆浆料和用于多层纸板的其他层的所述纸浆浆料脱水并且提供纸浆的网状物；
ix)干燥所述纸浆的网状物以提供干燥的多层纸板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，通过在100℃至300℃、优选150℃至270℃并且最优选180℃至240℃的温度下快速干燥来固化所述第一纸浆浆料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，固化时间小于5分钟，优选地小于1分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，在60至150℃的温度下通过加热的空气或蒸汽来固化所述第一纸浆浆料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，以固化的网状物的形式提供所述固化的纸浆产品。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法进一步包括步骤x)，所述步骤x)包括将纸浆的所述固化的网状物切割成片材并将所述片材堆叠为纸浆捆。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法的步骤iv)中，固化所述固化的纸浆产品直到得到基于所述固化的纸浆产品的总重量低于50％、优选低于30％并且最优选低于15％的水分含量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法的步骤ii)中，将包含Al3+离子的所述金属盐添加到所述第一纸浆浆料中，使在所述第一纸浆浆料中铝离子的总摩尔浓度为从0.0001至0.05M。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，按所述第一纸浆浆料中的所述纤维素纤维的干重计算，所述第一含水纸浆浆料的纸浆浓度是0.5至30％，优选地1至20％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一含水纸浆浆料包括选自下述的纸浆：牛皮纸浆、苏打纸浆、亚硫酸盐纸浆、机械纸浆、热机械纸浆、半化学或化学-热机械纸浆、再循环纸浆或它们的混合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括将干强度助剂或湿强度树脂添加到所述第二纸浆浆料。
12.通过根据权利要求1-11中任一项所述的方法得到的纸板。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，纸板产品具有根据SCAN-P-88:01的150至600kg/m3的结构密度。
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