CN108350664B

CN108350664B - 用于立式成型充填密封机的纸

Info

Publication number: CN108350664B
Application number: CN201680065176.2A
Authority: CN
Inventors: 弗雷德里克·诺德斯特伦; 马里·斯文丁
Original assignee: Billerudkorsnas AB
Current assignee: Billerudkorsnas AB
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2036-11-03
Also published as: US20200190745A1; EP3168362B1; US10570569B2; CN108350664A; EP3168362A1; US20180327975A1; ES2666830T3; WO2017080910A1

Abstract

提供了一种牛皮纸，其中：根据ISO 536的克重为60‑120g/m²；沿机器方向的抗弯强度指数为105‑200Nm⁶/kg³；沿横向的抗弯强度指数为60‑145Nm⁶/kg³(抗弯强度指数是根据ISO 2493使用15°的弯折角度和10mm的测试跨度长度测试的)；根据ISO 1924‑3的沿机器方向的断裂应变为至少3％；并且根据ISO 1924‑3的沿横向的断裂应变为至少5％。

Description

用于立式成型充填密封机的纸

技术领域

本发明涉及一种可用于立式成型充填密封(VFFS)机器的纸。

背景技术

立式成型充填密封(VFFS)机器是一种自动化流水线产品包装系统。它一般用于对食品以及各种各样其他产品的包装工业。该机器通常从塑料膜的平型卷(flat roll)中构建塑料袋，与此同时同步地用产品充填袋子并使充填好的袋子密封。固体和液体两者都可以使用这种包装系统进行装袋。

典型的机器装载有塑料膜的连续平型卷，标签和艺术作品已应用于膜的外部或内部。然而，其他类型的材料诸如纸也可用于VFFS机器。

在典型的VFFS中，膜接近长的、中空的并且优选为圆锥形的管的后部，该管被称为成型管。膜的外边缘形成围绕成型管卷绕的翼片(flap)。膜围绕着管的外侧被向下拉动，并且竖向密封装置形成竖向密封部。对于塑料膜的情况，竖向密封装置通常包括压紧(clamp)在膜的边缘上的热封棒，以通过将接缝边缘熔合在一起来产生竖向/纵向密封部。

为了在典型的VFFS机器中开始装袋过程，水平密封棒通过在管上压紧、将膜粘合在一起并切除下面的任何膜来产生“底密封部”。这种密封棒可以处于固定高度，这种被称为间歇密封过程。更快的系统包括在密封时随着袋子向下移动的密封棒。这有时被称为连续过程。该产品可以例如通过多头称重系统被预先测量。可替代地，密封的管端部下降到精密称重台上，并将要装袋的产品分发到袋的中央。当达到产品充填袋的总重量时，充填停止，接着水平密封棒将袋的顶部密封，并且同步地在上方形成下一个袋子的底部。然后将这个袋子从管上切下来，成为密封的包装，随时可以进入产品装箱和运输过程。

发明内容

本公开内容的目的是提供一种可用于VFFS过程以形成在处理期间不易破损的充填袋的纸。本公开内容的另一个目的是提供具有令人满意的印刷性能的纸。

为了实现这些目的，发明人已经认识到，当纸通过VFFS机器的翻领成型器(forming shoulder)时(参见图1)，它需要一定程度的柔性以适当成型，否则可能会形成干扰褶皱。此外，发明人已经认识到，纸必须足够坚韧以承受底部折叠/切割期间的作用力，并且纸需要一定程度的可拉伸性以防止在所得纸袋的角部形成孔。

由于满足上述要求的纸在市场上不可获得，因此开发了本公开内容的牛皮纸(Kraft paper)。

本公开内容提供的牛皮纸具有：

克重为60-120g/m²；

根据ISO 2493的沿机器方向(machine direction，纵向)的抗弯强度指数为105-200Nm⁶/kg³，其中，抗弯强度是使用15°的弯折角度和10mm的测试跨度长度测试的；

根据ISO 2493的沿横向(cross direction)的抗弯强度指数为60-145Nm6/kg3，其中，抗弯强度是使用15°的弯折角度和10mm的测试跨度长度测试的；

沿机器方向的断裂应变为至少3％；以及

沿横向的断裂应变为至少5％。

附图说明

图1示出了在运行中使用纸来形成经充填和密封的袋子的VFFS机器。将纸从纸卷筒101展开并在运送装置102中运送至成型管104上的翻领成型器103。纸经过翻领成型器103、围绕成型管104卷绕并被向下拉动。纵向密封装置106通过将向下移动的纸的端部彼此粘合来形成纵向密封部。在纵向密封装置106中形成的纵向密封部可以是搭接式密封部或翅形密封部。横向/水平密封和切割装置107形成横向密封部，所述横向密封部被切割以形成充填袋108上的顶翅形密封部109以及后一待充填袋上的底翅形密封部110。充填在袋中的产品105通过成型管104分发。

图2示出了可从VFFS机器获得的充填角撑型袋208。袋208的材料211是根据本公开内容的纸。袋208具有纵向密封部212，该纵向密封部是将纸材料的两个重叠端部彼此粘合来形成搭接式密封部。在充填袋的可替代的实施方式中，纵向密封部是翅形密封部。此外，袋具有由翅形密封部密封的顶端209和由翅形密封部密封的底端210。

图3示出了可从VFFS机器获得的充填枕式袋308。袋308的材料311是根据本公开内容的纸。袋308具有纵向密封部312，该纵向密封部是将纸材料的两个重叠端部彼此粘合来形成搭接式密封部。在充填袋的可替代的实施方式中，纵向密封部是翅形密封部。此外，袋具有由翅形密封部密封的顶端309和由翅形密封部密封的底端310。

具体实施方式

通常沿机器方向(MD)和沿横向(CD)测量纸的性能，原因在于取决于从造纸机上的流浆箱出来的定向的纤维流，性能可能存在显著差异。

为了获得某一性能的指数，一般将实际值除以所针对的纸的克重。然而对于抗弯强度(下面将进一步讨论)，该指数通过将实际值除以克重的立方来获得。

克重(有时称为基重)通过重量和表面积来测量。

抗张强度是纸在破裂之前承受的最大力。在标准测试ISO 1924-3中，使用具有恒定伸长率的、15mm宽且100mm长的条带(stripe)。抗张强度是抗张能量吸收(TEA)测量中的一个参数。在同一测试中，可获得抗张强度、延展和TEA值。

为了在相对低的克重下提供足够的强度，本公开内容的纸是牛皮纸。牛皮纸可以被漂白，并且因此具有根据ISO 2470-1:2009的至少70的亮度，诸如70-100。

为了提供足够的强度，尤其是足够的撕裂强度，本公开内容的纸优选地由包含软木牛皮纸浆的纤维悬浮液形成。例如，软木牛皮纸浆可构成纤维悬浮液的干重的50-100％。

为了提供VFF应用中通常需要的印刷性能，本公开内容的纸优选地由包含硬木牛皮纸浆的纤维悬浮液形成。例如，硬木牛皮纸浆可构成纤维悬浮液的干重的5-50％。

在一种实施方式中，本公开内容的纸由包含50-95％、优选为60-80％的软木牛皮纸浆和5-50％、优选为20-40％的硬木牛皮纸浆的纤维悬浮液形成。百分比基于纤维悬浮液的干重。

本公开内容的纸的克重为60-120g/m²。在较低的克重下，存在纸不够坚固并且可能在成型袋的角部形成孔的风险。另一方面，当克重增大时，纤维消耗以及由此纸的成本增加。优选的克重为60-100g/m²。更优选地，克重为65-95g/m²。特别优选的克重范围是70-90g/m²。优选地根据ISO 536:2012测量克重。

本公开内容的纸的典型厚度在70μm以上，诸如70-120μm，诸如75-115μm，并且优选地为80-100μm。优选地根据ISO 534:2011测量厚度。

本公开内容的纸的典型密度在800kg/m³以上，诸如800-930kg/m³或820-900kg/m³。优选地根据ISO 534:2011测量密度。

本公开内容的纸的柔性通过其抗弯强度——特别是沿机器方向(MD)的抗弯强度——来反映。本公开内容的纸沿MD的抗弯强度指数为105-200Nm⁶/kg³，优选为120-160Nm⁶/kg³，并且沿横向(CD)的抗弯强度指数为60-145Nm⁶/kg³，诸如80-130Nm⁶/kg³，优选地为100-120Nm⁶/kg³。

本公开内容的纸沿MD的非指数化(non-indexed)抗弯强度优选为40-110mN，诸如45-105mN。沿CD的非指数化抗弯强度不那么重要，然而，它通常为30-90mN，诸如35-85mN。

根据ISO 2493-1:2010，使用15°的弯折角度和10mm的测试跨度长度来测试抗弯强度指数。

本公开内容的纸的断裂应变(有时被称作可拉伸性)沿MD为至少3％，并且沿CD为至少5％。

通常，沿MD的断裂应变不高于5％。优选地，沿MD的断裂应变为至少3.5％，诸如3.5-5％。

沿CD的断裂应变通常不高于12％。优选地，沿CD的断裂应变为至少5.5％，诸如6-12％。最优选的CD范围是6-10％。

优选地根据ISO 1924-3:2005测量断裂应变。

为了防止袋子破裂，例如在袋子的角部形成有孔，本公开内容的纸沿MD的TEA一般为至少130J/m²并且优选地为至少150J/m²，以及沿CD的TEA优选地为至少230J/m²。

通常，沿MD的TEA不高于320J/m²，诸如不高于240J/m²，而沿CD的TEA不高于400J/m²，诸如不高于320J/m²。优选地，沿CD的TEA为240-320J/m²。

优选地根据ISO 1924-3:2005测量TEA。

为了获得断裂应变和/或TEA沿MD的上述值，纸优选地为绉的(creped，起皱的)，更优选地为微绉的。然而，纸并非必须是绉的，原因在于通过使纸幅沿MD收缩(shrink)可以获得相同的值。在这种情况下，造纸机的不同驱动组沿着干燥部分以降低的机器速度运行，以平衡收缩的增加。

本公开内容中的纸沿MD的撕裂强度可以例如为至少780mN，诸如至少800mN。优选地根据ISO 1974:2012测量撕裂强度。

为了形成密封，可以将胶应用于本公开内容的纸。为了防止胶“渗透”(即穿透)纸，本公开内容的纸的孔隙率可以保持相对低。根据Gurley的空气阻力，即Gurley孔隙率，是测量100ml空气通过纸的特定区域所用的时间(s)。短时间意味着高度多孔的纸。制袋用纸通常具有低Gurley值(例如<20s)以促进充填期间的高效脱气。相反，本公开内容的纸的Gurley值优选地更高，诸如至少22s或至少29s。本公开内容的纸的Gurley孔隙率优选地为至少31秒，更优选地为至少35秒。

优选地根据ISO 5636-5:2013测量Gurley孔隙率。

所应用的胶可以是热熔粘合剂。作为用热熔粘合剂胶合的可替代的方案，本公开内容的纸可以涂覆热封漆。在任一种情况下，横向密封部和/或纵向密封部可以通过加热成型。

根据ISO 8791-2:2013，本公开内容的纸的至少一侧(通常地为印刷侧)的表面粗糙度优选地在300ml/min以下，诸如200-300ml/min。

如下面所讨论的，本公开内容的纸可以包含松香胶和矾。此外，纸可能不包含AKD(见下面的讨论)。

从以上可以理解，本公开内容的纸是特别为VFFS机器设计的。然而，它也可以用于其他成型充填密封(FFS)系统。纸的其他应用也不排除在外。优选地，本公开内容的纸的柔性和韧性在这些其他应用中是有益的。

由以上可知，本公开内容提供了本公开内容的纸在FFS机器诸如VFFS机器中的用途。还提供了一种成型充填袋的方法，在该方法中本公开内容的纸在FFS机器诸如VFFS机器内被成型为袋、充填并密封，以形成充填袋。袋可以例如是角撑型袋或枕式袋。

此外，本公开内容提供了充填有至少一种产品的密封袋，所述袋由本公开内容的纸形成。袋可以例如是角撑型袋或枕式袋。袋优选地具有纵向密封部和两个(且仅有两个)密封的端部部分。纵向密封部可以是翅形密封部或搭接式密封部。各个密封的端部部分的密封部优选为翅形密封部(见图2)。袋优选地通过FFS机器诸如VFFS机器获得。所述至少一种产品可以例如是至少一种食品。

本公开内容的纸可以根据下面描述的方法生产。

在该方法中提供有牛皮纸浆。牛皮纸浆包含0-50％(干重)的硬木牛皮纸浆和50-100％(干重)的软木牛皮纸浆。纸浆优选地为经漂白的。例如可以在由30％(干重)的经漂白的硬木牛皮纸浆和70％(干重)的经漂白的软木牛皮纸浆构成的牛皮纸浆中获得有利的印刷性能以及足够的强度。较高比例的硬木纸浆可以以较低的撕裂强度为代价得到甚至较好的印刷性能。

所述方法中使用的软木纸浆优选地通过高浓度(HC)提炼再接着通过低浓度(LC)提炼来进行提炼。

在软木纸浆的HC提炼中的能量供应优选地为至少150kWh/吨干纸浆，诸如150-250kWh/吨干纸浆。在软木纸浆的LC提炼中的能量供应优选地为50-120kWh/吨干纸浆，并且最通常地约为80kWh/吨干纸浆。HC提炼用于增加断裂应变以及沿CD的TEA。

HC提炼在按重量计为25％或更高的纤维悬浮浓度下进行，诸如按重量计为25％-40％，优选地按重量计约为35％。LC提炼在按重量计为6％或更低的纤维悬浮浓度下进行，诸如按重量计为3％-6％，优选地按重量计约为4％。

如果包括硬木纸浆，则可以使用50-100kWh/吨干纸浆、优选为60kWh/吨干纸浆的能量供应进行LC提炼。

纸浆优选地通过松香胶和明矾的添加来确定大小。松香胶的含量可以约为1.5kg/吨，明矾的含量可以约为2.2kg/吨。为了避免可伸展单元(下面讨论)的滑动，纸浆优选地不用AKD确定大小。

纸幅可以在单层长网造纸机上或者更优选地在双层长网造纸机上成型，其两者在该领域内都是常规的。如果使用双层造纸机构思，则优选地将硬木纸浆仅添加到供给印刷线网层(ply layer)的机器腔中。

在流浆箱中，成型浓度可在例如0.2-0.3％的范围内。

该方法进一步包括压榨根据上述成型的纸幅的步骤。

该方法的压榨优选地在两台单毡式常规辊压机或包括一个双毡式辊压机的压榨部分中进行，接着是单毡式加长纹压机，诸如靴形压机。在压榨之后，在干燥部分中进行干燥。

所需的沿MD的韧性和应变值可以通过使用可伸展单元获得，并且同时以一定的相对驱动速度操作压榨和干燥部分(见表1)。Expanda和Clupak是合适的可伸展单元的例子。

表1

在干燥部分之后，纸可以被压光。对于压光，可以使用软压砑光机或长压带砑光机。压光步骤可以使纸平滑，从而提高印刷适性。软压砑光机可以使用低到中等的线载例如20kN/m来操作。带砑光机可以在更高的线载下操作，优选地为200kN/m以上。

示例

纸性能

测试根据本公开内容的纸的性能(试验#1和#2)，并与两种商业牛皮纸(AxelloWhite(BillerudKorsnas)和Advantage Smooth White Strong(Mondi))的纸进行比较。结果列于下面的表2。

表2“PS”指印刷侧“BS”指背侧

试验#1的80g/m²的纸和试验#2的80g/m²的纸之间的性能差异的一个原因是在试验#1之前在造纸机上生产制袋用纸，但不在试验#2之前。因此，试验#1的纸的Gurley值低于长期生产预期的值。

除此之外，从表2可以得出结论，本公开内容的纸沿MD的断裂应变值(与克重无关)明显高于商业牛皮纸。

从表2还可以得出结论，本公开内容的纸沿MD的抗弯强度指数(与克重无关)明显低于商业牛皮纸Axello White。此外，绝对(非指数化)抗弯强度值较低。

坠落测试

根据ISO 7965-1:1984使用渐进高度坠落测试的方式测试由根据本公开内容的80g/m²的纸形成的充填袋的强度耐久性。在测试中，充填袋被升举到一个坚硬的平面表面的上方并释放，以在自由坠落后冲击此表面。预先限定好大气条件(23℃和50％RH)、落差高度和袋的位置。起始高度为70cm，随后每次坠落高度增加10cm。通常地，由Nordic生产的克重为80g/m²的MF牛皮纸成型的充填袋在破裂之前可达到约1.2m的高度。相比之下，被测试的袋子在破裂前从1.6-1.7m的高度坠落。

Claims

1.一种牛皮纸，其中：

根据ISO 536的克重为60-120g/m²；

根据ISO 2493的沿机器方向的抗弯强度指数为105-200Nm⁶/kg³，并且其中，抗弯强度是使用15°的弯折角度和10mm的测试跨度长度测试的；

根据ISO 2493的沿横向的抗弯强度指数为60-145Nm⁶/kg³，并且其中，抗弯强度是使用15°的弯折角度和10mm的测试跨度长度测试的；

根据ISO 1924-3的沿机器方向的断裂应变为至少3％；以及

根据ISO 1924-3的沿横向的断裂应变为至少5％。

2.根据权利要求1所述的牛皮纸，所述牛皮纸为经漂白的牛皮纸。

3.根据权利要求2所述的牛皮纸，其中，所述经漂白的牛皮纸的根据ISO 2470-1的亮度为至少70。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的牛皮纸，所述牛皮纸由包括软木牛皮纸浆的纤维悬浮液形成。

5.根据权利要求4所述的牛皮纸，其中，所述纤维悬浮液还包括硬木牛皮纸浆。

6.根据权利要求5所述的牛皮纸，其中，硬木纸浆构成所述纤维悬浮液的干重的5-50％，并且软木纸浆构成所述纤维悬浮液的干重的50-95％。

7.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1974的沿机器方向的撕裂强度为至少780mN。

8.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，所述牛皮纸是绉的。

9.根据权利要求中1所述的牛皮纸，其中：

根据ISO 1924-3的沿机器方向的抗张能量吸收为至少130J/m²；以及

根据ISO 1924-3的沿横向的抗张能量吸收为至少230J/m²。

10.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 5636-5的Gurley孔隙率为至少29s。

11.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 2493的沿机器方向的抗弯强度为45-105mN。

12.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 536的克重为60-100g/m²。

13.根据权利要求12所述的牛皮纸，其中，根据ISO 536的克重为70-90g/m²。

14.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 2493的沿机器方向的抗弯强度指数为120-160Nm⁶/kg³。

15.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 2493的沿横向的抗弯强度指数为80-130Nm⁶/kg³。

16.根据权利要求15所述的牛皮纸，其中，根据ISO 2493的沿横向的抗弯强度指数为100-120Nm⁶/kg³。

17.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿机器方向的断裂应变为至少3.5％。

18.根据权利要求17所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿机器方向的断裂应变为3.5-5％。

19.根据权利要求1所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿横向的断裂应变为至少5.5％。

20.根据权利要求19所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿横向的断裂应变为6-12％。

21.根据权利要求19所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿横向的断裂应变为6-10％。

22.根据权利要求3所述的牛皮纸，其中，所述经漂白的牛皮纸的根据ISO 2470-1的亮度为70-100。

23.根据权利要求7所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1974的沿机器方向的撕裂强度为至少800mN。

24.根据权利要求8所述的牛皮纸，其中，所述牛皮纸是微绉的。

25.根据权利要求9所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿机器方向的抗张能量吸收为至少150J/m²。

26.根据权利要求25所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿机器方向的抗张能量吸收为150-320J/m²。

27.根据权利要求26所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿机器方向的抗张能量吸收为150-240J/m²。

28.根据权利要求9所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿横向的抗张能量吸收为至少240J/m²。

29.根据权利要求28所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿横向的抗张能量吸收为240-400J/m²。

30.根据权利要求29所述的牛皮纸，其中，根据ISO 1924-3的沿横向的抗张能量吸收为240-320J/m²。

31.根据权利要求10所述的牛皮纸，其中，根据ISO 5636-5的Gurley孔隙率为至少31s。

32.根据权利要求31所述的牛皮纸，其中，根据ISO 5636-5的Gurley孔隙率为至少35s。

33.根据前述权利要求中任一项所述的牛皮纸在成型充填密封(FFS)机器中的用途。

34.根据权利要求33所述的用途，其中，所述成型充填密封(FFS)机器为立式成型充填密封(VFFS)机器。

35.形成充填袋的方法，其中权利要求1至32中任一项所述的牛皮纸在FFS机器中被成型为袋、充填并密封，以形成所述充填袋。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述FFS机器为VFFS机器。

37.充填有至少一种产品的密封袋，所述袋由根据权利要求1至32中任一项所述的牛皮纸形成。

38.根据权利要求37所述的密封袋，其中，所述密封袋为角撑型袋或枕式袋。

39.根据权利要求37所述的密封袋，其具有两个端部部分，其中，每个端部部分都由翅形密封部密封。