CN112424423B - 淀粉涂布方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于在移动的纤维网、尤其是包装纸网(例如强韧箱纸板或瓦楞原纸网)上涂布淀粉的方法和装置，其中第一种淀粉被涂布到第一辊和/或第二辊上，并且纤维网通过由第一辊和第二辊形成的处理辊隙，其特征在于，第一辊或第二辊中的至少一个(优选两个辊)的硬度为15P&J(赵氏硬度)以下，优选为5P&J以下，最优选为1P&J以下，并且淀粉经由狭缝式模具和/或滑动式模具涂布到第一辊和/或第二辊上，然后转移到处理辊隙内的纤维网上。

Description

淀粉涂布方法和装置
技术领域
本发明涉及一种处理纤维网的方法和装置。尤其是，本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的淀粉涂布方法和如权利要求6的前序部分所述的淀粉涂布装置。
背景技术
为了生产纸张、纸板和包装网，废纸因其经济和环境效益而正在越来越多地被使用。尤其是对于强韧箱纸板(TL)或瓦楞原纸(CM)这样的等级，废纸通常是唯一使用的纤维来源。但是过去数年来，由于回收利用次数的增加，用于这些等级的废纸的质量已经劣化。填料的累积和因纤维的机械和化学损伤而导致的纤维质量的降低造成所生产的纸板和包装纸的多种强度特性降低。
添加诸如矿物颜料(例如碳酸钙、二氧化钛、沙子……)等填料会降低纸张的湿网强度。这导致生产过程中的纸张破裂量增加。
劣化的纤维质量(例如纤维长度的减小)可通过用合成粘合剂(例如聚合物胶乳)处理纤维网来部分地补偿。或者，可用天然粘合剂(例如淀粉)处理纤维网。由于聚合物胶乳的费用通常很昂贵，因此通常优选使用淀粉。
长期以来，淀粉涂布是一种标准作业。淀粉可直接施加在纸浆原料中，或者可喷涂在造纸机的成形部中的湿网上。但是也可在压榨部和预干燥部之后以更高效的方式涂布淀粉。在此，淀粉也可喷涂在纤维网上，但通常使用压膜机或施胶机来涂布。例如，DE 10 2011076718说明了一种在低质量的回收纤维的情况下在强韧箱纸板的生产中使用施胶机的方法。
由于上文所提到的纤维材料质量的下降以及大多数等级的纸张(包括TL和CM)的生产速度的提高，在行业中需要一种进一步提高纸网的强度特性的高效方法。
在申请FI 20170013中，本申请人已经论述了一些相关方面。
发明内容
本发明的目的是提供一种在技术上和经济上很高效地提高纤维网强度的方法。
本发明的另一个目的是提供一种将淀粉涂布到移动的纤维网上的高效方法。
本发明的另一个目的是提供一种即使在原料质量很低的情况下也能稳定地生产强韧箱纸板(TL)和瓦楞原纸(CM)的方法。
上述目的和在下文的说明中将变得明显的目的是通过具有如权利要求1所述的特征的方法和具有如权利要求8所述的特征的装置实现的。
在方法方面，所述目的是通过一种用于在移动的纤维网、尤其是在包装纸网(例如强韧箱纸板或瓦楞原纸网)上涂布淀粉的方法来实现的，其中第一种淀粉被涂布到第一辊和/或第二辊上，然后纤维网通过由第一辊和第二辊形成的处理辊隙，其特征在于，所述第一或第二辊之中的至少一个(优选两个辊)的硬度为15P&J(赵氏硬度)以下。此外，淀粉首先通过狭缝式模具和/或滑动式模具涂布到第一辊和/或第二辊上，然后转移到处理辊隙内的纤维网上。
P&J硬度是一种衡量辊的常用指标。可通过符合ASTM D531-89标准的要求的商售装置(例如Zwick 3108P&J硬度计)来确定该指标。
除了另有所示之外，术语“辊的硬度”应理解为相应辊的外层或覆层的硬度，即使内层(即，不与纤维网接触的层)可能具有不同的硬度。
本发明人惊奇地发现，通过在处理辊隙内使用一个或甚至两个具有较高硬度的辊，能更高效地将淀粉转移到纤维网上。目前，标准施胶机或压膜机中的辊具有20P&J以上的硬度，这意味着目前的辊明显比本发明中的辊软。已经发现，这种较硬的辊能改善淀粉向纤维网的转移。
本发明的淀粉涂布是通过首先经由狭缝式模具和/或滑动式模具将淀粉涂布到第一辊和/或第二辊上然后转移到处理辊隙内的纤维网上来实现的。
狭缝式模具和滑动式模具本身在纸张涂布领域中是众所周知的。
淀粉可从狭缝式模具以帘幕的形式或射流的形式涂布。在使用滑动式模具时，淀粉首先在倾斜表面上滑动一定长度，然后作为帘幕落在移动的网上。
在此，淀粉可涂布到一个或两个辊上，这导致淀粉被涂布到纤维网的一侧或两侧上。
向辊上涂布淀粉的正确用量对所述方法的性能很重要。
带有软辊的标准压膜机通常使用向辊上涂布超量淀粉的系统。精确的定量是通过用杆或刀片从辊上去除多余淀粉来实现的。
本申请人进行的试验表明，这些接触杆或刀片不适合用于本发明的硬辊。它们易于发生严重磨损，并且工艺稳定性难以保证。
因此，需要以无接触的方式在辊上涂布淀粉。但是用一组喷嘴向辊上喷射淀粉涉及许多问题，包括淀粉在纤维网的整个宽度上的均匀分布问题。而且，还必须经常清洗这些喷嘴。这会导致涂布机停机，使得所述方法的效率降低。
因此，本发明使用狭缝式模具或滑动式模具向辊上涂布淀粉。这些模具以非接触方式计量所需的淀粉量，因此避免了杆或刀片的缺点。另一方面，它们保证了一致的淀粉分布，并且与喷嘴相比不易变脏。
在从属权利要求中说明了本发明的方法的有利特征。
帘幕或射流的宽度可至少与纤维网一样宽。
淀粉可在重力的作用下从狭缝式模具以自由下落的帘幕的形式涂布。
或者，在狭缝式模具中的淀粉溶液处于一定压力下的情况下，可使用狭缝式模具以射流的形式涂布淀粉。
在一个优选实施例中，淀粉以自由下落的帘幕的形式涂布到第一辊和/或第二辊上。由于帘幕在重力的影响下坠落，因此它会与辊的上半部分接触，在许多情况下在12点钟的位置或附近接触。虽然12点钟的位置可能是有利的，但是模具的不同布置位置也是可能的。根据辊的几何形状和纤维网的行进，帘幕的冲击点可位于10点钟、11点钟、1点钟、2点钟或它们之间的其它适当时间点的位置或附近。
若淀粉以射流的形式从狭缝式模具涂布，则射流喷嘴可置于辊周围的任何位置。这种射流也可能与辊的下半部分接触。
使用更硬的辊可能是有利的。在一些应用中，第一或第二辊之中的至少一个(优选两个辊)的硬度为5P&J以下，优选1P&J以下。即使是0P&J的硬度也可能是有益的。这例如可通过辊的硬质陶瓷或金属表面来实现。
在一种有利的变化形式中，处理辊隙可由两个硬度为15P&J以下的硬辊形成。这种结合能进一步改善淀粉向纤维网的转移。
在另一种有利的变化形式中，处理辊隙可由硬度为15P&J以下的硬辊和较软的辊形成。较软的辊可具有大于15P&J的硬度，尤其是大于20P&J的硬度。
本发明的纤维网可以是单层或多层网。多层纤维网的层可在两个、三个或更多成形部中产生，并且通常在本发明的淀粉涂布之前结合在一起。这种多层网对于TL和CM涂布是常见的。
如前文所述，纤维网可用从废纸产生的纤维来生产。在此，本发明的强度产生效果是特别有益的。
为了进一步改善淀粉转移，处理辊隙的线载荷可选择为30千牛/米至140千牛/米，优选为60千牛/米至120千牛/米，更优选为80千牛/米至100千牛/米。
现代机器上的TL和CM生产速度非常高，至少超过800米/分钟。标准值是超过1000米/分钟，达到1500米/分钟甚至1900米/分钟。在如此高的速度下，高效的淀粉转移尤其重要，因为它们通常在纤维网的强度上限下操作，并且速度的增加可能受到纤维网强度不足的限制。
在某些应用中，调节所用的淀粉的性质可能是有益的。其中，淀粉的固体含量可选择为6％和25％，优选为8％和18％。
淀粉的粘度可选择为5mPas至60mPas，优选为10mPas至40mPas。
已经发现，上述固体含量和粘度的组合是特别有益的。
除另有所示外，本申请中的粘度值应始终理解为在50℃和100rpm下条件测量的Brookfield粘度。
淀粉可在50℃至80℃温度下涂布。
通常，在淀粉涂布和进一步干燥后，在卷绕机处卷绕纤维网。在一些优选的应用中(例如对于TL和CM)，纤维网在卷绕机处的基准重量可为60克/平方米至250克/平方米，更通常为90克/平方米至170克/平方米。
在所述方法的一种优选实现方案中，对本发明步骤中的淀粉涂布进行调整，使得卷绕机处的纤维网的淀粉含量为基准重量的2.5％至6％。这种淀粉量通常足以实现所需的强度特性提高。
在所述方法的另一种优选实现方案中，可以调整辊的凸度，以获得在辊的横向宽度上一致的处理辊隙长度。
在装置方面，所述目的通过一种用于在移动的纤维网上涂布淀粉的装置来实现，该装置包括布置为形成纤维网的处理辊隙的第一辊和第二辊、以及用于将淀粉涂布到至少一个辊上的涂布装置，其特征在于，所述第一或第二辊之中的至少一个(优选两个辊)的硬度为15P&J(赵氏硬度)以下。此外，所述装置还包括用于将淀粉涂布到辊上的狭缝式模具和/或滑动式模具。
同样，在从属权利要求中描述了有利的特征。
使用更硬的辊可能是有利的。在一些应用中，第一或第二辊之中的至少一个(优选两个辊)的硬度为5P&J以下，优选为1P&J以下。
在一个有利的实施例中，处理辊隙可由硬度为15P&J以下的硬辊和较软的辊形成。较软的辊可具有大于15P&J的硬度，尤其是大于20P&J的硬度。这种结合能进一步改善淀粉向纤维网的转移。
所述装置若还包括用于从第一辊或第二辊之中的至少一个去除空气边界层的装置则是有利的。
这些用于去除空气边界层的装置可包括刮刀、空气射流、箔片或刷子之中的至少一种。
在大多数应用中，这些装置会被置于帘幕在辊上的冲击点之前(从辊的旋转方向看)。
在涂布装置的优选实施例中，第一辊和第二辊的直径相同，或者其差异小于10％。
根据纤维网和生产速度，在施胶时使用这种较硬的辊隙可能会产生有害的震动。若两个辊的尺寸相同或大致相同，则能降低这种产生震动的趋势，从而提高机器的稳定运行能力。
通常，第一辊和/或第二辊的直径为0.25米至2米(尤其是0.7米至1.8米)比较有利。
在所述装置的另一个优选实施例中，第一辊具有由金属或陶瓷构成的覆层，该覆层的层厚最大可为800微米甚至1000微米，优选在50微米和150微米之间；和/或第二辊具有由橡胶、聚氨酯或复合材料之一构成的覆层，该覆层的层厚在10毫米和20毫米之间。
根据具体应用，第一和第二辊也可以具有如上所述的由金属或陶瓷构成的覆层，或者第一和第二辊具有由橡胶、聚氨酯或复合材料之一构成的覆层。
在选择层时，应考虑几个方面。首先，必须达到本发明的所需硬度。此外，较厚的层可能增加辊的运行时间。另一方面，例如，具有较厚的面层的辊更有可能产生有害的震动。上文给出的数值代表许多应用的最佳折衷方案。
应说明的是，从原则上说，所述装置中的辊可以是本领域中所用的任何类型。在一些实施例中，例如，若至少一个辊是靴形辊或受控偏转辊，则可能是有益的。
可以自由选择辊的布置位置。第一和第二辊可并排布置，而纤维网竖直地移动并通过辊隙。
或者，这些辊可上下叠置地布置，而纤维网水平地通过辊隙。但是任何倾斜的布置形式也是可能的。
在第一和第二辊具有不同的硬度的情况下，虽然一般来说可按任何方式布置它们，但是优选为较软的辊选择较高的位置。
在另一个优选实施例中，第一或第二辊之中的至少一个包括传感器装置，以测量辊隙载荷。在一个更优选的实施例中，这些传感器装置是测量辊隙载荷的横向分布的装置。这种装置可包括光纤传感器、一个或多个基于压电元件的传感器、或薄膜传感器等。
在第一和第二辊具有不同硬度的情况下，在较软的辊处或较软的辊中布置传感器装置可能是有益的。在一个更优选的实施例中，这些传感器装置还能够确定处理辊隙的长度(例如机器方向的长度)，尤其是在处理辊隙的整个横向宽度上。
例如，可根据这种传感器装置的测量值调节辊的凸度和/或辊隙载荷，以调节处理辊隙内的条件，并根据所生产的产品的特性(例如纤维网的厚度、所用的纤维材料的基准重量或质量)优化淀粉向纤维网的转移。
附图说明
下面将参照附图更详细地说明本发明，在附图中：
图1示出了本发明的一个方面的装置的示意图。
图2和2a示出了本发明的另一个方面的装置的示意图。
图3示出了本发明的另一个方面的装置的示意图。
图4a和4b示出了本发明的另一个方面的具有传感装置的辊的不同实施例。
具体实施方式
在图1中，本发明的一个方面的装置包括第一辊1和第二辊2，从而形成处理辊隙6。纤维网5(例如可以是强韧箱纸板(TL)或瓦楞原纸(CM)网5)通过辊隙6。由于辊被置于倾斜位置，因此纸网5也沿倾斜方向移动，该倾斜方向优选相对于水平线处于大约45°角。
在此，淀粉通过两个狭缝式模具3以射流的形式涂布到辊1、2的表面上，并从该处转移到辊隙内的纸网5上。为了改善淀粉向纸网的转移，一个辊1、2或甚至两个辊1、2的硬度为15P&J(赵氏硬度)以下。尤其是，至少一个辊的硬度可小于5P&J，或者甚至小于1P&J。
在图1的示例中，辊1、2的直径被选择为彼此相等，在0.7米至1.8米范围内，但是也可根据具体应用选择更大或更小的直径。
所用的淀粉的固体含量可为6％至25％，优选为8％至18％。
此外，淀粉的粘度可选择为5mPas至60mPas，优选为10mPas至40mPas。
辊隙6的辊隙载荷可设定在30千牛/米至140千牛/米范围内，优选为60千牛/米至100千牛/米。例如，一个辊1、2可选择为包括陶瓷或金属层，而另一个辊可包括橡胶、聚氨酯或复合材料层。
使用本发明的装置转移的典型淀粉量通常为基准重量的2.5％至6％。
图2示出了本发明的另一个方面的一个实施例。
虽然图2所示的装置可包括与图1中的装置类似的辊1、2，但是这些辊是并排布置的，并且纤维网5沿竖向移动并通过辊隙。在此实施例中，淀粉通过狭缝式模具3涂布到每个辊1、2上。与图1不同的是，淀粉是以自由下落的帘幕的形式涂布的。因此，狭缝式模具3位于辊1、2的上半部分，优选在12点钟的位置或附近。图2的装置还包括用于从第一辊1和第二辊2去除空气边界层的装置9。这种装置有利于避免边界层中的空气对帘幕的扰动，从而形成稳定的帘幕和均一的淀粉涂布。虽然图2中的装置9是产生空气射流的空气喷嘴9的形式，但是有多种可能的替代形式，例如刮刀、刷子或箔片。
针对图1的实施例所提及的关于辊的尺寸、硬度或组成、辊隙载荷和淀粉特性的所有特征对于图2的实施例也是有效的。
图2b示出了一种与图2非常相似的装置。主要区别在于辊的旋转方向。虽然在图2中帘幕的冲击点较靠近处理辊隙6，但是图2b示出的情况并非如此。很有可能将淀粉涂布到辊1、2上，然后在辊的表面上将淀粉输送更长的距离。图2b示出了一个实施例，其中淀粉被涂布在第一辊1上的12点钟位置附近，然后在辊表面上以逆时针旋转的方式被输送至处理辊隙6，该处理辊隙6大约处于3点钟位置。为了展示一种可能的替代方案，用于去除空气边界层的装置9在此显示为箔片或柔性刮片。
图3的实施例与图2的实施例非常相似。不同之处仅在于通过滑动式模具3a将淀粉涂布到辊1、2上的方式。淀粉也以帘幕的形式涂布。虽然图3中的实施例没有明确示出用于从辊上去除空气边界层的装置9，但是在该实施例中，这种装置9对于稳定帘幕也是有益的。
类似于图中所示的实施例的装置能够用于执行本发明的方法。
图4a和4b示出了第一或第二辊1、2，这些辊包括用于测量辊隙载荷的一组传感器装置11。传感器装置11可集成到辊的覆层20中。这些示例中的传感器装置11由信号载体10连接。该信号载体可承载电信号或光信号，这取决于传感装置的性质。
在图4a中，传感装置都在机器横向方向沿一条线布置。在图4b的实施例中，传感器装置围绕辊1、2的圆周螺旋地布置。
传感器装置11例如可包括在辊1、2的面层6或覆层中，或者位于面层和下一层之间。

Claims (18)

1.用于在移动的纤维网(5)上涂布淀粉的方法，其中第一种淀粉被涂布到第一辊(1)和/或第二辊(2)上，并且纤维网(5)穿过由第一辊(1)和第二辊(2)形成的处理辊隙(6)，其特征在于，第一辊(1)和第二辊(2)的硬度为1P&J以下，并且淀粉通过狭缝式模具(3)和/或滑动式模具(3a)以自由下落的帘幕的形式涂布到第一辊(1)和/或第二辊(2)上，然后转移到处理辊隙(6)内的纤维网(5)上，其中，涂布的淀粉具有6％至25％的固体含量和/或5mPas至60mPas的粘度，
其中，第一辊(1)和第二辊(2)中的至少一个辊是受控偏转辊。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，涂布的淀粉具有8％至18％的固体含量和/或10mPas至40mPas的粘度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述处理辊隙(6)的线载荷为在30千牛/米至140千牛/米。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述处理辊隙(6)的线载荷为在60千牛/米至100千牛/米。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纤维网(5)以大于800米/分钟的速度通过辊隙。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纤维网(5)以1000米/分钟至1900米/分钟的速度通过辊隙。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纤维网(5)在卷绕机处的淀粉含量为基准重量的2.5％至6％。
8.用于在移动的纤维网(5)上涂布淀粉的装置，包括布置为形成纤维网(5)的处理辊隙的第一辊(1)和第二辊(2)、以及用于在至少一个辊(1、2)上涂布淀粉的涂布装置，其特征在于，第一辊(1)和第二辊(2)的硬度为1P&J以下，所述涂布装置包括狭缝式模具(3)和/或滑动式模具(3a)，以形成自由下落的淀粉帘幕，该淀粉具有6％至25％的固体含量和/或5mPas至60mPas的粘度，
其中第一辊(1)和第二辊(2)中的至少一个辊是受控偏转辊。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该淀粉具有8％至18％的固体含量和/或10mPas至40mPas的粘度。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于从第一辊(1)或第二辊(2)之中的至少一个去除空气边界层的装置(10)。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述用于去除空气边界层的装置(10)包括刮刀、空气射流、刷子或箔片之中的至少一种。
12.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，第一辊(1)和第二辊(2)的直径相同。
13.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，第一辊(1)和第二辊(2)的直径差异小于10％。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，第一辊(1)和/或第二辊(2)的直径是0.25米至2米。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，第一辊(1)和/或第二辊(2)的直径是0.7米至1.8米。
16.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，第一辊(1)具有由金属或陶瓷构成的覆层(6)，该覆层(6)的层厚小于1毫米；和/或第二辊具有由橡胶、聚氨酯或复合材料之一构成的覆层(6)，该覆层(6)的层厚为10毫米至20毫米。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，该覆层(6)的层厚为50微米至150微米。
18.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，第一辊(1)或第二辊(2)之中的至少一个包括用于测量辊隙载荷的传感器装置(11)。
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