CN1136359C - 具有立体花纹的纸张的制造方法 - Google Patents

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Abstract

具有立体花纹的纸张的制造方法，在脉冲干燥过程中，在纸张上形成交替的凸起和凹进部分的花纹。潮湿的纸幅经过一个加压辊隙(12)，该加压辊隙包括一个热的并具有交替的凸起和凹进部分花纹的可旋转的辊子(13)，从而相对于支撑体(11，14)将该凸起和凹进部压入纸幅。该支撑体具有一非刚性表面，从而使纸幅形成立体结构，其总厚度(t3)大于未经压制的纸幅的厚度(t1)。

Description

具有立体花纹的纸张的制造方法
技术领域
具有立体花纹的纸张的制造方法，在脉冲干燥时，在纸张上形成交替的凸起和凹进部分的立体花纹，在该干燥过程中，潮湿的纸幅经过一加压辊隙(press nip)，该加压辊隙包括一个加热的并具有交替的凸起和凹进部分花纹的可旋转的辊子，从而相对于一支撑体(holder-on)将该凸起和凹进部压入纸幅。
背景技术
潮湿的纸幅通常在一个或多个加热的辊子的作用下干燥。通常用于薄纸的方法是所谓的杨克式烘干法。在杨克式烘干法中，潮湿的纸幅压在一个蒸汽加热的直径可非常大的杨克烘干滚筒上。用于烘干的热量通过吹送热空气来提供。如果要制造的纸是柔软纸，纸幅经常会在杨克滚筒上产生皱纹。在经杨克滚筒烘干之前先经过真空脱水和湿压榨，从而用机械方法将水压出纸幅。
另一种干燥方法称为穿透空气干燥(TAD)。在这种方法中，在通常不经过预先的湿压榨的情况下，借助于吹过潮湿纸幅的热空气使纸张干燥。进入穿透空气干燥机的纸幅仅进行了真空脱水，且固体含量大约为25％-30％，并在穿透空气干燥机中干燥到固体含量约为65％-95％。将纸幅传送到一专用的干燥部合成网，并通过所谓的具有松疏式结构的TAD滚筒。在纸幅通过TAD滚筒时，使热空气吹过该纸幅。用这种方法制造的纸张(主要是柔软纸)变得非常软且松厚。但这种方法非常消耗能源，这是由于所有排出的水都不得不蒸发掉。在TAD干燥的作用下，将干燥部合成网的花纹结构转印到纸幅上。由于该花纹结构是在潮湿纸幅上形成的，因此该结构在纸张也处于潮湿状态下时基本可以保持。在如US-A-3,301,746中可找到TAD技术的说明。
在如SE-B-423118中公开了纸幅的脉冲干燥方法，并简要涉及到使潮湿纸幅通过压榨辊和加热辊之间的加压辊隙，该加热辊被加热到较高温度，从而在潮湿纸幅和加热辊之间的接触面上产生快速而且强烈的蒸汽。对辊的加热是通过例如气体燃烧器或其它加热装置(如借助电磁感应)完成的。由于对纸张传递热量主要发生在加压辊隙，这样可获得非常高的热传递速度。在脉冲干燥过程中，从纸幅排出的所有水分并不全被蒸发掉，而是蒸汽在穿过纸幅的过程中带走纸幅纤维间的孔隙中的水分。使用这种方法干燥效率非常高。
在EP-A-0490655中公开了一种纸幅(特别是柔软纸)的制造方法，其中，在进行脉冲干燥的同时在纸张上形成压花表面。这种凹凸压花是通过将花纹相对于一硬质支撑体而从一面或两面压入纸张的。这使纸张受到压制，并且，通过上述方法，在恰好对着压痕的部分具有较高的密度，在中间部分具有较低密度。
发明内容
本发明的目的是提供一种经脉冲干燥的具有立体花纹的纸张(例如作为卫生纸、厨房用卷纸、纸巾、餐巾纸等的柔软纸)的制造方法，其可使纸张具有较高的松厚度、弹性好、且柔软度高。潮湿纸幅经过一加压辊隙时进行干燥，该加压辊隙包括一个加热的并具有交替的凸起和凹进部分花纹的旋转辊，从而相对于一支撑体而将该凸起和凹进部压入纸幅。本发明的新颖特征在于：该支撑体具有非刚性表面，从而使纸幅产生立体花纹，且其总厚度大于未经压制的纸幅的厚度。通过这种方法，提高了纸张的松厚度、柔软度和其弹性。
纸幅最好由一个穿过加压辊隙的可压缩的压榨毛毯支撑，所述压榨毛毯形成上述非刚性支撑体。根据一实施例，所述压榨毛毯在加压辊隙处对弹性的非刚性表面加压。
附图说明
下面参照附图中所示的一些实施例对本发明进行详细描述。
图1是一实施例的脉冲干燥装置的示意侧视图。
图2以放大的比例显示出了加压辊隙。
图3示出了本发明的纸张的示意剖视图。
图4示出了未经压制的纸张的示意剖视图。
图5示出了假设纸张在加热辊平滑的加压辊隙受到压挤后所形成的纸张的示意剖视图。
图6示出了一种压花图案。
图7示出了没有经过压制的(未压印的)、经过压制的(平面压印的(plane pressed))和模压的带有图6所示图案的纸张的应变-应力图解的比较。
图8a-c以柱形图的形式示出了由不同类型纸浆制造的并经脉冲干燥的纸张的松厚度和吸收性。
具体实施方式
图1示意地示出了用于对纸幅进行脉冲干燥的装置。经吸水箱(未示出)脱水的潮湿纸幅10被一可压缩的压榨毛毯11支撑，并被导入两个旋转辊子13和14之间的加压辊隙12中，在该加压辊隙中将与纸幅接触的辊子13加热到足够高的温度，从而对纸幅进行干燥。被加热的辊子的表面温度可根据下列因素而变化，例如纸幅的含水量、纸幅的厚度、纸幅与辊子的接触时间以及所形成的纸幅的理想含水量。当然，表面温度不能过高而使纸幅损坏。适当的温度应在100℃-400℃之间，较好为150℃-350℃，最理想为200℃-350℃。
借助于毛毯11和辊子14，将纸幅紧压住加热辊13，辊子14具有软的非刚性表面层，例如橡胶或别的弹性材料。
在加热辊13与潮湿纸幅之间的接触面会产生非常迅速的、猛烈的且几乎爆炸的蒸汽，产生的蒸汽在通过纸幅时带走了水分。对脉冲干燥技术的进一步描述参考上文提到的SE-B-423118，EP-A-0337973和US-A-5,556,511。
纸张经过干燥后即被缠绕到卷绕辊16上。如果需要的话，可在卷绕前使纸起皱。然而，应当知道，当使用根据本发明的脉冲干燥方法时，为获得柔软纸张所需要达到的柔软度和松厚度而对纸张进行的起皱的要求可被降低，这是由于强烈的蒸汽膨胀使纸幅中的纸产生了松厚度和柔软性，而且还产生了立体结构。
根据传统方法，纸幅在其被导入脉冲干燥装置之前，可仅通过吸水箱对其进行脱水，或者也可另外对其进行轻微加压。
在进行脉冲干燥的同时，使纸张产生立体结构。这可通过如图1和图2所示的操作实现，因为加热辊13具有包含交替的凸起和凹进部的压纹图案。在图6中显示了这种压纹图案的一个实施例，其中凸起部17包含一伸出的凸纹，凹进部包含一铣成的凹槽。在随后的纸张处于潮湿状态的情况下基本上还保持这种结构，这是由于它是随同其干燥过程在纸幅上形成的。
由于术语压纹通常用于指在干燥纸张上进行的成形，下面，我们采用加压模塑(press moulding)对纸张进行立体成形，该成形过程与脉冲干燥同时发生。通过该加压模塑，纸张的松厚度和吸收能力提高了。同时使柔软纸具有了重要的特性例如较低的抗张强度和较高的伸长率。
由于纸幅的加压模塑发生在一非刚性表面，即，可压缩的压榨毛毯11和辊子14的用橡胶包裹的表面，因此纸张的成形使其产生立体结构，其总厚度大于未经压印的纸张厚度。这可从图2中看出。经过这一过程，使纸张获得了较高的松厚度、较高的吸收能力和较高的柔软度。同时，在纸张中产生了局部变化的密度，其中被辊子12的凸起部17所压实的那部分纸具有较高的密度。所形成的立体结构还使纸幅获得了柔软纸的重要特性例如较低的抗张强度和较高的伸长率。
在图3中示出了根据本发明模压过的纸幅的示意剖视图，其中t1表示未经压纹的纸幅的厚度，t2表示纸幅压实部分的厚度，t3表示纸幅的总厚度。在图3中表明，t3＞t1+t2。然而t3＞t1+t2也并不是必须的，根据本发明，t3＞t1就足够了，在某些情况下t3≤t1+t2。
在图4中示出了在加压辊隙之前未经压纹的纸幅的示意剖视图，其厚度为t1。在图5中示出了在一个具有平滑加热辊的加压辊隙内压制后的纸幅的示意剖视图，其中纸幅被压缩到厚度为t2。当然，压制装置可以通过许多其它方式而设计。例如，支撑体可包括一个位于一弹性盖内的压板(press shoe)。还可依次设置两个或多个压制装置。
可用多种不同类型的纸浆造纸。如果不考虑回收纸浆的话，制造柔软纸最常用的纸浆类型是化学浆，回收纸浆目前广泛用于卫生纸和厨房用卷纸。该化学浆是这样制成的，即，用化学物质浸透木片然后对其进行蒸煮，从而使木素和半纤维素变成液体。完成蒸煮后，在对浆料进行漂白之前对其进行筛浆和洗涤。在这种浆料中木素含量实际上为零，并且，主要由纯纤维素构成的纤维相对较细且较柔韧。根据所使用的木质原材料，化学浆的纤维类型可长可短，并且，根据蒸煮液的组成成分，化学浆可以是硫酸盐类型和亚硫酸盐类型。化学长纤维浆(软木)，特别是硫酸盐类型的浆，对于柔软纸的强度特性(干强度和湿强度)都具有很好的作用。
化学浆是一种低产量的浆，因为根据所使用的木质原材料计算的化学浆的产量仅为约50％。因此化学浆是一种相对较昂贵的浆料。所以，在柔软纸或其它类型的纸例如新闻纸、纸板等中通常采用较便宜的称为高得率的浆料，例如机械浆或预热法机械浆。机械浆是通过研磨或精磨而制成的，机械浆生产的原理是将木材用机械方法离解。利用整个木材材料，从而使木素留在纤维中，该纤维相对较短且较硬。预热法机械浆(TMP)的制造是在增强了的蒸汽压力下通过在盘磨机中进行精磨而制成的。在这种情况下，木素也留在纤维中。
术语化学机械浆(CMP)或预热法化学机械浆(CTMP)是指通过在进行精磨之前加进少量的化学药剂(通常是亚硫酸盐)而改变了的预热法机械浆。上述化学处理的一个效果是使纤维更加易于分离。化学机械浆或预热法化学机械浆比机械浆或预热法机械浆含有更多的完整纤维和更少的碎片(纤维聚集体和纤维碎片)。CMP和CTMP的特性接近化学浆，但本质上的不同点在于在CMP和CTMP中纤维更加粗并可包含高含量的木素、树脂和半纤维素。木素和树脂使纤维的疏水性提高，并使形成氢键的能力降低。由于纤维之间的结合性降低，因此，在柔软纸中加入一定量的预热法化学机械浆对于象松厚度和吸收能力这样的性能有积极的作用。
预热法化学机械浆(CTMP)的一种特殊的变体被称为高温预热法化学机械浆(HT-CTMP)，其生产方法与传统类型的CTMP的生产方法不同，其主要是通过用较高温度进行浸渍、预热和精磨而生产的，温度最好不低于140℃。对于HT-CTMP的生产方法的更加详细的描述请参考WO95/34711。HT-CTMP的特征在于，它是一种长纤维的易于脱水且松厚的高得率纸浆，其碎片含量和细粒含量低。
根据本发明，我们发现，高得率纸浆特别适合于脉冲干燥，因为其对压力不敏感、易于脱水且具有松疏结构，这种结构可使产生的蒸汽通过。这可使在进行脉冲干燥时纸张被过分加热和损坏的危险减到最小，该脉冲干燥是以比其它干燥方法高得多的温度而进行的。对压力的不敏感性和松疏结构取决于高得率纸浆中的纤维比化学浆中的纤维更粗且更硬。
根据干燥纤维的重量计算，高得率纸浆的量应当在重量上至少占10％，优选是至少在重量上占30％，最好是在重量上至少占50％。如果目的在于使所形成的纸张具有高强度，则用一定量的具有良好强度特性的其它纸浆(例如化学浆，最好是长纤维硫酸盐浆，或再生浆)进行混和是一个很好的办法。
当然，在纸张中可以使用常用的添加剂，例如湿强度剂、软化剂、填料等。
在一实验装置中进行试验，其中，在不经过预先压制的情况下，将固体含量在重量上约为35％的纸幅以大约200℃-300℃之间的温度和约4MPa的压力下进行脉冲干燥。脉冲干燥的时间在3至20msek之间。用于试验的纸浆类型是100％的未打浆的化学硫酸盐浆、100％的HT-CTMP和50/50未打浆的化学硫酸盐浆/HT-CTMP。分别在对纸幅进行压花(加压模塑)以及不进行压花的情况下进行脉冲干燥。
在图7中示出了未压制(未压印)的纸张、压制(平面压印)的纸张和模压有图6所示花纹的纸张的应力一应变图解的比较。从图中可看到，根据本发明进行模压的纸张具有非常好的应变特性。
在图8a-c中示出了经脉冲干燥的含有上述纸浆的纸张关于干燥和潮湿的松厚度的测量结果。该测量是对未经压纹(平面压印)和经过压纹(模压)的纸张进行的。另外，测量是对加入了和未加入KYMENE，聚酰胺-胺-环氧丙烷树脂(PAE)的纸张进行的。进行加压模塑之前应在配料或纸幅中加入湿强度剂，这是因为，已经证实，湿强度剂有助于持久地保持在加压模塑时使纸张形成的立体结构。根据干燥纤维的重量计算，湿强度剂的加入量应当在重量上至少为0.05％。根据结果可看出，根据本发明经脉冲干燥且被模压的纸张具有较高的干松厚度和温松厚度。对于那些包含以HT-CTMP的形式存在的高得率纸浆的纸张可获得特别好的效果。当纸张含有湿强度剂时，其湿松厚度可获得显著改善。
当然，本发明并不仅仅限于上述的和附图中所示的实施例，而是可以在权利要求所要求保护的范围内变化。如上文所述，含有高得率纸浆的木素可以有许多不同的种类，例如机械浆、预热法机械浆、化学机械浆和预热法化学机械浆，并包含原纤维和回收纤维。如果目的在于使所生产的纸张具有高强度，则用一定量的具有良好强度特性的其它纸浆(例如化学浆，最好是长纤维的硫酸盐浆)进行混和是有利的。同时在纸张中还可包含其它的包括再生浆的纸浆。
经过脉冲干燥后，可对纸幅进行已知的不同类型的处理，例如加入不同类型的化学药剂、进一步压纹、层压等。这种处理可以是这样的，即，产生立体花纹后的纸幅通过一随后的温度比加热辊温度低的压辊而进行压制，借助于上述处理过程使纸张具有立体的压纹。也可能在这一压制过程中在纸幅上压出另外一种花纹。压制过程牵涉到纸张松厚度的降低，这可在运输和储存期间节省空间。在压制时产生的纸幅的变形通过纤维之间的结合来保持，其在潮湿状态下不稳定。纸张将与水或acqueous液体接触来恢复其在经过脉冲干燥时所形成的立体压纹，在上述过程中由于纸张的膨胀而使其吸水能力得到增强。

Claims (10)

1、具有立体花纹的纸张的制造方法，在脉冲干燥时，在纸张上形成交替的凸起和凹进部分的花纹，在该干燥过程中，潮湿的纸幅经过一个加压辊隙(12)，该加压辊隙包括一个热的并具有交替的凸起和凹进部分花纹的可旋转的辊子(13)，从而相对于一支撑体将该凸起和凹进部压入纸幅。其特征在于，支撑体(11，14)具有一非刚性表面，从而使纸幅上形成立体结构，其总厚度(t3)大于未经压制的纸幅的厚度(t1)。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：纸幅由一个穿过所述加压辊隙(12)的可压缩的压榨毛毯(11)支撑，所述的压榨毛毯形成上述的非刚性支撑体。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在加压辊隙中，压榨毛毯(11)压住一个有弹性的非刚性表面(14)。
4、根据前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，制造纸幅所用的纸浆按干燥纤维的重量计算至少在重量上含有10％的高得率纸浆。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，制造纸幅所用的纸浆按干燥纤维的重量计算在重量上至少含有30％的高得率纸浆。
6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，制造纸幅所用的纸浆按干燥纤维的重量计算在重量上至少含有50％的高得率纸浆。
7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述高得率纸浆是机械浆、预热法机械浆(TMP)或预热法化学机械浆(CTMP)。
8、根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，该方法用于制造吸水柔软纸。
9、根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在进行脉冲干燥之前，在配料或纸幅中加入湿强度剂。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，以一定的量加入湿强度剂，根据干燥纤维的重量计算，该加入量在重量上至少占0.05％。
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