CN1288302C - 用于制备施胶纸或纸板的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了用于制造纸或纸板的上浆纸幅的方法和设备，所述方法包括在流浆箱(1)用含有至少水和纤维的原料形成纸幅，然后对纸幅加压排水，最后加热干燥纸幅。将胶料配料施加到纸幅上，从而在开始加热干燥纸幅之前，使胶料总量的至少一部分被施加到纸幅上，并且在开始干燥纸幅之后，使胶料总量的至少一部分被施加到纸幅上。

Description

用于制备施胶纸或纸板的方法和装置

本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于生产施胶纸或纸板的方法。本发明的目的在于通过给纸幅内部施胶或通过给纸幅表面施胶改进这类产品的纸幅强度。通常，胶料的主要部分是淀粉，并且施胶可以大大改进特性诸如施胶纸幅的表面强度，降低其掉粉的倾向并且增加其挠曲劲度。

本发明还涉及适用于实施本方法的装置。

在高级纸的处理中，施胶通过显著控制成品的强度特性而构成了生产中，如在波纹纸板和有槽纹的瓦楞纸的衬里纸幅的生产中的一个重要步骤。通常，把胶料施加到纸幅表面上，而越来越多地施加到多层产品的生产中，还已经把胶料施用到了产品中间层的芯层中。在高级印刷纸中，胶料的功能是改进纸张纸幅表面的印刷特性，这通过赋予产品更高的表面强度使其在印刷过程的压力下具有更好的耐久性并在例如用于复印机时降低掉粉倾向而实现。通常用添加了各种助剂的不同种类的淀粉作为胶料。但是，由于本发明不限于任何特定的胶料组合物，因此在上下文中的胶料必须理解为是指所有组合物，其在要被处理的基质纸幅中至少是部分可吸收的，并用来改进该基质纸幅的强度。

通常将胶料作为稀释的低固含量含水配料施用于纸幅。在用于生产高级纸张和纸板的设备中提高其效率的主要困难在于将随着胶料配料输送到纸幅中的水排出的滤水能力。此外，干燥形成的纸幅制成适于生产纸张或纸板的最终产物，这需要占造纸厂总能量预算中相当大的一部分。由于用单一干燥器仅能从移动的纸幅排出数量有限的水，必须与提高的纸幅移动速率成比例地增加连续干燥器单元的数量。更多数量的干燥设备，诸如例如干燥筒，急剧增加了造纸设备长度，并且，特别是急剧增加了其价格，借此得到的纸板或高级纸张的新型高速生产线可能价格上涨，从而使得投资方案变得没有价值。另一方面，现有机械的纸幅速度受到可获得的干燥能力的限制，干燥能力降低了最大运行速度，因此降低了可能的生产能力。

本发明的一个目的是提供一种方法，能够在施胶纸或纸板的生产中降低所需的干燥负载量，由此能够降低投资费用并且同时降低造纸作业线的长度。

本发明这个目的的实现是通过将胶料在多个步骤施用到纸幅上，从而有益地将胶料总量的至少一部分施用到多层流浆箱形成的纸幅的中间层板上，将至少一部分胶料施用到加压区域的纸幅表面上，并且将至少一部分在加压区的下游施用。

根据本发明的一个优选实施方案，通过设定机器加压区和干燥器区域之间的牵引力，将所述纸幅的孔隙率控制到一个预定值，从而得到要求的纸幅孔隙率。

根据本发明的另一个优选实施方案，将高固含量的胶料配料用于加压区下游的纸幅上浆。

更具体地说，本发明方法的特征在于权利要求1特征部分所述的内容。

此外，本发明装置的特征在于权利要求9特征部分所述的内容。

本发明具有突出效果。

本发明能够显著地缩短用于生产纸张和纸板的新机械设备构造的长度。这种机械装置长度和机械装置部件的减少能够相当大地节约投资费用。由于胶料的主要部分在流浆箱中或在加压区施用到纸幅上，并且与那些常规使用的上浆配料相比，在加压区下游进行上浆所使用的胶料配料具有较高的固含量，所以在加压区之后引入纸幅的水量较少，因此与仅在加压区下游进行上浆的胶料施用方法相比，显著降低了后续干燥的需要。根据本发明，可将在最后胶料施用步骤之后的干燥区机械设备的长度降低高达75％。在降低了每个生产单元所需的后期干燥负载量的同时，还增加了最后成品在市场上的竞争力。在流浆箱中和加压区上施用的胶料配料没有给纸幅引入很多额外的水分，该纸幅在这个步骤仍然具有高水分含量，此外，所引入的额外的水反正会在加压区被除去。在加压区上进行的施用步骤可以与履带板挤压一起完成，履带板挤压可更有效地使胶料渗透纸幅，处于同样的原因，同时其更有效地将水从纸幅除去。

胶料可以直接施用到纸幅表面，并且，如果需要，借助轧辊、两辊之间辊隙扩大的压辊或压带机可确保胶料充分渗透。这种设备的复杂性比全长的膜传送压力机显著更小。因为在现有机械中采用时，实施本发明所需的设备简单并且占地面积小，因此提供了一种以最小的投资额改进运行机械设备的生产能力的方法。此外，直接在纸幅施用胶料的工艺需要使用有效的涂敷器设备，由此容许直接从胶料蒸煮器施用胶料，而无需对其进行机械循环。这得到了相当大的节约，因为通常在再循环中需要的胶料泵、容器、管道和空气分离器/过滤器都变得多余了。一个另外的效益是可以升高胶料温度，借此降低其粘度，改进渗透力，并且降低了由于胶料的高温和缺乏再循环系统造成的胶料降解的危险。

本发明一个重要的特征是将表面孔隙率的控制和上浆结合在一起的能力。通过控制加压区和干燥区之间的速度差可以有力地控制纸幅孔隙率。通常，以高于加压区速率约3％的速率运行干燥区，由此施加于纸幅的牵引力保持其紧张并且处于控制之下。如果使用的牵引力较小，那么纸幅孔隙率也变得较小，而较高的牵引力会增加纸幅的孔隙率。在加压区后，由于被处理的纸幅仍然具有很高的水分含量，通过牵引力在其上产生的变形会永久的保留下来。由于纸幅表面的孔隙率对许多表面参数产生明显的影响，可利用牵引力将表面质量最佳化以符合为最终产物设定的技术规格。除对表面质量的影响之外，在纸幅孔隙率方面的改变还有助于胶料在纸幅中的吸收。虽然仍然不清楚究竟是较高的孔隙率改进了胶料渗入纸幅还是由于降低了毛细效应而减少了渗透，但是可以用实验方法确定在造纸过程中得到最佳效果所需的牵引力。

下面，参考附图对本发明进一步的详细说明，其中：

附图1表示在生产纸张或纸版的生产线上本发明的一个实施方案；和

图2表示说明加压区和干燥区之间的牵引力对基质纸幅孔隙率的影响。

在图1中表示了用于制造纸张或纸板的生产线。产品的制造从流浆箱1开始，在所举例说明的情况下，流浆箱1是多层流浆箱1。在该流浆箱中，从流浆箱喷管将高含水量的纤维配料涂布到两个平行移动的丝网之间的缝隙中形成纸幅。除了水和纤维之外，纤维配料还可含有多种其它成分，例如，诸如矿物填料。纸幅从流浆箱1进入加压区5，该加压区包括多个压辊间隙，通过这种装置将纤维配料形成的纸幅在丝网和毡圈之间挤压，从而将水从配料中排出，开始形成更坚固的的纸幅。通常，加压区包括至少一些压辊间隙延长了的压机，其可提供高滤水性能和高可控性。在加压区5的下游，纸幅进入干燥区，在此将纸幅在高温下干燥。在其它组件中，干燥区包括圆筒组件，其包括可加热的圆筒和真空筒，它们与引导纸幅移动的丝网和毡圈配合工作。干燥区的下游安有表面施胶涂敷器4，后面是用于干燥所施用的胶料的干燥机圆筒组件7。在机械装置的最后部分是卷纸机，其带有其它必要的辊压精整设备。

上述说明仅仅用于使人大概了解用于制造纸张或纸板的现代生产线的一般布局。流浆箱的结构、加压区、干燥区及其它设备可随着设备制造商和机器结构而改变，但是该机械装置的细节对于实施本发明不是至关重要的。就本发明而论，唯一的先决条件是设备的顺序应如上所述，并且当纸幅通过生产线时，去往下游的纸幅的水分含量降低了。观察到的一个尤其值得注意的结果是在加压区和干燥区之间的交界处将造纸机器划分为湿纸幅部分和干纸幅部分。在湿纸幅部分中，纸幅的强度极低，其纤维充满水，从而任何变形会永久性地保留，必须对纸幅进行支撑以防止其破碎。当在干燥区干燥时，纸幅是干燥状态，由此纤维的水分含量降低，在没有高温和压力的条件下就不能再产生变形了。在这里，纸幅在拉伸应力改变下的耐受性更好，因此，不需要用丝网、毡圈或者传送带进行连续支撑。

在借助多层流浆箱形成多层形式纸幅的制造纸和纸板的机械装置中采用本发明特别有利。在这种流浆箱中，从喷咀组件将原料送入在相对移动的丝网之间的缝隙中，然后通过水平分配被进一步分成多层。通过多层喷咀输送形成不同层的纤维配料。一般，多层流浆箱具有三个或两个喷咀层，其形成各自数目的层。在出版物PapermakingScience and Technology，Book 8，217页描述了多层流浆箱。多层流浆箱的好处是其能够用不同性质的配料制造纸幅的不同层，与从单一种类的原料形成纸幅相比较，其明显更易于将基质纸幅的性质最优化。与本发明同时使用的是，可以将胶料施加给多层中的至少一个层，从而改进纸幅的强度。在此，优选将胶料施加到中间层，因为表层的上浆可在生产线的后续阶段容易地进行。在一个两层或三层流浆箱中，把胶料混合到底层配料中是最有利的，因为把胶料施加到纸幅的上部可在生产线更靠后的下游容易地进行。

根据本发明，通过涂敷器装置2在机器的加压区将胶料施加到纸幅的表面。在此，设置涂敷器装置2用于与后面的加压区同时运行，从而将胶料施加到纸幅的下面。在该阶段，胶料可以具有高固含量，因为加压排水的同时也从纸幅除去了由胶料引入的水。在纸幅通过加压区时，必须注意到由于不应该从纸幅上浆面进行排水，进行加压时必须将有水排出的多孔毡圈或丝网布置在纸幅与上浆表面相对的另一面，从而实现将水从未经处理的一面排出。施用胶料优选使用下述装置进行，例如喷雾施加器装置或MIKROJET涂敷器，但是原则上也可使用其它施用方法，诸如一种胶料压机，其用与上述优选设备相比，负担的成本高，所需的占地面积大。在专利公开物WO01/02098中描述了MIKROJET涂敷器的构造，其包括具有大量小孔的板，要施用的试剂通过这些孔分配。该装置在横向上进行均匀的施胶，可用于施用非常少量的胶料或其它纸幅处理剂。由于在紧靠纸幅处设置的设备支撑部件仅仅是一个狭窄的横梁，MIKROJET涂敷器可以容易地与所要求的位置匹配，例如在造纸机的加压区上。然而，最有利的是将涂敷器设备设置在加压区，至少是在最后一个加压压辊间隙之前，从而有利于在加压区进行排水。

在该阶段，已经分两个步骤将胶料施用于纸幅上：在流浆箱内和加压区。结果，纸幅在其中间层和纸幅的一个面上含有胶料，所述的面在例举的实施方案中是纸幅的底面。为了生产至少基本上性质对称的纸幅，必须在纸幅的上面也上浆。这一步骤被安排在干燥机组6的下游进行。在此，胶料以远高于先技术方法的固含量施用到纸幅上，从而固含量约为15-40％。根据胶料制备技术，也可采用更高的固含量，条件是胶料配料的粘度不会变得过高，胶料配料仍然可通过涂敷器设备。然而，在实践中，目前的胶料生产设备仅可生产固含量小于40％的配料。由于固含量高，如果不希望将大量固体施加到纸幅上，则施用到纸幅的胶料层厚度必须很薄。胶料层必须进一步做薄以保持低胶料重量和尽量减少传送到基质纸幅的水量。根据本发明的一个优选特征，胶料作为含水配料施用到纸幅上，所施用的胶料量不应大于5g/m²。

适用于本发明的涂敷器设备是上述喷雾涂敷器和MIKROJET涂敷器，在目前的情况下更有利的是使用膜转移涂敷器，因为造纸机的这个部分具有比加压区更多的自由空间用于配置涂敷器。膜转移涂敷器的好处是其具有经过现场试验证明的功能和可控性。然而，实现高固含量胶料完全渗透基质纸幅可能存在问题，除非所制备的配料富含水分。因此，在涂敷器设备后，设置了压辊间隙，确保胶料渗透到基质纸幅中。该压辊间隙可以是简直的一组双压辊或单个间隙延长的压辊。然而，如果使用膜转移压力机，加压辊间隙可能是多余的。通过改变胶料施用和加压瞬间之间的保持时间，能够影响胶料的渗透和在纸幅对侧上所施用胶料层的光滑度。

因为胶料的主要部分已经在较早的时候被引入到纸幅中，在后续阶段所用的胶料中固含量高，所以引入纸幅中的水量很少，从而使用很少的干燥就足以完成胶料施加的最后一步，该加热可以使用例如仅包括几个可加热圆筒的干燥机组7进行。另一方面，可以考虑在表面胶料涂敷器4上进行的上浆在干燥部的中间进行，由此胶料涂敷器4下游的干燥圆筒组可并入干燥区。

在加压区和干燥区之间运行速度的差异本质上影响了胶料渗透和纸幅孔隙率。正如以上所述，在该阶段，纸幅的水分含量仍然高达约60％，因此，纸幅及其纤维很容易加工，其变形也是永久性的。通常，干燥区的运行速度比加压区的略高，以确保纸幅很好地附着在辊子上，并保证纸幅在机器中的运行不成问题。在现代机械控制体系和纸幅引导设备的帮助下，纸幅可以在比先有造纸机更小的牵引力下运行。事实上，已发现胶料的渗透和最终产品的性质可通过控制加压区和干燥区之间的牵引力而改变。除影响其它纸幅表面性质之外，纸幅的孔隙率控制了胶料对基质纸幅的渗透。因此，可采用控制牵引力作为控制胶料渗透和最终产品性质的手段。因为还不知道纸幅孔隙率的改变如何影响最终产品的性质和其胶料渗透性，因此必须通过实验方法得出适合的牵引力值。

图2通过说明透气性为牵引力函数的图而显示纸幅孔隙率变化。正如图中所示，纸幅孔隙率保持与在加压区形成的纸幅孔隙率的基值近似，直到达到大约1.5％拉伸，由此孔隙率开始增加。孔隙率增加的速度在拉伸超过2.5％时加速。因此，可用的牵引上限值和可到达的最大孔隙率通过基质纸幅的强度极限确定。

在另一个实施方案中，通过控制在加压区进行的干燥步骤和在干燥区进行的干燥步骤之间的拉伸对纸幅孔隙率进行调节。其中，将拉伸调节到0-1.5％的值以得到低孔隙率，将拉伸调节到1.5-2.5％的值以增加孔隙率，将拉伸调节到大于2.5％的值以大大增加孔隙率。

除那些上面描述的之外，本发明也可有替换实施方案。

一般地，流浆箱可用于将胶料与纸幅中形成的任何层混合。因为纸幅表层还可以在后续阶段上浆，因此在流浆箱将胶料添加到纸幅的中间层中是最有利的。胶料也可加入到单层流浆箱中。必须由淀粉或其它胶料对纤维原料的比价权衡通过胶料增加基质纸幅强度的优点。胶料配料的固含量在流浆箱和加压区可保持在非常低的水平，因为在这些位置纸幅的含水量非常高，因而从胶料配料中补充的水分不会显著影响加压区的运行。然而，在干燥区下游施用胶料时要注意的一个重要细节是，在该阶段，胶料的主要部分已经施加给了纸幅，因此，后施加的胶料的固含量可以很高。如果需要，最后的胶料施用可以分成多个步骤，其中胶料施用到数层中。

除了上述干燥筒组件以外，或作为其替代装置，在最后的胶料施用步骤之后，尤其可以使用例如非接触型干燥机。而且，对于所属技术领域的专业人员而言，显然本发明不局限于仅仅生产精制纸板或纸制品，根据本发明处理的纸幅可进一步根据需要用在线设备或离线设备进行涂布或砑光。

Claims (14)

1.一种用于制造纸或纸板的上浆纸幅的方法，其包括下述步骤：

-在流浆箱(1)用含有至少水和纤维的原料形成纸幅，

-对纸幅加压排水，

-加热干燥纸幅，

-在至少一个阶段向纸幅施加胶料配料，

-在开始加热干燥纸幅之前，将胶料总量的至少一部分施加到纸幅上，和

-在开始干燥纸幅之后，将胶料总量的至少一部分施加到纸幅上，

其特征在于在干燥步骤期间通过对纸幅加压将至少一部分胶料加压施用给纸幅。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过在流浆箱(1)中将胶料混入原料中把至少一部分胶料施加给纸幅，以及在通过对纸幅加压的干燥步骤期间，通过加压将至少一部分胶料施加给纸幅。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于：

-将三层流浆箱(1)用于纸幅的形成，胶料施加到纸幅的中间层，

-在将纸幅送到最后的压辊间隙处之前，在加压期间把胶料施加到纸幅的一个面，

-在纸幅未上浆的一面进行排水，和

-在加热干燥纸幅后，将胶料施加到纸幅的未处理面，然后除去由施加的胶料引入的过多水分。

4.权利要求1-3任一项的方法，其特征在于进行最后的胶料施用步骤，使用的胶料配料具有15-40％的固含量，施用到纸幅上的胶料作为施用到纸幅上的胶料的含水配料，其用量不大于5g/m²。

5.权利要求1-3任一项的方法，其特征在于通过控制在加压区进行的干燥步骤和在干燥区进行的干燥步骤之间的拉伸对纸幅孔隙率进行调节。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于将拉伸调节到0-1.5％的值以得到低孔隙率，将拉伸调节到1.5-2.5％的值以增加孔隙率，将拉伸调节到大于2.5％的值以大大增加孔隙率。

7.权利要求1-3任一项的方法，其特征在于在加压区使用喷雾涂敷器将胶料施加到纸幅表面。

8.权利要求1-3任一项的方法，其特征在于在加热干燥步骤开始后用喷雾涂敷器或膜转移涂敷器将胶料施用到纸幅上。

9.用于制造纸或纸板的上浆纸幅的设备，该设备包括：

-用于从含有至少水和纤维的原料形成纸幅的流浆箱(1)，

-用于从纸幅排水的加压区(5)，

-用于加热干燥纸幅的干燥区(6)，

-用于在至少一个阶段将胶料配料施用给纸幅的装置(2)、(4)，

-装置(2)用于在纸幅进入干燥区(6)第一个阶段之前将胶料施加给纸幅，和

-装置(4)用于在干燥区(6)的第一个阶段之后将胶料施加到纸幅的表面，

其特征在于在加压区的最后一个压辊间隙之前，使用至少一个在加压区(5)运行的胶料涂敷器。

10.权利要求9的设备，其特征在于多层流浆箱，其中将胶料施加给纸幅的至少一个原料层。

11.权利要求10的设备，其特征在于胶料涂敷器是喷雾涂敷器。

12.权利要求9-11任一项的设备，其特征在于胶料涂敷器装置(4)，其在干燥区(6)的下游运行，该涂敷器装置包括胶料涂敷器和至少一个将施加的胶料压入纸幅孔隙的压辊间隙。

13.权利要求12的设备，其特征在于胶料涂敷器装置是喷雾施加器。

14.权利要求9-11任一项的设备，其特征在于在干燥区(6)的下游运行的胶料涂敷器装置(4)是膜转移涂敷器。

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