CZ291906B6 - Způsob výroby papíru s trojrozměrným vzorem - Google Patents

Abstract

P°i zp sobu v²roby pap ru s trojrozm rn²m vzorem ze st° dav vystupuj c ch a zapuÜt n²ch st , vytvo°en²ch ve spojen s impulzn m suÜen m, se vlhk² pap rov² p s (10) vede alespo jedn m tlakov²m sev°en m (12), obsahuj c m oto n² v lec (13), kter² je oh° v n, a pap r b hem pr chodu tlakov²m sev°en m (12) z sk v trojrozm rn² vzor ze st° dav vystupuj c ch a zapuÜt n²ch st bu pomoc vzorovan ho dr t n ho pletiva, nebo p su a/nebo vzoru na oh° van m v lci (13). Pap rov² p s (10) se po tlakov m sev°en (12) vede kolem podstatn sti obvodu oh° van ho v lce (13) pro poskytnut dodate n ho suÜen pap rov ho p su (10), kter² je st le nav c jeÜt ve styku s trojrozm rn²m vzorem.\

Description

Vynález se týká způsobu výroby papíru s trojrozměrným vzorem ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí, vytvořených ve spojení s impulzním sušením, při kterém se vlhký papírový pás vede alespoň jedním tlakovým sevřením, obsahujícím otočný válec, který je ohříván, a papír během průchodu tlakovým sevřením získává trojrozměrný vzor ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí buď pomocí vzorovaného drátěného pletiva, nebo pásu a/nebo vzoru na ohřívaném válci, a uvedený vzor je vytlačen do papírového pásu proti protilehlým prostředkům.

Dosavadní stav techniky

Vlhké papírové pásy se obvykle suší proti jednomu nebo více ohřívaným válcům. Způsob, kteiý se obecně užívá pro hedvábný papír, je takzvané Yankee sušení. Při Yankee sušení se vlhký papírový pás přitlačuje na párou ohřívaný Yankee válec, který má velmi velký průměr. Další teplo je dodáváno dmýcháním ohřátého vzduchu. Jestliže vyráběný papír je měkký papír, papírový pás se obvykle krepuje proti Yankee válci. Sušení proti Yankee válci pokračuje vakuovým odvodňováním a mokrým stlačováním, při kterém se voda mechanicky vytlačuje z papírového pásu.

Další sušicí způsob je takzvané sušení procházejícím vzduchem. Při tomto způsobu se papír suší pomocí horkého vzduchu, který je dmýchán skrz vlhký papírový pás, často bez předcházejícího mokrého stlačování. Papírový pás, který vstupuje do vzduchového sušiče, je tedy pouze vakuově odvodněn a má obsah sušiny kolem 25 až 30 % a suší se ve vzduchovém sušiči na obsah sušiny kolem 65 až 95 %. Papírový pás se přenese na speciální sušicí tkaninu a prochází přes válec s otevřenou strukturou. Během průchodu papírového pásu přes válec se skrz papírový pás dmýchá horký vzduch. Papír, vyráběný tímto způsobem, hlavně měkký papír, je velmi měkký a objemný. Způsob je však velmi náročný na spotřebu energie, protože všechna voda, která je odstraňována, se musí odpařit. Ve spojení se způsobem sušení procházejícím vzduchem se na papírový pás přenese struktura vzoru sušicí tkaniny. Tato struktura je v podstatě udržována také v papíru v mokrém stavu, protože byla přenesena do vlhkého papírového pásu. Popis způsobu sušení procházejícím vzduchem může být nalezen např. v patentovém spise US-A-3 301 746.

Impulzní sušení papírového pásu je popsáno např. v patentovém spise SE-B-423 118 a ve stručnosti zahrnuje průchod vlhkého papírového pásu tlakovým sevřením mezi přítlačným válcem a ohřívaným válcem, který je ohříván na tak vysokou teplotu, že nastane rychlý a silný vývin páry na styku mezi vlhkým papírovým pásem a ohřívaným válcem. Ohřívání válce se provádí např. plynovými hořáky nebo jinými ohřívacími prostředky, např. elektroindukčními prostředky. Vzhledem k tomu, že přenos tepla do papíru se uskutečňuje hlavně v tlakovém sevření, dosáhne se mimořádně vysokého přenosu tepla. Všechna voda, která se odstraní z papírového pásu během impulzního sušení, není odpařena, ale pára při svém průchodu papírovým pásem unáší s sebou vodu z pórů mezi vlákny v papírovém pásu. Tím se velmi zvyšuje sušicí účinnost.

V patentovém spise EP-A-0 490 655 je popsána výroba papírového pásu, zejména měkkého papíru, kde papír současně s impulzním sušením získává reliéfní povrch. Tento reliéf se vytváří lisováním vzoru do papíru z jedné nebo obou stran proti tvrdé opěře. Tím se dosahuje stlačení papíru a tím je také vyšší hustota v určitých oblastech právě proti vtisku a nižší hustota v mezilehlých částech.

-1CZ 291906 B6

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout způsob výroby impulzně sušeného papíru s trojrozměrným 5 vzorem, např. měkkého papíru, použitelného jako toaletní papír, kuchyňské role, papírové kapesníky, stolní ubrousky a podobně, a tam, kde papír má mít vysoký objem, vysokou pružnost a vysokou měkkost. Struktura papíru má být dále v podstatně zachována také ve vlhkém stavu. To je dalším cílem, aby způsob poskytoval co nejúplnější vysušení papírového pásu v přímém spojení s impulzním sušením a aby se odstranila nebo snížila nezbytnost dalšího sušicího kroku. 10 To je podle vynálezu poskytnuto skutečnosti, že papírový pás se po tlakovém sevření vede kolem podstatné části obvodu ohřívaného válce pro poskytnutí dodatečného sušení papírového pásu, který je stále ještě ve styku s trojrozměrným vzorem.

Podle výhodného provedení vynálezu papírový pás obklopuje alespoň 180°, přednostně alespoň 15 270°, obvodu ohřívaného válce. Kromě ohřívání ohřívaným válcem je možné další ohřívání papírového pásu v dosušovací sekci. Při způsobu mohou být protilehlé prostředky opatřeny netuhým povrchem, takže papírový pás získá trojrozměrnou strukturu o celkové tloušťce větší, než je tloušťka nelisovaného papírového pásu. Papírový pás může být podpírán stlačitelnou tlakovou plstí skrz tlakové sevření, přičemž plst pak tvoří uvedený netuhým povrchem opatřený protilehlý 20 prostředek, a přičemž plst může být tlačena proti pružnému povrchu v tlakovém sevření.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším popsán blíže s odkazy na některá provedení, znázorněná na přiložených výkresech.

Obr. 1 a 2 znázorňují schematické bokorysy impulzně sušicího zařízení podle dvou různých provedení.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 schematicky znázorňuje zařízení pro provádění impulzního sušení papírového pásu. Vlhký 35 papírový pás 10, který je odvodněn přes neznázoměné odsávací skříně, je podpírán drátěným pletivem nebo plstí 11 a je veden do tlakového sevření 12 mezi dvěma otáčivými válci 13 a 14. kde válec 13, který je ve styku s papírovým pásem 10, je ohříván ohřívacím zařízením 15 na teplotu, která je dostatečně vysoká pro sušení papírového pásu 10. Povrchová teplota ohřívaného válce 13 se může měnit v závislosti na takových faktorech jako je obsah vlhkosti papírového pásu 40 10, tloušťka papírového pásu 10. doba styku mezi papírem a válcem 13 a požadovaný obsah vlhkosti dokončeného papírového pásu 10. Povrchová teplota nemá být ovšem tak vysoká, aby papírový pás 10 byl poškozen. Vhodná teplota by měla být v rozmezí 100 až 400 °C a nejlépe 200 až 350 °C.

Papírový pás 10 je tlačen proti ohřívanému válci 13 pomocí válce 14. Přítlačný prostředek může být ovšem konstruován mnoha jinými způsoby. Dva a více přítlačných prostředků může být také uspořádáno za sebou. Přítlačným prostředkem může být přítlačná patka. Je také možné, aby papírový pás 10 procházel do tlakového sevření 12 nepodepřen, tj. nepodpírán žádným drátěným pletivem nebo plstí 11.

Ve styku mezi ohřívaným válcem 13 a vlhkým papírovým pásem 10 nastává velmi rychlý, silný a téměř explozivní vývin páry, při kterém vytvořená pára na svém průchodu papírovým pásem 10 odnáší vodu. Místo dalšího popisu impulzního sušicího způsobu odkazujeme na patentové spisy SE-B-423 118, EP-A-0 337 973, a US-A-5 556511.

-2CZ 291906 B6

I

Papírový pás 10 se za uvedeným tlakovým sevřením 12 vede kolem podstatné části obvodu ohřívaného válce 13 pro poskytnutí přídavného sušení papírového pásu 10, přičemž je stále v dotyku s trojrozměrným vzorem válce 13. Papírový pás 10 obklopuje alespoň 180°, přednostně alespoň 270°, obvodu ohřívaného válce 13. Tím papírový pás 10 bude v dotyku s vzorem válce 13 během celého sušicího procesu, což znamená další stabilizaci struktury vzoru udělené papíru ve spojené s impulzním sušením.

Ve stadiu přídavného sušení může vedle ohřívání, prováděného ohřívaným válcem 13, nastat další ohřívání papírového pásu 10. Podle provedení na obr. 1 je toto ohřívání prováděno pomocí infračervené jednotky 17. uspořádané kolem obvodu válce 13, zatímco na obr. 2 je válec 13 obklopen takzvaným vysokorychlostním krytem 18, obvyklým ve výrobě tkanin, ve kterém horké zplodiny z plynového hořáku dodávají papíru další sušicí energii.

Papír se po usušení navíjí na navíjecí válec 16. Potřeba krepování papíru pro získání měkkosti a objemu, která je zaměřena na měkký papír, je snížena při použití impulzního sušení podle vynálezu, protože papír trojrozměrnou strukturou a vybraným vzorem získává objem a měkkost.

Papírový pás 10 může být, předtím než je přiveden do impulzního sušiče, pouze odvodněn na odsávacích skříních nebo ještě mírně stlačen.

Současně s impulzním sušením papír získává trojrozměrnou strukturu. Toho může být dosaženo, jak je znázorněno na obr. 1, skutečností, že ohřívaný válec 13 je opatřen reliéfním vzorem, sestávajícím ze střídajících se vystupujících a zapuštěných ploch. Tato struktura se v podstatě udržuje také při pozdějším navlhčení papíru, protože byla udělena vlhkému papírovému pásu 10 ve spojení s jeho sušením. Protože výraz vytlačování reliéfuje normálně používán pro tvarování na usušeném papíru, používáme v dalším pro trojrozměrné tvarování papíru, které nastává současně s impulzním sušením, výraz tlakové modelování. Tímto tlakovým modelováním se zvětšuje objem a absorpční schopnost papíru, což jsou důležité kvality měkkého papíru.

Papír může být stlačován proti povrchu, který není tuhý, tj. proti stlačitelné tlakové plsti H. Válec 14 také může být opatřen pružně poddajným povrchem, např. pryžovým obkladem. Papír zde získává trojrozměrnou strukturu o celkové tloušťce, která je větší, než tloušťka nelisovaného papíru. Tím papír získává vysoký objem a tím také vysokou absorpční schopnost a vysokou měkkost. Mimo to bude papír pružný. Současně je v papíru získána lokálně proměnná hustota.

Papír může také být lisován proti tvrdému povrchu, např. proti drátěnému pletivu a/nebo válci 14 s tvrdým povrchem, kdy vzor ohřívaného válce 13 je vtlačován do papírového pásu 10 za silného stlačování papíru proti vtiskům, zatímco části mezi nimi zůstávají nestlačené.

Struktura vzoru v papíru může být také vytvořena pomocí pásu se vzorem, který probíhá kolem a je ohříván válcem 13 a je veden tlakovým sevřením 12 mezi válcem 13 a papírovým pásem 10.

Alternativně může být papírový pás 10 během sušení podpírán drátěným pletivem se vzorem, který je tlakově modelován do papírového pásu 10, když prochází tlakovým sevřením 12 mezi válci 13 a 14. Válec 13 může být buď hladký nebo může mít reliéfní vzor. V případě, že válec 13 je hladký, tlakově modelovaný papír bude mít jeden hladký povrch a jeden povrch s vtisky. V případě, že válec 13 má reliéfní vzor, který bude rovněž vtlačen do papíru, bude papír mít na jedné straně vzor, odpovídající struktuře drátěného pletiva, a na opačné straně vzor, odpovídající reliéfnímu vzoru válce. Vzor se může, ale nemusí, krýt a/nebo být stejný nebo odlišný.

Papírový pás 10 může být po prvním tlakovém sevření a před navinutím na navíjecí válec 16 veden neznázoměným druhým tlakovým sevřením, kde probíhá druhé impulzní sušení papírového pásu 10. To samozřejmě předpokládá, že papírový pás 10 není před druhým tlakovým sevřením úplně suchý, ale má obsah alespoň 10 a přednostně alespoň 20 % hmotnostních vlhkosti.

-3CZ 291906 B6 ,1

To může být dosaženo, jestliže usušení v prvním impulzmm sušicím kroku v tlakovém sevření 12 není úplné a/nebo zvlhčením papírového pásu 10 před druhým impulzním sušicím krokem.

Současně s oběma impulzními sušicími kroky je papírovému pásu 10 udělena trojrozměrná 5 struktura. Vzoiy mohou být do papírového pásu 10 lisovány z opačných stran. Je také ovšem možné do papírového pásu 10 lisovat různé vzory ze stejné strany. Vzory lisované do papírového pásu 10 ve dvou impulzních sušicích krocích jsou přednostně různé.

Podle jednoho provedení vynálezu může být k papírovému pásu 10 přidán materiál a uvedený 10 materiál měkne nebo se taví v tepelném rozmezí 100 až 400 °C. Uvedený materiál může být syntetický nebo přírodní polymer s termoplastickými vlastnostmi, chemicky modifikovaná dřevovina a/nebo syntetický nebo přírodní polymer s měkčícími činidly. Materiál může mít formu prášku, vloček, vláken nebo vodné suspenze, např. latexové disperze. Příklady termoplastických polymerů jsou polyolefiny, např. polyetylén a polypropylen, polyestery atd.. Materiál může být 15 dodáván na celý papírový pás 10 nebo pouze na jeho části, které mají být umístěny nejblíže ohřívanému válci 13.

Přidáním uvedeného materiálu, který je přiveden k změknutí nebo roztavení, k papírovému pásu 10 je dosaženo zvýšení množství lepivých míst v papírovém pásu 10. Tím je základní proměn20 nost hmotnosti a trojrozměrná struktura, udělené papírovému pásu 10 ve spojení s kombinovaným impulzním sušením a tlakovým modelováním, účinně ustálena. Tato struktura je udržována také v mokrém stavu papíru.

Papír může být vyráběn z množství různých typů papíroviny. Když nepřihlížíme k recyklované 25 papírovině, která je v současnosti používána ve velkém rozsahu hlavně pro toaletní papír a kuchyňské role, je nejběžnější typ papíroviny užívaný pro měkký papír chemická papíróvina. Obsah dřevoviny v takové papírovině je prakticky nulový a vlákna, která hlavně sestávají z čisté celulózy, jsou poměrně tenká a ohebná. Chemická papíróvina je nízkovýtěžná papíróvina, protože poskytuje výtěžnost pouze okolo 50 %, přepočteno na použitou dřevěnou surovinu. Je to tedy 30 poměrně drahá papíróvina.

Je tedy běžné používat levnější, takzvané vysokovýtěžné, papíroviny, např. mechanické, termomechanické papíroviny, chemomechanické papíroviny nebo chemotermomechanické papíroviny, pro měkký papír stejně jako pro další typy papíru, např. novinový papír, lepenku atd.. Ve vysoko35 výtěžných papírovinách jsou vlákna hrubší a obsahují velké množství dřevoviny, pryskyřic a hemicelulózy. Dřevovina a pryskyřice propůjčují vláknům více hydrofobické vlastnosti a sníženou schopnost vytvářet vodíkové vazby. Přídavek určitého množství chemotermomechanické papíroviny do měkkého papíru má v důsledku snížené mezivláknové vazby pozitivní účinek na vlastnosti jako je objem a absorpční schopnost.

Speciální variantou chemotermomechanické papíroviny je takzvaná vysokoteplotní chemotermomechanická papíróvina, jejíž výroba se liší od výroby konvenčního typu hlavně použitím vyšší teploty pro impregnaci, předehřívání a rafinaci, která přednostně není nižší než 140 °C. Podrobnější popis tohoto výrobního způsobuje popsán v patentovém spise WO 95/34 711. Pro vzniklou 45 papírovinu je charakteristické, že se jedná o vysokovýtěžnou papírovinu s dlouhými vlákny, snadno odvodnitelnou a objemnou, s nízkým obsahem shluků vláken a prachu.

Podle vynálezu bylo zjištěno, že vysokovýtěžná papíróvina je zvláště vhodná pro ímpulzní sušení, protože je necitlivá na tlak, je snadno odvodnitelná a má otevřenou strukturu, která propouští 50 vytvořenou páru. To minimalizuje riziko, že se papír přehřeje a poruší během impulzního sušení, které se provádí při značně vyšších teplotách než jiné sušicí způsoby. Tlaková necitlivost a otevřená struktura závisí na tom, že vlákna ve vysokovýtěžné papírovině jsou poměrně hrubá a tuhá v porovnání s vlákny v chemické papírovině.

-4CZ 291906 B6

I

Další Výhodou je, že trojrozměrný vzor, vytvořený v papíru, je v podstatě udržován i v mokrém stavu papíru, protože je vytvořen ve vlhkém papírovém pásu 10 současně sjeho sušením. Impulzní sušení dále nastává při poměrně vyšší teplotě, než např. při Yankee sušení nebo sušení procházejícím vzduchem, při kterém podle teorie, na kterou však vynález není vázán, je změkčovací teplota dřevoviny, přítomné ve vysokovýtěžné papírovině, dosažena během současného impulzního sušení a tlakového modelování. Když papír chladne, dřevovina opět tuhne a podporuje ustálení trojrozměrné struktury, kterou papír přijal. Ta je proto v podstatě zachována také v mokrém stavu papíru, což silně zlepšuje objemové a absorpční vlastnosti papíru.

Podle jednoho provedení vynálezu papír obsahuje určité množství vysokovýtěžné papíroviny, přičemž by uvedené množství mělo tvořit alespoň 10 % hmotnostních, přepočítáno na hmotnost suchých vláken, přednostně alespoň 30 % hmotnostních a ještě lépe alespoň 50 % hmotnostních vysokovýtěžné papíroviny. Přimíchání určitého množství další papíroviny s vysokými pevnostními vlastnostmi, např. chemické papíroviny, přednostně dlouhovláknité sulfátové papíroviny nebo recyklované papíroviny, je výhodné při zaměření na vysokou pevnost papíru. Vynález však není vázán na použití určitého typu papíroviny v papíru, ale může být využit s každým zvoleným typem papíroviny nebo směsi typů papíroviny.

Podle dalšího provedení vynálezu může být papírový pás 10 ve spojení s vyvářením a odvodňováním poskytnut v různých základních hmotnostech v nenahodilém vzoru. To může být například zajištěno vytvářením a odvodňováním papírového pásu 10 na drátěném pletivu nebo pásu, jehož, odvodňovací schopnost se mění podle určitého vzoru, když rozdíly v odvodňovací schopnosti zahrnují určité rozdělení vláken a tím místní změny základní hmotnosti papírového pásu.

Změny základní hmotnosti, vytvořené v papírovém pásu 10 ve spojení s vytvářením a odvodňováním, jsou ustáleny v následném kroku impulzního sušení, čímž je struktura v podstatě udržena i v mokrém stavu papíru.

Podle dalšího provedení vynálezu má papírový pás 10 materiálové složení ve směru své tloušťky proměnné takovým způsobem, že alespoň ve vrstvě, která bude umístěna nejblíže ohřívanému válci 13, ve spojené s impulzním sušením obsahuje určité množství materiálu, který měkne, taví se nebo se vytvrzuje v teplotním rozsahu 100 až 400 °C. Tím materiál získá povrchovou vrstvu, která přispívá k posílení strukturální stability papíru i v mokrém stavu. Složení papíroviny ve zbytku papírových vrstev může být na druhé straně vybráno pro optimalizaci dalších vlastností jako je měkkost, pevnost, objem a aranžovací kvality.

Uvedený materiál, který ve spojení s impulzním sušením měkne, taví se nebo se vytvrzuje, může sestávat z činidel pro pevnost za mokra, syntetických nebo přírodních polymerů s termoplastickými vlastnostmi, chemicky modifikované dřevoviny a/nebo syntetických nebo přírodních polymerů s měkčícími činidly, nebo z vysokovýtěžné papíroviny, obsahující dřevovinu.

V papíru mohou být také použity obvyklé přísady jako činidla pro pevnost za mokra, změkčovací činidla, plnidla apod. Papír může být po impulzním sušení podroben různým typům známých zpracování jako přidávání různých chemikálií, dalšímu reliéfnímu vytlačování, laminování apod. Je také možné při přenosu papírového pásu 10 mezi dvěma různými drátěnými pletivy, např. z odvodňovacího drátěného pletiva na sušicí drátěné pletivo, mít rozdíl rychlosti mezi drátěnými pletivy, takže papírový pás 10 je zpomalován ve spojení s přenosem. Papírový pás 10 bude tak v jistém rozsahu zhutněn, což dále zvýší jeho měkkost.

Claims (6)

1. Způsob výroby papíru s trojrozměrným vzorem, ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí, vytvořených ve spojení s impulzním sušením, při kterém se vlhký papírový pás (10) vede alespoň jedním tlakovým sevřením (12), obsahujícím otočný válec (13), který je ohříván, a papír během průchodu tlakovým sevřením (12) získává trojrozměrný vzor ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí buď pomocí vzorovaného drátěného pletiva, nebo pásu a/nebo vzoru na ohřívaném válci (13), a uvedený vzor je vytlačen do papírového pásu (10) proti protilehlým prostředkům, vyznačující se tím, že papírový pás (10) se po tlakovém sevření (12) vede kolem podstatné částí obvodu ohřívaného válce (13) pro poskytnutí dodatečného sušení papírového pásu (10), který je stále ve styku s trojrozměrným vzorem.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že papírový pás (10) obklopuje alespoň 180°, přednostně alespoň 270°, obvodu ohřívaného válce (13).

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kromě ohřívání ohřívaným válcem (13) nastává další ohřívání papírového pásu (10) v dosušovací sekci.

4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že protilehlé prostředky jsou opatřeny netuhým povrchem, takže papírový pás (10) získá trojrozměrnou strukturu o celkové tloušťce větší, než je tloušťka nelisovaného papírového pásu (10).

5. Způsob podle nároku4, vyznačující se tím, že papírový pás (10) je podpírán stlačitelnou tlakovou plstí (11) skrz tlakové sevření (12), přičemž plst (11) tvoří uvedený netuhým povrchem opatřený protilehlý prostředek.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že tlaková plst (11) je tlačena proti pružnému povrchu v tlakovém sevření (12).