ES2217781T3

ES2217781T3 - Metodo de fabricacion de papel calandrado.

Info

Publication number: ES2217781T3
Application number: ES99934760T
Authority: ES
Inventors: Pekka Linnonmaa; Antti Heikkinen; Mikko Tani
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Metso Paper Oy
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2004-11-01
Anticipated expiration: 2019-07-12
Also published as: EP1105570A1; DE69915647T2; DE69915647D1; CA2337198A1; PT1105570E; WO2000003088A1; ATE262080T1; CA2337198C; AU5042699A; EP1105570B1; US6401355B1

Abstract

Un método para producir papel calandrado, en el cual el papel (W) es calandrado después del secado, en el que el método incluye las siguientes etapas: - secado (D) del papel hasta una humedad de menos del un 7% inferior a la humedad objetivo del calandrado. - humedecimiento (1) del papel después del secado hasta la humedad objetivo del calandrado de más del 7, 5%, y - calandrado multi-pellizco del papel a la humedad objetivo cuando el papel es llevado a través de un humedecimiento a una calandria multi-pellizco (C), - al menos una de las capas superficiales del papel es humedecida en el humedecimiento mediante la dosificación de agua humectante de forma que el agua humectante sea absorbida por la capa superficial (W1, W2) del papel mientras que la capa central permanece sustancialmente con la humedad hasta la que fue secado el papel, caracterizado porque - el papel producido es una clase de papel SC, - a partir del papel humedecido al menos por una de sus caras, se produce papel SC degradiente por medio de un calandrado de gradiente multi-pellizco, que tiene más de 4 pellizcos y es del tipo en que se forman pellizcos sucesivos entre rodillos superpuestos en una columna de rodillos de calandria, incluyendo rodillos de superficies metálicas y poliméricas, mediante la restricción del efecto de moldeado del papel de la calandria multi-pellizco a la capa superficial humedecida (W1, W2) de forma que la capa central del papel se devuelve por vía elástica sustancialmente a su estado original, y se consigue una diferencia en la densidad en la dirección del grosor en el papel SC mientras que la capa central permanece con una densidad menor que la de la capa superficial (W1, W2), - el papel SC de gradiente obtenido es bobinado (R).

Description

Método de fabricación de papel calandrado.

La invención se refiere a un método según el preámbulo de la reivindicación 1 para la producción de papel calandrado.

Después de que el papel ha sido secado, la estructura superficial de la banda se adecua por medio de un tratamiento mecánico, el calandrado. Existen múltiples métodos de calandrado, pero todos ellos tienen en común que la banda se hace pasar a través de uno o varios pellizcos que se forman entre dos superficies, típicamente entre superficies rotativas de rodillos. El propósito del calandrado es mejorar la calidad del papel mediante el prensado del papel hasta un espesor final fijo, y especialmente mediante el suavizado de su superficie. Como es bien sabido, la humedad mejora la moldeabilidad de las fibras contenidas en el papel en relación con el calandrado. Debido a esto, el calandrado se lleva a cabo bajo un contenido de humedad fijo, "la humedad objetivo del calandrado".

En las siguientes líneas se describirán los procesos de calandrado de ciertas clases SC.

Convencionalmente, el papel SC se produce mediante un proceso fuera de línea. El papel es secado, "sobresecado", en la máquina de papel hasta que tiene una humedad de aproximadamente 2 a 4%. A partir de ahí el papel se humedece hasta que tiene una humedad de calandrado de 8 a 12% antes de enrollarlo. Es típico en el proceso que la humedad tenga tiempo para ecualizarse durante el tiempo de permanencia en la bobina en la dirección z del papel antes del calandrado. En este contexto, el tiempo de permanencia se refiere al tiempo entre el momento de la producción y el comienzo del calandrado.

En aplicaciones en línea multi-rodillo actuales de clases SC el papel se seca en la sección de secado hasta la humedad objetivo del calandrado. Generalmente, es típico en estos procesos que el papel pase directamente al la calandria con la humedad objetivo final de 8 a 12%, o incluso 15%.

Normalmente, cuando el papel es calandrado, su superficie se suaviza y se realza su brillo a costa del espesor del papel. La variable controlada utilizada en el calandrado es la carga lineal y/o la presión del pellizco, que determina la calidad de la superficie del papel así como su espesor final. Especialmente en referencia a los papeles de impresión con bajo gramaje, ha sido imposible implementar un calandrado tal que el que el espesor del papel no fuese reducido sustancialmente al tratar de obtener la calidad superficial deseada.

Hasta el presente, sólo se han presentado teorías respecto a cómo conseguir una estructura del papel tal que el trabajo de calandrado se centre en las capas superficiales de la banda, mientras que la densidad en la parte central de la banda permanezca casi en su estado original, es decir, el calandrado le devolvería su "volumen". Generalmente, se pueden denominar las teorías mediante el término calandrado de gradiente. Nadie ha establecido de manera irrefutable que la producción del llamado papel de gradiente sea posible con papeles de impresión.

El propósito de la invención es presentar un método práctico real para la producción de papel calandrado, cuyo producto final es un papel calandrado de gradiente. Para conseguir este propósito, el método según la invención se caracteriza principalmente por lo que se establece en la parte caracterizante de la reivindicación 1 del apéndice.

El método se basa en un secado profundo de la humedad del cuerpo del papel, es decir, el llamado sobresecado, y en el humedecimiento de este papel sobresecado antes del calandrado de tal forma que el humedecimiento se lleva a cabo en una banda móvil, que es guiada hacia la calandria. En este contexto, el sobresecado se refiere al acto de secar el papel hasta un contenido en humedad más bajo que el contenido que normalmente se permite al papel cuando entra en el pellizco de la calandria, teniendo en cuenta que en el calandrado el contenido en humedad de la banda se reduce todavía en más de 2 puntos porcentuales, donde el papel que se consigue después del calandrado es más seco que la humedad usual en un papel en condiciones normales. El humedecimiento se lleva a cabo a una distancia adecuada del calandrado, de forma que cuando se tiene en cuenta la velocidad de la banda de papel, el agua humectante tiene tiempo para ser absorbida por la superficie del papel. Por otro lado, la dosificación se lleva a cabo de forma que el agua humectante se absorbe sólo en la capa superficial de la banda, mientras que la capa central permanece sustancialmente seca (con la humedad de una banda sobresecada).

En el método, es posible utilizar tanto el calandrado en línea como el calandrado fuera de línea. En el caso anterior, la banda se sobreseca en la sección de secado de la máquina de papel y se hace pasar a la calandria a través de un humedecimiento. En el último caso, la banda se sobreseca en la sección de secado y se enrolla en un carrete para formar una bobina, después de lo cual se desenrolla hacia la calandria a través de un humedecimiento.

Es ventajoso que la calandria sea una calandria multi-pellizco, que tiene pellizcos sucesivos entre los rodillos de la calandria que ejercen una presión de pellizco determinada en la banda que se hace pasar a través del pellizco. Para producir buenas clases de papel de impresión, se utilizan típicamente calandrias con mas de 4 pellizcos.

El aparato incluye un dispositivo humectante que está situado a una distancia adecuada de la calandria. Puede haber dispositivos humectantes a ambos lados de la banda para humedecer ambos lados de la banda. Ambos dispositivos humectantes se sitúan a una distancia adecuada de la calandria, obteniéndose como resultado un papel calandrado con gradiente simétrico, en el que la densidad de ambas capas superficiales es mayor que la densidad de la capa central.

En lo que sigue, la invención se ilustrará con referencia a los dibujos del apéndice, en los que

Fig. 1 muestra una vista lateral esquemática del aparato,

Fig. 2 muestra una vista lateral de una parte del aparato, situada antes de la calandria,

Fig. 3 muestra una curva de calandrado de la técnica anterior,

Figs. 4 a 9 muestran las curvas calandrado conseguidas con el método según la invención, y

Fig. 10 ilustra la estructura del papel conseguida con el método según la invención.

La Fig. 1 muestra un aparato dotado de rodillos 2 o similar para guiar una banda W que se hace pasar desde la sección de secado D de una máquina de papel a una calandria C, habiendo sido la banda W sobresecada hasta una humedad más baja que la humedad de entrada, es decir, la humedad objetivo del calandrado. La sección de secado D es un secador multi-cilindro con un principio conocido. La calandria C es una calandria multi-pellizco en la que se forman sucesivos pellizcos entre los rodillos superpuestos en una columna de rodillos de calandria. La estructura de la calandria puede ser de cualquiera de las usadas en calandrias en línea multi-pellizco. Posee más de 4 pellizcos, y la Fig. 1 muestra una calandria con 6 rodillos y 5 pellizcos. También es posible usar una calandria con 8, 10 o 12 rodillos, y 7, 9 o 11 pellizcos, respectivamente. Como es sabido, la calandria también incluye rodillos con superficies metálicas y poliméricas. Después de la calandria la banda del papel W se enrolla en un carrete M para formar una bobina de máquina.

El aparato incluye un dispositivo humectante 1 que está situado entre la sección de secado D y la calandria C en la dirección de movimiento de la banda. El dispositivo humectante 1 se coloca para humedecer la superficie de la banda W mediante un método conocido. El dispositivo humectante se sitúa suficientemente lejos antes de la calandria C en la dirección de movimiento de la banda, de forma que el agua tenga tiempo de ser absorbida por la capa superficial de la banda. Es ventajoso que el dispositivo humectante 1 sea un humectante de agua que dosifica una cantidad adecuada de agua humectante en la superficie de la banda. El humectante es por ejemplo un rodillo humectante o un spray humectante, o cualquier otro humectante por medio del cual se introduce agua en la superficie del papel, y el agua también puede estar en forma de vapor o una mezcla de vapor y agua líquida. En este contexto, el agua humectante se refiere a todas las sustancias acuosas, sean agua pura o agua que contiene sustancias disueltas o en
suspensión.

Como se puede observar en el dibujo, hay dos dispositivos humectantes 1, uno a cada lado de la banda W, y están situados para llevar a cabo un humedecimiento de ambas caras de la banda de tal forma que la capa central permanezca sustancialmente seca, es decir, con una humedad de sobresecado que el papel posee después de la sección de secado D. La Fig. 1 también muestra los dispositivos M para medir el perfil de humedad de la banda, por medio cuyos dispositivos es posible monitorizar y ajustar la humedad. El primer dispositivo de medida M está situado antes de los dispositivos humectantes 1 y el segundo dispositivo de medida después de la calandria C.

La Fig. 2 muestra un detalle de un aparato similar al mostrado en la Fig. 1 para implementar un humedecimiento de dos caras, en cuyo aparato los dispositivos M para medir el perfil de humedad se sitúan antes y después de los dispositivos humectantes, estando situado el último dispositivo de medida antes de la calandria C.

Dentro del alcance de la presente invención, la humedad de la banda se refiere a la relación de su contenido de agua respecto a su masa completa. Es típico en los procesos de calandrado que suceden al humedecimiento que el proceso sea un proceso de calandrado de gradiente. El gradiente se consigue en el papel mediante su secado hasta una humedad de 0 a 7% y mediante su re-humedecimiento hasta la humedad objetivo de 7,5 a 20% (humedad total). Es ventajoso secar la banda hasta una humedad de 2 a 4%, y es ventajoso re-humedecerla hasta la humedad objetivo de 8 a 12%. Típicamente, el humedecimiento se lleva a cabo inmediatamente antes de la calandria C con un tiempo de residencia suficiente desde el primer pellizco de la calandria, al contrario que antes, cuando el re-humedecimiento se llevaba a cabo antes del enrollado. La situación de el/los dispositivo/s humectante/s 1 para conseguir un tiempo de retraso suficiente se determina de acuerdo con el tiempo de absorción requerido por el agua. En este contexto, el tiempo de absorción se refiere al tiempo después del cual se obtiene un calandrado óptimo en el papel después de aplicar agua al papel. El tiempo de absorción es de 0,2 a 2,0 s. Con relación a las velocidades de banda utilizadas para papeles de impresión, como por ejemplo papeles SC, el punto donde se sitúa el dispositivo humectante 1 es típicamente de 5 a 40 m., ventajosamente de 3 a 35 m antes de la calandria cuando se mide a lo largo del camino recorrido por la banda. La Fig. 1 muestra un dispositivo de ajuste 3 situado entre los dispositivos humectantes 1 y la calandria C, por medio de cuyo dispositivo de ajuste 3 es posible aumentar la longitud del camino recorrido por la banda W desde el punto de humedecimiento hasta la calandria C y correspondientemente el tiempo de absorción, y también es posible cambiar ambos. El dispositivo de ajuste 3 está dotado de elementos, por ejemplo, rodillos, que guían el recorrido de la banda, y cambiando la distancia entre ellos especialmente en la dirección vertical, es posible alterar la distancia antes mencionada dentro de un amplio rango. De forma similar, es posible guiar la banda para que recorra otro camino, haciendo pasar la banda por unos rodillos del sistema de rodillos. El tiempo de absorción es lo suficientemente largo como para que el agua tenga tiempo de extenderse en la capa superficial, pero no humedece el papel totalmente
como es el caso en el humedecimiento llevado a cabo antes del calandrado fuera de línea cuando la banda está esperando en la bobina.

Es típico que el dispositivo humectante 1 produzca una capa o film de agua lo suficientemente uniforme en la superficie del papel. Con relación a un spray humectante, es un hecho conocido que el tamaño medio de gota tiene que estar en una proporción exacta con la cantidad de agua a pulverizar. Típicamente, cuando las cantidades de agua van desde 0,1 a 10 g/m^{2}, es ventajoso utilizar un tamaño medio de gota de aproximadamente 10 a 100 \mum.

Cuando el humedecimiento se efectúa tanto en el lado superior como en el lado inferior de la banda, es posible ajustar los dispositivos humectantes 1 sobre la base de los resultados de las medidas obtenidas después del calandrado. Los dispositivos de medida M situados después de la calandria C pueden así medir las propiedades en ambos lados de la banda a medida que la banda pasa. Además de la humedad, los dispositivos de medida también miden el brillo y/o suavidad, pudiendo estar sus sensores situados dentro del mismo utillaje de medidas, o se pueden situar en diferentes utillajes de medidas entre la calandria C y el bobinado R. Por tanto, la cantidad de agua añadida en el humedecimiento se puede ajustar sobre la base del resultado de la medida (brillo y/o suavidad) en la cara correspondiente, y por tanto desde el dispositivo de medida M hay una conexión de realimentación correspondiente al dispositivo humectante. Si se desean características particulares para cada cara del papel, el humedecimiento en la cara superior se ajusta para que difiera respecto del humedecimiento en la cara inferior para conseguir la diferencia entre las caras. De forma similar, es posible usar el dispositivo de medida M que mide la humedad, que está situado después de la calandria, para medir si se consigue la humedad objetivo final después del calandrado, y el humedecimiento en la cara superior y en la cara inferior se puede ajustar de forma tal que la diferencia deseada entre las caras se recupere, pero al mismo tiempo humedecen juntos la banda W del papel de forma tal que la humedad final deseada se mantenga en el papel después del calandrado.

La invención es apropiada para clases de papel SC. En lo que sigue, se presentarán como ejemplos los requisitos de calidad de algunas clases de papel SC que contienen madera.

clase	luminosidad	opacidad(%)	brillo(%)	suavidad PPS10	densidad kg/m^{3}	porosidad Bendtsen
SC-A	67	93	40-45	1,0-1,2	1100-1200	menos 20
SC-B	67	93	20-35	1,4-1,6	1000	40
SC-C	67	93	25-30	1,8-2,5	8000	90

Las clases SC-A, SC-B y SC-C difieren entre ellas en primer lugar respecto a la pulpa utilizada como material de origen.

Las Figs. 4 a 9 ilustran el resultado final obtenido por medio del método según la invención. Los experimentos se han llevado a cabo con una calandria multi-pellizco que incluye rodillos metálicos y poliméricos, mostrando el eje x de las figuras la presión de pellizco en el pellizco más bajo (último). La presión de pellizco se convierte a partir de la carga lineal con la fórmula de Hertz, y muestra la presión de pellizco media en el pellizco. Se sometió a calandrado papel seco con la humedad de aproximadamente 2 a 3% mediante un humedecimiento de ambas caras de forma tal que la humedad era aproximadamente de 5% después del calandrado. El tiempo de absorción de agua antes del primer pellizco de la calandria fue de aproximadamente 1 s.

El efecto del gradiente de humedad en la calidad del papel depende sustancialmente de la inclinación del gradiente. Cuando las partes centrales del papel están secas, se comportan más elásticamente ante la presión que las superficies húmedas. Por tanto, la mayor parte del efecto de moldeado de papel de la calandria se restringe a superficies húmedas. Después del prensado, la parte central se devuelve elásticamente casi a su estado original. Por tanto, en el calandrado las superficies se vuelven relativamente más apretadas que el centro del papel.

La Fig. 3 presenta una curva de calandrado típica cuando el papel tiene una humedad relativamente uniforme en la dirección z, es decir, en la dirección del grosor. La densidad del papel aumenta pronunciadamente como una función de la presión de calandrado.

Características típicas de los papeles de las Figs. 4 a 9, producidas por medio del método de calandrado de gradiente según la invención, incluyen a su vez menor densidad, mayor grosor, y un objetivo de rigidez mayor en la calidad de la superficie, como brillo y suavidad, en comparación con el papel de la Fig. 3, producido bajo las mismas condiciones pero con una distribución de humedad uniforme. En estos papeles la densidad aumenta sólo una pequeña cantidad en función de la presión de calandrado, lo que indica que el "volumen" en la capa central de la banda se preserva y se obtiene en el papel un gradiente de densidad claro en la dirección del grosor de la banda.

En las figuras, el papel A es un papel offset con el objetivo de un buen brillo. El papel B es un papel offset, con el objetivo de luminosidad además del brillo, y está producido a partir de pulpa blanqueada.

Se observa en los dibujos que dentro del área de presión de pellizco de 30 a 50 Mpa, la densidad de los papeles SC calandrados de gradiente en ambas caras aumenta menos de 2,0 Kg/m^{3} por 1 Mpa (la pendiente de la línea que ilustra la densidad como una función de la presión de pellizco), mientras que en papel SC calandrado convencionalmente (Fig. 3) aumenta en el mismo rango 6 Kg/m^{3} como media por 1 Mpa e incluso en su punto más pequeño el aumento en el extremo superior del rango de presiones está por encima de 3,3 Kg/m^{3} por 1 Mpa. En las líneas de las Figs. 4 a 9, el valor calculado exacto está por debajo de 1,5 Kg/m^{3} por 1 Mpa.

La Fig. 10 muestra esquemáticamente la sección transversal de un papel calandrado de gradiente. El dibujo muestra las capas superficiales W1, W2 que son más densas que la capa central de densidad original. En cualquier caso, es posible que el humedecimiento requerido por el calandrado de gradiente se lleve a cabo sólo en la otra cara de la banda, estando la capa superficial más densa está sólo en una cara del papel.

En lo arriba mencionado, se ha hecho referencia al humedecimiento y consecuentemente al efecto de calandrado de gradiente en relación con el calandrado en línea, pero esto también se puede implementar con calandrado fuera de línea en una supercalandria. Las disposiciones y parámetros ventajosos pueden por otro lado ser los mismos que los mostrados en la Fig. 1 y mencionados en la descripción de arriba, pero la banda W se hace pasar de un dispositivo para desenrollarla a la supercalandria a través de dispositivo/s humectante/s.

Claims

1. Un método para producir papel calandrado, en el cual el papel (W) es calandrado después del secado, en el que el método incluye las siguientes etapas:

-: secado (D) del papel hasta una humedad de menos del un 7% inferior a la humedad objetivo del calandrado.

-: humedecimiento (1) del papel después del secado hasta la humedad objetivo del calandrado de más del 7,5%, y

-: calandrado multi-pellizco del papel a la humedad objetivo cuando el papel es llevado a través de un humedecimiento a una calandria multi-pellizco (C),

-: al menos una de las capas superficiales del papel es humedecida en el humedecimiento mediante la dosificación de agua humectante de forma que el agua humectante sea absorbida por la capa superficial (W1, W2) del papel mientras que la capa central permanece sustancialmente con la humedad hasta la que fue secado el papel,

caracterizado porque

-: el papel producido es una clase de papel SC,

-: a partir del papel humedecido al menos por una de sus caras, se produce papel SC de gradiente por medio de un calandrado de gradiente multi-pellizco, que tiene más de 4 pellizcos y es del tipo en que se forman pellizcos sucesivos entre rodillos superpuestos en una columna de rodillos de calandria, incluyendo rodillos de superficies metálicas y poliméricas, mediante la restricción del efecto de moldeado del papel de la calandria multi-pellizco a la capa superficial humedecida (W1, W2) de forma que la capa central del papel se devuelve por vía elástica sustancialmente a su estado original, y se consigue una diferencia en la densidad en la dirección del grosor en el papel SC mientras que la capa central permanece con una densidad menor que la de la capa superficial (W1, W2),

-: el papel SC de gradiente obtenido es bobinado (R).

2. Un método según la reivindicación 1,

caracterizado porque

el calandrado se efectúa mediante calandrado en línea, en el que el papel (W) se hace pasar del secado al calandrado (C) a través del humedecimiento (1).

3. Un método según la reivindicación 1,

caracterizado porque

el calandrado se efectúa mediante calandrado fuera de línea, en el que el papel (W) pasa a la bobina después del secado con una humedad menor que la humedad objetivo, se desenrolla de la bobina y pasa al calandrado a través del humedecimiento (1).

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque

el papel (W) se seca hasta una humedad de 2 a 4%, y se humedece (1) antes del calandrado (C) hasta la humedad objetivo del 8 al 12%.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque

el humedecimiento (1) se lleva a cabo como un humedecimiento de dos caras de la banda (W).