FI113482B - Menetelmä paperin tai kartongin valmistamiseksi ja menetelmän avulla valmistettu tuote - Google Patents

Description

113482

Menetelmä paperin tai kartongin valmistamiseksi sekä menetelmän avulla valmistettu tuote Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä paperi- ja kartonkituotteiden valmistamiseksi, jossa menetelmässä valmistettavan rainan muokkautumista valmistusprosessin· aikana tarkkaillaan ja raina pintaliimataan ainakin yhdeltä puoleltaan. Menetelmän avulla voidaan myöskin hallita valmistettavan tuotteen käyryyttä.

Keksinnön kohteena on myös menetelmän avulla valmistettu tuote.

Paperin valmistuksessa yhä tärkeämmiksi tekijöiksi ovat tulleet valmistettavan tuotteen sovittaminen tarkasti ostajan laatuvaatimuksiin ja tuotteen valmistukseen kuluvan energian ja raaka-aineiden optimointi. Erilaisia >i>; paperilaatuja valmistetaan hyvinkin erilaisiin käyttökohteisiin ja loppukäyttäjien vaatimukset poikkeavat huomattavasti toisistaan. Yksi esimerkki tämänkaltaisista _. . tuotteista ovat kopiopaperit ja tulostinpaperit. Näille ! vaaditaan muun muassa alhaista pölyävyyttä ja riittävää jäykkyyttä, jotta ne kulkisivat hyvin laitteiden *’* syöttöjärjestelmissä. Tietenkin paperin pintaominaisuuksien , on oltava hyvät tulosteen laadun takaamiseksi. Nämä *;;; ominaisuudet saadaan aikaan käyttämällä neliöpainoltaan '·;** riittävän raskasta pohjapaperia, joka on valmistettu * · ·','· laadukkaasta kuidusta ja lisäksi pintaliimattu. Näistä :ti>: vaatimuksista johtuen kopiopaperin hinta nousee, koska raskas neliöpaino vaatii paljon kuitua ja pintaliimaseoksen ,*·*. applikoinnissa rainaan siirtyvän veden haihduttaminen 11348? 2 vaatii paljon energiaa.

Pintaliimauksen tarkoituksena on parantaa tuotteen pintaominaisuuksia, minkä lisäksi liimaus lisää rainan sisäistä lujuutta. Koska liimauksen avulla parannetaan myös rainan sisäistä lujuutta, on liimaseoksessa oltava runsaasti vettä, jotta seos tunkeutuisi syvälle rainaan. Tämä johtaa suureen kuivatustehon tarpeeseen, mitä lisää vielä se, että vettä on sitä vaikeampi poistaa rainasta, mitä syvemmälle se siihen on tunkeutunut. Pintaliiman kuivattamiseen tarvitaan siis huomattava osa käytettävästä kuivatusenergiasta.

Pintaliimattuja laatuja valmistavalla paperikoneella voidaan käyristymä hallita tänä päivänä joko käyttämällä jälkikuivatusosalla kaksiviiravientiä tai sitten yksiviiraviennissä käsittelemällä radan alapintaa vedellä ja höyryllä. Kaksiviiraviennissä tasapuolinen kuivatus saadaan aikaan asettamalla ylä- ja alasylintereiden höyrynpaineet sopiviksi. Koska yksiviiraviennissä rataan tuodaan lämpöä vain yhdeltä puolelta ja haihtuminen pääsee [ tapahtumaan suurimmaksi osaksi tältä samalta puolelta (alapinnalta), paperi tai kartonki pyrkii käyristymään : yläpintaa kohti. Symmetrisellä paperilla pätee sääntö, '· jonka mukaan käyristymä tapahtuu sille puolelle, joka kuivuu viimeksi. Tämä pätee sekä kaksiviiravientiin että yksiviiravientiin, mutta kaksiviiraviennissä vaikutus on heikompi.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa paperituotteita, joiden \ valmistukseen käytettävä raaka-aine- ja energiamäärä ovat pienemmät kuin nykyisillä tuotteilla, joilla on vastaavat 3 11348? ominaisuudet.

Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan keksinnön sovellusmuoto, jossa menetelmää käytetään valmistettavan paperin tai kartongin käyristymän hallintaan.

Keksintö perustuu siihen, että paperi tai kartonkikoneen puristinosan ja kuivainosan .välinen nopeusero eli vetoero pidetään pienempänä kuin 3% ja pintaliimaukseen käytetään liimaseosta, jossa liiman kuiva-aineiden osuus seoksessa on ainakin 15%.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle tuotteelle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa .

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Kun puristinryhmän ja kuivaintelojen välinen vetoero '· pidetään pienempänä kuin 3%, valmistettavan tuotteen "· sisäinen lujuus (internal bond, Hyugen) murtotyö ja .* murtovenymä kasvavat sekä huokoisuus alenee. Tämä mahdollistaa sen, että pintaliimauksen avulla ei tarvitse enää lisätä tuotteen sisäistä lujuutta, vaan voidaan ..· käyttää suurempia liiman kuiva-ainepitoisuuksia, jolloin >,· liima jää rainan pintaan. Tämän ansiosta saadaan rakenne, jossa liimakerrokset ovat tuotteen pinnoilla ja pohjapaperi \ muodostaa välikerroksen komposiittirakenteen tapaan.

^ Tuloksena on neliöpainoonsa nähden jäykkä tuote. Tällainen 11348/ 4 tuote soveltuu hyvin kopiopaperiksi tai kartonkituotteena pakkauskartongiksi. Kun vetoero pidetään pienenä, vetolujuus pysyy likimain ennallaan poikittaissuunnassa ja koneen suunnassa. Paperin pintaan nähden kohtisuorassa suunnassa (z-suunnassa) murtovenymä ja murtotyö kasvavat ja vetolujuus tässä suunnassa kasvaa.

Toisaalta myös neliömassan alentaminen kasvattaa sisäistä lujuutta 10 - 20%, joten alhaisempaa neliömassaa käyttämällä voidaan käyttää korkeampaa liiman kuiva-ainepitoisuutta. Pintaliimatussa paperissa neliömassan ja puristinvedon välillä on yhteys siten, että 1-2% puristinvedolla neliömassan alentamisella on selvempi vaikutus sisäisen lujuuden kasvuun kuin noin 3% vetoerolla. Siten alhaisemman puristinvedon avulla mahdollinen tuotteen neliömassan pienentäminen vaikuttaa korostavasti alhaisemmalla vetoerolla saatuun etuun.

Edellä mainitut pohjapaperin lujuuteen liittyvät seikat, . erityisesti pienempi huokoisuus johtuvat suurelta osin , siitä, että pienemmällä vetoerolla pohjapaperin kuidut eroavat vähemmän toisistaan ja niiden muokkautuminen rainaan kohdistuvan venytyksen vähetessä on pienempi.

; Pienellä vetoerolla rainaa ei vahingoiteta venyttämällä.

Vetoeron pienentäminen on saavutettavista eduista huolimatta mahdollista ainoastaan, jos käytetään moderneja rainan ohjausmenetelmiä. Rainan nopeuserojen tarkoituksenahan on pitää raina koneen telojen pinnoilla, ·.: mikä suurilla nopeuksilla ja rainaa märkänä käsiteltäessä ’on vaatinut suurta kireyttä eli suurta vetoeroa. Pienemmän | , vetoeron mahdollistavat muun muassa aikaisempaa paremmin tuetut radan ohjaukset viirojen ja huopien avulla sekä 11348^ 5 korkeaan paikalliseen alipaineeseen perustuvat imulaatikot, joilla raina voidaan erottaa telojen pinnoilta.

Kun vetoeroa pienennetään, koneen suuntainen kimmomoduli laskee hiukan, mutta poikittaissuuntainen kimmomoduli pysyy ennallaan, mikä on tärkeää erityisesti kopiopaperia valmistettessa, koska sillä juuri poikittaissuuntainen jäykkyys on tärkeä paperin syötettävyyden kannalta.

Kun pintaliiman kuiva-ainepitoisuutta nostetaan, rainaan siirtyvä vesimäärä vähenee, mikä johtaa suoraan alhaisempaan kuivatustehon tarpeeseen. Tätä ilmiötä korostaa vielä se, että veden imeytyminen rainaan on vähäisempää. Pintaliimaseokseen voidaan lisätä muitakin lisäaineita, kuten kirkastetta tai pigmenttihiukkasia. Erityisesti kirkasteen avulla on saavutettu edullisia tuloksia. Koska pintaliima jää rainan pintaan, mahdollisesti käytettäviä lisäaineita tarvitaan vain vähän, koska niitä ei hukkaannu rainaan imeytyessään. Niinpä . voidaankin käyttää aikaisempaa laajemmin myös kalliita lisäaineita. Yksi kirkasteen käytön erityispiirre on, että ·' keksinnön mukaisella menetelmällä kirkasteen käyttö lisää [ tuotteen vaaleutta, vaikka perinteisesti kirkasteen on ;katsottu vaikuttavan haitallisesti vaaleuteen. Koska * pintaliima muodostaa tiiviin erillisen kerroksen rainan » t f ···' pinnalle, keksinnön mukainen tuote soveltuu mustesuihku- tulostukseen ja vastaaville tulostusmenetelmille, koska *··· muste ei pääse imeytymään liikaa kuituihin ja kuitujen väleihin ja mustepisteiden sekä kuvioiden rajoista tulee tarkkoja.

Käyristymän hallinta voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä toteuttaa joko muuttamalla pintaliiman määrää 11348Γ 6 tai muuttamalla liimaseoksen sisältämän veden määrä. Koska korkeilla kuiva-ainepitoisuuksilla liiman tärkkelys jää paperin pintaan, paperin rakenteesta muodostuu kerros-rakenteen omainen pintaliimatun kerroksen toimiessa kuorirakenteena. Tämän kuorirakenteen vaikutus paperin jäykkyyteen ja myös käyristymään on voimakas. Siten keksinnön mukaisella tavalla voidaan vaikuttaa tehokkaasti käyristymään. Niinpä voidaan todeta seuraavaa: - nykyiset kuivatusosat riittävät suuremmillakin nopeuksilla, - vettä ja höyryä ei tarvitse käyttää käyristymän säätöön lainkaan tai sitten murto-osa nykyisestä määrästä, - ajettavuus ja hyötysuhde voidaan säilyttää korkealla tasolla.

Käyristymän hallinta paranee siis olennaisesti nykyisestä, kun siirrytään eri puolten erilaisiin liimauksiin käyttämällä esimerkiksi hyväksi mahdollisuutta säätää liiman kuiva-aine-eroja. Sen sijaan vaikutus absorptioon on sellainen, että alapinnan absorptio kasvaa, koska sinne laitetaan suurempi vesimäärä käyristymän hallinnan vuoksi.

, Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettuja paperi- ja kartonkilaatuja ei yleensä kalanteroida tai päällystetä, mutta mitään estettä tuotteen tällaiselle jatkojalostamiselle ei kuitenkaan ole.

Seuraavassa keksintöä tarkastellaan esimerkin avulla.

• ‘ Esimerkin paperi soveltuu hyvin kopio- tai tulostin- paperiksi.

;·· Kopiokonevalmistajien suosittelema kopiopaperin neliöpaino on nykyisin 80 g/m2. Tällä pyritään takaamaan paperin 11348? 7 riittävä jäykkyys koneiden syöttö- ja tulostinlaitteissa. Tyypillisesti tällaisen paperin pintaliimauksessa käytetään seosta, jonka kuiva-ainepitoisuus on noin 10% ja annostelumäärä esimerkiksi 10 g/m2 paperin molemmin puolin märkänä filminä. Tällöin kuivan liiman kokonaispainoksi tulee 2 g/m2, ja pohjapaperin neliöpainon on oltava 78 g/m2.

Keksinnön mukaan paperin sisäinen lujuus varmistetaan pitämällä paperikoneen puristinryhmän ja kuivainryhmän välinen vetoero pienempänä kuin 3% ja edullisesti välillä 1 - 2%, jolloin tarvittava paperin sisäinen lujuus on hyvä. Jos pohjapaperin neliömassaa lasketaan alueelle 68 - 72 g/m2, tuotteen jäykkyys alenee laskennallisesti 15 - 25%. Tämä ohuemmasta pohjapaperista johtuva jäykkyyden aleneminen kompensoidaan käyttämällä pintaliimaukseen seosta, jonka kuiva-ainepitoisuus liima-aineen kuiva-aineena on 25%, jolloin saavutetaan riittävä tuotteen ,,,, jäykkyys ja vähintäänkin alhaisemmalla kuiva-aine pitoisuudella liimatun tuotteen pinnan laatuominaisuudet. Liiman kuiva-ainepitoisuutta määritettäessä tässä tarkoitetaan varsinaisten liiman aineosasten osuutta suhteessa seoksen sisältämään vesimäärään. Seoksen I , kokonaiskuiva-ainepitoisuus voi olla suurempikin ’ esimerkiksi pigmenttilisäystä käytettäessä, mutta liima- aineiden osuus yhteenlasketusta liima-aine ja vesimäärästä ei saisi alittaa 15%, jotta liiallisesta tunkeumalta kuitujen väliin vältyttäisiin. Edullisesti kuiva-* ‘ ainepitoisuus on ainakin 20% ja edullisimmin 25%. Liiman kokonaisannostelumäärä kuivana kerroksena voi olla sama '· kuin alhaisempaa kuiva-ainepitoisuutta käytettäessä, mutta jos tuotteen neliöpainon on oltava määrätty, esimerkiksi edellä mainittu 80 g/m2, liiman määrää voidaan lisätä.

1 1348? 8 Tällöin 68 g/m2 pohjapaperia käytettäessä 25% kuiva-ainepitoisuudella märkä filmiksi tulisi 24 g/m2 paperin molemmin puolin, mikä on melko suuri annostelumäärä, joten tällöin olisi edullista käyttää vielä suurempaa kuiva-ainepitoisuutta .

Keksinnön avulla on mahdollista optimoida käytettävien raaka-aineiden kulutusta ja erityisesti tuotteen jäykkyyttä. Tuotteen pintaan jäävän 1ilmakerroksen ansiosta sen vaikutus jäykkyyteen on suuri, joten liimamäärällä voidaan muunnella tuotteen jäykkyyttä pohjapaperin paksuuden muuttamista helpommin. Koska pintaliimaa ei tarvita pohjapaperin sisäisen lujuuden nostamiseen, sen ominaisuudet voidaan käyttää täysin paperin pintaominaisuuksien ja jäykkyyden kasvattamiseen.

Keksintö soveltuu erityisen hyvin kopiopaperin ja mustesuihkutulostuspaperin valmistamiseen, mutta sitä voidaan hyödyntää muissakin tuotteissa, joissa vaaditaan hyvää jäykkyyttä neliöpainoon nähden, jopa pakkaus-‘ kartongeissa. Periaatteessa on mahdollista, että raina pintaliimataan vain toiselta puoleltaan, mikäli tällaiselle tuotteelle on tarvetta. Pintaliimassa voi toki olla muutakin nestettä kuin vettä, jolloin liima-aineiden osuus * lasketaan suhteena kokonaisnestemäärään.

Keksinnön mukaisessa tuotteessa liiman on oltava tuotteen pintakerroksessa ja tunkeuman kuitujen väliin on oltava pieni. Niinpä liiman kokonaismäärästä ainakin 80% ja edullisesti 90% on oltava kuitukerroksen päällä.

Pintaliiman kuiva-ainepitoisuuden nosto mahdollistaa sen, että rainan ylä- ja alapinnalle voidaan panna sama määrä 9 1 13482 liimaa, mutta eri kuiva-ainepitoisuuksina, jolloin myös rainaan eri puolille syötettävät vesimäärät voivat vaihdella paljon. Vaihteluväli liiman kuiva-ainepitoisuudessa voi olla niinkin suuri kuin 8...30 %. Jos rainaan jäävän kuivan liiman määränä pidetään 1.5 g/m2, tarkoittaa tämä sitä, että rataan voidaan laittaa vettä minimissään 3.5 g/m2 ja maksimissaan 17.3 g/m2. Ero on siis todella suuri. Tämä puolien mahdollinen vesimäärä ero muuttaa paperin käyristymätaipumusta kuivatuksen jälkeen, joten tällä tavoin on mahdollista tehokkaasti hallita paperin käyristymää.

Yhdellä nykyisellä pintaliimakoneella rainaan syötetään vesi-liimaseosta, jossa on vettä niin paljon, että neliöpainoltaan 70-grammaisen radan kuiva-aine putoaa arvosta 97% arvoon noin 70%, jolloin radassa on vettä noin 30 g/m2 siten, että se on jakautunut jotakuinkin tasan rainan paksuussuunnassa. Tämän vesimäärän poistaminen , rainasta vaatii monta kuivatussylinteriä. Jos konseptina on • yksiviiravienti, rainaan syntyy kosteusero alapinnan kuivuessa ensin ja tuloksena on sisäisiä jännityksiä, jotka aiheuttavat käyristymän paperin yläpintaa kohti.

>

Tilanteessa, jossa rainaan laitettava vesimäärä olisi vain puolet nykyisestä, tämä voitaisiin tehdä esimerkiksi seuraavalla tavalla: liimamäärä sama 1.5 g/m2 sekä ala-että yläpinnalle, mutta liiman kuiva-ainepitoisuus alapinnalle 10 % ja yläpinnalle 25 %. Vastaavat vesimäärät ovat 13.5 g/m2 ja 3.5 g/m2. Tällöin siis alapinnalta : # poistettava vesimäärä on yli kolme kertaa suurempi kuin yläpinnalta poistettava vesimäärä. Yksiviiravientisessä kuivatusryhmässä tapahtuu siis haihdutusjakauman radikaali ,* muutos. Yläpinnan kautta poistettava vesimäärä on niin 10 11348" paljon alhaisempi, että voimme olettaa myös käyristymän pienenevän ja jopa muuttavan suuntaa, jos vesimäärien ero ylä- ja alapuolen välillä laitetaan riittävän suureksi.

Edellä kuvatuilla vesimäärillä (13.5 g/m2 ja 3.5 g/m2) esimerkin mukaisen 70-grammaisen rainan kuiva-aine on 80.5%, joka on huomattavasti enemmän kuin nykyään käytetty noin 70%. Tarvittavien kuivaussylinterien lukumäärä vähenee. Esimerkiksi paperikoneessa, jossa on 12 sylinteriä yksiviiraviennissä tilanne kuivatuksen osalta on seuraava. Kuivatusryhmän kaksi viimeistä sylinteriä ovat jäähdytys-sylintereitä ja rainaan tuodaan lisäksi vettä kuivatusosan lopussa yli 1 g/m2. Jos rainaan liimauksessa syötetty vesimäärä alenee esimerkin mukaisesti, tarkoittaa tämä sitä, että vesimäärä putoaa noin 43 % nykyisestä (30 g/m2 vs. 17 g/m2). Kuivatussylintereitä tarvitaan siis noin 40 % vähemmän kuin aiemmin.

t # · * » 1 ! > I ! « » ) k i

Claims (16)

1. Menetelmä paperin tai kartongin valmistamiseksi, jossa menetelmässä: - valmistetaan pohjaraina, - kuivataan pohjarainaa paperikoneen puristinosalla, - kuivataan pohjarainaa edelleen paperikoneen kuivainosalla, - asetetaan pohjarainan nopeudelle puristinosan ja kuivainosan ensimmäisen kuivatusryhmän välille nopeusero, eli vetoero, ja - pintaliimataan ainakin rainan yksi pinta, tunnettu siitä, että - asetetaan vetoeroksi korkeintaan 3%, ja - käytetään pintaliimaseosta, jossa liima-aineiden osuus liima-aineiden ja nesteen kokonaismäärästä on ainakin 15%.

1 1348Γ

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsitellään rainan molemmat puolet ja ainakin .. yhdelle rainan pinnalle levitetään pintaliimaseosta, jossa liima-aineiden osuus liima-aineiden ja nesteen . , kokonaismäärästä on ainakin 15% ja rainan eri puolille levitettävien seosten liiman kuiva-aineen määrän suhde seoksen vesimäärään poikkeaa toisistaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään pintaliimaseosta, jossa liima-aineiden osuus liima-aineiden ja nesteen kokonaismäärästä ‘i · on ainakin 20%, edullisesti 25%.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu : siitä, että asetetaan vetoeroksi 1-2%. 11348?

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisätään liimaseokseen kirkastetta.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1, 3, 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pintaliimataan rainan molemmat pinnat.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan eri puolille levitettävä liima-ainemäärä on samansuuruinen, mutta vesimäärä on erisuuruinen.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan eri puolille levitettävä liima-ainemäärä on erisuuruinen, mutta vesimäärä on samansuuruinen.

9. Paperi- tai kartonkituote, joka käsittää kuitukerroksen ja ainakin yhden pintaliimatun puolen, tunnettu sitä, että ' ·, ainakin 80% ja edullisesti 90% pintaliimasta on ‘ ” kuitukerroksen päällä. * t

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tuote, tunnettu siitä, : että pintaliima sisältää kirkastetta.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen tuote, tunnettu siitä, että rainan molemmat puolet on pintaliimattu.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen tuote, tunnettu siitä, että tuote on kopiopaperi.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen tuote, tunnettu siitä, että tuote on mustesuihkutulostepaperi. 11348"

14. Menetelmä paperin tai kartongin käyristymän hallitsemiseksi, jossa menetelmässä: - valmistetaan pohjaraina, - kuivataan pohjarainaa paperikoneen puristinosalla, - kuivataan pohjarainaa edelleen paperikoneen kuivainosalla, - asetetaan pohjarainan nopeudelle puristinosan ja kuivainosan ensimmäisen kuivatusryhmän välille nopeusero, eli vetoero, ja - pintaliimataan rainan molemmat pinnat, tunnettu siitä, että - asetetaan vetoeroksi korkeintaan 3%, - käytetään pintaliimaseosta, jossa liima-aineiden osuus liima-aineiden ja nesteen kokonaismäärästä on ainakin 15%, ja - rainan eri puolille levitettävien seosten liiman kuiva-aineen määrän suhde seoksen vesimäärään poikkeaa toisistaan. s

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan eri puolille levitettävä liima-ainemäärä on samansuuruinen, mutta vesimäärä on erisuuruinen. > f

16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan eri puolille levitettävä liima-ainemäärä on erisuuruinen, mutta vesimäärä on samansuuruinen. i » » i * · • > . 1 » 1 1348?