FI118388B - Menetelmä paperin kalanteroinnissa - Google Patents

Description

118388

Menetelmä paperin kalanteroinnissa

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää paperin kalanteroinnissa, jossa tietyssä kosteudessa olevaa paperirainaa kalanteroidaan 5 lämmön ja paineen avulla.

Paperin kuivatuksen jälkeen rainan pintarakenne saatetaan halutuksi pinnalle suoritettavalla mekaanisella käsittelyllä, kalanteroinnilla. Kalan-terointimenetelmiä on monia, mutta kaikille niille yhteistä on rainan 10 vieminen yhden tai useamman nipin läpi, joka muodostuu kahden pinnan, normaalisti pyörivien telapintojen väliin. Kalanteroinnin tarkoituksena on parantaa paperin laatua puristamalla se tiettyyn vakioloppu-paksuuteen ja erityisesti siloittamalla sen pintaa. Kosteus parantaa tunnetusti paperin sisältämien kuitujen muokkautuvuutta kalanteroinnin 15 yhteydessä. Tämän johdosta kalanterointi suoritetaan tietyssä kosteuspitoisuudessa, "kalanteroinnin tavoitekosteudessa". Kalanterointi-kosteuden nosto parantaa myös kalanteroidun paperin lujuusominaisuuksia.

20 Tällaisen menetelmän mukaan, jossa paperirainaa kalanteroidaan tietyssä kosteudessa lämmön ja paineen avulla, pyritään siis saamaan aikaan pintaominaisuuksiltaan ja rakenteeltaan haluttua paperia.

*·· * » • · : Kalenterilla tarkoitetaan monitela-, soft-, hihna-, metallihihna- tai .·*··.* 25 pitkänippikalanteria.

• φ ··· * » • · · :.\V Ennestään on tunnettu paperinvalmistusmenetelmiä, joissa paperia • · ***** ensin kuivataan kuivatusosalla, josta se johdetaan jatkuvana rainana kalanteriin. Paperin kuivatuksen yhteydessä kuivatusosalla voidaan :.:*: 30 suorittaa paperin kosteusprofiilin korjaukseen tähtäävää rainan kostu- tusta.

• · • · · • · · .*··.* Kalanteroitua paperia on esitetty valmistettavaksi ensinnäkin siten, että paperin valmistusprosessin yhteydessä suoritetaan kalanterointi, jolloin :.**.: 35 raina kuivataan kuivatusosalla suoraan ns. kalanterointikosteuteen eli :.*·· kalanteroinnin tavoitekosteuteen.

2 118388

Suomalaisessa patentissa 105839, jota vastaa julkaisu WO 00/03087, on esitetty menetelmä, jossa paperirainaa kuivataan ensin kuivatus-osalla tiettyyn ensimmäiseen kosteuspitoisuuteen, jonka jälkeen rainan kosteutta lisätään toiseen, rainan käsittelykosteuspitoisuuteen, jonka 5 jälkeen rainaa johdetaan olennaisen välittömästi paperin käsittelyyn, jossa sen pintaominaisuuksiin vaikutetaan, jonka jälkeen rainaa rullataan näin muodostuville paperirullille. Viipymäaika kostutuksesta paperin käsittelyyn kalanteroinnilla on 0.2-2.0 sekuntia patentin mukaan.

10 Tämän patentin 105839 edullisen suoritusmuodon mukaan suoritetaan paperin valmistus jatkuvatoimisena prosessina niin, että muodostunutta rainaa kuivataan siten, että rainan kosteuspitoisuus laskee halutulla tavalla tiettyyn ensimmäiseen kosteuspitoisuuteen edullisesti <6%, 15 tyypillisesti tapauksesta riippuen 2-6 % kosteuteen, jonka jälkeen rainan kosteutta lisätään toiseen, rainan käsittelykosteuspitoisuuteen, joka on edullisesti > 8 %, edullisimmin 8-12 %, siis korkeampi kuin ensimmäinen kosteuspitoisuus, jonka jälkeen rainaa johdetaan olennaisen välittömästi kalanterointiin.

20

Edellä kuvatun menetelmän avulla mm. paperin mittapysyvyys paranee, kun kuidut kokevat ensimmäisen kuivatusvaiheen. Tämä .···! ’’ylikuivaaminen” on perusteltua siksi, että paperin kosteus- laajenemapotentiaali pienenee, kun sen paperinvalmistuksessa koke- 25 ma alin kosteuspitoisuus pienenee. Tämä tarkoittaa rauhallisemmin .***;* käyttäytyvää rainaa esimerkiksi painatuksessa.

* · * • * · • · · · • · · ’···'* On siis yleisesti tunnettu seikka, että paperin kosteuspitoisuuden nosto parantaa kalanterointitulosta. Ongelmana on yleisesti eri menetelmistä · 30 huolimatta ollut se, että kalanteroinnin jälkeen raina karhenee vielä uu- destaan. Näin kalanteroinnin ansiosta saavutettua pinnan sileyttä me- / . netetään osittain.

• * · • · • · • * ’*:* Syynä karhenemiseen on kuitujen ja kuituverkoston rakenteessa ta- V·: 35 pahtuvat muutokset kuivatuksen aikana. Kun vesi poistuu kuiduista, kuidut kutistuvat etenkin poikkisuunnassa ja niiden rakenne muuttuu.

3 118388

Yksittäisten kuitujen kutistuminen vaikuttaa kuitusidosten kautta koko katuverkoston muotoon ja ilmeisesti myös paperin pinnan karheuteen.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa em. epäkohdat ja esittää mene-5 telmä, jossa kuitujen käyttäytyminen voidaan hallita. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että että paperiraina kalanteroidaan sen pinnan kuitujen kosteuden ollessa FCP:ssä (fiber collapse point) siten, että paperin mainitut kuidut kuivuvat kalanteroinnissa loppu kosteuteen, joka 10 on alempi kuin FCP:tä vastaava kosteus.

Suurin osa kuidun kutistumisesta tapahtuu, kun tietty kuiva-aineitoisuus on saavutettu. Tämä piste on ns. fiber collapse point, FCP, johon kuidun morfologialla tai kemiallisella koostumuksella ei ole suurta vaiku-15 tusta. FCP sijaitsee kapealla yksittäisten kuitujen kosteusalueella, kiintoainepitoisuus n. 85-88%, eli kosteus 12-15%. Tämä on kapeampi kosteusalue kuin mitä aikaisemmin on suositeltu kalanteroinnissa.

20 Paperiraina kalanteroidaan sen kuitujen FCP:ssä siten, että paperi kuivuu samalla kuitujen FCP:tä alempaan loppukosteuteen. Merkittävää pinnan kuitujen kutistumista ja karhenemista ei enää tapahdu .··*! kalanteroinnin jälkeen, koska kuitujen kutistuminen ja kuivuminen tapahtuu kalanteroinnin aikana. Kalanterointi voi tapahtua yhdellä tai .I./ 25 useammalla nipillä käyttäen sopivia lämpötiloja.

♦ · ··· • ♦ * · · : On mahdollista määrittää paperimassan kuitujen FCP ja käyttää tätä :···: kosteusarvoa kalanteroinnin sisäänmenokosteuden (tavoitekosteuden) minimiarvona. Kun raina tulee ulos kalanterista, sen kosteus on laske- f 30 nut alle FCP:n. Oleellista on siis, että tunnetaan paperin raaka- O ainekuitujen FCP, ja kalanterointi suoritetaan siten, että näiden kuitujen .·.*: kosteus kulkee FCP:n kautta kalanteroinnin aikana.

» ·· • · • · ♦ • ·

Kullakin kuituraaka-ainetyypillä on oma FCP, joka voidaan määrittää 35 tarkkana lukuarvona. Kyseessä on kuivatuksen edetessä saavutettu kuiva-ainepitoisuus, jossa kuidun poikkipinta-ala ja kuidun leveys putoavat jyrkästi. Kullekin kuitutyypille voidaan määrittää FCP esim.

4 118388 mikroskooppisella mittausmenetelmällä, joka on kuvattu julkaisussa Nanko, H., Asano, S. and Ohsawa, J./’Shrinking Behaviour of Pulp Fibers During Drying”, 1991 International Paper Physics Conference, pp. 365-373. Eräitä esimerkinomaisia tarkkoja arvoja on mm. 5 seuraavat: valkaistu japanilaisen pyökin sellu 88 %, valkaistu poppelisellu 85 %.

Koska rainan pinnassa olevat kuidut määräävät suurelti rainan ominaisuudet ja toisaalta rainaan kalanteroinnissa kohdistettavan 10 muokkauksen tulisi olla pintapainotteista ohentaen tuotteen rakennetta mahdollisiman vähän, on oleellista että nimenomaan pinnassa olevat kuidut täyttävät mainitut ehdot FCP-pisteen suhteen, t.s. ainakin ne ovat FCP:ssä kalanteroinnissa. Keskiosan kuidut ovat edullisesti FCP:tä alemmassa kosteuspitoisuudessa. Uudelleenkostutus 15 kuivatusosan jälkeen suoritetaan yksi- tai molemminpuolisesti edullisesti siten, että kostuttava vaikutus rajoittuu vastaavan pinnan kuituihin tietylle syvyydelle (z-suunnassa). Tämä voidaan toteuttaa sopivalla kostutusveden annostelulla.

20 Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa • * • · · • * · • · :***: kuva 1 esittää kaavallisesti keksinnön mukaisen menetelmän mu- t · · kaisen rainan kosteuspitoisuuden kehitystä, ja !:··! 25 • · kuva 2 esittää kaavallisesti keksinnön mukaista menetelmää käyttävää laitteistoa.

• · • · ·

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän avulla saatu ··: : 30 rainan kosteuspitoisuuden kehitys. Siinä on nähtävissä kuinka muodos- • · * tunutta rainaa kuivataan siten, että rainan kosteuspitoisuus laskee ha- : lutulla tavalla tiettyyn ensimmäiseen kosteuspitoisuuteen M1, jonka jäl- .··*.* keen rainan kosteutta lisätään toiseen, rainan käsittelykosteuspitoi- • · suuteen M2, joka on ainakin pintakuitujen kosteuden suhteen :·*·: 35 korkeampi tai vähintään yhtäsuuri kuin em. FCP, jonka jälkeen rainaa * » johdetaan olennaisen välittömästi kalanterointiin, jossa sen 5 118388 pintaominaisuuksiin vaikutetaan ja jonka aikana rainan kosteus laskee kuitujen FCP:n alapuolelle.

Kuvassa 2 on esitetty laitteisto, jossa sovelletaan keksinnön mukaista 5 menetelmää. Kuvassa on esitetty paperikoneen ns. kuiva pää. Kuvassa on esitetty erilaisten sylinterien ja telojen ja muiden rainaa ohjaavien laitteiden avulla määrättyä kulkurataa liikkuvaksi järjestetty paperiraina W, joka on muodostettu alkujaan paperikoneen muodostusosalla vesipohjaisesta kuitususpensiosta, josta vesi on poistettu peräkkäisissä 10 vaiheissa siten, että raina on vähitellen muodostettu koossa pysyväksi, tietyn kosteuspitoisuuden omaavaksi rakenteeksi. Kuivatusosalta D, jossa paperi on kuivattu tiettyyn kosteuspitoisuuteen, raina johdetaan kalanteriin C. Kuivatusosalla käytetään tavallisesti useita kuumennettuja sylintereitä, joiden yli raina kulkee kontaktissa. Kun raina lähtee 15 kuivatusosalta D, se on ensimmäisessä kosteuspitoisuudessa M1. Kui-vatusosan D ja kalanterin C välisellä rataviennillä paperiraina W kostutetaan kostutuslaitteella 1 uudelleen toiseen, korkeampaan kosteuspitoisuuteen M2, joka on kalanterin C sisäänmenokosteus. Tämä kosteus valitaan niin, että ainakin kalanteroitavan pinnan kosteus on 20 vähintään kuitujen FCP:tä vastaava kosteus.

:*·.· Kalanterointiolosuhteet kalanterissa C valitaan niin, että rainan pinta • · .*··. kuivuu sen kuitujen FCP.tä pienempään kosteuteen (kalanterin ulostu- .·.**: lokosteus), eli kosteustaso M3. Kuitujen kosteus ajan funktiona kulkee ,··/ 25 siis FCP:n kautta kalanteroinnin aikana. Kuitujen kuivuminen tapahtuu ;'l] sen johdosta, että raina on kontaktissa kuumennettuun kalanteritilan \\V pintaan. Kyseessä ei ole siis mielivaltaisesti tai aikaisemmin • · '··*' tunnettujen tavoitteiden mukaan valittu kosteus, vaan nimenomaan tietoisesti FCP:n pohjalta valittu kuitujen kosteusarvo (ja vastaavasti : 30 kuiva-ainepitoisuus).

• φ • · • · .·!: Kuvassa 2 on esitetty on-line-moninippikalanteri, jossa on useampia • · · .··/ kuumennettuja teloja, joiden kanssa raina tulee kontaktiin vastaavassa *.*'* kalanterinipissä. Moninippikalanterille tyypillisesti rainan sama pinta • m 35 tulee kosketuksiin kahden tai useamman kuumennetun pinnan kanssa V-j kulkiessaan kalanterin läpi. Kuvassa 2 on esitetty, kuinka raina tulee käsitellyksi tällä tavoin molemmilta puolilta. Lisäksi kalanteria edeltävä 6 118388 kostutus kostutuslaitteella 1 on molemminpuolinen. Viitenumerolla 2 on merkitty telastoa, jolla viipymäaikaa kostutuksen ja kalanteroinnin välillä voidaan säätää, esimerkiksi liikuttelemalla teloja toistensa suhteen siten, että rainan kulkema matka kostutuslaitteista 1 kalanteriin 5 C muuttuu. Kirjaimilla S on merkitty mittauslaitteita (mittaraamit, joissa kosteutta mittaavat anturit), joilla rainan kosteutta voidaan tarkkailla ja tarvittaessa säätää niiden antamien tietojen avulla automaattisesti kostutuslaitteita 1, jotta kalanteroitava pinta saavuttaisi FCP:n suhteen halutun tavoitekosteuden ennen kalanteriin menoa. Paperin raaka-10 aineena käytettyjen kuitujen FCP voidaan määrittää erikseen laboratoriossa ja käyttää tätä määritystulosta mainitun tavoitekosteuden asettamiseen.

Kalanteroinnin jälkeen raina W, jolla on em. kolmas kosteuspitoisuus 15 M3, rullataan rullalle kiinnirullaimessa R. Näin saadusta konerullasta R

voidaan muodostaa jälkikäsittelyprosessissa asiakasrullia pituusleikkurilla (ei esitetty).

Vaikka edellä on kuvattu moninippikalanteri, voidaan käyttää myös ka-20 lanteria, jossa on vain yksi nippi, kuten metallihihnakalanteri tai soft-kalanteri. Nippi voi olla esimerkiksi ns. pitkä nippi, jossa paperirainan toinen puoli tulee pidemmäksi aikaa kontaktiin kuumennetun :*··; kalanteritelan kanssa. Tämän toisen puolen kosteus kulkee FCP:n kautta nipissä.

25 • · ♦ ·

Keksinnöllä saadaan seuraavat edut: • · * • · · *·· · ··· • m ***** - Koska FCP sijaitsee paperinvalmistuksessa käytettävillä selluloosapohjaisilla kuiduilla tyypillisesti kosteuspitoisuudessa 12 : 30 -15 %, eli suhteellisen korkeassa kosteudessa, paperin muokkaa- minen on helpompaa kalenterissa ja kalanterointi voidaan suorit-: taa kevyempirakenteisilla kalantereilla.

.···* - Kosteuden nosto parantaa myös lujuusominaisuuksia.

Kalenterissa olevan rainan poikkisuuntainen FCP.stä johtuva :.*·: 35 voimakas kutistuma on estetty paremmin kuin kuivatusosalla, :Λ: joten poikkisuuntainen kutistumaprofiili muodostuu 7 118388 tasaisemmaksi, mistä johtuen paperin dimensiostabiliteettiprofiili on myös parempi.

Mikäli käytetään raaka-aineena massaa, jossa on kahta tai useampaa 5 kuitututyyppiä, joilla on eri FCP.t, käsittelyn FCP valitaan pääkomponentin mukaan (olettaen että eri kuitutyypit ovat jakautuneet suhteellisen yhtenäisesti paperiin z-suunnassa, eli pinnassa on eri kuituja suunnilleen kuitukomponenttien suhteessa). Tämän vuoksi on edullista käyttää massaa, jonka kuitukomponenteista on vähintään 75 10 p-%, edullisesti vähintään 80 p-% FCP:n osalta samaa kuitua. On myös mahdollista valita seoksen eri kuitutyypit niin, että vaikka ne ovat eri raaka-ainetta, niiden FCP on sama.

Paperilla tarkoitetaan tässä kaikkia kuiduista valmistettuja rainamaisia 15 kalanteroitavia tuotteita neliömassasta riippumatta, joille on ominaista pinnan kuitujen tietty FCP.

• · • ♦ · • ·♦ • · ··· • · • ♦ ··· • · ♦ ♦ « • ·· • · ·»♦ • 1 • · ·1♦ ♦ · • · · • · « *·· · ··· • 1 • · ··· • « • · · ♦ ♦ · ♦ ·· · ··· • » • · ··· • · • · ♦ • ·♦ • · ··♦ • · • ♦ »·· • · • · · • · · • » • · · • ·· • ♦

Claims (7)

118388

1. Menetelmä paperin kalanteroinnissa, jossa tietyssä kosteudessa olevaa paperirainaa, jolle on ominaista pinnan kuitujen tietty FCP (fiber 5 collapse point), kalanteroidaan lämmön ja paineen avulla, tunnettu siitä, että paperiraina kalanteroidaan sen pinnan kuitujen kosteuden ollessa tässä tietyssä FCPissä siten, että paperin mainitut kuidut kuivuvat kalanteroinnissa loppukosteuteen, joka on alempi kuin FCP:tä vastaava kosteus. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperirainan kuitujen sisäänmenokosteus kalanterointiin on yhtäsuuri kuin niiden kosteus FCP:ssä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperirainan kuitujen sisäänmenokosteus on korkeampi kuin niiden kosteus FCPissä, ja paperirainan kuidut saavuttavat kalanteroinnin aikana FCP:tä vastaavan kosteuden ja kuivuvat kalanteroinnin aikana FCP:stä loppukosteuteen. 20

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet- . tu siitä, että paperi kuivuu kalanteroinnin aikana loppukosteuteen, joka *:..*·* on alueella 2-10 %, erityisesti 5-9 %. • · • · • · · • · *·*: 25

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet- tu siitä, että paperirainaa kalanteroidaan kuitujen kosteuden FCP:ssä moninippikalanteroinnissa johtamalla paperiraina usean kuumennetun telan ja pehmeäpintaisen telan muodostaman nipin läpi. ·*... 30

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet- .*··. tu siitä, että paperi rullataan loppukosteudessa, joka on saavutettu *" kalanteroinnissa. • · · • » · • · ·

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että paperimassassa käytettyjen kuitujen FCP määritetään * * .*··. erikseen ennen kalanterointia, ja kalanterointiolosuhteet säädetään • · * tästä määrityksestä saadun FCP:n mukaan. 118388