NO143807B - Fremgangsmaate ved fremstilling av en bane av papir eller kartong - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling

av en bane av papir eller kartong, f.eks. papir, kartong, foldbar eskekartong og papp. Selv om den ikke er begrenset til dette, vil oppfinnelsen i det følgende bli beskrevet under henvisning til fremstilling av pappaktig foldbar eskekartong og papir.

Banemateriale på fiberbasis fremstilt med konvensjonelle maskiner kan lide av den mangel at deres dimensjonsstabilitet er dårlig, spesielt på tvers av maskinretningen, de har lett for å bøye seg og har fysiske egenskaper, f.eks. stivhet og strekkstyrke som er forskjellig på tvers av maskinretningen sammenlignet med maskinretningen.

Det er funnet mulig å unngå slike uønskede egenskaper ved forming av tørrlagte fibrøse baner. Imidlertid oppstår, det et problem under fremstilling av tørrlagte baner, spesielt ved fremstilling av papir og kartong f.eks. for kartonger idet det er vanskelig å oppnå utvikling av styrke uten å

bruke store mengder tilsetningsstoffer i form av bindemidler. Slike tilsetningsstoffer er dyre, og hvis de tilsettes i for store mengder kan de gjøre produktet sprøtt slik at fleksibi-liteten og foldbarhetsegenskapene til arket påvirkes. Lignende negative virkninger kan bli resultatet av forsøk på å utsette fiberbanen for overdreven varme. Overdrevet fuktig-

het tilsatt for å øke bindeegenskapene er ikke attraktivt fordi hovedsaken med tørrleggingsteknikken naturligvis er å redusere bruken av vann mest mulig.

Bruk av overdreven varmeog/eller trykk i varmpressing av fiberbanen kan forårsake alvorlige ugunstige virkninger på det ferdige arket, spesielt med hensyn til overflateegenskapene, hvilket resulterer i vanskeligheter med hensyn til trykking, kapping og bretting av arkene.

Det er mulig å presse en varmet, fuktet bane av tørrlagte fibrer for å forene matten til et ark, men styrke kan ikke utvikles ganske enkelt ved å gjenta den enkle presseoperasjonen, noe som vil fremgå av undersøkelsene som skal beskrives i det følgende.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgansmåte

for fremstilling av et ark fibrøst materiale som f eks. papir eller kartong tørrlegging av en fiberbane, fukting av fiberbanen og forening av banen ved gjentatt pressing av den fuktede fiberbane mot en oppvarmet overflate mens den holdes i kontinuerlig kontakt med den oppvarmede flate av et under-støttelsesbånd.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten føring av den fuktede fiberbanen gjennom minst to trykknip plassert langs den oppvarmede flate. Den oppvarmede flaten er fortrinnsvis en glatt sylinder .

Fremgansmåten omfatter avsetting av fibrene på et gjennomtren-gelig bånd som f.eks. vire eller tekstil for å danne en bane og gjøre bruk av det gjennomtrengelige båndet som understøt-telsesbånd under den påfølgende fukting og forening av banen.

Banen presses ved et trykk på minst 25 kp/an ved et f uktighetsinnhold

på mindre enn 50% og ved en temperatur på minst 65°C. Fortrinnsvis er trykket 36 - 45 kp/cm, fuktighetsinnholdet er omkring 30% og temperaturen er 93 - 177°C.

Trykkvalsene er vanligvis uopphetet og kalde.

Det er funnet mulig å utvikle banens styrke ytterligere ved påfølgende pressing av den forenede bane ved å føre den uunderstøttede bane gjennom en trykknip som inkluderer minst en glatt valse.

Fortrinnsvis er den glatte valsen i kontakt med den flate av

den forenede bane som før var i kontakt med nevnte under-støttelsesbånd.

Fortrinnsvis blir den påfølgende pressing utført ved å føre

banen gjennom en nip bestående av to glatte valser.

I en foretrukket utførelse utgjøres det påfølgende trykknip av en glatt valse i samarbeid med nevnte oppvarmede flate som brukes for konsolidering av banen.

Den glatte valsen er fortrinnsvis oppvarmet.

Den oppvarmede glatte valsen kan holdes på en temperatur på 150 - 260°C og presser med et trykk på 25 - 90 kp/cm.

Fremgangsmåten omfatter tilsetning av et bindemiddel som f.eks. stivelse til fibrene. Minst 1% tilsettes og fortrinnsvis 10%.

Apparater som kan anvendes ved utførelse av fremgangsmåten er illustrert på de medfølgende tegninger, av hvilke: fig. 1-5 er skjematiske illustrasjoner av fem forskjellige former av apparater for utvikling av styrke-egenskaper i tørr-lagte fibrøse baner,

fig. 6 er en grafisk fremstilling av resultatene oppnådd ved eksperimenter utført med apparatet på figurene 1-5,

fig. 7, 8 og 9 er skjematiske fremstillinger av 3 alterna-tive former av maskiner for forming av en bane av tørrlagt fibrøst materiale ifølge den foreliggende fremgangsmåte.

Ved utførelse av eksperimenter for å bestmme den beste

metode til å utvikle styrke i tørrlagte fibrøse baner ble disse formet av en blanding av tremasse fra en mekanisk raffinør og 5 vekt-% "Iscosol 220" stivelse. Denne blandingen ble tørrlagt på en vire og besprøytet med vann til et fuktighetsinnhold på 30 vekt-%. Sammen med viren ble den fuktede banen ført gjennom et antall forskjellige konsolide-ringsarrangementer av oppvarmede trykknipper for å bestemme det mest effektive. I hvert tilfelle utgjordes et trykk-

nip av en trykkvalse (7, 20) av gummi som løp mot en oppvarmet metallvalse (6, 18) med glatt overflate som var blitt dampopp-hetet til en overflate-temperatur på 105°C. Et konstant trykk på 35,7 kp/cm ble pålagt hver trykknip.

I hvert eksperiment ble det forsøkt å lage en bane med en tørr flatevekt på 200 g/m 2. Dette var ikke alltid mulig med den anvendte apparatur, og en korreksjonsfaktor ble brukt for å korrigere resultatene til en effektiv flatevekt på 200 g/m 2.

Målet på styrke som ble brukt for denne serie med eksperimenter var sprengstyrke bestemt ifølge Tappi-metoden og angitt i kp/cm^.

Fig. 1-5 illustrerer oppstillingen av trykknippene som ble brukt i e*ksperimentene. Hver fig. illustrerer bare ett av en serie med eksperimenter som benyttet vedkommende basisopp-stilling. I hvert tilfelle ble eksperimentet gjentatt under bruk av flere trykknipp og med varierende linjetrykk.

Det skal først refereres til fig. 1. Denne serien med eksperimenter involverte en oppvarmet valse (6) i samarbeide med en trykkvalse (7) for å gi hver trykknip. Den tørrlagte bane 10 som ble laget på den måte som er beskrevet ovenfor ble ført gjennom hver nip med banen uten understøttelse, d.v.s. intet understøttelsesbånd eller vireduk ble brukt. Tre eksperimenter ble utført med 1, 3 og 4 trykknip i serie. Bare et eksperiment hvor det ble brukt 3 trykknip er illustrert.

Det henvises så til fig. 2. Serien med eksperimenter ble gjentatt med 1,2,3 og 4 nip, og i dette tilfellet var banen II understøttet på en vireduk 12.

I den serie med eksperimenter som er illustrert på fig. 3 var banen 13 understøttet mellom 2 vireduker 14 og 15. Eksperimentet ble gjentatt med 1, 3 og 4 trykknip.

På fig. 4 involverte serien med eksperimenter en stor, felles oppvarmet valse eller sylinder som trykkvalsene var plassert mot. Vireduken 16 omsluttet effektivt den oppvarmede valsen (18) mellom trykkvalsene (20) slik at banen 17 ble holdt i kontakt med den varme overflaten av den oppvarmede valsen. Eksperimentet ble gjentatt med 1, 2 og 4 nip.

En ytterligere serie med eksperimenter ble utført under bruk av oppstillingen på fig. 5. Dette er prinsipielt det samme som på fig. 4 med tillegg av en glatt pressevalse 21 av gummi som utgjorde et trykknip gjennom hvilken den uunder-støttede bane 19 passerte etter at den først var blitt formet og presset og konsolidert av de foregående trykknip mens den var understøttet av vireduken 16. Således passerte vireduken 16 ikke fullstendig rundt den oppvarmede valsen (18), men bare rundt en del av valsen. I det illustrerte eksempel ble vireduken avledet tilbake til formeseksjonen etter den andre trykkvalsen (20) mens banen fortsatte på overflaten av den oppvarmede valsen inntil den passerte trykkvalsen 21, hvoretter den ble ført ut av apparatet.

Den glatte pressvalsen (21) ble belastet med et trykk på

53,6 kp/cm i denne serien med eksperimenter, mens de foregående pressvalser (20) ble belastet med standarden på 35,7 kp/cm som ble brukt i alle eksperimentene.

Denne serie med eksperimenter ble utført under bruk av bare

2 arrangementer, ett som det illustrerte og et annet i hvilket bare én pressvalse (20) ble brukt fulgt av en glatt valse 21. Banene som ble fremstilt i hver serie med eksperimenter ble styrkeprøvet i henhold til Tappi-metoden for bestemmelse av sprengstyrke, og resultatene som ble oppnådd er vist i tabell 1 og illustrert på fig. 6.

Ved betraktning av resultatene vil det sees at ingen stor styrke ble utviklét av arrangementet på fig. 3. Det antas at dette hovedsakelig skyldes varmetapet forårsaket av til-stedeværelsen av de toviredukene slik at tilstrekkelig varme ble forhindret fra å nå den fibrose banen. -Oppstillingene på fig. 1 og 2 startet noenlunde bra med en enkelt nip , men i begge tilfellene kunne styrken ikke utvikles ved okning av antall nip . Derimot avtok styrken i begge tilfeller. I utforelsen ifolge fig. 2 antas de dårlige resultatene også resultere fra varmetap mellom pressetrinnene og det at den påfølgende pressing og avspenning av trykket forårsaket svekkelse av fiberbindingene. Når det gjelder arrangementet på fig. 1 oppstod et problem av en mer praktisk natur, idet massen viste seg å klebe til valsene og var naturligvis meget vanskelig å håndtere med før og mellom trykknippene. Oppstillingen er ikke praktisk brukbar. Banen . mistet også styrke av de grunner som forklart under henvisning til fig. 2.

Resultatene oppnådd med apparater ifølge fig. 4 og 5 var

mest oppløftende. Begge indikerte at styrke kunne utvikles ved hjelp av denne teknikken. Det antas at dette skyldes at den kontinuerlige, intime kontakt mellom banen, og den oppvarmede flaten forhindrer avkjøling og opprettholder noe trykk selv mellom nippene. Således er pressingen, under varmepåvirkning, kontinuerlig og resulterer i utvikling av styrke.

Eksperimentene beskrevet ovenfor er blitt utført med standard-fuktighet- og bindemiddel-innhold, trykk, temperaturer og hastighet. Det er kjent at selv de styrker som ble oppnådd kan ytterligere forbedres ved å endre disse variable(r).

En ytterligere serie med eksperimenter ble utført under

bruk av oppstillingen på fig. 5. P.g.a. de oppløftende resultater oppnådd med en glatt uoppvarmet valse (21) for utvikling av styrke i den på forhånd konsoliderte bane ble valsen 21 skiftet ut med en oppvarmet glatt valse. En konsolidert bane fremstilt av bleket kraftmasse ble tilsatt med 5 vekt-% "Viscosol 220". En flatevekt på 200 g/m<2> ble etter-strebet, og de oppnådde resultater for banene (170 - 180 g/m 2) ble korrigert til denne flatevekt. Sylinderen 18 ble kjørt med en temperatur på 140°C, og den glatte opphetede valsen (21) ble kjørt med forskjellige terperaturer og trykk. Stivheten og sprengfaktoren (korrigert) ble bestemt for hver fremstilt bane. Serien med forsøk og resultatene er vist i tabell 2.

ved betraktning av tabell 2 vil det sees at sammenlignet med ingen glatt valse i det hele tatt (forsok nr. 1) oket stivheten og styrken (sprengfaktoren) med både temperatur og "trykk. Sprengs tyrken-r oket mellom forsbkene 1 og 8 med 5o%, og stivhet oket med en faktor på mer enn 5.

En ytterligere fordel med den glatte valsen, spesielt når den er oppvarmet, er presse-effekten på flaten av banenv som-, reduserer virédukmerkene og forbedrer overflateegenskapene.

Istedenfor å bruke en glatt oppvarmet valse i kontakt med den oppvarmede sylinder (18) kan et oppvarmet nip tilveiebringes av 2 andre trykkvalser, d.v.s. ikke i samarbeid med valse (18). En kalanderpresse kan f.eks. brukes. På den annen side kan

et antall oppvarmede valser plasseres omkring sylinderen 18 eller omkring en annen slik sylinder som blir tilfort den allerede formede bane.

For å kunne utvikle meget hoye styrker kan det bli nodvendig

å modifisere fuktighetsinnholdet av den formede bane.

Dette kan gjøres ved sprøyting eller fortrinnsvis ved hjelp

av våt filt mellom formingen og den videre varmpressing med glatte valser.

Praktisk utnyttelse av resultatene av dette arbeid er vist på fig. 7, 8 og 9 som viser 3 oppstillinger av papir- og kartongmaskiner som benytter utførelsene fra fig. 4 eller 5.

Fig. 7 viser en maskin for fremstilling av en bane av tørrlagte fibre. Maskinen omfatter en endeløs vireduk 9 (av plast eller filt) på hvilken det legges tørre fibre blandet med et tørt bindemiddel såsom pulverisert stivelse. Forskjellige blan-dinger pålegges med luftstrømmer fra fordelingshoder 10,

11, 12 og 13. F.eks. pålegges det fra hodene 11 og 12 et lag på 150 g/m 2 av raffinør-malt tremasse blandet med 10 vekt-% tørr "Viscosol" (pulverformig stivelse). Fra hodene 10 og 13 påo legges henholdsvis baner av 20 g/m 2 og 40 g/m 2 av en fliiffet bleket cellulosemasse blandet med 4 vekt-% tørr "Viscosol".

Vakuumbokser 14' holder blandingene mot vireduken 9.

Den resulterende tørrlagte multilags bane føres gjennom komprimeringsvalser 14 med 1,8 kp/cm nip-trykk og under fukte-dusjer 15, 16 hvor den sprøytes med vann slik at den får et fuktighetsinnhold på 30 vekt-%. Den fuktige banen passerer rundt overflaten av en dampoppvarmet sylinder 17, idet den presses til kontakt med sylinderen over 1/4 del av dens peri-feri av pressvalser 18. Sylinderen 17 er 366 cm i diameter,

og overflatetemperaturen er 110°C. Hvert nip-trykk er 44,7 kp/cm. Ved det laveste punkt på sylinderen er arket kompri-mert, og fuktighetsinnholdet er blitt redusert til området 15 - 20%. Banen dannet på denne måte føres i kontakt med en transportfilt 20 som fortsetter pressevirkningen med kalde (uoppvarmede) valser, og banen forlater sylinderen med et fuktighetsinnhold på omtrent 15%. Arket overføres til en tørkefilt 22 som fører banen gjennom tørresylindere 23

for å redusere fuktighetsinnholdet til omtrent 10%. Den tørk-

ede, formede bane fortsetter til en vertikal lim-

presse 24 og ytterligere torresylindere 25 og andre behand-lingsenheter ved 26 for det fortsetter som ferdig kartong til ferdig behandlings- og opprullingsenhetene (27).

På fig. 8 er det vist en alternativ form for maskin som skiller seg fra maskinen på fig. 7 i noen få små detaljer. Hovedfor-skjellen er at 2 vireduker brukes til legging, sammenpressing og varm, fuktigpressing av matten. En vireduk, lo9T bærer de torrlagt fibrene blandet med"<V>iscosol' fra hodene llo og 112 gjennom komprimeringsvalser 114. Banen lo6 passerer så over på en andre vireduk lo7 som forer den under sproytehodene 115, 116 og. rundt en oppvarmet sylinder 117 forbi trykkvalser 118. En oppvarmet glatt valse 119 kunne tilfoyes.

Med apparatet på fig. 8 legges I00g/m 2 av hvert hoder idet hodet HO legger raffinor-malt tremasse med A,% "Viscosol" og hodet 112 legger kjemisk masse med" 4% "Viscosol"- Kompre-sjorrsvalsene 114 utover et nip-trykk på l,8kp/cm.

Parametrene av maskinen er de samme som på utfdrelsen ifolge fig.7. Imidlertid benyttes det ingen overforingsfilt på sylinderen 117. Banen passerer direkte fra stasjonene 123-127 som svarer til 23 - 27 på fig. ?.

Selv om det som beskrevet ovenfor ble brukt en sylinder på 366cm i diameter med en overflatetemperatur på lloPc^ har erfaring vist at en mindre sylinder, f.eks. 183cm i diameter med en overflatetemperatur på f.eks. 182°c ville være å fore-trekke for visse forhold. Okning av valsenes trykk, modifi-sering av fuktighetsinnholdet og/eller bindemiddelinnholdet kan også variere egenskapene betraktelig. Fig. 9 viser således et arrangement som kunne brukes til produksjon av papir-matter. Fibrer legges på et porost nett så som vireduk av plast eller poros filt 3o. Matten passerer mellom pressvalsene 31 som opererer med l,8kp/cm og sproytes av et sproytehode 32. To pressvalser 33 presser banen med 44,7kp/cm mot én dampoppvarmet sylinder 34 på 18 3cm i diameter med en overflate-temperatur på 149°C. Ytterligere pressing gjores av glatte valser 35 oppvarmet til 2o4°C og som presser mot .banen; direkte med 71,5kp/cm og driver den til kontakt med sylinder 34 uten noen medvirkende vireduk. Til slutt blir ytterligere behandling som måtte være nodvendig utfort ved en lim-presse 36 og torreanordning 37 for arket rulles opp ved 38.

Fysiske egenskaper av . banen (d.v.s. for ferdigbehandling og belegning) laget på maskinene på fig. 7 og 8 (uten valse 119) er sammenlignet i tabell 3 med kartong våtlagt konven-sjonell måte. Innkludert i tabell 3 er også egenskapene av den samme torrlagte bane etter ferdigbehandling og belegning.

Vanlig britisk standard- metode ble brukt til å måle -brudd-styrken CSchopper} og forlengelse. Stivhet ble målt med en Kenley-måler. Ytterligere behandling er vist på figurene 7 og 8 så som utforelse av egnet liming og overflatebehandling i en lim-presse og ved et belegningshode. Banens egenskaper kan forandres ved disse ytterligere behandlinger. Således kan styrkeegenskaper så spm stivhet i hoy grad forokes slik at kravene for konverteringsprosessen nåes uten å skade de andre egenskapene eller fasongen av produktet.

Det vil sees at arket som således formes er så godt som "kvadratisk" på den måte at forholdet mellom dets fysiske egenskaper i retningen på tvers av maskinretningen,og maskinretningen er så godt som 1:1. Det samme forhold gjelder for de fysiske egenskaper av banen . tatt i hvilke som helst to retninger loddrett på hverandre i arkets plan slik at arket er "homogent".

En av de mest fordelaktige egenskapene til det nye produktet er dimensjonsstabiliteten ved forandringer i luft-

fuktighet. Det vil sees at arket er så godt som fullstendig stabilt idet det bare har en prosentvis forandring på 0,05 i både maskinretningen og på tvers av maskinretningen.

Lignende verdier er ventet i alle retninger i arkets plan.

Slikt et stabl i It ark byr på store forfler for konvertereren. Trykkeren vil ha færre problemer med registrering og spesielt ved flerfarvet trykking vil dette i hoy grad oke effektiviteten og redusere vrak drastisk. Eskemaskinen vil også dra nytte av dette fordi det stabile arket vil gi jevnt store esker med stabile dimensjoner, og dette vil i stor grad oke effektiviteten av eskelagingen så vel som pakkemaskineriet. Rotasjons-trykking, -kapping og -bretting drar spesielt nytte av det stabile arket.

Kvadratisiteten og homogeniteten til det resulterende ark byr også på fordeler for konvertereren, d.v.s. trykkeren og kartong-fabrikanten. Det er kjent at for vanlig kartong kan bedre

bretting oppnåes på tvers av maskinretningen i forhold til maskinretningen. Med banematerialet fremstilt ifølge oppfinnelsen vil det' være mindre forskjell, og forskjellen kan helt elimineres. Eskemakeren vil således ikke være begrenset i den måte, han må begynne eller legge eskesjabloner på et ark. Mens eskesjabloner vanligvis har måttet legges på tvers av et banemateriale, d.v.s. med deres lengdeakse på tvers av arket, kan man legge den langs arket ved bruk av det foreliggende materiale. Dette gir eskemakeren storre fleksibilitet, spesielt når det gjelder å få plass til flere eskesjabloner tvers over banebredden. Resultatet kan bli store besparelser.

Tendensen til å utligne egenskapene som dimensjonsstabilitet

og krympning i de to retningene vil dertil minske problemene med sammenpassing og trykking generelt i roterende "gravure" -maskiner. Likeledes vil rotasjonskapping og -bretting lettes fordi mere kontrollerbare ark står til disposisjon.

Det fremstilte materialet har så gode kappe- og bretteegen-skaper i alle retninger som vanlig kartong har på tvers av maskinretningen. Dertil er det funnet at kartongen er relativt lett og forme. Kartongens elastiske grense kan overskrides lettere enn for vanlig kartong. Denne egenskap forhindrer ikke bare at foldede bretter springer tilbake til sin tid-ligere tilstand, men det gjor det også mulig å forme kartongen på mange forskjellige måter. Brettene vil også bli skarpere og vil gi den resulterende eske et mer kvadratisk og tiltal-ende utseende.

Bulk for det fremstilte produkt kan gjøres mye bedre enn for vanlig kartong. Dette kan gi meget forbedrede trykkeegenskaper spesielt for "gravure"-trykking. Den fyldigere kartongen vil være mer kompressibel og vil således bedre trekke til seg trykksverten fra trykkevalsene. Bulk vil også gi større be-skyttelse for artikler pakket i esker laget av kartongen, eller for en viss tykkelse kartong kan en lettere kartong brukes sammenlignet med vanlige standarder. Den forbedrede bulk letter også bretting og folding fordi kartongen er mere kompressibel. Mens vanlig kartong motsetter seg folding p.g.a. sin lave kompressibilitet ved indre flate ved hjørnebretting,

vil den fremstilte kartong lett sammentrykkes og derfor folde lettere. Så vel som å gi skarpe bretter vil dette gi mindre tilbakefjæring og mer effektive bretter.

Claims (4)

1 Fremgangsmåte ved fremstilling av en bane av papir eller kartong hvor celluloseholdige fibre tørrlegges i form av en bane, og hvor fibrene tilsettes minst 1% stivelse, hvoretter fiberbanen fuktes og konsolideres ved at den fuktede bane føres gjennom et antall oppvarmete pressnip, karakterisert ved at den fuktede bane på begge sider kontinuerlig understøttes, og dessuten på den ene siden holdes i kontakt med en oppvarmet flate mens den føres mellom og igjennom nippene og at det anvendes niptrykk på minst 25 kp/cm ved en temperatur på minst 6 5°C og at den fuktede bane innføres i det første pressnip med en fuktighet mindre enn 50 vekt-%.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at banen innføres i det første pressnip- med et fuktighetsinnhold på 30 vekt-%, og at presstrykket holdes ved 35-45 kp/cm ved en temperatur på 90-175°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at niptrykket holdes ved ca. 35 kp/cm ved en temperatur på ca. 105°C.

4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at den konsoliderte bane deretter presses ved at den i en ikke-understøttet tilstand føres gjennom et ytterligere oppvarmet pressnip ved en temperatur på 150 - 260°C ved et trykk på 25-90 kp/cm.