SE503058C2 - Förfarande för framställning av en fiber- eller pappersbana - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förenklat förfarande för framställning av pappers - och andra fiberbanor, där dispergering av fibrer i bärarmediet, tillförsel av fiberdispersionen till viran och återcirkulation av bärarmediet, som passerat genom viran, sker i ett enkelt cirkulationsfórlopp. Bärarmediet kan antingen utgöras av vätska eller skum. Detta har enligt uppfinningen lösts genom att man doserar torra fibrer direkt i bärarmediet, eventuellt efter förvätning, och disper- gerar fibrerna i bärarmediet i díspergeringskärlet för bildande av fibermälden, vilken tillförs sagda vira och att bärarmediet efter att ha passerat genom viran återcirkuleras till dispergeringskärlet i ett enkelt kretslopp. De torra fibrerna doseras i anpassad takt direkt ned i disperge- ringskärlet där de dispergeras i bärannediet som återcirkulerats från viran. Den framställda fiberdispersionen transporteras till viran utan ytterligare spädningar. En enkel, lättstyrd process med korta kontakttider mellan fibrer och bärarmedium åstadkommes härigenom.

Bl.. .|.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hänvisning till ett par på bifogade ritningar visade utfóringsexempel.

Fig.1 är ett flödesschema över förfarandet enligt uppfinningen tillämpat på en våtformningsprocess.

Fig.2 är ett motsvarande flödesschema över förfarandet tillämpat på en skumformningsprooess.

El.. E.. l Med hänvisning till Iiïgl, som visar en vátformningsprocess t.ex för framställning av papper, företrädesvis mjukpapper s k (issue, matas cellulosafibrer i form av lätt defibrerbar rullmassa 10 ned i ett disper- geringskärl, en s k pulper 11. I pulpern 11 sker en intensiv dispergering och omblandning av massafibrerna i vatten med eventuell tillsats av kemika- 10 15 20 25 35 lier. Rätt fiberkoncentration erhålls genom att styra doseringen av rullmassan 10 ned i pulpem 11. Rullmassan matas med kontrollerad hastighet mellan ett matningsrullpar 12 eventuellt med kombinerad ytviktsmätare, varefter den förs igenom en förvätningsränna 13 innan den grovrives ned i pulpern 11. Grovrivningen av massan sker t ex mellan ett s k piggvalspar 14. Förvätningen av massan med färskvatten eller med vatten från systemet är önskvärd för att underlätta dispergeringen i pulpern. I det fall rullmassan uppvisar en någorlunda jämn ytvikt kan doseringen ske enbart via matningshastigheten. Eventuella ytviktsvaria- tioner hos rullmassan kan även kompenseras genom att man varierar makinhastigheten i pappersmaskinen, så att ytvikten på det bildade arket hålls väsentligen konstant.

I pulpern 11 sker med hjälp av en rotor 15 en intensiv dispergering och omblandning av massafibrerna i vattnet. En fibermäld med önskad koncentration, vilken företrädesvis ligger inom området 0,1-1,5 vikts-% erhålls i pulpern. Fibermälden pumpas medelst pumpen 16 till inlopps- lådan 17 på en pappersmaskin, vilken i det visade exemplet är av Fourdrinier-typ. Typen av pappersmaskin är dock av underordnad betydelse för uppfinningen, vilken även kan tillämpas på ex vis sugbröst- valsmaskiner och dubbelviramaskiner.

Fibermälden avvattnas på känt sätt på en vira 18 och förs genom konventionella press- och torkpartier (ej visade). Eventuell kräppning av pappersbanan sker i det fall mjukpapper skall framställas.

Vattnet som passerar genom viran 18 till suglådan 19, pumpas medelst pumpen 20 tillbaka till pulpern 11, vilken även fungerar som bakvatten- tank, och cirkuleras därmed i ett enkelt cirkulationsförlopp mellan pulpem och pappersmaskinen. Alternativt uppvisar systemet en separat bakvattentank, varvid denna verkar som kommunicerande kärl med pulpern 11. En viss tillsats av färskvatten till systemet sker vid 21 för att ersätta det vatten som följer med fiberbanan till torkpartiet.

Fig. 2 visar en processlösning för en s k skumformningsprocess. Skummet alstras genom att en tensid tillsätts vattnet i pulpern 111, där en intensiv omrörning och luftindragriing sker. Ytterligare skumalstring sker i lO 15 20 25 30 35 processen genom den turbulens som skapas i pumpar samt vid viran 118.

En förutsättning för skumalstring är dock att det finns tillgång till luft.

Tensiden kan vara av valfritt lämpligt slag, anjonisk, katjonisk, non-jonisk eller amfoter. I GB patentet 1,329,409 beskrivs tensider lämpliga för skumformning av fiberbanor. Det finns dock flera andra tillgängliga tensider som är lämpliga for ändamålet. Valet av tensid kan ex vis påverkas av faktorer som kemisk sammansättning av eventuella andra tillsatser till fibermälden, som våtstyrkemedel, bindemedel, kräppnings- kemikalier m m.

Lämplig tensiddosering för erhållande av ett relativt stabilt skum, vilket förmår hålla en väsentligen jämn dispersion av fibrer.i skummet ställs in i varje enskilt fall och är beroende av sådana faktorer som typ av tensid, vattnets hårdhetsgrad, vattentemperatur samt typ av fibrer. En lämplig tensidhalt i vattnet ligger inom området 0,02-1,0 vikts-%, företrädesvis dock under 0,2 vikts-%.

Skummets egenskaper varierar med mängden bunden luft. Vid lufthalter upp till ca 70-80% finns luften huvudsakligen i form av små sfäriska luftbubblor omgivna av fritt vatten, s k kulskum. Vid större lufthalter övergår skummet till att bli ett s k polyederskum, där vattnet finns i de tunna lamellerna mellan olika luftbubblor. Den sistnämnda skumtypen gör att skummet är mycket styvt och svårhanterbart.

I en skumformeringsprocess utnyttjas vanligen ett kulskum, d v s luft- halterna ligger mellan 40 - 70%. De små luftbubbloma fungerar som distansgivare mellan olika fibrer, samtidigt som den högre apparenta viskositeten jämfört med vatten dämpar turbulensen i vätskan och minskar kollisionsfrekvensen mellan olika fibrer och härav orsakad flockbildning. Bubbelstorleken hos skummet påverkas av faktorer som typ av omrörare i pulpern/skumalstraren 111, omrörningshastighet samt mängd och typ av tensid. En lämplig medeldiameter på bubblorna är mellan 0,02 och 0,2 mm.

I det visade exemplet används en blandning av cellulosafibrer och syntetlibrer. Cellulosafibrerna i form av lätt defibrerbar rullmassa 110 10 15 20 30 35 doseras ned i pulpern/skumalstraren 111 på motsvarande sätt som beskrivits ovan medelst ett matningsrullpar 112. Förvätiiiiigsrännan och grovrivaren har för enkelhetens skull utelämnats på ritningen, men förekommer företrädesvis även i detta utforiiigsexemplet.

Syntetfibrerna tillhandahållas vanligen i form av balar 122, vilka på känt sätt öppnas av balöppnare 123, doseras medelst ett vågband 124 och deponeras på en uppsamlingsvira 125. Från uppsamlingsviran sugs fibrer- na genom en blåsledning 126 och doseras ned i pulpern/skumalstraren 111 via en kondenser 127.

Annan utrustning för dosering av massafibrer och syntetfibrer än de visade kan naturligtvis användas. I det visade exemplet används samma pulper för de båda fiberslagen. I vissa fall kan det vara lämpligt att ha separata pulprar för olika fibersorter, beroende på att dessa kan kräva olika bearbetning eller att man vill utnyttja olika typer av fibrer for s k flerskiktsformning, vilket bekrivs nedan.

Pulpern/skumalstraren 111 är i det visade exemplet koncentriskt placerad inuti en större tank, skumtanken 128. Medan pulpern 111 är öppen uppåt är skumtanken 128 sluten. De båda kärlen kommunicerar med varandra via rör 129, 130 i botten och toppen.

I pulpern/skumalstraren 111 sker en intensiv dispergering och ombland- ning av fibrerna. Samtidigt genereras skum med hjälp av den tensid som finns i vattnet. För att förhindra att skummet stiger uppåt och bildar ett växande skumskikt på toppen, är det viktigt att vidmakthålla en skum- cirkulation mellan pulperns/skumalstrarens 111 topp och botten. Med ett lämpligt utformad rotoraggregat 131 fås en fullt utbildad vortex som ger den önskade cirkulationen. Pulpervolymen är avpassad för att kunna utjämna snabba variationer i fiberdoseringern.

Skummet med ingående fibrer pumpas till inloppslådan 117 med hjälp av lämplig pump 133. Pumpen skall klara av stora luftmängder och samtidigt kunna liantera långa syntetfibrer i förekommande fall, utan att spinnings- effekter uppstår. Några olika pumptyper uppfyller dessa krav. Ett exempel är en konventionell kolvpump. Ett :inn-at är en vakuumpump av 10 15 20 25 30 35 6 vattenríiigtyp, t ex av märket Helivac tillverkad av Berendsen Teknik AS.

Ytterligare ett exampel är en pumptyp tillverkad av Discflo Corp, vilken uppvisar ett roterande skivpaket med radiella spalter.

I det visade Litföriiigsexeniplet kan inloppslåda 117 och suglåda 119 betraktas som en integrerad enhet. Formningen av fiberbanan är helt sluten, d v s det föreligger ingen fri vätskeyta. Från inloppslådan 117 kommer det ut ett avvattnat och färdigformat ark.

Skum - fiberdispersionen fördelas över maskinbredden till inloppslådan 117 och fyller utrymmet som begränsas av inloppslådans gavlar och nedåt lutande överdel. Skummet sugs genom viran 1 18 med hjälp av vakuum- pumpen 120 och kvar på viran blir det färdigformade arket.

Det är även tänkbart att använda sig av -s k flerskiktsformning med olika fibertyper- eller blandningar i olika skikt. De olika fibertyperna matas då fram separat till inloppslådan som i det fallet är av flerskiktstyp.

För att bibehålla vattenbalansen i systemet måste det vatten ersättas som försvinner med arket efter formningen. Ett sätt att göra detta är medelst en sprits 134 tvärs över den formade fiberbanan. Spritsen 134 tjänar som en tvättzon för att minimera halten tensid i det färdiga arket.

Tillsats av färskvatten kan även ske på andra ställen i systemet, t ex vid förvätningssteget. En separat suglåda 135 men kopplad till samma cirkulationssteg som ovan, förmedlar make-up vattnet till skumtanken 128.

Skummet som sugits genom viran 118 förs via suglådan 119 och vakuum- pumpen 120 till toppen av skumtanken 128. Med Skummet förs också en del oundviklig läckluft. Skumtanken 128'fungerar som en bufferttank för skuinmet.

Skum som deponeras i ett kärl kommer så småningom att övergå från kulskum till polyederskum, vilka skumtyper beskrivits tidigare. I skum- tanken 128 kommer således vätska att dränera till botten av tanken, medan det lättare polyederskummet ackumuleras i tankens topp.

Tensideii är ansamlad i kontaktytan mellan luft och vatten. Tensiden 10 15 20 25 30 35 få fl 7» tenderar att stanna kvar i det lättare Skummet och koncentreras således mot toppen av tanken.

Vätskefasen i skumtankens 128 botten rinner över till pulpern 111 via det kommunicerande röret 129 i tankens botten. Likaså kommer skummeti skumtankens 128 topp att tryckas ut via röret 130 i tankens topp på grund av övertrycket som alstras av vakuumpumpen 120. Detta lätta skum är mycket stabilt och framför allt voluminöst och dess lufthalt måste därför reduceras innan det släpps ned i pulpern 111. En högvarvig propeller 136 monterad i röret 130 slår mekaniskt sönder de större luftinneslutningarna och frigör en del av den stora mängd luft som är bunden. l det övre förbindelseröret 130 mellan skumtank 128 och pulper 111 är även anordnat en reglerventil 137 med vars hjälp trycket i skumtanken 128 och därmed även nivån i pulpern 111 kan hållas konstant.

Skumtanksvolymen bör vara så dimensionerad att skummets uppehålls- tid i tanken är ca 45-180 sekunder, företrädesvis 60-120 sekunder. En stor del av vätskemängden kommer då att kunna dränera till botten av tanken 128 och därefter rinna över till pulpem. Samtidigt måste tanken kunna rymma det lättare skummeti tankens övre del. Ett lämpligt förhållande mellan total volym och tänkt vätskevolym i tanken är ca 4-8, företrädesvis ca 6.

Skummet cirkulerar således mellan pulpern/skumalstraren 111, inlopps- lådan 117, viran 118, suglådan 119 och tillbaka till pulpern/ skumalstraren 111 via skumtanken 128 i ett enkelt cirkulationssteg. En viss tillsats av tensid och vatten sker för att ersätta den mängd som följer med arket efter forrneringen.

Pulpern/skumalstraren 111 och skumtanken 128 behöver naturligtvis inte såsom visas vara anordnade som en integrerad enhet, utan kan vara separerade från varandra. De skall dock även i detta fall kommunicera med varandra på det beskrivna sättet. 10 15 20 25 Det formade fiberarket kan utsättas for efterföljande bearbetningssteg, t ex "hydroeiitangling", dvs en sammantrassling av fibrerna medelst mycket fina vattenstrålar, eller enbart torkas.

Fibrer av många olika slag och i olika blandningsförliållaiidexi kan användas både när det gäller våtforrneringsprocessen i Fig. 1 eller skumformningsprocessen i Fig.2. Således kan blandningar av massafibrer och syntetfibrer, t ex polyester, polypropylen, rayon, lyocell mm användas.

Som alternativ till syntetfibrer kan användas naturfibrer med lång fiberlängd, över 12 mm, såsom fröhårsfibrer, t ex bomull, kapok och milkweed; bladfibrer, t ex sisal, abaca, ananas, New Zeeland hamp; eller bastfibrer, t ex lin, hampa, ramie, jute, kenaf. Varierande fiberlängder kan användas och man kan med skumformningsteknik använda längre fibrer än vad som är möjligt vid konventionell våtläggning av fiberbanor. En ytterligare fördel med skumformning är att det är möjligt att framställa material med lägre ytvikter än vad som är fallet vid våtläggning. Som ersättning för massafibrer kan växtfibrer med kort fiberlängd användas. såsom espartogräs, rörflen och halm från strâsäd.

Med vissa typer av fibrer kan ett bindemedel vara önskvärt för att ge ytterligare styrka till materialet. Lämpliga bindemedel innefattar stärkelsebaserade bindemedel, polyvinylalkoliol, latex m m, vilka används för att öka styrkan hos nonwovenmaterial.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen. Det är således exempelvis underförstått att i våtformningsprocessen enligt Fig. 1 kan även andra fibrer ingå, t ex blandning av massa- och syntetfibrer, för framställning av våtformad nonwoven, och att skumformningsprocessen enligt Fig. 2 även lämpar sig för framställning av ex vis tissuepapper från enbart massafibrer.

Claims (12)

10 15 20 25 30 Pgtçntkray

1. Förfarande för framställning av en fiber eller pappersbana, varvid man bildar en fibermäld genom att dispergera torra cellulosafibrer eventuellt i kombination med syntetiska fibrer och eventuellt efter fórvätning, i ett bärarmedium, såsom vätska eller skum, i ett dispergeringskärl (1 1;111) för bildande av en fibermäld, vilken tillförs en vira (18;l18) på en pappersmaskin, och att bärarmediet efter att ha passerat genom viran återcirkuleras till dispergeringskärlet i ett enkelt kretslopp, k ä n n e t e c k n a t a v att cellulosafibrer i form av lätt defibrerbar rullmassa (10;110) doseras direkt ned i dispergeringskärlet (l1;1 11)

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att till bärarmediets kretslopp tillförs förutom fibrerna endast färskvatten och eventuella kemikalier för att ersätta den mängd som lämnar kretsloppet med fiber - eller pappersbanan efter formeringen.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v . att dispergeringskärlet (1 1;111) även fungerar som bakvattentank

4. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att dispergeringskärlet (11;1l1) verkar som kommunicerande kärl med en i kretsloppet ingående bakvattentank.

5. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att rullmassan (10; 110) doseras genom rnatningshastigheten eventuellt i kombination med ytviktsmätning.

6. Förfarande enligt patentkrav 5 , k ä n n e t e c k n a t a v att rullmassan (l0;110) förvätes och grovrives innan den tillförs bärarmedieti dispergeringskärlet (1 1;111).

7. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att syntetfibrer i doserad mängd blåses i en luftström ned i dispergeringskärlet (1 1;111). 10 15 20 25 IO

8. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att bärarmediet utgörs av skum vilket alstras genom att en tensid tillsätts vattnet i dispergeringskärlet (111).

9. Förfarande enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a t a v att dispergeringskärlet (111) kommunicerar med en skumtank (128) till vilken det skum som passerat viran (118) förs och i vilken skumtank (128) en dränering av vätska till skumtankens botten sker, medan det lättare skummet ansamlas i skumtankens topp, att vätskan från skumtankens botten leds över till dispergeringskärlet (111) via en första rörledning (129) och att skummet via en andra rörledning (130) i skumtankens topp passerar över till dispergeringskärlet.

10. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e t e ck n a t a v atti sagda andra rörledning (130) är anordnat organ (136) som mekaniskt slår sönder större luftbubblor i skummet och därmed frigör bunden luft ur skummet.

11. Förfarande enligt patentkrav 9 eller 10, k ä n n e t e c k n a t a v att i anslutning till sagda andra rörledning (130) är anordnat en reglerventil (137) för reglering av trycketi skumtanken (128).

12. Förfarande enligt patentkrav 9, 10eller 11, k ä n n e t e c k n a t a v att dispergeringskärlet (111) och skumtanken (128) bildar en integrerad enhet på sådant sätt att dispergeringskärlet är anordnat inuti skumtanken.