SE512945C2 - Metod att framställa ett papper med ett tredimensionellt mönster - Google Patents

Description

15 20 25 30 512 945 2 till papperet. Denna struktur bibehålles väsentligen även i vått tillstånd hos papperet, eftersom den bibringats den våta pappersbanan. En beskrivning av TAD-tekniken finns bl.a. i US-A-3,30l,746.

Impulstorkning av en pappersbana beskrivs bl.a. i SE-B-423 118 och innebär i korthet att den fuktiga pappersbanan får passera genom pressnypet mellan en pressvals och en upphettad vals som är upphettad till så hög temperatur att en snabb och kraftig ångutveckling sker i gränsytan mellan den fuktiga pappersbanan och den upphettade valsen. Upphettningen av valsen sker exempelvis medelst gasbrännare eller andra uppvärrnningsanordningar, t.ex medelst elektromagnetisk induktion. Genom att värmeöverföringen till papperet i huvudsak sker i ett pressnyp erhålls en utomordentligt hög värmeöverföringshastighet. Allt vatten som avgår ur pappersbanan under impulstorkningen förångas inte, utan ångan för på sin väg genom pappersbanan med sig vatten som finns i porema mellan fibrerna i pappersbanan. Torkningseffektiviteten blir härigenom mycket hög.

I EP-A- 0 490 655 beskrivs framställning av en pappersbana, i synnerhet mjukpapper, där man samtidigt med irnpulstorkningen bibringar pappersbanan en präglad yta. Denna prägling sker genom att man från en eller båda sidor av pappersbanan trycker in ett mönster i papperet mot ett hårt mothåll. Detta ger en komprimering av papperet och därmed en högre densitet i vissa delar mitt för intryckningarna och en lägre densitet i mellanliggande partier.

I DE-A-26 15 889 beskrivs fiarnställning av ett terrnobundet präglat mjukpapper, Tennofibrer tillsätts till pappersbanan och efier torkning av denna sker en uppvärmning av pappersbanan till en temperatur som överskrider termofibremas mjuknings- temperatur. Samtidigt med denna uppvärmning sker en mönsterformad prägling av papperet. Som torkningsmetod nämns genomblåsningstorkning. 10 15 20 25 30 512 945 3 Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Ändamålet med föreliggande uppfinning är att erbjuda en metod att framställa ett impulstorkat papper uppvisande ett tredimensionellt mönster t.ex. ett mjukpapper avsett som toalett- eller hushållspapper, pappersnäsdukar, Servetter och liknande, och där papperet uppvisar en hög bulk, hög elasticitet och en hög mjukhet. Det är vidare ett önskemål att man med metoden skall kunna åstadkomma en stor valrnöjlighet vad beträffar mönstrets sammansättning och komplexitet. Papperets struktur skall dessutom väsentligen bibehållas även i vått tillstånd. Detta har enligt uppfinningen uppnåtts genom att den våta pappersbanan får passera genom minst ytterligare ett pressnyp innefattande en roterbar uppvärmd vals och att pappersbanan även vid passagen genom sagda ytterligare pressnyp i samband med impulstorkning bibringas ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier.

Man kan härigenom åstadkomma en kombination av mönstringseffekter som ej är möjlig att åstadkomma i ett enda pressnyp, vilka mönster dels kan ge papperet en attraktiv struktur och dels fördelaktiga funktionsegenskaper som styrka, draperbarhet och absorptionstörrnåga.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfmningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt underkraven.

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

Fig. 1 och 2 är schematiska sidovyer av en impulstorkningsanordning enligt två olika utföranden.

Beskrivning av uppfinningen I Fig. 1 visas schematiskt en anordning för att genomföra impulstorkning av en pappersbana. Den våta pappersbanan 10 vilken awattnats över suglådor (ej visade) 10 15 20 25 30 512 9.45 4 uppbärs av en vira eller filt 11 och förs in i ett pressnyp l2a mellan två roterbara valsar 13a och l4a, varvid den vals 13a som är i kontakt med pappersbanan 10 medelst en uppvärmningsanordning 15a är uppvärmd till en temperatur som är tillräckligt hög för att åstakomma en torkning av pappersbanan. Yttemperaturen på den uppvärmda valsen 13a kan variera beroende på sådana faktorer som pappersbanans fuktinnehåll, tjockleken på pappersbanan, kontakttiden mellan pappersbanan och valsen samt den önskade fiikthalten i den färdiga pappersbanan. Yttemperaturen får naturligtvis inte vara så hög att pappersbanan skadas. En lämplig temperatur torde ligga i intervallet 100- 400°C, företrädesvis 150-350°C och helst 200-350°C.

Pappersbanan pressas mot den uppvärmda valsen 13a medelst valsen l4a. Pressanord- ningen kan naturligtvis vara utformad på många andra sätt. Två eller flera press- anordningar kan också vara anordnade efter varandra. Mothållet 14a kan även utgöras av en pressko. I det fall pappersbanan 10 är understödd av en vira 11 kan under under denna vara anordnat en filt, vilken sträcker sig runt mothållsvalsen 14. Funktionen av filten är att förbättra avvattningseffekten och förlänga pressnypet. Likaså är det tänkbart att pappersbanan 10 förs in i pressnypet ounderstödd, dvs inte uppburen av vare sig en vira eller filt.

En mycket snabb, häftig och nära nog explosiv ångutveckling sker i gränsytan mellan den upphettade valsen 13a och den fuktiga pappersbanan, varvid den alstrade ångan rycker med sig vatten på sin väg genom pappersbanan. För en ytterligare bekrivning av impulstorkningstekniken hänvisas till den ovan nämnda SE-B-423 118 samt bl.a. till EP-A- o 337 973 samt Us-A-s,ss6,s11. i Pappersbanan överförs därefter till en ny vira eller filt 16 och in ett andra pressnyp 12b mellan två roterbara valsar 13b och 14b, varvid den vals 13b som är i kontakt med pappersbanan 10 medelst en uppvärrnningsanordriing 15b är uppvärmd till en temperatur som är tillräckligt hög för att åstakomma en andra impulstorkning av pappersbanan. Detta förutsätter naturligtvis att pappersbanan 10 innan det andra pressnypet inte är helt torr utan uppvisar en fukthalt på minst 10 och företrädesvis minst 10 15 20 25 30 _ 512* 945 ~ 5 20 vikts-%. Det kan uppnås genom att torkningen i det första impulstorkningssteget i pressnypet 12a ej är fullständig och/eller att en fuktning av pappersbanan 10 sker före det andra impulstorkningssteget i pressnypet 12b via en befuktningsanordning 18.

Enligt det visade exemplet pressas mönstren in i pappersbanan från olika håll. Det är naturligtvis även tänkbart att pressa in de olika mönstren i pappersbanan från samma håll.

Papperet rullas efter torkningen upp på en upprullningsvals 19. Om man önskar kan papperet kräppas före upprullningen. Det bör dock påpekas att behovet av att kräppa papperet, för att ge det den mjukhet och bulk som eftersträvas hos mjukpapper, reduceras vid användande av impulstorkningsförfarandet då papperet genom den tredimensionella strukturen och det valda mönstret bibringas bulk och mjukhet.

Pappersbanan kan innan den förs in i det första impulstorkningssteget antingen vara enbart avvattnad över suglådor eller dessutom vara lätt pressad.

Samtidigt med båda impulstorkningstegen bibringas pappersbanan en tredimensionell struktur. Detta kan ske genom att såsom visas i Fig. 1 de uppvärmda valsama l3a och b uppvisar ett präglingsmönster bestående av omväxlande upphöjda och nedsänkta områden. Detta mönster bibehålles väsentligen även i vått tillstånd hos papperet, eftersom det bibringats den våta pappersbanan i samband med torkningen av denna. Då begreppet prägling normalt används för en formning som utförs på torkat papper har fortsättningsvis använts begreppet pressformning för den tredimensionella fonnning av papperet som sker i samband med impulstorkningen. Genom denna pressformning ökar papperets bulk och absorptionsförmåga, vilka för mjukpapper är viktiga egenskaper.

Pappersbanan kan pressas mot en efiergivli g yta, t ex en kompressibel pressfilt 11.

Valsarna 14a,b kan även uppvisa en elastiskt eflergivli g yta, t ex en mantelyta av gummi. Papperet bibringas härigenom en tredimensionell struktur som uppvisar en total tjocklek som är större än det opressade papperets. Härmed erhålles en hög bulk och 10 15 20 25 30 512 945 6 därmed en hög absorption samt en hög mjukhet i papperet. Dessutom blir papperet elastiskt. Samtidigt fås en lokalt varierande densitet i papperet.

Pappersbanan kan även pressas mot en hård yta, t ex en vira 11 och/eller en vals 14 som uppvisar en hård yta, varvid den uppvärmda valsens 13 mönster pressas in i pappers- banan under krafiig komprimering av papperet mitt för intryckningarna, medan partierna däremellan bibehålles okomprimerade.

De mönster som bibringas pappersbanan i de båda impulstorkningsstegen är företrädesvis olika. Exempelvis kan det ena mönstret ha en urskiljbart större dimension jämfört md det andra mönstret. De olika mönstren kan även ha en bestämd men olika periodicitet, varvid skillnaden i periodicitet mellan de båda mönstren är avsevärt mindre än periodiciteten hos något av mönstren, varvid en moiréeffekt uppstår i papperet.

Enligt ett annat exempel har det första mönstret en sådan struktur att det bildar sammanhängande stråk i papperet i en viss riktning, medan det andra mönstret bildar sammanhängande stråk i en annan riktning i papperet. Om dessa stråk utgörs av kompakterade områden i papperet erhålls en styrkeförbättring i papperet i båda mönsterriktningarna.

Enligt det i Fi g. 2 visade utföringsexemplet åstadkommes det tredimensionella mönstret i pappersbanan av ett mönstrat band 11 ' eller bälte, vilket sträcker sig runt och uppvärms av cylindern 13a. Bandets 11' mönster pressformas in i pappersbanan då denna passerar genom pressnypet 12a mellan valsarna 13a och 14a. Pappersbanan 10 uppbärs av en filt 17 genom pressnypet.

Altemativt kan den vira ll som under torkningen uppbär pappersbanan 10 uppvisa ett mönster, vilket i samband med impulstorkningen pressformas in i pappersbanan.

Valsen 13a kan antingen vara slät, såsom visas i Fig. 2 eller uppvisa ett präglings- mönster. I det fall valsen 13a är slät kommer det pressformade papperet att få en slät yta och en yta med intryckningar. I det fall valsen 13a uppvisar ett präglingsmönster 10 15 20 25 30 512 '945 7 kommer även detta att pressas in i papperet, vilket således på den ena sidan uppvisat ett mönster som svarar mot virans ll struktur och på den motsatta sidan svarar mot valsens präglingsmönster. Mönstren kan men behöver inte sammanfalla och/eller kan vara lika eller olika.

Enligt det i Fig. 3 visade uttöxingsexemplet har de båda impulstorkningscylindrama 13a och b en gemensam mothållscylinder 14. Mönstret från de båda cylindrama 13a,b kommer här att pressas in från samma håll av pappersbanan 10, vilken uppbärs av en filt eller vira ll genom de båda pressnypen 12a och b.

Enligt ett utförande av uppfinningen kan pappersbanan uppvisa en i tjockleksriktningen sett varierande materialsammansätming på så sätt att den åtminstone i det/de skikt som kommer att vara beläget närmast den uppvärmda valsen 13 i samband med impuls- torkningen uppvisar en viss andel av ett material som mjuknar, smälter eller härdar i temperaturintervallet 100-400°C. Härigenom kommer papperet att erhålla ett ytskikt som bidrar till att förstärka papperets strukturstabilitet även i vått tillstånd. Massa- sammansättningen i papperets övriga skikt kan däremot väljas för att optimera övriga egenskaper såsom mjukhet, styrka, bulk och draperingsegenskaper.

Sagda material som i samband med impulstorkningen bringas att mjukna, smälta eller härda kan utgöras av ett våtstyrkemedel , av syntetiska eller naturliga polymerer med terrnoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare eller av en lignininnehållande högutbytesmassa.

Våtstyrkemedlet, vilket härdar vid höga temperaturer, kan utgöras av en polyamid- amin-epiklorhydrinharts, polyakrylarnidharts, akrylemulsion, ureafonnaldehydharts, polyeteniminharts, en modifierad stärkelse och/eller ett modifierat cellulosaderivat.

Halten våtstyrkemedel i det skikt som är avsett att vara beläget närmast den uppvärmda valsen (13) bör vara minst 0,05 vikts-% räknat på den torra fibervikten. 10 15 20 25 30 512 945 8 Exempel på material som mjuknar eller smälter i temperaturintervallet 100-400°C är syntetiska eller naturliga polymerer med termoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare. Materialet kan vara i form av pulver, flingor, fibrer eller en vattenbaserad suspension, exempelvis en latex-dispersion. Exempel på terrnoplastiska polymerer är polyoleñner såsom polyetylen och polypropylen, polyester etc.

Genom att man till pappersbanan tillsatt sagda material, vilket bringas att mjukna eller smälta, åstadkommes ett ökat antal bindningspunkter i pappersbanan. Härigenom låses på ett effektivt sätt den tredimensionella struktur som bibringas papperet i samband med den kombinerade impulstorkningen och formpressningen. Denna tredimensionella struktur bibehålles väsentligen även i papperets våta tillstånd.

Torkning, termobindning och mönsterprägling kan enligt uppfinningen ske i ett och samma steg - impulstorkningssteget - varvid erhålls en stabilare pappersstruktur med en låg grad av inre spänningar, vilka annars lätt uppstår om man torkar papperet och härmed låser fiberstrukturen innan terrnobindningen.

Som nämnts ovan kan det mjtiknande eller smältande materialet enligt uppfinningen även utgöras av en lignininnehållande högutbytesmassa, vilket kommer att beskrivas mer i detalj nedan.

Papper kan tillverkas av en rad olika massatyper. Om man bortser från returfibrer, som idag används i stor utsträckning i framför allt toalett- och hushållspapper, är vid tillverkning av mjukpapper den allra vanligaste massatypen kemisk massa. Lignin- innehållet i sådan massa är praktiskt taget noll och ñbrema, som väsentligen består av ren cellulosa, är relativt slanka och böjliga. Kemisk massa är en lågutbytesmassa då den ger ett utbyte på endast ca. 50% räknat på den använda vedråvaran. Den är därför en relativt dyr massa. 10 15 20 25 30 512 945 9 Man har därför använt billigare s k högutbytesmassor, t.ex. mekanisk, tennomekanisk massa, kemimekanisk (CMP) eller kemitennomekanisk massa (CTMP) i såväl mjukpapper som andra typer av papper, t.ex. tidningspapper, kartong m.m. I högutbytesmassor är fibrema grövre och innehåller en hög andel lignin, hartser och hemicellulosa. Ligninet och hartsema ger fibrema mer hydrofoba egenskaper och en minskad fönnåga att bilda vätebindningar. Inblandningen av en viss andel kemitermo- mekanisk massa i mjukpapper har genom den minskade fiber-fiberbindningen en positiv inverkan på egenskaper som bulk och absorptionsfönnåga.

En speciell variant på kemitennomekanisk massa (CTMP) är s.k. högtemperatur- kemitennomekanisk massa (HT-CTMP), vars tillverlmingsmetod skiljer sig från framställning av CTMP av standardtyp framför allt genom att man använder sig av en högre temperatur vid impregering, förvännning och rafñnering, företrädesvis lägst l40°C. För en mer delalj erad beskrivning av tillverkningsmetoden för HT-CTMP hänvisas till FCT-ansökningen WO 95/34711. Kännetecknande för HT-CTMP är att den är en långñbrig, lättavvattnad, bulkig högutbytesmassa med låg spethalt och låg finmaterialhalt.

Man har kunnat konstatera att sådan lignininnehållande högutbytesmassa speciellt lämpar sig för impulstorkningsförfarandet då den är tryckokänslig, lättavvattriad samt uppvisar en öppen struktur vilken medger utsläpp av ånga. Detta minimerar risken att papperet överhettas och förstörs under impulstorkningen, vilken genomförs vid betydligt högre temperaturer än övriga torkningstekniker. Tryckokänsligheten samt den öppna strukturen beror på att fibrema i högutbytesmassa är relativt grova och styva i jämförelse med fibrema i kemisk massa.

Impulstorkning sker dessutom vid en betydligt högre temperatur än t.ex. Yankee- torkning eller genomblåsningstorkning, varvid enligt en teori, till vilken uppfinningen dock ej är bunden, ligninets mjukningstemperatur i högutbytesmassan uppnås under den samtidiga impulstorkningen och pressformningen. När papperet därefier svalnar stelnar åter ligninet och bidrar till att låsa den tredimensionella struktur som bibringats 10 15 20 25 30 512 945 10 papperet. Denna bibehålles därför väsentligen även i papperets våta tillstånd, vilket kraftigt förbättrar papperets bulk- och absorptionsegenskaper.

Enligt ett utförande av uppfinningen ingår i papperet, åtmonstone i det/de skikt som är beläget närmast de uppvärmda valsama 13a,b under impulstorkningen, en viss andel högutbytesmassa, vilken andel bör vara minst 10 vikts-% räknat på den torra fiber- vikten, företrädesvis minst 30 vikts-% och helst minst 50 vikts-%. Övriga skikt kan innehålla valfri massa eller kombination av olika massatyper för att ge önskade egen- skaper såsom mjukhet, styrka, bulk etc. Exempelvis ger kemisk massa, företrädesvis långfibrig sulfatmassa, en hög styrka hos det färdiga papperet. Returfiberrnassa kan naturligtvis även ingå i papperet.

Pappersbanan forrnas i detta fall i minst två separata skikt, antingen medelst en flerskiktslåda eller medelst efier varandra anordnade inloppslådor, varvid massasamrnansättningen i minst två skikt är olika.

Man kan naturligtvis kombinera olika typer av ovan uppräknade material såsom lignininnehållande högutbytesmassa och våtstyrkemedel respektive smältande eller mjuknande material för att ytterligare förstärka den stabiliserande effekten på papperets mänsterstruktur.

Pappersbanan kan även formas i minst tre separata skikt, varvid de båda yttre skikten vardera uppvisar en viss andel av sagda material som rnjuknar, smälter eller härdar i temperatur-intervallet l00-400°C, såsom en lignininnehållande högutbytesmassa, ett våtstyrkemedel, syntetiska eller naturliga po lymerer med tennoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare.

Uppñnningen är dock inte bunden till användandet av en speciell typ av massa, utan kan tillämpas med valfri typ av massa eller kombinationer av massor. 10 512 945 ll Vanliga tillsatsmedel såsom våtstyrkemedel, mjukgörare, fyllmedel etc. kan naturligtvis användas i papperet. Pappersbanan kan efter impulstorkningen genomgå olika typer av i och för sig känd behandling såsom tillsats av olika kemikalier, ytterligare prägling, laminering osv. Det är även möjligt att i samband med överföring av pappersbanan mellan två olika viror, t ex från en avvattningsvira till en torkvira, ha en hastighets- differens mellan viroma så att pappersbanan i samband med överföringen bromsas.

Pappersbanan kommer härvid att packas ihop något, vilket ökar mjukhetsegenskaperna ytterligare.

Claims (14)

10 15 20 25 30 512 94-51 12 PATENTKRAV

1. Metod att framställa ett papper uppvisande ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsânkta partier vilket bibringats papperet i samband med impulstorkning, varvid den våta pappersbanan (10) får passera genom ett pressnyp (12a) innefattande en roterbar vals (13a) vilken är uppvärmd och att pappersbanan vid passagen genom pressnypet bibringas ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier antingen medelst en mönstringsvira (1 1), -band eller - bälte och/ eller genom att den uppvärmda valsen (13a) uppvisar ett mönster och där sagda mönster är avsett att pressas in i pappersbanan mot ett mothåll (11,14), kännetecknad av att den våta pappersbanan (10) får passera genom minst ytterligare ett pressnyp (l2b) innefattande en roterbar uppvärmd vals (l3b) och att pappersbanan även vid passagen genom sagda ytterligare pressnyp i samband med impulstorkning bibringas ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier.

2. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att pappersbanan (10) uppvisar en fukthalt på minst 10 och företrädesvis minst 20 vikts- % innan den förs in i det andra pressnypet (l2b).

3. Metod enligt patentkrav 2, kännetecknad av att pappersbanan (10) fuktas innan den törs in i det andra pressnypet(12b).

4. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att det andra pressnypet (l2b) är omvänt i förhållande till det första pressnypet (12a), varvid pappersbanans (10) ena sida uppnår den högsta temperaturen i det första pressnypet medan den andra sidan uppnår den högsta temperaturen i det andra pressnypet. 10 15 20 25 30 512 945 13

5. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att det tredimensionella mönster som bibringas pappersbanan i de båda pressnypen är olika.

6. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att mothållet (11,14) uppvisar en efiergivli g yta så att pappersbanan bibringas en tredimensionell struktur vilken uppvisar en total tjocklek som är större än den opressade pappersbanans tjocklek.

7. Metod enligt patentkrav 6, kännetecknad av att pappersbanan uppbärs av en kompressibel pressfilt (1 1) genom åtminstone ett av pressnypen ( 12a,b), vilken pressfilt bildar det efiergivliga mothållet.

8. Metod enligt patentkrav 7, kännetecknad av att pressñlten (1 1) pressas mot en elastiskt efiergivlig yta (14) i pressnypet (12a,b).

9. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att i papperet ingår minst 10 vikts-%, företrädesvis minst 30 vikts-% och helst minst 50 vikts-%, räknat på den torra ñbervikten av en lignininnehållande högutbytesmassa.

10. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av man till pappersbanan tillsatt en viss andel av ett material som mjuknar, smälter eller härdar i temperaturintervallet 100-400°C eller på annat sätt bidrar till att stabilisera den mönsterstruktur som bibringats papperet. 10 15 20 25 512 945 14

11. Metod enligt patentkrav 10, kännetecknad av att sagda material innefattar syntetiska eller naturliga polymerer med termoplastiska egenskaper, kemiskt modiñerat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare.

12. Metod enligt patentkrav 11, kännetecknad av att sagda material innefattar ett våtstyrkemedel.

13. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att pappersbanan (10) uppvisar en i tjockleksriktningen sett varierande materialsamrnansättning, och att den åtminstone i det/de skikt som är avsett att vara beläget närmast den/de uppvärmda valsarna (13) uppvisar en viss andel av ett material som mjuknar, smälter eller härdar i temperaturintervallet 100-400°C eller på annat sätt bidrar till att stabilisera den mönstersnulrtur som bibringats papperet, såsom en lignininnehållande högutbytesmassa, ett våtstyrkemedel, syntetiska eller naturliga polymerer med termoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat li gnin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mj ukgörare.

14. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att den används for framställning av absorberande mjukpapper.