SE512946C2 - Metod att framställa ett papper med ett tredimensionellt mönster och papper framställt med metoden - Google Patents

Description

ifiâl 10 15 20 25 30 512 946 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 b1.a. i US-A-3,301,746.

Impulstorkning av en pappersbana beskrivs b1.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 krafiig ångutveckling sker i gränsytan mellan den fuktiga pappersbanan och den upphettade valsen. Upphettningen av valsen sker exempelvis medelst gasbrärmare eller andra uppvärmningsanordningar, t.ex medelst elektromagnetisk induktion. Genom att värmeöverfóringen till papperet i huvudsak sker i ett pressnyp erhålls en utomordentligt hög värmeöveríöringshastighet. 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 impulstorkningen 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 framställning av ett termobundet präglat mjukpapper.

Termoñbrer tillsätts till pappersbanan och eñer 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 »S12 946 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, Papperets struktur skall väsentligen bibehållas även i vått tillstånd. Detta har enligt uppfinningen uppnåtts genom att pappersbanan uppvisar en i tjockleksriktningen sett varierande material- sammansättning, och att den åtminstone i det/de skikt som är avsett att vara beläget närmast den uppvärmda valsen uppvisar en viss andel av ett material som mjuknar, smälter eller härdat i temperaturintervallet 100-400°C eller på annat sätt bidrar till att stabilisera den mönsterstruktur som bibringats papperet.

Uppfinningen avser även ett impulstorkat papper vilket uppvisar ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier, som bibringats papperet i samband med impulstorkningen och där papperet uppvisar en i tjockleksriktningen sett varierande materialsammansättning, och att den åtminstone i ett yttre skikt uppvisar en viss andel av ett material som mjuknar, smälter eller härdat i temperaturintervallet 100- 400°C eller på annat sätt bidrar till att stabilisera den mönsterstruktur som bibringats papperet, varvid en aktivering av sagda material skett under impulstorkningen.

Man kan härigenom optimera papperets egenskaper på så sätt att papperet i minst ett yttre skikt innehåller ett material som bidrar till papperets strukturstabilitet även i vått tillstånd, medan papperets sammansättning i övrigt kan vara valfri och väljas med avseende på att ge bästa möjliga funktionsegenskaper till papperet såsom mjukhet, absorption, draperbarhet och/eller styrka.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt underkraven. 10 15 20 25 30 5123 946 4 Beskrivning av ritningar Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hänvisning till några på bifogade ritningar visade utföringsexempel.

Fig. 1-4 är schematiska sidovyer av impulstorkningsanordningar enligt några olika utföranden.

Beskrivning av uppfinningen I Fig. 1 visas schematiskt en anordning för att genomföra impulstorkning av en pappersbana. Den våta pappersbanan 10 vilken avvattnats över suglådor (ej visade) uppbärs av en vira eller filt ll och törs in i ett pressnyp 12 mellan två roterbara valsar 13 och 14, van/id den vals 13 som är i kontakt med pappersbanan medelst en uppvämmingsanordning 15 är uppvärmd till en temperatur som är tillräckligt hög för att åstakomma en torkning av pappersbanan. Yttemperaturen på den uppvärmda valsen kan variera beroende på sådana faktorer som pappersbanans fuktinnehåll, tjockleken på pappersbanan, kontakttiden mellan pappersbanan och valsen samt den önskade fukthalten 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 13 medelst valsen 14. Pressanord- ningen kan naturligtvis vara utformad på många andra sätt. Två eller flera press- anordningar kan också vara anordnade efter varandra. Mothållet 14 kan även utgöras av en pressko. Likaså är det tänkbart att pappersbanan ll törs in i pressnypet ounderstödd, dvs inte uppburen av vare sig en vira eller filt.

En mycket snabb, häfiig och nära nog explosiv ångutveckling sker i gränsytan mellan den upphettade valsen 13 och den fiiktiga pappersbanan, varvid den alstrade ångan rycker med sig vatten på sin väg genom pappersbanan. För en ytterligare beskrivning av impulstorkningstekniken hänvisas till den ovan nämnda SE-B-423 118 samt bl.a. till EP-A- 0 337 973 samt US-A-5,556,5l1. 10 15 20 25 30 512 946 5 Papperet rullas efier torkningen upp på en upprullningsvals l6. 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 efiersträvas hos mjukpapper, reduceras vid användande av impulstorkningsfórfarandet då papperet genom den tredimensionella strukturen och det valda mönstret bibringas bulk och mjukhet.

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

Samtidigt med impulstorkningen bibringas pappersbanan en tredimensionell struktur.

Detta kan ske genom att såsom visas i Fig. 1 den uppvärmda valsen 13 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 norrnalt används för en fomming som utförs på torkat papper har fortsättnings- vis använts begreppet pressfomming för den tredimensionella fomming av papperet som sker i samband med impulstorkningen, Genom denna pressforrnning ökar papperets bulk och absorptionstörmåga, vilka för mjukpapper är viktiga egenskaper.

Pappersbanan kan pressas mot en eftergivlig yta, t ex en kompressibel pressfilt l 1.

Valsen 14 kan även uppvisa en elastiskt eñergivlig yta, t ex en mantelyta av gummi.

Papperet bibringas här-igenom en tredimensionell struktur som uppvisar en total tjocklek som är större än det opressade papperets. Härmed erhålles en hög bulk och därmed en hög absorption samt med lämpligt mönster 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 ll 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 partiema däremellan bibehålles okomprimerade. _ 10 15 20 25 30 512 9416 6 Det utföringsexempel som visas i Fig. 2 skiljer sig från det som visas i Fig. 1 genom att under viran 11 är anordnat en filt 17, vilken sträcker sig runt mothållsvalsen 14.

Funktionen av filten 17 är att förbättra avvatmingseffekten och förlänga pressnypet.

Enligt det i Fig. 3 visade utíöringsexemplet uppbärs pappersbanan 10 under torkningen av en vira 11 som uppvisar ett mönster, vilket pressforrnas in i pappersbanan då denna passerar genom pressnypet 12 mellan valsarna 13 och 14. Valsen 13 kan antingen vara slät, såsom visas i Fig. 3, eller uppvisa ett präglingsmönster. I det fall valsen 13 är slät kommer det pressforrnade papperet att få en slät yta och en yta med intryckningar. I det fall valsen 13 uppvisar ett präglingsmönster kommer även detta att pressas in i papperet, vilket således på den ena sidan uppvisar 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. 4 visade utföringsexemplet åstadkommes det tredimensionella mönstret i pappersbanan av ett mönstrat band 11 eller bälte, vilket sträcker sig runt och uppvänns av cylindern 13. Bandets ll mönster pressformas in i pappersbanan då denna passerar genom pressnypet 12 mellan valsarna l3 och 14. Pappersbanan 10 uppbärs av en ñlt 17 genom pressnypet.

Enligt uppfinningen uppvisar pappersbanan en i tj ockleksriktningen sett varierande materialsamrnansättning på så sätt att den åtminstone i det/de skikt som kommer att vara beläget närmast den uppvärmda valsen 13 i samband med impulstorkningen uppvisar en viss andel av ett material som mjuknar, smälter eller härdar i temperatur- intervallet l00-400°C. Härigenom kommer papperet att erhålla ett ytskikt som bidrar till att förstärka papperets strukturstabilitet även i vått tillstånd. Massasamrnan- sättningen i papperets övriga skikt kan däremot väljas för att optimera övri ga egen- skaper såsom mjukhet, styrka, bulk och draperingsegenskaper.

Sagda material som i samband med impulstorkningen bringas att mjukna, smälta eller hårda kan utgöras av ett våtstyrkemedel, av syntetiska eller naturliga polymerer med l0 15 20 25 30 512, 946 7 terrnoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare eller av en ligninirmehållande högutbytesmassa.

Våtstyrkemedlet, vilket härdar vid höga temperaturer, kan utgöras av en polyamid- arnin-epiklorhydrinharts, polyakrylarnidharts, akrylemulsion, ureaformaldehydharts, 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 ñbervikten.

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 latexdispersion. Exempel på termoplastiska polymerer är polyolefiner såsom polyetylen och polypropylen, polyester etc.

Materialet kan tillsättas i papperstillverkningsprocessen tillsammans med massa- fibrema innan forming och avvattning av pappersbanan. Det kan även tillsättas i form av en suspension som får utströmma på forrnningsviran genom en separat inloppslåda anordnad antingen före eller efter inloppslådan lör massasuspensionen. Altemativt kan materialet i form av en suspension tillsättas genom en särskild sektion i en flerskikts- låda och där massasuspensionen tillsätts genom övriga sektioner i flerskiktslådan.

Det är även möjligt att tillföra materialet till den formade pappersbanan i form av en vätskesuspension genom påspruting eller genom kontakt med en roterande överförings- vals.

Om materialet trycks på den fonnade pappersbanan via en överföringsvals är det även tänkbart att materialet trycks på i ett mönster som väsentligen svarar mot den uppvärm- da valsens 13 mönster av upphöjda och partier, så att pappersbanan kommer att inne- 10 15 20 25 30 512 946 8 hålla det mjuknande eller smältande materialet endast i de partier som kommer i kontakt med valsens 13 upphöjda partier.

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.

En viktig fördel med uppfinningen är att torkning, termobindning och mönsterprägling sker i ett och samma steg - impulstorkningssteget - varvid erhålls en stabilare pappers- struktur med en låg grad av inre spänningar, vilka armars lätt uppstår om man torkar papperet och härmed låser ñberstrukturen innan terrnobindningen.

Som nämnts ovan kan det mjuknande 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 returñbrer, som idag används i stor utsträckning i framför allt toalett- och hushållspapper, är vid tillverkning av mjukpapper den allra vanligaste massatypen kemisk massa. Li giiin- innehållet i sådan massa är praktiskt taget noll och fibrerna, 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.

Man har därför använt billigare s k högutbytesmassor, t.ex. mekanisk, termomekanisk massa, kemimekanisk (ClVfP) eller kemiterrnomekanisk massa (CTMP) i såväl mjukpapper som andra typer av papper, t.ex. tidningspapper, kartong m.m. I högutbytesmassor är fibrerna grövre och innehåller en hög andel lignin, hartser och hemicellulosa. Ligninet och hartsema ger fibrerna mer hydrofoba egenskaper och en 10 15 20 25 30 f512 946 9 minskad förmåga att bilda vätebindníngar. Inblandningen av en viss andel kemitermo- mekanisk massa i mjukpapper har genom den minskade fiber-fïberbindningen en positiv inverkan på egenskaper som bulk och absorptionsförrnåga.

En speciell variant på kemiterrnomekanisk massa (CTMP) är s.k. högtemperatur- kemiterrnomekanisk massa (HT-CTMP), vars tillverkningsmetod skiljer sig från framställning av CTMP av standardtyp framför allt genom att man använder sig av en högre temperatur vid impregering, förvärmning och raffinering, företrädesvis lägst 140°C. För en mer delalj erad beskrivning av tillverkningsmetoden för HT-CTMP hänvisas till PCT-ansökningen WO 95/34711. Kännetecknande för HT-CTMP är att den är en långfibrig, 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, lättavvattnad saint 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 ñbrema i högutbytesmassa är relativt grova och styva i jämförelse med fibrerna 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 pressforrnningen. När papperet däreñer svalnar stelnar åter ligninet och bidrar till att låsa den tredimensionella struktur som bibríngats 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 skikt som är beläget närmast den uppvärmda valsen 13 under impulstorkningen, en viss andel 10 15 20 25 30 5112 946 10 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, företrädes-vis långfibri g sulfatmassa, en hög styrka hos det färdiga papperet. Returfibermassa kan naturligtvis även ingå i papperet.

Pappersbanan formas i detta fall i minst två separata skikt, antingen medelst en flerskiktslåda eller medelst efier varandra anordnade inloppslådor, varvid massa- sarnrnansättningen i minst två skikt är olika.

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

I samtliga fall är det även möjligt att den våta pappersbanan får passera genom två på varandra följande pressnyp 12 vilka vardera innefattar en roterbar vals 13 vilken är uppvärmd och uppvisar ett mönster av omväxlande upphöjda och nedsänkta partier avsett att pressas in i pappersbanan mot ett mothåll. Det andra pressnypet är i detta fall företrädesvis är omvänt i förhållande till det första pressnypet, varvid pappersbanans ena sida uppnår den högsta temperaturen i det första pressnypet medan den andra sidan uppnår den högsta temperaturen i det andra pressnypet.

Pappersbanan formas i sådant fall i minst tre separata skikt, varvid de båda yttre skikten vardera uppvisar en viss andel av sagda material som mjuknar, smälter eller härdar i temperaturintervallet 100-400°C, såsom en lignininnehållande högutbytesmassa, ett våtstyrkemedel, syntetiska eller naturliga polymerer med termoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare. 10 51-2 946 ll Vanliga tillsatsmedel såsom våtstyrkemedel, mjukgörare, fyllmedel etc. kan naturligtvis användas i papperet. Pappersbanan kan efier impulstorkriingen genomgå olika typer av i och för sig känd behandling såsom tillsats av olika kemikalier, ytterligare prägling, larninering 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 rnjukhetsegenskaperna ytterligare.

Claims (8)

10 15 20 25 30 5,12 9426 12 PATENTKRAV

1. Metod att framställa ett papper uppvisande ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier vilket bibringats papperet i samband med impulstorkning, varvid den våta pappersbanan får passera genom minst ett pressnyp (12) innefattande en roterbar vals (13) vilken är uppvärmd och att pappersbanan vid passagen genom pressnypet bibringas ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier antingen medelst en mönstringsvira (11) och/eller genom att den uppvärmda valsen (13) uppvisar ett mönster och där sagda mönster är avsett att pressas in i pappersbanan mot ett mothåll (1 1,14), kännetecknad av att pappersbanan formas med en i tjockleksriktningen sett varierande materialsamrnan- sättning, och att den åtminstone i det/de skikt som är avsett att vara beläget närmast den uppvärmda valsen ( 13) uppvisar en viss andel av ett material som mjuknar, smälter eller härdar i temperaturintervallet l0O-400°C eller på annat sätt bidrar till att stabilisera den mönsterstruktur som bibringats papperet.

2. Impulstorkat papper vilket uppvisar ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier, som bibringats papperet i samband med impuls- torkningen. kännetecknat av att papperet uppvisar en i tj ockleksriktningen sett varierande materialsammansättning, och att den åtminstone i ett yttre skikt 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 mönsterstruktur som bibringats papperet, varvid en aktivering av sagda material skett under impulstorkningen.

3. Papper enligt patentkrav 2, kännetecknat av att sagda material innefattar en lignininnehållande högutbytesmassa. 10 15 20 25 512- 946 13

4. Papper enligt patentkrav 3, kännetecknat av att andelen lignininnehållande högutbytesmassa i det skikt som är avsett att vara beläget närmast den uppvärmda valsen (13) är minst 10 vikts-%, företrädesvis minst 30 vikts-% och helst minst 50 vikts-%, räknat på den torra fibervikten.

5. Papper enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av att sagda material innefattar syntetiska eller naturliga polymerer med tennoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare.

6. Papper enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av att sagda material innefattar ett våtstyrkemedel.

7. Papper enligt patentkrav 6, kännetecknat av att våtstyrkemedlet är en polyamid-amin-epiklorhydrinharts, polyakrylamidharts, akrylemulsion, ureaformaldehydharts, polyeteniminharts, en modifierad stärkelse och/eller ett modifierat cellulosaderivat.

8. Papper enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av att det utgörs av ett absorberande mjukpapper.