SE513917C2 - Metod att framställa ett töjbart papper med ett tredimensionellt mönster och papper framställt enligt metoden - Google Patents

Description

15 20 25 30 515 917 2 Man kan i samband med TAD-torkriingen överföra torkvirans mönsterstruktur 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 kraftig ång- utveckling sker i gränsytan mellan den fuktiga pappersbanan och den upphettade valsen. Upphettningen av valsen sker exempelvis medelst gasbrännare eller andra uppvärmníngsanordningar, t.ex medelst elektromagnetisk induktion. Genom att värme- övertöringen till papperet i huvudsak sker i ett pressnyp erhålls en utomordentligt hög värmeöverföfingshastighet. Allt vatten som avgår ur pappersbanan under impuls- torkningen förångas inte, utan ångan för på sin väg genom pappersbanan med sig vatten som finns i porema mellan fibrema i pappersbanan. Torkningseffektiviteten blir härigenom mycket hög.

I EP-A- O 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 intryckningama och en lägre densitet i mellanliggande partier.

I den internationella patentansökan nr. PCT/SE98/02461 beskrivs en metod för framställning av ett impulstorkat papper, i synnerhet mj ukpapper, uppvisande ett tredimensionellt mönster och vilket papper uppvisar hög bulk och mjukhet. Papperet framställs enligt det inledningsvis beskrivna förfarandet varvid det mothåll, mot vilket pappersbanan pressas i samband med den samtidiga impulstorkningen och for-inningen, uppvisar en eñergivlig yta så att pappersbanan bibringas en tredimensionell struktur vilken uppvisar en total tjocklek som är större än den opressade pappersbanans tjocklek 10 15 20 25 30 513 917 3 Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Fortfarande ñnns dock ett behov av att ytterligare förbättra och anpassa pappers- kvaliteten till speciella användningsområden. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att erbjuda en metod att framställa ett impulstorkat papper uppvisande ett tredimen- sionellt mönster t.ex. ett mjukpapper avsett som toalett- eller hushållspapper, pappers- näsdukar, servetter, pappershanddukar och armat torkmaterial, och där papperet förutom en hög bulk och mjukhet även uppvisar en hög töjbarhet. Detta har enligt uppfinningen uppnåtts genom att den våta pappersbanan före sagda pressnyp utsätts för ett kräppnings- eller annat kompakteringsförfarande som förkortar pappersbanans längd.

Enligt ett utförande av uppfinningen uppvisar pappersbanan i samband med kräppningen en torrhalt på högst 80 vikts-%, företrädesvis högst 70 vikts-% och helst högst 60 vikts-%.

Mothållet mot vilket pappersbanan pressas i samband med den samtidiga impuls- torkningen och formningen uppvisar företrädesvis en eftergivlig yta så att pappersbanan bibringas en tredimensionell struktur vilken uppvisar en total tjocklek som är större än den opressade pappersbanans tjocklek Uppfinningen avser även ett impulstorkat papper vilket uppvisar ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier, som bibringats papperet i samband med impulstorkning, vilket papper vid en dragbelastning i maskinriktningen nära brottlasten uppvisar en töjbarhet motsvarande en förlängning av pappersbanan på minst 10%, företrädesvis minst 15% och helst minst 20%.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen fiamgår av den efterföljande beskrivningen samt underkraven.

Beskrivning av ritning Uppfinningen kommer i det följ ande att närmare beskrivas med hänvisning till ett på bifogade ritning visat utföringsexempel. 10 15 20 25 30 513 917 4 Fig. 1 är en schematisk sidovy av en impulstorkningsanordning enligt uppfinningen.

Beskrivning av uppfinningen I Fig. 1 visas schematiskt en anordning för att framställa ett papper enligt uppfinningen.

Den våta pappersbanan 10, vilken avvattnats över suglådor (ej visade) och eventuellt även pressats lätt, uppbärs av en vira eller ñlt 1 la och leds över en s k yankeecylinder 4 17, vilken är uppvärmd så att viss torkning av pappersbanan sker, dock högst till en torrhalt på 80 vikts-%, företrädesvis högst 70 vikts-% och helst högst 60 vikts-%.

Pappersbanan kräppas från yankee-cylinderns 17 yta medelst en schaber 18. Denna kräppning utgör en våtlcräppning då pappersbanan vid kräppningen fortfarande är våt eller åtminstone fuktig. Genomlcäppningen sker en mycket fin veckning av pappers- banan.

Den typ av kräppning som beskrivits ovan kan ersättas av annan typ av stukning eller förkortning som kan ske av en våt pappersbana, såsom milcrokräppning, vilket exempelvis beskrivs i US-A-3,260,778 samt US-A-4,432,927, eller genom den s k “Clupak"-metoden, enligt vilken en våt pappersbana kompakteras genom att läggas på ett gurnmibälte och utsättas för varierande dragspänning, i enlighet med vad som beskrivs i US-A-2,624,245.

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 hastighetsdifferens mellan viroma så att pappersbanan i samband med överföringen bromsas. Pappersbanan kommer härvid att packas ihop, vilket ökar töjnings- och mjukhetsegenskapema. Detta beskrivs exempelvis i US-A-5,607,55l.

De ovan beskrivna kräppnings- och kompakteringsförfarandena kan naturligtvis kombineras med varandra.

Efter kräppningen förs pappersbanan 10, vilken uppbärs av en vira eller filt llb, in i ett pressnyp 12 mellan två roterbara valsar 13 och 14, varvid den vals 13 som är i kontakt 10 15 20 25 30 513 917 5 med pappersbanan medelst en uppvärmningsanordning 15 är uppvärmd till en tempera- tur som är tillräckligt hög för att åstadkomma en torkning av pappersbanan. Yttempera- turen på den uppvärmda valsen kan variera beroende på sådana faktorer som pappers- banans 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 l50-350°C och helst 200-350°C.

Pappersbanan pressas mot den uppvärmda valsen 13 medelst valsen 14. Pressanord- ningen kan naturligtvis vara utfonnad på många andra sätt. Två eller flera pressanord- ningar kan också vara anordnade efier varandra. Mothållet 14 kan även utgöras av en pressko. Likaså är det tänkbart att pappersbanan 11 förs 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 impulstorkningstelcniken hänvisas till den ovan nämnda SE-B-423 118 samt bl.a. till EP-A- 0 337 973 samt US-A-5,556,51 1.

Pappersbanan 10 kan enligt ett altemativt utförande efter sagda pressnyp 12 ledas runt en väsentlig del av den uppvärmda valsens 13 periferi för att åstadkomma en eftertork- ning av pappersbanan medan denna fortfarande står i kontakt med valsens 13 tredimen- sionella mönster. Härigenom står pappersbanan i kontakt med valsens 13 mönster under hela torkningsförloppet, vilket innebär en ytterligare Stabilisering av den mönster- struktur som bibringas papperet i samband med impulstorkningen.

Papperet rullas efter torkningen upp på en upprullningsvals 16.

Samtidigt med impulstorkningen bibringas pappersbanan en tredimensionell struktur.

Detta kan ske genom att såsom visas i Fig. lden uppvärmda valsen 13 uppvisar ett 10 15 20 25 30 513 917 6 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 fortsättnings- vis använts begreppet pressformning för den tredimensionella formning av papperet som sker i samband med impulstorkningen. Genom denna pressformning ökar papperets bulk och absorptionsförmåga, vilka for mjukpapper är viktiga egenskaper.

Den veckade struktur som bibringats den våta pappersbanan i samband med kräpp- ningen bibehålles i allt väsentligt också hos den torkade pappersbanan. Härigenom ökas papperets töjbarhet och seghet i maskinriktningen väsentligt. Företrädesvis uppvisar papperet en töjbarhet vid en dragbelastning i maskinriktningen till nära brottlast på minst 10%, företrädesvis minst 15% och helst minst 20%.

Pappersbanan kan vid impulstorkningen pressas mot en efiergivlig yta, t ex en kompressibel pressfilt 11. Valsen 14 kan även uppvisa en elastiskt eftergivlig 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 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 11 och/eller en vals 14 som uppvisar en hård yta, varvid den uppvärmda valsens 13 mönster pressas in i pappers- banan under krafii g komprimering av papperet mitt för intryckningama, medan partierna däremellan bibehålles okomprimerade.

Mönsterstrukturen i papperet kan även åstadkommas medelst ett mönstringband eller - bälte (ej visat) vilket sträcker sig nmt och uppvärms av valsen 13 samt leds genom pressnypet 12 mellan valsen 13 och pappersbanan 10. 10 15 20 25 30 513 917 7 Alternativt kan pappersbanan 10 under torkningen uppbäras av en vira ll som uppvisar ett mönster, vilket pressformas in i pappersbanan då derma passerar genom pressnypet 12 mellan valsama 13 och 14. Pappersbanan kommer i detta fall att passera pressnypet 12 mellan valsen 13 och mönstringsviran. Valsen 13 kan antingen vara slät 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 mönster kommer även detta att pressas in i papperet, vilket således på den ena sidan uppvisat ett mönster som svarar mot virans 11 struktur och på den motsatta sidan svarar mot valsens präglingsmönster. Mönstren kan men behöver inte sammanfalla och/eller kan vara lika eller olika.

Pappersbanan 10 kan efter pressnypet 12 ledas runt en väsentlig del av den uppvärmda valsens 13 periferi för att åstadkomma en efiertorkning av pappersbanan medan denna fortfarande står i kontakt med det tredimensionella mönstret.

Eventuellt kan pappersbanan efier det första pressnypet och före upprullningen på upprullningsvalsen 16 föras genom ett andra pressnyp (ej visat) där en andra impulstorlcning av pappersbanan sker. Detta förutsätter naturligtvis att pappersbanan innan det andra pressnypet inte är helt torr utan uppvisar en fukthalt på minst 10 och företrädesvis minst 20 vikts-%. Det kan uppnås genom att torlmingen i det första impulstorkriingssteget i pressnypet 12 ej är fullständig och/eller att en fuktning av pappersbanan sker före det andra impulstorkningssteget.

Samtidigt med båda impulstorlcrlingstegenbibringas pappersbanan en tredimensionell struktur. Mönstren kan pressas in i pappersbanan fiån olika håll. Det är naturligtvis även tänkbart att pressa in de olika mönstren i pappersbanan fiån samma håll. De mönster som bibringas pappersbanan ide båda impulstorlciingsstegen är företrädesvis olika.

Enligt ett utförande av uppfinningen kan till pappersbanan tillsättas ett material som mjuknar eller smälter i temperaturintervallet 100-400°C. Detta material kan utgöras av 10 15 20 25 30 515 8 . syntetiska eller naturliga polymerer med terrnoplastiska 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 termoplastiska polymerer är polyolefiner såsom polyetylen och polypropylen, polyester etc. Materialet kan antingen tillföras hela pappersbanan eller endast till de delar av denna som är avsedda att befinna sig nära den uppvärmda valsen 13.

Genom att man till pappersbanan tillsatt sagda material, vilket bringas att mjukna eller smälta, åstadkommes ett ökat antal bindningspunkter i pappersbanan. genom låses på ett effektivt sätt dels kräppningsstrukturen och dels det tredimensionella mönster som bibringas papperet i samband med den kombinerade impulstorkningen och pressfonnningen. Dessa mönster bibehålles väsentligen även i papperets våta tillstånd.

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 till- verkning av mjukpapper den allra vanligaste massatypen kemisk massa.. Lignininne- hållet i sådan massa är praktiskt taget noll och fibrema, som väsentligen består av ren cellulosa, är relativt slanka och böj liga. 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 (CMP) eller kemitennomekanisk massa (CTMP) i såväl mjuk- papper som andra typer av papper, t.ex. tidningspapper, kartong m.m. I högutbytes- massor är fibrerna grövre och innehåller en hög andel lignin, hartser och hemicellulosa.

Lignínet och hartsema ger fibrema mer hydrofoba egenskaper och en minskad förmåga att bilda vätebindningar. Inblandningen av en viss andel kemitermomekanisk massa i mjukpapper har genom den minskade fiber-fiberbindningen en positiv inverkan på egenskaper som bulk och absorptionsfórmåga. 10 15 20 25 30 513 917 9 En speciell variant på kemiterrnomekarrisk massa (CTMP) är s.k. högtemperatur- kemitermomekanisk massa (HT-CTMP), vars tillverkningsmetod skiljer sig från fiamställning av CTMIP av standardtyp fiarnför allt genom att man använder sig av en högre temperatur vid impregnering, förvärmning och raffinering, företrädesvis lägst 140 °C. För en mer detaljerad beskrivning av tillverkningsmetoden för HT-CTMP hänvisas till FCT-ansökningen WO 95/34711. Kännetecknande för HT-CTMP är att den är en långfibrig, lättavvattrrad, bulkig högutbytesmassa med låg spethalt och låg finrnaterialhalt.

Man kunnat konstatera att hö gutbytesmassa speciellt lärnpar sig för impulstorknings- förfarandet då den är tryckokärislig, lättavvattnad samt uppvisar en öppen struktur vilken underlättar utsläpp av ånga. Detta minimerar risken att papperet överhettas och förstörs under impulstorkningen, vilken genomförs vid betydligt högre temperaturer än övriga torkningstelcniker. Tryckokänsligheten sarnt den öppna strukturen beror på att fibrerna i högutbytesmassa är relativt grova och styva i jämförelse med fibrerna i kemisk massa.

En ytterligare viktig fördel är att det tredimensionella mönster samt lcräppningsstrirk- turen som bibringats papperet bibehålles väsentligen även i vått tillstånd hos papperet, eftersom det bibringats den våta pappersbanan i samband med torkningen av denna.

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 mjulmingstemperatur i högutbytesmassan uppnås under den samtidiga impulstorkningen och pressformningen. När papperet därefter svalnar stelnar åter ligninet och bidrar till att låsa de tredimensionella mönster och den kräppningsstruktur som bibringats papperet. Denna bibehålles därför väsentligen även i papperets våta tillstånd, vilket krafligt förbättrar papperets töjbarhet samt bulk- och absorptionsegenskaper.

Enligt ett utförande av uppfinningen ingår i papperet en viss andel högutbytesmassa, vilken andel bör vara minst 10 vikts-% räknat på den torra fibervikten, företrädesvis 10 15 20 25 30 513 917 1o_ minst 30 vikts-% och helst minst 50 vikts-%. Inblandning av en viss mängd arman massa med goda styrkeegenskaper, såsom kemisk massa, företrädesvis långfibrig sulfat- massa, eller returfibermassa, är en fördel om en hög styrka hos det färdiga papperet eftersträvas. Uppfinningen är dock inte bunden till användandet av en viss typ av massa i papperet, utan kan tillämpas med valfri massatyp eller blandning av massatyper.

Enligt ytterligare ett utförande av uppfinningen kan pappersbanan 10 i samband med formning och avvattning bibringas en ytviktsvariation i ett icke-slumpartat mönster.

Detta kan exempelvis åstadkommas genom att pappersbanan formas och avvattnas på en vira, bälte eller band vars avvattningskapacitet varierar enligt ett visst mönster och där skilhiaderna i avvattningskapacitet medför en viss förflyttning av fibrer och därmed en lokal förändring av pappersbanans ytvikt.

Den ytviktsvariation som bibringats pappersbanan 10 i samband med formning och avvattning låses i det efterföljande impulstorkningssteget, varvid strukturen väsentligen bibehålls även i papperets våta tillstånd.

Enligt ytterligare ett utförande av uppfinningen uppvisar pappersbanan en i tjockleks- riktningen sett varierande materialsammansättning 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 temperaturintervallet 100-400°C. Härigenom kommer papperet att erhålla ett ytskikt som bidrar till att förstärka papperets strukturstabilitet även i vått tillstånd.

Massasamrnansättningen i papperets övriga skikt kan däremot väljas för att optimera övriga egenskaper såsom mjukhet, styrka, bulk och draperingsegenskaper.

Sagda material som i samband med impulstorlmingen bringas att mjukna, smälta eller härda kan utgöras av ett våtstyrkemedel , av syntetiska eller naturliga polyrnerer med terrnoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polyrnerer i närvaro av mjukgörare eller av en lignininnehållande högutbytesmassa. 513 917 11 Vanliga tillsatsmedel såsom våtstyrkemedel, mjukgörare, fyllmedel etc. kan naturligtvis användas i papperet. Pappersbanan kan efter impulstorlcningen genomgå olika typer av i och för sig känd behandling såsom tillsats av olika kemikalier, ytterligare prägling, laminering osv.

Claims (6)

10 15 20 25 30 515 917 12 PATENTKRAV

1. l. 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 (10) får passera genom minst ett pressnyp (12) innefattande en roterbar vals (13) vilken är uppvärmd och att pappers- banan vid passagen genom pressnypet bibringas ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier antingen medelst en mönstringsvira, -band eller -bälte 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 den våta pappersbanan (10) före sagda pressnvp (12) utsätts för ett kräppnings- eller annat kompakteringsfórfarande som förkortar pappersbanans längd.

2. Metod enligt patentkrav l, kännetecknad av att pappersbanan i samband med kräppningen eller kompakteringstörfarandet uppvisar en torrhalt på högst 80 vikts-%, företrädesvis högst 70 vikts-% och helst högst 60 vikts- %.

3. Metod enligt patentkrav l eller 2, kännetecknad av att mothållet (1 1,14) uppvisar en efiergivlig yta så att pappersbanan bibringas en tredimensionell struktur vilken uppvisar en total tjocklek som är större än den opressade pappersbanans tjocklek.

4. Metod enligt patentkrav , kännetecknad av att pappersbanan uppbärs av en kompressibel pressfilt (1 1) genom pressnypet (12), vilken pressfilt bildar det eftergivliga mothållet. 10

5. Metod enligt patentkrav 4, kännetecknad av att pressfilten (I 1) pressas mot en elastiskt efiergivli g yta (14) i pressnypet (12).

6. Impulstorkat papper vilket uppvisar ett tredimensionellt mönster med omväxlande upphöjda och nedsänkta partier, som bibringats papperet i samband med impuls- torkningkännetecknat av att papperet vid en dragbelastning i maskinriktningen nära brottlasten uppvisar en töjbarhet motsvarande en förlängning av pappersbanan på minst 10%, företrädesvis minst 15% och helst minst 20%.