CZ20011070A3 - Způsob výroby papíru s trojrozměrným vzorem - Google Patents

Description

Způsob výroby papíru s trojrozměrným vzorem

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby papíru s trojrozměrným vzorem ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí vytvořených ve spojení s impulsním sušením, při kterém se vlhký papírový pás vede alespoň jedním tlakovým sevřením obsahujícím otočný válec, který je ohříván a papír během průchodu tlakovým sevřením získává trojrozměrný vzor ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí buď pomocí vzorovaného drátěného pletiva nebo pásu a/nebo vzoru na ohřívaném válci a kde uvedený vzor je vytlačen do papírového pásu proti protilehlým prostředkům.

Dosavadní stav techniky

Vlhké papírové pásy se obvykle suší proti jednomu nebo více ohřívaným válcům. Způsob, který se obecně užívá pro hedvábný papír je tak zvané Yankee sušení. Při Yankee sušení se vlhký papírový pás přitlačuje na parou ohřívaný Yankee válec, který má velmi velký průměr. Další teplo je dodáváno dmýcháním ohřátého vzduchu.

Jestliže vyráběný papír je měkký papír, papírový pás se obvykle krepuje proti Yankee válci.

Sušení proti Yankee válci pokračuje stlačováním, při kterém se vakuovým odvodňováním a mokrým voda mechanicky vytlačuje z papírového pásu.

Další sušicí způsob je tak zv. sušení procházejícím vzduchem (through-air-drying TAD). Při tomto způsobu se papír suší pomocí horkého vzduchu, který je dmýchán skrz vlhký papírový pás, často bez předcházejícího mokrého stlačování. Papírový pás, který vstupuje do vzduchového sušiče je tedy pouze vakuově odvodněn a má obsah sušiny kolem 25 až 30 % a suší se ve vzduchovém sušiči na obsah sušiny kolem 65 až 95 %. Papírový pás se přenese na speciální sušicí tkaninu a prochází přes tzv. TAD válec s otevřenou strukturou. Během průchodu papírového pásu přes TAD válec se skrz papírový pás dmýchá

horký vzduch. Papír vyráběný tímto způsobem, hlavně měkký papír je velmi měkký a objemný. Způsob je však velmi náročný na spotřebu energie protože všechna voda, která je odstraňována, se musí odpařit. Ve spojení se způsobem sušení procházejícím vzduchem se na papírový pás přenese struktura vzoru sušicí tkaniny. Tato struktura je v podstatě udržována také v papíru v mokrém stavu, protože byla přenesena do vlhkého papírového pásu. Popis způsobu sušení procházejícím vzduchem může být nalezen např. v US-A-3,301,746.

Impulsní sušení papírového pásu je popsáno např. v SE-B-423 118 a ve stručnosti zahrnuje průchod vlhkého papírového pásu tlakovým sevřením mezi přítlačným válcem a ohřívaným válcem, který je ohříván na tak vysokou teplotu, že nastane rychlý a silný vývin páry na styku mezi vlhkým papírovým pásem a ohřívaným válcem. Ohřívání válce se provádí např. plynovými hořáky nebo jinými ohřívacími prostředky, např. elektroindukčními prostředky. Vzhledem k tomu, že přenos tepla do papíru se uskutečňuje hlavně v tlakovém sevření, dosáhne se mimořádně vysokého přenosu tepla. Všechna voda která se odstraní z papírového pásu během impulsního sušení není odpařena, ale pára při svém průchodu papírovým pásem unáší s sebou vodu z pórů mezi vlákny v papírovém pásu. Tím se velmi zvyšuje sušící účinnost.

V EP-A-0 490 655 je popsána výroba papírového pásu, zejména měkkého papíru, kde papír současně s impulsním sušením získává reliéfní povrch. Tento reliéf se vytváří lisováním vzoru do papíru z jedné nebo obou stran proti tvrdé opěře. Tím se dosahuje stlačení papíru a tím vyšší hustota v určitých oblastech právě proti vtisku a nižší hustota v mezilehlých částech.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout způsob výroby impulsně sušeného papíru s trojrozměrným vzorem, např. měkkého papíru

určeného jako toaletní papír, kuchyňské role, papírové kapesníky, stolní ubrousky a podobně a tam kde papír má vysoký objem, vysokou pružnost a vysokou měkkost. Struktura papíru má být dále v podstatě zachována také ve vlhkém stavu. To je dalším cílem, aby způsob poskytoval co nejúplnější vysušení papírového pásu v přímém spojení s impulsním sušením, aby se odstranila nebo snížila nezbytnost dalšího sušicího kroku. To je podle vynálezu poskytnuto skutečností, že papírový pás po tlakovém sevření se vede kolem podstatné části obvodu ohřívaného válce pro poskytnutí dodatečného sušení papírového pásu, který je stále ještě ve styku s trojrozměrným vzorem.

Podle přednostního provedení vynálezu papírový pás obklopuje alespoň 180°, přednostně alespoň 270° obvodu ohřívaného válce.

Kromě ohřívání ohřívaným válcem, nastává další ohřívání papírového pásu v dosušovací sekci.

Další znaky a výhody vynálezu jsou popsány v následujícím popisu a v závislých nárocích.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším popsán blíže s odkazy na některá provedení znázorněná na přiložených výkresech.

Obr. 1 a 2 znázorňují schematické bokorysy impulsně sušicího zařízení podle dvou různých provedení.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 schematicky znázorňuje zařízení pro provádění impulsního sušení papírového pásu. Vlhký papírový pás 10, který je odvodněn přes neznázorněné odsávací skříně je podpírán drátěným pletivem nebo plstí 11 a je veden do tlakového sevření 12 mezi dvěma otáčivými válci 13 a 14, kde válec 13, který je ve styku s papírovým pásem, je ohříván ohřívacím zařízením 15 na teplotu, která je dostatečně vysoká pro sušení papírového

pásu. Povrchová teplota ohřívaného válce se může měnit v závislosti na takových faktorech jako je obsah vlhkosti papírového pásu, tloušťka papírového pásu, doba styku mezi papírem a válcem a požadovaný obsah vlhkosti dokončeného papírového pásu. Povrchová teplota nemá být ovšem tak vysoká aby papírový pás byl poškozen. Vhodná teplota by měla být v rozmezí 100 až 400 °C a nejlépe 200 až 350 °C.

Papírový pás je tlačen proti ohřívanému válci 13 pomocí válce 14. Přítlačný prostředek může být ovšem konstruován mnoha jinými způsoby. Dva a více přítlačných prostředků může být také uspořádáno za sebou. Přítlačným prostředkem může být přítlačná patka. Je také možné, aby papírový pás 11 procházel do tlakového sevření nepodepřen, tj. nepodpírán žádným drátěným pletivem nebo plstí.

Ve styku mezi ohřívaným válcem 13 a vlhkým papírovým pásem nastává velmi rychlý, silný a téměř explozivní vývin páry, při kterém vytvořená pára na svém průchodu papírovým pásem odnáší vodu. Pro další popis impulsního sušicího způsobu se odkazuje na výše uvedené SE-B-423 118, EP-A-0 337 973, US-A-5,556,511.

Papírový pás 10 se za uvedeným tlakovým sevřením 12 vede kolem podstatné části obvodu ohřívaného válce 13 pro poskytnutí přídavného sušení papírového pásu, přičemž je stále v dotyku s trojrozměrným vzorem válce 13. Papírový pás obklopuje alespoň 180°, přednostně alespoň 270° obvodu ohřívaného válce 13. Tím papírový pás bude v dotyku s vzorem válce 13 během celého sušícího procesu, což znamená další stabilizaci struktury vzoru udělené papíru ve spojení s impulsním sušením.

V stadiu přídavného sušení může vedle ohřívání prováděného ohřívaným válcem 13 nastat další ohřívání papírového pásu. Podle provedení na obr. 1 toto ohřívání je prováděno pomocí infračervené jednotky 17 uspořádané kolem obvodu válce 13, zatímco na obr. 2 je válec 13 obklopen tak zvaným vysokorychlostním krytem 18 obvyklým ve výrobě tkanin, ve

kterém horké zplodiny z plynového hořáku dodávají papíru další sušící energii.

Papír se po usušení navíjí na navíjecí válec 16. Potřeba krepování papíru pro získání měkkosti a objemu, která je zaměřena na měkký papír, je snížena při použití impulsního sušení podle vynálezu, protože papír trojrozměrnou strukturou a vybraným vzorem získává objem a měkkost.

Papírový pás může být, před tím než je přiveden do impulsního sušiče, pouze odvodněn na odsávacích skříních nebo ještě mírně stlačen.

Současně s impulsním sušením papír získává trojrozměrnou strukturu. Toho může být dosaženo, jak je znázorněno na obr. 1, skutečností, že ohřívaný válec 13 je opatřen reliéfním vzorem sestávajícím ze střídajících se vystupujících a zapuštěných ploch. Tato struktura se v podstatě udržuje také při pozdějším navlhčení papíru, protože byla udělena vlhkému papírovému pásu ve spojení s jeho sušením. Protože výraz vytlačování (reliéfu) je normálně používán pro tvarování na usušeném papíru používáme v dalším pro trojrozměrné tvarování papíru, které nastává současně s impulsním sušením, výraz tlakové modelování. Tímto tlakovým modelováním se zvětšuje objem a absorpční schopnost papíru, což jsou důležité kvality měkkého papíru.

Papír může být stlačován proti povrchu, který není tuhý, tj. proti stlačitelné tlakové plsti 11. Válec 14 také může být opatřen pružně poddajným povrchem, např. pryžovým obkladem. Papír zde získává trojrozměrnou strukturu o celkové tloušťce, která je větší než tloušťka nelisovaného papíru. Tím papír získává vysoký objem a tím vysokou absorbční schopnost a vysokou měkkost. Mimo to papír bude pružný. Současně je v papíru získána lokálně proměnná hustota.

Papír může také být lisován proti tvrdému povrchu, např.

proti drátěnému pletivu 11 a/nebo válci 14 s tvrdým povrchem, • « a·· -6kdy vzor ohřívaného válce 13 je vtlačován do papírového pásu za silného stlačování papíru proti vtiskům, zatímco části mezi nimi zůstávají nestlačené.

Struktura vzoru v papíru může být také vytvořena pomocí pásu se vzorem, který probíhá kolem a je ohříván válcem 13 a je veden tlakovým sevřením 13 mezi válcem 13 a papírovým pásem 10.

Alternativně může být papírový pás 10 během sušení podpírán drátěným pletivem 11 se vzorem, který je tlakově modelován do papírového pásu když prochází tlakovým sevřením 12 mezi válci 13 a 14. Válec 13 může být buď hladký nebo může mít reliéfní vzor. V případě, že válec 13 je hladký, tlakově modelovaný papír bude mít jeden hladký povrch a jeden povrch s vtisky. V případě, že válec 13 má reliéfní vzor, ten bude rovněž vtlačen do papíru, který tedy bude mít na jedné straně vzor odpovídající struktuře drátěného pletiva 11 a na opačné straně vzor odpovídající reliéfnímu vzoru válce. Vzor se může, ale nemusí, krýt a/nebo být stejný nebo odlišný.

Papírový pás může být po prvním tlakovém sevření a před navinutím na navíjecí válec 16 veden neznázorněným druhým tlakovým sevřením kde probíhá druhé impulsní sušení papírového pásu. To samozřejmě předpokládá, že papírový pás není před druhým tlakovým sevřením úplně suchý, ale má obsah alespoň 10 a přednostně alespoň 20 % hmotnostních vlhkosti. To může být dosaženo, jestliže usušení v prvním impulsním sušicím kroku v tlakovém sevření 12 není úplné a/nebo zvlhčením papírového pásu před druhým impulsním sušicím krokem.

Současně s oběma impulsními sušicími kroky je papírovému pásu udělena trojrozměrná struktura. Vzory mohou být do papírového pásu lisovány z opačných stran. Je také ovšem možné do papírového pásu lisovat různé vzory ze stejné strany. Vzory lisované do papírového pásu ve dvou impulsních sušicích krocích jsou přednostně různé.

« · · · · · · • « ·· · · * ·· • I» · · » ·«·

Λ · · · ···*··· ·· • · · · · · ·· ··· ♦ · · ·♦ · ·· · * ’

MM-7Podle jednoho provedeni vynálezu může být k papírovému pásu přidán materiál, uvedený materiál měkne nebo se taví v tepelném rozmezí 100 až 400 °C. Uvedený materiál může být syntetický nebo přírodní polymer s termoplastickými vlastnostmi, chemicky modifikovaná dřevovina a/nebo syntetický nebo přírodní polymer s měkčícími činidly. Materiál může mít formu prášku, vloček, vláken nebo vodné suspense, např. latexové disperse. Příklady termoplastických polymerů jsou polyolefiny, např. polyetylén a polypropylen, polyestery atd. Materiál může být dodáván na celý papírový pás nebo pouze na jeho části, které mají být umístěny nejblíže ohřívanému válci 13.

Přidáním uvedeného materiálu, který je přiveden k změknutí nebo roztavení, k papírovému pásu je dosaženo zvýšení množství lepivých míst v papírovém pásu. Tím je základní proměnnost hmotnosti a trojrozměrná struktura udělené papírovému pásu ve spojení s kombinovaným impulsním sušením a tlakovým modelováním účinně ustálena. Tato struktura je udržována také v mokrém stavu papíru.

Papír může být vyráběn z množství různých typů papíroviny. Když nepřihlížíme k recyklované papírovině, která je v současnosti používána ve velkém rozsahu hlavně pro toaletní papír a kuchyňské role, je nejběžnější typ papíroviny užívaný pro měkký papír chemická papírovina. Obsah dřevoviny v takové papírovině je prakticky nulový a vlákna, která hlavně sestávají z čisté celulózy jsou poměrně tenká a ohebná. Chemická papírovina je nízkovýtěžná papírovina, protože poskytuje výtěžnost pouze okolo 50 % přepočteno na použitou dřevěnou surovinu. Je to tedy poměrně drahá papírovina.

Je tedy běžné používat levnější, tak zvané vysokovýtěžné, papíroviny, např. mechanické, termomechanické papíroviny, chemomechanické papíroviny (CMP) nebo chemotermomechanické papíroviny (CTMP), pro měkký papír stejně jako pro další typy papíru, např. novinový papír, lepenku atd. Ve vysokovýtěžných « * • 4 ·· · · * · ·· · » · · · ♦ · · ·· • · · · ···*-*·· * * * · · · » · ·· • « 4 · ♦ · ·· · ·· ···

Μ-8papírovinách jsou vlákna hrubší a obsahují velké množství dřevoviny, pryskyřic a hemicelulózy. Dřevovina a pryskyřice propůjčují vláknům více hydrofobické vlastnosti a sníženou schopnost vytvářet vodíkové vazby. Přídavek určitého množství chemotermomechanické papíroviny do měkkého papíru má v důsledku snížené mezivláknové vazby pozitivní účinek na vlastnosti jako je objem a absorbční schopnost.

Speciální variantou chemotermomechanické papíroviny (CTMP) je tak zvaná vysokoteplotní chemotermomechanické papírovina (HT-CTMP), jejíž výroba se liší od výroby CTMP konvenčního typu hlavně použitím vyšší teploty pro impregnaci, předehřívání a rafinaci, která přednostně není nižší než 140 °C. Pro podrobnější popis výrobního způsobu HT-CTMP se odkazuje na WO 95/34711. Pro HT-CTMP je charakteristické, že se jedná o vysokovýtěžnou papírovinu s dlouhými vlákny, snadno odvodnitelnou a objemnou s nízkým obsahem shluků vláken a prachu.

Podle vynálezu bylo zjištěno, že vysokovýtěžná papírovina je zvláště vhodná pro impulsní sušení, protože je necitlivá na tlak, je snadno odvodnitelná a má otevřenou strukturu, která propouští vytvořenou páru. To minimalizuje riziko, že se papír přehřeje a poruší během impulsního sušení, které se provádí při značně vyšších teplotách než jiné sušicí způsoby. Tlaková necitlivost a otevřená struktura závisí na tom, že vlákna ve vysokovýtěžné papírovině jsou poměrně hrubá a tuhá v porovnání s vlákny v chemické papírovině.

Další výhodou je, že trojrozměrný vzor vytvořený v papíru je v podstatě udržován i v mokrém stavu papíru, protože je vytvořen ve vlhkém papírovém pásu současně s jeho sušením. Impulsní sušení dále nastává při poměrně vyšší teplotě než např. při Yankee sušení nebo sušení procházejícím vzduchem, při kterém podle teorie, na kterou však vynález není vázán, změkčovací teplota dřevoviny přítomné ve vysokovýtěžné papírovině je dosažena během současného impulsního sušení a φ « «· » · · · ·« ·· * · * ♦··· * φ » * · ···· » · ·> » · « V · φ · ·♦ • · » · »· · · tti « « ·Λ · ·· < · ·

-9tlakového modelováni. Když papír chladne dřevovina opět tuhne a podporuje ustálení trojrozměrné struktury, kterou papír přijal. Ta je proto v podstatě zachována také v mokrém stavu papíru, což silně zlepšuje objemové a absorbční vlastnosti papíru.

Podle jednoho provedení vynálezu papír obsahuje určité množství vysokovýtěžné papíroviny, přičemž by uvedené množství mělo tvořit alespoň 10 % hmotnostních, přepočítáno na hmotnost suchých vláken, přednostně alespoň 30 % hmotnostních a ještě lépe alespoň 50 % hmotnostních vysokovýtěžné papíroviny. Přimíchání určitého množství další papíroviny s vysokými pevnostními vlastnostmi, např. chemické papíroviny, přednostně dlouhovláknité sulfátové papíroviny nebo recyklované papíroviny je výhodné při zaměření na vysokou pevnost papíru. Vynález však není vázán na použití určitého typu papíroviny v papíru, ale může být využit s každým zvoleným typem papíroviny nebo směsí typů papíroviny.

Podle dalšího provedení vynálezu může být papírový pás 10 ve spojení s vyvářením a odvodňováním poskytnut v různých základních hmotnostech v nenahodilém vzoru. To může být například zajištěno vytvářením a odvodňováním papírového pásu na drátěném pletivu nebo pásu jehož odvodňovcí schopnost se mění podle určitého vzoru a kde rozdíly v odvodňovací schopnosti zahrnují určité rozdělení vláken a tím místní změny základní hmotnosti papírového pásu.

Změny základní hmotnosti vytvořené v papírovém pásu 10 ve spojení s vytvářením a odvodňováním jsou ustáleny v následném kroku impulsního sušení, čímž je struktura v podstatě udržena i v mokrém stavu papíru.

Podle dalšího provedení vynálezu má papírový pás materiálové složení ve směru své tloušťky proměnné takovým způsobem, že alespoň ve vrstvě, která bude umístěna nejblíže ohřívanému válci 13 ve spojení s impulsním sušením obsahuje určité množství materiálu, který měkne, taví se nebo se * β · · •« « # - · * * · * · > » » »· * vytvrzuje v teplotním rozsahu 100 až 400 °C. Tím materiál získá povrchovou vrstvu, která přispívá k posílení strukturální stability papíru i v mokrém stavu. Složení papíroviny ve zbytku papírových vrstev může být na druhé straně vybráno pro optimalizaci dalších vlastností jako je měkkost, pevnost, objem a aranžovací kvality.

Uvedený materiál, který ve spojení s impulsním sušením měkne, taví se nebo se vytvrzuje může sestávat z činidel pro pevnost za mokra, syntetických nebo přírodních polymerů s termoplastickými vlastnostmi, chemicky modifikované dřevoviny a/nebo syntetických nebo přírodních polymerů s měkčícími činidly nebo z vysokovýtěžné papíroviny obsahující dřevovinu.

V papíru mohou být také použity obvyklé přísady jako činidla pro pevnost za mokra, změkčovací činidla, plnidla apod. Papír může být po impulsním sušení podroben různým typům známých zpracováni jako přidávání různých chemikálií, dalšímu reliéfnímu vytlačování, laminování apod. Je také možné při přenosu papírového pásu mezi dvěma různými drátěnými pletivy, např. z odvodňovacího drátěného pletiva na sušicí drátěné pletivo, mít rozdíl rychlosti mezi drátěnými pletivy, takže papírový pás je zpomalován ve spojení s přenosem. Papírový pás bude tak v jistém rozsahu zhutněn, což dále zvýší jeho měkkost.

Claims (6)

1. Způsob výroby papíru s trojrozměrným vzorem^ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí vytvořených ve spojení s impulsním sušením, při kterém se vlhký papírový pás (10) vede alespoň jedním tlakovým sevřením (12) obsahujícím otočný válec (13a), který je ohříván a papír během průchodu tlakovým sevřením získává trojrozměrný vzor ze střídavě vystupujících a zapuštěných částí buď pomocí vzorovaného drátěného pletiva nebo pásu a/nebo vzoru na ohřívaném válci (13a) a kde uvedený vzor je vytlačen do papírového pásu proti protilehlým prostředkům (11, 14), vyznačující se tím, že papírový pás (10) se po

tlakovém sevření (12) vede ohřívaného válce (13) pro papírového pásu, který je

vzorem.

kolem podstatné části obvodu poskytnutí dodatečného sušení stále ve styku s trojrozměrným

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že papírový pás (10) obklopuje alespoň 180°, přednostně alespoň 270° obvodu ohřívaného válce (13).

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kromě ohřívání ohřívaným válcem (13), nastává další ohřívání papírového pásu v dosušovací sekci.

4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že protilehlé prostředky (11, 14) jsou opatřeny netuhým povrchem, takž papírový pás získá trojrozměrnou strukturu o celkové tloušťce větší než je tloušťka nelisovaného papírového pásu.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že papírový pás je podpírán stlačitelnou tlakovou plstí (11) skrz tlakové sevření (12), přičemž plst tvoří uvedený netuhý protilehlý prostředek.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že tlaková plst (11) je tlačena proti pružnému povrchu (14) v tlakovém sevřeni (12).