SE512944C2 - Metod att framställa papper med ett tredimensionellt mönster - Google Patents

Description

15 20 25 30 512 9445 2 papperet. Denna struktur bibehålles väsentligen även i vått tillstånd hos papperet, efiersom den bibringats den våta pappersbanan. En beskrivning av TAD-tekniken finns bl.a. iUS-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 uppvärmningsanordningar, 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 fibrema 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 intryckningama och en lägre densitet i mellanliggande partier.

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 dessutom väsentligen bibehållas även i vått tillstånd. Det är vidare ett önskemål att man med metoden skall erhålla en så fullständig torkning som möjligt av pappersbanan i direkt anslutning till impulstorkningssteget för att eliminera eller 10 15 20 25 30 512 944 3 reducera behovet av ytterligare torkningssteg . Detta har enligt uppfinningen uppnåtts genom att pappersbanan efier sagda pressnyp leds runt en väsentlig del av den uppvärmda valsens pexiferi för att åstadkomma en efiertorkning av pappersbanan medan denna fortfarande står i kontakt med sagda tredimensionella mönster.

Härigenom torkas det tredimensionella mönmstret in i papperet.

Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen omsluter pappersbanan minst l80°, företrädesvis minst 270°, av den uppvärmda valsens periferi.

En ytterligare värrnning av pappersbanan kan även ske i sagda efteitorkningsparti förutom den värmning som sker via den uppvärmda valsen.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen 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 utföringsexempel.

Fig. 1 och 2 är en 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 avvattnats över suglådor (ej visade) uppbärs av en vira eller filt 11 och förs in i ett pressnyp 12 mellan två roterbara valsat 13 och 14, varvid den vals 13 som äri kontakt med pappersbanan medelst en uppvärmningsanordning l5 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 10 15 20 25 30 5112 944 4 att pappersbanan skadas. En lämplig temperatur torde ligga i intervallet l00-400°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 pressanord- ningar kan också vara anordnade efier 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 tilt.

En mycket snabb, häftig och nära nog explosiv ångutveckling sker i gränsytan mellan den upphettade valsen 13 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- 0 337 973 samt US-A-5,556,5l l.

Pappersbanan lO leds efter sagda pressnyp 12 runt en väsentlig del av den uppvärmda valsens 13 periferi för att åstadkomma en eftertorkning av pappersbanan medan denna fortfarande' står i kontakt med valsens 13 tredimensionella mönster. Pappersbanan bör omsluta minst l80°, företrädesvis minst 270°, av den uppvärmda valsens 13 periferi.

Härigenom står pappersbanan i kontakt med valsens 13 mönster under hela torknings- förloppet, vilket innebär en ytterligare stabilisering av den mönsterstruktur som bibringas papperet i samnand med impulstorkningen.

En ytterligare värrnning av pappersbanan kan även ske i sagda eñertorkningsparti förutom den värmning som sker via den uppvärmda valsen 13. Enligt uttörings-_ exemplet i Fig. 1 sker denna värrnning medlest IR-aggregat 17 placerade kring valsens 13 periferi, medan i F ig. 2 valsen 13 omges av en s k höghastighetskåpa 18, vanlig vid tissuetillverkning, där de varma rökgasema från en gasbrärtnare tillför ytterligare torkenergi till papperet. 10 15 20 25 30 512 944' 5 Papperet rullas efter torkningen upp på en upprullningsvals 16. Det bör 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 mj ukhet.

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, eñersom det bibringats den våta pappersbanan i samband med torkningen av denna. Då begreppet prägling normalt används för en fomming som utförs på torkat papper har fortsättnings- vis använts begreppet pressfomining för den tredimensionella forrnning 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 efiergivlig yta, t ex en kompressibel pressfilt l 1.

Valsen 14 kan även uppvisa en elastiskt efiergivlig 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, van/id den uppvärmda valsens 13 mönster pressas in i pappers- banan under krafiig komprimering av papperet mitt för intryckningama, medan partierna däremellan bibehålles okomprimerade. 10 15 20 25 30 512 944 6 Mönsterstrukturen i papperet kan även åstskommas medelst ett mönstringband eller - bälte vilket sträcker sig runt och uppvärms av valsen 13 samt leds genom pressnypet 12 mellan valsen 13 och pappersbanan 10.

Alternativt kan pappersbanan 10 under torkningen uppbäras av en vira ll som uppvisar ett mönster, vilket pressfonnas in i pappersbanan då denna passerar genom pressnypet 12 mellan valsarna 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 pressformade 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 ll struktur och på den motsatta sidan svarar mot valsens präglingsmönster. Mönstren kan men behöver inte samrnanfalla och/eller kan vara lika eller olika.

Eventuellt kan pappersbanan efter det första pressnypet och före upprullningen på upprullningsvalsen 16 föras genom ett andra pressnyp (ej visat) där en andra impulstorkning 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 torkningen i det första impulstorkningssteget i pressnypet 12 ej är fullständig och/eller att en fuktning av pappersbanan sker före det andra impulstorkningssteget.

Samtidigt med båda impulstorkningstegen bibringas pappersbanan en tredimensionell struktur. Mönstren kan pressas in i pappersbanan från olika håll. Det är naturligtvis även tänkbart att pressa in de olika mönstren i pappersbanan från samma håll.

De mönster som bibringas pappersbanan i de båda impulstorkningsstegen 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 I: 10 15 20 25 30 512 944 7 syntetiska eller naturliga polymerer med terrnoplastiska egenskaper, kemiskt modifierat lignin och/eller syntetiska eller naturliga polymerer i närvaro av mjukgörare. Materialet kan vara i fonn av pulver, flingor, fibrer eller en vattenbaserad suspension, exempelvis en latex-dispersion. Exempel på terrnoplastiska 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, åstadkommas ett ökat antal bindningspunkter i pappersbanan. Härigenom låses på ett effektivt sätt den tredimensionella struktur som bibringas papperet i samband med den kombinerade irnpulstorkningen och formpressningen. Denna tredimensionella struktur 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 tillverkning av mjukpapper den allra vanligaste massatypen kemisk massa..

Lignininnehållet 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.

Man har därför använt billigare s k högutbytesmassor, t.ex. mekanisk, termomekanisk massa, kemimekanisk (CMP) eller kemiterrnomekanisk massa (CTMP) i såväl mjukpapper som andra typer av papper, t.ex. tidningspapper, kartong m.m. I högutbytesmassor är ñbrema grövre och innehåller en hög andel lignin, hartser och hemicellulosa. Ligninet och hartserna ger ñbrema mer hydrofoba egenskaper och en minskad förmåga att bilda vätebíndningar. 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. 10 15 20 25 30 512 944 8 En speciell variant på kemitennomekanisk massa (CTMP) är s.k. högtemperatur- kemitermomekanisk 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 delaljerad 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 ñmnaterialhalt.

Enligt uppfinningen har man kunnat konstatera att högutbytesmassa speciellt lämpar sig för impulstorkningsförfarandet då den är tryckokänslig, lättavvattnad 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 torkningstekriiker. Tryckokänsligheten samt den öppna struk- turen 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 som bibringats papperet bibehålles väsentligen även i vått tillstånd hos papperet, eftersom det bibringats den våta pappersbanan i samband med torkningen av denna. Impulstorlcning sker dessutom vid en betydligt högre temperatur än Lex. Yankee-torkning eller genomblåsnings- torkning, varvid enligt en teori, till vilken uppfinningen dock ej är bunden, ligninets mjukriingstemperatur i högutbytesmassan uppnås under den sarntidiga impuls- torkningen och pressfonnningen. När papperet däreñer svalnar stelnar åter ligninet och bidrar till att låsa den tredimensionella struktur som bibringats 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 en viss andel högutbytesmassa, vilken andel bör vara minst 10 vikts-% rälciiat på den torra fibervikten, företrädesvis minst 30 vikts-% och helst minst 50 vikts-%. Inblandning av en viss mängd annan 10 15 20 25 30 512 944 9 massa med goda styrkeegenskaper, såsom kemisk massa, företrädesvis långfibrig sulfatmassa, 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-slurnpaitat 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 skillnaderna 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 fonnning 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 lOO-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 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. 10 'S12 944 10 Vanliga tillsatsmedel såsom våtstyrkemedel, mjukgörare, fyllmedel etc. kan naturligtvis användas i papperet. Pappersbanan kan efier impulstorkningen 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 virorna så att pappersbanan i samband med överföringen bromsas.

Pappersbanan kommer härvid att packas ihop något, vilket ökar mjukhetsegen- skapema.

Claims (6)

10 15 20 25 30 5112 944.' 1 1 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 mönsuingsvira, -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 pappersbanan ( 10) efter sagda pressnyp (12) leds runt en väsentlig del av den uppvärmda valsens (13) periferi för att åstadkomma en efiertorkning av pappersbanan medan denna fortfarande står i kontakt med sagda tredimensionella mönster.

2. Metod enligt patentkrav l, kännetecknad av att pappersbanan ( 10) omsluter minst l80°, företrädesvis minst 270° av den uppvärmda valsens (13) periferi.

3. Metod enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att en ytterligare värmning av pappersbanan (10) sker i sagda efiertorkningsparti förutom den värmning som sker via den uppvärmda valsen (13).

4. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att mothållet (1 1,14) uppvisar en eftergivlig yta så att pappersbanan bibringas en tredimensionell struktur vilken uppvisar en total tjocklek som är större än den opressade pappersbanans tjocklek. 10 512 944 12

5. Metod enligt patentkrav 4, kännetecknad av att pappersbanan uppbärs av en kompressibel pressfilt (11) genom pressnypet (12), vilken pressfilt bildar det efiergivliga mothållet.

6. Metod enligt patentkrav 5, kännetecknad av att pressfi1ten(11) pressas mot en elastiskt eftergivlig yta (14) i pressnypet (12).