專利名稱：生產(chǎn)具有三維圖案的紙張的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)具有三維圖案的紙的方法，所述圖案由交替的凸起和凹陷部構(gòu)成，這些圖案是在用脈沖干燥(impulse drying)時設(shè)置的；在所述脈沖干燥時，濕紙張通過至少一個壓榨輥隙，后者包括一個被加熱的旋轉(zhuǎn)輥，并且濕紙張在通過壓榨輥隙的過程中、借助于一個帶圖案的絲網(wǎng)、帶或者條和/或通過加熱輥上的圖案被賦予一種三維圖案，所述三維圖案具有交替的凸起和凹陷部，所述圖案在一個反作用裝置上被壓入所述紙張。
另一種干燥方法是所謂的穿氣干燥法(through-air-drying)(TAD)。在這種方法中，紙通過熱空氣干燥，所述熱空氣被吹動穿過濕紙張，通常沒有在先的濕加壓。進(jìn)入穿氣干燥器的紙張然后僅通過真空脫水，其干含量約為25％-30％，并且在穿氣干燥器中被干燥到干含量約為65％-95％。紙張被傳送到一個特定的干燥織物，并通過一個所謂TAD滾筒，所述滾筒具有一個開口結(jié)構(gòu)。在紙張通過TAD滾筒的過程中，熱空氣被吹動穿過所述紙張。以這種方法生產(chǎn)的紙主要是柔軟的紙，變得非常柔軟并且膨松。但是因為所有要被去除的水必須得蒸發(fā)，所述方法非常消耗能量。在TAD干燥法中，干燥織物的圖案結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)移到紙張。這種結(jié)構(gòu)在紙的潮濕條件下也基本被保持，因為它已經(jīng)被印在所述濕紙張上。關(guān)于TAD技術(shù)的描述能在US-A-3,301,746中找到。
脈沖干燥紙張的方法在例如SE-B-423 118中被公開了，簡略地說包括，濕紙張通過在一個壓輥和一個加熱輥之間的壓榨輥隙，所述加熱輥被加熱到這樣的高溫，使在濕紙張和加熱輥之間的界面中產(chǎn)生了迅速而強(qiáng)烈的蒸汽。對所述輥的加熱例如通過氣體燃燒器或者其它加熱裝置完成，例如借助電磁感應(yīng)來加熱。由于主要在壓榨輥隙中將熱傳遞到紙，所以獲得了非常高的熱傳遞速度。在脈沖干燥過程中，所有從紙張中去除的水沒有被蒸發(fā)，但是蒸汽在其通過紙張的路徑上從紙張的纖維之間的小孔中帶走了水。因此，干燥效率變得非常高。
在EP-A-0 490 655中公開了一種紙張的生產(chǎn)，特別是柔軟的紙，其中紙在用脈沖干燥的同時被賦予一種壓花表面。這種壓花是通過在一個硬保持裝置上將一種圖案從一側(cè)或者兩側(cè)壓制到紙上而形成的。這樣產(chǎn)生了紙的壓縮，并且通過這樣一種方法、就在與所述印痕相對的一定部分上具有較高的密度，而在中間部分上具有較低的密度。
發(fā)明目的和最重要的特征本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)具有三維圖案的脈沖干燥紙的方法，例如用作衛(wèi)生紙、餐巾紙卷、紙手帕、桌子餐巾等的柔軟紙，其中這些紙具有很大的膨松度、很高的彈性和很高的柔性。紙的結(jié)構(gòu)應(yīng)該在濕條件下也被進(jìn)一步保持著。本發(fā)明的另一個目的是，所述方法應(yīng)該提供一個與脈沖干燥直接相關(guān)的對紙張盡可能完全的干燥、從而消除或者減少進(jìn)一步干燥步驟的需要。根據(jù)本發(fā)明，這通過這樣一種方式來實現(xiàn)，所述紙張在所述壓榨輥隙之后圍繞一個加熱輥周邊的大部分，其目的是在所述紙張仍然與所述三維圖案接觸的同時提供對紙張附加的干燥。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述紙張包圍至少180°、并且最好至少270°加熱輥的周邊。
對紙張的進(jìn)一步加熱除了通過加熱輥加熱之外、還發(fā)生在后干燥段。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征和優(yōu)點在下述說明書和所附權(quán)利要求中被公開。
附圖的說明本發(fā)明將在下面參照如圖所示的一些實施例進(jìn)行更進(jìn)一步的說明。


圖1和圖2是根據(jù)兩個不同實施例的脈沖干燥裝置的示意側(cè)視圖。
本發(fā)明說明圖1示意地表示了用于脈沖干燥紙張的一個裝置。在抽吸箱(未圖示)中脫水的濕紙張10被一個絲網(wǎng)或者毛氈11支撐著，并且被帶入兩個轉(zhuǎn)動輥13和14之間的壓榨輥隙12。在所述壓榨輥隙處，所述輥13與所述紙張接觸、并且被一個加熱裝置15加熱到這樣一個溫度，所述溫度足夠高以干燥紙張。加熱輥的表面溫度能夠根據(jù)下列因素而改變，例如紙張的水分含量、紙張的厚度、紙張和所述輥的接觸時間以及完成的紙張的期望水分含量。當(dāng)然，表面溫度不能太高，否則會損壞紙張。適合的溫度應(yīng)該為100℃-400℃，更好為150℃-350℃，并且最好為200℃-350℃。
紙張通過輥14被壓靠在被加熱的輥13上。加壓裝置當(dāng)然可以被設(shè)計為其它各種形式。也可以一個接一個地設(shè)置兩個或者多個加壓裝置。保持裝置14也可以是一個壓瓦。也可以將紙張11在沒有被支撐的情況下、即沒有被任何絲網(wǎng)或者毛氈支撐的情況下壓入壓榨輥隙中。
在被加熱的輥13和濕紙張之間的界面中產(chǎn)生了一個非常迅速、劇烈的并且?guī)缀醣ㄐ缘恼羝?，在此產(chǎn)生的蒸汽在其通過紙張的路徑上帶走水。關(guān)于脈沖干燥技術(shù)的進(jìn)一步說明可以參照上述SE-B-423118、EP-A-0 337 973和US-A-5,556,511。
在所述壓榨輥隙12之后，所述紙張10被引導(dǎo)著圍繞加熱輥13的大部分周邊，以便對紙張進(jìn)行后干燥，同時所述紙張仍然與輥13的三維圖案接觸。所述紙張應(yīng)該包圍至少180°，并且最好為270°加熱輥13的周邊。由此，所述紙張在整個干燥過程中與輥13的圖案接觸，這意味著用脈沖干燥賦予所述紙的圖案被進(jìn)一步穩(wěn)定。
除了通過所述加熱輥13進(jìn)行加熱之外，在所述后干燥工位也可以對所述紙張進(jìn)行進(jìn)一步加熱。根據(jù)圖1所示實施例，這種加熱是通過一個紅外線裝置17進(jìn)行的，所述紅外線裝置17圍繞著所述輥13的周邊設(shè)置；而在圖2中，輥13被一個所謂的高速通風(fēng)罩18圍繞著，這通常在薄棉紙的制造中使用，其中來自氣體燃燒器的熱煙道氣提供紙的進(jìn)一步干燥能量。
所述紙在干燥后被卷繞在一個卷取輥16上。應(yīng)當(dāng)注意到需要使紙縐褶，以便賦予其柔軟紙所需要的柔軟性和膨松度，這個需要在利用根據(jù)本發(fā)明的脈沖干燥方法時被減小，這是因為所述紙通過其三維結(jié)構(gòu)和選擇的圖案已經(jīng)被賦予了柔軟性和膨松度。
所述紙張在其被帶入脈沖干燥器之前或者可以僅僅在抽吸箱中脫水，或者還稍微被加壓。
所述紙在被脈沖干燥的同時還被賦予了三維結(jié)構(gòu)。這可以通過圖1所示方法來完成，所述被加熱的輥13設(shè)有一個壓花圖案，后者由交替的凸起和凹陷的區(qū)域構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)基本上在所述紙隨后的潮濕條件下也被保持著，因為其已經(jīng)在干燥時被印在濕紙張上。由于術(shù)語壓花通常用于在干燥的紙上成形，在下述描述中將術(shù)語壓力模制用于紙的三維成形，其與脈沖干燥同時進(jìn)行。通過壓力模制，增加了紙的膨松度和吸濕能力，后者是柔軟紙的重要屬性。
紙可以在一個非剛性表面上壓制，例如在一個可壓縮的壓氈11上壓制。輥14也可以具有一個彈性屈服表面，例如一個橡膠包裹表面。所述紙在此被賦予三維結(jié)構(gòu)，其總厚度大于未被壓縮的紙的總厚度。由此，所述紙被賦予很大的膨松度并且具有很高的吸溫能力和柔軟性。另外，所述紙具有彈性。同時，在所述紙中獲得了局部可以變化的密度。
所述紙能夠在一個剛性表面上壓制，例如在一個具有硬表面的絲網(wǎng)11和/或輥14上壓制，在此，加熱輥13的圖案在與印痕相對的對紙的高度壓縮下被壓制入紙張中，同時在印痕之間的部分沒有被壓縮。
在紙中的圖案結(jié)構(gòu)也能夠借助于一條帶圖案的條帶形成，所述條帶圍繞著輥13并且被該輥加熱，并且被引導(dǎo)著穿過輥13和紙張10之間的壓榨輥隙12。
或者，在干燥過程中，紙張10可以被一個絲網(wǎng)11支撐著，后者具有一種圖案，所述圖案在紙張通過輥13和14之間的壓榨輥隙12時被壓力模制入紙張中。所述輥13可以或者是光滑的或者具有一個壓花圖案。在輥13光滑的情況下，壓力模制的紙將具有一個光滑的表面和一個具有印痕的表面。在輥13具有壓花圖案的情況下，該圖案也會被壓制入紙中，這樣所述紙的一個側(cè)面將具有對應(yīng)于絲網(wǎng)11結(jié)構(gòu)的圖案，而在另一側(cè)面具有對應(yīng)于輥的壓花圖案的圖案。所述圖案不必一致，和/或相同或不同。
所述紙張在第一壓榨輥隙之后和卷繞于卷取輥16上之前可以通過一個第二壓榨輥隙(未圖示)，在此進(jìn)行對紙張的第二次脈沖干燥。這當(dāng)然意味著紙張在第二次壓榨輥隙之前沒有完全干燥，而是具有至少10％和最好至少20％重量的水分含量。如果在壓榨輥隙12中、第一次脈沖干燥步驟中的干燥不完全和/或在第二次脈沖干燥步驟之前被弄濕，則可以實現(xiàn)上述情況。
類似地，通過兩次脈沖干燥步驟，紙張被賦予一種三維結(jié)構(gòu)。圖案可以從相對兩側(cè)被壓制入紙張中。也可以從同一側(cè)將不同的圖案壓制入紙張中。在兩次脈沖干燥步驟中被壓入紙張中的圖案最好不同。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以在紙張中加入一種材料，所述材料在100-400℃的溫度范圍內(nèi)能變?nèi)彳浕蛘呷刍?。所述材料可以是具有熱塑性的合成或天然聚合物、具有柔性劑的化學(xué)改性的木質(zhì)素和/或合成或者天然聚合物。所述材料可以或者是粉末、薄片、纖維的形式，或者是一種水懸浮液，例如膠乳彌散液。熱塑性聚合物的例子是聚烯烴，例如聚乙烯和聚丙烯、聚酯等。所述材料可以被施加于整個紙張表面上或者只是施加于將要最靠近所述加熱輥13的一部分紙張表面上。
通過為所述紙張?zhí)砑铀霾牧?，所述材料能被軟化或熔化，在紙張中獲得了增加量的粘結(jié)點。由此，通過組合的脈沖干燥和壓力模制賦予所述紙張的基本重量變化和三維結(jié)構(gòu)可以有效地被保持。這種結(jié)構(gòu)在紙的潮濕條件下也被保持著。
所述紙可以通過不同的紙漿形式生產(chǎn)。如果不用回收紙漿，后者在今天、在很大程度上主要用于衛(wèi)生紙和餐巾紙卷，用于柔軟紙的最普遍的紙漿是化學(xué)紙漿。在這種紙漿中的木質(zhì)素含量實際上為零，而由純纖維素纖維構(gòu)成的纖維相當(dāng)細(xì)并且柔軟。?；瘜W(xué)紙漿是低屈服紙漿，因為其屈服度僅為大約50％，這是在使用的木制原材料的基礎(chǔ)上計算出的。因此，這是相對昂貴的紙漿。
因此，通常使用更便宜的所謂高屈服紙漿，例如，在柔軟的紙以及其它類型的紙例如新聞紙、紙板等中的、例如機(jī)械的、熱機(jī)械的紙漿，化學(xué)機(jī)械(chemomechanical)的紙漿(CMP)或者CTMP紙漿(chemothermomechanical pulp)。在高屈服紙漿中，纖維更粗糙并且包含大量的木質(zhì)素、樹脂和半纖維素。木質(zhì)素和樹脂給予纖維更大的疏水性能和降低的形成氫鍵的能力。在柔軟紙中增加一定量的CTMP紙漿由于降低了纖維對纖維的連接，對膨松度和吸濕性能具有積極的效果。
CTMP紙漿的一個特別的變形是所謂高溫HT-CTMP紙漿，其生產(chǎn)不同于傳統(tǒng)類型的CTMP的生產(chǎn)，其主要使用用于浸漬、預(yù)熱、和精煉的較高溫度，該溫度最好不小于140℃。關(guān)于HT-CTMP的生產(chǎn)方法的詳細(xì)描述，可以參照WO95/34711。HT-CTMP的特征在于，它是一種長纖維、容易脫水并且體積膨松的高屈服紙漿，其具有較低的碎片和碎屑含量。
根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高屈服紙漿特別適合于脈沖干燥，這是因為其對壓力不敏感、容易脫水并且具有開口結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)允許產(chǎn)生的蒸汽通過。這減小了紙被過熱的危險和在脈沖干燥的過程中被損壞，與其它干燥方式相比，脈沖干燥是在相當(dāng)高的溫度下進(jìn)行的。所述對壓力的不敏感性和開口結(jié)構(gòu)是由于在高屈服紙漿中的纖維比化學(xué)紙漿中的纖維相對粗糙和硬。
另一個優(yōu)點是，賦予紙的三維圖案在紙的潮濕條件下也基本被保持，因為在于燥的同時所述圖案已經(jīng)被印在了濕紙張上。脈沖干燥發(fā)生的溫度比Yankee干燥和穿氣干燥高得多，本發(fā)明并不局限于后述兩種方法所根據(jù)的理論，在高屈服紙漿中木質(zhì)素的軟化溫度在脈沖干燥和壓力模制的同時被達(dá)到。當(dāng)紙變冷時，木質(zhì)素再次硬化并且會保持賦予紙的三維結(jié)構(gòu)。因此在紙的潮濕條件下也能保持該三維結(jié)構(gòu)，這極大地提高了紙的膨松和吸濕性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述紙含有一定量的高屈服紙漿，其含量按干纖維重量計算至少重10％，較好至少重30％，并且最好至少為50％。如果期望獲得高強(qiáng)度紙，則可以和一定量的另一種具有高強(qiáng)度性能的紙漿混合，后者例如化學(xué)紙漿，最好是長纖維牛皮紙漿或者回收紙漿。本發(fā)明當(dāng)然不局限于在紙中使用一種類型的紙漿，而是可以應(yīng)用各種任選類型的紙漿或者其混合物。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述紙張10可以在成形和脫水時在基本重量中以非隨機(jī)的圖案產(chǎn)生一種變化。例如，在絲網(wǎng)、條帶上通過成形和脫水形成，所述絲網(wǎng)或條帶的脫水性能根據(jù)一定的圖案變化，并且其中脫水性能的差別意味著纖維一定程度的位移，從而會導(dǎo)致紙張中基本重量的局部改變。
在成形和脫水過程中賦予紙張10的基本重量的變化在隨后的脈沖干燥步驟中被永久地保持不來，由此所述結(jié)構(gòu)在紙的潮濕條件下也能基本被保持。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，從厚度方向看，所述紙張具有變化的材料合成物，這樣在脈沖干燥的過程中，至少將要最靠近加熱輥13的一層或幾層中包含一定量的材料，這種材料在100-400℃時會軟化、熔化或者硬化。由此，所述紙將獲得這樣一個表面層，后者在潮濕條件下能夠增強(qiáng)紙的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在其余紙層中的紙漿合成物在另一方面可以選擇來優(yōu)化其它性能，例如柔軟性、強(qiáng)度、膨松度和隔音性能。
在柔性劑或者含有木質(zhì)素的高屈服紙漿的情況下，在脈沖干燥的過程中軟化、熔化或者硬化的這種材料可以包括一種濕強(qiáng)度劑、具有熱塑性的合成或者天然聚合物、化學(xué)改性的木質(zhì)素和/或天然或者合成聚合物。
普通添加劑，例如濕強(qiáng)度劑、柔性劑、填充物當(dāng)然也可以在紙中使用。紙張在脈沖干燥之后進(jìn)行不同形式的已知處理，例如添加不同的化學(xué)制品，再壓花、層壓等。也可以在兩個不同絲網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移紙張時，例如從一個脫水絲網(wǎng)轉(zhuǎn)移到一個干燥絲網(wǎng)時，在兩個絲網(wǎng)之間具有速度差，這樣在轉(zhuǎn)移時紙張減速。然后將紙張壓實到一定程度，這進(jìn)一步增加了柔軟性。
權(quán)利要求
1．一種生產(chǎn)具有三維圖案的紙的方法，所述圖案由交替的凸起和凹陷部構(gòu)成，所述圖案是在脈沖干燥過程中形成的，在脈沖干燥過程中，濕紙張(10)能通過至少一個壓榨輥隙(12)，所述輥隙包括一個轉(zhuǎn)動輥(13a)，所述轉(zhuǎn)動輥被加熱，并且所述紙張在通過壓榨輥隙時，借助于一個帶圖案的絲網(wǎng)、帶或條和/或通過在所述加熱輥(13a)上的圖案被賦予一種由交替的凸起和凹陷部構(gòu)成的三維圖案，所述圖案在一個反作用裝置(11,14)上被壓制入所述紙張中，其特征在于，所述紙張(10)在所述壓榨輥隙(12)之后被引導(dǎo)著圍繞所述加熱輥(13)的大部分周邊，以便在所述紙張保持與所述三維圖案接觸的同時、對所述紙張?zhí)峁└郊拥母稍铩?br> 2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述紙張(10)包圍所述加熱輥(13)的至少180°、最好270°的周邊。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在除了通過所述加熱輥(13)進(jìn)行的加熱之外，在后干燥段再一次加熱紙張(10)。
4．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述反作用裝置(11,14)設(shè)有一個非剛性表面，從而使所述紙張被賦予一種三維結(jié)構(gòu)，所述三維結(jié)構(gòu)的厚度大于未被壓縮的紙張的厚度。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述紙張被一個可壓縮壓氈(11)支撐著通過壓榨輥隙(12)，所述壓氈構(gòu)成所述反作用裝置。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述壓氈(11)在壓榨輥隙(12)中被壓向一個彈性表面(14)。
全文摘要
生產(chǎn)具有三維圖案的紙的方法,所述圖案由交替的凸起和凹陷部構(gòu)成,所述圖案是在脈沖干燥過程中形成的,在脈沖干燥過程中,濕紙張(10)經(jīng)過至少一個壓榨輥隙(12),所述輥隙包括一個被加熱的轉(zhuǎn)動輥(13a),并且所述紙張在通過壓榨輥隙時、借助于一個帶圖案的絲網(wǎng)、帶或條和/或通過在所述加熱輥(13a)上的圖案被賦予所述圖案,所述紙張(10)在所述壓榨輥隙(12)之后被引導(dǎo)著圍繞加熱輥(13)的大部分周邊,以便在與所述三維圖案接觸的同時、對所述紙張?zhí)峁┝硗獾母稍铩?br> 文檔編號D21F3/02GK1321211SQ99811
公開日2001年11月7日 申請日期1999年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月1日
發(fā)明者霍爾格·霍爾馬克, 倫納特·賴納, 托馬斯·比爾格倫, 卡韋·通德卡爾, 馬茨·瑟德貝里, 本特·亞雷胡爾特 申請人:Sca衛(wèi)生產(chǎn)品股份公司