專利名稱：制造紙幅的方法和造紙機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在造紙機(jī)內(nèi)制造壓光紙幅的方法。
在按先有技術(shù)造紙時，發(fā)現(xiàn)在黑釉光(Schwarzsatinage)與紙的粗糙度與光澤度之間存在一種關(guān)系。黑釉光是在含木漿未涂刷紙的強(qiáng)釉光整理時或含木漿經(jīng)涂刷紙中紙張內(nèi)高的局部壓縮，它導(dǎo)致減小纖維與空氣之間光散射邊界面，由此造成在透射光內(nèi)觀察時紙張組織內(nèi)透明的部位。這些部位尤其出現(xiàn)在纖維交叉點(diǎn)，它們作為局部高單位面積質(zhì)量的地點(diǎn)在壓光機(jī)內(nèi)遭受最大壓應(yīng)力。這些在透射光內(nèi)透明的部位在偏光內(nèi)看起來是黑的，因為光線透射以及只有小部分被反射。因此這種紙有“灰色”斑點(diǎn)的外觀。黑釉光通過在釉光整理過程中萎陷的纖維形成。這種纖維由于在腔管內(nèi)，亦即在纖維的空腔內(nèi)，纖維與空氣及空氣與纖維之間沒有邊界層，因而成為透明的。
本發(fā)明的目的是限制紙幅內(nèi)的黑釉光。
按本發(fā)明為達(dá)到此目的采取的措施是，采用一種含有部分加入灰分的纖維的纖維材料懸浮液來制造紙幅。
在例如按DE10204254A1借助Fiber-Loading(填料填充纖維)工藝供入灰分時，灰分直接沉淀在纖維內(nèi)并與之締合。通過顯微鏡照相可以證明，灰分也沉積在纖維的空腔內(nèi)。因為甚至在萎陷的纖維中也存在纖維-灰分邊界層以及灰分-纖維邊界層，從而避免了黑釉光。
這意味著，按本發(fā)明，黑釉光指數(shù)在最終粗糙度相同時減小至少10％。反過來說，在黑釉光指數(shù)相同時，紙的最終粗糙度減小至少12％。
由從屬權(quán)利要求、說明書和附圖可知本發(fā)明其他有利的擴(kuò)展設(shè)計。
特別有利的方法是，在造紙機(jī)內(nèi)，紙幅通過一個有許多輥隙(Nips)的壓光機(jī)導(dǎo)引，以及在輥隙內(nèi)在紙幅上施加大于50kN/m的線荷載。
在這方面特別有利的是，在紙幅上施加大于100或大于350kN/m的線荷載。
也有利的是，紙幅首先被過干燥至濕度小于5％，接著在壓光機(jī)前重新增濕至濕度大于7％。
本發(fā)明還涉及一種按上述方法之一制造壓光紙幅的造紙機(jī)。
這種造紙機(jī)的特征在于它包括一個在纖維材料懸浮液內(nèi)加入灰分的設(shè)備。本設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是它不僅適用于在線而且適用于脫線制造紙幅，也就是說，即使沒有將用于纖維材料懸浮液加料的設(shè)備與用于制造紙幅的機(jī)器連續(xù)布置以及將紙的生產(chǎn)過程與纖維材料懸浮液充填灰分直接連接，此設(shè)備仍是有效的。通過纖維的這種充填使紙張在壓光機(jī)內(nèi)經(jīng)受得住更大的線荷載，并因而能達(dá)到紙幅更高的平滑度。
設(shè)備有利地包括一個靜態(tài)混合器、一個用于加入氧化鈣或氫氧化鈣的調(diào)配裝置、一個擠壓或脫水螺桿、一個均衡反應(yīng)器或一個均衡螺桿、一個用作結(jié)晶桶的容器、另一個靜態(tài)混合器、一個二氧化碳儲罐或一個附加的用于回收二氧化碳的裝置。
按一項有利的設(shè)計規(guī)定，它包括高濃磨漿機(jī)和/或二氧化碳加熱器和/或擠壓水或脫水螺桿內(nèi)取出的水的儲罐。
也有利的是，在脫水螺桿內(nèi)獲得的纖維材料懸浮液的濾出液，可通過管道回引到匯集桶或另一個在上游的用于加工纖維材料懸浮液的裝置。
除此之外可有利地規(guī)定，在用作結(jié)晶桶的容器下游設(shè)附加的用于清洗纖維材料懸浮液的洗滌裝置。
此外，有利地造紙機(jī)還包括一個雙網(wǎng)成形器。在處于其下游的壓榨部內(nèi)優(yōu)選地設(shè)至少一臺靴形壓榨裝置。造紙機(jī)優(yōu)選地有一臺具有許多輥隙的壓光機(jī)，以降低粗糙度和提高平滑度。
優(yōu)選地在壓光機(jī)前設(shè)用于紙幅重新增濕的裝置。重新增濕有利地借助一個蒸汽噴吹箱達(dá)到，通過它也可以增加紙的光澤。
在生產(chǎn)輕量涂布紙LWC(LWC＝light weight coated)和中量涂布紙MWC(MWC＝medium weight coated)時；，也有利的是使用一個涂布機(jī)(Streichaggregat)。
若造紙時纖維材料懸浮液經(jīng)Fiber-Loading技術(shù)處理，則得到一種全新的產(chǎn)品，與市場上已知的產(chǎn)品相比它有一些新的和更好的特性。下面說明的過程允許在造紙廠內(nèi)加工紙漿時直接沉淀出填料(碳酸鈣)，它最終均勻分布地積聚在纖維材料尤其紙纖維上和內(nèi)。
通過最終制成加有沉淀的碳酸鈣的纖維材料，其中，碳酸鈣積聚在纖維上或內(nèi)或引入纖維中；抑制構(gòu)成自由沉淀的碳酸鈣(PCC)通過在碾磨過程前和/或碾磨過程后和/或在結(jié)晶桶內(nèi)結(jié)晶過程前和/或紙漿輸送桶前或供給造紙機(jī)前使用附加的洗滌過程，或通過將擠壓濾出液回引給匯集桶或另一個進(jìn)口側(cè)儲存裝置，達(dá)到調(diào)整Fiber-Loading裝置供給系統(tǒng)內(nèi)氫氧化鈣有穩(wěn)定的含量。氫氧化鈣可以直接輸入纖維材料溶解器內(nèi)。擠壓濾出液可以回引到紙漿溶解系統(tǒng)中。沒有積聚在纖維上或內(nèi)的氫氧化鈣重新供給連接在上游的過程。
只有未沉積在纖維上或內(nèi)的填料，亦即自由沉淀的碳酸鈣被洗出。內(nèi)和外加有填料的纖維本身，通過洗滌過程以及回引擠壓濾出液并不失去填料，從而保持了Fiber-Loading技術(shù)的積極效果。
按本發(fā)明尤其還規(guī)定，將纖維材料懸浮液加入用于擠出濾出液的擠壓裝置內(nèi)。接著，濾出液至少部分回引到用于溶解纖維材料懸浮液的裝置內(nèi)，亦即進(jìn)口側(cè)的儲罐內(nèi)，例如匯集桶內(nèi)。氫氧化鈣至少部分添加到溶解纖維材料的裝置內(nèi)。在整個紙漿溶解系統(tǒng)中，亦即在用于溶解纖維材料的裝置內(nèi)，保持pH-值在7與12之間，尤其在9與12之間。
含水或干燥狀態(tài)的氫氧化鈣或氧化鈣，摻入存在的纖維材料份額在0.01與60％之間范圍內(nèi)含水的紙纖維材料內(nèi)。為此混合過程使用一個靜態(tài)混合器、一個匯集桶或一個紙漿溶解系統(tǒng)；在這里使用pH-值在7與12之間，優(yōu)選地在9與12之間的范圍內(nèi)。氫氧化鈣的反應(yīng)性處于0.01秒與10分鐘之間，優(yōu)選地在1秒與3分鐘之間。按預(yù)定的反應(yīng)參數(shù)摻入稀釋水。
二氧化碳按照反應(yīng)參數(shù)摻入含水的紙漿范圍內(nèi)。在這里碳酸鈣在二氧化碳環(huán)境中沉淀出來。
與此同時加入每噸干紙漿在0.1與300kWh之間范圍內(nèi)的碾磨能量。與傳統(tǒng)的制造纖維材料懸浮液的過程相比，按本發(fā)明可以節(jié)能地達(dá)到更高的磨碎度；按本發(fā)明可以節(jié)約碾磨能量達(dá)50％。
通過高的磨碎度達(dá)到的成品高的機(jī)械品質(zhì)，對于制造所有品種的紙均有正面效果，由此使制造的中間產(chǎn)品和要制成的成品能承受在造紙機(jī)的不同部分內(nèi)，如在擠壓部分、干燥部分或紙幅卷取的區(qū)域內(nèi)由于使用卷取、卷繞、復(fù)卷和轉(zhuǎn)換機(jī)，過程引起的高的機(jī)械荷載。在碾磨過程加入的能量，亦即熱量，以及由此造成的加熱受到控制。相應(yīng)地控制可以制成形狀完全不同的晶體。
通過纖維材料懸浮液按本發(fā)明的預(yù)處理，還創(chuàng)造了更好干燥的前提條件，通過更好地干燥提高了在制造所有品種的紙時的效率。有利地剩余濕度在1與20％之間的范圍內(nèi)。
采用本發(fā)明還達(dá)到更高的白度和/或更高的光學(xué)值，在制造所有類型的紙時有大約達(dá)15個亮度點(diǎn)(Helligkeitspunkte)的更好的亮度。
同樣可以規(guī)定，使用于沉淀反應(yīng)的能耗在0.3與8kWh/t之間，尤其在不使用碾磨過程時，能耗尤其在0.5與4kWh/t之間。
優(yōu)選地，過程溫度處于-15℃與120℃之間，尤其在20℃與90℃之間。優(yōu)選地，制成菱面體、偏三角面體和球形晶體，在這里，晶體尺寸在0.05與5μm之間，尤其在0.3與2.5μm之間。
為了制造一種加入碳酸鈣的纖維材料懸浮液，使用靜力和/或運(yùn)動的尤其旋轉(zhuǎn)的攪拌元件。
所述的方法可在壓力范圍0與15bar之間，尤其在0與6bar之間實(shí)施。同樣有利地此方法在pH-值6與10之間，尤其6.5與8.5之間實(shí)施。在這里，反應(yīng)時間處于0.01秒與1分鐘之間，尤其在0.05與10秒之間。
在按本發(fā)明的技術(shù)使用于上面列舉的那些紙的品種時另一個優(yōu)點(diǎn)在于，它們還可以在壓光機(jī)內(nèi)進(jìn)一步加工。通過使用Fiber-Loading技術(shù)將填料顆粒積聚在纖維內(nèi)、纖維周圍和纖維上，避免黑化(Blackening)，亦即黑釉光。
與按傳統(tǒng)制成的纖維材料相比，采用按本發(fā)明的Fiber-Loading組合過程技術(shù)制成的纖維材料有更高的脫水性，它處于5與100ml CFS之間或從0.2至15°SR的范圍內(nèi)，取決于所要求的磨碎度和填料含量。這種纖維材料有較低的重新含水能力為約2至15％，這取決于用來造紙的原材料。與傳統(tǒng)的纖維材料相比，水可以從纖維材料懸浮液更快地排除，相應(yīng)地可以使纖維材料更快地干燥。這還對于重新增濕有正面的影響，由此減少造紙過程中的重新增濕，以及對于制成的紙品種的壓印能力有積極的影響。
下面借助實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。其中

圖1表示加工使用于制造纖維料幅的機(jī)器中的纖維材料懸浮液的系統(tǒng)圖；圖2表示黑釉光與紙幅粗糙度的函數(shù)關(guān)系；以及圖3表示一種制造壓光紙的造紙機(jī)設(shè)計。
為纖維材料懸浮液設(shè)一配備有控制閥2、3的管道系統(tǒng)1(圖1)?？刂崎y2設(shè)在管道4中，通過它將管道系統(tǒng)1與靜態(tài)混合器5連接。通過閥6在攪拌機(jī)5內(nèi)輸入稀釋水。沿纖維材料懸浮液流動方向，在攪拌機(jī)5下游設(shè)一個桶7或容器用于存放纖維材料懸浮液。纖維材料懸浮液從桶7借助泵8泵送到另一個靜態(tài)混合器9。通過閥10也向攪拌機(jī)9供入稀釋水。同樣，通過安裝在管道12中的閥11控制氫氧化鈣懸浮液的流量。
氫氧化鈣懸浮液由一個調(diào)配裝置13提供，在此裝置內(nèi)在水中加入固體氧化鈣或氫氧化鈣。為此，通過有閥15的管道14在調(diào)配裝置13中加入水。在調(diào)配裝置13中制成的懸浮液借助泵16引入管道12中。
因此，加有氫氧化鈣的纖維材料懸浮液從攪拌機(jī)9出發(fā)在有閥18的管道17中流向脫水螺桿19，纖維材料懸浮液在脫水螺桿中將水取出，水例如通過管道20作為稀釋水回引至攪拌機(jī)5。與之不同或附加地，在脫水螺桿19中提取的水也可以導(dǎo)入用于纖維材料懸浮液的儲罐21，或?qū)⑺匾綌嚢铏C(jī)9。在所有的情況下，在位于脫水螺桿19上游的機(jī)組內(nèi)可以通過含氫氧化鈣的水的反流提高和調(diào)整pH-值。
纖維材料懸浮液從脫水螺桿19經(jīng)管道22到達(dá)均衡螺桿23，為的是使纖維材料懸浮液均衡化。沿流動方向在它下游經(jīng)過管道24設(shè)容器25(結(jié)晶桶)。容器25經(jīng)配備有閥26、27和泵28的管道29與二氧化碳儲罐30連接。二氧化碳從儲罐30引入結(jié)晶桶25內(nèi)，以造成氫氧化鈣和二氧化碳期望的沉淀反應(yīng)，形成碳酸鈣作為纖維材料的纖維內(nèi)的填料。
二氧化碳儲罐30通過另一個從管道29分路并配備有閥32的管道31附加地與均衡螺桿23連接。由此也可以在其中引入二氧化碳，以便在那里至少已部分實(shí)施沉淀反應(yīng)。
同樣，管道29通過另一個閥33與靜態(tài)混合器34連接。它用于在通過設(shè)有閥35的管道36從結(jié)晶桶25流出的纖維材料懸浮液內(nèi)摻入另外的二氧化碳。
纖維材料懸浮液從攪拌機(jī)34流入攪拌罐37內(nèi)。在攪拌機(jī)34與攪拌罐37之間可設(shè)一儲罐38，它除此之外還用作過濾裝置。從儲罐38出發(fā)，富含碳酸鈣的濾出液回引到匯集桶7內(nèi)或另一個在上游的用于加工稀釋水或纖維材料懸浮液的匯集機(jī)組內(nèi)。攪拌罐37配備有轉(zhuǎn)子39用于攪拌纖維材料懸浮液。纖維材料懸浮液從攪拌機(jī)34或直接流向造紙機(jī)的紙漿進(jìn)口，或例如在磨漿機(jī)給料池(Refiner Feed Chest)中經(jīng)受另一次機(jī)械處理。
從管道系統(tǒng)1經(jīng)閥3和其中安裝閥3的管道40，同樣可將此時尚未加入氫氧化鈣的纖維材料懸浮液供給攪拌機(jī)34。
此外規(guī)定，從用于制造纖維料幅的機(jī)器，尤其造紙機(jī)，將白水或例如在造紙機(jī)的網(wǎng)部內(nèi)回收的過程水，或如上面已說明的將來自脫水螺桿19的纖維材料懸浮液，供給容器21。容器21中例如通過有閥42的管道41引入稀釋水。
摻有過程水的稀釋水從容器21經(jīng)管道43、泵44以及閥45流到結(jié)晶桶25。因而按圖1所示用于向纖維材料懸浮液加入填料，尤其加入碳酸鈣的裝置的結(jié)構(gòu)，提供了許多種可能性，可以在生產(chǎn)的不同階段影響要制成的纖維材料懸浮液的成分。
有利地在管道4內(nèi)部設(shè)有一個高濃磨漿機(jī)46。按選擇還可以設(shè)加熱器47用于從儲罐30供入的二氧化碳。加熱器47用熱蒸汽工作，熱蒸汽通過進(jìn)口48供入和經(jīng)出口49重新排出。
在制造SC紙幅時(SC＝super calendered超級壓光)(圖2)，必須根據(jù)紙、SC-A紙或SC-B紙的質(zhì)量，提供確定的按PPS測量法測定的微米粗糙度R上限，用于作為粗糙度函數(shù)的黑釉光S(黑化指數(shù))。只有粗糙度和黑釉光的值低于極限值的紙才能使用。
壓光紙尤其適用于凹版印刷法。為達(dá)到紙表面要求的平滑度，這些紙在壓光機(jī)輥隙內(nèi)磨光，因為要不然在壓印圖像內(nèi)會出現(xiàn)缺陷。然而若使用輥隙過少的壓光機(jī)以及給紙幅施加過高的輥隙壓力，則部分纖維被擠壓成使它們獲得一種透明的外觀。對于高的紙質(zhì)量，這種缺陷不允許超過圖2中表示的極限，它們通過同樣在圖2中針對不同品種的紙表示的極限曲線G確定。脫墨紙(DIP＝deinked paper)過高的份額也會使紙的質(zhì)量向更低的值移動。高的粗糙度造成許多漏印點(diǎn)(missing dots)。反之，若在印刷過程中使用許多輥隙，與此同時在低的壓力或小的線狀力下加工，則生產(chǎn)設(shè)備是不經(jīng)濟(jì)的。因此按本發(fā)明采取下列措施提高紙的質(zhì)量，即在纖維的空腔內(nèi)加入灰分。這樣做允許在壓光機(jī)的輥隙內(nèi)施加大得多的線狀力，以及與先有技術(shù)相比可以減少壓光機(jī)輥隙的數(shù)量。由此可以在減小黑釉光的同時提高壓光機(jī)效率。
適用于制造釉光紙的造紙機(jī)(圖3)包括雙網(wǎng)成形器50、有兩個前后排列的輥對的壓榨部51，在輥對內(nèi)分別將一個壓輥設(shè)計為靴狀壓輥。一個單排干燥部分52與壓榨部51連接。紙幅在有許多輥對的壓光機(jī)53內(nèi)被磨光。接著，在卷繞裝置54內(nèi)卷繞紙幅。
權(quán)利要求
1.一種在造紙機(jī)內(nèi)制造壓光紙幅的方法，其特征為使用一種含有部分加入灰分的纖維的纖維材料懸浮液來制造所述壓光紙幅。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，所述紙幅通過一個有許多輥隙的壓光機(jī)導(dǎo)引。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征為，在輥隙內(nèi)在紙幅上施加大于50kN/m的線荷載。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為，在紙幅上施加大于100kN/m的線荷載。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為，在紙幅上施加大于350kN/m的線荷載。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征為，紙幅首先被過干燥至濕度小于5％，接著在壓光機(jī)(53)前重新增濕至濕度大于7％。
7.一種按照權(quán)利要求1至6之一所述采用纖維材料懸浮液來制造壓光紙幅的造紙機(jī)，其特征為它包括一個向纖維材料懸浮液內(nèi)加入灰分的設(shè)備。
8.按照權(quán)利要求7所述的造紙機(jī)，其特征為，所述設(shè)備包括靜態(tài)混合器(5、9)、加入氧化鈣或氫氧化鈣的調(diào)配裝置(13)、擠壓或脫水螺桿(19)、均衡反應(yīng)器或均衡螺桿(23)、用作結(jié)晶桶的容器(25)、另一個靜態(tài)混合器(34)、二氧化碳儲罐(30)或一個附加的用于回收二氧化碳的裝置。
9.按照權(quán)利要求8所述的造紙機(jī)，其特征為，它包括高濃磨漿機(jī)(46)和/或二氧化碳加熱器(47)和/或用于擠壓水或從脫水螺桿(19)內(nèi)取出的水的儲罐(21)。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的造紙機(jī)，其特征為，在脫水螺桿(19)內(nèi)獲得的纖維材料懸浮液的濾出液，可通過管道(20)回引到匯集桶(7)或另一個在上游的用于處理纖維材料懸浮液的裝置。
11.按照權(quán)利要求8至10之一所述的造紙機(jī)，其特征為，在用作結(jié)晶桶的容器(25)下游設(shè)有一附加的用于清洗纖維材料懸浮液的洗滌裝置。
12.按照權(quán)利要求7至11之一所述的造紙機(jī)，其特征為，它包括一個雙網(wǎng)成形器(50)。
13.按照權(quán)利要求7至12之一所述的造紙機(jī)，其特征為，它包括一個有至少一臺靴形壓榨裝置的壓榨部(51)。
14.按照權(quán)利要求7至13之一所述的造紙機(jī)，其特征為，它有一臺有許多輥隙的壓光機(jī)(53)。
15.按照權(quán)利要求14所述的造紙機(jī)，其特征為，在壓光機(jī)(53)前設(shè)有用于紙幅重新增濕的裝置。
16.按照權(quán)利要求15所述的造紙機(jī)，其特征為，所述裝置是一個蒸汽噴吹箱。
17.按照權(quán)利要求7至16之一所述的造紙機(jī)，其特征為，它包括一個涂布機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在造紙機(jī)內(nèi)制造壓光紙幅的方法，其特征在于，紙幅在使用一種含有部分加入灰分的纖維的纖維材料懸浮液的情況下制造。
文檔編號D21H17/00GK1961116SQ200580017811
公開日2007年5月9日 申請日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者克勞斯·多勒, 沃爾克·尼格爾, 伯恩德·格爾登伯格, 霍爾格·亨伯格 申請人:沃依特專利有限責(zé)任公司