專(zhuān)利名稱(chēng)：處理纖維幅面料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維幅面料整理法。特別是，本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的方法，該方法通過(guò)機(jī)械處理來(lái)提高紙張和紙板幅面料的光滑度。
通常用濕法生產(chǎn)紙張。根據(jù)該方法，纖維懸浮在水中，以形成纖維供料，濕幅面料由金屬絲篩網(wǎng)上的該供料形成。然后，利用不同的機(jī)械和熱系統(tǒng)逐步將幅面料干燥成預(yù)先選擇的干燥狀態(tài)。
在傳統(tǒng)的技術(shù)中，在幅面料形成前纖維供料保持紊流狀態(tài)，以避免纖維定向取向。但是，由于紊流會(huì)導(dǎo)致幅面料中形成絮凝體，絮凝體的纖維密度比其幅面料的周?chē)糠值睦w維密度大。
為了實(shí)施各種印刷操作，紙的表面應(yīng)該盡可能光滑和／或均勻。對(duì)涂敷有礦物顆粒層和乳膠粘合材料的紙張而言同樣如此。因此，在涂敷之前紙(原紙)經(jīng)常要軋光，并且包括礦物填料的紙也由軋光機(jī)處理以獲得較光滑的表面。由于上述絮凝體的形成，所以對(duì)某些紙的品質(zhì)而言，軋光非常必要。
有許多類(lèi)型的軋光機(jī)，但是所有的軋光機(jī)是對(duì)表面施加機(jī)械壓碾和滑動(dòng)力。傳統(tǒng)的軋光受到一些明顯的缺點(diǎn)的阻礙，在再次打濕后，經(jīng)軋光而變得平滑的表面全部或部分恢復(fù)到其原始形狀。眾所周知，由于軋光，紙可疏松到只剩下其強(qiáng)度特性的35-40％和其原始不透明性的25-35％。而且，紙幅面料的原始韌性將明顯降低。
考慮到與軋光有關(guān)的上述問(wèn)題，需要很大的努力來(lái)避免所述絮凝體的形成和尋找使表面變光滑的一些不同方法。
專(zhuān)利號(hào)為2，349，704的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種用布拋光輥拋光紙幅面料的表面的方法。輥的表面包含粉狀研磨劑，該研磨劑借助粘合劑粘附在該表面。目的是將紙壓碾和拋光到與高級(jí)軋光工序所形成的相同的程度，并且根據(jù)該專(zhuān)利的說(shuō)明書(shū)，處理過(guò)的紙張的密度與高級(jí)軋光工序之后產(chǎn)生的紙張密度相同，并且由Baush & Lomb表面反射性測(cè)量器測(cè)量的光澤度要比處理前高10點(diǎn)。
專(zhuān)利號(hào)為5，533，244的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了另一種方法，它某種程度上類(lèi)似上述方法，該方法使用機(jī)織帶來(lái)拋光紙，與幅面料本身相比，機(jī)織帶以不同速度在紙幅面料上滑動(dòng)，產(chǎn)生摩擦作用。
用作紙表面上的滑動(dòng)摩擦裝置的軟軋光裝置公開(kāi)在專(zhuān)利號(hào)為4，089，738的美國(guó)專(zhuān)利中。該裝置以與原先的高級(jí)軋光相同的途徑使紙表面變光滑。
已有技術(shù)的方法中沒(méi)有一種能將高密度的絮凝體從紙表面滿(mǎn)意地去掉。而且，顯然在已知方法的應(yīng)用期間紙的強(qiáng)度特性惡化。
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的是消除已有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且提供處理纖維質(zhì)幅面料表面的新穎的方法，特別是紙張或紙板表面，以便在基本保持幅面料的機(jī)械特性的同時(shí)提高其光滑度。
本發(fā)明基于令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，即可以用研磨裝置，例如研磨帶或振動(dòng)研磨裝置或旋轉(zhuǎn)研磨滾筒，通過(guò)只研磨掉幅面料的最突起部分來(lái)使許多纖維質(zhì)幅面料的表面變平，以便提供具有不變的或者甚至改善的機(jī)械強(qiáng)度特性的平表面。特別是，本發(fā)明包括在使表面很少的壓住研磨表面以至不能發(fā)現(xiàn)幅面料的密度的明顯增加的同時(shí)，在干燥狀態(tài)(“干研磨”)下只研磨纖維幅面料的較高部分(橫截面中)。
特別是，本發(fā)明主要以權(quán)利要求1中的特征部分所述的內(nèi)容為特征。
本發(fā)明提供許多優(yōu)點(diǎn)。令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如研磨過(guò)的紙比原紙有較好的抗張強(qiáng)度，并且還具有較好的抗破裂強(qiáng)度。雖然我們不希望受到任何特定原理的限制，但該現(xiàn)象基于當(dāng)具有最高強(qiáng)度的部分的強(qiáng)度減少時(shí)，在受到應(yīng)力的幅面料內(nèi)的力變得更均勻分布。最初，由于紙幅面料的不平坦(形狀)，力的強(qiáng)度不足以到達(dá)紙的最薄部分。但是，研磨使粘合力再分布到幅面料基體中。另一種可能的解釋是在研磨加工期間明顯產(chǎn)生碎屑和小纖維，該小纖維一端仍附著在原始纖維上，小纖維重新組合到表面上。
在本發(fā)明的表面研磨加工期間，形成了非常有限數(shù)量的松馳纖維和灰塵。這可能由于本發(fā)明的研磨摩擦將從表面釋放一些水蒸氣，并且它將凝結(jié)在留在機(jī)器的研磨加工部分的紙上。該凝結(jié)水將碎屑粘回到表面上。
接著，本發(fā)明將借助于下面詳細(xì)的描述并參考實(shí)施例更詳細(xì)地解釋。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“纖維質(zhì)的”和“木質(zhì)纖維的”用來(lái)分別指從纖維質(zhì)的和木質(zhì)纖維的材料中得到的材料。特別是，“纖維質(zhì)的”是指從木或其他植物原料的化學(xué)漿液中可得到的材料。這樣，包含“纖維質(zhì)纖維”的幅面料由例如牛皮紙、亞硫酸酯或有機(jī)溶膠漿液制成。“木質(zhì)纖維的”是指通過(guò)機(jī)械脫纖維法從木或其他植物原料中得到的材料，例如通過(guò)工業(yè)提煉加工、如精煉機(jī)制漿(RMP)、加壓精煉機(jī)制漿(PRMP)、熱機(jī)制漿(TMP)、磨碎木料(GW)或加壓磨碎木料(PGW)、化學(xué)熱機(jī)制漿(CTMP)或任何其他制造可以形成幅面料并且涂敷的纖維質(zhì)的材料的方法。
術(shù)語(yǔ)“紙”和“紙板”是指包括纖維質(zhì)或木質(zhì)纖維的紙張形式的產(chǎn)品。“紙板”與“厚紙板”同義。紙或紙板的克數(shù)可在從約30至約500克／平方米的寬范圍內(nèi)變化。可處理成約0．1至30微米之間的幅面料的粗糙度最好約為1至15微米。本發(fā)明可用來(lái)處理任何期望的紙或紙板幅面料。實(shí)際上，術(shù)語(yǔ)“紙”或“紙幅面料”這里都用來(lái)分別指“紙”和“紙板”和“紙幅面料”和“紙板幅面料”。
術(shù)語(yǔ)“碎屑”“小纖維”和“纖維”表示具有小于約10微米，典型地在0．001至2微米范圍內(nèi)的橫截面直徑的細(xì)分材料，并且“小纖維”和“纖維”是具有長(zhǎng)度與橫截面直徑比大于約6的材料。
被涂敷的幅面料的“粗糙度”通常以“微米”(μm)給出?？梢愿鶕?jù)例如ISO8791-41992(E)來(lái)測(cè)量1000kPa的印刷表面粗糙度。典型地，紙幅面料的粗糙度在8至2微米的范圍內(nèi)。如下面的討論和工作實(shí)例的說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明通過(guò)對(duì)紙或紙板幅面料的表面進(jìn)行研磨處理，在保持幅面料的機(jī)械特性的同時(shí)，幅面料的粗糙度可能減少至少20％，最好約40至60％。
本發(fā)明包括在金屬絲篩網(wǎng)上的纖維供料形成濕幅面料的步驟。然后，幅面料在紙張或紙板機(jī)器上干燥到預(yù)先選擇的干燥狀態(tài)。在任何期望的干燥點(diǎn)，但是最好在幅面料已經(jīng)干燥到足夠的干燥度以致削弱幅面料上的合理的機(jī)械強(qiáng)度之后，使幅面料承受下面更詳細(xì)地解釋的干研磨操作。在幅面料退繞和卷繞之間可以進(jìn)行研磨。在研磨和有可能變光滑之后，處理過(guò)的幅面料可以涂有合適的已知的涂色。
通過(guò)使紙幅面料的表面接觸研磨裝置，以進(jìn)行本發(fā)明的研磨。根據(jù)本發(fā)明研磨加工的優(yōu)選實(shí)施例，由研磨顆粒固定到可移動(dòng)的研磨帶或振動(dòng)板上進(jìn)行研磨，該研磨帶或振動(dòng)板產(chǎn)生沒(méi)有光澤而是褪色或暗淡的表面。研磨介質(zhì)顆粒的優(yōu)選尺寸是在約5-20微米之間，當(dāng)然這取決于表面的品質(zhì)和紙張或紙板的表面重量。研磨介質(zhì)的表面基本上是干燥的(濕度小于約50％，最好小于20％并且特別是小于10％)，并且最好研磨期間在幅面料和研磨介質(zhì)之間沒(méi)有水分。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)質(zhì)上較高點(diǎn)，也就是“突起”從紙表面被磨掉，并且為完成該目的，必須設(shè)立研磨帶后支撐和紙支撐，以便只去掉紙表面上的較高水平部分。通常，在研磨后，表面的粗糙度，以微米計(jì)，減少10至90％，最好約40至60％。
在研磨期間，幅面料經(jīng)受的研磨能量大約為700至14000J／m2，最好約2000至8000J／m2。根據(jù)特定的優(yōu)選實(shí)施例，幅面料受到2000-3000J／m2研磨能量／幅面料的微米粗糙度。如上所述，通過(guò)使用本發(fā)明的研磨，紙張或紙板的機(jī)械特性保持不變。它們甚至可以由于上述的研磨而改善。這樣，當(dāng)表面的粗糙度減少最大為90％時(shí)，幅面料的強(qiáng)度特性將保持基本不變或有所改善。當(dāng)表面的粗糙度減少約40至60％時(shí)，與未處理幅面料相比，抗撕裂強(qiáng)度增加至少5％(最好超過(guò)10％)。
當(dāng)表面上40至60％的突起和類(lèi)似不規(guī)則部分被研磨時(shí)，由本發(fā)明的研磨方法處理過(guò)的紙的目視檢查顯示出紙的不透明性沒(méi)有顯著變化。同時(shí)，紙的機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良。
只要不發(fā)生紙的顯著加壓，作用在幅面料上的壓力可在很大范圍內(nèi)變化。另外，這可以減弱幅面料的機(jī)械強(qiáng)度。通常，研磨的表面壓力應(yīng)為約0．01至20kPa，最好約1至10kPa。
在研磨后，其優(yōu)點(diǎn)是再打濕處理過(guò)的表面，并且使其輕輕地壓住非常光滑的表面，或者壓住移動(dòng)的光滑表面，以便使所有的松散纖維和碎屑回到表面。這種處理甚至還會(huì)使研磨表面變光滑。對(duì)加濕而言，可以使用蒸汽或水汽，以及包容均勻分布地小水滴的霧，該小水滴經(jīng)例如超聲處理產(chǎn)生并且可通過(guò)電離法吸附到表面上。
在一篇名為“木研磨中的摩擦”(紙和木材，Vol．79(1997)No．4)中，比較詳細(xì)討論了用磨石研磨木材。作者聲稱(chēng)小于7m／s的研磨速度整個(gè)地?zé)o效，并且僅以10至30m／s的速度運(yùn)轉(zhuǎn)的研磨石將從木上磨下一些纖維。在低速時(shí)，在木的接觸表面僅發(fā)生一些不希望的原纖維化作用。
本發(fā)明以相對(duì)概念為基礎(chǔ)我們不希望從紙張或紙板幅面料的表面上弄下來(lái)所有的纖維，而是僅弄下來(lái)纖維中的小纖維和松散部分。因而，根據(jù)本發(fā)明，速度差可以在1至10m／s的范圍，并且仍可獲得滿(mǎn)意的結(jié)果。但是，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在研磨帶和被研磨的紙張或紙板之間的速度差越高，結(jié)果越好。最好的方法是布置帶和幅面料使其在相同方向上但以不同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。這些裝置的提供用來(lái)高效地移走灰塵。對(duì)兩個(gè)不同的原因而言高研磨速度是有利的首先，它可阻止帶上聚集的灰塵和碎屑，并且第二，在高速度時(shí)，表面壓力可以保持很低并且在表面上不會(huì)發(fā)生樹(shù)脂、木質(zhì)素等的融化，這樣研磨帶或其他研磨介質(zhì)表面就不會(huì)阻塞。臨界速度取決于制成紙張或紙板的木或漿的品質(zhì)，而且也取決于研磨介質(zhì)表面的研磨顆粒的品質(zhì)。不過(guò)，研磨速度和壓力必須總是保持一個(gè)水平，就是不會(huì)發(fā)生局部加熱以致到樹(shù)脂和木質(zhì)素軟化的程度。如果發(fā)生了這種情況，研磨介質(zhì)會(huì)立即塞滿(mǎn)來(lái)自幅面料的纖維、樹(shù)脂、木質(zhì)素和散布的灰塵。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，其中使用包括聚合材料的干帶的帶式磨機(jī)，由于研磨纖維帶摩擦起電。因而，通過(guò)小纖維和幅面料之間的靜電力將研磨回彈到表面，小纖維和碎屑顆粒從幅面料上掉下來(lái)。不發(fā)生幅面料的變臟。在研磨前在表面上的電負(fù)荷也可起作用，以便增加表面的電負(fù)荷。
通過(guò)用碳化淀粉或類(lèi)似的碳化材料處理纖維幅面料，通常用來(lái)提高紙張或紙板機(jī)器的電線(xiàn)上的色素或碎屑的滯留，碳化材料在對(duì)表面研磨加工期間有效地粘住松散的小纖維。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，如上所述的研磨表面通常在研磨后褪色或變暗，可以通常用蒸汽稍稍打濕并且將其壓在光滑表面上以使其有光澤度。
在用傳統(tǒng)的軋光機(jī)拋光之后，或者最好在如上所述在打濕之后，根據(jù)本發(fā)明處理的紙張或紙板可以涂敷或者可以這樣選擇使用。對(duì)涂敷而言，紙可以設(shè)有聚合物層、阻隔層、涂漆或普通涂色。這些紙張和紙板特別適合于打印和書(shū)寫(xiě)和噴墨打印?？蛇x擇的未處理的光滑品質(zhì)的產(chǎn)品也適合封裝、包裝和裝袋的目的。
下面用非限制的實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明。
紙測(cè)試樣品受到研磨帶的研磨作用，該樣品在相對(duì)濕度為50％時(shí)保持干燥，并且具有114克／平方米的表面重量和0．16毫米的厚度，具有15微米的粗糙度的該帶以不同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)果匯總在表1中。
表1用以不同速度運(yùn)轉(zhuǎn)的研磨帶研磨的紙的光滑度和機(jī)械特性光滑度抗撕裂強(qiáng)度抗斷裂強(qiáng)度微米 kN／m kPa0-樣本 7．5 5．49 178帶速率3．6m／s 3．2 6．05 250帶速率5．3m／s 3．0 5．89 240用具有0．36m／s平均速率的振動(dòng)介質(zhì)研磨包括相同的紙性質(zhì)的另一套測(cè)試樣本。結(jié)果顯示在表2中。
表2用振動(dòng)介質(zhì)研磨的紙的光滑度和機(jī)械特性研磨介質(zhì)顆粒光滑度撕裂強(qiáng)度抗斷裂強(qiáng)度尺寸微米 kN／m kPa0-樣本 7．5 5．49 17818．5微米 3．5 5．66 23515微米 3．2 5．66 24012微米 3．1 5．56 246振動(dòng)研磨顯示出使研磨板非?？斓淖儔?，但是帶式磨光機(jī)本身可保持很長(zhǎng)時(shí)間的清潔。
用15微米顆粒的帶式磨光機(jī)將紙樣品的兩面都研磨1或2次獲得下面的結(jié)果表3在紙樣本的兩面研磨1和2次；研磨帶速率5，3m／s；15微米顆粒尺寸1次2次2次+蒸汽打濕+600 N／m壓力抗撕裂強(qiáng)度，kN／m 6．85 6．48 6．95光滑度，微米 6．0 5．0 6．5通過(guò)參考，未處理的紙的撕裂強(qiáng)度是5．55kN／m，光滑度是9．0微米。
權(quán)利要求
1．一種用于處理纖維幅面料的表面的方法，其中-幅面料受到機(jī)械研磨，其特征在于，基本上在干燥狀態(tài)下通過(guò)僅去除紙張表面上的較高部分進(jìn)行研磨，而不會(huì)基本上增加幅面料的密度。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，表面的粗糙度減少的最大值為90％時(shí)，幅面料的強(qiáng)度特性將保持基本不變或有改善。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，與未處理幅面料相比，為了使抗撕裂強(qiáng)度增加至少5％，表面的粗糙度減少約40至60％時(shí)。
4．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，幅面料的兩側(cè)面受到研磨處理。
5．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，幅面料包括表面重量為30至500克／平方米和粗糙度為1至15微米的紙張或紙板。
6．如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)使幅面料的表面與研磨裝置接觸來(lái)進(jìn)行研磨，該研磨裝置選自研磨帶、研磨板和研磨滾筒。
7．如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，紙幅面料經(jīng)受的研磨能量大約為700至14000J／m2，最好約2000至8000J／m2。
8．如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，紙幅面料經(jīng)受的研磨能量為減少的粗糙度的2000-3000J／m2。
9．如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在研磨期間紙幅面料經(jīng)受的表面壓力約為0．01至20kPa，最好約1至10kPa。
10．如權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，研磨裝置包括尺寸為2至50微米，最好約為5至20微米的研磨介質(zhì)顆粒。
11．如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，幅面料與研磨裝置接觸，幅面料和研磨裝置的表面之間的速度差小于10米／秒。
12．如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了增加研磨期間幅面料表面上的電荷，幅面料與研磨帶接觸，該研磨帶包括作為帶材料的聚合物。
13．如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，幅面料用陽(yáng)離子材料處理，以便在幅面料的表面上提供陽(yáng)離子表面，從而在研磨期間粘合松散的材料。
14．如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，研磨過(guò)的表面用蒸汽或均勻分布的小水滴略微打濕，該打濕的表面與一個(gè)平滑表面接觸，以便進(jìn)一步增加纖維幅面料表面的光滑度。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，打濕的表面壓住所述光滑表面，或者沿所述光滑表面滑動(dòng)。
16．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在表面研磨期間，該表面涂有松脫的材料。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該材料包括碎屑和／或纖維。
18．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，研磨裝置的速度太高以致在去掉的表面或處理的表面上會(huì)熔化的樹(shù)脂或木質(zhì)素或其他類(lèi)似化合物沒(méi)有熔化。
19．如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，紙張或紙板用于印刷、包裝或包裹。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)機(jī)械研磨來(lái)處理纖維幅面料的表面的方法,根據(jù)本發(fā)明,在基本上干燥狀態(tài)下通過(guò)僅去除紙張表面上的較高部分進(jìn)行研磨,而不會(huì)基本上增加幅面料的密度。通過(guò)使表面的粗糙度減少最大為90%,幅面料的強(qiáng)度特性將保持基本不變或有改善。這樣,與未處理幅面料相比,當(dāng)表面的粗糙度減少約40至60%時(shí),抗撕裂強(qiáng)度增加大于5%。通過(guò)本發(fā)明的方法處理的紙張和紙板可用于印刷、包裝和包裹。
文檔編號(hào)D21H25/00GK1292841SQ99803925
公開(kāi)日2001年4月25日 申請(qǐng)日期1999年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月12日
發(fā)明者B·德特林, H·阿霍寧 申請(qǐng)人:埃迪一黑德公司