СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ ИЛИ КАРТОНА
METHOD OF PRODUCTION OF PAPER OR CARDBOARD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу изготовления многослойного бумажного или картонного продукта, содержащего неволокнистый слой высокой концентрации.
Изобретение также относится к бумаге или картону, изготавливаемым согласно способу, и к напорному ящику, используемому в способе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изготовление многослойной бумаги можно осуществлять либо посредством использования напорного ящика в одном этапе, либо посредством использования нескольких напорных ящиков и сеточных транспортеров или формующих установок. Проблема заключается в изготовлении ровных волокнистых слоев без полос или пучков волокна, т.е. хорошо сформованных слоев.
Концентрация композиции бумажной массы в напорном ящике имеет очень важное значение для получения хорошо сформованного волокнистого полотна. При более высокой концентрации значительно сложнее изготавливать ровное волокнистое полотно, так как волокно обладает тенденцией к образованию пучков (флокированию), которые могут быть видны как облачность при рассмотрении бумаги, т.е. имеет место не очень хорошее формование. Нормальной концентрацией волокнистой композиции в напорном ящике является концентрация, составляющая около 0,5-2,0%, но некоторые примеры более высокой концентрации также описаны в ранее известных документах. Один пример представлен в US №4376012, в котором раскрыто использование концентрации, составляющей около 2-5%.
Существует постоянный интерес к поиску способов изготовления бумаги или картона, обеспечивающих снижение стоимости производства. Один способ заключается в уменьшении потребления энергии при изготовлении бумаги или картона. При наличии множества этапов в производственной линии требуется большое количество энергии, а уменьшение потребления энергии ведет также к снижению стоимости производства. Посредством увеличения концентрации, т.е. посредством уменьшения содержания воды, снижают потребность в обезвоживании и сушке и, таким образом, снижают также потребность в энергии.
Другой способ снижения стоимости изготовления заключается в уменьшении количества дорогого сырьевого материала, т.е. волокна в продукте. При изготовлении бумаги часто добавляют наполнители для улучшения свойств бумаги, но также снижают содержание сырьевого материала и, таким образом, также снижают общую стоимость.
Технология изготовления тонкого картона постоянно развивается в направлении получения тонкого картона, обладающего большой объемностью, и, таким образом, уменьшают содержание сырьевого материала, но без снижения прочности и толщины тонкого картона для сохранения жесткости изготовленного тонкого картона.
Однако существует потребность в усовершенствованном способе изготовления бумажного или картонного продукта, при использовании которого снижалась бы стоимость изготовления посредством уменьшения как потребления энергии, так и содержания сырьевого материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание способа изготовления бумажного или картонного продукта, при котором эффективно используется энергия.
Другой целью изобретения является создание способа изготовления бумаги или тонкого картона, при котором обеспечивается снижение стоимости их производства.
Эти цели и другие преимущества достигают посредством использования способа по п.1 формулы изобретения. Посредством добавления неволокнистой композиции высокой концентрации в напорный ящик во время изготовления бумажного или картонного продукта можно снизить потребность в сушке изготавливаемого продукта, а также уменьшить содержание сырьевого материала и, таким образом, также снизить стоимость изготовления. Этого достигают посредством независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления способа определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение относится к способу изготовления многослойного бумажного или картонного продукта, включающему этапы: обеспечение первого напорного ящика композицией бумажной массы, содержащей волокно, из которой формуют по меньшей мере один слой бумажного или картонного продукта; обеспечение напорного ящика неволокнистой композицией высокой концентрации, из которой формуют по меньшей мере один дополнительный слой бумажного или картонного продукта; и направление слоев на сеточный транспортер, на котором формуют многослойное полотно, которое затем обезвоживают и сушат, получая бумажный или картонный продукт.
Неволокнистая композиция высокой концентрации может иметь содержание сухого вещества, составляющее 5-70% масс., предпочтительно 10-40% масс. Благодаря высокому содержанию сухого вещества в этом слое увеличивают общее содержание сухого вещества в многослойном полотне, что ведет к уменьшению потребности в обезвоживании при формовании и в прессовых частях и к более легкой и более быстрой сушке.
Содержание неволокнистой композиции высокой концентрации можно увеличить, и оно может составлять 10-80% масс. от общей массы бумажного или картонного продукта. Таким путем повышается эффективность сушки и снижается стоимость.
Неволокнистая композиция высокой концентрации может быть покровным материалом. Таким образом, можно добавлять покровную композицию уже в напорный ящик, благодаря чему можно увеличивать содержание сухого вещества в формуемом волокнистом полотне, а также повышать непрозрачность и пригодность для печатания сформованного бумажного или картонного продукта.
Многослойное полотно предпочтительно имеет содержание сухого вещества, составляющее более 1,5% масс., при направлении его на сеточный транспортер до обезвоживания, т.е. в формующей части. Это содержание является более высоким в сравнении с волокнистыми полотнами, описанными в ранее известных документах, что означает, что уменьшается потребность в сушке волокнистого полотна согласно изобретению.
Бумажный или картонный продукт предпочтительно состоит по меньшей мере из трех слоев, и наиболее предпочтительно, чтобы неволокнистый слой высокой концентрации составлял средний слой бумажного или картонного продукта. Более предпочтительно, чтобы наружные слои были волокнистыми слоями, а средний слой был неволокнистым слоем высокой концентрации, предпочтительно, чтобы он был покровным слоем. При таком способе изготовления сформованный бумажный или картонный продукт обладает улучшенными свойствами или его свойства сохраняются при уменьшенном содержании сырьевого материала и/или при пониженной стоимости.
Согласно способу можно также обеспечивать второй напорный ящик композицией бумажной массы, содержащей волокно, из которой может быть сформован по меньшей мере один дополнительный слой бумажного или картонного продукта, и обеспечивать второй напорный ящик неволокнистой композицией высокой концентрации, из которой может быть сформован по меньшей мере один дополнительный слой бумажного или картонного продукта, и направлять слои по меньшей мере на один сеточный транспортер, формуя многослойное полотно, которое затем обезвоживают и сушат для получения бумажного или картонного продукта. Обычным при изготовлении, например, многослойных картонных продуктов является использование более одного напорного ящика.
Изобретение дополнительно относится к бумажному или картонному продукту, изготавливаемому согласно способу, упомянутому выше.
Изобретение также относится к напорному ящику, предназначенному для использования согласно способу, упомянутому выше, где напорный ящик содержит: по меньшей мере первый и второй впускные каналы; по меньшей мере один генератор турбулентности; и прорезанный конус, при этом первый впускной канал и по меньшей мере один генератор турбулентности приспособлены к приему композиции бумажной массы, содержащей волокно, и первый впускной канал и генератор турбулентности выполнены таким образом, чтобы композиция бумажной массы проходила через первый впускной канал и дополнительно - через генератор турбулентности, после чего проходила в прорезанный конус; и, кроме того, второй впускной канал приспособлен к приему неволокнистой композиции высокой концентрации, и второй впускной канал выполнен таким образом, чтобы неволокнистая композиция высокой концентрации проходила через второй впускной канал и непосредственно в прорезанный конус.
Напорный ящик предпочтительно содержит три впускных канала, два из которых приспособлены к приему композиции бумажной массы и один приспособлен к приему неволокнистой композиции высокой концентрации. Таким образом изготавливают трехслойный бумажный или картонный продукт, в котором один слой продукта является неволокнистым слоем высокой концентрации и два слоя являются волокнистыми слоями.
Предпочтительно, чтобы по впускным каналам, приспособленным к приему композиции бумажной массы, волокнистая композиция направлялась по меньшей мере к одному генератору турбулентности, а по впускному каналу, приспособленному к приему неволокнистой композиции высокой концентрации, неволокнистая композиция высокой концентрации направлялась непосредственно в прорезанный конус. Для достижения хорошего формования волокнистого слоя необходимо иметь генератор турбулентности, с помощью которого предотвращают образование пучков волокна. Слой высокой концентрации не содержит волокна, и, следовательно, не обязательно иметь генератор турбулентности для получения гомогенного слоя. Напорный ящик, таким образом, может быть сделан меньших размеров благодаря отсутствию генератора турбулентности для формования слоя высокой концентрации. Таким образом, неволокнистую композицию высокой концентрации можно подавать из впускного канала непосредственно в прорезанный конус без пропуска через генератор турбулентности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение более подробно описано ниже с помощью примера со ссылками на прилагаемый схематический чертеж, на котором изображен вариант осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 изображен напорный ящик согласно изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретением предложен совершенно новый способ, при использовании которого получают в результате новый тип бумажного или картонного продукта. Использование способа позволяет уменьшить как потребность в энергии, так и содержание сырьевого материала, т.е. потребность в волокне для изготовления продукта. Использование изобретения позволяет также потенциально повысить производственную мощность существующей машины для изготовления бумаги или картона, т.е. не требуется большая модификация машины для изготовления бумаги или картона для производства этого высококачественного продукта.
Неволокнистая композиция высокой концентрации предпочтительно имеет содержание сухого вещества, составляющее около 5-70% масс., предпочтительно 10-40% масс. или более предпочтительно 25-40% масс. При более высоком содержании сухого вещества уменьшается количество воды, которую требуется удалить из формуемого бумажного или картонного продукта. Оптимальное содержание сухого вещества зависит от конструкции формующей части, от свойств композиции и от производительности насосов, посредством которых подают волокнистую композицию в напорный ящик и далее на сеточный транспортер/сеточные транспортеры. Благодаря высокой концентрации неволокнистой композиции высокой концентрации получаемый в результате многослойный продукт имеет более высокую концентрацию во время изготовления в сравнении с многослойными волокнистыми продуктами согласно предшествующему уровню техники.
Неволокнистая композиция высокой концентрации предпочтительно не содержит какого-либо волокна. Однако могут присутствовать малые количества волокна или мелких частиц волокна. Композиция содержит дренируемую воду из процесса формования, которую можно частично или полностью повторно использовать, и, кроме того, в ней могут также присутствовать фракции волокон или мелкие частицы волокон. Однако главная часть композиции, т.е. более 90% масс., предпочтительно более 97% масс., представляет собой неволокнистый материал.
Кроме того, благодаря добавлению неволокнистой композиции высокой концентрации уже в напорный ящик можно увеличить общее содержание неволокнистой композиции в бумаге или картоне и, таким образом, также уменьшить содержание волокна. Содержание неволокнистой композиции высокой концентрации в общей массе готовых бумаги или картона может составлять 10-80% масс., предпочтительно, 30-60% масс. Таким образом, потребность в сушке уменьшается, так как для сушки волокна требуется больше энергии, чем, например, для сушки наполнителей или покровного материала, которые представляют собой два примера неволокнистой композиции высокой концентрации. Кроме того, снижается стоимость, так как уменьшается потребность в сушке и так как большинство неволокнистых композиций высокой концентрации много дешевле волокна.
Согласно изобретению содержание воды в напорном ящике минимизировано. По меньшей мере один слой, содержащий волокно, имеет концентрацию 0,1-5,0% масс., предпочтительно в диапазоне 0,2-2,0% масс. или более предпочтительно в диапазоне 1,0-1,4% масс. Концентрацию волокна выбирают таким образом, чтобы достигалось наилучшее формование волокнистого слоя. Обычно применяемую технологию разбавления можно использовать для лучшего регулирования поперечного профиля любого слоя или всех слоев, подлежащих формованию.
Неволокнистая композиция высокой концентрации является предпочтительно покровным материалом. Изобретением, таким образом, объединяют формующую область с покровной областью посредством помещения покровного слоя в напорный ящик машины для изготовления бумаги или картона.
С помощью покровного слоя улучшают свойства бумаги или картона, например, такие, как пригодность для печатания и непрозрачность. Можно также изготавливать ровный покровный слой из покровного материала высокой концентрации при высокой скорости.
Покровный материал может быть композицией с некоторым предварительно определенным составом, содержащим неорганические или органические пигменты, связующее и, если необходимо, дополнительные добавки. Обычными пигментами, которые можно использовать, являются глина (каолин), карбонат кальция, диоксид титана, тальк, сульфат кальция (гипс) и гранулы крахмала или других органических пигментов. Связующее добавляют для склеивания пигментов, и связующим может быть, например, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) или синтетическое связующее, например латекс, например латекс на основе блок-сополимера стирола и бутадиена или латекс на основе акрилового сополимера. Другими добавками могут быть, например, вещества для повышения прочности во влажном состоянии, поверхностно-активные вещества или диспергаторы. Пигменты, связующее и другие добавки выбирают на основании того, какими желаемыми свойствами должны обладать изготавливаемые бумага или тонкий картон. Покровный материал может также содержать малые количества волокна или мелких частиц волокна, которые в основном поступают из дренируемой рециркулируемой воды во время формования или прессования, например, из короткого или длинного контуров циркуляции в машине для изготовления бумаги или картона.
Бумажный или картонный продукт согласно изобретению может содержать покровный слой в виде поверхностного слоя, и по покровному слою можно, таким образом, производить печатание обычным способом. Покровный слой может быть также окружен по меньшей мере двумя волокнистыми слоями, т.е. по меньшей мере один волокнистый слой может быть с каждой стороны покровного слоя. Пригодность для печатания бумажного или картонного продукта еще больше повышается благодаря присутствию покровного слоя между волокнистыми слоями, например, уменьшается влияние проблемы, связанной с обесцвечиванием напечатанного текста или его просвечивание сквозь бумажный или картонный продукт.
Кроме того, непрозрачность бумажного или картонного продукта повышается, т.е. увеличивается, так как покровный материал состоит из пигментов, которые более эффективно преломляют свет, чем волокно, и, таким образом, предотвращается просвечиваемость бумажного или картонного продукта.
Неволокнистая композиция высокой концентрации может также быть гомогенным раствором полимера, который может образовывать барьер в виде слоя, не проницаемого для жидкостей, газов и т.п. внутри или на поверхности сформированных бумажного или картонного продукта.
Для изготовления бумажного или картонного продукта также требуется меньше сырьевого материала. Обычно наполнители добавляют в композицию бумажной массы, что позволяет уменьшить количество сырьевого материала. Однако наполнители смешиваются с волокном, и невозможно увеличить содержание сухого вещества в смеси волокно/наполнитель в напорном ящике, так как затем невозможно изготавливать ровный бумажный или картонный продукт. Это происходит из-за того, что при большом содержании твердых веществ в виде волокна имеет место тенденция к флокированию и, таким образом, к формированию неравномерной структуры листа. При изготовлении бумаги или картона согласно данному изобретению уменьшается потребность в обезвоживании, а также уменьшается содержание сырьевого материала и, таким образом, увеличивается содержание неволокнистых материалов в бумаге или картоне. Содержание неволокнистых материалов в изготавливаемом бумажном или картонном продукте может, как упомянуто ранее, быть увеличено, и предпочтительные значения приблизительно составляют 35% масс. или более, предпочтительно 50% масс. или более от общей массы продукта.
Бумага или картон, изготовленные согласно изобретению, представляют собой совершенно новый тип продукта, содержащего большое количество неволокнистой композиции высокой концентрации, например, покровного материала, и благодаря этому сохраняются или улучшаются свойства продукта, даже при более низкой массе единицы площади продукта.
Изготавливаемые бумажный или картонный продукт обладает также и другими улучшенными свойствами, так как различные слои могут быть добавлены в продукт для улучшения различных свойств. Таким образом, можно изготавливать бумажный или картонный продукт с совершенно новыми свойствами. К примерам неволокнистой композиции высокой концентрации могут быть отнесены, помимо покровных материалов, также полимеры или материалы, которые можно рассматривать как оказывающие влияние на аромат-вкус, т.е. усиливающие или ослабляющие аромат или вкус продукта, укрытого или упакованного в этот бумажный или картонный продукт, или как материалы, с помощью которых добавляют особую аутентичность изготавливаемому продукту, для обеспечения возможности слежения за продуктом и обеспечения его подлинности.
Композицию бумажной массы, содержащую волокно, и неволокнистую композицию высокой концентрации отдельно понуждают к протеканию через напорный ящик на сеточный транспортер для формования многослойного полотна. Формованием полотна, т.е. распределением волокна, управляют, и процесс регулируют, и полотно обезвоживают до концентрации более 1,5% масс., предпочтительно более 1,6% масс., но возможно доведение концентрации до 10% масс. Однако нормальная концентрация составляет 1,6% масс., которая является типичной при содержании в полотне волокнистой композиции (60%) с концентрацией 1% масс. и композиции наполнителя (40%) с концентрацией 20% масс. Полотно затем дополнительно обезвоживают в прессовой части, и содержание сухого вещества в полотне после этого составляет около 50-60% масс. до ввода его в сушильную часть. Обычно используемые технологии разбавления можно также использовать для лучшего регулирования поперечных профилей в любом из слоев или во всех слоях, подлежащих формованию.
Увеличенное содержание сухого вещества на ранней стадии означает, что сушильная часть может быть укорочена, и/или температура сушильных валов может быть снижена, и/или производительность, т.е. скорость машины, может быть увеличена. Содержание сухого вещества в готовом бумажном или картонном продукте составляет около 85-99%.
Волокнистое полотно можно сушить, используя обычные технологии сушки. Полотно часто сушат, используя сушильные барабаны, с которыми контактирует волокнистое полотно. Обычно для сушки мокрого полотна используют обогреваемые паром сушильные барабаны, но можно также для нагрева использовать газ или электричество, а также инфракрасное излучение или индукционный нагрев.
Кроме того, полотно можно также сушить, используя новые технологии сушки, например сушку соударением, импульсную сушку, или другие технологии сушки, осуществляемые с использованием очень горячих поверхностей. Применением каландрирования в поточной линии также снижают потребность в каландрировании вне поточной линии, так как ровную поверхность можно обеспечить уже после сушки.
Изготовленный бумажный или картонный продукт содержит по меньшей мере два слоя, где один слой содержит волокно и один слой содержит неволокнистую композицию высокой концентрации. Продукт может также содержать три, четыре, пять, шесть или даже большее число слоев. Продукт может состоять более чем из одного волокнистого слоя, содержащих одинаковые или различные волокнистые композиции, и одного неволокнистого слоя высокой концентрации. Продукт может состоять более чем из одного неволокнистого слоя высокой концентрации, содержащих одинаковые или различные композиции, и одного волокнистого слоя. Продукт может состоять более чем из одного волокнистого слоя и более чем из одного неволокнистого слоя высокой концентрации, содержащих одинаковые или различные композиции. Неволокнистые слои высокой концентрации могут быть расположены либо один на другом, либо неволокнистый слой высокой концентрации может быть расположен между волокнистыми слоями. Таким же образом волокнистые слои могут быть расположены либо один на другом, либо они могут быть расположены между неволокнистыми слоями высокой концентрации.
Если необходимо, то по меньшей мере один дополнительный покровный слой может быть наложен на поверхность изготавливаемого бумажного или картонного продукта до или после сушильной части. Этот покровный слой может быть добавлен посредством любой обычной известной технологии для дополнительного улучшения поверхностных свойств и, прежде всего, пригодности к печати изготовленных бумажного или картонного продукта.
Одним очень большим преимуществом настоящего изобретения является то, что не требуются существенные изменения оборудования. Можно использовать машину для изготовления бумаги или картона только с некоторой модификацией напорного ящика. Необходимо, конечно, чтобы машина для изготовления бумаги или картона работала иным образом из-за уменьшения потребности в сушке и из-за изменения свойств изготавливаемого бумажного или картонного продукта.
Один пример напорного ящика 1 согласно изобретению представлен на фиг.1. Композицию бумажной массы подают в напорный ящик 1 по двум трубам 2, 4, по которым далее подводят композицию бумажной массы к двум впускным каналам 5, 7. Эти впускные каналы 5, 7 являются наружными впускными каналами напорного ящика 1. Композицию бумажной массы после этого подают в два генератора 8, 9 турбулентности, а затем в прорезанный конус 10. Покровный материал подают в напорный ящик 1 по трубе 3 и далее - к впускному каналу 6, расположенному посредине напорного ящика 1. Покровный материал затем подают непосредственно в прорезанный конус 10.
Напорный ящик может быть напорным ящиком любого вида для изготовления многослойных продуктов. Возможны и другие варианты осуществления, отличные от описанного выше варианта, в объеме изобретения, определенного в независимых пунктах формулы изобретения. Например, можно использовать более одного напорного ящика.
При обеспечении второго напорного ящика композицией бумажной массы, содержащей волокно, для формования по меньшей мере одного дополнительного слоя и при обеспечении второго напорного ящика неволокнистой композицией высокой концентрации для формования по меньшей мере одного дополнительного слоя можно изготавливать бумажный или картонный продукт, содержащий по меньшей мере два волокнистых слоя и по меньшей мере два слоя из неволокнистой композиции высокой концентрации.
Хотя изобретение направлено на изготовление бумаги или картона, следует упомянуть, что можно изготавливать и другие продукты, например гипсокартонные плиты, или древесно-волокнистые плиты (ДВП) средней плотности, или подобные строительные материалы новых конструкций и с новыми свойствами (например, водостойкие, газостойкие или огнестойкие плиты), или различные основы для композитных материалов для пресс-форм в полимерной промышленности, например, для замены обычных полимеров, получаемых в нефтехимической промышленности, например, поливинилхлорида (ПВХ) и полиэтилена низкой/высокой плотности, используемых сегодня в качестве сырьевых материалов в изготавливаемых с использованием пресс-форм продуктов.