專利名稱：制造多層纖維產品的方法
制造多層纖維產品的方法
根據權利要求1的前序部分，本發明涉及制造多層纖維產品的方法。
諸如這樣的產品通常包含至少兩層重疊的層，每層具有不同的纖維組成。 在生產該產品時，至少部分地使用化學短纖維漿料。
用來生產紙或紙板的纖維紙漿分級法以及在不同的層中使用級分的方法已 經被應用了多年，特別是對于由再生纖維制備的 和薄紙。長纖維漿料的分 級法也是常見的。現在，分級法以及在不同的層中禾擁級分還可以用來制造印 刷紙，當印刷紙是利用多層紙幅技術制造的時。
分級法已經使用了相當長的時間，但是其主要局限于處理機械纟g和再生 纖維。化學紙漿分級法的應用比再生纖維或機械紙漿的分級法要少得多，甚至 其主要應用于軟木紙漿。紙漿的分級法能夠產生最佳的結構，特別是在利用多 層技術制造的產品中。使用分級法從紙漿中分離出細小纖維也是可能的，在這 種情況下，當與在相同的游離度水平下相比時，剩余的長纖維漿料級分改善了 拉伸強度。分級法可以采用離心凈3突器^用篩或這些的組合來進行。篩使得 主要根據纖維的長度來給纖維分級成為可能，而離心凈漿器根據它們的密度和 比容來分級。
軟木紙漿的分級法已經在下面的出版物中進行了描述San Panula-Ontto, "Sellun fraktioinnilla r船艦ityihin tuotteisiin", KCL Linkki 3/2003,第7頁，Sari Panula畫Ontto, "Fractionation of unbleached softwood kraft pulp with wedge wire pressure screen and hydrocyclone", Licentiate thesis, 2003, Allison & J.Olson^ "Optimization of multiple screening stages for fibre length fractionation: Two stage case", Journal of Pulp and Paper Science, no.3,2000, pp 113-119。
上面所述的離心清i誠術不能在工業上應用，這是因為濃度值是如此之小 以致于所需的分離濃縮方法花費過高。
Kari Koskenhely等在ft!l們的出)fe物，"Effect of refining intensity on pressure screen fractionated softwood kraft", Nordic Pulp & Paper Research Journal, nr 2,2005, pp. 169-175中寫到，基于軟木鄉褒分級法的原則是級分可以分別地以最佳方式精制，然后應用于適當的產品，或者二者擇一地用于多層紙板的不同的層中。 例如，低強度研磨改善了長纖維漿料級分的拉伸^^/濾阻性能比。
在美國專利No. 6 068 732描述的發明中，通過利用分級法增強了具有最少 三層的紙板的挺度，其以利用孔篩將軟木紙漿分級為短和長纖維級分的方式而 進行。然后將長纖維級分應用于紙板的表層，而將短纖維級分用于和M^紙漿 混合用于中間層。該纖維混合物也可用作表層纖維混合物的一部分。此外，中 間層也可以包含20-50%的機械紙漿。所用紙槳為漂白化學熱法機械木漿 (BCTMP)。
芬蘭(FI)專利Na75200描述了將基本纟碟分級為長和短纖維級分。長纖維 級分用于和網直接接觸的層，短纖維級分用于中間層，或在長網的情況下用于 網層的上網。在這種方式中，特別改善了保留率。在分級之后，長纖維級分得 到了精制并被再分級。然后將得到的短纖維級分與第一次分級得到的短纖維級 分相混合。基本紙漿可以是化學和機械紙漿的混合物，但是其也可以只包含具 有不同長度纖維的化學纟碟。基本紙漿也含有損紙。
根據T.Bliss的"Pulp fractionation can benefit multilayer paperboard operations", Pulp & Paper, no 2,1987, pp. 104-107 ，再生纖維分級的通常目的是改善級分的強 獻游離度之比，從而節省用于精制的能量或者最小化在精制過程中產生細小纖 維。對于合適的層選擇合適的級分可以調整多層紙板的性質。
Risto Weckroth在他的碩士論文"Koivusulfaattimassan ominais而det ja laadun parantaminen kolmikerroskartongin valmistuksen kannalta",碩士論文，Helsinki University of Technology, 1991)中寫至lj，為了除去細小纖維或與短纖維在一起的細 小纖維，尤其對樺木紙槳已經進行了分級。然而，僅僅研究了分級對樺木紙漿 松厚的影響，特別是關于W^鄉反中間層中的使用。
完全利用由分級法產生的級t直是困難的。分級法從來都是不完全的， 因為它是一種統計學上方法。當利用離心清潔技術時，只可能分離大約一半的 長纖維為不同的級分。結果，產生原樣適合于所需纖維層的級分。然而，如何 利用剩余媳突的問題依然沒有答案，該問題提出造紙工藝和經濟上的兩個問題。
紙板，特別是折疊紙板的彎曲強度是其最重要的質量性能之一。通過增加
抗張挺度，即表面和襯里層(其典型地包含纟R^)的彈性模量，^M:增大結構，
特別是中間層的尺寸，可以改善它。M31增加精制可以提高紙槳的抗^l度(彈性模量)，但是精制方法產生了更為緊湊的纖維網絡，其反過來顯著地阻礙了中 間層的脫水，在這樣情況下限制了容量或弓1起發泡和分層現象(=表層的局部膨 脹和層的分熟。
在短纖維漿料之中，在律隨l賺時樺木紙漿是令人感興趣的原材料，因為 其具有良好強度和顯著好于軟木紙漿的光學性質的組合。當精制樺木紙漿增加 時，網脫水變差，反過來引起紙板機上的運轉性能問題，并且當孔隙率下降時 產品中開始出現分層。
本發明的目的是消除至少一部分與已知技術相關的缺點以及提供生產多層 纖維產品的新方法，特別是用短纖維漿料來生產。本發明是基于這樣的構思 短纖維漿料，即實踐中的硬木紙漿，在成紙幅之前，使其經過機械分級，其中
首先將細小纖維從紙漿中分離出來。最合適地，ffi)l具有大約0.2-1.5 mm平均 孔尺寸的篩子的細小纖維被分離。分級利用篩子進行。之后，將細小纖維和未 過篩物分別回收以提供兩種不同的纖維材料級分，這些級分可以加入到多層產 品的不同層中。在這種情況下，在必須具有良好的拉伸強度的層中，更4雌使 用未過篩物，即"長纖維級分"。劍門發現，i!31,錄這樣的通常形戯層的級 分中除去細小纖維，可以提高精制紙漿的程度，而在脫水或孔隙率方面沒有任 何顯著的劣化。
更具體地說，根據本發明的方法主要以豐又利要求l的特征部分中所述的為 特征。
采用本發明獲得相當可觀的優點。在分級即篩分中所產生的長纖維級分的 拉伸強度和抗張挺度得到改善，并且在相應的排水和孔隙率的水平下，它們顯 著地好于料漿的。
通過受控除去細小纖維(精制前或后)，在研磨方法中，可以改善短纖維漿 料例如樺木紙漿的彈性模量，而不損失很多孔隙率。在分級中分離出的細小纖 維可以應用于例如三層紙板，如折疊紙板的中間層，在這樣情況下有可能提高 內部強度以及凝固能力。與此同時，不含細小纖維的表層的挺度和孔隙率得到 了改善。當細小纖維的百分比增加時中間層的內部結合強度得到了改善，例如 當用于代替通常用于中間層的部分損紙紙漿時。
因此，有可能減少層中一定量的損紙鄉突的精制和/iM量，在這種情況下
結構的松厚得到改善。然而，制備諸如薄紙或類似產品也是有可能的，在這些產品中長纖維級分 在多層產品內部，而富含細小纖維的級分形成其表層。
劍門發現當含有抽鄉和小顆粒的級分被插入多層產品的中間層時，返黃 5!^減少。當表面含有更少的抽提物時，產品也更潔凈。
因為在分級中應用了篩子，細小纖維級分的濃度是如此之高以致于無須單 獨的脫7jC階段。取而代之的是，回收從篩子中得到的細小纖維級分，并原樣以 纖維材料的含水懸浮液的形式應用。
在下面，借助于詳細說明和參考附圖將對本發明進行更仔細的說明。
圖la是根據本發明處理短纖維漿料的示意圖lb顯示了在低濃度下回收細小纖維級分的條件下對紙漿的處理，和
圖1C顯示了不經過分級精制紙槳； 圖2是抗卩封旨數與SR值的函數圖； 圖3是抗張挺度與SR值的函數圖4是抗張跑芰與孔隙與Gurley值)的函數圖； 圖5是SR值與SEC的函數圖； 圖6是在不同的層組成下復合紙中間層的松厚亂 圖7是在不同的層組成下復合紙的內部結合強度圖；和 圖8是不同的復合紙漿的內部結合強度與松厚的函數圖。 在本發明中，進行樺木的分級(特別是利用多孔篩的分級)是為了改善樺木 會g的質量。從圖la中明顯看出，使用篩子10對樺木纟R^分級，以除去細小 纖維。結果，可以提高剩余纖維紙漿的精制ll，而不經過"J^K或者使得紙漿的 孔隙率有顯著的劣化。因此，長纖維漿料級分和細小纖維可以最佳地用來改善 折疊紙板不同層中的強度性能。所產生的細小纖維級分可以用于中間層作為 "粘合劑"給予結構更高的強度，在這種情況下也無須太多精制該層的纖維。取 而代之的是，纖維網絡保持得更大并且，層結構的彎曲強度也得到了改善。
因此，根據本發明，可以禾傭料漿作為總體M51將長纖維漿料級分和短纖 維漿料/細小纖維級分彼此分離來制備產品，在這種情況下，如果需要，在將級 彌入到同一多層產品的不同層之前，可以進一步地分別進行處理。如果需要， 一種或兩種級分的一部分原則上可用于生產另外的產品，但是自然地最為合理 的是4OT料漿作為總體來制備一種單一產品。優選，用于本發明的短纖維漿料是化學紙漿，其利用堿煮法由硬木制備。
它通過利用樺木屬、白楊屬、桉樹屬或阿卡斯阿木(Akasia)屬或這些的兩種或 多種的混合物的*#作為原材料來制備。
可以全部由硬木制備產品，典型地化學上制備的硬木纖維的百分比為表層 紙槳的50-100 wt%，但是也可以使用軟木紙漿和1E^紙漿的混合物。最合適地， 由化學紙漿制備的軟木纖維的最大百分比為50%。 M7K纖維的長度自然地大約 為軟木纖維長度的三分之一。因此，M5i較少的精制就有可能從5林中產生細 小纖維。因為例如與許多其它硬桶中類相比樺木鄉具有良好的S艘性能，其 最適合于多層紙板的層，賦予紙板彎曲強度。在三層紙板中，該層 是表面 層和/淑寸里層。在改善紙板彎曲強度時，它的(每平方米)克重也可減少。
在未分級樺木紙槳中，細小纖維的組成百分比大約是4-6.5%，通過DDJ 方法測量，即典型地級分M;200目的篩子。fflil精制纖維，細小纖維的數量 增加。根據本發明，利用分級可以使折疊紙板中樺木紙漿的細小纖維級分的細 小纖維百分比增加到折疊多達8-9%，其中有利的分級參數多達11-12%。在其它
產品中，級分百分比根據產品變化。改變分級和精制參數可以改變分級的比例。 根據本發明，使用篩子從紙漿中分離出的纖維材料部分為至少大約5 wt%， 最合適地為大約5-30wt。/。，特別是大約7-25wt。/。，按紙漿纖維材料計算，并且 該部分含有通過0.2-1.5 mm篩子的細小纖維。對于折疊紙板應用，所使用的篩 子的平均 L尺寸tt^大約為1.0 mm或稍小一些，例如大約0.8 mm。篩子的純 面積(即沒有孔的面積)通常大約為其總面積的20-80 % ，特別是大約25-75 % 。
從篩子獲得的細小纖維級分以纖維材料的含7jC懸浮液的形式回收。為了制 備纖維產品，纖維材料和水的該懸浮液可以原樣與其它的中間層紙漿組分混合， 而不斜蟲船K。纖維材料的該懸浮液的濃度為大約0.5-2 wt%，特別是大約0.8-1.5 wt%。
如果分級是例如禾,離心清潔技術進行的(圖lb)，則分級M產生的細小纖 維懸浮液的濃度小于0.1wtyo，在這種情況下，其必須進行脫水22，例如機械地 或通過蒸發，在該級分可以同中間層的其它紙漿組分相混合之前。可以以傳統 的方式精制21長纖維漿料級分，但是如果待除去的細小纖維份額不夠大的話， 精制必須受到限制以避免孔隙率的損失。圖lc顯示了傳統的處理，其中級分精 制31以本身已知的方式進行。根據本發明，在篩選階段io還回收了一種級分，其細小纖維的百分比已經
顯著地減少("長纖維漿料級分"^過篩物)。含有較少細小纖維的級分被帶至 精制階段ll，在其中被精制至顧定的濾水性能。任選地，含有較少細小纖維的 級分用來制備這種需要良好拉伸強度性能的纖維層。因此，可以利用含有較少 細小纖維的級分和含有較多細小纖維的級分兩者。
在制備纖維層時細小纖維級分基本上不精制淑肖微精制而使用，如圖la所 示。典型地，用總制的能量消耗為大約0-30kWh/噸。4繼，細小纖維級分與 機械紙漿，最合適地為磨木漿、精制機械紙漿或化學熱機械紙漿，工藝損紙或 這些的組合混合，之后產生的混合物用來制備多層產品的至少一個纖維層。混 合物的細小纖維級分的份額大約為混合物總重量的5-50 wt%， iM大約10-30 wt%。
現代的紙和紙板機僅產生了少量的損紙。在產生相對很少損紙的情況下， 必須4頓原漿代替膠合松厚層，這是昂貴的。本發明通過禾,細小纖維代替損 紙或與損紙結合使用避免了這些問題。所得到的產品非常結實，以致紙板能夠 經得起其生產和^ffi的機械張力。
M:利用不同的級分，制備了纖維產品，tt^紙板，最合適地為折疊紙板， 其具有至少兩層重疊的纖維層。
根據{，的實施方案，制備了三層產品，其中細小纖維包括在產品的中間
層中。中間層構成紙板產品所有纖維量的30-75 wt%。產品可以^t稱的，在這 種情況下表層和襯里層是等厚的，或者表層可以例如比襯里層厚大約1.1-3.0倍。
這種多層纟財反的一個例子為這樣一種產品，其包含作為組合的下列層
-具有夕卜表面和內表面的初始纖維層，
-第二纖維層，其具有外表面的和內表面，和第一層設置有距離，在這種 情況下第二纖維層的內表面設置在第一纖維層的內側上，和 -第三纖維層，其設置在第一和第二纖維層之間， 該多層紙板可以被^布、不、凃布或僅僅^^一個外表面。 多層產品的亞層主要通過氫鍵彼lt傻接。必要時，可以通過利用通常已知 的粘合劑來改善連結。
三層產品的典型(每平方米)克重為50-500 g/m2，其中表層和襯里層的(每平 方米)克重為大約20-200 g/m2，中間層的為10450 g/m2。在薄纟鵬用中，可以制備包含中間層和表面層的產品，所述中間層具有良 好的樹申強度，并且其包含長纖維漿料級分，所述表層包含細小纖維，并且其 提供柔軟的和吸收性的表面。
根據另一個i^的實施方案，制備了雙層產品，其中細小纖維級包括在產 品的表層或襯里層中。含有細小纖維級分的層 為^^及所有纖維的大約50-80 wt%。這些產品的典型(每平方米)克重為S(M00g/m2，在這種情況下表層和襯里 層的(每平方米)克重各自為大約25-200 g/m2。
顯然在細小纖維級分和未過篩物即長纖維漿料級分中者阿以混合其它的紙 漿，以便增加級分的數量以及改變它盼性能。然而，在含有細小纖維級分產品 的層中通過篩選產生的細小纖維級分的量4，構成纖維干重量的至少50%，優 選至少75%和優選80-100%。相對地，通過篩選產生的的長纖維漿料級分構成 含有長纖維漿料級的層的主要部分或甚至80-100%(基于該纖維材料的干重)。因 此，{頓該 的溶液可以獲得這樣的產品，其由一種原材料通過篩選產生， 并且該產品與對應的原材料紙漿僅僅經過精制的產品相比具有顯著更好的性 能。
下面實施例的目的是用來描述本發明而非限制它。 實施例1
使用0 0.8 mm的孔篩對KSK樺7K從Oy Metea-Botnia Ab, Kaskinen Mills
獲得的商業樺木皿產品)進行分級。
分級
篩子 RADISCREEN1000D
孑L尺寸 00.8 mm
長纖維漿料傷,頁(Rm): 85%
進料濃度 3.1%
長纖維漿料級分濃度 4.6%
短纖維漿料級分濃度 1.1% 醵 20°C
^ffl盤磨機在四種不同的特定能量消耗水平(43、 56、 68和87kWh/噸)下精 制"長纖維漿料級分"。分析樣品和測試紙頁。
分級和精制如圖la所示，所參照的未分級紙漿的精制如圖lc所示。其中，總制纟蹈突的SR值(21-〉19，細小纖維30)在分級中顯著變化，顯示 出纖維分布顯著變化。分級的長纖維漿料級分的拉伸3艘(在恒定SR值)比參照 ^^(褐色對比青綠色)高大約6%，圖2(抗魁旨數與SR值的函數關系)。
相似地，對于長纖維漿料級分，在恒定SR傲30)時抗張挺度與普通的未分 級的樺木船突相比(褐fet比青綠色)提高了大約5%，(圖3)(抗張鵬與SR值的 函數關系)。
對于長纖維漿料級分，抗張鵬在恒定Gurley傲50 s)時與普通的未分級的 樺木^^相比提高了大約4% (圖4)(抗張挺度與(Gurley)孔隙率的函數關系)。
當使用分級的纖維級分時，以恒定SR值(30)精制所用能量增加了大約12% (55 kWh/噸->62 kWh/噸)(圖5)(SR值與SEC的函數關系)。
當采用分級時，與普通的KSK樺木纟驟相比，可以稍微減少"長纖維漿料 級分"中細小纖維的數量，但是通皿一步地調整分級參數可以更多地減少細 小纖維的數量。
ffl31利用復合紙頁測試，禾擁分級的細小纖維來代替4頓未精制的損紙可 以改善中間層的松ii(圖6—復合紙頁松衝。當f頓更多的細小纖維來代替由該 方法產生的損紙時，內部結合強度稍有改善(圖7—復合紙的內部結合強度)。在 精制用于中間層的機械鄉碟時可以利用該替換，MM提高其CSF目標，在這種 情況下其松厚也得到了改善。
當損紙紙漿完全地由通過分級得到的細小纖維代替時(綠x， BCTMP 85/損 紙O湖小纖維15)，有可能在同一水平保持內結合強度的同時增加混合物的松厚 (圖8—不同的復合 的內部結合強度與松厚的函數關系)。
權利要求
1.制造多層纖維產品的方法，該產品包含至少兩層重疊的層，每層具有不同的纖維組成，并且該產品通過至少部分地使用化學短纖維漿料制造，其特征在于-使短纖維漿料經過篩選，其中將細小纖維從中分離，該細小纖維具有通過具有0.2-1.5mm平均孔尺寸的篩子的尺寸，以便形成至少兩種具有不同纖維組成的纖維材料級分，和-回收所獲得的級分并將其引入同一纖維產品的不同層中。
2. 根據權利要求1的方法，其特征在于通過使用篩子，從紙漿分離出大 約5-30 wt。/o份額的纖維材料，該份額包含通過0.2-1.5 mm篩子的細小纖維。
3. 根據權利要求1或2的方法，其特征在于利用具有大約l.O mm平均 孔尺寸的篩子，從紙漿中分離出至少大約7 wt%，最合適地大約5-30 wt。/。的紙 漿纖維材料。
4. 根據前面權利要求任意一項的方法，其特征在于從篩子所獲得的細小 纖維以纖維材料的含水懸浮液的形式回收。
5. 根據權利要求4的方法，其特征在于為了制備纖維產品，由從篩子獲得的纖維材料和7K形成的懸浮液原樣使用而沒有^^蟲的脫水。
6. 根據權利要求4或5的方法，其特征在于從篩子獲得的細小纖維級分 以纖維材料懸浮液的形式回收，懸浮液具有大約0.5-2 wt%，特別是大約0.8-1.5Wt。/o的濃度。
7. 根據前面權利要求任意一項的方法，其特征在于細小纖維級分與機械紙漿、加工過程中的損紙或它們的組合混合，然后使用所產生的混合物來制備 多層產品的至少一個纖維層。
8. 根據豐又利要求7的方法，其特征在于混合物中細小纖維級分的傷、額為混合物總重量的大約5-50 wt%， 4腿大約1040 wt%。
9. 根據前面權利要求任意一項的方法，其特征在于細小纖維級分基本上未精制而用于制備纖維層。
10. 根據前面權利要求任意一項的方法，其特征在于在篩選階段，回收 具有顯著地減少的細小纖維百分比的級分。
11. 根據權利要求10的方法，其特征在于對包含較少細小纖維物質的級 ^iS行精制，從而將其精制到預定的濾水性能和孔隙率。
12. 根據^又利要求10或11的方法，其特征在于包含較少細小纖維物質 的級分用來制備要求良好拉伸 販性能的纖維層。
13. 根據前面權利要求任意一項的方法，其特征在于制備了三層產品， 在這種情況下，細小纖維級分包括在產品的中間層中。
14. 根據權利要求1-13任意一項的方法，其特征在于制備了鵬產品， 在這種情況下，細小纖維級分包括在產品的表層或襯里層中。
15. 根據前面權利要求任意一項的方法，其特征在于短纖維漿料為通過 4頓堿煮法由5姊制備的化學l碟。
16. 根據前面權利要求任意一項的方法，其特征在于短纖維漿料通過使 用樺木屬、白楊屬、桉樹屬或阿卡斯阿木屬或這些的混合物的木材作為原材料 來制備的。
17. 根據權利要求16的方法，其特征在于所制造的纖維產品中50-100% 的纖維包含短纖維漿料。
18. 根據權利要求17的方法，其特征在于所制造的纖維產品中100%的 新進料纖維包含短纖維漿料。
19. 根據權利要求1-17任意一項的方法，其特征在于所帝'臘的纖維產品 中1-50%，優選大約1045%的纖維包含軟木纖維。
全文摘要
本發明公開了制造多層纖維產品的方法。該產品含有至少兩層重疊的層，每層具有不同的纖維組成，以及在制造產品時至少部分地使用化學短纖維漿料。在該方法中，使短纖維漿料經過篩選階段，其中通過具有0.2-1.5mm平均孔尺寸的篩子的細小纖維被從中分離出來，以便制備至少兩種具有不同的纖維組成的纖維級分，回收所產生的級分，使其包括在同一纖維產品的不同層中。使用本發明，可篩選原材料并形成與相應的僅僅原材料紙漿經過精制的產品相比具有更好的性能的產品。
文檔編號D21H27/38GK101553622SQ200780033585
公開日2009年10月7日 申請日期2007年9月11日 優先權日2006年9月11日
發明者E·哈西南, S·卡塔賈馬基, T·尼庫爾 申請人:M-真實公司