生产具有令人满意的表面性能的高度可拉伸的纸的制作方法

本发明涉及生产具有令人满意的表面性能的高度可拉伸的纸。

背景技术：

自2009年以来，ab(瑞典)已经以的名称销售了一种高度可拉伸的纸。的可拉伸性使其能够在许多应用中取代塑料。fibreform已经在包括expanda单元的造纸机上生产，该expanda单元沿着纸机纵向压实/压紧所述纸以改善可拉伸性。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种在包括clupak(微皱伸性)单元的造纸机上生产高度可拉伸的非涂布纸而不损害可印刷性的方法，该非涂布纸不是典型的多孔的袋纸。

因此，提供了一种生产非涂布纸的方法，所述非涂布纸具有50-250g/m²的根据iso536的克重、大于15s的根据iso5636-5的格利值(gurley值)、以及至少9％的在纸机纵向(machinedirection，md)上的根据iso1924-3的可拉伸性，所述方法包括以下步骤：

a)提供纸浆，优选地，所述纸浆为硫酸盐纸浆；

b)使所述纸浆经历高稠度磨浆(hc磨浆，高浓磨浆)；

c)使来自步骤b)的所述纸浆经历低稠度磨浆(lc磨浆，低浓磨浆)；

d)对来自步骤c)的所述纸浆进行稀释，并且将经稀释的所述纸浆添加到成形网(formingwire)中，以获得干含量为15％-25％的纸幅，例如获得干含量为17％-23％的纸幅；

e)将来自步骤d)的所述纸幅压榨成干含量为30％-50％，例如36％-46％；

f)对来自步骤e)的所述纸幅进行干燥；

g)在clupak单元中在水分含量为20％-50％、例如30％-49％、例如35％-49％的状态下对来自步骤f)的所述纸幅进行压实；

h)对来自步骤g)的所述纸幅进行干燥；以及

i)在软压印区压光机或长压印区压光机中，在水分含量为4％-20％、例如5％-12％、例如5％-10％的状态下对来自步骤h)的所述纸幅进行压光。

附图说明

图1是clupak单元的示意图。

具体实施方案

本公开涉及生产非涂布纸的方法。继本公开的方法之后，可以对所述纸进行涂布，例如以便改善印刷性能和/或获得阻隔性能。

通过该方法获得的纸的特征在于该纸的可拉伸性在纸机纵向(md)上为至少9％。优选地，在md上的可拉伸性甚至高于9％，例如至少10％或至少11％。所述可拉伸性使得能够在所述纸中形成三维形状(双弯曲形状)，例如通过压制成型、真空成型或深拉而在所述纸中形成三维形状。如果可拉伸性在纸机横向(crossdirection，cd)上也相对较高，则这样的工艺中的纸的可成形性得到进一步改善。优选地，在cd上的可拉伸性为至少7％，例如至少9％。在md上的可拉伸性的上限可以是例如20％或25％。在cd上的可拉伸性的上限可以是例如15％。可拉伸性(在md上和在cd上的可拉伸性)根据标准iso1924-3来测定。

与许多可能是高度可拉伸的袋纸相比，本公开的纸不是特别多孔的。相反，在用于本公开的纸的应用中，相对低的孔隙率可能是优选的。例如，胶和一些涂层具有较低的渗透穿过低孔隙率的纸的倾向。此外，当孔隙率降低时，一些印刷性能得到改善。

根据格利(gurley)的空气阻力(即，格利孔隙率)是100ml空气穿过纸张的特定区域所花费的时间的量度(秒，s)。短时间意味着高度多孔的纸。本公开的纸的格利孔隙率大于15s。格利孔隙率优选为至少20s，更优选为25s，例如至少35s。上限可以例如是120s或150s。格利孔隙率(本文也称为“格利值”)是根据iso5636-5测定的。

本公开的纸的克重为50-250g/m²。如果需要具有高于250g/m²克重的可拉伸材料，则可以由多个纸层生产层压材料，每个所述纸层的克重在50-250g/m²的范围内。低于50g/m²时，强度和刚度通常不足。克重优选为60-220g/m²，并且更优选为80-200g/m²，例如80-160g/m²，例如80-130g/m²。标准iso536用于测定克重。当克重较低时，本特森(bendtsen)粗糙度通常较低。

纸的密度通常在700kg/m³至1000kg/m³之间。为了获得低于850kg/m³的密度，可以选择长压印区压光机(下面进一步讨论)。优选的密度范围是700-800kg/m³和710-780kg/m³。

为了美观和印刷目的，本公开的纸优选为白色。例如，所述纸的根据iso2470的亮度可以是至少80％，例如至少82％。但是，纸也可能是未漂白的(“棕色”)。

本公开的方法包括以下步骤：

a)提供纸浆。

纸浆优选是硫酸盐纸浆(有时称为“牛皮纸浆”)，所述硫酸盐纸浆提供高的拉伸强度。出于同样的原因，用于制备所述纸浆的原料优选包含软木(软木具有长纤维并形成强固的纸)。因此，纸浆可包含至少50％的软木纸浆，优选至少75％的软木纸浆，以及更优选至少90％的软木纸浆。百分比是以纸浆的干重为基础的。

拉伸强度是纸在断裂前承受的最大力。在标准测试iso1924-3中，使用具有恒定的伸长率的具有15mm宽度和100mm长度的条带。拉伸能量吸收(tea)有时被认为是最能代表纸的相关强度的纸性能。拉伸强度是tea测量中的一个参数，并且另一个参数是可拉伸性。在相同的测试中获得拉伸强度、可拉伸性和tea值。tea指数是tea值除以克重。以相同的方式，通过用拉伸强度除以克重来获得拉伸指数。

可加入干强剂(例如淀粉)以改善拉伸强度。淀粉的量可以例如是每吨纸1-15千克，优选每吨纸1-10千克或2-8千克。淀粉优选为阳离子淀粉。

在本公开的上下文中，“每吨纸”是指每吨来自造纸过程的经干燥的纸。这种经干燥的纸通常具有90％-95％的干物质含量(w/w)。

通过本公开的方法获得的纸的tea指数可以例如在md上至少为3.5j/g(例如3.5-7.5j/g)和/或在cd上至少为2.9j/g(例如2.9-3.9j/g)。在一个实施方案中，tea指数在md上为高于4.5j/g(例如4.6-7.5j/g)。

还可以将一种或多种施胶剂添加到纸浆中。施胶剂的示例是akd、asa和松香胶料。当添加松香胶料时，优选还添加矾。松香胶料和矾优选以介于1：1与1：2之间的重量比添加。松香胶料例如可以以每吨纸0.5-4千克的量添加，优选以每吨纸0.7-2.5千克的量添加。

当纸是白色时，纸浆是被漂白的。

该方法还包括以下步骤：

b)使纸浆经历高稠度(hc)磨浆。

经历过hc磨浆的纸浆的稠度通常为25％-42％或25％-40％，例如30％-40％，优选33％-40％。通常实施所述hc磨浆至所述纸浆获得的肖伯尔－瑞格勒数(sr数，打浆度数)为13-19(例如13-18)的程度。sr数是根据iso5267-1测量的。为了达到所需的sr数，hc磨浆中的能量供应可以是每吨纸至少100kwh，例如每吨纸150-220kwh。

该方法还包括以下步骤：

c)使来自步骤b)的纸浆经历低稠度(lc)磨浆；

经历过lc磨浆的纸浆的稠度通常为2％-6％，优选3％-5％。lc磨浆通常实施至所述纸浆获得的肖伯尔－瑞格勒(sr)数为18至40、优选19至35、例如23至35的程度。为了达到所需的sr数，lc磨浆中的能量供应可以是每吨纸20-200kwh，例如每吨纸30-150kwh，例如每吨纸40-120kwh。

如本领域技术人员所熟知的，lc磨浆增加了sr数。

hc磨浆和lc磨浆提高了在md和cd两个方向上的可拉伸性。

在一个实施方案中，该方法包括添加破碎的纸浆的步骤，优选地将破碎的纸浆添加到来自步骤b)的纸浆中或来自步骤c)的纸浆中。破碎的纸浆优选从相同的方法获得。

该方法还包括以下步骤：

d)将来自步骤c)的纸浆稀释，并将经稀释过的纸浆添加到成形网中以获得干含量为15％-25％、例如17％-23％的纸幅。

因此，所述经稀释过的纸浆在成形网上脱水并形成纸幅。所述经稀释过的纸浆通常具有5-6的ph和0.2％-0.5％的稠度。

该方法还包括以下步骤：

e)将来自步骤d)的纸幅压榨至干含量为30％-50％，例如36％-46％。

用于步骤e)的压榨区段通常具有一个、两个或三个压榨压印区。在一个实施方案中，使用靴式压榨。在这种情况下，靴式压榨的压印区可以是所述压榨区段的唯一压印区。使用靴式压榨的好处是改善了最终产品的弯曲刚度。

该方法还包括以下步骤：

f)对来自步骤e)的纸幅进行干燥；以及

g)在clupak单元中在水分含量为20％-50％的状态下对来自步骤f)的纸幅进行压实。

在clupak单元中的压实增加了所述纸的可拉伸性，特别是在md上的可拉伸性，但是也增加了在cd上的可拉伸性。为了改善表面性能/印刷性能，当进入clupak单元时，纸的水分含量优选为至少30％(例如30％-50％)，例如至少35％(例如35％-49％)。更高的水分含量也被证明与在md上的更高的可拉伸性相关。

此外，本发明人已经发现，在clupak单元中，通过相对高的压印区条的线载荷，即至少20kn/m，促进了可拉伸性的增加。优选地，压印区条的线载荷为至少25kn/m或至少28kn/m。典型的上限可以是38kn/m。在clupak单元中，压印区条的线载荷由施加在所述压印区条上的可调节液压缸压力来控制。所述压印区条有时被称为“压辊”。

在一个实施方案中，clupak单元中的橡胶带张力为至少5kn/m(例如5-9kn/m)，优选至少6kn/m(例如6-9kn/m)，例如约7kn/m。在clupak单元中，橡胶带张力由施加在张紧辊上的可调节液压缸压力来控制，该张力辊拉伸所述橡胶带。

clupak单元通常包括钢筒或镀铬筒。当纸幅通过clupak单元中的橡胶带的收缩/回弹而被压实时，纸幅相对于钢筒/镀铬筒移动。为了减少纸幅与钢筒/镀铬筒之间的摩擦，优选添加释放液体。释放液体可以是水或水基的。水基释放液体可包含减摩剂，例如聚乙二醇或硅氧烷基试剂。在一个实施方案中，释放液体是包含至少0.5％、优选至少1％、例如1％-4％的聚乙二醇的水。

下面参考图1描述clupak单元。

在clupak单元中压实后，使纸幅经历进一步的干燥。因此，该方法还包括对来自步骤g)的纸幅进行干燥的步骤h)。

步骤h)因此包括使纸幅在至少一个干燥器组中经历干燥。步骤h)的第一干燥器组中的纸幅的速度优选比步骤g)中进入clupak单元的纸幅的速度低8％-14％。以这种方式降低速度的原因是为了保留所述纸幅在clupak单元中所获得的md可拉伸性。

纸幅优选在步骤h)的一部分期间被允许自由干燥。在这种提高可拉伸性的“自由干燥”期间，纸幅不与干燥器筛(通常称为干燥器织物)接触。在自由干燥中可以使用强制的空气流(可选地，经加热的强制的空气流)，有时称为“冲击干燥”，这意味着自由干燥可以包括风扇干燥。

该方法还包括以下步骤：

i)在软压印区压光机或长压印区压光机中，在水分含量为4％-20％、优选5％-12％、例如5％-10％的状态下对来自干燥步骤h)的纸幅进行压光。术语“长压印区压光机”包括本领域中称为鞋型压光机、延伸压印区压光机和带式压光机的压光机。

通常，压光改善了表面性能。在本公开的方法中，使用软压印区压光机或长压印区压光机，因为这样的压光机比硬压印区压光机更好地保持纸的抗弯性。当抗弯性特别重要时，长压印区压光机是最优选的选项。

与压光机的类型无关，线载荷可以是20-700kn/m。优选的线载荷范围是20-450kn/m和100-400kn/m。然而，如果使用软压印区压光机并考虑抗弯性，则优选在步骤i)中将线载荷保持在200kn/m以下，例如150kn/m以下。

通过将抗弯性除以克重的立方来获得抗弯性指数。所述纸的在md上的抗弯性指数优选为至少30nm⁶/kg³(例如30-43nm⁶/kg³)，例如至少35nm⁶/kg³(例如35-43nm⁶/kg³)。此外，在cd上的抗弯性优选为至少40nm⁶/kg³(例如40-56nm⁶/kg³)，例如至少45nm⁶/kg³(例如45-56nm⁶/kg³)。根据iso2493使用15°的弯曲角度和10mm的测试跨度长度来测量抗弯性。

在一个实施方案中，抗弯性指数在md上至少为39nm⁶/kg³并且在cd中至少为51nm⁶/kg³。为了获得这样的抗弯性指数，优选使用长压印区压光机或在低于150kn/m的线载荷下使用软压印区压光机。当选择长压印区压光机时，可以获得具有在md上至少为44nm⁶/kg³(例如44-56nm⁶/kg³)和在cd上至少为54nm⁶/kg³(例如54-62nm⁶/kg³)的抗弯性指数的纸。

在一个实施方案中，步骤i)的压光使用长压印区压光机实施，其中压印区长度在纸机纵向上为30-400mm，例如30-250mm。此外，在步骤i)的长压印区压光中使用加热至介于140℃与260℃之间的温度的金属辊、优选使用加热至介于200℃与250℃之间的温度的金属辊。

在一个实施方案中，靴式压光机的压印区长度仅为30-50mm，而靴式压光机的金属辊的温度高于200℃，并且线载荷至少为100kn/m。这样的实施方案可以有效地减少在clupak单元中形成的不期望的表面图案。

压光降低了表面粗糙度。通常，来自步骤i)的纸(即通过本公开的方法获得的纸)的至少一面的本特森粗糙度为1900ml/min或更低，例如1700ml/min或更低。优选地，所述纸的至少一面的本特森粗糙度为1200ml/min或更低，例如900ml/min或更低。在一个实施方案中，本特森粗糙度为700ml/min或更低，例如600ml/min或更低。典型的下限可以是300ml/min或400ml/min。在另一个实施方案中，纸的两面的本特森粗糙度都低于1000ml/min。

如技术人员所理解的，上述本特森粗糙度值涉及非涂布纸。

在一个实施方案中，本公开的方法还包括以下步骤：

j)对来自步骤i)的纸进行印刷。

步骤j)的印刷可以是在纸的任何一面上进行的，但是优选的是对与clupak单元中的钢筒/镀铬筒接触的那一面进行印刷。

图1示出了clupak单元105，该clupak单元105包括与两个毯辊108、109，引导辊110，张紧辊111和压印区条112接触的环形橡胶带107(有时称为“橡胶毯”)。第一液压装置113在张紧辊111上施加压力以拉伸所述橡胶带107。第二液压装置114在压印区条112上施加压力以对所述橡胶带107施压，橡胶带107又使纸幅117压靠钢筒115。释放液体喷嘴116设置成将释放液体施加到钢筒115。

示例

进行全面试验以在通常用于生产袋纸的造纸机上生产白色的可拉伸的纸。生产压光纸(本发明)和非压光纸(参照)。

所述生产如下所述。

提供经漂白的软木硫酸盐纸浆。所述纸浆经历高稠度(hc)磨浆(每吨纸180kwh)，稠度为约39％，以及经历低稠度(lc)磨浆(每吨纸65kwh)，稠度为约4.3％。将阳离子淀粉(每吨纸7kg)、松香胶料(每吨纸2.4kg)和矾(每吨纸3.5kg)添加到所述纸浆中。在流浆箱中，纸浆/配料的ph约为5.8，并且纸浆/配料的稠度约为0.3％。在网区段上形成纸幅。离开所述网区段的纸幅的干含量约为19％。纸幅在具有两个压印区的压榨区段中脱水，以获得约38％的干含量。然后将经脱水的纸幅在随后的干燥区段中干燥，该干燥区段具有9个串联排列的干燥器组，所述干燥器组包括一个clupak单元。在该上下文中，clupak单元因此被认为是“干燥器组”。将clupak单元设置为干燥器组7，这意味着：所述纸幅在干燥区段中，在clupak单元中压实之前和之后均被干燥。进入clupak单元时，纸幅的水分含量为40％。将施加在压印区条上的液压缸压力设定为30巴，从而产生33kn/m的线载荷。将拉伸橡胶带的液压缸压力设定为31巴，从而产生7kn/m的带张紧。为了在clupak单元中减小纸幅与钢筒之间的摩擦，以250升/小时的量加入释放液体(1.5％聚乙二醇)。在干燥器组中直接位于clupak下游的纸幅的速度比进入clupak单元的纸幅速度低11％。

继在干燥区段中干燥之后，将本公开的纸在具有硬辊(钢表面)和软辊(表面覆盖有橡胶)的软压印区压光机中经历压光。软压印区压光机中的线载荷为145kn/m。进入软压印区压光机的纸的温度和水分含量分别为80℃和6.5％。参照用的纸没有被压光。

该试验中生产的纸的性能列于下表1中。

表1.压光纸(本发明)和非压光纸(参照)的纸性能。在对所述纸进行印刷后测量性能：“印刷密度”和未覆盖区域(“uca”)。关于“印刷密度”，数越高越好。关于uca，数越低越好。

*压光机的钢面、clupak中的橡胶面

**压光机中的橡胶面、clupak中的钢面

如表1所示，得到具有高格利值(即低孔隙率)的高度可拉伸的未涂布的白色的纸。表1进一步表明，软压印区压光显著改善了表面性能和印刷性能，特别是纸的接触被(软)橡胶包覆的辊的那一面的表面性能和印刷性能。然而，软压印区压光降低了抗弯性，这有时是不希望的。通过使用长压印区压光机代替软压印区压光机，可以至少部分地避免抗弯性的降低。

此外，将压光纸(本发明)的在钢面(ss)和橡胶面(rs)上的印刷质量的视觉印象与未压光纸(参照)的视觉印象进行比较。在对所述两种纸进行3d成形之后，也进行了相同类型的比较。根据上述比较，在3d成形之前和之后，在压光纸(本发明)的两面上的印刷质量明显好于在参照用纸上的印刷质量。所述比较还表明，在与clupak单元中的钢筒接触的那一面上的印刷质量更好。