处理纤维幅面料的方法

专利名称：处理纤维幅面料的方法
技术领域：
本发明涉及纤维幅面料整理法。特别是，本发明涉及根据权利要求1的前序部分的方法，该方法通过机械处理来提高纸张和纸板幅面料的光滑度。
通常用湿法生产纸张。根据该方法，纤维悬浮在水中，以形成纤维供料，湿幅面料由金属丝筛网上的该供料形成。然后，利用不同的机械和热系统逐步将幅面料干燥成预先选择的干燥状态。
在传统的技术中，在幅面料形成前纤维供料保持紊流状态，以避免纤维定向取向。但是，由于紊流会导致幅面料中形成絮凝体，絮凝体的纤维密度比其幅面料的周围部分的纤维密度大。
为了实施各种印刷操作，纸的表面应该尽可能光滑和／或均匀。对涂敷有矿物颗粒层和乳胶粘合材料的纸张而言同样如此。因此，在涂敷之前纸(原纸)经常要轧光，并且包括矿物填料的纸也由轧光机处理以获得较光滑的表面。由于上述絮凝体的形成，所以对某些纸的品质而言，轧光非常必要。
有许多类型的轧光机，但是所有的轧光机是对表面施加机械压碾和滑动力。传统的轧光受到一些明显的缺点的阻碍，在再次打湿后，经轧光而变得平滑的表面全部或部分恢复到其原始形状。众所周知，由于轧光，纸可疏松到只剩下其强度特性的35-40％和其原始不透明性的25-35％。而且，纸幅面料的原始韧性将明显降低。
考虑到与轧光有关的上述问题，需要很大的努力来避免所述絮凝体的形成和寻找使表面变光滑的一些不同方法。
专利号为2，349，704的美国专利公开了一种用布抛光辊抛光纸幅面料的表面的方法。辊的表面包含粉状研磨剂，该研磨剂借助粘合剂粘附在该表面。目的是将纸压碾和抛光到与高级轧光工序所形成的相同的程度，并且根据该专利的说明书，处理过的纸张的密度与高级轧光工序之后产生的纸张密度相同，并且由Baush & Lomb表面反射性测量器测量的光泽度要比处理前高10点。
专利号为5，533，244的美国专利公开了另一种方法，它某种程度上类似上述方法，该方法使用机织带来抛光纸，与幅面料本身相比，机织带以不同速度在纸幅面料上滑动，产生摩擦作用。
用作纸表面上的滑动摩擦装置的软轧光装置公开在专利号为4，089，738的美国专利中。该装置以与原先的高级轧光相同的途径使纸表面变光滑。
已有技术的方法中没有一种能将高密度的絮凝体从纸表面满意地去掉。而且，显然在已知方法的应用期间纸的强度特性恶化。
因而，本发明的一个目的是消除已有技术的缺点，并且提供处理纤维质幅面料表面的新颖的方法，特别是纸张或纸板表面，以便在基本保持幅面料的机械特性的同时提高其光滑度。
本发明基于令人惊讶的发现，即可以用研磨装置，例如研磨带或振动研磨装置或旋转研磨滚筒，通过只研磨掉幅面料的最突起部分来使许多纤维质幅面料的表面变平，以便提供具有不变的或者甚至改善的机械强度特性的平表面。特别是，本发明包括在使表面很少的压住研磨表面以至不能发现幅面料的密度的明显增加的同时，在干燥状态(“干研磨”)下只研磨纤维幅面料的较高部分(横截面中)。
特别是，本发明主要以权利要求1中的特征部分所述的内容为特征。
本发明提供许多优点。令人惊讶的是，已经发现，例如研磨过的纸比原纸有较好的抗张强度，并且还具有较好的抗破裂强度。虽然我们不希望受到任何特定原理的限制，但该现象基于当具有最高强度的部分的强度减少时，在受到应力的幅面料内的力变得更均匀分布。最初，由于纸幅面料的不平坦(形状)，力的强度不足以到达纸的最薄部分。但是，研磨使粘合力再分布到幅面料基体中。另一种可能的解释是在研磨加工期间明显产生碎屑和小纤维，该小纤维一端仍附着在原始纤维上，小纤维重新组合到表面上。
在本发明的表面研磨加工期间，形成了非常有限数量的松驰纤维和灰尘。这可能由于本发明的研磨摩擦将从表面释放一些水蒸气，并且它将凝结在留在机器的研磨加工部分的纸上。该凝结水将碎屑粘回到表面上。
接着，本发明将借助于下面详细的描述并参考实施例更详细地解释。
在本发明的范围内，术语“纤维质的”和“木质纤维的”用来分别指从纤维质的和木质纤维的材料中得到的材料。特别是，“纤维质的”是指从木或其他植物原料的化学浆液中可得到的材料。这样，包含“纤维质纤维”的幅面料由例如牛皮纸、亚硫酸酯或有机溶胶浆液制成。“木质纤维的”是指通过机械脱纤维法从木或其他植物原料中得到的材料，例如通过工业提炼加工、如精炼机制浆(RMP)、加压精炼机制浆(PRMP)、热机制浆(TMP)、磨碎木料(GW)或加压磨碎木料(PGW)、化学热机制浆(CTMP)或任何其他制造可以形成幅面料并且涂敷的纤维质的材料的方法。
术语“纸”和“纸板”是指包括纤维质或木质纤维的纸张形式的产品。“纸板”与“厚纸板”同义。纸或纸板的克数可在从约30至约500克／平方米的宽范围内变化。可处理成约0．1至30微米之间的幅面料的粗糙度最好约为1至15微米。本发明可用来处理任何期望的纸或纸板幅面料。实际上，术语“纸”或“纸幅面料”这里都用来分别指“纸”和“纸板”和“纸幅面料”和“纸板幅面料”。
术语“碎屑”“小纤维”和“纤维”表示具有小于约10微米，典型地在0．001至2微米范围内的横截面直径的细分材料，并且“小纤维”和“纤维”是具有长度与横截面直径比大于约6的材料。
被涂敷的幅面料的“粗糙度”通常以“微米”(μm)给出。可以根据例如ISO8791-41992(E)来测量1000kPa的印刷表面粗糙度。典型地，纸幅面料的粗糙度在8至2微米的范围内。如下面的讨论和工作实例的说明，根据本发明通过对纸或纸板幅面料的表面进行研磨处理，在保持幅面料的机械特性的同时，幅面料的粗糙度可能减少至少20％，最好约40至60％。
本发明包括在金属丝筛网上的纤维供料形成湿幅面料的步骤。然后，幅面料在纸张或纸板机器上干燥到预先选择的干燥状态。在任何期望的干燥点，但是最好在幅面料已经干燥到足够的干燥度以致削弱幅面料上的合理的机械强度之后，使幅面料承受下面更详细地解释的干研磨操作。在幅面料退绕和卷绕之间可以进行研磨。在研磨和有可能变光滑之后，处理过的幅面料可以涂有合适的已知的涂色。
通过使纸幅面料的表面接触研磨装置，以进行本发明的研磨。根据本发明研磨加工的优选实施例，由研磨颗粒固定到可移动的研磨带或振动板上进行研磨，该研磨带或振动板产生没有光泽而是褪色或暗淡的表面。研磨介质颗粒的优选尺寸是在约5-20微米之间，当然这取决于表面的品质和纸张或纸板的表面重量。研磨介质的表面基本上是干燥的(湿度小于约50％，最好小于20％并且特别是小于10％)，并且最好研磨期间在幅面料和研磨介质之间没有水分。
根据本发明，实质上较高点，也就是“突起”从纸表面被磨掉，并且为完成该目的，必须设立研磨带后支撑和纸支撑，以便只去掉纸表面上的较高水平部分。通常，在研磨后，表面的粗糙度，以微米计，减少10至90％，最好约40至60％。
在研磨期间，幅面料经受的研磨能量大约为700至14000J／m2，最好约2000至8000J／m2。根据特定的优选实施例，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，通过使用本发明的研磨，纸张或纸板的机械特性保持不变。它们甚至可以由于上述的研磨而改善。这样，当表面的粗糙度减少最大为90％时，幅面料的强度特性将保持基本不变或有所改善。当表面的粗糙度减少约40至60％时，与未处理幅面料相比，抗撕裂强度增加至少5％(最好超过10％)。
当表面上40至60％的突起和类似不规则部分被研磨时，由本发明的研磨方法处理过的纸的目视检查显示出纸的不透明性没有显著变化。同时，纸的机械强度优良。
只要不发生纸的显著加压，作用在幅面料上的压力可在很大范围内变化。另外，这可以减弱幅面料的机械强度。通常，研磨的表面压力应为约0．01至20kPa，最好约1至10kPa。
在研磨后，其优点是再打湿处理过的表面，并且使其轻轻地压住非常光滑的表面，或者压住移动的光滑表面，以便使所有的松散纤维和碎屑回到表面。这种处理甚至还会使研磨表面变光滑。对加湿而言，可以使用蒸汽或水汽，以及包容均匀分布地小水滴的雾，该小水滴经例如超声处理产生并且可通过电离法吸附到表面上。
在一篇名为“木研磨中的摩擦”(纸和木材，Vol．79(1997)No．4)中，比较详细讨论了用磨石研磨木材。作者声称小于7m／s的研磨速度整个地无效，并且仅以10至30m／s的速度运转的研磨石将从木上磨下一些纤维。在低速时，在木的接触表面仅发生一些不希望的原纤维化作用。
本发明以相对概念为基础我们不希望从纸张或纸板幅面料的表面上弄下来所有的纤维，而是仅弄下来纤维中的小纤维和松散部分。因而，根据本发明，速度差可以在1至10m／s的范围，并且仍可获得满意的结果。但是，根据另一个实施例，在研磨带和被研磨的纸张或纸板之间的速度差越高，结果越好。最好的方法是布置带和幅面料使其在相同方向上但以不同的速度运转。这些装置的提供用来高效地移走灰尘。对两个不同的原因而言高研磨速度是有利的首先，它可阻止带上聚集的灰尘和碎屑，并且第二，在高速度时，表面压力可以保持很低并且在表面上不会发生树脂、木质素等的融化，这样研磨带或其他研磨介质表面就不会阻塞。临界速度取决于制成纸张或纸板的木或浆的品质，而且也取决于研磨介质表面的研磨颗粒的品质。不过，研磨速度和压力必须总是保持一个水平，就是不会发生局部加热以致到树脂和木质素软化的程度。如果发生了这种情况，研磨介质会立即塞满来自幅面料的纤维、树脂、木质素和散布的灰尘。
根据优选实施例，其中使用包括聚合材料的干带的带式磨机，由于研磨纤维带摩擦起电。因而，通过小纤维和幅面料之间的静电力将研磨回弹到表面，小纤维和碎屑颗粒从幅面料上掉下来。不发生幅面料的变脏。在研磨前在表面上的电负荷也可起作用，以便增加表面的电负荷。
通过用碳化淀粉或类似的碳化材料处理纤维幅面料，通常用来提高纸张或纸板机器的电线上的色素或碎屑的滞留，碳化材料在对表面研磨加工期间有效地粘住松散的小纤维。
根据本发明的另一个优选实施例，如上所述的研磨表面通常在研磨后褪色或变暗，可以通常用蒸汽稍稍打湿并且将其压在光滑表面上以使其有光泽度。
在用传统的轧光机抛光之后，或者最好在如上所述在打湿之后，根据本发明处理的纸张或纸板可以涂敷或者可以这样选择使用。对涂敷而言，纸可以设有聚合物层、阻隔层、涂漆或普通涂色。这些纸张和纸板特别适合于打印和书写和喷墨打印。可选择的未处理的光滑品质的产品也适合封装、包装和装袋的目的。
下面用非限制的实例说明本发明。
纸测试样品受到研磨带的研磨作用，该样品在相对湿度为50％时保持干燥，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微米的粗糙度的该带以不同的速度运转。结果汇总在表1中。
表1用以不同速度运转的研磨带研磨的纸的光滑度和机械特性光滑度抗撕裂强度抗断裂强度微米 kN／m kPa0-样本 7．5 5．49 178带速率3．6m／s 3．2 6．05 250带速率5．3m／s 3．0 5．89 240用具有0．36m／s平均速率的振动介质研磨包括相同的纸性质的另一套测试样本。结果显示在表2中。
表2用振动介质研磨的纸的光滑度和机械特性研磨介质颗粒光滑度撕裂强度抗断裂强度尺寸微米 kN／m kPa0-样本 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振动研磨显示出使研磨板非常快的变坏，但是带式磨光机本身可保持很长时间的清洁。
用15微米颗粒的带式磨光机将纸样品的两面都研磨1或2次获得下面的结果表3在纸样本的两面研磨1和2次；研磨带速率5，3m／s；15微米颗粒尺寸1次2次2次+蒸汽打湿+600 N／m压力抗撕裂强度，kN／m 6．85 6．48 6．95光滑度，微米 6．0 5．0 6．5通过参考，未处理的纸的撕裂强度是5．55kN／m，光滑度是9．0微米。
权利要求
1．一种用于处理纤维幅面料的表面的方法，其中-幅面料受到机械研磨，其特征在于，基本上在干燥状态下通过仅去除纸张表面上的较高部分进行研磨，而不会基本上增加幅面料的密度。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，表面的粗糙度减少的最大值为90％时，幅面料的强度特性将保持基本不变或有改善。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，与未处理幅面料相比，为了使抗撕裂强度增加至少5％，表面的粗糙度减少约40至60％时。
4．如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，幅面料的两侧面受到研磨处理。
5．如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，幅面料包括表面重量为30至500克／平方米和粗糙度为1至15微米的纸张或纸板。
6．如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，通过使幅面料的表面与研磨装置接触来进行研磨，该研磨装置选自研磨带、研磨板和研磨滚筒。
7．如权利要求6所述的方法，其特征在于，纸幅面料经受的研磨能量大约为700至14000J／m2，最好约2000至8000J／m2。
8．如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，纸幅面料经受的研磨能量为减少的粗糙度的2000-3000J／m2。
9．如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在研磨期间纸幅面料经受的表面压力约为0．01至20kPa，最好约1至10kPa。
10．如权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，研磨装置包括尺寸为2至50微米，最好约为5至20微米的研磨介质颗粒。
11．如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，幅面料与研磨装置接触，幅面料和研磨装置的表面之间的速度差小于10米／秒。
12．如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，为了增加研磨期间幅面料表面上的电荷，幅面料与研磨带接触，该研磨带包括作为带材料的聚合物。
13．如权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，幅面料用阳离子材料处理，以便在幅面料的表面上提供阳离子表面，从而在研磨期间粘合松散的材料。
14．如权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，研磨过的表面用蒸汽或均匀分布的小水滴略微打湿，该打湿的表面与一个平滑表面接触，以便进一步增加纤维幅面料表面的光滑度。
15．如权利要求14所述的方法，其特征在于，打湿的表面压住所述光滑表面，或者沿所述光滑表面滑动。
16．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在表面研磨期间，该表面涂有松脱的材料。
17．如权利要求16所述的方法，其特征在于，该材料包括碎屑和／或纤维。
18．如权利要求1所述的方法，其特征在于，研磨装置的速度太高以致在去掉的表面或处理的表面上会熔化的树脂或木质素或其他类似化合物没有熔化。
19．如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，纸张或纸板用于印刷、包装或包裹。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过机械研磨来处理纤维幅面料的表面的方法,根据本发明,在基本上干燥状态下通过仅去除纸张表面上的较高部分进行研磨,而不会基本上增加幅面料的密度。通过使表面的粗糙度减少最大为90%,幅面料的强度特性将保持基本不变或有改善。这样,与未处理幅面料相比,当表面的粗糙度减少约40至60%时,抗撕裂强度增加大于5%。通过本发明的方法处理的纸张和纸板可用于印刷、包装和包裹。
文档编号D21H25/00GK1292841SQ99803925
公开日2001年4月25日 申请日期1999年1月11日 优先权日1998年1月12日
发明者B·德特林, H·阿霍宁 申请人:埃迪一黑德公司