专利名称：生产用于制备薄纸幅或卫生用薄纸幅的纤维材料悬浮液的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产用于制备薄纸幅或卫生用薄纸幅的纤维材料悬浮液的方法。本发明还涉及由按该方法制备的纤维材料悬浮液所生产的薄纸产品。
制备薄纸需要大的水量，这是由送入相关造纸机或造薄纸机的纤维材料悬浮液有特别低的稠度或物质密度所决定的。此外，需制造8-40g/m2的小面重的薄纸，这取决于各成品如纤维素棉(8-30g/m2)、卫生用薄纸(14-25g/m2)、卫生纸(8-30g/m2)、餐巾纸(20-30g/m2)和手巾纸(20-40g/m2)而定。
此外，这种产品具有小的研磨度，这对确保要制备的纸幅的适宜的脱水和干燥是需要的。但众所周知该研磨仅主要有助于成品的机械特性。因此小的研磨度常与机械特性的要求相对立。
在大多情况下，薄纸产品由经漂白的亚硫酸盐纤维材料悬浮液或硫酸盐纤维材料悬浮液，有时混有经漂白的木素；和/或回收的纸纤维材料(如伏辊碎片、废品、废纸等)；和/或在单烘缸造纸机或长网筛造纸机中的任何种类的纤维材料悬浮液制造。这与各薄纸产品是否含通过研磨过程或其它制备过程产生的填料无关。在通常的过程中所应用的材料在当时是沉积材料或是其它材料如碳酸钙、滑石、TiO2、二氧化硅等为在以填料取代纤维材料时达到填料在纤维表面尽可能强的粘合，在早期通过所谓的“纤维加载TM”-过程进行相应的处理，如特别在US-A＝5223090中所描述的。在该“纤维加载TM”-过程中，在该纤维材料的经湿润的纤维表面上引入至少一种添加物质如填料。因此，纤维可以例如装载碳酸钙。为此在湿的离散的纤维材料中加入氧化钙和/或氢氧化钙，以使其至少一部分与纤维材料中存在的水相结合。接着在经如此处理过的纤维材料中导入二氧化碳。
在由US 6413365 B1和DE 10107448 A所知的前述方法中，总是使用一种分散器，该分散器同时也可用作化学沉淀反应的反应器。
本发明的目的在于，提供一种前述的改进方法，用此方法可使制备相应的薄纸产品或卫生用薄纸产品的效率和经济性进一步最佳化。
本发明的目的通过一种生产用于制备薄纸幅或卫生用薄纸幅的纤维材料悬浮液的方法而实现，该方法中，在纤维材料悬浮液中所含的纤维以在线-过程通过化学沉淀反应以填料直接加载到薄纸材料制备作业线中。
通常的填料也可用通过相应于“纤维加载TM”-过程的化学沉淀反应所产生的填料来代替。该经相应处理过的纤维材料悬浮液具有一种较高的可脱水性和较小的研磨度。此外，该相应的以填料加载的纤维具有较小的水滞留值。由于相当快的去除纤维材料悬浮液的水和较快速干燥薄纸幅而可以较低成本地制备各薄纸产品。采用相应于“纤维加载TM”-过程的对纤维加载可在具有相同研磨度下产生较高的可脱水性，由此可实现较高的研磨度，这意味成品有较好的机械特性。小的水滞留值或较好的可脱水性以及较好的干燥性在对各成品的其后印刷是有利的。
采用经“纤维加载TM”-过程的相应处理，可特别在在线-过程中制造晶状的沉淀产物颗粒。
该填料产物优选是碳酸钙。在此情况下根据本发明方法的优选实施方案拟定的方法，对纤维加载，将氧化钙和/或氢氧化钙加到纤维材料悬浮液中，并通过二氧化碳或含二氧化碳的气体(如烟气等)进行沉淀。这时在该有关的气体气氛中优选在无需引入混合能量下产生晶状的沉淀产物颗粒，。
在对纤维加载时，甚至可在润湿的纤维表面上引入碳酸钙，其中将氧化钙和/或氧氧化钙加到湿的纤维中，其中至少一部分氧化钙和/或氧氧化钙可与纤维材料物中的水相结合。然后对经如此处理过的纤维材料导入二氧化碳或含二氧化碳的气体。此外围绕该纤维和在纤维之间产生的碳酸钙(CaCO3)形成悬浮液。
术语“润湿的纤维表面”可包括该各个纤维的所有润湿的表面。由此也特别考虑这种情况，即纤维不仅在其外表面并在其内部(内径中)都以碳酸钙加载。
之后，该纤维经填料即碳酸钙加载，其中通过所谓的“纤维加载TM”-过程将其沉积在润湿的纤维表面，如在US-A-5223090中所描述的。在该“纤维加载TM”-过程中，该二氧化碳与氢氧化钙反应而形成水和碳酸钙。
优选是将该纤维材料悬浮液依次通过包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元中。对此处理单元可具有例如在US 6413365 B1和DE 10107448 A中所描述的结构。
该纤维材料悬浮液的纤维可在包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元之前或之后以填料加载。但原则上也可设想如此的实施方案，在该方案中，该包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元同时也可用作化学沉淀反应的反应器。甚至该方法也可例如按前述两文献中所描述的方案设计。
该氢氧化钙可以以液态或干燥态加入到该纤维材料悬浮液中。
本发明方法的优选实施方案的特征在于，将该纤维材料悬浮液，例如预先加有氢氧化钙的纤维材料悬浮液以物质密度为约5-约60％，优选为约15-约35％送入包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元中。
该二氧化碳或含二氧化碳的气体可在该处理单元前、后和/或中加入。
该二氧化碳或含二氧化碳的气体宜以约15-约120℃，优选约20-约90℃加入。
应用“纤维加载TM”-过程可使制造的各个沉淀产物颗粒以均匀分开方式沉淀在纤维上或以这种方式填入。在要进行沉淀反应规定的气体区，各个纤维是处于该有关的气体气氛中，在其上进行相应的沉淀反应，并在其上直接产生碳酸钙(CaCO3)。
例如可产生呈菱形、片形和/或球形晶状沉淀产物颗粒。在晶状沉淀产物颗粒的各自的量与纤维材料悬浮液和二氧化碳的当时的温度范围有关以及例如与在纤维材料悬浮液中的氢氧化钙含量有关。
使用配置有两个相互对置的相对旋转的板的分散器形式的处理单元是有利的，并优选是配置有一个转子和一个定子的分散器形式。对此各个分散器例如还可具有在US 6413365 B1和DE 10107448 A中所描述的结构。
在相应的处理单元中，优选该晶状沉淀产物颗粒的尺寸以所希望的方式受到影响。所以例如最后可在纤维材料悬浮液中实现晶状沉淀产物颗粒的相应分布。对此在有关的处理单元中优选仅产生小的剪切力。
特别是在运行处理单元时，例如产生最大尺寸为约0.05-约5μm，优选约0.3-约2.5μm的晶状沉淀产物颗粒。
与各个纸的种类有关，例如可产生其各棱长为约0.05-约2μm的菱形晶状沉淀产物颗粒或其各长为约0.05-约2μm和各直径为约0.01-约0.5μm的片形晶状沉淀产物颗粒。
优选在包括两个相对互相旋转的板的处理单元的径向外部区中用水稀释该纤维材料悬浮液是有利的。该纤维材料悬浮液在径向向外方向上达到转子盘，则由于送入的稀释水使所产生的剪切或剪切力较小。
流过处理单元的纤维材料悬浮液的物质密度宜为约0.1-约50％，优选约5-约35％。
适宜的是恒定导入二氧化碳或含二氧化碳的气体。为此例如在压力为约0.1-约6bar，优选约0.5-约3bar下导入该二氧化碳或含二氧化碳的气体。
为此例如可在有关二氧化碳给料导管中提供相应压力，例如该气体即二氧化碳或含二氧化碳的气体通过该导管而导入以形成一种气环，该气环例如也可在有关的处理单元中产生。如在园地橡皮管情况，在需较高水量时就相应提高有关的压力。因二氧化碳是可压缩气体，所以有关导入的气量也可相应提高，以确保完全的沉淀反应。
按本发明方法的优选实施方案，在化学沉淀反应过程中要使该原料氧化钙或氢氧化钙和二氧化碳至少基本上完全反应以形成反应产物碳酸钙和水，其中，纤维材料悬浮液的pH-值优选通过导入二氧化碳或含二氧化碳的气体作相应调节或控制。为此特别可将pH-值调节到约6-约10，优选约7-约8.5。该相应值特别是为最终反应所设定。
为此化学沉淀反应所输入的能量宜为约0.3-约8kWh/t，优选约0.5-约4kWh/t。
有利的是，与纤维材料悬浮液相混合的稀释水的加入如此之多，致使经稀释的纤维材料悬浮液最终的物质密度为约0.1-约16％，优选为约2-约6％。
然后使该纤维材料悬浮液置于大气压下，并送入其后的机器中或送入罐或箱中。之后可将该纤维材料悬浮液送入例如下一个用以制备薄纸幅或卫生用薄纸幅的加工机器中。
该处理单元优选如此运行，要使其旋转板或转子在径向外边缘处的圆周速度为约20-约100m/s，优选为约40-约60m/s。
该处理单元的两个相对互相旋转的板之间的间隙宽度宜为约0.5-约100mm，优选为约25-约75mm。
该处理单元的两个互相相对旋转的板或该转子和定子的直径宜为约0.5-约2m。
该化学沉淀反应的反应时间例如可为约0.01-约1分钟，优选约0.1-约10秒。
需要时洗去游离的即不在纤维中和/或不在纤维上沉积的碳酸钙。
基本上不需要压力容器。
在本发明方法中，至少部分下列所述变项起了作用纤维材料悬浮液、呈液态或干燥态的氧化钙和/或氢氧化钙、二氧化碳、气体区、转子、定子、在气体气氛中不引入混合能量下进行产生的晶体、在小剪切力下的混合、并无压力容器。
应用本发明方法可生产各晶状沉淀产物颗粒，该颗粒以所需方式呈均匀间距沉积在纤维上或纤维中，以满足各薄纸产品形要求。为此例如可制备其它的上述给定的粒度。
在完成“纤维加载TM”-过程后，得到用于薄纸产品的材料特性有下列优点经相应于“纤维加载TM”-过程处理过的纤维材料悬浮液具有较高的可脱水性或较小的研磨度。根据可脱水性或研磨度，该相关值例如可为5-约100ml CSF或约0.2-约15°SR。此外，经相应加载的纤维具有较小的水滞留值，按各材料记录该值例如为约2-约25％。因为从纤维材料悬浮液可非常迅速地脱去水并能较快干燥薄纸幅，所以现在可以更经济的方法生产薄纸对于无一定的填料含量的薄纸-应用，该游离沉淀的碳酸钙即不在纤维中或纤维上沉积的碳酸钙可在该纤维材料悬浮液进入相关织物制造机之前或需要时在研磨过程前经水洗过程而去除。结果该纤维仍然保持为碳酸钙所覆盖，其优点是易于脱水和加快干燥，此外还产生该薄纸-成品的较低返潮性。
根据对各成品的要求，基本上可在研磨前、研磨后或研磨中应用该“纤维加载TM”-过程。
因为以沉淀产物对纤维加载可在相同研磨度下产生较高的可脱水性，所以可进行较强的研磨，这就导致成品有较好的机械特性。
当有关的产品要接着印刷时，该较小的水滞留性和较好的干燥是特别有利的。
图1和2给出本发明的两个示例性的实施方案的简化示意图。
图1中示出一种实施方案，在该方案中首先将纤维材料悬浮液10送入“纤维加载TM”-过程12，接着在包括例如精制器或类似设备的处理单元14中进行相应处理。其后在洗涤步骤16中必要时可洗去游离的碳酸钙。但如上所述，这种洗涤步骤16也可不用。随后将经相应处理过的纤维材料悬浮液10送入薄纸机18，经此制得所需的薄纸幅或卫生用薄纸幅20，并由此制得有关的薄纸-成品。
图2中示出的实施方案与图1的实施方案的不同仅在于，首先将纤维材料悬浮液10送入包括例如精制器或类似设备的处理单元14中，并紧接着送入“纤维加载TM”-过程。甚至在这种情况下该洗涤步骤16也不是绝对必要的。
在该两种情况下，该在纤维材料悬浮液10中所含的纤维以在线-过程直接在织物材料-制备作业线上通过化学沉淀反应以填料加载，这时在在线-过程中产生晶状的沉淀产物颗粒。该沉淀产物颗粒优选是碳酸钙。在该情况下，将氧化钙和/或氢氧化钙加到纤维材料悬浮液中以对纤维加载。然后通过二氧化碳或含二氧化碳的气体(如烟气或类似气体)引起沉淀。这时在该相关的气体气氛中不用引入混合能量就可产生晶状的沉淀产物颗粒。特别是可将该纤维材料悬浮液送入包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元14中。因此该纤维材料悬浮液10中的纤维可在该处理单元14之前和之后经填料加载。原则上可设想将该处理单元14同时作为化学沉淀反应的反应器。
标号表10纤维材料悬浮液12“纤维加载TM”-过程14处理单元16洗涤步骤18薄纸机20薄纸幅或卫生用薄纸幅
权利要求
1.一种生产用于制备薄纸幅或卫生用薄纸幅的纤维材料悬浮液(10)的方法，方法中在纤维材料悬浮液(10)中所含的纤维以在线-过程直接在薄纸材料-制备作业线上通过化学沉淀反应(12)以填料加载。
2.权利要求1的方法，其特征在于，在在线-过程中产生晶状淀沉产物颗粒。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，该沉淀产物是碳酸钙。
4.权利要求1的方法，其特征在于，为对纤维加载，将氧化钙和/或氢氧化钙加到纤维材料悬浮液中并通过二氧化碳或含二氧化碳的气体引起沉淀。
5.权利要求4的方法，其特征在于，在该相关的气体气氛中不用引入混合能量就可产生晶状的沉淀产物颗粒。
6.前述权利要求之一的方法，其特征在于，将该纤维材料悬浮液送入包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元(14)中。
7.权利要求6的方法，其特征在于，该纤维材料悬浮液中的纤维可在该包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元14之前和之后经填料加截。
8.权利要求6的方法，其特征在于，将该包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元(14)同时作为化学沉淀反应的反应器。
9.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该氢氧化钙以液态加到纤维材料悬浮液中。
10.权利要求1-8之一的方法，其特征在于，，该氢氧化钙以干燥态加到纤维材料悬浮液中。
11.前述权利要求之一的方法，其特征在于，将该纤维材料悬浮液(10)，优选预先加有氢氧化钙的纤维材料悬浮液(10)以物质密度为约5-约60％，优选为约15-约35％送入包括纤维分离器、精制器、分散器和/或类似设备的处理单元(14)中。
12.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该二氧化碳或含二氧化碳的气体在约15-约120℃，优选约20-约90℃温度下加入。
13.前述权利要求之一的方法，其特征在于，产生菱形的晶状沉淀产物颗粒。
14.前述权利要求之一的方法，其特征在于，产生片形的晶状沉淀产物颗粒。
15.前述权利要求之一的方法，其特征在于，产生球形的晶状沉淀产物颗粒。
16.前述权利要求之一的方法，其特征在于，应用呈配有两个相互对置的相对旋转的板的分散器形式的处理单元(14)，优选是应用呈配有一个转子和一个定子形式的分散器。
17.权利要求16的方法，其特征在于，该晶状沉淀产物颗粒尺寸受处理单元(14)的影响。
18.前述权利要求之一的方法，其特征在于，产生最大尺寸为约0.05-约5μm，优选约0.3-约2.5μm的晶状沉淀产物颗粒。
19.前述权利要求之一的方法，其特征在于，产生其各棱长为约0.05-约2μm的菱形晶状沉淀产物颗粒。
20.前述权利要求之一的方法，其特征在于，产生其各长为约0.05-约2μm和各直径为约0.01-约0.5μm的片形晶状沉淀产物颗粒。
21.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该纤维材料悬浮液(10)在包括两个相对互相旋转的板的处理单元(14)的径向外部区中用水稀释。
22.前述权利要求之一的方法，其特征在于，流经处理单元(14)的纤维材料悬浮液(10)的物质密度宜为约0.1-约50％，优选约5-约35％。
23.前述权利要求之一的方法，其特征在于，要恒定导入二氧化碳或含二氧化碳的气体。
24.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该二氧化碳或含二氧化碳的气体在压力为约0.1-约6bar，优选约0.5-约3bar下导入。
25.前述权利要求之一的方法，其特征在于，在化学沉淀反应过程中要使该原料即氧化钙或氢氧化钙和二氧化碳至少基本上完全反应以形成反应产物即碳酸钙和水，这时纤维材料悬浮液(10)的pH-值优选通过导入二氧化碳作相应调节或控制。
26.权利要求25的方法，其特征在于，将pH-值调节到约6-约10，优选约7-约8.5。
27.权利要求25或26的方法，其特征在于，为该化学沉淀反应所输入的能量为约0.3-约8kWh/t，优选约0.5-约4kWh/t。
28.前述权利要求之一的方法，其特征在于，加入稀释水并与纤维材料悬浮液(10)相混合，以使经稀释的纤维材料悬浮液(10)最终的物质密度为约0.1-约16％，优选为约2-约6％。
29.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该处理单元(14)要如此运行，使其旋转板或转子的径向外边缘处的圆周速度为约20-约100m/s，优选为约40-约60m/s。
30.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该处理单元(14)的两个相对互相旋转的板之间的间隙宽度为约0.5-约100mm，优选为约25-约75mm。
31.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该处理单元(14)的两个互相相对旋转的板的直径为约0.5-约2m。
32.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该化学沉淀反应的反应时间为约0.01-约1分钟，优选约0.1-约10秒。
33.前述权利要求之一的方法，其特征在于，洗去游离的即不在纤维中和/或不在纤维上沉积的碳酸钙。
34.一种由按前述权利要求之一的方法制备的纤维材料悬浮液(10)所生产的薄纸产品。
全文摘要
本发明涉及一种生产用于制备薄纸幅或卫生用薄纸幅的纤维材料悬浮液的方法，方法中在纤维材料悬浮液中所得的纤维以在线－过程直接在薄纸材料－制备作业线上通过化学沉淀反应以填料加载。
文档编号D21C9/00GK1742136SQ200480002799
公开日2006年3月1日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月24日
发明者克劳斯·多尔 申请人:沃依特制纸专利有限责任公司