专利名称：制造纸幅的方法和造纸机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在造纸机内制造压光纸幅的方法。
在按先有技术造纸时，发现在黑釉光(Schwarzsatinage)与纸的粗糙度与光泽度之间存在一种关系。黑釉光是在含木浆未涂刷纸的强釉光整理时或含木浆经涂刷纸中纸张内高的局部压缩，它导致减小纤维与空气之间光散射边界面，由此造成在透射光内观察时纸张组织内透明的部位。这些部位尤其出现在纤维交叉点，它们作为局部高单位面积质量的地点在压光机内遭受最大压应力。这些在透射光内透明的部位在偏光内看起来是黑的，因为光线透射以及只有小部分被反射。因此这种纸有“灰色”斑点的外观。黑釉光通过在釉光整理过程中萎陷的纤维形成。这种纤维由于在腔管内，亦即在纤维的空腔内，纤维与空气及空气与纤维之间没有边界层，因而成为透明的。
本发明的目的是限制纸幅内的黑釉光。
按本发明为达到此目的采取的措施是，采用一种含有部分加入灰分的纤维的纤维材料悬浮液来制造纸幅。
在例如按DE10204254A1借助Fiber-Loading(填料填充纤维)工艺供入灰分时，灰分直接沉淀在纤维内并与之缔合。通过显微镜照相可以证明，灰分也沉积在纤维的空腔内。因为甚至在萎陷的纤维中也存在纤维-灰分边界层以及灰分-纤维边界层，从而避免了黑釉光。
这意味着，按本发明，黑釉光指数在最终粗糙度相同时减小至少10％。反过来说，在黑釉光指数相同时，纸的最终粗糙度减小至少12％。
由从属权利要求、说明书和附图可知本发明其他有利的扩展设计。
特别有利的方法是，在造纸机内，纸幅通过一个有许多辊隙(Nips)的压光机导引，以及在辊隙内在纸幅上施加大于50kN/m的线荷载。
在这方面特别有利的是，在纸幅上施加大于100或大于350kN/m的线荷载。
也有利的是，纸幅首先被过干燥至湿度小于5％，接着在压光机前重新增湿至湿度大于7％。
本发明还涉及一种按上述方法之一制造压光纸幅的造纸机。
这种造纸机的特征在于它包括一个在纤维材料悬浮液内加入灰分的设备。本设备的优点是它不仅适用于在线而且适用于脱线制造纸幅，也就是说，即使没有将用于纤维材料悬浮液加料的设备与用于制造纸幅的机器连续布置以及将纸的生产过程与纤维材料悬浮液充填灰分直接连接，此设备仍是有效的。通过纤维的这种充填使纸张在压光机内经受得住更大的线荷载，并因而能达到纸幅更高的平滑度。
设备有利地包括一个静态混合器、一个用于加入氧化钙或氢氧化钙的调配装置、一个挤压或脱水螺杆、一个均衡反应器或一个均衡螺杆、一个用作结晶桶的容器、另一个静态混合器、一个二氧化碳储罐或一个附加的用于回收二氧化碳的装置。
按一项有利的设计规定，它包括高浓磨浆机和/或二氧化碳加热器和/或挤压水或脱水螺杆内取出的水的储罐。
也有利的是，在脱水螺杆内获得的纤维材料悬浮液的滤出液，可通过管道回引到汇集桶或另一个在上游的用于加工纤维材料悬浮液的装置。
除此之外可有利地规定，在用作结晶桶的容器下游设附加的用于清洗纤维材料悬浮液的洗涤装置。
此外，有利地造纸机还包括一个双网成形器。在处于其下游的压榨部内优选地设至少一台靴形压榨装置。造纸机优选地有一台具有许多辊隙的压光机，以降低粗糙度和提高平滑度。
优选地在压光机前设用于纸幅重新增湿的装置。重新增湿有利地借助一个蒸汽喷吹箱达到，通过它也可以增加纸的光泽。
在生产轻量涂布纸LWC(LWC＝light weight coated)和中量涂布纸MWC(MWC＝medium weight coated)时；，也有利的是使用一个涂布机(Streichaggregat)。
若造纸时纤维材料悬浮液经Fiber-Loading技术处理，则得到一种全新的产品，与市场上已知的产品相比它有一些新的和更好的特性。下面说明的过程允许在造纸厂内加工纸浆时直接沉淀出填料(碳酸钙)，它最终均匀分布地积聚在纤维材料尤其纸纤维上和内。
通过最终制成加有沉淀的碳酸钙的纤维材料，其中，碳酸钙积聚在纤维上或内或引入纤维中；抑制构成自由沉淀的碳酸钙(PCC)通过在碾磨过程前和/或碾磨过程后和/或在结晶桶内结晶过程前和/或纸浆输送桶前或供给造纸机前使用附加的洗涤过程，或通过将挤压滤出液回引给汇集桶或另一个进口侧储存装置，达到调整Fiber-Loading装置供给系统内氢氧化钙有稳定的含量。氢氧化钙可以直接输入纤维材料溶解器内。挤压滤出液可以回引到纸浆溶解系统中。没有积聚在纤维上或内的氢氧化钙重新供给连接在上游的过程。
只有未沉积在纤维上或内的填料，亦即自由沉淀的碳酸钙被洗出。内和外加有填料的纤维本身，通过洗涤过程以及回引挤压滤出液并不失去填料，从而保持了Fiber-Loading技术的积极效果。
按本发明尤其还规定，将纤维材料悬浮液加入用于挤出滤出液的挤压装置内。接着，滤出液至少部分回引到用于溶解纤维材料悬浮液的装置内，亦即进口侧的储罐内，例如汇集桶内。氢氧化钙至少部分添加到溶解纤维材料的装置内。在整个纸浆溶解系统中，亦即在用于溶解纤维材料的装置内，保持pH-值在7与12之间，尤其在9与12之间。
含水或干燥状态的氢氧化钙或氧化钙，掺入存在的纤维材料份额在0.01与60％之间范围内含水的纸纤维材料内。为此混合过程使用一个静态混合器、一个汇集桶或一个纸浆溶解系统；在这里使用pH-值在7与12之间，优选地在9与12之间的范围内。氢氧化钙的反应性处于0.01秒与10分钟之间，优选地在1秒与3分钟之间。按预定的反应参数掺入稀释水。
二氧化碳按照反应参数掺入含水的纸浆范围内。在这里碳酸钙在二氧化碳环境中沉淀出来。
与此同时加入每吨干纸浆在0.1与300kWh之间范围内的碾磨能量。与传统的制造纤维材料悬浮液的过程相比，按本发明可以节能地达到更高的磨碎度；按本发明可以节约碾磨能量达50％。
通过高的磨碎度达到的成品高的机械品质，对于制造所有品种的纸均有正面效果，由此使制造的中间产品和要制成的成品能承受在造纸机的不同部分内，如在挤压部分、干燥部分或纸幅卷取的区域内由于使用卷取、卷绕、复卷和转换机，过程引起的高的机械荷载。在碾磨过程加入的能量，亦即热量，以及由此造成的加热受到控制。相应地控制可以制成形状完全不同的晶体。
通过纤维材料悬浮液按本发明的预处理，还创造了更好干燥的前提条件，通过更好地干燥提高了在制造所有品种的纸时的效率。有利地剩余湿度在1与20％之间的范围内。
采用本发明还达到更高的白度和/或更高的光学值，在制造所有类型的纸时有大约达15个亮度点(Helligkeitspunkte)的更好的亮度。
同样可以规定，使用于沉淀反应的能耗在0.3与8kWh/t之间，尤其在不使用碾磨过程时，能耗尤其在0.5与4kWh/t之间。
优选地，过程温度处于-15℃与120℃之间，尤其在20℃与90℃之间。优选地，制成菱面体、偏三角面体和球形晶体，在这里，晶体尺寸在0.05与5μm之间，尤其在0.3与2.5μm之间。
为了制造一种加入碳酸钙的纤维材料悬浮液，使用静力和/或运动的尤其旋转的搅拌元件。
所述的方法可在压力范围0与15bar之间，尤其在0与6bar之间实施。同样有利地此方法在pH-值6与10之间，尤其6.5与8.5之间实施。在这里，反应时间处于0.01秒与1分钟之间，尤其在0.05与10秒之间。
在按本发明的技术使用于上面列举的那些纸的品种时另一个优点在于，它们还可以在压光机内进一步加工。通过使用Fiber-Loading技术将填料颗粒积聚在纤维内、纤维周围和纤维上，避免黑化(Blackening)，亦即黑釉光。
与按传统制成的纤维材料相比，采用按本发明的Fiber-Loading组合过程技术制成的纤维材料有更高的脱水性，它处于5与100ml CFS之间或从0.2至15°SR的范围内，取决于所要求的磨碎度和填料含量。这种纤维材料有较低的重新含水能力为约2至15％，这取决于用来造纸的原材料。与传统的纤维材料相比，水可以从纤维材料悬浮液更快地排除，相应地可以使纤维材料更快地干燥。这还对于重新增湿有正面的影响，由此减少造纸过程中的重新增湿，以及对于制成的纸品种的压印能力有积极的影响。
下面借助实施例详细说明本发明。其中
图1表示加工使用于制造纤维料幅的机器中的纤维材料悬浮液的系统图；图2表示黑釉光与纸幅粗糙度的函数关系；以及图3表示一种制造压光纸的造纸机设计。
为纤维材料悬浮液设一配备有控制阀2、3的管道系统1(图1)。控制阀2设在管道4中，通过它将管道系统1与静态混合器5连接。通过阀6在搅拌机5内输入稀释水。沿纤维材料悬浮液流动方向，在搅拌机5下游设一个桶7或容器用于存放纤维材料悬浮液。纤维材料悬浮液从桶7借助泵8泵送到另一个静态混合器9。通过阀10也向搅拌机9供入稀释水。同样，通过安装在管道12中的阀11控制氢氧化钙悬浮液的流量。
氢氧化钙悬浮液由一个调配装置13提供，在此装置内在水中加入固体氧化钙或氢氧化钙。为此，通过有阀15的管道14在调配装置13中加入水。在调配装置13中制成的悬浮液借助泵16引入管道12中。
因此，加有氢氧化钙的纤维材料悬浮液从搅拌机9出发在有阀18的管道17中流向脱水螺杆19，纤维材料悬浮液在脱水螺杆中将水取出，水例如通过管道20作为稀释水回引至搅拌机5。与之不同或附加地，在脱水螺杆19中提取的水也可以导入用于纤维材料悬浮液的储罐21，或将它回引到搅拌机9。在所有的情况下，在位于脱水螺杆19上游的机组内可以通过含氢氧化钙的水的反流提高和调整pH-值。
纤维材料悬浮液从脱水螺杆19经管道22到达均衡螺杆23，为的是使纤维材料悬浮液均衡化。沿流动方向在它下游经过管道24设容器25(结晶桶)。容器25经配备有阀26、27和泵28的管道29与二氧化碳储罐30连接。二氧化碳从储罐30引入结晶桶25内，以造成氢氧化钙和二氧化碳期望的沉淀反应，形成碳酸钙作为纤维材料的纤维内的填料。
二氧化碳储罐30通过另一个从管道29分路并配备有阀32的管道31附加地与均衡螺杆23连接。由此也可以在其中引入二氧化碳，以便在那里至少已部分实施沉淀反应。
同样，管道29通过另一个阀33与静态混合器34连接。它用于在通过设有阀35的管道36从结晶桶25流出的纤维材料悬浮液内掺入另外的二氧化碳。
纤维材料悬浮液从搅拌机34流入搅拌罐37内。在搅拌机34与搅拌罐37之间可设一储罐38，它除此之外还用作过滤装置。从储罐38出发，富含碳酸钙的滤出液回引到汇集桶7内或另一个在上游的用于加工稀释水或纤维材料悬浮液的汇集机组内。搅拌罐37配备有转子39用于搅拌纤维材料悬浮液。纤维材料悬浮液从搅拌机34或直接流向造纸机的纸浆进口，或例如在磨浆机给料池(Refiner Feed Chest)中经受另一次机械处理。
从管道系统1经阀3和其中安装阀3的管道40，同样可将此时尚未加入氢氧化钙的纤维材料悬浮液供给搅拌机34。
此外规定，从用于制造纤维料幅的机器，尤其造纸机，将白水或例如在造纸机的网部内回收的过程水，或如上面已说明的将来自脱水螺杆19的纤维材料悬浮液，供给容器21。容器21中例如通过有阀42的管道41引入稀释水。
掺有过程水的稀释水从容器21经管道43、泵44以及阀45流到结晶桶25。因而按图1所示用于向纤维材料悬浮液加入填料，尤其加入碳酸钙的装置的结构，提供了许多种可能性，可以在生产的不同阶段影响要制成的纤维材料悬浮液的成分。
有利地在管道4内部设有一个高浓磨浆机46。按选择还可以设加热器47用于从储罐30供入的二氧化碳。加热器47用热蒸汽工作，热蒸汽通过进口48供入和经出口49重新排出。
在制造SC纸幅时(SC＝super calendered超级压光)(图2)，必须根据纸、SC-A纸或SC-B纸的质量，提供确定的按PPS测量法测定的微米粗糙度R上限，用于作为粗糙度函数的黑釉光S(黑化指数)。只有粗糙度和黑釉光的值低于极限值的纸才能使用。
压光纸尤其适用于凹版印刷法。为达到纸表面要求的平滑度，这些纸在压光机辊隙内磨光，因为要不然在压印图像内会出现缺陷。然而若使用辊隙过少的压光机以及给纸幅施加过高的辊隙压力，则部分纤维被挤压成使它们获得一种透明的外观。对于高的纸质量，这种缺陷不允许超过图2中表示的极限，它们通过同样在图2中针对不同品种的纸表示的极限曲线G确定。脱墨纸(DIP＝deinked paper)过高的份额也会使纸的质量向更低的值移动。高的粗糙度造成许多漏印点(missing dots)。反之，若在印刷过程中使用许多辊隙，与此同时在低的压力或小的线状力下加工，则生产设备是不经济的。因此按本发明采取下列措施提高纸的质量，即在纤维的空腔内加入灰分。这样做允许在压光机的辊隙内施加大得多的线状力，以及与先有技术相比可以减少压光机辊隙的数量。由此可以在减小黑釉光的同时提高压光机效率。
适用于制造釉光纸的造纸机(图3)包括双网成形器50、有两个前后排列的辊对的压榨部51，在辊对内分别将一个压辊设计为靴状压辊。一个单排干燥部分52与压榨部51连接。纸幅在有许多辊对的压光机53内被磨光。接着，在卷绕装置54内卷绕纸幅。
权利要求
1.一种在造纸机内制造压光纸幅的方法，其特征为使用一种含有部分加入灰分的纤维的纤维材料悬浮液来制造所述压光纸幅。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，所述纸幅通过一个有许多辊隙的压光机导引。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征为，在辊隙内在纸幅上施加大于50kN/m的线荷载。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为，在纸幅上施加大于100kN/m的线荷载。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为，在纸幅上施加大于350kN/m的线荷载。
6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征为，纸幅首先被过干燥至湿度小于5％，接着在压光机(53)前重新增湿至湿度大于7％。
7.一种按照权利要求1至6之一所述采用纤维材料悬浮液来制造压光纸幅的造纸机，其特征为它包括一个向纤维材料悬浮液内加入灰分的设备。
8.按照权利要求7所述的造纸机，其特征为，所述设备包括静态混合器(5、9)、加入氧化钙或氢氧化钙的调配装置(13)、挤压或脱水螺杆(19)、均衡反应器或均衡螺杆(23)、用作结晶桶的容器(25)、另一个静态混合器(34)、二氧化碳储罐(30)或一个附加的用于回收二氧化碳的装置。
9.按照权利要求8所述的造纸机，其特征为，它包括高浓磨浆机(46)和/或二氧化碳加热器(47)和/或用于挤压水或从脱水螺杆(19)内取出的水的储罐(21)。
10.按照权利要求8或9所述的造纸机，其特征为，在脱水螺杆(19)内获得的纤维材料悬浮液的滤出液，可通过管道(20)回引到汇集桶(7)或另一个在上游的用于处理纤维材料悬浮液的装置。
11.按照权利要求8至10之一所述的造纸机，其特征为，在用作结晶桶的容器(25)下游设有一附加的用于清洗纤维材料悬浮液的洗涤装置。
12.按照权利要求7至11之一所述的造纸机，其特征为，它包括一个双网成形器(50)。
13.按照权利要求7至12之一所述的造纸机，其特征为，它包括一个有至少一台靴形压榨装置的压榨部(51)。
14.按照权利要求7至13之一所述的造纸机，其特征为，它有一台有许多辊隙的压光机(53)。
15.按照权利要求14所述的造纸机，其特征为，在压光机(53)前设有用于纸幅重新增湿的装置。
16.按照权利要求15所述的造纸机，其特征为，所述装置是一个蒸汽喷吹箱。
17.按照权利要求7至16之一所述的造纸机，其特征为，它包括一个涂布机。
全文摘要
本发明涉及一种在造纸机内制造压光纸幅的方法，其特征在于，纸幅在使用一种含有部分加入灰分的纤维的纤维材料悬浮液的情况下制造。
文档编号D21H17/00GK1961116SQ200580017811
公开日2007年5月9日 申请日期2005年6月3日 优先权日2004年6月9日
发明者克劳斯·多勒, 沃尔克·尼格尔, 伯恩德·格尔登伯格, 霍尔格·亨伯格 申请人:沃依特专利有限责任公司