NO162478B - Fremgangsm te for fremstilling av papir med hoeyt sp volum. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte i

for fremstilling av papir med høyt spesifikt volum.

For tiden fremstilles papir med høyt spesifikt volum

kommersielt ved anvendelse av prosesser med gjennomblåsnings-tørking med luft, utviklet for mere enn et tiår siden.

Et av de første patenter på dette område var U.S. patent

nr. 3.301.746 og dette ble fulgt av flere patenter blant annet U.S. patent nr. 3.821.068.

Luftgjennomblåsningstørking gir ligno-celluloseholdige fiberbaner med høyt spesifikt volum ved å unngå anvendelse av trykkrefter på den formede papirbane på formingswiren eller i tverrsnittet inntil det tidspunkt papiret er vesentlig tørt, hvorved de trykkrefter som benyttes for arkoverføring og pressing kan påføres uten vesentlig tap av bulk eller spesifikt volum. Banen blir da ytterligere tørket på

en konvensjonell yankee-sylinder og kreppet. j

i

Generelt gir luftgjennomblåsningstørking et ark med relativt

lav styrke og de forskjellige kommersielle prosesser adskiller seg hovedsakelig med hensyn til metodene som er benyttet for å styrke produktet. Noen legger vekt på naturlige interfiber-bindingskrefter for styrke, mens andre bruker selektiv fortetning eller et adhesivt bindingssystem.

Andre prosesser har vært foreslått og benyttet for fremstilling av papir med høyt spesifikt volum og som ikke baserer seg på luftgjennomblåsningstørking. Eksempler på

slike prosesser er:

U.S. patent nr. 3..716.449 som beskriver dannelse av papir-

baner fra et tiksotropt skum hvori innestengt luft øker massen ved begrensning av kontakten mellom fibrene.

U.S. patent nr. 4.204.054 som beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av papir med høyt spesifikt volum fra en masse-sammensetning som innbefatter en blanding, av fibre som har kjemisk kryssbundne og ikke-kryssbundne fibre. Kryss-bindingsmetoden inhiberer dannelsen av interfiber-bindinger slik at det kan oppnås et voluminøst papir i en konvensjonell papirfremstillingsmaskin uten luftgjennomblåsningstørkere. Behandlingen som benyttes for oppnåelse av kryssbinding er beskrevet i U.S. patent nr. 4.113.936.

U.S. patent nr. 3.819.470 som beskriver en annen kjiemisk prosess.,, benyttet på fibre for å redusere den normale fiber-til-fiber bindingskapasitet slik at fibrene kan gi voluminøst papir;

Kanadisk patent nr. 1.04 8.324 som angår en spesiell mekanisk forbehandling av masse for fremstilling av fibre som. blir sammenrullet på en vesentlig, varig måte og, som igjien tillater fibrene å bli benyttet i et konvensjonelt papirfrem— stillingssystem under fremstilling av voluminøst papir-

U.S. patent nr. 4.344.818 som beskriver en flerelagsprosess

for fremstilling av voluminøst silkepapir, hvori to ytre lag av våtlagte fibre er adskilt av et sentralt fiberlag som fortrinnsvis er luftlagt. Fibrene for det sentrale lag kan alternativt suspenderes i vann ved å bli blandet med vandig medium kort før de utdrives fra innløpskassen.

Hovedformålet med alle de ovenfor angitte prosesser er å fremstille et mykt, voluminøst, høyt absorberende papir for produksjon av sanitære "tissue" produkter.

Til tross for krav på det motsatte, er for en gitt basis vekt, enhetsbruddstyrken for de fleste sterkt voluminøse "tissue"-materialer lavere enn aen for konvensjonelle "tissue"-materialer. Ikke destomindre er de viktige egenskaper med høyt spesifikt volum, mykhet og god absorbsjonsevne oppnådd, og godtagbarheten hos forbruker er utmerket. I tillegg oppnås produksjonsbespar-elser fordi, takket være arkets høye spesifikke volum-(lav tetthet), kan et gitt areal av "tissu ."-materialet (og et gitt volum eller valsediameter av "tissue"-materialer) til-veiebringes fra færre tonn råmateriale (fibre).

En alvorlig ulempe med de hittil benyttede kommersielle prosesser for fremstilling av papir med høyt spesifikt volum som benytter luftgjennomblåsningstørkning er den store mengde energi som er nødvendig for å oppnå vannfjerning ved varmluftstørking sammenlignet med konvensjonell fjerning av vann ved pressing. Den her beskrevne oppfinnelse har den fordel at den tilveiebringer like og absorberende papir-produkter med høyt spesifikt volum uten at dette går på bekostning av store mengder av energi for å fjerne fuktighet fra banen.

Luftgjennomblåsningstørkere innebærer også betydelige*kapital-omkostninger og setter grenser på papirbanens bevegelses-hastighet.

De ovenfor nevnte prosesser som benytter et kjemisk avbind-ingsmiddel eller kjemisk eller mekanisk forbehandling av fibrene, kan under visse forhold gi "tissue"-materiale med høyt spesifikt volum selv når papirhanen utsettes for pressing for hoved-vannfjerning; følgelig krever disse prosesser ikke luftgjennomblåsningstørkere. Det er imidlertid ingen tegn på at disse prosesser har blitt utbredt benyttet, muligens på grunn av prisen på kjemikaliene og behov for kostbart utstyr, miljø- og helsebetraktninger, eller på grunn av at de ikke gir resultater som er sammenlignbare med de som oppnås med luftgjennomblåsningstørking.

Foreliggende oppfinnelse gir et "tissue"-materiale med

høyt spesifikt volum og som har de ønskede egenskapene med lav tetthet og høy mykhetsgrad som er sammenlignbart med det som oppnås ved de tidligere kjente prosesser for høyt

spesifikt volum, og unngår likevel både luftgjennomblåsnings-tørking og spesiell kjemisk eller mekanisk forbehandling av fibrene. Oppfinnelsen bruker konvensjonell pressing for hoved-vannfj erning.

Oppfinnelsen gjør bruk av den fundamentale natur eller egenskap hos ligno-celluloseholdige fibre. Ligno-celluloseholdige fibre er stive, elastiske og fjærende i tørr eller vesentlig tørr tilstand (omkring 70-100% faststoffer), og helt det motsatte i fullstendig fuktet, hydratisert tilstand 'omkring 35 til 45% faststoffer). Hydratiseringen av papirfibre er nettopp grunnlaget for konvensjonell papirfremstilling, innbefattende fukting av celleveggene for å gjøre dem smidige og passende, slik at de kan gi opphav til interfiber- eller papirfremstilling-hydrogenbindingen. Prosesaene med koking og våtraffinering er generelt de

trinn som benyttes for å hydratisere fibrene og gjøre dem egnet for dannelse av interfiber-bindinger. Etter disse trinn virker trykkreftene fra presser på papirfibrene for å fjerne vannet fra papirbanen, og bringe fibrene i tett nærhet til hverandre. Fibrene forblir da i denne stilling inntil papir-hydrogenbindinger dannes ved de såkalte Campbell-kreftene i den fallende menisc til vannlaget mellom tilstøtende fibre. I foreliggende sammenheng vil betegnelsen "tørre fibre" bli benyttet for å beskrive fibre som har mer enn 70% faststoff, og betegnelsen "hydratisert" vil bli benyttet for lignocelluloseholdige fibre som er blitt tilstrekkelig fuktet for å bli papirbindingsdannende fibre. Tallene for faststoffinnhold som er benyttet her refererer seg til faststoffinnholdet i fiberveggene.

Som angitt ovenfor er lignocelluloseholdige fibre i tørr eller vesentlig tørr tilstand stive, elastiske og fjærende, og i sammenpresset tilstand er de bare delvis tilpasset til hverandre. Så snart som trykket avlastes gjenvinner de delvis sin opprinnelige form og bryter sin nærhet med nær-liggende1 fibre. Under disse forhold kan ikke bindingen for papirdannelse effektivt oppnås ved hjelp av de ovenfor nevnte Campbell-krefter, og følgelig har disse fibrene relativt liten bindingsdannende evne.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av papir med høyt spesifikt volum eller et lag med høyt spesifikt volum i et flerlagspapir, av den type som fremgår fra innledningen til krav 1, og er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i kravene 1-27.

Noen fibre befinner seg altså i en bindingsdannende tilstand for papirfremstilling, dvs. fibre som har interfiber-bindingsevne, nemlig lignocelluloseholdige fibrer hydrati-

sert på en normal måte, og noen fibre er tørre og i defibrert tilstand (såkalt fluff) introdusert like før dannelse av banen. De sistnevnte fibre fremstilles fra tørr masse ved tørrdefibreringsmetoder som beskrevet nedenfor; dette står i kontrast med de normale våt-defibreringsmetodene som benyttes ved papirfremstilling. Selv om de tørre fibrene er av den type som har interfiber-bindingskapasitet når de er fullstendig lukket, slik som f.eks. kjemisk umodifiserte ligno-celluloseholdige fibre, inneholder banen en andel av slike innledningsvis tørre fibre som forblir ufullstendig fuktig under pressing og tørking av banen p.g.a. deres korte kontakttid med vann. På denne måten inneholder banen en andel av fibrene i den normale konformerbare bindingsdannende tilstand og en del i en tørrere, mer elastisk, fjærende tilstand med relativt liten bindingsdannende evne. Den korte kontakttid som benyttes ifølge oppfinnelsen, unødvendiggjør noen noen spesiell kjemisk eller mekanisk forbehandling av fibrene. Vann fjernes ved konvensjonell pressing fulgt av konvensjonell tørking og krepping på yankee-sylinderen. Under pressingen og tørkingen er bare en del av fibrene i stand til å konformere seg for dannelse av interfiber-papirdannelsesbindinger, slik at det resulterende papir forblir med lav tetthet med god mykhet og absorpsjonsevne. Densiteten eller tettheten til slikt papir vil være mellom 0,06 og 0,20 g/cm 3, målt med en tykkelsesmåler ved et 42,2 g/cm 2 trykk med et anleggsareal på 6,4 5 cm 2.

Innføringen av tørre fibre til massesammensetningen like før dannelsen av banen, eliminerer nødvendigheten for tørking av alle fibre i den såkalte fallhastighet-tørkesonen hvor tørking er minst effektiv og langsomst.

For drift ifølge oppfinnelsen kan konvensjonelle cylinder-, Fourdrinier- eller dobbel-wiremaskiner modifiseres ved ganske enkelt å tilføye en fluff (tørr fiber) -produserende enhet og en tørrfiber-leverings- og utmålingsenhet. Disse papir-maskiner kan ha enkelkanal-innløpskasser, eller flerkanal-innløpskasser beregnet for fremstilling av flerlagspapir.

I tilfelle for en to-kanalmaskin kan den fluffdannende

enhet brukes i sammenheng med bare en kanal for å forbedre mykhet og absorbsjonsevne på den siden av papiret som vil være på utsiden av et omdannet flerelags "tissue"-produkt (2,3 eller flere lag); og i tilfelle for en tre-kanal-innløpskasse kan de to kanalene som produserer overflate-lagene til arket være de som mottar fluff. Prosessen kan således benyttes like godt for fremstilling av et papir med høyt spesifikt volum eller et lag med høyt spesifikt volum i et flerelagspapir. Tørrfiber-leveringssystemet leverer fibre til et egnet sted i papirmaskinen nær inn-løpskassen. Et foretrukket sted er sugeinnløpet til blandepumpen. Alternativt kan de tørre fibrene oppslemmes med vann og umiddelbart utmåles i sugeinnløpet til blande-

pumpen. Den tørre fiber eller såkalte fluff kan fremstilles ifølge velutviklede metoder for tørr-defibrering, f.eks. som benyttet for fremstilling av fluffmateriale for slike artikler som bleier, sanitærbind og puter eller tamponger, hvori lignocelluloseholdig fluffmateriale benyttes som absorberende medium. Fluff benyttes også i tørrdannet papir og ikke-vevede materialer. Man kan generelt fremstille den beste fluff-kvalitet fra nåletremasser av lav tetthet i valser.

Den lave tettheten till .ter lavenergi-defibrering uten klumper, nåletrematerialet gir god fiberlengde og valseformen tillater utmåling av massen ved en konstant hastighet til defibreringsapparaturen.

Defibreringsapparaturen kan være en stjernehjulknuser fulgt av dobbeltskive-raffinører eller hammermøller. En fin-tannet vale som vandrer over en masse kan også gi fluff av god kvalitet. Fluff kan også fremstilles ved oppløs-ningsmiddel-utvekslingstørking eller frysetørking av våt masse. Fluff-fremstilling er en etablert teknologi som er godt forstått av fagmannen.

Kvalitetskriteriet for fluff for anvendelse i foreliggende fremgangsmåte er at massen bør være vesentlig fullstendig defibrert uten betydelig tap av fiberlengde.

Nåletre-kraftfibre er mest egnet som de tørre fibre, men løvtre-kraftmaterialet og sulfitt-løvvid og nåletrefibre eller mekaniske masser er også egnet. Et hvilket som helst ligno-celluloseholdig fibrøst papirfremstillingsmateriale fra en hvilken som helst plante, slik som bomull, sisal,

siv, bambus, sukkerrør og strå osv., er også egnet for bruk i fremgangsmåten. Syntetiske fibre med bindincjs-kapasitet for papirfremstilling slik som rayon kan også

benyttes i fremgangsmåten, selv om de benyttede tørre fibrene av økonomiske grunner vil være hovedsakelig lignocelluloseholdige .

Fluffmaterialet bør leveres ved temmelig konstant hastighet, og mengden av tørre fibre som skal tilføres er 10-80% av de totale fibre, men er typisk og ønskelig i de snevrere område av 25-50% av de totale fibre. I tilfelle for et flerlags papir, refererer disse prosentandeler til det individuelle lag. I tilfelle for en to-kanal-maskin kan fordeler ifølge oppfinnelsen oppnås der 10% tørre fibre til-føres til en kanal i innløpskanten, dvs. der så lite som 5% av de totale fibrene tilføres tørre.

Konvensjonelt vann-resirkuleringsapparatur vil normalt bli benyttet for å resirkulere hvitvann fra wiren tilbake til innløpet i blandepumpen. Dette hvitvann vil innehoide innledningsvis tørre fibre som har passert gjennom wiren, i tillegg til de normale bindingsdannende fibre. Noen av de innledningsvis tørre fibre kan passere gjennom wiren og resirkuleres flere ganger med hvitvannet, før de blir inkorporert i arket, og kan således miste sin fjærende og elastiske natur. F.eks. dersom mengden av tørre fibre som skal leveres innledningsvis er 35% av de totale fibre, så

vil andelen av innledningsvis tørre fibre som blir inkorporert i arket mens de forblir ufullstendig fuktet, være betydelig mindre enn 35%. Den benyttede betegnelse "totale fibre" ekskluderer fibrene i resirkulert hvitvann. Stedet for innføring av det tørre fibermaterialet alene eller friskt oppslemmet med vann i systemet, er ikke nødvendigvis ved blandepumpeinnløpet; det kan være tidligere i prosessen. Det kritiske parameter er at banen bør innbefatte fibre som er innledningsvis tørre (minst 70% faststoff), og som forblir ufullstendig fuktede, med f.eks. minst 50% faststoff under dannelsen og pressing av banen. Som før er henvisnin-gen til faststoffinnhold i forhold til fiberveggene, og betegnelsen "ufullstendig fuktet" skal være underforstått i denne sammenheng. Innførings punktet for tørre fibre kan også være slik at banen innbefatter ufullstendig fuktede fibre som bibeholder et faststoffinnhold på minst 25% større enn det de bindingsdannende fibre, mens banen dannes og presses i kraft av den korte tid de er i kontakt med vann. For eksempel, dersom de bindingsdannende fibrene er hydratiserte fibre som; har et faststoff innhold på 40% s:å. vil banen inbefatte innledningsvis tørre fibre som har et faststoffinnhold på minst 50%. Fuktingsprosessen avhenger ikke føare av tiden, men også av temperaturen på vannet og agitasjonsstyrke og fibertype. Under ellers like forhold vil imidlertid resultatene bli bedre jo kortere tiden er. Typisk er en maksimal fiber-vann-kontakttid ved 38°C og svak agitasjon 1/2 time, men vanligvis vil det bli benyttet en mye kortere tid, f.eks. 10 minutter eller mindre. I løpet av denne tid og utover denne tid foregår en progressiv reduksjon i spesifikt volum i fiberbanen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives ved bruk av eksempel under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk riss av en papirfremstillingsmaskin av Fourdrinier-typen for fremstilling av papir med høyt spesifikt volum ifølge foreliggende oppfinnelse; og Fig. 2, 3 og 4 er grafiske fremstillinger som viser de fysikalske egenskaper til prøver tatt ved intervaller som beskrevet i eksempel 1 nedenfor.

Systemet vist i fig. 1 har hovedkomponenter som er de

samme som i en konvensjonell "tissue"-fremstillingsmaskin av Fourdrinier-typen eller typen med dobbelt wire. Disse komponenter inbefatter en repulper 1 som mottar massen fra en transportør 2, en raffinør 4 anordnet mellom repulperen 1 og en depotbeholder 6, en blandebeholder 8 som mottar blandingen fra depotbeholderen for proporsjonering og fortynning av denne blanding, og en blandepumpe 10 s,om beveger den blandede og fortynnede massen fra beholderen 8 til innløpskassen 12. Innløpskassen mater masseblandingen på wiren 14 fra hvilken den delvis dannede banen overføres til en filt 16, idet banen deretter passerer mellom press-valse 17 på yankee-sylinderen 18 fra hvilken den kreppes. Det kreppede papiret passerer mellom kalandreringsvalser 19 og oppvikles på rullen 19a. Konvensjonelt bruddgjenvinnings-samt vann-resirkuleringsapparatur kan benyttes, men disse har blitt sløyfet fra tegningen for enkelthets skyld.

I en konvensjonell papirmaskin som har de beskrevne komponenter, er det etter 2 timers opphold mellom den innledende fukting av massen og tørking av papiret på yankeesylinderen 18. I løpet av hele denne tiden blir de lingo-celluloseholdige fibrene bearbeidet i vann eller blir i det minste bragt i kontakt med vann, slik at vannet trenger gjennom fiberveggene og gir fibrene deres mykhet og konformerbarhet til hverandre for binding.

På grunn av den meget høye hastighet i konvensjonelle "tissue"-maskiner er den tiden som forløper mellom blandepumpen 10 og yankee-sylinderen 18 bare noen sekunder. F.eks. ved 914 m/min. maskinhastighet og med et 18,3 m masse-fordelingssystem, en 18,3 m wire-seksjon, en 18,3 m press-seksjon og en yankee-sylinder med en diameter på 6,1 m, er den totale tid til sjaberen 4,8 sek. fra blandepumpen. Med høyere hastigheter eller kortere seksjoner er tiden propor-sjonalt mindre. Således, dersom tørre fibre innføres i maskinen i nærheten av sugeinnløpet for blandepumpen, vil banen innbefatte innledningsvis tørre fibre som bare har vært i kontakt med vann i 5 sek. eller deromkring. Denne tid er tilstrekkelig kort til å korte av på fuktingen av de lignocelluloseholdige fibrene.

Foreliggende oppfinnelse skal forstås som vesentlig egnet

for en hurtigprosess, dvs. en prosess som utføres på en konvensjonell papirmaskin som opererer ved hastigheter på minst 700 m/min., og ved disse hastigheter blir fuktingen av de tørre fibrene etter innføring i maskinen effektivt for-kortet.

I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse blir tørre fibre oppslemmet med vann og innført i prosesstrømmen av masseoppslemming, i nærheten av innløpskassen 12 via blandepumpen 10, og danner arket av papir fra en blanding av hydratiserte og ufullstendig fuktede lignocelluloseholdige fibre.

Alle andre operasjoner er konvensjonelle, inkludert masse-dispersjon og levering (uten bruk av skum eller vesentlig inne-sperret luft) og vannfjerning ved wire-partiet og presse-partiet. Tørking av yankee-sylinder og krepping er modifisert på en måte som skal beskrives senere.

Fig. 1 viser et egnet system for levering av tørre fibre (fluff) til innløpskassen 12 via sugeinnløpet for blandepumpen 10. Systemet innbefatter en avrullingsstasjon 20 for en sylindrisk rull av tørr masse, en knuser 22, en skiveraffinør

23, en blandebeholder 24 hvori de tørre fibrene oppslemmes med vann, en høytrykkssikt 25 for fjerning av klumper fra oppslemmingen, en strømningsmåler 26 og en blandeinnretning 27 anordnet i hovedoppslemmingsledningen like før blandepumpen 10.

Når først blandingen av fibre har passert gjennom innløps-kassen og er på wiren, er alle andre prosesser konvensjonelle, avs. vannarenering, arkoverføring og pressing med valser 17.

Systemet krever ikke noen luftgjennomblåsningstørkere som

er vanlig benyttet ved dannelse av "tissue-"-materiale med høyt spesifikt volum. Mens luftgjennomblåsningstørkere om ønsket, kan fjerne noe av vannet, vil normalt hovedmengden av vann bli fjernet ved pressing. Sluttlig tørking og krepping foretas på en yankee-sylinder, men det er funnet at tørke- og kreppingseffektivitet er relativt dårlig med mindre de benyttes et kreppingshjelpemiddel. "Accostrength 85", "Accostrength 86", "Elvanol 70-30", "Creptrol 272", "Houghton 560", dyrelim, stivelse og en rekke våtstyrke-harpikser virker alle godt, avhengig av forholdende i fiberforrådet og vannsystemet.

Det bemerkes videre at, som forventet med lignocelluloseholdige ark med lav tetthet og med høyt spesifikt volum,

er fiberbindingsintensiteten lav og således er styrken lav.

Det er forventet at det ved kommersiell produksjon, kan benyttes styrkeadditiver enten ved våttilsetning til masse-systemet eller ved dusjing, "padding", neddyppingsmetning, belegging eller trykking på den allerede dannede banen før yankee-sylinderen eller på yankee-sylinderoverflaten.

Det følgende er eksempler på forsøk foretatt ved anvendelse

av foreliggende fremgangsmåte.

EKSEMPEL I

"Supersoft" bleket nåletre-kraftmasse ble fibrert i hammer-møllen ved hjelp av de vanlige kjente teknikker. Det således dannede fluff-materiale ble oppviklet til veide enheter.

En sylinder-papirmaskin for produksjon av spesialkvaliteter av"tissue"-materialer ble benyttet for forsøkanlegget. Maskinen ble kjørt ved 70 m/min. på våt-filten, 49 m/min.

ved rullen, og 58 m/min. ved yandee-sylinderen. Maskinen er 3.2 m bred.

Våtmasse-sammensetningen var 80% bleket nåletre- kraftmass

og 20% bleket løvved-kraftmase. Massen var uraffinert og 2.3 kg/tonn natriumtripolyfosfat ble tilsatt til massen.

Det fibrerte tørre fluff-materiale ble tilsatt til blandings-beholderen 8 (konsistens 0,3%) via et spesielt konstruert vann-fiberoppslemmings- og fortynningsapparat anordnet på

en plattform over blandingsbeholderne. Fibrene ble tilført manuelt ved en hastighet på 1,52 kg/min. til oppslemmings- og fortynningsapparatet som hadde 136 liter/min. hvitvann strømmende dertil gjennom tre dyser for fortynning. Oppslemmings- og fortynningsapparatet inneholdt en renne, slik at "tørr-fiber" vannoppslemmingen kunne falle ned i blandebeholderen. Blandebeholderen hadde en høy-hastighet-blandepropell i nærheten der "tørr-fiber" vannblandingen traff den konvensjonelle massen. Denne blander ble benyttet for å fibrere utilstrekkelig separerte "tørre" fiberklumper.

Under forsøket var mengden av spesifiserte tørre fibre 30 vekt-% av den totale produksjon. I løpet av 50 minutters produksjon var det gjennomsnittlige tørrfiberinnhold 25 vekt-% av tilførselen, men under de første minuttene av forsøket var det nesten 0% og ved slutten av forsøket 40%. Den gjennomsnittlige oppholdstid for tørre fibre i oppslemmings-og fortynningsapparatet, blandebeholderen, innløpskassen og blandepumpesystemet var så høy som 24 minutter. Til tross for denne relativt lange oppholdstid ble utmerkede resultater for spesifikt volum, absorbsjonsevne og mykhet oppnådd.

Før forsøket ble det fremstilt kontroll-"tissue"-materiale uten noen tørrfibertilsetning og prøvetagninger ble foretatt hver 5 minutt ved rullen for fysikalsk testing.

Ved omkring 13 minutter fra starten av testingen, etterat det var tatt prøver av to kontroll-"tissue"-materialer, ble tørre fibre ført inn i blandebeholderen ved den ovenfor beskrevne metode ved en hastighet på 1,52 kg/min. , og prøver av papiret ble tatt ved regelmessige intervaller for testing av "tissue"-kvalitet. Ved slutten av tørr-fiber-tilsetningen, 59 minutter fra starten av testingen, ble det fremstilt et annet sett av kontroll-"tissue"-materialer og disse ble testet. Prøver tatt ved mellom 42 og 59 minutter fra starten av testingen representerer "tissue"-materialer med passende blandinger av bindingsdannende og ufullstendig fuktede fibre ifølge foreliggende oppfinnelse.

Prøve-"tissue"-materialer ble testet ved hjelp av konvensjonelle metoder for basisvekt, tykkelse og maskin- og tverr-maskin-strekkfasthet, -bruddforlengelse og absorbsjonsevne, -hastighet og -kapasitet. Resultatene er angitt i tabell 1 og figurene 2, 3 og 4.

i

Den generelle observasjon hva angår maskinens kjørbarhet var at blandingen av tørre og våte fibre oppførte seg på samme måte på yankee-sylinderen som de luftgjennomblåsnings-tørkede "tissue"-materialer eller de fremstilt ifølge U.S.-patent nr. 4.204.054. Det var en viss vanskelighet med sylinder- eller tørkeradhesjon og krepping, og det ferdige ark inneholdt også noen "nits" eller klumper, men disse problemer angikk apparaturens preliminære natur. Dette er grunnen for en høytrykkssikt for "nit" fjerning, og et kreppingshjelpemiddel for tørkeradhesjonen, er ønskede trekk ved apparatet og fremgangsmåten. Figur 2 viser forandringene i relativt spesifikt volum under forsøksperioden. Som det klart fremgår øket tykkelsen pr. enhetsvekt av fibre betraktelig under forsøket. Figur 3 viser forandringen i maskinretning—bruddstyrke. Betydelige bruddstyrke-reduksjon oppstod. Dette er karakte-ristisk for "tissue"-produkter med høyt spesifikt volum. For å kontrollere bruddstyrke kan bruken av additiver være nødvendig i denne prosess.

Figur 4 viser økningen i vannabsorbsjonskapasitet pr. enhetsvekt av "tissue"-materialer under forsøket. Den nyttige forandring i absorbsjonsegenskaper ligger i økningen av vann-holde-evne slik det klart fremgår.

Dette forsøk bekreftet at egenskapene til sanitær-"tissue"-materialer dramatisk kan forandres ved tilsetning av tørre fibre, selv om kontakttiden med vann får være så høy som 24 minutter. Egenskapene til "tissue"-materialene er lik de for "tissue"-materialer med høyt spesifikt volum produsert ved luftgjennomblåsningstørking, eller ved fremgangsmåten som beskrevet i U.S. patent nr. 4.204.054.

Eksempel II

En bleket nåletre-kraftmasse ("Cellate") ble gjennombløtét

i 4 timer i ledningsvann, disintegrert i "British"-desinte-grator i 15 minutter ved 1,5% konsistens og deretter for-tynnet til 0,3% konsistens for håndark-fremstilling.

En kommersielt tilojengelig fluff-prøve fremstilt fra bleket kraftmasse av sydstatsfuru ble oppslemmet i 10 sek. i en "Waring Blendor" med ledningsvann ved 0,3% konsistens,

like før innføring i håndark-formen. Det ble fremstilt håndark fra 100% "Cellate", 80% "Cellate" + 20% fluff, 75% Cellate" + 25% fluff og 50% "Cellate" + 50% fluff. Under den regulære håndark-fremstilling ble det benyttet to pressecykler, en i 5 minutter, fulgt av en i 2 minutter. Håndark ble fremstilt med (1) ingen pressing, (2) en to-minutters pressecykel eller (3) full pressing med begge cykler som vist i tabell 2, for den varierende kombinasjon av "Cellate" oq fluff. Det ble fremstilt to sett håndark; et sett ved 60 g/m <2>basisvekt for tykkelse og bruddstyrke-målinger og ett sett ved 20 g/m 2 basisvekt for mykhets-forsøk. Tykkelse og bruddstyrkelengder ble målt på de forskjellige ark. Resultatene er gitt i Tabell 2. Resultatene i tabell 2 indikerer at uten noen pressing så var det en øk-ning på 33% i spesifikt volum og en 57%-reduksjon i bruddstyrke når 50% tørre fibre blir benyttet sammenlignet med bruk av 100% av de fullstendig fuktede fibre. For 20% tørr-fibertilsetning var økningen i spesifikt volum 18% og fallet i bruddstyrke 30%. For 25% tørrfibertilsetning øket det spesifikke volum 17,8% og bruddstyrken falt med 46,4%.

Ved bruk av full pressecykel forbedret 50%-tørrfibertil-setningen det spesifikke volum med 18,8-19,8% og reduserte bruddstyrken med 58,7 til 62,5%. Mykhet for de lettvektige håndark med tørr fluff var minst to ganger så god som den for kontrollark med 100% fullstendig fuktede fibre.

Eksempel III

I de foregående to eksempler ble nyttevirkningene av tørr-fibertilsetning demonstrert både ved bruk av apparatur i full målestokk og i laboratorie, med hensyn til spesifikt volum, mykhet og absorbsjonsevne hos papir. De tidligere laboratorieforsøk omhandlet effekten av tørrfibertilsetnings-hastighet (20-50%) og pressingsbetingelser (0-full pressing)

i håndarkmaskinen.

I dette eksempel ble effekten av to forskjellige typer av kommersielle masser og effekten av fire bløtleggings- tids-intervaller på forholdet spesifikt volum-bruddstyrke, studert. Prosentandelen av tørre fibre og pressingsbetingelser ble holdt konstant. De tørre fibrene ble tilsatt til to forskjellige forrådsmasser: en raffinert den andre uraffinert.

Materialene var (1) "Supersoft" fullt bleket kraftmasse fluff av furu fra sydstatene fremstilt ved bruk av raffinør med dobbel skive (2) "Gatineau SCMP" fluff fremstilt ved bruk av hamrnermølle, (3) "Cellate" fullt bleket, umalt kraftmasse fra nordstatene, og malt med 1000 omdreininger i PFI-møllen til en Kanadisk Standard Frihetsgrad på 520. Tørrfibertil-setningshastigheten var 30% og gjennombløtningstiden 0, 5, 15 og 30 minutter. På grunn av at blandings- og haåndarkfrem-stillingsoperasjonen tok ca. 8,4 minutter, hadde endog 0 min.-bløtleggingen fibrene i kontakt med vann i denne tidsperiode. Tabell 3 oppsummerer resultatene.

"Gatineau SCMP"-fluff øket det spesifikke volum bedre enn "Supersoft"-masse fluff. Det var mindre forandring ved bruk av uraffinert masse enn ved bruk av raffinert masse for begge fluff-materialer. Bløtleggingstid i 0 - 30 minutt-området påvirket ikke spesifikt volum eller styrke vålbart. Typisk øket det uraffinerte "Cellate" i spesifikt volum med^l2%

med 30% "Supersoft"-flufftilsetning, og øket i spesifikt volum med <v 24% .ved 30% "Gatineau SCMP"-fluff tilsetning. De tilsvarende styrkenedsettelser var M 17% og "^ 20%, resp.

For det raffinerte "Cellate", øket "Supersoft" spesifikt volum med 21%, og den samme mengde av "Gatineau SCMP" fluff øket spesifikt volum med'^'33%. De tilsvarende styrkefall var ~30 og <°35%, respektivt. Ingen målinger av mykhet eller absorbsjonsevne ble foretatt, med subjektivt grep hos hånd-arkene bekreftet tidligere målinger angående mykhetsbedømmelse av ark fremstilt med tørre fibre.

)

3

D

5

D

5

Eksempel IV

Forsøk ble utført ved bruk av en "tissue"-fremstillings-maskin i full målestokk forsynt med en "Periformer LW"-dobbeltwire-former som gir "tissue"-materiale med en utrimmet bredde på ca. 4,37 meter. Denne ble operert ved hastigheter mellom 762 og 1204 m/min.; maskinhastighetene ble begrenset av defibreringsanordningens kapasitet for det tørre fluffmaterialet (se nedenfor).

Den konvensjonelle fiber-tilførselsmassen bestod av 50% bleket kraftmasse av nåletre og 50% bleket kraftmasse av løvved, blandet med ca. 15-30% utskudd. Et kreppingshjelpemiddel/styrkeadditiv ("accostrength 711") ble tilført til maskinbeholderen i mengder på 7 kg/tonn fibre.

Kommersiell tørr masse av nåletre i rullform ble fibrert

med tre hammermøller. Det blandede fibrerte fluff ble tilført sammen med noe vann for å minimalisere støvdannelse til en oppslemmingsbeholder med en kapasitet på 7.500 liter, hvor det ble oppslemmet med en tilførsel av hvitvann ved hjelp av en propellblander. Den kombinerte kapasitet til hammermøllene var 500 kg/timer. Fluff-oppslemmingen ble pumpet fra denne beholder til ledningen som førte den konvensjonelle massen til blandepumpeinnløpet ved hjelp av en pumpe med en maksimum kapasitet på 2.800 liter/min. Kontakttiden mellom de tørre fibre og vann i fluff-beholderen, blandepumpen, innløpskassen og mellomliggende rørnett med denne innretning, bie antatt å være ca. 95 sek.

Andelen av innledningsvis tørre fibre som ble blandet i den konvensjonelle massen ble variert ved progressivt å redusere maskinhastigheten fra innledede 1.204 m/min. til 762 m/min. mens fluff-oppslemmingen strømmet med en relativt konstant hastighet. På denne måte ble andelen av innledningsvis tørre fibre som kom inn i innløpskassen via blandepumpen variert fra ca. 14% opp til 30% av de totale fibre, som her ansees som de hydratiserte fibre som kommer fra tilførsels-beholderen og de relativt tørre fibre som kommer fra den tørre massen via hammermøllene og oppslemmingsbeholderen.

De omtalte "totale fibre" ansees her ikke å inbefatte resirkulerte fibre som er passert inn i oppslemmingsbeholderen med hvitvannet. Siden slike resirkulerte fibre kan ha vært i kontakt med vann i et relativt langt tidsrom, er andelen av ufullstendig fuktede fibere deri lavere enn de respektive andeler av tørre fibre til totale fibre som nevnt ovenfor, og derfor er andelen av ufullstendig fuktede fibre som til slutt er inkorporert i papirbanen også noe lavere enn disse andeler.

Eksperimentelt "tissue"-materiale fremstilt som beskrevet, og fremstilt under betingelser ved bruk av tørre fibre som ca. 30% av totalfibre, ble omdannet til to-lags "tissue"-badromsruller av standard størrelse. Målinger av basisvekt (ovnstørr), tykkelse, tetthet, bruddstyrke, bruddforlengelse og absorbsjonsevne for det omdannede "tissue"-materiale ble foretatt og sammenlignet først med kommersielt tilgjengelige to-lags badroms-"tissue"-materiale med høy spesifikk vekt fremstilt ved luftgjennomblåsningsprosesser (identifisert som produkt nr. 1, 2 og 3) og deretter med to-lags konvensjonelle"tissue"-materialer (dvs. ikke høyt spesifikt volum) (identifisert som produkter 4, 5, 6 og 7). Resultatene er oppført i tabell 4 nedenfor.

Tabell 4 viser at det eksperimentelle"tissue"-materialet

var omtrent sammenlignbart i tetthet med det kommersielle produkt nr. 3, og nærmet seg standardene for produktene 1 og 2, idet alle disse produkter var "tissue"-materialer med høyt spesifikt volum fremstilt ved luftgjennomblåsningstørking.

Det eksperimentelle "tissue"-materiale var mye mindre tett

enn kommersielt tilgjengelige konvensjonelle "tissue"-materialer eksemplifisert ved produkter nr. 4, 5, 6 og 7, og som igjen er lik produktene som normalt produseres i maskinen benyttet i disse forsøk med konvensjonelle masseoppslemminger og uten tørr-fiber-tilsetning.

Claims (27)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et papir med høyt spesifikt volum eller et lag med høyt spesifikt volum i et flerlagspapir, hvor en vandig oppslemming inneholdende fibrer i en bindingsdannende tilstand for papirfremstilling blandet med fibrer av relativt liten bindingsdannende evne, bringes i kontakt med en perforert overflate for dannelse av en bane som deretter presses, tørkes og kreppes, karakterisert ved at det som fibrer av relativt liten bindingsdannende evne, anvendes tørre fibrer som hovedsakelig er lignocelluloseholdige og som når de er fullstendig fuktet, har interfiber-bindingsevne, og at nevnte tørre fibrer innføres i oppslemmingen og sammen-blandes med nevnte fibrer som befinner seg i bindingsdannende tilstand kort før dannelsen av banen og på en slik måte at banen til å begynne med innbefatter tørre fibrer som kom inn i oppslemmingen i nevnte innføringstrinn og som forblir ufullstendig fuktet p.g.a. deres korte kontakttid med vann på mindre enn 4 5 minutter mens banen formes og pressee.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter underkastelse av nevnte tørre fibrer for tørrdefibrering ved behandling i hammermølle før innføring i oppslemmingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte tørre fibrer blandes med vann kort før de innføres i oppslemmingen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det anvendes en kontakttid som er mindre enn 30 min.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det anvendes en kontakttid som er mindre enn 10 min.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at de tørre fibrene innføres i oppslemmingen av fibrer i bindingsdannende tilstand i nærheten av innløpskassen (12) i en papirfremstillingsmaskin.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at de tørre fibrene innføres i oppslemmingen av fibrer i bindingsdannende tilstand i nærheten av sugeinnløpet for blandepumpen (10) i en papirfremstillingsmaskin.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1-7, karakterisert ved at det anvendes en mengde av tørre fibre som kommer inn i prosessen på mellom 10 og 80% av totalfibrer som benyttes for dannelse av banen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1-7, karakterisert ved at det anvendes en mengde av tørre fibrer som kommer inn i prosessen, på mellom 25 og 50% av total-fibrene som benyttes fer dannelse av banen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1-9, karakterisert ved at det dannes en bane som innbefatter fibre som innledningsvis er tørre, og bibeholder et faststoffinnhold på minst 50% mens banen dannes og presses.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert ved at den dannes en bane som innbefatter fibrer som innledningsvis er tørre fibrer og bibeholder et faststoffinnhold på minst 70% mens banen formes og presses .

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1-9, karakterisert ved at banen innbefatter fibrer som innledningsvis er tørre fibrer, og bibeholder et faststoffinnhold på minst 25% over faststoffinnholdet i fibrene i bindingsdannende tilstand mens banen formes og presses.

13. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at hovedmengden av vann fjernes ved pressing etter at bianen er dannet.

14. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at det fremstilles et kreppet papir av høyt spesifikt volum som har en densitet mellom 0,06 og 0,20 g/cm<3>.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1-14, karakterisert ved at det anvendes tørre fibrer som innbefatter hydrofile, syntetiske fibrer.

16. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-1 5 karakterisert ved at den utføres på en maskin som opereres ved hastigheter på minst 700 m/min.

17. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-16, karakterisert ved at den utføres på en dobbeltwire-papirmaskin.

18. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-17, karakterisert ved at de tørre fibrene blandes med vann i en blandebeholder, og blandingen av tørre fibrer og vann dannet i denne beholderen pumpes deretter til i nærheten av innløpskassen i en papirfremstillingsmaskin.

19. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det fremstilles kreppet papir av høyt spesifikt volum i form av "tissue"-papir.

20. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes fibrer i nevnte bindingsdannende tilstand for papirfremstilling som er vesentlig lignocelluloseholdige.

21. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at banen kreppes ved å føres over en yankeesylinder.

22. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den vandige oppslemmingen dannes ved blanding av masse med vann og føring av blandingen gjennom en raffinør og gjennom flere beholdere hvor massen dispergeres i vannet og hydra-tiseres til nevnte bindingsdannende tilstand, og at nevnte tørre fibrer innføres i oppslemmingen etter at denne har passert ut av den siste av nevnte beholdere før oppslemmingen når innløpskassen i en papirfremstillingsmaskin.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at det anvendes bindingsdannende fibrer sem er uraffinerte eller raffinerte bare til et nivå slik at densiteten til den kreppede banen er mellom 0,06 og 0,20 g/cm 3 , som målt med en passer ved et trykk på 42,2 g/cm 2 med et anleggsareal på 6,45 cm 2.

24. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at de tørre fibrene blandes med vann i en blandebeholder.

25. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at oppslemmingen av tørre fibrer og vann underkastes omrøring før pumping til innløpskassen.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved at nevnte omrøring foretas ved hjelp av en blander av propelltypen.

27. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, for fremstilling av et mykt "tissue"-papir som er bearbeidbart i kontinuerlig rullform, karakterisert ved at det fremstilles et papir som har en basisvekt på opptil 60 g/m 2.