多层纤维板材及其制造方法和机械纸浆的用途
阅读说明：本技术 多层纤维板材及其制造方法和机械纸浆的用途 (Multilayer fiber board, manufacturing method thereof and use of mechanical pulp ) 是由 阿里·佩卡·瑞特科宁 埃斯科·佩库里 于 2021-04-13 设计创作，主要内容包括：根据本发明的示例性方面,提供了一种多层纤维板材,诸如纸板,该多层纤维板材具有包括第一纤维材料的第一层、与该第一层间隔开的包括第二纤维材料的第二层、以及在该第一层与该第二层之间的包括第三纤维材料的第三层,其中,该第一纤维材料和该第二纤维材料中的至少一者包括化学纸浆和机械纸浆的混合物或由化学纸浆和机械纸浆的混合物组成；并且该第三纤维材料包括机械纸浆或由机械纸浆组成。(According to an exemplary aspect of the invention, a multi-ply fibrous board, such as a paperboard, is provided, having a first ply comprising a first fibrous material, a second ply comprising a second fibrous material spaced apart from the first ply, and a third ply comprising a third fibrous material between the first and second plies, wherein at least one of the first and second fibrous materials comprises or consists of a mixture of chemical and mechanical pulp; and the third fibrous material comprises or consists of mechanical pulp.)
技术领域
本发明总体上涉及纸板制造领域。
背景技术
在纸板制造(特别是折叠式箱纸板制造)中，结构的松厚度是最终产品的重要性能。更重要的目的是增加对纸板强度有贡献的薄表面层的刚度。
在纸板制造领域中，需要开发一种增加纸板松密度同时保持足够的强度性能的方法。
要解决的另一个问题是如何提供更广泛的可用作原料的纸浆选择。
还需要降低纸板制造中的纤维成本和能源成本。
出人意料地，已经发现可以通过本发明来解决这些问题的至少一部分。
发明内容
本发明由独立权利要求的特征限定。在从属权利要求中限定了一些特定实施例。
根据本发明的第一方面，提供了一种多层纤维板材，诸如纸板，该多层纤维板材具有包括第一纤维材料的第一层、与该第一层间隔开的包括第二纤维材料的第二层、以及在该第一层与该第二层之间的包括第三纤维材料的第三层，其中，该第一纤维材料和该第二纤维材料中的至少一者包括化学纸浆和机械纸浆的混合物或由化学纸浆和机械纸浆的混合物组成；并且该第三纤维材料包括机械纸浆或由机械纸浆组成。
第一方面的各种实施例可以包括来自以下项目符号列表的至少一个特征：
·在所述第一纤维材料和所述第二纤维材料中的至少一者中，机械纸浆按该纤维材料的重量计的比例总计为至少5％，优选5％至20％，例如5％至15％。
·第一纤维材料和第二纤维材料都包括化学纸浆和机械纸浆的混合物或由化学纸浆和机械纸浆的混合物组成。
·在第一纤维材料和第二纤维材料两者中，机械纸浆按所述纤维材料的重量计的比例总计为至少5％，优选5％至20％，例如5％至15％。
·化学纸浆是漂白的化学纸浆，特别是漂白的牛皮纸浆，并且包括软木，诸如云杉木或松木或其混合物，或硬木，诸如桦木、杨木、白杨木、桤木、枫木、桉树热带硬木或其混合物，或者该化学纸浆包括软木和硬木化学纸浆的混合物或由软木和硬木化学纸浆的混合物组成。
·第一纤维材料和第二纤维材料包括软木化学纸浆和硬木化学纸浆，其比例在0/100至50/50的范围内，诸如在5/95至30/70的范围内。
·该第一纤维材料和第二纤维材料包括比例小于30/70的软木化学纸浆和硬木化学纸浆。
·所述软木化学纸浆为漂白的软木化学纸浆，并且所述硬木化学纸浆为漂白的硬木化学纸浆。
·第一纤维材料和第二纤维材料中的所述至少一种的机械纸浆包含漂白的化学-热机械纸浆或由漂白的化学-热机械纸浆组成，该漂白的化学-热机械纸浆由硬木或软木或其组合产生，例如由桦木或松木或其组合产生。
·该第三纤维材料的机械纸浆选自以下各项：BCTMP、磨木及其组合。
·该第三纤维材料包括机械纸浆和碎料纤维的混合物。
·该第三纤维材料包括按所述第三纤维材料的重量计至少70％的机械纸浆，例如至少85％的机械纸浆，或由机械纸浆组成。
·该第三纤维材料包括按所述第三纤维材料的重量计小于10％的原始化学纸浆，诸如小于5％的原始化学纸浆。
·该板材为压光纸板。
·该板材是折叠式箱纸板。
·该板材为折叠式箱纸板，并且该折叠式箱纸板的几何SCT指数不大于21Nm/g，例如不大于19Nm/g。
·第一层形成板材的前(使用中)层，而第二层形成板材的背(使用中)层。
·第一层包含漂白的机械纸浆，诸如BCTMP，而第二层不含机械纸浆。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造多层纤维板材的方法，该多层纤维板材包括：包括第一纤维材料的第一层、与该第一层间隔开的包括第二纤维材料的第二层、以及在该第一层与该第二层之间的包括第三纤维材料的第三层；该方法包括以下步骤：提供包括化学纸浆的第一层混合物，用于形成所述第一层；提供包括化学纸浆的第二层混合物，用于形成所述第二层；提供包括机械纸浆的第三层混合物，用于形成所述第三层；将机械纸浆添加到第一层混合物和第二层混合物中的至少一者中；通过使用分别用于形成所述第一层、第二层和第三层的所述第一层混合物、第二层混合物和第三层混合物来形成该多层纤维板材。
第二方面的各种实施例可以包括来自以下项目符号列表的至少一个特征：
·该方法包括将漂白的化学-热机械纸浆以按所述混合物中的纤维质量的重量计至少5％的量添加到该第一层混合物和第二层混合物中的至少一者中。
·该方法包括在所述添加机械纸浆之后或之前精炼第一层混合物和/或精炼第二层混合物。
·所述第一层混合物和第二层混合物中的至少一种的机械纸浆是BCTMP，并且所述精炼在添加BCTMP之前进行。
·所述方法包括以下步骤：以范围在0/100至30/70内的比率添加软木化学纸浆和硬木化学纸浆，形成第一层混合物；以范围在30/70至50/50内的比率添加软木化学纸浆和硬木化学纸浆，以形成第二层混合物。
·所述第一层混合物的化学纸浆由硬木化学纸浆组成。
·将第一层混合物和第二层混合物以大于55kWh/t的能量消耗进行精炼。
根据本发明的第三方面，提供了一种将机械纸浆与化学纸浆组合用于诸如纸板的多层纤维板材的一个或多个表面层的纤维材料的用途。
第三方面的各种实施例可以包括来自以下项目符号列表的至少一个特征：
·机械纸浆为BCTMP，而多层纤维板材为折叠式箱纸板。
·该一个表面层或多个表面层为折叠式箱纸板的前层和/或背层，并且，在所述表面层中，机械纸浆按所述表面层中总纤维质量的重量计的比例为至少5％。
本发明提供了相当多的优点。纸板的松密度(特别是表面层的松密度)增加而不干扰弯曲强度性能。
本发明能够提高纸板的刚度。
本发明是有成本效益的，并且仍然能够将这些层内的粘合强度保持在高水平。
本发明能够降低在纸板制造过程期间与纸浆干燥相关的能量成本。本发明的优点在诸如折叠式箱纸板或挂面纸板的纸板或集装箱板的生产中特别明显。
本发明的一些实施例使得能够使用更廉价的原料。
下面将更详细地研究下面的实施例。
附图说明
图1示出了描绘示例1中制备的结构的拉伸刚度(GEOM)随厚度变化的图示；
图2示出了描绘示例1中制备的结构的弯曲刚度(CD)随弯曲刚度(MD)变化的图示；
图3示出了对于示例1中制备的结构针对单个板测量的顶层亮度随底层亮度变化的图示；
图4示出了描绘示例1中制备的结构的弹性模量随CSF变化的图示；
图5示出了示例1中制备的结构的WRV随CSF变化的图示；
图6示出了示例1中制备的结构的Scott粘合随松密度变化的图示；和
图7图示了在制造示例1中制备的结构期间发生的纤维质量、填料和精炼能耗的成本。
具体实施方式
定义
在本文中，术语“纸板”应理解为表示纤维网，其可用作诸如板，通常具有以下所示范围的克重，或者其可用作板或转化板的一部分。该板或转化板可以是未涂布的或涂布的。
“克重”表示每平方米重多少克。纸板的克重通常为90g/m2至600g/m2。
“松密度”表示材料的比容。松密度是密度的倒数。
几何SCT指数根据ISO 9895测量并且计算为SCT指数在机器方向和横向上的乘积的平方根。SCT指数描述产品的抗压强度。
通过本发明，可以生产与常规纸板相比具有改进的松密度和强度的组合性能的纸板。
令人惊奇的是，已经观察到，可以通过增加表面层的松密度来改善纸板的弯曲刚度。在本方法的实施例中，表面层的弹性模量没有受损。
根据本发明的产品是多层纤维板材，诸如纸板。
在一个实施例中，根据本发明的产品包括包含第一纤维材料的第一层、与第一层间隔开的包含第二纤维材料的第二层，和在第一层和第二层之间的包含第三纤维材料的第三层(中间层)。
在一个实施例中，第一层形成板材的前(顶)层，而第二层形成板材的背(底)层。
在优选的实施例中，第一纤维材料和第二纤维材料中的至少一者或两者由化学纸浆和机械纸浆的混合物组成。优选地，所述机械纸浆是漂白的机械纸浆，诸如BCTMP。
在优选的实施例中，机械纸浆按所述纤维材料的重量计的比例总计为至少5％。在一个实施例中，机械纸浆按所述纤维材料的重量计的比例总计为20％或更少，例如5％至15％。
在一些实施例中，用于制造多层纤维板材的方法包括以下步骤：提供包括化学纸浆的前层混合物，提供包括化学纸浆的背层混合物，精炼表面层混合物和背层混合物，以及将机械纸浆添加到所述混合物中的至少一者。
要向其中添加机械纸浆的前层混合物优选为包含比率为5/95至30/70的软木化学纸浆和硬木化学纸浆的混合物。
在一个实施例中，要向其中添加机械纸浆的前层混合物是包括软木化学纸浆和硬木化学纸浆的混合物，软木化学纸浆和硬木化学纸浆的比率范围为0/100至50/50，诸如5/95至30/70。优选地，该比率小于30/70。
在一个实施例中，要向其中添加机械纸浆的前层混合物由硬木化学纸浆组成，优选地由桦木纸浆组成。硬木浆(特别是桦木浆)包括提供良好的光散射能力和不透明性的短而硬的纤维。
该前层覆盖并且优选地隐藏该中间层，该中间层通常在颜色上是较暗的。
在一些实施例中，该前层包括多孔结构，以改善该纸板的可印刷性。因此，在前层中使用硬木化学纸浆(特别是桦木化学纸浆)是有利的。
要向其中添加机械纸浆的背层混合物优选为包括软木化学纸浆和硬木化学纸浆的混合物，软木化学纸浆和硬木化学纸浆的比率在30/70至50/50的范围内。在背层中，不透明度或可印刷性通常不是重要的性质。因此在背层中可以使用更多的软木纸浆。另外，背层通常比前层更轻。通过在背层中使用更大量的软木纸浆，诸如松木纸浆，可以获得足够的强度。
在一个实施例中，要向其中添加机械纸浆的背层混合物比要向其中添加机械纸浆的前层混合物包含更多的软木纸浆。例如，背层混合物可以包含30％至50％的软木纸浆，而前层混合物可以包含0至30％的软木纸浆。
有利的是，仅向前层混合物中添加机械纸浆，因为在这种情况下强度的优化更容易。此外，前层通常覆盖有包括颜料的涂层。这种颜料涂层有效地隐藏了前层。因此，可以将比化学纸浆更暗和更粗糙的机械纸浆添加到前层。
在一些实施例中，有利的是，将机械纸浆添加到前层混合物和背层混合物两者中，以实现更大的成本节约。在该实施例中，可以优化成本和背层厚度，并以类似的成本水平获得较高的背层厚度，或者以相同的背层厚度获得降低的成本。
在一个实施例中，第一层含有漂白的机械纸浆，诸如BCTMP，而第二层不含漂白的机械纸浆。
在一个实施例中，前层混合物和背层混合物都以大于55kWh/t的能量消耗进行精炼，例如以大于65kWh/t的能量消耗进行精炼。在一个实施例中，精炼中的能量消耗小于100kWh/t。
在一些实施例中，以小于100kWh/t的能量消耗精炼前层混合物和/或背层混合物。
在第一层和第二层中的化学纸浆优选是漂白的化学纸浆，特别是漂白的牛皮纸浆。
第一层和第二层中的化学纸浆优选包括：软木，诸如云杉或松树或其混合物；或硬木，诸如桦树、杨木、白杨、桤木、枫木、桉树热带硬木或其混合物，或者所述化学纸浆包括软木和硬木化学纸浆的混合物。
在一些实施例中，第一纤维材料和第二纤维材料包括5％至95％(特别是10％至90％)的漂白硬木化学纸浆和95％至5％(特别是90％至10％)的漂白软木化学纸浆，按相应材料中的化学纸浆的重量计算。
在一些实施例中，第一纤维材料包括10％至40％的软木化学纸浆和60％至90％的硬木化学纸浆，并且第二纤维材料包括40％至60％的软木化学纸浆和60％至40％的硬木化学纸浆，所述百分比按相应材料中的化学纸浆的重量计算。
优选地，该第一纤维材料和任选地该第二纤维材料含有按所述纤维材料的重量计的最多20％的机械纸浆，例如5％至20％的机械纸浆，诸如漂白的机械纸浆。
漂白的机械纸浆可以是漂白的化学-热机械纸浆，其由硬木或软木或其组合产生，例如由桦木或松木或其组合产生。
通常地，第三纤维材料包括机械纸浆。
在一些实施例中，第三纤维材料包括碎料。优选地，第三纤维材料包括10％至30％的碎料。在一个实施例中，第三纤维材料中的至少25％的碎料是化学纸浆。
该第三纤维材料优选地包括机械纸浆和碎料纤维的混合物。
在第三纤维材料中使用碎料是非常有利的，因为碎料包含添加剂和粘合剂，这增加了纸板最终产品的强度。
合适类型的碎料的示例包含：修整碎料、机器卷筒更换碎料。未涂布的机器碎料是优选的，因为其不含有任何颜料涂布剂。颜料涂布剂不能与纤维形成粘合。
优选地，第三纤维材料的机械纸浆选自以下组：磨木(GW)、压力磨木(PGW)、热机械纸浆(TMP)、化学热机械纸浆(CTMP)、漂白的化学热机械纸浆(BCTMP)、半化学纸浆以及它们的组合。
优选地，第三纤维材料的机械纸浆包括磨木(GW)和/或漂白的化学热机械纸浆(BCTMP)或者由磨木和/或漂白的化学热机械浆(BCTMP)组成，最优选包含或由BCTMP组成。
在一些实施例中，该板材为压光纸板。
在一些实施例中，该板材是折叠式箱纸板。
在一个实施例中，纸板的Scott粘合(Scott bond)为至少90J/m2。
在一个实施例中，纸板的松密度为至少1.65cm3/g，例如至少1.75cm3/g。
在一个实施例中，纸板的厚度在350μm至650μm的范围内。
在一些实施例中，每个表面层的厚度为多层纤维板材的厚度的至少5％，以便在最终产品中提供足够的弹性模量。
在一个实施例中，纸板的克重的范围为200g/m2至340g/m2。
在一个实施例中，该纸板用于或用作折叠式箱纸板。
本发明能够提供如下所述的几个优点。
可以实现与最终产品的松密度结合的Scott粘合的改进。Scott粘合和松密度是表征折叠式箱纸板的特别重要的参数。
增加松密度使得可以用更轻的板实现在横向(CD)上的相同水平的弯曲刚度。横向通常是垂直方向。可提高最终产品的抗压强度。
本发明在减少不期望的分层效应和增加弯曲刚度方面提供了良好的平衡。
通过本发明，可以增加表面层之间的距离。
通过本发明，在表面层中减少了纤维的量并且相应地减少了纤维之间的粘合量，并且获得了更多孔的结构。通过增加表面层混合物的精炼有利地避免了Scott粘合的减少。
机械纸浆(BCTMP)通常比化学纸浆更暗(更微黄)。然而，我们已经观察到，尽管添加了机械纸浆，本发明的产品仍能够保持其亮度，因为光散射由于机械纸浆的细粒的存在而增加。
示例1
在实验中，添加至表面层的BCTMP的量在0至20％之间变化。BCTMP或者只添加到顶层，或者既添加到顶层又添加到底层。BCTMP的特性在表1中给出。所应用的精炼功率值在表2中示出。
表1.BCTMP的特性。
表2.精炼功率值。
图1示出了描绘示例1中制备的结构的拉伸刚度(GEOM)随厚度变化的图示。当加入BCTMP时，化学纸浆的精炼稍微增加。
即使产品的厚度稍微增加，也可以以这种方式有效地补偿较弱的粘合。BCTMP的添加对顶层的拉伸刚度的影响程度比对底层更大。
图2示出了描绘示例1中制备的结构的弯曲刚度(CD)随弯曲刚度(MD)变化的图示。观察到，BCTMP的加入与略微增加的精炼的结合改善了最终产品的弯曲刚度，这是由于增加了松密度和增加了表面层的精炼。
图3示出了对于示例1中制备的结构针对单个板材测量的顶层亮度随底层亮度变化的图示。在表面层中使用BCTMP对产品的亮度影响很小。尽管BCTMP的亮度低于精制化学纸浆的亮度，但是BCTMP的较高光散射特性补偿了这一点。因此，可以更有效地覆盖较暗的中间层。
图4示出了描绘示例1中制备的结构的弹性模量随CSF变化的图示。当增加纸浆的精炼时，需要在一定程度上减轻CSF目标值。在这些实验中，类似的精炼(比能量消耗70kWh/t)应用于包括10％和20％BCTMP的结构，这反映在结果中。
图5示出了描绘示例1中制备的结构的WRV(保水值)随CSF(加拿大标准游离度)变化的图示。当精炼增加时，化学纸浆层(表面层)的保水值(WRV)增加。
图6示出了示例1中制备的结构的Scott粘合随松密度变化的图示。原则上，BCTMP的加入可能削弱纤维之间的粘合(Scott Bond)。然而，观察到，可以通过略微增加纤维质量的精炼来维持足够高的Scott粘合水平。与精炼程度相关的表面层中BCTMP的量的优化提供了良好的松密度水平。
图7图示了在制造示例1中制备的结构期间产生的纤维质量的相对成本。
可以得出结论，通过在表面层中加入BCTMP，纤维成本显著降低。
应理解，所公开的本发明的实施例不限于本文所公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展到相关领域的普通技术人员将认识到的其等效物。还应当理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图是限制性的。
在整个说明书中提及的“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一个实施例。
如本文所用，为方便起见，可以在共同列表中呈现多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。然而，这些列表应被解释为如同列表的每个成员被单独地标识为单独且唯一的成员。因此，这种列表的单个成员不应被解释为仅仅基于它们在共同组中的呈现而没有相反指示的相同列表的任何其他成员的实际上等效物。此外，可以在本文中提及本发明的各种实施例和示例连同其各种部件的替代方案。应理解，此类实施例、示例和替代方案不应被解释为实际上彼此等效，而应被视为本发明的单独且自主的表示。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。在以下描述中，提供了许多具体细节，例如长度、宽度、形状等的示例，以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下，或用其他方法、组件、材料等来实施本发明。在其它情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊本发明的各方面。
尽管上述示例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但是对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以在形式、使用和实施细节上做出许多修改而不需要创造性技能，并且不脱离本发明的原理和概念。因此，除了由下面提出的权利要求所限定的之外，并不旨在限制本发明。
动词“包括”和“包含”在本文件中用作开放性限制，既不排除也不要求存在未叙述的特征。从属权利要求中所述的特征可相互自由组合，除非另有明确说明。此外，应当理解，在本文件中使用“一个”或“一种”即单数形式并不排除多个。
工业实用性
本发明至少在多层纸板结构的制造中是工业上可应用的。
缩写词列表
BCTMP 漂白的化学热机械纸浆
GW 磨木
SW 软木
HW 硬木
MD 机器方向
CD 横向方向
CSF 加拿大标准游离度
WRV 保水值
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