用于造紙工藝的在線生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文涉及這樣的方法，該方法用于紙張和紙板制造工藝的在線生產(chǎn)方法，且用于 在造紙工藝的短循環(huán)中同時輸送微原纖化纖維素及至少一種添加劑。更具體地說，本文涉 及碳酸鈣在在線生產(chǎn)過程中的結(jié)晶和沉淀。
【背景技術(shù)】
[0002] 向造紙紙漿中加入填料以填充未被纖維占據(jù)的空隙空間并由此使紙張表面變得 平滑。它們改善了例如紙張的適印性、尺寸穩(wěn)定性、勻度和光澤。除此之外，紙張的光學(xué)性 質(zhì)諸如不透明性、光散射和亮度通常得到改善，因為填料的光散射系數(shù)和亮度往往高于紙 漿的光散射系數(shù)和亮度。
[0003] 填料與木質(zhì)纖維相比是低價的，且因此也用于紙張制造中以降低造紙原材料的成 本。此外，帶有填料的紙幅的干燥需要較少的能量。盡管填料的價格低廉而且對于紙張性 質(zhì)具有積極的影響，但它們也具有不利的特性。它們通過吸附或沉淀在纖維表面上而干擾 纖維之間的粘合。因為這個原因，紙張的拉伸強(qiáng)度和拉伸剛度降低，而且，在印刷中可出現(xiàn) 掉毛。此外，在造紙機(jī)上的磨損可由于填料而增大。它們的保持性也相當(dāng)?shù)夭钋夷軌蛟诩?張上導(dǎo)致兩面差（two-sidedness) 〇
[0004] 在包裝紙板級別中，典型地沒有使用填料或者以相比于其它紙張級別的非常低的 量使用填料。對此的典型的理由在于它們在不賦予強(qiáng)度性質(zhì)的情況下提高了紙板的重量而 且它們降低了在相同克重下的尺寸。對于抗彎剛度而言，尺寸是最重要的參數(shù)。而且，填料 降低了彈性模量，對于抗彎剛度而言，彈性模量是重要的參數(shù)。
[0005] 漂白漿相當(dāng)經(jīng)常地用于紙板的面層中。其目標(biāo)在于具有更高的亮度以及總體上改 善的紙板外觀。甚至在這樣的情況下僅使用非常低的填料量，而且，使用典型地相當(dāng)高價的 填料例如Ti02、煅燒高嶺土等以使面層的彈性模量最優(yōu)化并使紙板的抗彎剛度最大化。相 當(dāng)經(jīng)常地，面層的克重相對于白度和亮度以及視覺外觀最優(yōu)化，而非相對于最大抗彎剛度 對其進(jìn)行最優(yōu)化。
[0006] 因此，對于改善紙板面層的白度和不透明性并同時保持紙板的抗彎剛度且同時使 用低成本的填料存在高度需求。
[0007] 造紙中所用的一種相當(dāng)?shù)湫偷奶盍鲜浅恋硖妓徕}（PCC)。典型地，PCC的生產(chǎn)已經(jīng) 與實際造紙工藝分開生產(chǎn)。一般在位置靠近造紙廠的專門工廠生產(chǎn)PCC。
[0008] 在W02011110744A1中，公開了與纖維質(zhì)網(wǎng)的生產(chǎn)工藝有關(guān)的用于在線生產(chǎn)碳酸 鈣（PCC)的方法和反應(yīng)器。這涉及在待用于纖維質(zhì)網(wǎng)生產(chǎn)中的懸浮液中、特別優(yōu)選直接在 纖維質(zhì)漿的物流中在線生產(chǎn)PCC，在纖維質(zhì)漿生產(chǎn)中使用其部分紙漿物流或者濾出液流中 的一種。該方法具有若干種優(yōu)點，例如降低的投資成本，因為無需具有單獨(dú)的PCC車間。進(jìn) 一步地，由于PCC至少部分地直接沉淀在纖維上，因此，存在對于保留性化學(xué)品的降低的需 求。
[0009] 在EP2287398A1中，獲得了用于取得包含碳酸鈣、可能的纖維及纖維-原纖的復(fù)合 物的方法，其中，如果需要的話，使用原纖和纖維連接碳酸鈣顆粒，其特征在于良好的脫水 能力且用于制造具有大量填料、具有大的強(qiáng)度且具有大的比容的紙張。該發(fā)明通過結(jié)合五 種測量、使用特定的碳酸鈣顆粒（其為（d 5CI)且具有偏三角面體形態(tài)以及超過2.5 ym的平 均顆粒直徑和4 ym的最大值）、通過將在共沉淀之前的懸浮液中的原纖對碳酸鈣顆粒的重 量比設(shè)定為0. 2:1-4:1、通過使用纖維-原纖并且經(jīng)由將在共沉淀之前的原纖中的鈣離子 重量比設(shè)定為〇. 02:1-0. 2:1而實現(xiàn)。然而，該方法描述了具有纖維的使用二氧化碳和石灰 乳的傳統(tǒng)離線沉淀碳酸鈣工藝。
[0010] 因此，需要用于生產(chǎn)具有期望的視覺外觀以及最佳的彈性模量的紙板層的新方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明公開內(nèi)容的目標(biāo)是提供用于向纖維質(zhì)網(wǎng)成型機(jī)的短循環(huán)中進(jìn)料添加劑的 改善的方法。所述網(wǎng)也可為多層紙或紙板結(jié)構(gòu)體中的層的一部分。所進(jìn)料的添加劑也可被 看作是形成多層紙結(jié)構(gòu)體的單獨(dú)的層，如例如公開US2005034827中所披露的。
[0012] 本發(fā)明公開內(nèi)容的特定目標(biāo)是提供在短循環(huán)中在線沉淀碳酸鈣的經(jīng)改善的方法。
[0013] 通過所附獨(dú)立權(quán)利要求的方法完全或部分地實現(xiàn)所述目標(biāo)。在附加的從屬權(quán)利要 求以及下面的說明書和附圖中闡述了各實施方案。
[0014] 根據(jù)第一個方面，提供了一種在線生產(chǎn)方法，用于通過將至少一種添加劑的液體 流進(jìn)料至短循環(huán)的液體流來在所述短循環(huán)中提供所述至少一種添加劑的液體流并進(jìn)入到 纖維網(wǎng)機(jī)（fiber web machine)的造紙原料的液體流中，當(dāng)存在兩種或更多種添加劑時，所 述方法進(jìn)一步包括使這些物料彼此反應(yīng)，其中所述方法包括使填料結(jié)晶，且其中所述添加 劑為二氧化碳和石灰乳，將所述二氧化碳和石灰乳進(jìn)料至所述短循環(huán)，其中，與進(jìn)料所述兩 種添加劑的液體流基本上同時地提供適當(dāng)量的微原纖化纖維素或納米原纖化多糖，以使所 述添加劑反應(yīng)或者開始成核到所述纖維素表面上或者沉淀在所述微原纖化纖維素的表面 上并由此形成具有所述微原纖化纖維素或納米原纖化多糖的絡(luò)合物。
[0015] "添加劑"是指這樣的反應(yīng)性添加劑，其在網(wǎng)的濕法擠壓之前或者在短循環(huán)中反 應(yīng)，使得在該特別的發(fā)明方法中的添加劑產(chǎn)物可為填料材料或者填料-纖維復(fù)合材料。
[0016] 通過該在線生產(chǎn)方法，提供了向短循環(huán)中進(jìn)料添加劑例如石灰乳和二氧化碳的方 式，可使所述添加劑與微原纖化纖維素（MFC)混合，以便可由此獲得該混合物的有利效果。 添加劑可例如反應(yīng)或者開始成核到纖維素表面上或者沉淀在微原纖化纖維素的表面上并 由此形成具有MFC的絡(luò)合物，相比于在未添加MFC的情況下僅向短循環(huán)進(jìn)料添加劑或者如 果添加劑在存在MFC之前發(fā)生反應(yīng)，所述具有MFC的絡(luò)合物具有得到改善或改變的性質(zhì)。
[0017] 因此，可例如將MFC纖維另外與在造紙工藝的濕部中沉淀的不同類型的添加劑例 如溶解的纖維素"粘合"在一起。
[0018] 通過該方法，提供了該沉淀碳酸鈣（PCC)的"在線生產(chǎn)"，由此在造紙機(jī)的短循環(huán) 中直接產(chǎn)生沉淀碳酸鈣。這樣的方法描述于例如US2011000633和W02011/110744中。
[0019] 在造紙中，MFC或所謂的納米纖維素的使用已經(jīng)得到相當(dāng)廣泛的研宄。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 雖然MFC改善了強(qiáng)度性質(zhì)（包括彈性模量，其對于紙板面層而言是重要的），但是，其降低了 孔隙率并同時提高了干燥收縮性。然而，這些對于例如紙板制造以及紙板性質(zhì)具有不利影 響，因為面層孔隙率由于MFC而降低，這導(dǎo)致起泡的危險。具有低孔隙率的層的干燥將在紙 板內(nèi)形成蒸氣，而且，由于該蒸氣無法足夠快速地溢出，紙板發(fā)生分層。此外，MCF提高了干 燥收縮性，小程度的干燥將提高紙板的表面粗糙度并導(dǎo)致差的印刷品質(zhì)。進(jìn)一步地，知曉： 在線PCC方法提供了清潔的造紙機(jī)系統(tǒng)，因為存在對于保留性化學(xué)品的少得多的需要（或 者明顯降低的需要）。
[0020] 通過將在線PCC方法與微原纖化纖維素MFC的供給或給料進(jìn)行組合，已經(jīng)觀察到 在例如面層應(yīng)用方面的若干種改善。
[0021] 存在提高的紙板白度以及降低的白色表面濁度和提高的紙板平滑度。
[0022] 存在在相同孔隙率下的提高的彈性模量以及改善的白度。
[0023] 通過使用在線PCC，存在降低的處理化學(xué)品成本、以及提高的紙板機(jī)工藝純度（體 現(xiàn)為較少的網(wǎng)絡(luò)制動器、較少的污斑、沒有在管線上的積累）。
[0024] 已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)，PCC顆粒的沉淀更優(yōu)選地發(fā)生在存在于工藝用水中的細(xì)小 顆粒的表面上，這還涉及這些細(xì)小顆粒的高的表面積、較高的表面能及pH性質(zhì)。
[0025] "適當(dāng)量的MFC"是指這樣的量，其足以與石灰乳相互作用并且進(jìn)一步地在MFC上 或者在MFC中沉淀有效量的PCC。這可根據(jù)造紙原料的最終產(chǎn)物而變化，但作為實例，取決 于造紙原料的來源以及所需的面層特性，MFC的劑量可為5-50kg/噸紙板面層且PCC為面 層的 1-20% (10-200kg/ 噸面層）。
[0026] 通過將微原纖化纖維素或"納米纖維素"(MFC)與石灰乳基本上同時地提供到在線 反應(yīng)器中以用于與二氧化碳的進(jìn)一步反應(yīng)（這對應(yīng)于所公開的MFC-PCC材料生產(chǎn)方法），從 而，可容易地控制用于獲得令人滿意的白度和視覺外觀并且仍然能夠控制干燥收縮性并保 持改善的彈性模量而需要的細(xì)料量，因為在MFC顆粒上或者在MFC溶液中沉淀更大部分的 碳酸鈣。
[0027] 因此，由于MFC的表面pH和化學(xué)性可被調(diào)整，通過在在線PCC方法中引入或給料 MFC，提供了一種控制所需細(xì)料量的方式，且因此，可控制引入到短循環(huán)或液體原料纖維流 中的PCC的顆粒大小和尺寸。
[0028] 此外，通過在MFC表面上具有PCC顆粒，可控制紙板的孔隙率，能夠控制干燥收縮 性并且可保持由MFC提供的改善的彈性模量。通過在紙板的面層上具有PCC顆粒，可在不 降低抗彎剛度的情況下改善紙板的白度和適印性。
[0029] 與使用更高價的填料來獲得光學(xué)性質(zhì)相比，由于在線PCC是相對便宜的填料，因 此，紙板的成本可得到降低。
[0030] 還存在對紙板制造機(jī)的提高的清潔度的需要。
[0031] 根據(jù)一個實施方案，可通過將至少一種添加劑和/或微原纖化纖維素注入造紙原 料的液體流中來實施向短循環(huán)的進(jìn)料?？赏ㄟ^將二氧