專利名稱：紙/紙板的表面處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紙/紙板的表面處理方法和裝置。
背景技術(shù)：
為確保充分的可運(yùn)行性和可印刷性，期望印刷紙品和紙板具有高的彎曲
強(qiáng)度。彎曲強(qiáng)度可通過例如表面施膠(surface sizing)以及通過多種梯度結(jié) 構(gòu)(多重結(jié)構(gòu)以及梯度壓光)增加。為了以更少量的紙漿獲得恒定的厚度而 期望高脹量(high bulk)。
表面施膠的目的在于改善紙或紙板的強(qiáng)度特性，例如內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(層 間剝離強(qiáng)度)或表面強(qiáng)度(拾取(picking))。在表面施膠中所用的化學(xué)品 是水溶性聚合物，包括由于價(jià)格優(yōu)勢(shì)而作為首選的淀粉。淀粉的原料包括植 物，例如玉米、小麥、大麥、土豆、木薯等，其塊莖、種籽等為淀粉的來源。 淀粉(C6H1Q05)包含直鏈淀粉和具有分支的支鏈淀粉。用于表面施膠的其他 化學(xué)品例如是各種纖維素衍生物(CMC)以及聚乙烯醇(PVA)。
在壓光過程中，由于幅材的壓縮導(dǎo)致厚度變薄并且脹量減小，使幅材的 彎曲強(qiáng)度降低。根據(jù)下列公式，計(jì)算出的彎曲強(qiáng)度與的厚度的三次方成比例 地增加
l盧
五2 4
械3 其中
Sj和S2分別表示壓光的和未壓光的紙的彎曲強(qiáng)度， ^和h2分別表示壓光的和未壓光的紙的厚度，以及E,和E2分別表示壓光的和未壓光的紙的彈性模量。 以下概括描述紙和紙板種類，以及多種用于紙和紙板的制造中的壓光及 涂布工藝。
紙和紙板種類
現(xiàn)有的紙和紙板種類繁多，并且可以基重(basis weight)為基礎(chǔ)分為兩 大類別單層、且基重為25-300 g/r^的紙；以及可利用多層技術(shù)制成的、基 重為150-600 g/n^的紙板。要注意，在紙與紙板之間的分界線是變動(dòng)的，基 重最低的紙板要比最重的紙輕。通常，紙用于印刷而紙板用于包裝。
以下描述的是纖維幅材當(dāng)前使用的參數(shù)的實(shí)例，以及可能出現(xiàn)的、與給 參數(shù)的實(shí)質(zhì)偏差。以下描述主要源于出版物《造紙科學(xué)和造紙技術(shù) (Papermaking Science and Technology)》，造紙第3部分，整飾，由Jokio, M.編輯，由FapetOy, Jyvaskyla于1999年出版，361頁(yè)；以及《造紙學(xué)和造 紙技術(shù)(Papermaking Science and Technology)》，紙和紙板種類，由Paulapuro H.編輯，由FapetOy， Jyvaskym于2000年出版，134頁(yè)。
由機(jī)械紙漿(即帶有木材成分的紙漿)制成的印刷紙包括新聞紙、非涂 布雜志紙和涂布的雜志紙。
新聞紙可全部由機(jī)械紙漿組成，或者可包括一些經(jīng)漂白的軟木紙漿(0-15 %)、及/或一些機(jī)械紙漿可由再生纖維漿代替。新聞紙的參數(shù)可被認(rèn)為大致 如下基重40-48.8 g/m2，灰分含量(SCAN-P5: 63) 0-20%， PPS s10粗 糙度(SCAN-P 76-95) 3.0-4.5pm，本特生(Bendtsen)粗糙度(SCAN-P21: 67) 100-200 ml/min，密度600-750 kg/m3，亮度(ISO 2470: 1999) 57-63 %，以及不透明度(ISO 2470: 1998) 90-96%。
非涂布雜志紙(SC即超級(jí)壓光)通常包含50-70%的機(jī)械紙漿、10-25 %的漂白軟木紙漿、以及15-30%的填料(filler)。用于壓光的SC紙(包 括例如SC-C、 SC-B和SC-A/A+)的典型參數(shù)為基重40-60 g/m2，灰分 含量(SCAN-P 5: 63) 0-35%，亨特(Hunter)光澤度(ISO/DIS 8254/1) <20-50%， PPSslO粗糙度(SCAN-P76: 95) 1.0-2.5,密度700-1250 kg/m3，亮度(ISO2470: 1999) 62-70%，以及不透明度(ISO 2470: 1998) 90-95%。表1示出了含機(jī)械紙漿的可涂布紙的典型參數(shù)。(MFC即機(jī)械整飾涂 布，F(xiàn)CO即薄膜涂布膠印(film coated offset) ， LWC即輕定量涂布，MWC 即中定量涂布，HWC即重定量涂布) 表1
MFCFCOLWCMWC冊(cè)C
基重，(g/m2)50-7040-7040-7070-90100-135
Hunter光澤度(ISO/DIS 8254/1) ， (％)25-4045-5550-6565-70
PPS-slO粗糙度，(pm) (SCAN-P 76/95)2.2-2.81.5-2.00.8-1.5 (膠印) 0.6-1.0 (凹版)0.6-1.0
密度，(kg/m3)900-9501000-10501100-12501150-1250
亮度(ISO 2470:1999)， (%)70-7570-7570-7570-75
不透明度(ISO 2470: 1998) ， (％)91-9591-9589-9489-94
涂布雜志紙(LWC，即輕定量涂布)包含40-60%的機(jī)械紙漿、25-40% 的漂白軟木紙漿、以及20-35%的填料和涂層。HWC (重定量涂布)甚至能 夠被涂布兩次以上。
由化學(xué)紙漿制成的無木(Woodfree)印刷紙，即精細(xì)紙品，包括基于化 學(xué)紙漿的非涂布和涂布印刷紙，其中機(jī)械紙漿的比例少于10%。
基于化學(xué)紙漿的非涂布印刷紙(WFU)具有55-80%的漂白樺木紙漿、 0-30%的漂白軟木紙漿、以及10-30%的填料。在WFU中，參數(shù)值變化幅度 很大基重50-90 g/m2 (直至240g/m2) ， Bendtsen光澤度250-400 ml/min， 亮度86-92%，以及不透明度83-98%。
在基于化學(xué)紙漿的涂布印刷紙(WFC)中，涂布量根據(jù)需要和預(yù)計(jì)的涂 覆而具有較大變化。以下為基于化學(xué)紙漿的一次涂布或二次涂布印刷紙的典 型參數(shù) 一次涂布，基重90g/m2、 Hunter光澤度65-80%、 PPS s10粗糙度 0.75-2.2pm、亮度80-88%、以及不透明度91-94%;對(duì)于二次涂布，基重130 g/m2、 Hunter光澤度70-80%、 PPS s10粗糙度0.65-0.95pm、亮度83-90%、 以及不透明度95-97%。離型紙(release paper)的基重在25-150 g/m2的范圍內(nèi)變化。 制造紙板包括使用化學(xué)紙漿、機(jī)械紙漿及/或再生紙漿。紙板可根據(jù)預(yù)期 的應(yīng)用而分成例如以下的主要類型。
具有襯里(liner)和凹槽的瓦楞紙板(corrugatedboard)。
紙盒紙板用于制造容器、紙盒。紙盒紙板包括例如液體包裝紙板(FBB 即折疊紙盒紙板、LPB即液體包裝紙板、WLC即白漿襯里的粗紙板、SBS 即固體漂白硫酸鹽(solid bleached sulfite) 、 SUS即固體非漂白硫酸鹽(solid unbleached sulfite))。
圖形紙板用于制造例如卡片、文件、文件夾、殼、蓋等。
壁紙?jiān)?Wallpaper base)。
壓光
通過壓光處理多種紙和紙板的表面特性及厚度剖面，以滿足印刷方法和 進(jìn)一步處理的需要。涂布紙品通常在涂布處理之前被預(yù)壓光，并在涂布處理 之后經(jīng)歷最終壓光。
壓光機(jī)分為紙機(jī)壓光機(jī)(machine calender)、軟壓光機(jī)以及多輥壓光機(jī)。 紙機(jī)壓光機(jī)通常具有1-2個(gè)壓區(qū)并且各壓區(qū)成形輥均為硬輥。軟壓光機(jī)通常 具有1_4個(gè)壓區(qū)并且至少一個(gè)壓區(qū)成形輥覆蓋有軟面(soft cover)。多輥壓 光機(jī)通常具有5-11個(gè)壓區(qū)。多輥壓光機(jī)的輥組件包括多個(gè)熱輥和多個(gè)軟面輥 (soft cover roll)。
專用的壓光機(jī)包括例如濕法壓光機(jī)(wet stack calender)、半干壓光機(jī) (breaker stack)和長(zhǎng)壓區(qū)壓光機(jī)。
濕法壓光機(jī)或多或少與多輥紙機(jī)壓光機(jī)有些相同，但其壓光過程完全不 同。濕法壓光機(jī)能夠有效使用濕度梯度(moisture gradient)，到達(dá)壓光機(jī)的 幅材的濕度僅為大約1-2%。濕法壓光機(jī)設(shè)置有水箱，用以在壓區(qū)上游在幅 材表面上形成水膜，在壓區(qū)內(nèi)所述水膜被壓到幅材表面。因此，幅材僅在表 面部分變濕，因此其表面比過干的內(nèi)部承受更大程度的壓光。濕法壓光機(jī)用 于幾個(gè)紙板種類的預(yù)壓光。
半干壓光機(jī)是設(shè)置在造紙機(jī)的干燥部中的紙機(jī)壓光機(jī)。
長(zhǎng)壓區(qū)壓光機(jī)包括靴式壓光機(jī)(shoe calender)，所述靴式壓光機(jī)具有圍繞靴輥的軟帶，并且其中壓區(qū)長(zhǎng)度通常為50-400mm;以及帶式壓光機(jī)。 傳統(tǒng)的帶式壓光機(jī)包括軟壓光機(jī)的熱輥、環(huán)形帶、以及位于環(huán)形帶內(nèi)部的承 壓輥(backing roll)，該承壓輥為硬輥或軟輥。所述帶在承壓輥和導(dǎo)輥/張緊 輥上運(yùn)行。帶式壓光機(jī)的一個(gè)具體實(shí)施例為金屬帶式壓光機(jī)，其中壓光帶包 括金屬帶，該金屬帶圍繞導(dǎo)輥運(yùn)行并且連同對(duì)位構(gòu)件(counter dement)(通 常為輥) 一起構(gòu)成具有甚至超過5000mm的長(zhǎng)度的長(zhǎng)壓區(qū)。在環(huán)形帶內(nèi)部還 可以設(shè)置壓搾構(gòu)件，例如偏差補(bǔ)償輥(deflection-compensated roll)，其可用 于在長(zhǎng)壓區(qū)區(qū)域橫向的中部形成較高壓縮負(fù)載的壓區(qū)位置。
涂布技術(shù)
由于各種涂布紙和涂布方法變得越來越普及，涂布工藝和設(shè)備面臨著不 斷增長(zhǎng)的需求。在涂布過程中，更具體地是在顏料涂布過程中，紙的表面在 涂布頭(head)處形成涂料色(coating color)層，隨后排出由涂料色組分帶 來的水。涂料色層的形成可分為將涂料色施加到紙表面上，即涂覆；以及 調(diào)節(jié)最終的涂布量。最重要的顏料涂布方法是所謂的刮刀涂布(blade coating)，在刮刀涂布中，通過所謂的刮漿刀調(diào)節(jié)涂布量。最常用的刮刀涂 布頭包括設(shè)有涂覆輥(applicator roll)的刮刀涂布機(jī)(blade coater)、以及 設(shè)有噴射涂覆(jet application)的刮刀涂布機(jī)。涂布過程另外包括使用所謂 的膜轉(zhuǎn)移涂布機(jī)(film transfer coater)，膜轉(zhuǎn)移涂布機(jī)的應(yīng)用近來變得越來 越普遍。另一種用于高速印刷紙?jiān)旒垯C(jī)的新技術(shù)包括使用簾式涂布機(jī)(curtain coater)。
從現(xiàn)實(shí)的立場(chǎng)來看，各種涂布裝置之間最本質(zhì)的區(qū)別與涂覆過程相關(guān)， 尤其是與發(fā)生在涂布過程中的滲透，即涂料色對(duì)紙的滲透相關(guān)。
在高等級(jí)涂布印刷紙的生產(chǎn)中，近來人們?cè)絹碓蕉嗟仃P(guān)注高質(zhì)量和產(chǎn) 量。對(duì)于大批量生產(chǎn)類型的輕量涂布紙，質(zhì)量同樣成為更加重要的方面。幾 乎所有的涂布機(jī)都面臨著提高質(zhì)量、產(chǎn)量和運(yùn)行速度的壓力。
在屬于刮刀涂布的涂覆輥涂覆中，涂覆的實(shí)施通過使用在涂布盤 (coating pan)中旋轉(zhuǎn)的輥，用以將涂布色拾取到由承壓輥承載的紙的底面 上。涂覆量通常為200-250 g/m2。在涂覆輥涂覆中，涂布色有效地滲入原紙 中。此外，原紙的纖維在刮漿(doctoring)之前具有膨脹(swell)的時(shí)間，因此增加了紙的粗糙度。
在噴射涂覆中，涂布色是利用噴嘴直接涂覆在幅材表面上。相對(duì)于涂覆 輥涂覆的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于不需要旋轉(zhuǎn)輥，從而改善為適當(dāng)高的運(yùn)行速度。另一
個(gè)優(yōu)點(diǎn)是涂覆壓力的作用波動(dòng)(pulse)更小，從而改善了可運(yùn)行性。在噴射 涂覆中，幅材加濕過程處于涂覆輥與短時(shí)延涂覆機(jī)(short dwell)之間。在 噴射涂覆中，涂覆量通常為130-220g/m2。
在短時(shí)延涂覆中，涂布色被傳送到直接設(shè)置在刮漿刀之后的涂覆室 (application chamber)中，所述涂覆室的一個(gè)側(cè)壁由被承壓輥支承的、移動(dòng) 的紙幅材構(gòu)成。移動(dòng)的紙幅在涂覆室中產(chǎn)生旋渦并且涂布色在紙幅表面上的 流速與紙幅的速度相同。在短時(shí)延時(shí)涂覆中，由于涂覆區(qū)承受的壓力較低， 并且有效范圍短，因此紙輕微變濕。紙纖維的膨脹僅局部地發(fā)生在刮漿刀的 下游，這使由刮刀加工平滑的表面變粗糙。因此，通過短時(shí)延涂布機(jī)可得到 的涂布平滑度低于利用涂覆輥和噴射涂布機(jī)得到的平滑度。
保留在紙表面上的涂布量受多種參變量的影響。當(dāng)原紙的這些參變量 (例如粗糙度、多孔性和吸水性)增大時(shí)，涂布量也增加。同樣地，當(dāng)涂布 色的干物質(zhì)含量和粘性增大時(shí)，涂布量也增加。另一方面，涂布色的水保持 能力的增大使涂布量減小。當(dāng)刮刀的壓力、工作角度和刀刃厚度增大時(shí)，涂 布量將減少。至于其他因素，運(yùn)行速度的增大以及涂覆壓力的增大會(huì)導(dǎo)致涂 布量增大。
除了上述刮刀涂布機(jī)之外，也可以使用其他的裝置進(jìn)行涂布和表面處 理。以下描述幾個(gè)最常使用的可選裝置。施膠壓榨單元包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輥。在 這一變型中，將待涂覆在幅材表面上的涂布顏料涂覆在位于幅材與輥之間的 池(pond)中。除了表面施膠之外，施膠壓榨也可以用于顏料涂布。涂布量 大約為1.0-2.0 g/m"側(cè)。在標(biāo)準(zhǔn)的施膠壓搾中的一個(gè)問題在于高的運(yùn)行速度 下涂覆池的不穩(wěn)定性。
已經(jīng)通過設(shè)計(jì)薄膜施膠壓搾來嘗試消除這一問題，其中，首先將一層期 望涂布到紙幅表面上的涂料或施膠劑(sizing agent)涂覆在壓搾輥的表面上， 所述層從壓榨輥表面?zhèn)鬟f到位于輥之間的壓區(qū)中的紙上。所使用的涂覆裝置 包括類似短時(shí)延涂布機(jī)的單元。利用這種裝置可獲得的優(yōu)點(diǎn)包括即使在很高 的運(yùn)行速度下也可控制涂覆以及可進(jìn)行顏料涂布(2-6 g/mV側(cè))。此外，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的施膠壓榨，可以提高涂布顏色的干物質(zhì)含量。薄膜涂布顏色的涂 布可以在單側(cè)或雙側(cè)的方式下實(shí)施。相對(duì)于刮刀涂布，膜轉(zhuǎn)移涂布過程的可 運(yùn)行性通常很好。與刮刀涂布相比，通過膜轉(zhuǎn)移涂布得到的涂布層通常與輪
廓更符合，并且在這種意義上具有更大的覆蓋度(coverage)。然而，不可 能通過膜轉(zhuǎn)移涂布得到高的涂布量(超過10…12g/m2)。
在氣刷涂布(air brush coating)中，涂布顏色的涂覆是通過單輥或多輥 刮刀涂覆裝置、或者利用噴嘴來完成。對(duì)涂布量以及表面平滑度的調(diào)整則是 通過空氣噴射依次完成的。因?yàn)闅馑⑼坎加纱颂峁┝肆己玫母采w度，因而幾 乎是唯一地應(yīng)用在紙板涂布中。其不利的方面(Downsides)包括該方法 的運(yùn)行速度有限，以及涂布顏色的干物質(zhì)含量很低。利用氣刷形成的涂布層 具有與紙張表面輪廓相符的、 一致的厚度。
因此，目前關(guān)于紙幅涂布的基本方案是由短時(shí)延及涂覆輥式涂布機(jī)、基 于噴射涂覆的裝置以及薄膜施膠壓搾裝置提供。全用途的涂布機(jī)仍然有待設(shè) 計(jì)。
各種形式的刮刀涂布在將來似乎仍然是最常用的涂布方法。隨著運(yùn)行速 度的增加以及實(shí)施涂布的面積的擴(kuò)展，涂覆輥可能會(huì)近乎完全地被基于噴射 涂覆的方案替代。
目前的一種新技術(shù)是所謂的簾式涂布技術(shù)。簾式涂布機(jī)可以分為槽式進(jìn) 料(slot-fed)或滑動(dòng)式進(jìn)料(slide-fed)涂布機(jī)。在滑動(dòng)式進(jìn)料涂布機(jī)中， 涂料設(shè)定為沿著傾斜平面流動(dòng)，并且當(dāng)涂料在該平面的邊緣上滴淌時(shí)形成幕 簾。在槽式進(jìn)料涂覆束(application beam)中，涂料經(jīng)由分配室被泵送到狹 窄的豎直槽，幕簾沿著該槽的唇緣形成并向下滴淌到幅材。涂料能夠被涂覆 到一個(gè)或多個(gè)層中。
與刮刀涂布相比，簾式涂布施加在幅材上的力小得多，從而減少了因紙 幅中的破壞而造成的破裂，這提高了可運(yùn)行性。簾式涂布不能提供與由刮刀 涂布所能達(dá)到的平滑度相同的平滑度，但由此得到的覆蓋度優(yōu)于由刮刀涂布 達(dá)到的覆蓋度。理論上的觀點(diǎn)是，簾式涂布機(jī)最終將取代氣刷。
專利文獻(xiàn)FI 115732公開了一種方法和裝置，其中能夠利用真空裝置改 善表面施膠劑向纖維幅材內(nèi)的滲透。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠進(jìn)一步改善相對(duì)于由標(biāo)準(zhǔn)表面施膠和 其后的壓光而得到的參數(shù)的、表面施膠的紙/紙板的彎曲強(qiáng)度和脹量的方案。 為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的方法的特征在于，所述方法包括利用實(shí)現(xiàn)干燥 收縮的化學(xué)品處理纖維幅材，使得化學(xué)品基本上滲透貫穿所述纖維幅材的厚 度，并且隨后所述纖維幅材被設(shè)定為行進(jìn)到位于兩個(gè)已加熱的金屬表面之間 的處理區(qū)域，導(dǎo)致纖維幅材中的水分遷移到中間部分，從而所述中間部分由 于濕度增大而膨脹，并且當(dāng)所述表面部分的收縮被阻止時(shí)，所述表面部分承 受大的干燥應(yīng)力，并且當(dāng)所述纖維幅材離開所述處理區(qū)域時(shí)，蒸發(fā)的水經(jīng)由
表面孔隙(pore)迅速散逸而基本上不會(huì)在表面層中冷凝，由此，使表面彈 性模量增加，并同時(shí)使所述中間部分具有低密度。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的裝置的特征在于，所述裝置包括涂覆單元，
通過該涂覆單元，能夠?qū)?shí)現(xiàn)干燥收縮的化學(xué)品涂覆在纖維幅材上，使得化 學(xué)品基本上滲透貫穿所述纖維幅材的厚度，并且所述纖維幅材適合于行進(jìn)穿 過位于兩個(gè)已加熱的金屬表面之間的處理區(qū)域，導(dǎo)致纖維幅材中的水分遷移 到中間部分，從而所述中間部分由于濕度增大而膨脹，并且當(dāng)所述表面部分 的收縮被阻止時(shí)，所述表面部分承受大的干燥張力，當(dāng)所述纖維幅材離開所 述處理區(qū)域時(shí)，蒸發(fā)的水經(jīng)由表面孔隙迅速散逸而基本上不會(huì)在表面層中冷 凝，由此，使表面彈性模量增加，并同時(shí)使所述中間部分具有低密度。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中
圖l示出了本發(fā)明的一個(gè)示范性的裝置構(gòu)造的原理的示意圖；以及
圖2示出了用于增強(qiáng)表面處理的裝置構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，該示范性裝置包括例如專利文獻(xiàn)FI 115732中所述的真空操作 的表面施膠單元以及金屬帶式壓光機(jī)10。表面施膠單元1包括第一涂覆裝置 la，所述第一涂覆裝置la用于將淀粉溶液涂覆到第一幅材面Wn以及第一 真空裝置3a，所述第一真空裝置3a中存在的真空用于產(chǎn)生在幅材W厚度上的壓力差，并且用于使得淀粉溶液移動(dòng)并滲入幅材w的內(nèi)部直至期望的深
度。該示范性裝置還包括第二涂覆裝置lb，該第二涂覆裝置lb設(shè)置為面 對(duì)第二幅材面W2;以及第二真空裝置3b,該第二真空裝置3b設(shè)置為面對(duì)第 一幅材面W,。這種設(shè)置能夠?qū)Ψ腤的兩側(cè)進(jìn)行表面處理，其中在第一真 空裝置3a的下游通過引紙及導(dǎo)引輥8將幅材W傳送到第二涂覆裝置lb。在
對(duì)第一幅材面Wi進(jìn)行表面處理之后，在對(duì)第二幅材面W2進(jìn)行表面處理之前
至少將幅材W干燥到一定程度是可取的。圖示中這一過程是由附圖標(biāo)記9 表示的非接觸式干燥機(jī)來完成，所述非接觸干燥機(jī)9例如是紅外干燥機(jī)。此 外，圖1示出了由附圖標(biāo)記4a和5a表示的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)引輥(deflection and guide roll)，其用于根據(jù)需要使幅材W的行進(jìn)方向偏轉(zhuǎn)。
金屬帶式壓光機(jī)10包括由金屬制成的壓光帶12,該壓光帶12圍繞導(dǎo)引 輥13。壓光帶12繞著設(shè)置在其外側(cè)的輥15行進(jìn)，在壓光帶12與輥15之間 形成壓光區(qū)。待壓光的原料幅材W穿過壓光區(qū)N行進(jìn)，承受期望的隨著時(shí) 間變化的壓力脈沖以及加熱效應(yīng)。在圖1中，示出的點(diǎn)劃線19表示當(dāng)在壓 光帶12內(nèi)側(cè)設(shè)置有用作壓榨構(gòu)件的壓輥14時(shí)的一種壓力效應(yīng)，該壓輥14 使壓光帶抵靠輥15，以在壓光區(qū)內(nèi)形成更高壓力的壓區(qū)。另一方面，虛線 18用于表示，隨著壓輥14脫離與帶12的壓搾接觸(或在帶12內(nèi)側(cè)根本未 安裝壓輥14時(shí))，作用在壓光區(qū)內(nèi)的接觸壓力僅由帶12的張緊來產(chǎn)生時(shí)的 一種壓力效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)表面施膠的紙/紙板的彎曲強(qiáng)度及/或脹量能夠通過 借由真空操作的涂覆裝置實(shí)施表面施膠、并繼之以用于抑制或限制干燥收縮 的處理過程來提高，由此提高干燥應(yīng)力。這種現(xiàn)象是基于淀粉的干燥收縮促 進(jìn)效應(yīng)，由此，在加入淀粉后，對(duì)干燥收縮的抑制導(dǎo)致干燥應(yīng)力增大。通過 在表面施膠之后的處理過程中使用金屬帶式壓光，可以在由金屬帶和輥形成 的閉合的壓區(qū)內(nèi)、在被支承的條件下實(shí)現(xiàn)幅材的干燥，從而允許在受控制的 條件下產(chǎn)生干燥應(yīng)力。位于金屬帶式壓光機(jī)的各熱表面之間的纖維幅材的表 面經(jīng)歷干燥處理并且水分遷移到中間部分，由此，所述纖維幅材中間部分由 于濕度增大而膨脹，并從而增大了脹量，其使厚度增大。同時(shí)，幅材的表面 產(chǎn)生干燥應(yīng)力，由此增加了表面部分的彈性模量。當(dāng)纖維幅材離開處理區(qū)域 吋，存在于中間部分的蒸發(fā)的水經(jīng)由表面層散逸而不會(huì)冷凝(水分冷凝會(huì)導(dǎo)致之前剛剛獲得的高彈性模量松弛化)，由此，在金屬帶式壓光中形成的結(jié) 構(gòu)實(shí)質(zhì)上保持不變，從而使纖維幅材的彎曲強(qiáng)度得以提高。由此顯著地節(jié)約 了原料并提高了質(zhì)量。
圖2示出了增強(qiáng)表面處理的另一種方式。通過將膜轉(zhuǎn)移涂布機(jī)和金屬帶 式壓光機(jī)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)圖2的處理方案30。通過涂覆裝置32在涂覆輥31的頂 部涂覆表面處理劑，例如淀粉基(starch-based)表面粘合劑。在膜轉(zhuǎn)移壓區(qū)
(film transfer nip)內(nèi)，表面處理劑被從涂覆輥的頂部遞送到纖維幅材W的 表面上。在涂覆輥31與對(duì)位輥(counter-roll) 34之間形成膜轉(zhuǎn)移壓區(qū)。穿 過該壓區(qū)還延伸有金屬帶33，用以在單一壓區(qū)內(nèi)實(shí)施纖維幅材的涂布及金屬 帶式壓光。金屬帶壓區(qū)允許使用高的溫度。當(dāng)幅材離開壓區(qū)時(shí)是表面干燥的， 以形成接觸干燥(contact drying)，并依據(jù)幅材的運(yùn)行速度和溫度而能夠得 到足夠高的干物含量，以消除單獨(dú)干燥的需求。這種混合式方案顯著地節(jié)約 了投資及操作成本，并且能夠通過抑制纖維幅材在金屬帶壓區(qū)中的干燥收縮 來提高纖維幅材的彎曲強(qiáng)度。
前述方案中使用的表面處理劑優(yōu)選為CHO聚合物。CHO聚合物是僅包 含碳(C)、氫(H)或氧(0)的聚合物。在金屬帶式壓光的上游的紙或紙 板的表面上可以涂覆有CHO聚合物，或涂覆包含有CHO聚合物的混合物。 最常見的CHO聚合物如下
聚(甲二醇)、聚(乙二醇)、聚(丙二醇)、聚(四亞甲基醚二醇)、 聚(乙烯甲醚)、聚(乙烯乙醚)、聚(乙烯基異丁基醚)、聚(乙烯醇)、 聚(乙烯基甲基酮)、聚(乙烯基乙基酮)、聚(甲基異丙烯基酮)、聚(醋 酸乙烯酯)、聚(丙酸乙烯酯)、聚(月桂酸乙烯酯)、聚(丙烯酸)、聚
(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸 甲酯)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸正丁酯)、聚(甲基丙烯 酸叔丁酯)、聚(甲基丙烯酸月桂酯)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)、聚(甲 基丙烯酸縮水甘油酯)、聚(乙酰乙酰氧乙基甲基丙烯酸酯)、聚(乙交酯)、 聚(d,l-交酯)、聚(3-羥基丁酸酯)、聚(己二酸乙二酯)、聚(己內(nèi)酯)、 聚(新戊內(nèi)酯)、聚(乙烯-co-馬來酸酐)、聚(苯乙烯-co-馬來酸酐)、聚
(癸二酸酐)、聚(碳酸烷基酯)、基于1，6-己二醇的聚(原酸酯)、基于 tmns-環(huán)己烷二甲醇的聚(原酸酯)、纖維素、乙基纖維素、羥丙基纖維素、三醋酸纖維素、聚(4-羥基苯乙烯)、聚(4-甲基苯乙烯)、聚(2，6-二甲基 -1，4-苯醚)、聚(醚醚酮)、聚(對(duì)苯二甲酸亞乙酯)、聚(鄰苯二甲酸二 烯丙酯)、聚(間苯二酸二烯丙酯)、聚(雙酚A碳酸酯)、羧甲基纖維素。
聚合物的涂覆能夠通過例如噴嘴來實(shí)施，但也可應(yīng)用其他涂覆方法。在 金屬帶式壓光機(jī)中，紙幅材或紙板幅材得到有效地干燥，因此并不是絕對(duì)需 要單獨(dú)的干燥機(jī)。還可視其情況而在在金屬帶式壓光之前干燥紙幅材或紙板 幅材。此過程尤其優(yōu)選為用于非涂布紙品的整飾加工?？梢栽诮饘賻綁汗?之后對(duì)非涂布紙品進(jìn)行單獨(dú)壓光。對(duì)于涂布紙品，該過程優(yōu)選地適合用作涂 布之前的預(yù)處理。也可以在涂布過程之后或者在涂布單元之間實(shí)施聚合物處 理和金屬帶式壓光。金屬帶式壓光機(jī)還可以設(shè)置在干燥部中。
印刷紙的表面可以用特制的化學(xué)品進(jìn)行處理，以便通過使用極少量(<0.5 g/m2)的化學(xué)品來改善印刷表面。所述化學(xué)品例如是聚合物，其疏水性 (hydrophobic property)很大程度地取決于聚合物分子積留(settle)在該表 面上的方式。通過在紙纖維表面上展開(opening)聚合物分子膠團(tuán)(或分子 簇)，分子的疏水基團(tuán)會(huì)轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離該表面。因此，分子膠團(tuán)的展開能夠用于 使疏水效應(yīng)(或?qū)ψ鳛榻Y(jié)果的印刷質(zhì)量的影響)最大化?？梢酝ㄟ^在化學(xué)涂 覆之后進(jìn)行熱處理，例如通過在長(zhǎng)時(shí)延(long-dwell)(幾十微秒或更久)壓 光帶區(qū)域中的處理來協(xié)助膠團(tuán)在纖維表面上展開。具體地，此過程可利用金 屬帶式壓光機(jī)來執(zhí)行。可選地，這種處理可以包括在干燥過程中使用的各種 熱處理，例如吹送熱空氣。然而，壓光和熱處理同時(shí)進(jìn)行是有益的，因?yàn)橛?刷紙?jiān)诨瘜W(xué)品處理后無論如何必須被壓光，因此膠團(tuán)處理可以與壓光過程整 合。
可以利用任意現(xiàn)有的涂覆方法涂覆化學(xué)品，例如噴射、膜轉(zhuǎn)移、刮刀或 簾式涂布。在多重簾式涂布的情況下，優(yōu)選為在涂層的頂層包含所述聚合物。
因此，由于通過在紙表面上實(shí)施的熱處理來調(diào)整聚合物分子的結(jié)構(gòu)，以 使其達(dá)到理想的結(jié)果，因此可以預(yù)見在紙的表面上存在化學(xué)制劑的最終順序。
本方案具有以下的引人注目的優(yōu)點(diǎn)
可以使對(duì)化學(xué)品處理的需求最小化并仍能獲得顯著的益處，由于通過熱 處理增強(qiáng)了聚合物的疏水效應(yīng)，使化學(xué)品的效果最大化； 能夠進(jìn)一步整合涂布、化學(xué)處理以及壓光過程。
權(quán)利要求
1. 一種紙/紙板的表面處理方法，其特征在于，該表面處理方法包括利用實(shí)現(xiàn)干燥收縮的化學(xué)品處理纖維幅材，使得該化學(xué)品基本上滲透貫穿所述纖維幅材的厚度，隨后所述纖維幅材被設(shè)定為行進(jìn)到位于兩個(gè)已加熱的金屬表面(12，15)之間的處理區(qū)域(N)，致使所述纖維幅材中的水分遷移到中間部分，從而所述中間部分由于濕度增大而膨脹，并且當(dāng)所述表面部分的收縮被阻止時(shí)，所述表面部分承受大的干燥應(yīng)力，且當(dāng)所述纖維幅材離開所述處理區(qū)域時(shí)，蒸發(fā)的水經(jīng)由表面孔隙迅速散逸而基本上不會(huì)在表面層中冷凝，由此，使表面彈性模量增加，并同時(shí)使所述中間部分具有低密度。
2. 如權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征在于，所述表面處理方 法包括使用配備有金屬帶的處理單元(10)，該處理單元(10)在所述已 加熱的金屬表面(12， 13)之間形成所述處理區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的表面處理方法，其特征在于，用于處理的 化學(xué)品包括淀粉。
4. 一種紙/紙板的表面處理裝置，其特征在于，所述表面處理裝置包括 涂覆單元(1)，通過所述涂覆單元(1)能夠?qū)?shí)現(xiàn)干燥收縮的化學(xué)品涂覆 于纖維幅材上，使得該化學(xué)品基本上滲透貫穿所述纖維幅材的厚度，并且所 述纖維幅材適合于行進(jìn)穿過位于兩個(gè)已加熱的金屬表面(12， 15)之間的處 理區(qū)域(N)，致使所述纖維幅材中的水分遷移到中間部分，從而所述中間 部分由于濕度增大而膨脹，并且當(dāng)所述表面部分的收縮被阻止時(shí)，所述表面 部分承受大的干燥張力，從而當(dāng)所述纖維幅材離開所述處理區(qū)域時(shí)，蒸發(fā)的 水經(jīng)由表面孔隙迅速散逸而基本上不會(huì)在表面層中冷凝，由此，使表面彈性 模量增大，并同時(shí)使所述中間部分具有低密度。
5. 如權(quán)利要求4所述的表面處理裝置，其特征在于，所述表面處理裝 置包括處理單元(10)，該處理單元(10)包括位于已加熱的金屬表面(12， 15)之間的所述處理區(qū)域(N)。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的表面處理裝置，其特征在于，該涂覆單元 (1)包括化學(xué)品涂覆裝置(la， lb)，其設(shè)置在纖維幅材的一側(cè)，用以將化學(xué)品涂覆到經(jīng)處理的纖維幅材的表面(Wp W2)上；以及真空裝置(3a，3b)，其設(shè)置在該纖維幅材的另一側(cè)，該真空裝置用于在纖維幅材(W)的 厚度上產(chǎn)生壓力差，致使該化學(xué)品由面對(duì)該涂覆裝置的一側(cè)朝向相對(duì)側(cè)遷 移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紙/紙板的表面處理方法和裝置。該方法包括利用實(shí)現(xiàn)干燥收縮的化學(xué)品處理纖維幅材，使得該化學(xué)品基本上滲透貫穿所述纖維幅材的厚度，隨后將所述纖維幅材設(shè)定為行進(jìn)到位于兩個(gè)已加熱的金屬表面(12，15)之間的處理區(qū)域(N)，致使纖維幅材中的水分遷移到中間部分內(nèi)，從而所述中間部分由于濕度增大而膨脹，并且當(dāng)所述表面部分的收縮被阻止時(shí)，所述表面部分承受大的干燥應(yīng)力。當(dāng)纖維幅材離開所述處理區(qū)域時(shí)，蒸發(fā)的水經(jīng)由表面孔隙迅速散逸而基本上不會(huì)在表面層中冷凝，由此，使表面彈性模量增加，并同時(shí)使所述中間部分具有低密度。
文檔編號(hào)D21H25/06GK101443517SQ200780016815
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者亨利·瓦伊蒂寧, 佩卡·林農(nóng)馬, 尤卡·林農(nóng)馬, 尤哈·利波寧, 珀特里·拉欣邁基 申請(qǐng)人:美卓造紙機(jī)械公司