用于造纸工艺的在线生产方法
用于造纸工艺的在线生产方法
【技术领域】
[0001] 本文涉及这样的方法，该方法用于纸张和纸板制造工艺的在线生产方法，且用于 在造纸工艺的短循环中同时输送微原纤化纤维素及至少一种添加剂。更具体地说，本文涉 及碳酸钙在在线生产过程中的结晶和沉淀。
【背景技术】
[0002] 向造纸纸浆中加入填料以填充未被纤维占据的空隙空间并由此使纸张表面变得 平滑。它们改善了例如纸张的适印性、尺寸稳定性、匀度和光泽。除此之外，纸张的光学性 质诸如不透明性、光散射和亮度通常得到改善，因为填料的光散射系数和亮度往往高于纸 浆的光散射系数和亮度。
[0003] 填料与木质纤维相比是低价的，且因此也用于纸张制造中以降低造纸原材料的成 本。此外，带有填料的纸幅的干燥需要较少的能量。尽管填料的价格低廉而且对于纸张性 质具有积极的影响，但它们也具有不利的特性。它们通过吸附或沉淀在纤维表面上而干扰 纤维之间的粘合。因为这个原因，纸张的拉伸强度和拉伸刚度降低，而且，在印刷中可出现 掉毛。此外，在造纸机上的磨损可由于填料而增大。它们的保持性也相当地差且能够在纸 张上导致两面差（two-sidedness) 〇
[0004] 在包装纸板级别中，典型地没有使用填料或者以相比于其它纸张级别的非常低的 量使用填料。对此的典型的理由在于它们在不赋予强度性质的情况下提高了纸板的重量而 且它们降低了在相同克重下的尺寸。对于抗弯刚度而言，尺寸是最重要的参数。而且，填料 降低了弹性模量，对于抗弯刚度而言，弹性模量是重要的参数。
[0005] 漂白浆相当经常地用于纸板的面层中。其目标在于具有更高的亮度以及总体上改 善的纸板外观。甚至在这样的情况下仅使用非常低的填料量，而且，使用典型地相当高价的 填料例如Ti02、煅烧高岭土等以使面层的弹性模量最优化并使纸板的抗弯刚度最大化。相 当经常地，面层的克重相对于白度和亮度以及视觉外观最优化，而非相对于最大抗弯刚度 对其进行最优化。
[0006] 因此，对于改善纸板面层的白度和不透明性并同时保持纸板的抗弯刚度且同时使 用低成本的填料存在高度需求。
[0007] 造纸中所用的一种相当典型的填料是沉淀碳酸钙（PCC)。典型地，PCC的生产已经 与实际造纸工艺分开生产。一般在位置靠近造纸厂的专门工厂生产PCC。
[0008] 在W02011110744A1中，公开了与纤维质网的生产工艺有关的用于在线生产碳酸 钙（PCC)的方法和反应器。这涉及在待用于纤维质网生产中的悬浮液中、特别优选直接在 纤维质浆的物流中在线生产PCC，在纤维质浆生产中使用其部分纸浆物流或者滤出液流中 的一种。该方法具有若干种优点，例如降低的投资成本，因为无需具有单独的PCC车间。进 一步地，由于PCC至少部分地直接沉淀在纤维上，因此，存在对于保留性化学品的降低的需 求。
[0009] 在EP2287398A1中，获得了用于取得包含碳酸钙、可能的纤维及纤维-原纤的复合 物的方法，其中，如果需要的话，使用原纤和纤维连接碳酸钙颗粒，其特征在于良好的脱水 能力且用于制造具有大量填料、具有大的强度且具有大的比容的纸张。该发明通过结合五 种测量、使用特定的碳酸钙颗粒（其为（d 5CI)且具有偏三角面体形态以及超过2.5 ym的平 均颗粒直径和4 ym的最大值）、通过将在共沉淀之前的悬浮液中的原纤对碳酸钙颗粒的重 量比设定为0. 2:1-4:1、通过使用纤维-原纤并且经由将在共沉淀之前的原纤中的钙离子 重量比设定为〇. 02:1-0. 2:1而实现。然而，该方法描述了具有纤维的使用二氧化碳和石灰 乳的传统离线沉淀碳酸钙工艺。
[0010] 因此，需要用于生产具有期望的视觉外观以及最佳的弹性模量的纸板层的新方 法。
【发明内容】
[0011] 本发明公开内容的目标是提供用于向纤维质网成型机的短循环中进料添加剂的 改善的方法。所述网也可为多层纸或纸板结构体中的层的一部分。所进料的添加剂也可被 看作是形成多层纸结构体的单独的层，如例如公开US2005034827中所披露的。
[0012] 本发明公开内容的特定目标是提供在短循环中在线沉淀碳酸钙的经改善的方法。
[0013] 通过所附独立权利要求的方法完全或部分地实现所述目标。在附加的从属权利要 求以及下面的说明书和附图中阐述了各实施方案。
[0014] 根据第一个方面，提供了一种在线生产方法，用于通过将至少一种添加剂的液体 流进料至短循环的液体流来在所述短循环中提供所述至少一种添加剂的液体流并进入到 纤维网机（fiber web machine)的造纸原料的液体流中，当存在两种或更多种添加剂时，所 述方法进一步包括使这些物料彼此反应，其中所述方法包括使填料结晶，且其中所述添加 剂为二氧化碳和石灰乳，将所述二氧化碳和石灰乳进料至所述短循环，其中，与进料所述两 种添加剂的液体流基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖，以使所 述添加剂反应或者开始成核到所述纤维素表面上或者沉淀在所述微原纤化纤维素的表面 上并由此形成具有所述微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖的络合物。
[0015] "添加剂"是指这样的反应性添加剂，其在网的湿法挤压之前或者在短循环中反 应，使得在该特别的发明方法中的添加剂产物可为填料材料或者填料-纤维复合材料。
[0016] 通过该在线生产方法，提供了向短循环中进料添加剂例如石灰乳和二氧化碳的方 式，可使所述添加剂与微原纤化纤维素（MFC)混合，以便可由此获得该混合物的有利效果。 添加剂可例如反应或者开始成核到纤维素表面上或者沉淀在微原纤化纤维素的表面上并 由此形成具有MFC的络合物，相比于在未添加MFC的情况下仅向短循环进料添加剂或者如 果添加剂在存在MFC之前发生反应，所述具有MFC的络合物具有得到改善或改变的性质。
[0017] 因此，可例如将MFC纤维另外与在造纸工艺的湿部中沉淀的不同类型的添加剂例 如溶解的纤维素"粘合"在一起。
[0018] 通过该方法，提供了该沉淀碳酸钙（PCC)的"在线生产"，由此在造纸机的短循环 中直接产生沉淀碳酸钙。这样的方法描述于例如US2011000633和W02011/110744中。
[0019] 在造纸中，MFC或所谓的纳米纤维素的使用已经得到相当广泛的研宄。已经发现， 虽然MFC改善了强度性质（包括弹性模量，其对于纸板面层而言是重要的），但是，其降低了 孔隙率并同时提高了干燥收缩性。然而，这些对于例如纸板制造以及纸板性质具有不利影 响，因为面层孔隙率由于MFC而降低，这导致起泡的危险。具有低孔隙率的层的干燥将在纸 板内形成蒸气，而且，由于该蒸气无法足够快速地溢出，纸板发生分层。此外，MCF提高了干 燥收缩性，小程度的干燥将提高纸板的表面粗糙度并导致差的印刷品质。进一步地，知晓： 在线PCC方法提供了清洁的造纸机系统，因为存在对于保留性化学品的少得多的需要（或 者明显降低的需要）。
[0020] 通过将在线PCC方法与微原纤化纤维素MFC的供给或给料进行组合，已经观察到 在例如面层应用方面的若干种改善。
[0021] 存在提高的纸板白度以及降低的白色表面浊度和提高的纸板平滑度。
[0022] 存在在相同孔隙率下的提高的弹性模量以及改善的白度。
[0023] 通过使用在线PCC，存在降低的处理化学品成本、以及提高的纸板机工艺纯度（体 现为较少的网络制动器、较少的污斑、没有在管线上的积累）。
[0024] 已经出人意料地发现，PCC颗粒的沉淀更优选地发生在存在于工艺用水中的细小 颗粒的表面上，这还涉及这些细小颗粒的高的表面积、较高的表面能及pH性质。
[0025] "适当量的MFC"是指这样的量，其足以与石灰乳相互作用并且进一步地在MFC上 或者在MFC中沉淀有效量的PCC。这可根据造纸原料的最终产物而变化，但作为实例，取决 于造纸原料的来源以及所需的面层特性，MFC的剂量可为5-50kg/吨纸板面层且PCC为面 层的 1-20% (10-200kg/ 吨面层）。
[0026] 通过将微原纤化纤维素或"纳米纤维素"(MFC)与石灰乳基本上同时地提供到在线 反应器中以用于与二氧化碳的进一步反应（这对应于所公开的MFC-PCC材料生产方法），从 而，可容易地控制用于获得令人满意的白度和视觉外观并且仍然能够控制干燥收缩性并保 持改善的弹性模量而需要的细料量，因为在MFC颗粒上或者在MFC溶液中沉淀更大部分的 碳酸钙。
[0027] 因此，由于MFC的表面pH和化学性可被调整，通过在在线PCC方法中引入或给料 MFC，提供了一种控制所需细料量的方式，且因此，可控制引入到短循环或液体原料纤维流 中的PCC的颗粒大小和尺寸。
[0028] 此外，通过在MFC表面上具有PCC颗粒，可控制纸板的孔隙率，能够控制干燥收缩 性并且可保持由MFC提供的改善的弹性模量。通过在纸板的面层上具有PCC颗粒，可在不 降低抗弯刚度的情况下改善纸板的白度和适印性。
[0029] 与使用更高价的填料来获得光学性质相比，由于在线PCC是相对便宜的填料，因 此，纸板的成本可得到降低。
[0030] 还存在对纸板制造机的提高的清洁度的需要。
[0031] 根据一个实施方案，可通过将至少一种添加剂和/或微原纤化纤维素注入造纸原 料的液体流中来实施向短循环的进料。可通过将二氧 化碳、石灰乳和/或微原纤化纤维素 中的至少任意一种注入造纸原料的液体流中来实施向短循环的进料。
[0032] 根据一个可选择的实施方案，可通过注射分开地进料二氧化碳、石灰乳和/或微 原纤化纤维素。
[0033] 因此，"基本上同时地提供MFC"是指将二氧化碳、石灰乳和MFC同时且彼此邻接地 进料到液体流中。
[0034] 根据可选择的实施方案，可在造纸原料的液体流中提供微原纤化纤维素，而且，可 通过注射分别或同时地进料石灰乳和二氧化碳。
[0035] 因此，"基本上同时地提供"在本文中是指MFC存在于液体流中且同时或分别地 (且彼此邻接地）释放石灰乳和二氧化碳。
[0036] 根据又一个可选择的实施方案，可在注入造纸原料的液体流中之前混合石灰乳和 微原纤化纤维素，而且，可使二氧化碳与石灰乳和微原纤化纤维素的混合物分开地进料。
[0037] 因此，"基本上同时地提供"是指在进料至造纸原料的液体流中之前混合石灰和 MFC而且分开地但与该混合物邻接地进料二氧化碳。
[0038] 根据又一实施方案，微原纤化纤维素可与其它任选的添加剂混合，而且，可使该混 合物与石灰和二氧化碳的进料分开地进料。
[0039] 可由一个或更多个的若干喷嘴以与液体流的方向基本上垂直的方向且在高于液 体流流速的流速下实施向造纸原料的液体流的注射。
[0040] 液体流原料中的石灰乳和二氧化碳的该快速沉淀反应或快的加成以及进一步的 反应提供了一种容易的PCC沉淀方式，因为可非常快速地形成在MFC上的结晶（即碳酸钙 沉淀）。这可提供新型填料-纤维络合物的形成，其中，PCC在MFC的表面上形成新型结晶。
[0041] 造纸原料的液体流可包含以下组分中的至少一种：原浆悬浮液（长纤维浆、短纤 维浆、机械浆、化学机械浆、化学浆、微米纤维浆、纳米纤维浆）、循环浆悬浮液（由纤维回收 过滤器除去纤维部分的循环浆）、纤维素晶须、再生纤维素纤维、溶解浆、添加剂悬浮液以及 含有固体物的滤出液。
[0042] 根据可选择的实施方案，纤维质网不仅具有液体或含水形式，还可形成为发泡体 (即，通过捕集液体或固体中的气囊而形成的物质）。
【附图说明】
[0043] 现在将例如参考所附的示意图来描述本解决方案的实施方式，其中：
[0044] 图1示意性地示出了根据现有技术的短循环布置。
[0045] 图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的短循环布置。
[0046] 图3a_b示意性地示出了根据本发明的一个可选择的实施方案的短循环布置。
[0047] 图4示意性地示出了根据本发明的又一个可选择的实施方案的短循环布置。
[0048] 图5示意性地示出了根据本发明的另一个可选择的实施方案的短循环布置。
【具体实施方式】
[0049] 纳米原纤化多糖的宙义
[0050] 该定义包括采用传统纺丝技术或者采用静电纺丝纺成的细菌纤维素或纳米纤维 素。此外，可通过其它手段采用例如离子液体或膜技术（溶解纤维素的沉淀或凝聚）形成 所述纤维，且因此具有通过选择性溶解液体获得的再生纤维素或释出原纤的形式。在这些 情况下，所述材料优选为多糖，但不仅限于多糖。
[0051] 此外，微晶纤维素、晶须及纳晶纤维素也包括在该定义中。所述组分还可为所示的 材料的混合物或者有机纳米纤维与合成纳米纤维之间的组合。
[0052] 微原纤化纤维素的宙义
[0053] 微原纤化纤维素（MFC)也称作纳米纤维素。其为典型地由木纤维素纤维（由硬木 或软木纤维这两者）制成的材料。其还可由微生物来源、农业纤维例如麦杆浆、竹子或其它 非木材纤维来源制造。在微原纤化纤维素中，各微原纤已经被部分或完全地彼此分开。微 原纤化纤维素原纤通常非常薄（~20nm)且长度经常为100nm-10ym。然而，微原纤也可 为较长的，例如10-200 ym，而且，由于宽的长度分布，能够发现甚至2000 ym的长度。在该 MFC定义中包括这样的纤维，所述纤维已经发生原纤化且在表面上具有微原纤，而且，微原 纤分离并位于浆液的水相中。此外，晶须也包括在该MFC定义中。
[0054] 可采用不同的手段（例如机械或化学或酶）、或者通过使用细菌、或者通过组合诸 如化学和机械的处理步骤来制造MFC或纳米纤维素或纳晶纤维素。
[0055] 此外，可使用不同类型的纺丝和沉淀工艺。在该情况下，用于制造纳米纤维或MFC 的起始材料可为多糖。
[0056] 虽然已经知晓一一微原纤化纤维素（MFC)提高纸张的弹性模量，但是，由于降低的 孔隙率（差的孔隙率/弹性模量比率）以及提高的干燥收缩性，微原纤化纤维素（MFC)对 于纸板面层而言不是有益的。
[0057] 然而，存在提高纸板级别的白度的需要，但是，由于弹性模量的降低，因此，以前还 未使用填料而有效地使其成为可能。在双层式纸板（具有褐色中间层的3层纸板）中，这 主要伴随着面层克重增大（和3%填料）而实现。
[0058] 沉淀碳酸钙（PCC)的宙义
[0059] 几乎所有的PCC均是通过熟石灰的直接碳酸盐化（称作石灰乳工艺）制得。使氧 化钙（CaO)与水混合形成消石灰或石灰乳或熟石灰。混合乳状石灰（在本申请中也表示为 石灰乳）和二氧化碳，并使其反应以形成沉淀碳酸钙（PCC)。然后，PCC可用作纸张和纸板 (特别是诸如卷烟纸、层压用纸等的纸张）中的填料。PCC还可用于纸张或纸板的表面上浆， 或者作为矿物涂料或阻隔物中的颜料。所述PCC还可用作塑料中的填料。
[0060] 在沉淀碳酸钙的定义中，还包括这样的可能性--包括混合在水中的其它金属 (n)氧化物例如Mg(0H)2。
[0061]在线沉淀碳酸钙方法的宙义
[0062] "在线生产"是指在造纸原料的物流中直接生成沉淀碳酸钙（PCC)，即，使捕集的二 氧化碳与消石灰乳在线地组合，而非与造纸工艺分开地生产。PCC的单独生产进一步要求使 用保留性物质以使PCC紧固至纤维。在线PCC方法通常被认为提供了更为清洁的造纸机系 统，且存在对于保留性化学品的降低的需求。在线PCC方法例如公开在W02011/110744中。
[0063] 图1示出了用于在线生产沉淀碳酸钙的现有技术方法（如US2011/0000633中所 公开的）以及用于造纸机2的示意性工艺布置。将白水F运至例如混合罐或滤出液罐4,向 其中引入各种纤维质组分以用于造纸原料制备。经由配件，将原浆悬浮液（长纤维浆、短纤 维浆、机械浆、化学机械浆、化学浆、微米纤维浆、纳米纤维浆）、循环浆悬浮液（由纤维回收 过滤器除去纤维部分的循环浆）、再生纤维素、溶解浆、添加剂悬浮液和含有固体物的滤出 液中的至少一种运至所述混合罐，并且从那里通过混合泵14输送至涡流清洗器16,在涡流 清洗器16处，分离出较重的颗粒。所述涡流清洗的接收物连续进入至气体分离罐18,在气 体分离罐18处，从造纸原料中移除空气和/或其它气体。然后，将造纸原料传输至流浆箱 的进料泵20,其将造纸原料泵送至所谓的流浆箱筛网22,在流浆箱筛网22处，从造纸原料 中分离出大尺寸的颗粒。将接收物部分通过造纸机2的流浆箱送至造纸机2。然而，产生 不太苛求的最终产物的纤维网机的短循环可不具有涡流清洗器、气体分离设备和/或流浆 箱。
[0064] 在所述现有技术方法中，在涡流清洗设备16之前，在造纸机的短循环中实施PCC 生产。将二氧化碳（C0 2)注射在涡流清洗器的加压侧上，并且，在二氧化碳溶解之后于该同 一管道中的几米处注入石灰乳（MoL)。然而，可以想到，该PCC生产能够更接近于流浆箱发 生，或者注射器之间的距离非常小，几乎在短循环中的相同位置处注入二氧化碳和石灰乳。 这取决于最终产物的要求以及造纸机的设计。
[0065] 根据本发明，提供了一种在线生产方法，其中，将添加剂例如二氧化碳、石灰乳等 进料到造纸机的短循环中（即进入到纤维质网或造纸原料中），而且，其中，随着将这些添 加剂进料至短循环中，基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素MFC。
[0066] "基本上同时地"的意思是可以如下所述地变化，然而，在本上下文中，理解为提供 MFC以便可形成添加剂例如PCC，即在MFC上或者在MFC中发生结晶。
[0067] 当向短循环中进料两种或更多种添加剂时，优选允许这些物质彼此反应，这意味 着将它们以这样的方式进料至短循环中，所述方式允许添加剂发生反应（在石灰乳和二氧 化碳的情况下），以便在MFC上或者在MFC中形成沉淀碳酸钙。
[0068] 根据本发明的一个实施方案，在线PCC方法与向该在线PCC方法中配料添加MFC 相结合。这提供了在造纸工艺中向例如纤维质网提供PCC的完全新颖的方式。
[0069] 在本发明的一个实施方案中，如图2中所示的，将石灰乳、二氧化碳和MFC分开地 注入造纸机的短循环和纤维质网中。
[0070] 在可选择的实施方案中，如图3a和3b中所示的，在例如造纸原料的制备中提供 MFC，且因而MFC存在于造纸原料中，并且，将二氧化碳和石灰乳分开地（图3a)或者同时地 (图3b)注入短循环中。
[0071] 在又一个可选择的实施方案中，如图4中所示的，使石灰乳和MFC在注入短循环中 之前混合，并且，使二氧化碳与该混合物分开地注射。
[007 2] 在再一个可选择的实施方案中，如图5中所示的，使MFC与其它添加剂混合，并且， 使该混合物与石灰乳和二氧化碳分开地注射。
[0073] 在所有的前述实施方案中，应当理解，添加剂即石灰乳、二氧化碳、MFC以及可能的 其它添加剂的注射顺序可以不同的顺序发生或者在短循环中的不同阶段处发生。可以想 到，非常接近于流浆箱进行所述注射，或者，在加入二氧化碳之前进行MFC的配料添加，或 者，"注射点"之间的距离比前面所述的更短或更长。因此，可将MFC、石灰乳和二氧化碳基 本上在相同的注射点注入短循环中。
[0074] 其中发生所述注射的一个或多个点因而形成"PCC反应区"。
[0075] 根据一个实施方案，MFC提供了增大的纤维表面区域，PCC可沉淀在所述纤维表面 区域上或者石灰乳可在所述纤维表面区域上反应以提供更有效的碳酸钙的沉淀。
[0076] 通过改变和调节MFC的表面能、表面pH和表面化学，提供了控制如何在MFC表面 上形成PCC晶体的完全新颖的方式。形成在MFC颗粒表面上的晶体可呈现不同的形状和构 造。
[0077] 通过将MFC的配料添加或引入与所述在线PCC方法相结合，提供了在例如不改变 整个白水循环的情况下控制造纸工艺的新方式。
[0078] 进一步地，在形成面层的纤维质网的应用中，已经观察到若干种改进，例如提高的 纸板白度以及降低的白色表面浊度和提高的纸板平滑度。此外，存在在相同孔隙率下的提 高的弹性模量以及改善的白度。
[0079] 通过使用PCC，存在降低的操作化学品成本、以及提高的纸板机工艺纯度，例如较 少的网络制动器、较少的污斑、没有在管线上的积累。
[0080] 在EP1219344B1中，公开了特别良好地适用于向液体流中均匀地加入液体化学品 的方法和装置。在该方法中，利用了混合器喷嘴，以及，将所述液体化学品进料至混合器喷 嘴中且将第二液体引入到该同一混合器喷嘴中，从而，基本上与从混合器喷嘴以高速将所 述化学品和所述第二液体一起排放到工艺液体中的同时，使所述化学品和第二液体彼此连 通，并与流动通道中的工艺液体流垂直。可将所述化学品和第二液体直接排放到流向造纸 机的流浆箱的纤维悬浮液中。取决于待加入到所述纤维流中的液体化学品的要求，所述第 二液体可为来自造纸过程的循环液体例如白水、或者可为新鲜的水。来自混合器喷嘴的流 速可为其中排放有所述化学品和第二液体的纤维悬浮液的流速的大约5倍。
[0081] 通过使用石灰乳和MFC的这种快速加入，提供了在MFC上非常迅速地形成PCC晶 体的方式。PCC晶体的该快速形成提供了其中PCC以立方晶系构造围绕着MFC的线和丝生 长的新型PCC-纤维复合物。这提供了较小的位阻并且向结构体提供了大的强度。该新型 晶体构造进一步的优点在于其提供了在管道等中没有任何PCC累积的非常清洁的工艺。
[0082] 此外，由于PCC围绕着MFC或纳米纤维素形成并且非常牢固地结合至纤维，使用这 样的小颗粒作为MFC的危险被大大地降低。这可由降低的起尘（在造纸机的干燥区中、在 印刷中、在切割中等）趋势看出，当采用高的PCC量时更是如此。
[0083] 根据一个备选方案，在进料之前或者在进料期间，MFC可被表面改性或者另外与其 它添加剂混合。那些添加剂可为CMC、淀粉、A-PAM、OBA、氯化钙、PAC、以及经测试用于湿部 应用的其它造纸用化学品。
[0084] 实施例
[0085] 在中试造纸机中进行试验。该试验的目标是模拟多层纸板的面层。
[0086] 供给物是100%的精制到26SR级的漂白桦木。运行速度为80米/分钟且克重为 65gsm。使用用于纸板生产中的常规造纸化学品，例如保留性化学品、疏水性上浆剂等。这 些参数在该试验期间保持不变。
[0087] 下表1示出了如何实施所述试验以及其中所用的化学品的总体情况。
[0088] CMC(羧甲基纤维素）的加入不是必要的，然而，能够注意到在强度方面的轻微改 善。但CMC对丝线保留率和亮度没有不利影响。
[0089] 通常加入淀粉，因为其赋予一些强度且没有较大的不利影响。
[0090] 在实施例1中，实施向石灰乳中混入MFC和淀粉，并将其配料添加或引入到在线 PCC反应器中，在所述在线PCC反应器中，还引入〇) 2以用于在短循环中直接形成沉淀碳酸 钙 PCCo
[0091] 在实施例2中，向仅存在桦木纤维的混合箱（稠的原料）中配料添加MFC和淀粉， 而且，如其正常使用的那样使用在线PCC反应器（在没有任何添加剂的情况下配料添加纯 石灰乳）。
[0092] 作为参比（参比1)，使用由用于这些中试试验的造纸厂生产和运输的离线PCC。 在参比2 (以及实施例1和实施例2)中，"在线PCC"是指这样的PCC反应器，g卩，在造纸机 的短循环中，使纸浆和白水刚好在离心清洗器之前进入到所述PCC反应器中，但是，在参比 2中，没有加入MFC。
[0093] 表1.试验的总体情况
[0094]
[0095]
[0096] 由这些试验清楚的是，以7. 5%的在线PCC替代5%的离线PCC是不可能的，因为 在拉伸强度、破裂指数等方面的强度值下降太多。
[0097] 如果根据本发明进行2. 3kg/吨的MFC和淀粉以及石灰乳的加入（实施例1)，则以 7. 5%的在线PCC替代5%的离线PCC是可能的。MFC和淀粉的配料添加水平非常低（2. 3kg/ 吨），这意味着，基于这些配料添加，成本可保持为低的，同时仍得到在层的强度性质方面的 非常大的改善。
[0098] 对于纸板面层，孔隙率必须保持为高的（以便能够快速地干燥纸板），而且，以该 方式（混合MFC和石灰乳），能够保持MFC的量低并保持高的孔隙率水平。
[0099] 实施例2表明，如果向稠的原料中配料添加MFC和淀粉替代物，则需要高得多的量 以用于相同的强度水平并且损失高的孔隙率。31s/100ml的Gurley hill孔隙率表明了该 纸张层的低的孔隙率。
【主权项】
1. 在线生产方法，用于通过将至少一种添加剂的液体流进料至短循环的液体流来将所 述至少一种添加剂的液体流提供在所述短循环中并进入到纤维网机的造纸原料的液体流 中，当存在两种或更多种添加剂时，所述方法进一步包括使这些物料彼此反应，其中所述方 法包括使填料结晶，且其中所述添加剂为二氧化碳和石灰乳，将所述二氧化碳和石灰乳进 料到所述短循环中， 特征在于 与进料所述两种添加剂的液体流基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素或纳米 原纤化多糖，以使所述添加剂反应或者开始成核到所述纤维素表面上或者沉淀在所述微原 纤化纤维素的表面上并由此形成具有所述微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖的络合物。2. 权利要求1的方法，其中，进料到所述短循环中并进入到造纸原料目标悬浮液的液 体流中是通过将至少一种添加剂和/或微原纤化纤维素注入所述造纸原料的液体流中来 实施的。3. 权利要求1-2中任一项的方法，其中，进料到所述短循环中并进入到造纸原料目标 悬浮液的液体流中是通过将至少二氧化碳、石灰乳和/或微原纤化纤维素注入所述造纸原 料的液体流中来实施的。4. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，所述二氧化碳、石灰乳和/或微原纤化纤维素 通过注射分开地进料。5. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，将所述微原纤化纤维素提供到造纸原料的液 体流中，以及，通过注射分开地或同时地进料石灰乳和二氧化碳。6. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，在注入造纸原料的液体流中之前，混合石灰乳 和微原纤化纤维素，并且，使二氧化碳与所述石灰乳和微原纤化纤维素的混合物分开地进 料。7. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，使所述微原纤化纤维素与其它任选的添加剂 混合，并且，使所述混合物与所述石灰和二氧化碳的进料分开地进料。8. 前述权利要求中任一项的方法，其中，由一个或若干个喷嘴以与造纸原料的液体流 的方向基本上垂直的方向且在高于所述液体流流速的流速下实施向所述液体流的注射。9. 前述权利要求中任一项的方法，其中，造纸原料的液体流包括以下组分中的至少一 种：原浆悬浮液（长纤维浆、短纤维浆、机械浆、化学机械浆、化学浆、微米纤维浆、纳米纤维 浆）、循环浆悬浮液（由纤维回收过滤器除去纤维部分的循环浆）、添加剂悬浮液和含有固 体物的滤出液。
【专利摘要】在线生产方法，用于通过将至少一种添加剂的液体流进料至短循环的液体流来在所述短循环中提供所述至少一种添加剂的液体流并进入到纤维网机的造纸原料的液体流中，其中，与进料所述至少一种添加剂的液体流基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖。
【IPC分类】D21H17/70, D21H11/18, D21H17/67, D21H17/25
【公开号】CN104903514
【申请号】CN201380069843
【发明人】O.伊姆波拉, 朱尼.马图拉, 朱希.马图拉, K.塔克拉, I.海斯坎恩, M.瓦凯韦嫩, J.拉萨嫩
【申请人】斯托拉恩索公司, 维滕德技术有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月6日
【公告号】CA2890319A1, EP2917407A1, US20150292159, WO2014072914A1
【技术领域】
[0001] 本文涉及这样的方法，该方法用于纸张和纸板制造工艺的在线生产方法，且用于 在造纸工艺的短循环中同时输送微原纤化纤维素及至少一种添加剂。更具体地说，本文涉 及碳酸钙在在线生产过程中的结晶和沉淀。
【背景技术】
[0002] 向造纸纸浆中加入填料以填充未被纤维占据的空隙空间并由此使纸张表面变得 平滑。它们改善了例如纸张的适印性、尺寸稳定性、匀度和光泽。除此之外，纸张的光学性 质诸如不透明性、光散射和亮度通常得到改善，因为填料的光散射系数和亮度往往高于纸 浆的光散射系数和亮度。
[0003] 填料与木质纤维相比是低价的，且因此也用于纸张制造中以降低造纸原材料的成 本。此外，带有填料的纸幅的干燥需要较少的能量。尽管填料的价格低廉而且对于纸张性 质具有积极的影响，但它们也具有不利的特性。它们通过吸附或沉淀在纤维表面上而干扰 纤维之间的粘合。因为这个原因，纸张的拉伸强度和拉伸刚度降低，而且，在印刷中可出现 掉毛。此外，在造纸机上的磨损可由于填料而增大。它们的保持性也相当地差且能够在纸 张上导致两面差（two-sidedness) 〇
[0004] 在包装纸板级别中，典型地没有使用填料或者以相比于其它纸张级别的非常低的 量使用填料。对此的典型的理由在于它们在不赋予强度性质的情况下提高了纸板的重量而 且它们降低了在相同克重下的尺寸。对于抗弯刚度而言，尺寸是最重要的参数。而且，填料 降低了弹性模量，对于抗弯刚度而言，弹性模量是重要的参数。
[0005] 漂白浆相当经常地用于纸板的面层中。其目标在于具有更高的亮度以及总体上改 善的纸板外观。甚至在这样的情况下仅使用非常低的填料量，而且，使用典型地相当高价的 填料例如Ti02、煅烧高岭土等以使面层的弹性模量最优化并使纸板的抗弯刚度最大化。相 当经常地，面层的克重相对于白度和亮度以及视觉外观最优化，而非相对于最大抗弯刚度 对其进行最优化。
[0006] 因此，对于改善纸板面层的白度和不透明性并同时保持纸板的抗弯刚度且同时使 用低成本的填料存在高度需求。
[0007] 造纸中所用的一种相当典型的填料是沉淀碳酸钙（PCC)。典型地，PCC的生产已经 与实际造纸工艺分开生产。一般在位置靠近造纸厂的专门工厂生产PCC。
[0008] 在W02011110744A1中，公开了与纤维质网的生产工艺有关的用于在线生产碳酸 钙（PCC)的方法和反应器。这涉及在待用于纤维质网生产中的悬浮液中、特别优选直接在 纤维质浆的物流中在线生产PCC，在纤维质浆生产中使用其部分纸浆物流或者滤出液流中 的一种。该方法具有若干种优点，例如降低的投资成本，因为无需具有单独的PCC车间。进 一步地，由于PCC至少部分地直接沉淀在纤维上，因此，存在对于保留性化学品的降低的需 求。
[0009] 在EP2287398A1中，获得了用于取得包含碳酸钙、可能的纤维及纤维-原纤的复合 物的方法，其中，如果需要的话，使用原纤和纤维连接碳酸钙颗粒，其特征在于良好的脱水 能力且用于制造具有大量填料、具有大的强度且具有大的比容的纸张。该发明通过结合五 种测量、使用特定的碳酸钙颗粒（其为（d 5CI)且具有偏三角面体形态以及超过2.5 ym的平 均颗粒直径和4 ym的最大值）、通过将在共沉淀之前的悬浮液中的原纤对碳酸钙颗粒的重 量比设定为0. 2:1-4:1、通过使用纤维-原纤并且经由将在共沉淀之前的原纤中的钙离子 重量比设定为〇. 02:1-0. 2:1而实现。然而，该方法描述了具有纤维的使用二氧化碳和石灰 乳的传统离线沉淀碳酸钙工艺。
[0010] 因此，需要用于生产具有期望的视觉外观以及最佳的弹性模量的纸板层的新方 法。
【发明内容】
[0011] 本发明公开内容的目标是提供用于向纤维质网成型机的短循环中进料添加剂的 改善的方法。所述网也可为多层纸或纸板结构体中的层的一部分。所进料的添加剂也可被 看作是形成多层纸结构体的单独的层，如例如公开US2005034827中所披露的。
[0012] 本发明公开内容的特定目标是提供在短循环中在线沉淀碳酸钙的经改善的方法。
[0013] 通过所附独立权利要求的方法完全或部分地实现所述目标。在附加的从属权利要 求以及下面的说明书和附图中阐述了各实施方案。
[0014] 根据第一个方面，提供了一种在线生产方法，用于通过将至少一种添加剂的液体 流进料至短循环的液体流来在所述短循环中提供所述至少一种添加剂的液体流并进入到 纤维网机（fiber web machine)的造纸原料的液体流中，当存在两种或更多种添加剂时，所 述方法进一步包括使这些物料彼此反应，其中所述方法包括使填料结晶，且其中所述添加 剂为二氧化碳和石灰乳，将所述二氧化碳和石灰乳进料至所述短循环，其中，与进料所述两 种添加剂的液体流基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖，以使所 述添加剂反应或者开始成核到所述纤维素表面上或者沉淀在所述微原纤化纤维素的表面 上并由此形成具有所述微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖的络合物。
[0015] "添加剂"是指这样的反应性添加剂，其在网的湿法挤压之前或者在短循环中反 应，使得在该特别的发明方法中的添加剂产物可为填料材料或者填料-纤维复合材料。
[0016] 通过该在线生产方法，提供了向短循环中进料添加剂例如石灰乳和二氧化碳的方 式，可使所述添加剂与微原纤化纤维素（MFC)混合，以便可由此获得该混合物的有利效果。 添加剂可例如反应或者开始成核到纤维素表面上或者沉淀在微原纤化纤维素的表面上并 由此形成具有MFC的络合物，相比于在未添加MFC的情况下仅向短循环进料添加剂或者如 果添加剂在存在MFC之前发生反应，所述具有MFC的络合物具有得到改善或改变的性质。
[0017] 因此，可例如将MFC纤维另外与在造纸工艺的湿部中沉淀的不同类型的添加剂例 如溶解的纤维素"粘合"在一起。
[0018] 通过该方法，提供了该沉淀碳酸钙（PCC)的"在线生产"，由此在造纸机的短循环 中直接产生沉淀碳酸钙。这样的方法描述于例如US2011000633和W02011/110744中。
[0019] 在造纸中，MFC或所谓的纳米纤维素的使用已经得到相当广泛的研宄。已经发现， 虽然MFC改善了强度性质（包括弹性模量，其对于纸板面层而言是重要的），但是，其降低了 孔隙率并同时提高了干燥收缩性。然而，这些对于例如纸板制造以及纸板性质具有不利影 响，因为面层孔隙率由于MFC而降低，这导致起泡的危险。具有低孔隙率的层的干燥将在纸 板内形成蒸气，而且，由于该蒸气无法足够快速地溢出，纸板发生分层。此外，MCF提高了干 燥收缩性，小程度的干燥将提高纸板的表面粗糙度并导致差的印刷品质。进一步地，知晓： 在线PCC方法提供了清洁的造纸机系统，因为存在对于保留性化学品的少得多的需要（或 者明显降低的需要）。
[0020] 通过将在线PCC方法与微原纤化纤维素MFC的供给或给料进行组合，已经观察到 在例如面层应用方面的若干种改善。
[0021] 存在提高的纸板白度以及降低的白色表面浊度和提高的纸板平滑度。
[0022] 存在在相同孔隙率下的提高的弹性模量以及改善的白度。
[0023] 通过使用在线PCC，存在降低的处理化学品成本、以及提高的纸板机工艺纯度（体 现为较少的网络制动器、较少的污斑、没有在管线上的积累）。
[0024] 已经出人意料地发现，PCC颗粒的沉淀更优选地发生在存在于工艺用水中的细小 颗粒的表面上，这还涉及这些细小颗粒的高的表面积、较高的表面能及pH性质。
[0025] "适当量的MFC"是指这样的量，其足以与石灰乳相互作用并且进一步地在MFC上 或者在MFC中沉淀有效量的PCC。这可根据造纸原料的最终产物而变化，但作为实例，取决 于造纸原料的来源以及所需的面层特性，MFC的剂量可为5-50kg/吨纸板面层且PCC为面 层的 1-20% (10-200kg/ 吨面层）。
[0026] 通过将微原纤化纤维素或"纳米纤维素"(MFC)与石灰乳基本上同时地提供到在线 反应器中以用于与二氧化碳的进一步反应（这对应于所公开的MFC-PCC材料生产方法），从 而，可容易地控制用于获得令人满意的白度和视觉外观并且仍然能够控制干燥收缩性并保 持改善的弹性模量而需要的细料量，因为在MFC颗粒上或者在MFC溶液中沉淀更大部分的 碳酸钙。
[0027] 因此，由于MFC的表面pH和化学性可被调整，通过在在线PCC方法中引入或给料 MFC，提供了一种控制所需细料量的方式，且因此，可控制引入到短循环或液体原料纤维流 中的PCC的颗粒大小和尺寸。
[0028] 此外，通过在MFC表面上具有PCC颗粒，可控制纸板的孔隙率，能够控制干燥收缩 性并且可保持由MFC提供的改善的弹性模量。通过在纸板的面层上具有PCC颗粒，可在不 降低抗弯刚度的情况下改善纸板的白度和适印性。
[0029] 与使用更高价的填料来获得光学性质相比，由于在线PCC是相对便宜的填料，因 此，纸板的成本可得到降低。
[0030] 还存在对纸板制造机的提高的清洁度的需要。
[0031] 根据一个实施方案，可通过将至少一种添加剂和/或微原纤化纤维素注入造纸原 料的液体流中来实施向短循环的进料。可通过将二氧 化碳、石灰乳和/或微原纤化纤维素 中的至少任意一种注入造纸原料的液体流中来实施向短循环的进料。
[0032] 根据一个可选择的实施方案，可通过注射分开地进料二氧化碳、石灰乳和/或微 原纤化纤维素。
[0033] 因此，"基本上同时地提供MFC"是指将二氧化碳、石灰乳和MFC同时且彼此邻接地 进料到液体流中。
[0034] 根据可选择的实施方案，可在造纸原料的液体流中提供微原纤化纤维素，而且，可 通过注射分别或同时地进料石灰乳和二氧化碳。
[0035] 因此，"基本上同时地提供"在本文中是指MFC存在于液体流中且同时或分别地 (且彼此邻接地）释放石灰乳和二氧化碳。
[0036] 根据又一个可选择的实施方案，可在注入造纸原料的液体流中之前混合石灰乳和 微原纤化纤维素，而且，可使二氧化碳与石灰乳和微原纤化纤维素的混合物分开地进料。
[0037] 因此，"基本上同时地提供"是指在进料至造纸原料的液体流中之前混合石灰和 MFC而且分开地但与该混合物邻接地进料二氧化碳。
[0038] 根据又一实施方案，微原纤化纤维素可与其它任选的添加剂混合，而且，可使该混 合物与石灰和二氧化碳的进料分开地进料。
[0039] 可由一个或更多个的若干喷嘴以与液体流的方向基本上垂直的方向且在高于液 体流流速的流速下实施向造纸原料的液体流的注射。
[0040] 液体流原料中的石灰乳和二氧化碳的该快速沉淀反应或快的加成以及进一步的 反应提供了一种容易的PCC沉淀方式，因为可非常快速地形成在MFC上的结晶（即碳酸钙 沉淀）。这可提供新型填料-纤维络合物的形成，其中，PCC在MFC的表面上形成新型结晶。
[0041] 造纸原料的液体流可包含以下组分中的至少一种：原浆悬浮液（长纤维浆、短纤 维浆、机械浆、化学机械浆、化学浆、微米纤维浆、纳米纤维浆）、循环浆悬浮液（由纤维回收 过滤器除去纤维部分的循环浆）、纤维素晶须、再生纤维素纤维、溶解浆、添加剂悬浮液以及 含有固体物的滤出液。
[0042] 根据可选择的实施方案，纤维质网不仅具有液体或含水形式，还可形成为发泡体 (即，通过捕集液体或固体中的气囊而形成的物质）。
【附图说明】
[0043] 现在将例如参考所附的示意图来描述本解决方案的实施方式，其中：
[0044] 图1示意性地示出了根据现有技术的短循环布置。
[0045] 图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的短循环布置。
[0046] 图3a_b示意性地示出了根据本发明的一个可选择的实施方案的短循环布置。
[0047] 图4示意性地示出了根据本发明的又一个可选择的实施方案的短循环布置。
[0048] 图5示意性地示出了根据本发明的另一个可选择的实施方案的短循环布置。
【具体实施方式】
[0049] 纳米原纤化多糖的宙义
[0050] 该定义包括采用传统纺丝技术或者采用静电纺丝纺成的细菌纤维素或纳米纤维 素。此外，可通过其它手段采用例如离子液体或膜技术（溶解纤维素的沉淀或凝聚）形成 所述纤维，且因此具有通过选择性溶解液体获得的再生纤维素或释出原纤的形式。在这些 情况下，所述材料优选为多糖，但不仅限于多糖。
[0051] 此外，微晶纤维素、晶须及纳晶纤维素也包括在该定义中。所述组分还可为所示的 材料的混合物或者有机纳米纤维与合成纳米纤维之间的组合。
[0052] 微原纤化纤维素的宙义
[0053] 微原纤化纤维素（MFC)也称作纳米纤维素。其为典型地由木纤维素纤维（由硬木 或软木纤维这两者）制成的材料。其还可由微生物来源、农业纤维例如麦杆浆、竹子或其它 非木材纤维来源制造。在微原纤化纤维素中，各微原纤已经被部分或完全地彼此分开。微 原纤化纤维素原纤通常非常薄（~20nm)且长度经常为100nm-10ym。然而，微原纤也可 为较长的，例如10-200 ym，而且，由于宽的长度分布，能够发现甚至2000 ym的长度。在该 MFC定义中包括这样的纤维，所述纤维已经发生原纤化且在表面上具有微原纤，而且，微原 纤分离并位于浆液的水相中。此外，晶须也包括在该MFC定义中。
[0054] 可采用不同的手段（例如机械或化学或酶）、或者通过使用细菌、或者通过组合诸 如化学和机械的处理步骤来制造MFC或纳米纤维素或纳晶纤维素。
[0055] 此外，可使用不同类型的纺丝和沉淀工艺。在该情况下，用于制造纳米纤维或MFC 的起始材料可为多糖。
[0056] 虽然已经知晓一一微原纤化纤维素（MFC)提高纸张的弹性模量，但是，由于降低的 孔隙率（差的孔隙率/弹性模量比率）以及提高的干燥收缩性，微原纤化纤维素（MFC)对 于纸板面层而言不是有益的。
[0057] 然而，存在提高纸板级别的白度的需要，但是，由于弹性模量的降低，因此，以前还 未使用填料而有效地使其成为可能。在双层式纸板（具有褐色中间层的3层纸板）中，这 主要伴随着面层克重增大（和3%填料）而实现。
[0058] 沉淀碳酸钙（PCC)的宙义
[0059] 几乎所有的PCC均是通过熟石灰的直接碳酸盐化（称作石灰乳工艺）制得。使氧 化钙（CaO)与水混合形成消石灰或石灰乳或熟石灰。混合乳状石灰（在本申请中也表示为 石灰乳）和二氧化碳，并使其反应以形成沉淀碳酸钙（PCC)。然后，PCC可用作纸张和纸板 (特别是诸如卷烟纸、层压用纸等的纸张）中的填料。PCC还可用于纸张或纸板的表面上浆， 或者作为矿物涂料或阻隔物中的颜料。所述PCC还可用作塑料中的填料。
[0060] 在沉淀碳酸钙的定义中，还包括这样的可能性--包括混合在水中的其它金属 (n)氧化物例如Mg(0H)2。
[0061]在线沉淀碳酸钙方法的宙义
[0062] "在线生产"是指在造纸原料的物流中直接生成沉淀碳酸钙（PCC)，即，使捕集的二 氧化碳与消石灰乳在线地组合，而非与造纸工艺分开地生产。PCC的单独生产进一步要求使 用保留性物质以使PCC紧固至纤维。在线PCC方法通常被认为提供了更为清洁的造纸机系 统，且存在对于保留性化学品的降低的需求。在线PCC方法例如公开在W02011/110744中。
[0063] 图1示出了用于在线生产沉淀碳酸钙的现有技术方法（如US2011/0000633中所 公开的）以及用于造纸机2的示意性工艺布置。将白水F运至例如混合罐或滤出液罐4,向 其中引入各种纤维质组分以用于造纸原料制备。经由配件，将原浆悬浮液（长纤维浆、短纤 维浆、机械浆、化学机械浆、化学浆、微米纤维浆、纳米纤维浆）、循环浆悬浮液（由纤维回收 过滤器除去纤维部分的循环浆）、再生纤维素、溶解浆、添加剂悬浮液和含有固体物的滤出 液中的至少一种运至所述混合罐，并且从那里通过混合泵14输送至涡流清洗器16,在涡流 清洗器16处，分离出较重的颗粒。所述涡流清洗的接收物连续进入至气体分离罐18,在气 体分离罐18处，从造纸原料中移除空气和/或其它气体。然后，将造纸原料传输至流浆箱 的进料泵20,其将造纸原料泵送至所谓的流浆箱筛网22,在流浆箱筛网22处，从造纸原料 中分离出大尺寸的颗粒。将接收物部分通过造纸机2的流浆箱送至造纸机2。然而，产生 不太苛求的最终产物的纤维网机的短循环可不具有涡流清洗器、气体分离设备和/或流浆 箱。
[0064] 在所述现有技术方法中，在涡流清洗设备16之前，在造纸机的短循环中实施PCC 生产。将二氧化碳（C0 2)注射在涡流清洗器的加压侧上，并且，在二氧化碳溶解之后于该同 一管道中的几米处注入石灰乳（MoL)。然而，可以想到，该PCC生产能够更接近于流浆箱发 生，或者注射器之间的距离非常小，几乎在短循环中的相同位置处注入二氧化碳和石灰乳。 这取决于最终产物的要求以及造纸机的设计。
[0065] 根据本发明，提供了一种在线生产方法，其中，将添加剂例如二氧化碳、石灰乳等 进料到造纸机的短循环中（即进入到纤维质网或造纸原料中），而且，其中，随着将这些添 加剂进料至短循环中，基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素MFC。
[0066] "基本上同时地"的意思是可以如下所述地变化，然而，在本上下文中，理解为提供 MFC以便可形成添加剂例如PCC，即在MFC上或者在MFC中发生结晶。
[0067] 当向短循环中进料两种或更多种添加剂时，优选允许这些物质彼此反应，这意味 着将它们以这样的方式进料至短循环中，所述方式允许添加剂发生反应（在石灰乳和二氧 化碳的情况下），以便在MFC上或者在MFC中形成沉淀碳酸钙。
[0068] 根据本发明的一个实施方案，在线PCC方法与向该在线PCC方法中配料添加MFC 相结合。这提供了在造纸工艺中向例如纤维质网提供PCC的完全新颖的方式。
[0069] 在本发明的一个实施方案中，如图2中所示的，将石灰乳、二氧化碳和MFC分开地 注入造纸机的短循环和纤维质网中。
[0070] 在可选择的实施方案中，如图3a和3b中所示的，在例如造纸原料的制备中提供 MFC，且因而MFC存在于造纸原料中，并且，将二氧化碳和石灰乳分开地（图3a)或者同时地 (图3b)注入短循环中。
[0071] 在又一个可选择的实施方案中，如图4中所示的，使石灰乳和MFC在注入短循环中 之前混合，并且，使二氧化碳与该混合物分开地注射。
[007 2] 在再一个可选择的实施方案中，如图5中所示的，使MFC与其它添加剂混合，并且， 使该混合物与石灰乳和二氧化碳分开地注射。
[0073] 在所有的前述实施方案中，应当理解，添加剂即石灰乳、二氧化碳、MFC以及可能的 其它添加剂的注射顺序可以不同的顺序发生或者在短循环中的不同阶段处发生。可以想 到，非常接近于流浆箱进行所述注射，或者，在加入二氧化碳之前进行MFC的配料添加，或 者，"注射点"之间的距离比前面所述的更短或更长。因此，可将MFC、石灰乳和二氧化碳基 本上在相同的注射点注入短循环中。
[0074] 其中发生所述注射的一个或多个点因而形成"PCC反应区"。
[0075] 根据一个实施方案，MFC提供了增大的纤维表面区域，PCC可沉淀在所述纤维表面 区域上或者石灰乳可在所述纤维表面区域上反应以提供更有效的碳酸钙的沉淀。
[0076] 通过改变和调节MFC的表面能、表面pH和表面化学，提供了控制如何在MFC表面 上形成PCC晶体的完全新颖的方式。形成在MFC颗粒表面上的晶体可呈现不同的形状和构 造。
[0077] 通过将MFC的配料添加或引入与所述在线PCC方法相结合，提供了在例如不改变 整个白水循环的情况下控制造纸工艺的新方式。
[0078] 进一步地，在形成面层的纤维质网的应用中，已经观察到若干种改进，例如提高的 纸板白度以及降低的白色表面浊度和提高的纸板平滑度。此外，存在在相同孔隙率下的提 高的弹性模量以及改善的白度。
[0079] 通过使用PCC，存在降低的操作化学品成本、以及提高的纸板机工艺纯度，例如较 少的网络制动器、较少的污斑、没有在管线上的积累。
[0080] 在EP1219344B1中，公开了特别良好地适用于向液体流中均匀地加入液体化学品 的方法和装置。在该方法中，利用了混合器喷嘴，以及，将所述液体化学品进料至混合器喷 嘴中且将第二液体引入到该同一混合器喷嘴中，从而，基本上与从混合器喷嘴以高速将所 述化学品和所述第二液体一起排放到工艺液体中的同时，使所述化学品和第二液体彼此连 通，并与流动通道中的工艺液体流垂直。可将所述化学品和第二液体直接排放到流向造纸 机的流浆箱的纤维悬浮液中。取决于待加入到所述纤维流中的液体化学品的要求，所述第 二液体可为来自造纸过程的循环液体例如白水、或者可为新鲜的水。来自混合器喷嘴的流 速可为其中排放有所述化学品和第二液体的纤维悬浮液的流速的大约5倍。
[0081] 通过使用石灰乳和MFC的这种快速加入，提供了在MFC上非常迅速地形成PCC晶 体的方式。PCC晶体的该快速形成提供了其中PCC以立方晶系构造围绕着MFC的线和丝生 长的新型PCC-纤维复合物。这提供了较小的位阻并且向结构体提供了大的强度。该新型 晶体构造进一步的优点在于其提供了在管道等中没有任何PCC累积的非常清洁的工艺。
[0082] 此外，由于PCC围绕着MFC或纳米纤维素形成并且非常牢固地结合至纤维，使用这 样的小颗粒作为MFC的危险被大大地降低。这可由降低的起尘（在造纸机的干燥区中、在 印刷中、在切割中等）趋势看出，当采用高的PCC量时更是如此。
[0083] 根据一个备选方案，在进料之前或者在进料期间，MFC可被表面改性或者另外与其 它添加剂混合。那些添加剂可为CMC、淀粉、A-PAM、OBA、氯化钙、PAC、以及经测试用于湿部 应用的其它造纸用化学品。
[0084] 实施例
[0085] 在中试造纸机中进行试验。该试验的目标是模拟多层纸板的面层。
[0086] 供给物是100%的精制到26SR级的漂白桦木。运行速度为80米/分钟且克重为 65gsm。使用用于纸板生产中的常规造纸化学品，例如保留性化学品、疏水性上浆剂等。这 些参数在该试验期间保持不变。
[0087] 下表1示出了如何实施所述试验以及其中所用的化学品的总体情况。
[0088] CMC(羧甲基纤维素）的加入不是必要的，然而，能够注意到在强度方面的轻微改 善。但CMC对丝线保留率和亮度没有不利影响。
[0089] 通常加入淀粉，因为其赋予一些强度且没有较大的不利影响。
[0090] 在实施例1中，实施向石灰乳中混入MFC和淀粉，并将其配料添加或引入到在线 PCC反应器中，在所述在线PCC反应器中，还引入〇) 2以用于在短循环中直接形成沉淀碳酸 钙 PCCo
[0091] 在实施例2中，向仅存在桦木纤维的混合箱（稠的原料）中配料添加MFC和淀粉， 而且，如其正常使用的那样使用在线PCC反应器（在没有任何添加剂的情况下配料添加纯 石灰乳）。
[0092] 作为参比（参比1)，使用由用于这些中试试验的造纸厂生产和运输的离线PCC。 在参比2 (以及实施例1和实施例2)中，"在线PCC"是指这样的PCC反应器，g卩，在造纸机 的短循环中，使纸浆和白水刚好在离心清洗器之前进入到所述PCC反应器中，但是，在参比 2中，没有加入MFC。
[0093] 表1.试验的总体情况
[0094]
[0095]
[0096] 由这些试验清楚的是，以7. 5%的在线PCC替代5%的离线PCC是不可能的，因为 在拉伸强度、破裂指数等方面的强度值下降太多。
[0097] 如果根据本发明进行2. 3kg/吨的MFC和淀粉以及石灰乳的加入（实施例1)，则以 7. 5%的在线PCC替代5%的离线PCC是可能的。MFC和淀粉的配料添加水平非常低（2. 3kg/ 吨），这意味着，基于这些配料添加，成本可保持为低的，同时仍得到在层的强度性质方面的 非常大的改善。
[0098] 对于纸板面层，孔隙率必须保持为高的（以便能够快速地干燥纸板），而且，以该 方式（混合MFC和石灰乳），能够保持MFC的量低并保持高的孔隙率水平。
[0099] 实施例2表明，如果向稠的原料中配料添加MFC和淀粉替代物，则需要高得多的量 以用于相同的强度水平并且损失高的孔隙率。31s/100ml的Gurley hill孔隙率表明了该 纸张层的低的孔隙率。
【主权项】
1. 在线生产方法，用于通过将至少一种添加剂的液体流进料至短循环的液体流来将所 述至少一种添加剂的液体流提供在所述短循环中并进入到纤维网机的造纸原料的液体流 中，当存在两种或更多种添加剂时，所述方法进一步包括使这些物料彼此反应，其中所述方 法包括使填料结晶，且其中所述添加剂为二氧化碳和石灰乳，将所述二氧化碳和石灰乳进 料到所述短循环中， 特征在于 与进料所述两种添加剂的液体流基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素或纳米 原纤化多糖，以使所述添加剂反应或者开始成核到所述纤维素表面上或者沉淀在所述微原 纤化纤维素的表面上并由此形成具有所述微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖的络合物。2. 权利要求1的方法，其中，进料到所述短循环中并进入到造纸原料目标悬浮液的液 体流中是通过将至少一种添加剂和/或微原纤化纤维素注入所述造纸原料的液体流中来 实施的。3. 权利要求1-2中任一项的方法，其中，进料到所述短循环中并进入到造纸原料目标 悬浮液的液体流中是通过将至少二氧化碳、石灰乳和/或微原纤化纤维素注入所述造纸原 料的液体流中来实施的。4. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，所述二氧化碳、石灰乳和/或微原纤化纤维素 通过注射分开地进料。5. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，将所述微原纤化纤维素提供到造纸原料的液 体流中，以及，通过注射分开地或同时地进料石灰乳和二氧化碳。6. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，在注入造纸原料的液体流中之前，混合石灰乳 和微原纤化纤维素，并且，使二氧化碳与所述石灰乳和微原纤化纤维素的混合物分开地进 料。7. 权利要求1-3中任一项的方法，其中，使所述微原纤化纤维素与其它任选的添加剂 混合，并且，使所述混合物与所述石灰和二氧化碳的进料分开地进料。8. 前述权利要求中任一项的方法，其中，由一个或若干个喷嘴以与造纸原料的液体流 的方向基本上垂直的方向且在高于所述液体流流速的流速下实施向所述液体流的注射。9. 前述权利要求中任一项的方法，其中，造纸原料的液体流包括以下组分中的至少一 种：原浆悬浮液（长纤维浆、短纤维浆、机械浆、化学机械浆、化学浆、微米纤维浆、纳米纤维 浆）、循环浆悬浮液（由纤维回收过滤器除去纤维部分的循环浆）、添加剂悬浮液和含有固 体物的滤出液。
【专利摘要】在线生产方法，用于通过将至少一种添加剂的液体流进料至短循环的液体流来在所述短循环中提供所述至少一种添加剂的液体流并进入到纤维网机的造纸原料的液体流中，其中，与进料所述至少一种添加剂的液体流基本上同时地提供适当量的微原纤化纤维素或纳米原纤化多糖。
【IPC分类】D21H17/70, D21H11/18, D21H17/67, D21H17/25
【公开号】CN104903514
【申请号】CN201380069843
【发明人】O.伊姆波拉, 朱尼.马图拉, 朱希.马图拉, K.塔克拉, I.海斯坎恩, M.瓦凯韦嫩, J.拉萨嫩
【申请人】斯托拉恩索公司, 维滕德技术有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月6日
【公告号】CA2890319A1, EP2917407A1, US20150292159, WO2014072914A1
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