Способ изготовления бумажной продукции

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАЖНОЙ ПРОДУКЦИИ Изобретение относится к способу изготовления бумаги, картона или тяжелого картона, в котором сухой распыляемый крахмал наносят на движущееся полотно влажного материала, и отличается тем, что крахмал в порошкообразной форме напыляют на полотно влажного материала с помощью одного или нескольких сопел вместе с газом-носителем со скоростью по меньшей мере 0,5 м/с. Изобретение относится к способу изготовления бумаги, картона или тяжелого картона с нанесением распыляемого крахмала на движущееся полотно влажного материала. При изготовлении бумаги, картона или тяжелого картона, которые далее совокупно называются бумажной продукцией, для повышения прочности в большинстве случаев добавляют крахмал. В частности,при применении более или менее значительной доли макулатуры в дополнение к свежей целлюлозе такое добавление крахмала необходимо, поскольку изготовленная бумага вторичной переработки обычно имеет отчетливо более короткую среднюю длину волокон, что значительно ухудшало бы прочность бумажной продукции. Как правило, к суспензии волокнистой массы крахмал добавляется в количестве между 0,5 и 10 вес.%, по обстоятельствам до 15 вес.%, обычно между около 1 и 5 вес.% в каждом случае в расчете на сухой вес. Крахмал может быть применен либо как крахмал, добавляемый на мокром этапе, распыляемый крахмал или поверхностный крахмал. Добавляемый на мокром этапе крахмал примешивается к суспензии волокнистой массы уже в постоянной части бумагоделательной машины, то есть в бассейне перед напуском массы, причем зачастую применяются катионные и/или анионные модифицированные сорта крахмала, которые вводятся в виде порошка, суспензии или преимущественно в виде раствора. Распыляемый крахмал, как правило, наносится в виде водной суспензии, например, приблизительно 3%-ной, после напуска массы в сеточной части. При изготовлении многослойной бумажной продукции распыляемый крахмал часто (также) напыляется между отдельными слоями, чтобы при клейстеризации повысить прочность сцепления слоев. Нанесенный таким образом распыляемый крахмал во время прохода через сеточную часть внедряется в полотно материала и опять же содействует повышению внутренней прочности бумажной продукции. Поверхностный крахмал обычно наносится в клеильном прессе, то есть в сухой части, в форме тонкой пленки водного крахмального раствора на поверхность полотна материала, то есть накатывается. Эта суспензия служит не только для повышения прочности, но и специально для регулирования свойств поверхности, в частности гладкости, пористости и пригодности для печати, и также может содержать ряд добавок, например, таких как проклеивающий материал, пигменты, красители и оптический отбеливатель. Однако по соображениям экономичности, необходимость в добавлении крахмала значительно сокращается частичным применением бумаги или волокон вторичной переработки. Вследствие того факта,что крахмал представляет собой природный полимер с заданным гранулометрическим составом, большая доля гидратированных зерен распыляемого крахмала в суспензии просачивается сквозь полотно материала в сеточной части и вымывается вместе с водой. Если перед размещенной ниже по потоку установкой для очистки сточных вод не производится механическое, по меньшей мере, грубое отделение,предпочтительно с регенерацией, крахмала из сточных вод, то эта доля распыляемого крахмала в сточных водах создает дополнительную нагрузку на очистную установку. При таких обстоятельствах цель изобретения состояла в создании улучшенного способа изготовления бумажной продукции, в котором, по меньшей мере частично, могли бы быть устранены вышеуказанные недостатки. Автор настоящего изобретения согласно идее данной патентной заявки в ходе своих исследований провел эксперименты по нанесению твердого распыляемого крахмала в форме порошка на полотно влажного материала, чтобы удерживать содержание воды на низком уровне и повысить прочность бумаги. Такое нанесение твердого крахмала уже упомянуто в патентном документе DE 2.108.658 А. Описанное там изобретение относится к изготовлению многослойного картона наслаиванием друг на друга влажных отдельных слоев со спрессовыванием в гауч-прессе. Для "склеивания" этих отдельных слоев предлагается нанесение связующего средства, например, такого как крахмал, не на всю поверхность по меньшей мере одного из отдельных слоев. Несплошное нанесение указано как существенный признак,поскольку тем самым могут поддерживаться объем, газопроницаемость и водопроницаемость. В частности, тем самым обе сеточные стороны отдельных слоев должны быть взаимно припрессованы друг к другу, причем дополнительно нанесенное связующее средство должно устранять известный дефицит тонкодисперсных материалов в области поверхностей сеточных сторон. Применение связующего средства в порошкообразном виде как раз упомянуто как благоприятное,поскольку это, с одной стороны, не повышает содержание воды в полотне и, с другой стороны, обеспечивает точечное нанесение связующего средства. Однако в качестве предпочтительного описано нанесение распылением водного раствора или дисперсии катионного связующего средства, например, такого как крахмал, так как этим путем может быть достигнуто тонкое и равномерное распределение дискретных частиц. Следовательно, вязкость названа решающим фактором для выбора связующего средства(которая при нанесении в сухом виде, естественно, не играет никакой роли), и в отдельном примере набрызгивается 3%-ная водная суспензия крахмала. Однако способ нанесения сухого связующего средства в описании патентного документа DE 2.108.658 А четко не раскрыт. Нанесение связующего средства в каждом случае производится непосредственно перед спрессовыванием в гауч-прессе, то есть в конце сеточной части. В патентном документе WO 2006/037750 А 1 и его приоритетной заявке DE 102004048430 А 1 также дано указание на применение твердого крахмала. Однако ни в одной из обеих заявок не раскрыты точные подходы и преимущества применения твердого крахмала сравнительно с суспензией или дисперсией. Вместе с тем исследования автора настоящего изобретения теперь привели к тому, что простое посыпание или набрызгивание сухого крахмала на полотно материала хотя и возможно, но нецелесообразно. Поскольку передвижение полотен из волокнистой массы в современных бумагоделательных машинах происходит со скоростью до 2000 м/мин, то есть 120 км/ч, полотно материала на своей поверхности увлекает слой воздуха. Сухой крахмал должен пройти сквозь эту "воздушную подушку", чтобы иметь возможность попасть на влажное полотно. Если просто насыпать крахмальный порошок на полотно,большая часть его попадает совсем не на поверхность полотна, а отбрасывается слоем воздуха, распределяется, прежде всего, в окружающем воздухе и либо оседает затем рядом с бумагоделательной машиной на пол, либо высасывается вентиляционной установкой. Значительное повышение прочности бумаги этим путем невозможно. Обусловленный воздушной подушкой комплекс проблем в известной автору настоящего изобретения литературе не обсуждается. По меньшей мере частичное, разрешение этих проблем состоит в применении устройства для разбрасывания порошка сухого крахмала непосредственно поверх полотна материала, например, с расстояния (четко) менее 1 см. Благодаря этому воздушный слой прорывается устройством для разбрасывания порошка таким образом, что на поверхность полотна может попадать большая часть сухого крахмала. Однако вследствие воздушных завихрений в этой области все еще относительно большая часть крахмала теряется. Кроме того, неровности полотна материала создают опасность соскабливания полотна волокнистой массы устройством для разбрасывания порошка, что в наихудшем случае ведет к разрыву полотна. Поэтому цель изобретения состояла в создании способа, которым могут быть явно улучшены параметры прочности бумажной продукции добавлением сухого крахмала без потери большой части крахмала. Сущность изобретения Эта цель достигнута созданием способа изготовления бумаги, картона или тяжелого картона, в котором сухой распыляемый крахмал наносят на движущееся полотно влажного материала и который отличается тем, что крахмал в порошкообразном виде напыляют на полотно влажного материала с помощью одного или нескольких сопел вместе с газом-носителем со скоростью по меньшей мере 0,5 м/с. Соответствующим изобретению напылением сухого крахмала через одно или несколько сопел, что далее ради простоты будет коротко называться "распылительным нанесением", со скоростью по меньшей мере 0,5 м/с, по существу, весь транспортируемый в потоке газа-носителя крахмал может проходить сквозь воздушную подушку поверх полотна материала, тем самым попадать на поверхность полотна и соответственно закрепляться на нем. При этом является преимущественным по возможности равномерное распределение крахмала по полотну материала, чтобы повысить параметры прочности бумажной продукции по всей ее площади в целом. Даже если далее речь иногда идет только об одном сопле, в этом случае следует понимать, что также должно быть включено множество, например одна или несколько, серий сопел. Кроме того, крахмал предпочтительно напыляют на верхнюю сторону полотна, под которой здесь подразумевается сторона, обращенная в противоположном от сеточной стороны направлении, также называемая верхней стороной бумаги. Однако в определенных случаях нанесение может быть выполнено также с нижней стороны лишь после схода влажного полотна с сетки. Хотя газ-носитель особо не ограничивают, пока он не вызывает нежелательных реакций в бумажном полотне, но из экономических соображений, как правило, в качестве газа выбирается воздух. Дополнительное преимущество соответствующего изобретению способа состоит в том, что распыленному твердому крахмалу требуется определенное время, чтобы быть смоченным водой из полотна материала, гидратироваться и суспендироваться или раствориться. При надлежащем выборе параметров соответствующего изобретению способа, например, таких как давление в сопле, тип и размер зерен крахмала, содержание воды и скорость перемещения полотна материала, давление всасывания в сеточной части и т.д., во время прохода через сеточную часть не имеется времени, достаточного для полного просачивания крахмала сквозь полотно материала. Тем самым в сеточной части, по существу, не происходит выведения распыляемого крахмала вместе с водой. Место сеточной части бумагоделательной машины, в котором сухой распыляемый крахмал напыляется на полотно материала, не является особо ограниченным. В зависимости от того, какие параметры бумажной продукции должны быть улучшены, нанесение может выполняться, например, уже вскоре после напуска бумажной массы или также незадолго до или вскоре после водной линии, вследствие чего для крахмала имеется по-разному длительное время для внедрения в полотно материала и распределения в нем. Под водной линией подразумевается место, ниже которого полотно в сеточной части уже было обезвожено до такой степени, что его поверхность уже больше не блестит. Например, для повышения усилия продавливания оказалось благоприятным напылять распыляемый крахмал вскоре после напуска бумажной массы, однако для улучшения так называемого "Wax Pik" ("поверхностной прочности бумаги"), показателя, определяемого при испытании поверхностной прочности восковым штифтом, предпочтительным является напыление лишь незадолго перед водной линией, как это ясно представлено в приведенных далее примерах. При обычных в остальном параметрах согласно изобретению оказалось существенным, что крахмал напыляется на полотно материала воздухом в виде газа-носителя со скоростью по меньшей мере 0,5 м/с,предпочтительно по меньшей мере 1 м/с, причем здесь в каждом случае подразумевается скорость истечения из сопла. Более низкая чем 0,5 м/с скорость истечения оказалась слишком малой, чтобы обеспечить возможность прохождения, по существу, всего напыляемого крахмала через воздушную подушку в особенности при очень быстродействующих бумагоделательных машинах, которые создают более толстую воздушную подушку. Однако при очень высоких скоростях истечения, например, таких как свыше 2 или 3 м/с, могло бы,с одной стороны, потребоваться неэкономично высокое давление на выходе сопла и, с другой стороны,крахмал мог бы слишком глубоко внедряться в полотно и продавливаться ("простреливаться") сквозь него, так что он пронизывал бы насквозь полотно материала в сеточной части. Поэтому согласно современному опыту автора настоящего изобретения предпочтительный диапазон скорости истечения составляет от 0,5 до 3 м/с, более предпочтительно от 0,75 до 2,5 м/с, еще более предпочтительно от 1 до 2 м/с, в частности от 1 до 1,5 м/с. Расстояние до сопла или сопел от поверхности полотна материала не является конкретно ограниченным и зависит, прежде всего, от данной скорости истечения из сопла и скорости транспортирования полотна материала. Для вышеуказанных предпочтительных скоростей частиц крахмала между 0,5 и 3 м/с на выходе из сопла оказались благоприятными комбинации с расстояниями до сопел между 5 и 80 см,предпочтительно между 10 и 50 см. При слишком большом расстоянии потребовалось бы повышение скорости истечения из сопла, чтобы преодолеть воздушную подушку, что было бы экономически нецелесообразным, и при слишком малом отдалении действием воздушной струи повреждалась бы целостность поверхности полотна материала в сеточной части. При этом следует также принимать во внимание форму распыления распыла, которая достигается посредством сопла или сопел, то есть конфигурацию распределения выбрасываемых из сопла или сопел крахмальных зерен на поверхности полотна материала. Для достижения достаточного действия по всему полотну волокнистой массы формы распыления распыла из нескольких сопел должны перекрываться,чтобы тем самым обеспечить однородное нанесение крахмала. При слишком малом расстоянии сопел от полотна для этого потребуется слишком большое число сопел, что повышало бы затраты на оборудование. Кроме того, при очень близком расстоянии возникали бы проблемы, подобные тем, которые до сих пор были упомянуты в связи с устройством для разбрасывания порошка. Для заданных эксплуатационных параметров определенной бумагоделательной машины оптимальная в каждом случае комбинация числа сопел, скорости истечения из сопел и расстояния до сопел может быть легко определена соответствующим специалистом без чрезмерного экспериментирования, например, по формам распыления распыла. В особенно предпочтительных вариантах исполнения крахмал перед столкновением с полотном материала электростатически заряжают. Благодаря этому сухой крахмал притягивается к обычно заземленному полотну из волокнистой массы, в результате чего согласно настоящему изобретению может быть еще дополнительно сокращена и без того уже незначительная часть крахмального порошка, теряемая в окружающей среде. Способ, каким крахмал электростатически заряжается, не является конкретно ограниченным. Так,например, он может быть электростатически заряжен перед подачей к соплу, перед поступлением в сопло или после выхода из сопла, возможно, пропусканием через созданное с помощью ионизирующих электродов электрическое поле или созданием электростатического заряда путем трения в подводящем трубопроводе к соплу. В некоторых вариантах исполнения крахмал может быть электростатически заряжен также внутри сопла, для чего ионизирующие электроды могут быть предусмотрены в сопле, например на наконечнике сопла. В дополнительных предпочтительных вариантах осуществления изобретения напыление выполняется навстречу направлению перемещения полотна материала, то есть таким образом, что среднее направление распыления образует острый угол с направлением транспортирования полотна, предпочтительно угол между 30 и 60. Это значит, что распыляемый крахмал напыляется наклонно сверху на приближающееся к сопловому устройству полотно материала. Благодаря этому повышается относительная скорость между воздушной подушкой и сталкивающихся с нею частиц крахмала, что облегчает проникновение через воздушную подушку и еще больше сокращает долю распыляемого крахмала, которая не попадает на полотно. С другой стороны, этим путем сухой распыляемый крахмал может быть напылен при более низком давлении газа-носителя. Для достижения определенной конфигурации распределения на полотне материала при использовании многочисленных сопел в определенных ситуациях может быть предпочтительным, чтобы сопла были отрегулированы на различные углы распыления. Сюда входят также случаи, в которых определенные сопла ориентированы не против, а по направлению перемещения полотна материала. Хотя сорт напыляемого крахмала не является особо ограниченным, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения в качестве распыляемого крахмала напыляется порошок из растворимого в холодной воде крахмала, то есть крахмала с таким распределением зерна по величине и с таким состоянием поверхности, чтобы он во время прохождения через сеточную часть растворялся в мокром полотне материала (с образованием коллоидного раствора). Этим обеспечивается эффективное действие крахмала в качестве связующего средства для остальных компонентов полотна из волокнистой массы также уже в сеточной части, так как крахмал начинает проявлять это действие непосредственно с образованием раствора. Применение растворимого в холодной воде крахмала в значительной мере зависит от типа прессовой части. При использовании прессованного войлока растворимый в холодной воде крахмал иногда может оказаться неподходящим, так как происходящая уже в сеточной части клейстеризация может вести к тому, что крахмал, по меньшей мере частично, остается налипшим на прессованном войлоке или на прижимных вальцах. Размер зерен крахмала также не является особо ограниченным и по большей части зависит от происхождения крахмала, например, идет ли речь о кукурузном, пшеничном или картофельном крахмале,какой главным образом применяется в Европе, или о крахмале из тапиоки или риса, который наиболее доступен в Азии. Крахмал согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет средний размер зерна по меньшей мере 5 мкм для обеспечения целенаправленного напыления без существенных потерь и одновременно достижения оптимального связующего действия. Слишком малый средний размер зерна обусловливает слишком легкие частицы, чтобы они проникали сквозь воздушную подушку. Слишком большой средний размер зерна, например свыше 300 или даже более 500 мкм, напротив, мог бы при заданной величине дозирования приводить к слишком малому числу частиц крахмала, чтобы достигать желательного распределения на поверхности полотна, так что пришлось бы увеличивать количество напыляемого крахмала, что может быть экономически невыгодным. Количество напыляемого соответствующим изобретению способом крахмала, в принципе, не ограничено и, помимо всего прочего, зависит от того, наносится ли распыляемый крахмал в дополнение к добавляемому на мокром этапе крахмалу и/или поверхностному крахмалу, или же вместо них. Распыляемый крахмал согласно настоящему изобретению преимущественно напыляется в количестве от 0,1 до 20 вес.%, предпочтительно от 0,2 до 10 вес.% в расчете на сухой вес вещества полотна материала. В частности, согласно соответствующему изобретению способу напыляемый крахмал, по существу, полностью заменяет как добавляемый на мокром этапе крахмал, так и поверхностный крахмал, что в целом упрощает технологию изготовления бумаги и делает его более экономичной. Порошкообразный распыляемый крахмал в соответствующем изобретению способе может быть напылен как отдельно сам по себе, так и в сочетании с другими твердыми компонентами, в частности с порошкообразными добавками, например, такими как проклеивающие материалы, пигменты, красители и тому подобные, благодаря чему можно отказаться собственно от стадий примешивания или внесения этих компонентов. Далее изобретение описывается с помощью конкретных примеров исполнения, которые приведены только в качестве иллюстрации, но не должны пониматься как ограничение. Примеры Пример 1 и сравнительный пример 1. На умеренно быстродействующей длинносеточной бумагоделательной машине из чистой целлюлозной смеси из мягкой древесины, сульфатной эвкалиптовой целлюлозы и хвойной сульфитной целлюлозы с добавлением катионного, добавляемого на мокром этапе крахмала, наполнителя, проклеивающего материала и средства для упрочнения во влажном состоянии, была изготовлена однослойная бумага с входной массой на единицу площади 170 г/м 2. В сравнительном примере не использовался добавочный распыляемый крахмал, в соответствующем изобретению примере 1 с помощью соответствующего изобретению распылительного соплового устройства с расстояния до распылительных сопел 15 см со скоростью 1,5 м/с истечения из сопла дополнительно наносился имеющийся в продаже на рынке порошкообразный, гранулированный, кислотномодифицированный кукурузный крахмал в количестве 3-4 г/м 2. Нанесение крахмала в этом примере производилось вскоре после напуска бумажной массы. Из изготовленных бумажных полотен были взяты контрольные образцы на различных участках полотна и испытаны на характеристики. Полученные при этом усредненные значения обычных методов исследования бумаги для сравнительного примера 1 (V1) и примера 1 согласно изобретению (В 1) перечислены в нижеследующей табл. 1 для сравнения. Сравнение ясно показывает улучшение значений прочности вследствие действия настоящего изобретения. Наряду с отчетливым повышением разрывной длины и предельной разрушающей нагрузки особенно впечатляет резкое возрастание усилия продавливания более чем на 30% относительно исходного значения. Помимо всего прочего, это является результатом нанесения сразу после напуска бумажной массы, благодаря чему крахмал имел достаточно времени, чтобы распределиться в полотне материала. Примеры 2-10 и сравнительный пример 2. Соответствующий изобретению способ был повторен в том же опытном устройстве, как выше в примере 1, причем в этом случае напыление все же производилось лишь незадолго до водной линии и применялись крахмалы следующих типов: А: кислотномодифицированный кукурузный крахмал,В: окисленный кукурузный крахмал,С: окисленный катионный кукурузный крахмал,D: натуральный пшеничный крахмал,Е: окисленный картофельный крахмал,F: окисленный ацетилированный картофельный крахмал,G: кислотномодифицированный картофельный крахмал. Результаты для сравнительного примера 2 (V2) и примеров 2-10 согласно изобретению (В 2-В 10) приведены в табл. 2. Таблица 2 Как следует из табл. 2, благодаря соответствующему изобретению напылению сухого распыляемого крахмала при (почти) остающейся такой же массе единицы площади опять были улучшены все исследованные характеристики бумаги. Однако в этой группе примеров не особенно значительно улучшилось усилие продавливания (в примере 10 даже совсем немного снизилось сравнительно с образцом), зато,напротив, улучшился показатель Wax Pik, то есть поверхностная прочность, которая во многих примерах повысилась на 45%, но в одном случае даже более чем на 60%. Это обусловливается тем, что нанесение производилось не в начале сеточной части, а лишь незадолго перед водной линией. Без намерения вдаваться в какую-нибудь теорию, представляется, что вследствие того, что в полотне уже наличествует высокая концентрация твердых веществ, это очевидно замедляет растворение и распределение крахмала, и сухой распыляемый крахмал, прежде всего, имеет меньше времени, чтобы распределиться в полотне. Также примечательно то, что, хотя крахмалы всех использованных типов дают благоприятные результаты, все же имеет место заметное различие между различными крахмалами. Так, крахмалы D и F, то есть натуральный пшеничный крахмал и кислотномодифицированный картофельный крахмал, сильнее всего действовали на разрывную длину и предельную разрушающую нагрузку, тогда как крахмал С, то есть окисленный катионный кукурузный крахмал, особенно существенно влиял на показатель Wax Pik. Специалист с обычной квалификацией будет в состоянии без чрезмерного экспериментирования, но с помощью простых серий испытаний, определить наилучшим образом пригодный крахмал для желательной цели. Также следует упомянуть, что значения 16-18 показателя Wax Pik с использованием восковых палочек Деннисона до сих пор обычно достигались только сравнительно дорогостоящим нанесением поверхностного покрытия на бумагу, тогда как с помощью соответствующего изобретению способа теперь уже в ходе изготовления бумаги можно позаботиться о соответствующих величинах поверхностной прочности. Тем самым настоящим изобретением совершенно явно создан способ, с помощью которого получается бумажная продукция со значительно улучшенными свойствами. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления бумаги, картона или тяжелого картона, при котором сухой распыляемый крахмал наносят на движущееся полотно влажного материала, отличающийся тем, что крахмал в порошкообразной форме напыляют на полотно влажного материала с помощью одного или нескольких сопел вместе с газом-носителем со скоростью по меньшей мере 0,5 и не более 3 м/с. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что крахмал напыляют на полотно материала со скоростью по меньшей мере 1 м/с. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что крахмал равномерно напыляют на все полотно материала. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что крахмал электростатически заряжают. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что крахмал электростатически заряжают перед подачей в сопло или сопла. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что крахмал электростатически заряжают внутри сопла или сопел. 7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что крахмал напыляют под острым углом сверху на приближающееся к соплу или соплам полотно материала. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что угол между средним направлением распыления и направлением транспортирования полотна материала находится в диапазоне от 30 до 60. 9. Способ по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что напыляют крахмал, растворимый в холодной воде. 10. Способ по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что крахмал имеет средний размер зерна по меньшей мере 5 мкм. 11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что крахмал напыляют в количестве от 0,1 до 20 вес.%, предпочтительно от 0,2 до 10 вес.% в расчете на сухой вес вещества полотна материала. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2