用于制造瓦楞纸板的瓦楞芯纸和/或挂面纸的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造瓦楞纸板的瓦楞芯纸和/或挂面纸的方法。

背景技术

瓦楞纸板(有时也称为瓦楞硬纸板或瓦楞纤维板)是一种可以转化为不同类型的包装方案的包装材料。瓦楞纸板是一种由纤维素纤维制成的基于纤维的材料。纤维可以是原生纤维或再循环纤维，诸如来自用过的瓦楞硬纸板或其他材料的纤维。

瓦楞纸板包括至少一张瓦楞原纸(corrugated medium)(瓦楞芯纸(fluting))和至少一张胶合到瓦楞原纸的表面上的非瓦楞原纸(挂面纸或挂面纸板)。例如，瓦楞纸板可以由胶合在两层挂面纸之间以形成夹层结构的一层瓦楞芯纸组成。夹层结构可以以不同方式形成，诸如以单壁、双壁和三壁形成，如Kirwan M.,J.,Paper andPaperboard.Packaging Technology,Blackwell Publishing 2005中所述的。

生产瓦楞纸板时的一个困难是挂面纸与瓦楞芯纸的粘着。过低的粘着力会导致分层，并且添加过多粘合剂以确保粘着力充足可导致瓦楞纸板的皱缩(washboarding，洗衣板化)和卷曲。重要的是，将添加的胶吸附到挂面纸和/或瓦楞原纸中是最佳的。如果粘合剂没有被瓦楞芯纸/挂面纸吸附，则会发生分层，并且如果它被过多地吸附到瓦楞芯纸/挂面纸中，也会发生同样的情况。

存在不同种类的瓦楞纸板品质，并且这些可包括不同类型的挂面纸和瓦楞原纸。盒纸板(也称为CCM或瓦楞纸箱材料)是一种专门为生产瓦楞纸板而制造的纸板。它包括挂面纸板和瓦楞原纸(或瓦楞芯纸)二者——两种类型的构成瓦楞纸板的纸。由于盒纸板主要由未漂白的天然木纤维制成，因此通常为棕色，尽管其色度可依据木材的类型、制浆工艺、再循环率和杂质含量而变化。

不同类型的挂面纸的实例是牛皮挂面纸(kraftliner)和再生挂面纸(testliner)。牛皮挂面纸通常由可以被漂白或未被漂白的牛皮纸浆生产，并且可包括一个或多个层/片层(ply)，其中通常对顶部层/片层进行优化以提供良好的印刷表面和良好的防潮性。再生挂面纸主要由再循环的瓦楞纸板生产，并且通常以两个层/片层制造。由于再循环纤维的存在，再生挂面纸通常可具有比牛皮挂面纸更低的机械强度，特别是更低的破裂强度。牛皮挂面纸经常用于对强度性质有更高要求的包装盒。

瓦楞芯纸是由纸或纸板形成的，所述纸或纸板使用瓦楞形成机，通过加热、加湿和加压而成瓦楞形。

瓦楞芯纸常常由中性亚硫酸盐半化学(NSSC)浆制备。NSSC浆(其通常由阔叶木物种制成)以其特殊的挺度和高硬度而闻名，使其适合用于瓦楞芯纸。中性亚硫酸盐半化学法(NSSC)制浆是纸制浆领域中众所周知的一种旧工艺。使用NSSC制浆的原因之一是通常在60％以上的高产率。在NSSC制浆中，蒸煮液包含亚硫酸盐诸如Na

通过在瓦楞原纸和挂面纸之间设置粘合剂来将瓦楞芯纸和挂面纸相互附接。挂面纸通过粘合剂附接到瓦楞原纸的至少一个表面。粘合剂优选施加在有凹槽的瓦楞原纸的至少一个表面上，并且然后挂面纸附接到所述表面。可以使用该领域中的任何常规粘合剂。粘合剂可以是例如基于可从多种植物提取的淀粉的胶。一些最常见的植物是玉米、小麦、大麦、水稻、马铃薯、木薯和豌豆。淀粉优选是天然的，即没有进行淀粉的改性。粘合剂还可包含水、氢氧化钠和硼酸。还可加入其他添加剂，诸如改善湿强度或粘合剂粘合强度的添加剂。还有，可加入为了改善例如防潮性或凝胶行为的其他功能性化学品，例如硼砂、乙二醛或其混合物。

在制作瓦楞原纸和瓦楞纸板时一个重要挑战是防潮性。当瓦楞纸板暴露于湿气时，水和水蒸气可扩散通过挂面纸并软化瓦楞原纸。该问题的常见解决方案是增加瓦楞芯纸和/或挂面纸的克重，但这与需要消耗较少原材料的较低克重材料的环境需求相冲突。

另一种解决方案是在挂面纸上提供阻隔层以减少水和水蒸气的渗透。然而，这只是部分解决方案，因为水分扩散仍可发生在相对侧上或经由边缘发生，并且因此影响瓦楞纸板的机械稳定性。阻隔层还增加了成本并且通常降低了材料的再循环能力。

瓦楞芯纸或瓦楞原纸也可以用疏水化学物质处理或涂覆，但这通常会增加成本，并且还可对瓦楞芯纸的机械性质产生负面影响。高水平的疏水化学物质也可损害瓦楞芯纸和挂面纸之间的粘着。特别地，NSSC浆需要高水平的疏水化学物质，以在成品瓦楞芯纸中获得所需的防水性水平。

损纸是指从纸或纸板的制造、转换和精加工(finishing)过程中丢弃的部分或全部制造的纸或纸板。在挂面纸、瓦楞芯纸和瓦楞纸板的制造期间，会产生大量的损纸。由于损纸可能远远超过机器总产量的5％，因此损纸是一个重要的纤维来源，并且从财务和运营角度来看，损纸处理是造纸过程的重要组成部分。

损纸是不断产生的，并且通常执行“损纸处理系统”来收集这种资源、处理它并使其可用于重复使用。损纸可以是湿的或干的，这取决于在其在过程中的哪个点获得。然后将湿的或干的损纸分解并任选地稀释成浆料或损纸储备料以供重复使用。损纸处理系统通常包括损纸制浆机，该损纸制浆机用于将损纸分解成损纸储备料，该损纸储备料可以被泵送和处理，并且随后与新鲜储备料混合。术语损纸制浆机可以包括各种各样的机器，并且可以指独立的损纸制浆机和机器下(或UTM)制浆机，它们直接从机器接收纸，包括任何修剪(trim)。独立的损纸制浆机通常用于处理被废弃(rejected)的成品卷纸，或因任何原因被打包(baled)或收集的损纸。为了有效的损纸处理和管理，监测和控制损纸化学成分是重要的。

新的机器概念和提高的机器速度，再加上对源头削减的增加需求，进一步增加了对具有改善性质的浆(pulps，纸浆)的需求。

仍然需要结合了强度、低克重、防水性/防潮性、低化学品消耗、低成本和/或高再循环能力的新的和改进的瓦楞芯纸和挂面纸材料和方法。

具体实施方式

本公开内容的目的是提供一种用于制造包括挂面纸和瓦楞芯纸的瓦楞纸板的改进方法，其解决或改善了至少一些上述问题。

本公开内容的另一个目的是提供一种在制造包括挂面纸和瓦楞芯纸的瓦楞纸板中用于使材料再循环的改进方法。

本公开内容的又一个目的是提供一种用于制造瓦楞纸板的改进方法，其中增加了对损纸的重复使用，并保持了所制造的纸板的品质和性质。

上述目的以及本领域技术人员根据本公开内容将意识到的其他目的通过本发明的各个方面而实现。

损纸是指从纸或纸板的制造、转换和精加工过程中丢弃的部分或全部制造的纸或纸板。损纸可以被分解并稀释成浆料或损纸储备料，以供重复使用。损纸最常见重复用于获得它的相同过程或相同类型的过程。

在挂面纸的制造中使用NSSC浆是有问题的，因为存在对挂面纸的外观和光学性质具有负面影响的颗粒和浆块(shives)。本发明是基于以下创造性认识：从瓦楞芯纸制造中获得的损纸，即再循环材料，可以有利地在用于制造挂面纸的浆中重复使用。本发明人还发现，从挂面纸的制造中获得的损纸可以有利地在用于制造瓦楞纸板的瓦楞芯纸的浆中重复使用。

从瓦楞芯纸制造中获得的损纸通常包括比来自挂面纸的损纸更大量的NSSC浆。在挂面纸中使用NSSC浆是期望的，因为它可以在提高强度和降低成本方面提供优势。然而，在挂面纸的制造中使用NSSC浆通常是有问题的，因为存在对挂面纸的外观和光学性质具有负面影响的颗粒和浆块。与原生NSSC浆相比，使用来自损纸的NSSC浆的优点在于，来自损纸的NSSC浆已经经受了额外的机械和/或化学处理，这减少了对挂面纸的外观和光学性质具有负面影响的颗粒和浆块的存在。这意味着可以在挂面纸中使用比原生NSSC浆更大量的来自损纸的NSSC浆。

从挂面纸的制造中获得的损纸通常包括比来自瓦楞芯纸的损纸更大量的牛皮纸浆，这可以提高瓦楞芯纸的机械强度。因为损纸已经精磨至合适的水平，这可帮助减少瓦楞芯纸中的开裂倾向。从挂面纸的制造中获得的损纸通常还包括比来自瓦楞芯纸的损纸更大量的内部(疏水)施胶剂牛皮纸浆，这可以提高瓦楞芯纸对水和湿气的耐受性。

通常，挂面纸和瓦楞芯纸是在不同的设施处制造的，然而，挂面纸和瓦楞芯纸在相同设施处的不同机器上制造也是常见的。

根据本文所示的第一方面，提供了一种用于制造瓦楞纸板的瓦楞芯纸和/或挂面纸的方法，包括步骤：

a)在用于制造瓦楞芯纸的浆中使用从挂面纸的制造中获得的损纸，其中至少50％的损纸是来自挂面纸的制造的外部损纸，

和/或

b)在用于制造挂面纸的浆中使用从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸，其中至少50％的损纸是来自瓦楞芯纸的制造的外部损纸。

外部损纸是指来自另一生产线(即另一造纸机或纸板机)处的生产制造的损纸。因此，外部损纸已经在另一位置或另一生产线生产。内部损纸是指在同一条生产线，即同一造纸机或纸板机处制造的损纸。已经发现，将来自挂面纸的生产的损纸用于瓦楞芯纸的生产是有益的，反之亦然。对于瓦楞芯纸的生产，可能优选的是，至少60％、优选至少70％、甚至更优选至少80％和甚至更优选至少90％的损纸是来自挂面纸的制造的外部损纸。对于挂面纸的生产，可能优选的是，至少60％、优选至少70％、甚至更优选至少80％和甚至更优选至少90％的损纸是来自瓦楞芯纸的制造的外部损纸。从可持续性和经济性的角度来看，使用一定量的内部损纸来生产根据本发明的瓦楞芯纸或挂面纸仍然是可能的。

所使用的外部损纸是从挂面纸或瓦楞芯纸的制造中获得的，即它不是来自包括挂面纸和瓦楞芯纸的现成瓦楞纸板的损纸。

瓦楞芯纸或挂面纸可以在适于制造瓦楞芯纸或挂面纸的造纸机或纸板机中制造。用于制造瓦楞芯纸和挂面纸的造纸机或纸板机在本领域中是众所周知的。通常，机械配置(layout)包括储备料处理部、湿端部、压榨部、干燥部以及压延部和/或涂布部。在湿端部中，通过使用一个或多个流浆箱将浆悬浮液或储备料分布在一个或多个丝网上并部分脱水来形成瓦楞芯纸或挂面纸。所形成的瓦楞芯纸或挂面纸幅材可以是单片层的或多片层的。

所形成的幅材通常经受进一步脱水，这可以例如包括使幅材通过造纸机的压榨部，在那里幅材在高压下在负载的大辊之间通过，以挤出尽可能多的水。压榨部可以构成传统的压区(nip，辊隙)压榨单元和压榨织物毡和/或一个或多个靴式压榨机或延长的脱水压区。这些可以在不同的压区或压榨负载、不同的位置、温度和延迟时间下运行。压榨部可以设置有一个或多个靴式压榨机，以最大化生产。如果使用一个或多个靴式压榨机，则这些可以在800kN/m以上、例如1000kN/m以上、例如1200kN/m以上或例如1450kN/m以上的压榨水平下运行。去除的水通常由织物或毡接收。

在压榨部之后，可以在干燥部中使幅材经受干燥。干燥可以例如包括通过使多幅材围绕通过一系列加热的干燥筒来干燥幅材。干燥通常可将水含量降低至约1-15重量％的水平，优选至约2-10重量％的水平。

损纸是在造纸机或纸板机的所有部分中形成的，并且可以依据其从那个部分获得而包括湿的或干的材料。

本发明的方法包括：

a)在用于制造瓦楞芯纸的浆中使用从挂面纸的制造中获得的损纸，其中至少50％的损纸是来自挂面纸的制造的外部损纸，或

b)在用于制造挂面纸的浆中使用从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸，其中至少50％的损纸是来自瓦楞芯纸的制造的外部损纸，或

步骤a)和b)的组合。

通常，挂面纸和瓦楞芯纸是在不同的设施处制造的，然而，挂面纸和瓦楞芯纸在相同设施处的不同机器上制造也是常见的。

本发明的方法优选在生产挂面纸和瓦楞芯纸的工厂中实施。

在生产挂面纸和瓦楞芯纸的工厂中，来自每个过程的损纸可以方便地用于另一过程，即，将从挂面纸的制造中获得的损纸在用于制造瓦楞芯纸的浆中重复使用，并且将从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸在用于制造挂面纸的浆中重复使用。这种方式，可以将两个方法步骤的优点结合起来，并且可以最大限度地减少浪费。

在步骤a)和b)中使用损纸通常包括使用损纸制浆机将损纸分解并任选地稀释成损纸储备料，该损纸储备料可以被泵送和处理，并随后与新鲜浆混合。

优选使用损纸制浆机将从挂面纸的制造中获得的损纸分解并任选地稀释成损纸储备料，该损纸储备料可被泵送和处理，并随后与用于制造瓦楞芯纸的浆混合。

优选使用损纸制浆机将从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸分解并任选地稀释成损纸储备料，该损纸储备料可被泵送和处理，并随后与用于制造挂面纸的浆混合。

因此，在一些实施方案中，在步骤a)和/或b)中使用的损纸是损纸储备料。

损纸可以例如在垂直或水平制浆机中分解。稠度可以例如在2-20重量％的范围内、并且更优选在4-10重量％的范围内。分解的浆任选地被进一步稀释。

分解和任选稀释期间损纸的pH优选在5-11的范围内、并且更优选在6-10的范围内。分解和任选稀释期间损纸的温度优选在20-80℃范围内、并且更优选在30-50℃范围。在重复使用之前，可以对损纸进行碎解(deflaked)或去纤维化(纤维分离，defibrated)、脱纤维化(defibered)或原纤维化，以确保没有纤维的残留薄片、团聚体或团块残留。所获得的损纸储备料的Schopper Riegler(SR)值优选在18-50的范围内、并且更优选在20-45的范围内，如根据ISO 5267-1测定的。

与原生浆相比，使用来自损纸的浆的优点在于，来自损纸的浆已经历一次脱水，这减少了液相中的胶体物质和杂质(包括电解质)的存在。这种减少可以通过测量损纸或损纸储备料的电导率来测量。在一些实施方案中，当在蒸馏水中以3.5重量％分解时，损纸的电导率小于1200、小于1000、小于800或小于600，并且更优选小于500、小于450、小于400、小于350或小于300mS/m。

所获得的损纸储备料的电导率优选小于1200、小于1000、小于800或小于600，并且更优选小于500、小于450、小于400、小于350或小于300mS/m。

在一些实施方案中，在单独的损纸制浆机中分解并任选地稀释从挂面纸和瓦楞芯纸的制造中获得的损纸分别导致纯的挂面纸损纸和纯的瓦楞芯纸损纸。在一些实施方案中，在常见浆破碎机中分解并任选地稀释从挂面纸和瓦楞芯纸的制造中获得的内部和外部损纸导致挂面纸损纸和瓦楞芯纸损纸的混合物。

从挂面纸的制造中获得的损纸通常包括比来自瓦楞芯纸的损纸更大量的牛皮纸浆。在一些实施方案中，从挂面纸的制造中获得的损纸包含基于损纸的干重至少60重量％、优选至少70重量％、更优选至少80重量％的牛皮纸浆。

从瓦楞芯纸制造中获得的损纸通常包括比来自挂面纸的损纸更大量的NSSC浆。

“NSSC浆”是从“NSSC制浆”获得的，该NSSC制浆进而在背景部分中进行了定义。NSSC浆可以是阔叶木浆或针叶木浆，或其混合物。NSSC浆优选为阔叶木浆或具有小于15重量％针叶木、优选小于10重量％针叶木、并且更优选小于5重量％针叶木的阔叶木/针叶木浆混合物。阔叶木可以是例如山杨、赤杨、白杨、桉树、桦树、金合欢(acacia)或山毛榉。NSSC浆优选使用包含亚硫酸盐(优选Na

在一些实施方案中，从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸包含小于2％、优选小于1.8％、更优选小于1.6％的Pulmac浆块(筛孔大小0.1mm)。

在一些实施方案中，从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸包含基于损纸的干重至少30重量％、优选至少40重量％、更优选至少50重量％的NSSC浆。在一些实施方案中，从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸包含基于损纸的干重至少60重量％、优选至少70重量％、更优选至少80重量％的NSSC浆。这意味着添加从挂面纸的制造中获得的包含至少60重量％牛皮纸浆的损纸将增加瓦楞芯纸的总牛皮纸浆含量。

在一些实施方案中，用于制造挂面纸的浆包含基于浆的干重至少60重量％、优选至少70重量％、更优选至少80重量％的牛皮纸浆。这意味着添加从瓦楞芯纸的制造中获得的包含例如至少60重量％NSSC浆的损纸将增加挂面纸的总NSSC浆含量。

根据损纸的组成、品质和可用性，可以使用不同量的损纸。在一些实施方案中，基于浆的干重，在用于制造瓦楞芯纸的浆中使用的从挂面纸的制造中获得的损纸的量在1-30重量％范围内、优选在5-30重量％范围内、更优选在1-20重量％范围内、甚至更优选在5-20重量％范围内、并且甚至更优选地在10-20重量％范围内。

在一些实施方案中，基于浆的干重，在用于制造挂面纸的浆中使用的从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸的量在1-30重量％范围内、优选在5-30重量％范围内、更优选在1-20重量％范围内、甚至更优选在5-20重量％范围内、并且甚至更优选地在10-20重量％范围内。

为了有效的损纸处理和管理，监测和控制损纸化学成分是重要的。长时间的延迟，诸如在停滞(standstills)下，可引起损纸中微生物活性的增加。微生物活性可导致损纸化学成分的变化，这进而可影响制作瓦楞芯纸或挂面纸时的品质和可运行性。

在本公开内容中使用的损纸优选为新鲜损纸。新鲜损纸是指在不到20天前、更优选不到15天前、更优选不到5天前、更优选不到3天前、并且最优选不到1天前分解并任选稀释的来自瓦楞芯纸或挂面纸的损纸。

在本公开内容中使用的损纸优选是研磨的损纸，即从磨机中的生产中获得的废纸片和剪屑。研磨的损纸可以从生产过程的不同部分获得。

在一些实施方案中，从成形部、压榨部和/或干燥部获得来自挂面纸的制造的损纸。

在一些实施方案中，从成形部、压榨部、干燥部、和/或瓦楞形成机获得来自瓦楞芯纸的制造的损纸。

在一些实施方案中，瓦楞芯纸或挂面纸是多片层瓦楞芯纸或多片层挂面纸，其包括两个外片层和夹在外片层之间的至少一个中间片层，其中所述损纸在用于制备中间片层的浆中使用。将损纸放置在中间片层中可以例如减少损纸对其中使用它的瓦楞芯纸或挂面纸的外观的影响。

在一些实施方案中，从挂面纸的制造中获得的步骤a)中的损纸提高了所制造的瓦楞芯纸的疏水性。从挂面纸的制造中获得的损纸通常包括比来自瓦楞芯纸的损纸更大量的内部(疏水)施胶剂牛皮纸浆，这可以提高瓦楞芯纸对水和湿气的耐受性。

在一些实施方案中，与原生NSSC相比，从瓦楞芯纸的制造中获得的步骤b)中的损纸含有较少的杂质和浆块。在挂面纸的制造中使用NSSC浆通常是有问题的，因为存在对挂面纸的外观和光学性质具有负面影响的颗粒和浆块。与原生NSSC浆相比，使用来自损纸的NSSC浆的优点在于，来自损纸的NSSC浆已经经受了额外的机械和/或化学处理，这减少了对挂面纸的外观和光学性质具有负面影响的颗粒和浆块的存在。这意味着可以使用比原生NSSC浆更大量的来自损纸的NSSC浆。

根据本文所示的第二方面，提供了一种可通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的用于瓦楞纸板的瓦楞芯纸或挂面纸。

所获得的瓦楞芯纸和挂面纸旨在用于瓦楞纸板。瓦楞纸板包括至少一层非瓦楞状的挂面纸，其胶合至至少一层瓦楞芯纸。例如，瓦楞纸板可以由夹在两层挂面纸之间的一层瓦楞芯纸组成。

根据本文所示的第三方面，提供了一种包括瓦楞芯纸和挂面纸的瓦楞纸板，其中所述瓦楞纸板包括：

i)包含从挂面纸的制造中获得的损纸的瓦楞芯纸，其中至少50％的损纸是来自挂面纸的制造的外部损纸，

和/或

ii)包含从瓦楞芯纸的制造中获得的损纸的挂面纸，其中至少50％的损纸是来自瓦楞芯纸的制造的外部损纸。

虽然已经参考各种示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等效物代替其要素。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于作为实施本发明所设想的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。

实施例

实施例1(对比)

将NSSC山毛榉浆以干燥形式获得，然后分解成配料，并在fourdrinier型中试(pilot)造纸机上制成150g/m

实施例2(对比)

将如实施例1中使用的NSSC山毛榉浆精磨至更高的SR值，并且如实施例1中制备幅材。由于精磨而增加的SR尤其增加了抗张指数(Geom)。

实施例3

使用Eimco带式洗涤单元用水(每吨浆40m

实施例4

将如实施例1中使用的NSSC山毛榉浆与经洗涤的NSSC桦树损纸浆(如实施例3中所述洗涤)混合。将浆以50-50比率混合。如实施例1中那样制备幅材。观察到抗张强度和伸长率都有显著提高。

实施例5

在本实施例中，使用如实施例4中使用的经洗涤的NSSC桦树损纸浆，而不使用任何其它纤维。如实施例1中那样制备幅材。抗张强度和伸长率进一步提高。

表1.浆组合物

表2.所形成片材的物理性质

除非另有说明，否则本公开内容中讨论的物理性质是根据以下标准测定的：

除非另有说明，否则标准方法然后可用于测定横向(cd)和机器方向(md)上的物理和机械性质。