Method and system for producing a fiber-containing products

本発明は、繊維含有製品を製造する方法に関する。 また、本発明は、繊維含有製品を製造するシステムに関する。

比較的高いナノ繊維化セルロース（ＮＦＣ）含有量を有する繊維含有シートは、格別興味深い性質を有することが明らかになっている。 一片の表面の該一片の体積に対する相対的比率は、該一片がより小さくなる場合に、増加するので、ナノ粒子の性質は、巨視的な一片の性質と大きく異なる。 ナノ繊維化セルロースによって達成されることができ、かつ産業界から関心を持たれている性質は、例えば、特に高い引張強さ、非常に低い空隙率、および部分的透光性である。 とりわけ、これらの性質は、ナノ繊維化セルロースを、需要の多い原材料とするものであり、ナノ繊維化セルロースを含む製品は、幅広い工業的用途を有したであろう。

現在のところ、紙または板紙のような繊維製品の原材料としてのナノ繊維化セルロースの応用は、実際のところ、様々な課題によって依然として限定されている。 ナノ繊維化セルロースは、たとえ低コンシステンシであっても、ゲル状物質であり、高いナノ繊維化セルロース含有量を有する繊維材料から水を除去することは、時間がかかる場合が多い。 さらに、ナノ繊維化セルロースの小粒子がすき網に特に強く付着するので、ナノ繊維化セルロースは、使用されるワイヤに容易にくっつき、それは、ナノ繊維化セルロースを含む繊維製品の製造工程において、粒子の強い付着により、ウェブをワイヤから剥離させることが相対的に大きな力を必要とするという問題を発生させることがある。 ぬれたナノ繊維化セルロースが相対的に低い内部強度を有するという理由でワイヤへの付着によって生じる問題は、顕著なものとなる場合が多いので、ウェブをワイヤから剥離させるために要する力がぬれた繊維懸濁液の内部強度よりも大きくなることがある。 特に、パルプ懸濁液中のナノ繊維化セルロース含有量が比較的高い場合、ウェブの内部湿潤強度は、ウェブとワイヤとの間の力に関連して低くなりやすく、無傷のウェブをワイヤから剥離させることが特に問題となる。

先行技術の抄紙工程において、ウェブは、通常、ウェブがまだ低い乾燥物含有量を有しているごく初期の段階において、ワイヤから剥離されるので、ウェブ形成機における、パルプ懸濁液へのナノ繊維化セルロースの添加は、ウェブ形成機の格別に低い運転速度をもたらすことがあり、それは、ひいては、運転されるべきグレードの費用効率を実質的に減少させることがある。 さらに、ナノ繊維化セルロースを含むウェブの脱水は通常の場合よりも遅いことがあるので、この問題は、顕著なものとなることがある。

上述の問題に加えて、ナノ繊維化セルロースの使用におけるさらなる問題は、製造において一般的に使用されている現在のワイヤが、小さな粒子にとって、通常比較的目が粗く、そのようなワイヤが使用されるとき、ナノ繊維化セルロースの保持の程度が非常に低いレベルに留まることがあるという事実であるかもしれない。

実験室条件下では、パルプをワイヤから剥離させる前述の問題、およびワイヤの密度の問題は、とりわけ、特に小さなメッシュのワイヤ、たとえば、その密度が２００メッシュであってもよい、いわゆる細目ワイヤを使用することによって解決されている。 このようにして、通常、十分に高い程度のナノ繊維化セルロースの保持が達成される。 高いナノ繊維化セルロース含有量を有する繊維シートを細目ワイヤ上に先ず製造することに加えて、該繊維シートは、実験室条件下では、細目ワイヤ上で該シートの乾燥物含有量が増加するまで乾燥もされている。 ナノ繊維化セルロースを実質的に含有するシートの乾燥強度は、該シートの湿潤強度よりもかなり高く、そのため十分な程度まで乾燥されたシートは、通常、何の問題もなく、ロングワイヤから剥離させることができる。

繊維ウェブが乾燥されたとき、繊維ウェブは、収縮する傾向を有する。 通常、ウェブのような製品は、ウェブの長手方向において、きつく締められるので、通常、乾燥収縮の問題は、ウェブの幅方向において現れる。 これらの問題は、従来の繊維製品の製造、および実質的にナノ繊維化セルロースを含有する繊維製品の製造の両方において、発生することがある。 乾燥収縮は、ウェブが乾燥されたときに起るので、ウェブが、ウェブが形成されるすき網に通常よりも長く接触するように、運転することにより、当該問題を克服することができる可能性がある。

大規模な場合において、たとえば製紙工場において、前述のこれらの問題に対する現実的な解決法はなかった。 したがって、種々のウェブ形成機または類似の機械における製造工程で、繊維製品がより良い手法によって製造され得る解決法の必要性があったであろう。

本発明の目的は、繊維製品が十分に長い時間ウェブが形成されるすき網に接触するような方法において、低い乾燥物含有量によって引き起こされる前述の問題に対する解決法を見出すことである。 有利な実施形態に従って、本発明の目的は、ナノ繊維化セルロースを含有する繊維ウェブを、ウェブのような繊維製品の製造におけるワイヤから剥離させる問題を、ウェブが該ワイヤから剥離されるより前にウェブを十分な程度まで乾燥させることによって緩和することである。 別の有利な実施形態において、本発明の目的は、幅方向におけるウェブの乾燥収縮を低減および／または制御することである。

本発明に従う解決法において、ウェブのワイヤからの剥離は、ウェブの乾燥物含有量が所定の制限値に到達した段階で行われることができる。 有利な実施形態において、このことは、ウェブの内部強度が、ウェブとワイヤとの間の実効的な力よりも大きくなったときに達成される。 このようにして、ウェブは、ワイヤから剥離されたときに、無傷であることができる。 有利な実施形態に従って、ウェブを破損させることなく、依然として、ウェブがワイヤから剥離され得るような方法で、相当量のナノ繊維化セルロースが製品に含まれることができる。 別の有利な実施形態に従って、ウェブの乾燥物含有量が、ウェブの幅方向における乾燥収縮が所望の程度まで減少した量であるときに、ウェブをウェブ形成ワイヤから剥離させることができる。

本発明の実施形態に従って、ウェブの形成から少なくともプレス部まで、たとえば少なくともプレスの第１のプレスニップを越える位置まで、好適にはウェブ形成機の乾燥部まで、ウェブは少なくとも１つのワイヤ上に支持される。 この場合、ウェブは、実質的かつ連続的に、ウェブ形成から少なくとも上述の場所までずっと、同一の少なくとも１つのワイヤによって支持される。 一実施形態において、製造されるべきウェブは、実質的に少なくともプレス部の中間まで、少なくとも１つの同一のワイヤによって支持される。 一実施形態に従って、ウェブは、ウェブの形成から乾燥部における第１の乾燥グループを越える位置まで、好適には実質的に乾燥部の中間まで、同一のワイヤによって支持される。 一実施形態において、ウェブは、乾燥部全体を越える位置まで、たとえばウェブが、ウェブ形成機の第１のカレンダ、被覆ユニット、または機械ロールに近接する位置まで、同一のワイヤによって支持される。

一実施形態において、ウェブは、１つだけのロングワイヤによって支持される、すなわちウェブの一方側だけにおいて支持される。 ロングワイヤが使用される有利な実施形態において、ロングワイヤのメッシュサイズは、ナノ繊維化セルロースを含有する繊維材料の保持力を改善することが可能であるように、有利に選択される。 本発明の一実施形態において、ウェブは、抄紙において慣用されるワイヤよりも密度が高いワイヤ、いわゆる細目ワイヤによって支持される。 一実施形態の例において、これらの細目ワイヤは、ウェブの両側に設けられる。

本発明の一実施形態において、ウェブと接触しているロングワイヤは、ロングワイヤよりも粗目であってもよい別個のワイヤによって支持される。 この場合、好適には、ロングワイヤは、パルプと通常のワイヤとの間に配置される。 これらのいわゆるノーマルワイヤのうちの幾つかは、ロングワイヤが走行する経路全体に沿って配置されることができる、または、たとえば乾燥部だけに配置されることができる。 有利な実施形態において、ウェブは、両側をロングワイヤによって少なくとも乾燥部までずっと支持され、ノーマルワイヤは、まったく適用されない、または乾燥部だけにおいて適用される。

本発明に従う繊維製品を製造する方法は、請求項１において提示される事項によって主に特徴付けられる。 本発明に従う繊維製品を製造するシステムは、請求項６において提示される事項によって主に特徴付けられる。

一例に従うワイヤ解決策を有するウェブ形成機の実施形態を示す側面図である。

図１に示された実施形態に従うワイヤ解決策の有利な詳細を示している。

以下において、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

本願において、繊維材料を含むウェブを製造するための機械をウェブ形成機と呼ぶ。 そのような機械は、たとえば抄紙機、板紙機、または別の類似の機械であってもよい。

ウェブは、連続するウェブの形で流れる平面的な製品であり、その基本的構造が、少なくとも部分的に繊維から形成された網目である、または繊維の一部であるものを言う。 少なくとも繊維のうちの幾つかは、セルロースを含む。 また、ウェブは、各種量の、充填剤、界面活性剤、および添加剤等の他の物質を含んでもよい。 さらに、通常、製造工程において、水が使用される。 製造工程の最終的な製品は、たとえば紙、板紙、薄い木材プラスチック複合材、または類似の製品であってもよい。

本願において、細目ワイヤは、少なくとも１３０、１４０、または１５０のメッシュ数を有する、高密度のワイヤを言う。 細目ワイヤは、たとえば、少なくとも１８０、少なくとも２００、または少なくとも２２０のメッシュ数を有するワイヤのように、より高密度であってもよい。 本願において、ノーマルワイヤは、ウェブ形成機において通常使用される、先行技術の湿潤ワイヤ、または乾燥ワイヤを言う。 メッシュ数は、ワイヤのようなフィルタにおける、１インチあたりのフィラメントの数を示す。

本願において、ロングワイヤは、実質的にウェブ形成部（ワイヤ部）から少なくともプレス部まで、好適にはプレス部における第１のプレスニップまで延びる、ワイヤを言う。

ノーマルワイヤ９は、慣用のワイヤを言い、湿潤ワイヤおよび乾燥ワイヤの両方を含む。 ノーマルワイヤ９は、本願において、第２ワイヤ９とも言われる。

ナノ繊維化セルロース（ＮＦＣ）は、シングルミクロフィブリルが互いに分離した繊維材料を言う。 ナノ繊維化セルロース粒子は、通常、１μｍ以下の長さを有し、それらの直径は、通常、１μｍより小さく、約２ｎｍ〜２００ｎｍである。 ナノ繊維化セルロース粒子の大きさは、ナノ繊維化セルロースの製造方法に依存する。 従来のセルロースの粉砕とは違って、ナノ繊維化セルロースの製造においては、セルロース繊維を破砕することを目的とする。 その外見において、通常、ナノ繊維化セルロースは、透明なゲル状物質である。

図１は、本発明の有利な実施形態を示す。 図２は、図１の実施形態に従うワイヤ解決策の有利な詳細を示す。 図１および図２は、ウェブ形成機１、ヘッドボックス２、ウェブ形成部（ワイヤ部）３、プレス部４、乾燥部５、カレンダ６、リールアップ７、ロングワイヤ８、ノーマルワイヤ９、およびウェブ１０を示す。

本発明に従う解決策において、１つ以上のノーマルワイヤ９が設けられてもよいが、本発明に従う解決策は、ノーマルワイヤ９をまったく備えないことも可能である。 ノーマルワイヤ９は、特に機械の少なくとも１つのロングワイヤが存在する部分から、除かれることができる。 本発明の有利な一例において、ロングワイヤ８は、好適には、細目ワイヤである。 本発明の有利な一例に従って、ノーマルワイヤ９は、ウェブ形成機において、ノーマルワイヤが、少なくとも部分的に、ロングワイヤ８とウェブ形成機のロールとの間に配置されるように、ロングワイヤ８と実質的に同じ位置において使用されることができる。 このようにして、ノーマルワイヤ９は、１または複数のロングワイヤ８の摩耗を防止してもよい。 このことは、ロングワイヤ８が比較的高価なワイヤであることがあり、ロングワイヤ８よりもノーマルワイヤ９を交換する方が高価でない場合が多いので、有利である。

通常、ウェブ１０は、ヘッドボックス２からウェブ形成部３に供給される。 本発明に従う機械において、少なくとも１つのロングワイヤ８があり、通常、適切なロングワイヤの数は、ウェブ１０形成機１の種類に依存する。 通常、ロングワイヤ８の数は、ウェブ形成機１の種類に依存して、正確に１、または正確に２である。 ロングワイヤ８は、ウェブ形成部３において、ノーマルワイヤ９（ａ）によって支持されることができる。 この場合、ノーマルワイヤ９（ａ）は、ロングワイヤ８の摩耗を遅くすることができる。

ウェブ形成部３から、ウェブ１０は、少なくとも１つのロングワイヤ８に支持されて、通常、乾燥工程におけるプレス４部に搬送され、そこでは、ロングワイヤ８は、プレス部のノーマルワイヤ９ｂ，９ｃによって支持されることができ、その場合、ノーマルワイヤ９ｂ，９ｃは、ロングワイヤ８の摩耗を遅らせることができる。 プレス部において、ノーマルワイヤ９ｂ，９ｃのうちの１つまたは両方は、それらがロングワイヤ８によって置き換えられた場合には、本発明に従う解決策から排除されることもできる。 有利な実施形態において、ロングワイヤ８は、ウェブ形成部３からプレス部４の第１のプレスニップを越える位置までウェブ１０を支持するために配置され、その後、ロングワイヤ８は、再び、ウェブ形成部に導かれる。 別の有利な実施形態に従って、ロングワイヤ８は、プレス部４における第２のプレスニップおよび／または第３のプレスニップを越える位置までウェブを支持するために配置され、その後、ウェブは、ロングワイヤ８から剥離され、次いで、ロングワイヤ８は、ウェブ形成部３に導かれる。

プレス部４から、ウェブ１０は、さらに乾燥部５に有利に導かれる。 有利な実施形態において、ウェブ１０は、少なくとも１つの同一のロングワイヤ８に支持されて、ウェブ形成部３から乾燥部５に導かれる。 有利な実施形態において、ロングワイヤは、ウェブ１０が、ウェブ形成部３から乾燥部５における、第１の乾燥グループ、第２の乾燥グループ、第３の乾燥グループ、第４の乾燥グループ、または第５の乾燥グループのような、所望の乾燥グループまでずっと同一のロングワイヤ８に接触するように、配置される。 ウェブ１０は、次いで、ロングワイヤ８から剥離され、その後、工程を進められ、ウェブは、従来の抄紙のように、たとえばノーマルワイヤ９と接触することができる。 乾燥部５は、ロングワイヤ８に加えて、１つ以上のノーマルワイヤ９ｄ〜９ｇを備えてもよい。 ノーマルワイヤ９のうちの少なくとも幾つかは、ウェブ形成機１の乾燥部５におけるロングワイヤ８と実質的に同一の位置に設けられてもよく、ロングワイヤ８とウェブ形成機１の１つ以上のロールとの間に配置されてもよく、ノーマルワイヤ９は、ロングワイヤ８の摩耗を遅らせてもよい。

１つのロングワイヤ８が設けられてもよく、その場合、該ロングワイヤ８は、ウェブ１０の一方側に配置されてもよく、あるいは、たとえば、第１のロングワイヤがウェブ１０の一方側に配置され、他方のロングワイヤがウェブ１０の他方側に配置されるように、２つのロングワイヤ８が設けられてもよい。 ２つのロングワイヤが設けられる場合、ノーマルワイヤ９は、たとえば、必要に応じて、１つのロングワイヤに関連して設けられてもよく、あるいは両方のロングワイヤ８に関連して設けられてもよい。 場合によっては、両方のロングワイヤ８に関連させてノーマルワイヤ９を配置することが、たとえばロングワイヤ８の摩耗を防止するために好適であってもよい。 ２つのロングワイヤ８が機械にある場合、すなわち、好適には、ウェブの各側に１つのロングワイヤ８がある場合、ロングワイヤ８からのウェブの剥離は、実質的に同じ時刻または実質的に異なる時刻において行われてもよく、すなわち、ウェブ１０は、先ずロングワイヤ８から剥離され、次いで、他方のロングワイヤ８から剥離されるように、１つずつ行われてもよい。 多くの場合において、工程の機能性を考慮して可能でありさえすれば、１つだけのロングワイヤ８を使用することが、コストを最小化するために、より好適である。 しかしながら、場合によっては、ウェブの乾燥長さの少なくとも一部で２つのロングワイヤ８を使用することが必要となる。 この種の状況は、たとえば、いわゆるギャップフォーマに関連して発生してもよい。

ロングワイヤ８は、少なくともウェブ１０形成部３からウェブ１０のプレス部４まで、たとえばプレス部の中間まで、または乾燥部５までずっと、ウェブ１０がロングワイヤ８に連続して接触するように、ウェブ形成機１において、有利に配置される。 ウェブ形成機１が、ロングワイヤ８に接触しているノーマルワイヤ９を備える場合、好適には、ロングワイヤ８は、ロングワイヤ８が少なくとも１つのノーマルワイヤ９とウェブ１０との間のウェブ１０の少なくとも一方の側にあるように、配置される。 ロングワイヤ８およびウェブ１０は、好適には、ウェブ１０がロングワイヤ８から剥離させられるために十分に乾燥するまで、互いに接触させられる。 所望のウェブの乾燥物含有量は、たとえばワイヤから剥離されたときにウェブが無傷であるように、および／または、ウェブの幅方向における乾燥収縮を防止し得るように、決定されることができる。 その後で、ウェブ１０は、必要に応じて、ノーマルワイヤ９によって支持されることができる。

可能なノーマルワイヤの数および位置は、前述の幾つかの有利な実施形態からさらに大幅に変化してもよい。 本質的な態様は、少なくともウェブ形成部３からプレス部４まで、より好適には乾燥部まで、または、たとえば可能な第１のカレンダもしくは機械ロールまでずっと、ロングワイヤが、連続的な方式で、ウェブ１０を支持するように、ロングワイヤ８が、ウェブ形成機１に配置されるということである。 通常、カレンダ６を介してロングワイヤ８を挿入することは、所望の最終結果にとって必要ではなく、所望の最終結果を考慮して、カレンダ６を介して、ロングワイヤを搬送しないことが好適であってもよい。

好適には、ロングワイヤ８は、ロングワイヤ８またはその一部を、ロングワイヤの各周の間に、クリーニングするためのクリーニング部材を備える。 実際には、このことは、たとえばロングワイヤ８をクリーニングするための、ジェットのような、先行技術における適切なクリーニング部材を搭載することによって実装されることができる。 好適には、このロングワイヤ８の各位置のクリーニングは、ウェブ１０がロングワイヤ８から剥離された後、当該位置が、再び、ウェブ形成機のウェブ形成部（ワイヤ部）にウェブ１０が供給される位置となる前に、常に行われる。

ウェブ１０の効率的な乾燥を保障するために、ウェブ形成部３および／またはプレス部４に乾燥を促進するための幾つかの別個の手段または装置を提供することが有利であることが多い。 これらは、たとえばサクションボックスおよび／またはサクションロールのような、先行技術の手段または装置であってもよい。 特に、２つのワイヤが重ねられている場合、そのような装置を通常の場合よりも多く提供する、および／または、これらの装置が通常の場合よりもより効率的である必要がある。

ウェブ１０は、ウェブ１０の乾燥物含有量が十分になった段階で、ロングワイヤ８から剥離されることができる。 乾燥物含有量は、たとえば少なくとも８重量％、９重量％、１０重量％、１１重量％、１２重量％、１３重量％、または１４重量％である場合に十分であるとしてもよいが、たとえば、ワイヤの構造のために、有利に、少なくとも１５重量％、１８重量％、２０重量％、２５重量％、３０重量％、４０重量％、または少なくとも６０重量％であってもよい。 適切な乾燥物含有量は、とりわけ、ウェブを乾燥させるための装置、および特にウェブと接触するワイヤの性質によって影響される。

一例において、本発明の結果、パルプ懸濁液におけるナノ繊維化セルロース含有量を高く設定することができ、たとえば最終的な製品における所望の性質を達成することが可能になる。 したがって、本発明に従うロングワイヤ解決策を適用することにより、ウェブ１０の乾燥物の少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、または少なくとも７０重量％がナノ繊維化セルロースからなるように、パルプにおいて比較的大量のナノ繊維化セルロースを含ませることも可能になる。 必要であれば、たとえば最終的な製品の性質によって必要とされる場合には、ウェブ１０の乾燥物の少なくとも８０重量％、または、さらに少なくとも９０重量％がナノ繊維化セルロースからなるように、さらに多くのナノ繊維化セルロースを含ませることが可能である。 場合によっては、ウェブにおけるナノ繊維化セルロース含有量が増加した場合、ウェブのワイヤからの剥離が増加前よりもより困難になるので、本発明の解決法は、より有用になる。 本発明に従う解決策により、機械の技術的特性がナノ繊維化セルロースの量の増加を妨害する状況を、部分的または全体的に、防止することが可能であってもよい。

解決策の一例に従って、ウェブを相当の力によってワイヤに支持することは、当該支持が、十分に長い時間継続する、またはさらに実質的にウェブの乾燥経路全体に沿って継続する場合、幅方向におけるウェブの乾燥収縮を防止してもよい。 特に、この場合、本発明は、いわゆるノーマル繊維ウェブの製造においても有用であってもよく、とりわけ幅方向における乾燥収縮を制御するために有用であってもよい。 ナノ繊維化セルロースを含有するウェブの製造において、ナノ繊維化セルロースの添加が、ウェブの乾燥収縮、特に幅方向における乾燥収縮を増大させる影響を及ぼす場合が多いことが明らかになっているという点において、さらなる利点が達成される。 先行技術の解決策が用いられる場合、幅方向における前述した種類の乾燥収縮は、したがって、１０％を超えることさえある。 乾燥収縮の大部分は乾燥の最後に発生することが多く、その場合、ウェブをロングワイヤ８上に維持することが、特にウェブ形成部から実質的に乾燥部の最後まで維持するときに、実質的に乾燥収縮を防止してもよい。

本発明は、ナノ繊維化セルロースを含有するパルプに対して特に重要であるが、本発明は、ナノ繊維化セルロースを含有しない繊維パルプに関連して適用することもできる。 このようにして、たとえばプレス部におけるウェブの破損を実質的に軽減することが可能であってもよい。 さらに、幅方向におけるウェブの収縮の制御が容易にされてもよい。 本発明は、種々のウェブ形成機での適用に適しており、先に提示された例は、本発明を限定するものではない。 したがって、本発明は、図１および図２、ならびに前述の記載において提示された例だけに限定されず、本発明は、以下の請求項において提示される事項によって特徴付けられる。