[0001] 本发明涉及一种生产纸或纸板产品的方法，所述纸或纸板产品具有至少一含有高得率纸浆的层，以及涉及包含至少一含有高得率纸浆的层的纸或纸板产品。

[0002] 在高得率纸浆(high yield pulp)(HYP)生产中，以升高的温度和/或用化学预处理将木材木质素软化后，在盘磨机中机械处理木片或在木材研磨机中机械处理木料导致单纤维与木材原料分离(Sundholm,J.(1999)：“What is mechanical pulping”in Mechanical pulping，Papermaking science and technology，Volume 5 of Papermaking science and technology,ed.Gullichsen,J.and Paulapuro,H.,199,Helsinki:Finnish Paper Engineer`s Association,p 17–21(Sundholm,J.(1999)：什么是机械造纸中的“机械制浆”第5卷，Gullichsen,J.和Paulapuro,H.编，199，赫尔辛基：芬兰造纸工程师协会，17‑21页))。这些类型的制浆工艺(例如热机(TMP)、化学热机(CTMP)、高温化学热机(HTCTMP)、化学机械(CMP)、磨石磨木浆(SGW)和压力磨木浆(PGW)工艺)中木材产量很高，通常超过90％(Sundholm,J.(1999)，如上)。为了使来自这些工艺的纤维适于造纸，在制浆工艺中通常通过高能耗机械处理使纤维的结构松散，以改善分离的初始非常硬的纤维材料的柔韧性。为了达到这个目的，将纤维分层并且将所谓的细屑从纤维的外层剥离。理想地，剩余纤维的表面将是很容易被原纤维化的。目前为止，HYP主要用于生产两种类型的产品：图纸(graphic papers)和纸板。

[0003] 用于图纸(新闻和杂志纸)的机械纸浆的特征在于，在某些纸张强度下具有高的光散射能力。为了生产具有高的光散射系数的纸浆，在木片磨浆机(chip refiners)或木材研磨机中必须由外纤维层产生大量细屑，这意味着在这些类型的HYP质量生产中能量消耗非常高(Sundholm,J.(1993)：Can we reduce energy consumption in mechanical pulping？，International Mechanical Pulping Conference,Oslo,Norway,June 15‑17,Technical Association of the Norwegian Pulp and Paper Industry,Oslo,Norway,133‑42)。在HYP加工期间的木材预处理中或在造纸过程中，如果将木材木质素软化至太大程度，则生产具有高的光散射能力的纸浆所必需的条件会恶化(Atack,D.(1972)：On the characterization of pressurized mechanical pulps，Svensk Papperstidning 75，
89)。有效软化纤维壁内的木质素，在造纸中纤维柔韧性确实可以得到改善，这增加了纸张结构中的纤维‑纤维粘合区域以及整体强度。然而，改善的纸张强度是以光散射能力(不透明性)和纸张厚度(sheet bulk)为代价实现的，这在生产用于图纸产品的HYP中是不希望的。因此，在生产用于高质量图纸的含HPY纸中，在升高的温度下软化木质素的积极效果很少适用。

[0004] 在用于纸板产品的HYP生产中，其中需要一定强度水平的高纸张厚度，可以使用高硬度的HYP纤维(与化学纸浆纤维相比)。生产这种HYP质量的能量需求比生产用于图纸的HYP的低，因为光散射，即细屑的产生，是次要的。在多层纸板产品中，当材料设计成具有高抗张强度和抗张挺度的外层并且材料与基于硬质HYP纤维作为主要成分的很厚的中间层结合时，弯曲硬度显著提高(例如，Fellers,C.,deRuvo,A.,Htun,M.,Calsson,L.,Engman,C.and Lundberg,R.(1983)：In Carton Board，Swedish Forest Products Research Laboratory,Stockholm,Sweden；Fineman,I.(1985)：“Let the paper product guide the choice of mechanical pulp”，Proceedings from International Mechanical Pulping Conference,Stockholm,p 203–214；Tomas,H.(1997)：Mechanical pulp in paperboard packaging,Proceedings from 1997 International Mechanical Pulping Conference,Stockholm,p 9–15；和Bengtsson,G.(2005)：CTMP in production of high quality packaging board，Proceedings from International Mechanical Pulping Conference,Oslo p 7–13(2005))。

[0005] 在给定的面内或面外强度下，HYP可以形成纸张，其纸张厚度明显高于来自硫酸盐纸浆的纸张(例如，Fineman,Tomas和Bengtsson，以上三个文献，以及 H.(2002)：th
Mechanical pulp fibers for new and improved paper grades,Proceedings from 7  International Conference on new available technology,Stockholm,p 158–163)。基于硬质HYP纤维的很厚的纸张的面内和面外强度都可以通过纤维表面的表面改性进一步改善，例如，通过添加阳离子淀粉和CMC的混合物(例如，Pettersson,G., H.andL.(2006)：The use of polyelectrolyte multilayers of cationic starch and CMC to enhance strength properties of papers formed from mixtures of unbleached chemical pulp and CTMP，Part I and II，Nordic Pulp&Paper Research Journal，21(1)，p 115–128；Pettersson,G., H., J.,Peng,F.,
J.,Solberg,D.,Norgren,S.,Hallgren,H.,Moberg,A.and Ljungqvist,C‑H.(2015)：
Strong and bulky paperboard sheets from surface modified CTMP,manufactured at low energy，Nordic Pulp&Paper Research Journal，30(2)，318‑324；和Hallgren,H.,Peng,F.,Moberg,A., H.,Pettersson,G.and Norgren,S.(2015)：Process for production of at least one ply of paper or board and a paper or board produced according to the process，WO2015/166426 A1)。只要保持纤维硬度，则可以在保持高纸张厚度下实现由此类表面处理造成的改善的强度。然而，如果在纸张结构固结时将纤维壁在高温下软化，例如在热压干燥操作中，则以降低纸张厚度为代价来实现纸张强度提高(Nygren,O., R.and H.(2003)：On characterization of Mechanical and Chemimechanical Pulps.International Mechanical Pulping,Proceedings,Quebec City,Canada,p 97–104)。因此，生产纸板产品时在造纸过程中将纤维壁软化是不利的。然而，在HY P生产中可以利用在远高于水饱和木质素的软化温度的温度下有效软化木材木质素，以在精制阶段中以低能量输入获得非常低的碎屑含量，并且由此有利于制备非常厚的纸张(例如，上述两篇 的文章，以及 H., R.,Danielsson,O.and 
Falk,B.(1994)：A method of producing mechanical and chemimechanical pulp，WO 
94/16139 A1)。对于水饱和木质素的软化温度，软木的通常略高于硬木的(Olsson,A‑M,Salmén,N.L.(1992)：Viscoelasticity of in situ lignin as affected by structure，Softwood vs.Hardwood.1992 American Chemical Society,Chapter 9,p 134‑143)，并受到纸浆和造纸设备工艺中的几种加工条件的影响，如研磨机和磨浆机的加载频率以及纸机压榨压区(press nip)的加载速率(Irvine,G.M.(1985)：The significance of glass transition of lignin in thermomechanical pulping.Wood Science and Technology，
19，139‑149)。通过化学处理纤维壁，水饱和木质素的软化温度也可以改变，通常是降低(Atack,D and Heitner,C.(1997)：Dynamic mechanical properties of sulphonated eastern black spruce，Trans.of Technical Section CPPA 5(4)：TR99)，并因此在CTMP、HTCTMP和CMP工艺中改变。当木质素是水饱和时，在天然木质素中软化效果在水含量低至
5％时达到极限。额外的水不会导致天然木质素显著进一步软化或软化温度变化(Back,E.L.and Salmén,N.L.(1982)：Glass transition of wood components hold implication for molding and pulping processes,TAPPI，65(7)，107‑110)。在CTMP、HTCTMP和CMP工艺中处理时，其中化学改性木质素，在含水量略高于天然木质素的情况下，发生水饱和。

[0006] HYP通常不用于对干强度和湿强度要求非常高的纸种中，例如，包装纸、纸袋、纸板(liner)或瓦楞纸。基于来自CTMP和CMP工艺的纸浆的具有非常高强度的纸当然可以在常规造纸条件下生产( H.and Bodin,O.(1976)：Modified thermo‑mechanical pulp，Svensk Papperstidning 79(11)p 343–347)，但要实现这一点，必须将纤维材料精制到非常高的柔韧性，以获得高密度和强度，这是非常耗能的(Klinga,N., H.and Sandberg,C.(2008)：Energy efficient high quality CTMP for paperboard,Journal of Pulp and Paper Science 34(2)，p 98–106)。到目前为止，能耗处于如此高的水平，出于经济原因，在对于强度要求非常高的纸制品中使用HYP几乎没有兴趣。

[0007] 在纸机的热压中，其中含有HYP的湿纸或纸板纸幅在可以升高至高于水饱和木质素的软化温度的温度下经受高压，木质素发生变化，即变粘(例如，Gupta,P.R.,Pezanowich,A.and Goring,D.(1962)：The Adhesive Properties of Lignin，63(1),T21–31；和Goring,D.(1963)：Thermal Softening of Lignin,Hemicellulose and Cellulose，Pulp and Paper Magazine of Canada，64(12)，T517‑T527)。这将导致纸幅的致密化增强并且在最终的干燥和潮湿条件下纸张结构中纤维‑纤维粘合强度增强。在相同条件下，压榨来自具有低木质素含量的化学纸浆的纸张时，粘合强度的增强并不显著。然而，如果压榨‑干燥阶段在非常低的干含量(dry content)进行，即远低于纤维壁被水饱和的干含量，则纤维‑纤维粘合强度不会增强，并且当释放压力时，压缩的硬纤维容易回弹为其原始形状，因为纸张中纤维表面之间的水阻止了永久性纤维‑纤维粘合的产生(Norgren,S.,Pettersson,G.and H.(2014)：High strength papers from high yield pulps,Paper Technology 56(5)，p 10–14)。HYP纤维中的纤维壁被水饱和，干含量约为75％。然而，如果干含量太高，即远高于纤维材料的湿纤维饱和点，则在任何木纤维基纸结构中都不能建立具有高强度的永久性纤维‑纤维结合。

[0008] 通常在Scott结合装置中测量纸张中的纤维‑纤维结合强度，并根据TAPPI方法报2
告为Scott‑结合强度值。传统造纸厂生产的HYP纸张通常具有低于400J/m 的Scott结合强度，即使已经在非常高的能量输入下将HYP纤维精制为高柔韧性成为印刷纸种中的高质量纤维(Sundholm,J.,Book 5 of Papermaking Science and Technology(1999),ISBN 952‑
5216‑05‑5,p 400)。

[0009] 本发明的目的是使得可以在含HYP的纸和纸板产品的生产中降低能耗，该含HYP的纸和纸板产品对强度要求非常高，因为可以使用在木片磨浆或木材研磨中以低能耗生产的HYP，以及使得可以基于这种HYP生产具有非常高的干强度、湿强度、压缩强度以及抗张挺度的纸和纸板产品。

[0010] 在本发明的优选的实施例中，这些目的是通过一种生产纸或纸板产品的方法实现的，所述纸或纸板产品具有至少一含有高得率纸浆(HYP)的层，所述方法包括步骤：

[0011] ‑提供配方(furnish)，其包含占所述配方中的总纸浆含量至少50％的高得率纸浆(HYP)，所述高得率纸浆以木材生产，得率高于85％；

[0012] ‑使配方脱水形成湿纸幅并将所述湿纸幅压榨至干固体含量为至少40‑70％；和然后

[0013] ‑在纸机的压榨压区中，在所述压榨压区中以高于所述高得率纸浆中包含的水饱3
和木质素的软化温度的温度，将湿纸幅致密化至密度至少高于600kg/m ，以提供含有至少
30％高得率纸浆(HYP)的纸或纸板产品。

[0014] 在热和/或化学预处理之后，当在水饱和木质素的软化温度附近或以上的温度将单纤维与木材原料分离时，这是在盘磨机中机械处理木片或在木材研磨机中机械处理木料的结果，HYP可以以高于85％木材得率和相对低的能量输入来生产。通过准备含有这样的高得率纸浆(HYP)的配方，所述高得率纸浆用木材生产，得率高于85％，将配方脱水，在压榨部中将形成的湿纸幅压榨至干固体含量为至少40‑70％，并在纸机的压榨压区中以高于水饱3
和木质素的软化温度的温度将纸幅致密化至密度至少高于600kg/m ，所生产的含HYP的纸张将具有最终高的层密度、高的干强度和高的湿强度(相对湿强度，即(湿抗张指数)/(干抗张指数)，高的Z方向强度，高的抗张挺度和高的压缩强度(压缩指数，SCT)。

[0015] 在仅具有一层的产品中，优选的是HYP的含量为所述层中总纤维含量的至少50％。这意味着，用于生产产品的配方也必须含有占配方中总纸浆含量至少50％的HYP。在具有多于一层的产品中，合适的是产品中HYP的总含量为至少30％，合适地至少50％，优选地至少
70％，最优选地至少80％。这使得当水饱和木质素在高于木质素的软化温度的温度下变粘时，可以利用木质素作为纸张结构中的粘合剂，以获得高的干强度和湿强度性能。由于HYP的生产成本低于化学纸浆，HYP含量尽可能高总具有经济优势。

[0016] 合适地，高得率纸浆(HYP)的木材得率高于90％。因此，可以使用具有非常高硬度的纤维材料，这在优先考虑高弯曲硬度或压缩强度(SCT)的产品中是有利的。高得率也可能是更环保的替代品，因为可以从一定数量的木材生产更多的产品并且将废弃材料的量最小化。

[0017] 压榨压区的合适温度高于160℃，优选地高于180℃，最优选地高于200℃。这使得可以利用水饱和木质素作为纸张结构中的粘合剂，以获得高的干强度和湿强度性能。纤维之间的结合随压榨压区温度的升高而增强。由于各种产品对纤维‑纤维结合强度的要求可能不同，因此可以根据具体要求改变最佳的压榨压区的温度。

[0018] 优选地在TMP、CTMP、HTCTMP、CMP、SGW或PGW工艺中由软木或硬木生产高得率纸浆。这使得可以使用具有不同性能特性的高得率纸浆。根据所需的最终产品的规格，在纸或纸板产品中不同的特性可能是优选的。

[0019] 在本发明优选的实施例的另一个方面，实现上述目的是包含至少一层的纸或纸板产品，其中至少一层含有至少50％的高得率纸浆(HYP)，该高得率纸浆用木材生产，得率高于85％。通过由包括所述HYP的配方形成湿纸幅、将所述湿纸幅压榨至干固体含量为至少40‑70％、在压榨压区中以高于水饱和木质素的软化温度的温度将所述湿纸幅致密化，在纸机中生产所述产品。这使得当木质素在高于水饱和木质素的软化温度的温度下变粘时，可以制备兼具高的干强度和湿强度性能的产品。由于HYP的生产成本低于化学纸浆，因此高含量的HYP具有经济优势。

[0020] 优选地，包含至少50％HYP的层具有高于600kg/m3的密度，高于50kNm/kg的抗张指2 2
数，高于500J/m 的Scott‑结合值并且更优选地高于600J/m ，高于25kNm/kg的压缩指数(SCT)，高于6MNm/kg的抗张挺度，高于10％的初始相对湿强度(无湿强度添加剂)，即(湿抗张指数)/(干抗张指数)。这使得可以以比由硫酸盐纸浆制成的那些成本更低来生产产品，例如包装纸、纸袋、纸板或瓦楞纸，这些产品在干强度和湿强度以及可压缩性方面具有相同或更好的性能。然后，仅由单层(即所述HYP层)组成的纸或纸板产品具有与该层相同的物理性质。该产品中的HYP含量与单层中的HYP含量相同，即为所述层中的总纸浆含量的至少
50％。单层产品的实例可以是用于杂货的纸袋。

[0021] 合适地，包括多于一层的纸或纸板产品具有高于60kNm/kg的抗张指数，高于30kNm/kg的压缩指数(SCT)，高于7MNm/kg的抗张挺度，高于15％的初始相对湿强度(无湿强度添加剂)，即(湿抗张指数)/(干抗张指数)。这使得可以制造与由硫酸盐纸浆制成的产品相比具有更好的性能(干强度和湿强度以及可压缩性)的产品，例如包装纸、纸袋、纸板或瓦楞纸。

[0022] 优选地，无论层的数量如何，相对湿强度都高于30％，合适地高于40％。这使得可以生产比由硫酸盐纸浆制成的产品具有好得多的湿强度性能的产品，例如包装纸、纸袋、纸板或瓦楞纸。附图说明

[0023] 在下文中，参考优选的实施例和附图更详细地描述本发明。

[0024] 图1的原理图示出了在纸机或纸板机中的热压。

[0025] 图2a的图示出了压榨高得率纸浆(HYP)的配方时，层密度随各压榨温度的变化。

[0026] 图2b的图类似于图2a，但HYP中添加了淀粉。

[0027] 图3a的图示出了压榨HYP的配方时，层抗张指数随各压榨温度的变化。

[0028] 图3b的图类似于图3a，但HYP中添加了淀粉。

[0029] 图4a的图示出了压榨高得率纸浆(HYP)的配方时，层SCT指数随各压榨温度的变化。

[0030] 图4b的图类似于图4a，但HYP中添加了淀粉。

[0031] 图5a的图示出了压榨高得率纸浆(HYP)的配方时，层抗张挺度随各压榨温度的变化。

[0032] 图5b的图类似于图5a，但HYP中添加了淀粉。

[0033] 图6的图示出了在添加和不添加淀粉的情况下，压榨HYP的配方时，层湿强度指数随各压榨温度的变化。

[0034] 为了用本发明的方法生产本发明的纸或纸板产品，使用以木材生产、得率高于85％的高得率纸浆(HYP)来准备配方，该配方可以输送至纸机或纸板机的成形区域中的成形网并在成形网上脱水以形成湿纸幅。纸机或纸板机可以具有一个以上的成形网，用于将形成的不同层与多层产品中不同的配方分离。也可以使用多层流浆箱以将不同的配方，例如通过本发明方法生产的多层产品中每一层的一种配方，同时输送至成形网。

[0035] 优选地，成形区域的下游是压榨部，其布置在当通过压榨部时潮湿/湿纸幅被压榨至干固体含量为40‑70％的位置。在一些实施例中，优选的是在压榨部中潮湿/湿纸幅被压榨至干固体含量甚至高于70％。可以想到，将潮湿/湿纸幅压榨至干固体含量高于80％，但优选地不高于90％。因此，可能优选的是将潮湿/湿纸幅压榨至干固体含量为至少40‑70％，更优选地至少40‑80％。在一些实施例中，取决于待生产的纸所需的最终性能，可能合适的是将湿纸幅压榨至干固体含量为60‑80％。所述压榨部可以是任何传统的已知的压榨部。在干固体含量的所述区间，HYP‑纤维中包含的木质素是水饱和木质素，称为湿木质素，具有约5‑15％水分含量。湿纸幅，其高得率纸浆(HYP)占待生产的至少一层的至少50％，将湿纸幅从压榨部转移到热压压区，在此处以高于水饱和木质素的软化温度的温度将纸幅致密化，以提供纸或纸板产品，该纸或纸板产品含有占所述产品中总纸浆含量至少30wt‑％的高得率纸浆(HYP)。

[0036] 有利的是，当进入(热)压榨压区时，脱水的湿纸幅的干固体含量至少为40％，因为纸幅中太高的水含量将阻止产生永久性纤维‑纤维结合。进一步有利的是，在进入热压压区时，脱水的湿纸幅的干固体含量最多为70％，或约70％。原因在于，如果热压压区阶段在更高的干含量进行，则不能建立永久性纤维‑纤维结合。因此，当进入压榨压区时，湿纸幅的干固体含量为40‑70％。然而，在一些实施例中，优选的是，当进入热压压区时，湿纸幅的干固体含量高于70％，但优选地不高于90％。热压压区后，纸幅的干固体含量可以为80％或更高。

[0037] 热压压区阶段可以放在干燥部的上游或作为纸机或纸板机的干燥部的一部分。还可以想到，通过热压干燥步骤后，纸幅达到最终干燥并且无需进一步干燥。

[0038] 图1的原理图示出了在纸机或纸板机中热压以根据本发明压榨干燥。热压包括压力构件和加热的对应构件，它们一起形成压榨压区PN。在所示的实施例中，对应构件是通常由蒸汽内部加热的旋转滚筒干燥器1，而压力构件优选地是可变的顶压辊2，其可以通过任何希望的力压在干燥器1上。可以想到，也将顶压辊2加热。此外，热压包括环形的干燥网3和多个引导辊4，以在干燥网3行进通过压榨压区PN并且围绕滚筒干燥器1约一半的包络面时引导干燥网3行进，同时将纸幅5压在热干燥器表面。通过纸幅5中的水蒸发而形成的蒸汽通过干燥网3进入周围空气。调节压榨压区PN中供给的热量和压力以实现木质素所需的软化，使得木质素变粘，这导致在最终干和湿条件下纸张结构中纤维‑纤维结合强度增强。

[0039] 造纸机上的热压干燥可以在这种机器概念的所有可获得的类型中进行，其中纸幅可以经受高于木质素的软化温度的温度同时经受足够高的压力和停留时间，以达到根据本发明所需的密度。在远高于水饱和木质素的软化温度的温度下，当在根据本发明的条件下使纤维紧密接触时，HYP纤维之间形成具有非常高的湿强度的纤维‑纤维结合，因为木材木质素的化学和物理性质改变了。因此，本发明不限于使用烘缸和可变的顶压辊。如果需要，可以用靴形(shoe)压榨辊代替可变的顶压辊，并且为了增加热压的速度或允许纸幅的厚度增加，可以用杨克烘缸(Yankee dryer)代替常规的烘缸。甚至可以用Condebelt干燥系统或BoostDryer代替常规的辊距(roll nip)热压。例如，在FI‑54514B(Lehtinen)、US4,461,095(Lehtinen)和US5,867,919(Retulainen)中公开了Condebelt干燥系统，而在US7,294,239B2(Lomic等人)中公开了BoostDryer。

[0040] 因此，本发明提供了一种由含HYP的配方生产纸或纸板产品的方法，所述纸或纸板产品包括至少一包含根据所述层中的总纸浆含量计算并且如在下文阐明的至少50wt‑％HYP纸浆的层，在干强度和湿强度、压缩强度(SCT)和抗张挺度方面，纸或纸板产品具有优异的纸或纸板性能。为了达到这个目的，在纸机或纸板机中的热压干燥过程中，通过使干固体含量在40‑70％之间或甚至高于70％即至少40‑70％的湿纸幅在高于水饱和木质素的软化温度的温度经受高压，来处理纸或纸板产品的至少一层，以获得高于10％或15％的高初始相对湿强度(即(湿抗张指数)/(干抗张指数))。由这个水平，通过添加不同种类的常规湿强度剂，如湿强度添加剂或中性施胶剂，湿强度可以进一步提高至高于30％或高于40％。根据3
本发明，纸或纸板产品的至少一层将被压榨至密度通常高于600kg/m ，更优选地高于
3 3 3
700kg/m ，甚至更优选地高于750kg/m ，最优选地800kg/m或更高，压榨至抗张指数到达高
2 2
于50kNm/kg、60kNm/kg或70kNm/kg，Scott结合值高于500J/m ，优选地高于600J/m ，压缩指数(SCT指数)高于25kNm/kg或30kNm/kg。干抗张指数、湿抗张指数、SCT和抗张挺度是指纸张结构中的几何平均值。所有的纸张性能均指根据ISO或TAPPI方法测试的值，参见下文。通过向配方中加入这种干强度添加剂和湿强度添加剂可以进一步提高纸张强度水平，在热压干燥阶段该配方在高于木质素的软化温度的温度下运作。

[0041] 如上文所述，在常规造纸中生产的来自HYP的纸张通常具有低于400J/m2的Scott结合值，即使已经在非常高的能量输入下将HYP纤维精制为高柔韧性成为印刷纸种中的高质量纤维。然而，在根据本发明由HYP生产纸张中，甚至对于在精制中以低能量输入来生产2
的HYP，可以实现更高的Scott结合值，该值远高于500J/m ，其特征在于高CSF(高于250毫升)，因为纸张在高温下压缩，在该温度下木质素已经转变为粘的。实际上，Z方向的强度通常很高以至于它高于使用Scott结合仪器检测的极限。在压榨来自化学纸浆的纸张中，化学纸浆仅含有低含量的木质素，在相同的条件下，结合强度的这种增强并不显著。即使在高温下脉冲干燥来自化学纸浆的纸张，Scott结合值也非常低(参见，例如US 200020062938 A1)。为了使脉冲干燥在化学纸浆纸张上实现高的Scott结合值，因此似乎有必要在热压阶段(即热压压区)之前向纸幅加入聚合物和微米或纳米颗粒。

[0042] 所述至少一含HYP的层还可以包含除HYP之外的一种纸浆或多种纸浆，该一种纸浆或多种纸浆合适地是一种或多种化学纸浆，例如硫酸盐纸浆、亚硫酸盐纸浆和半化学纸浆，例如NSSC。

[0043] 与待生产的产品中的总纸浆含量相比，因为每个添加层不包含HYP，HYP的总含量降低。因此，在具有多于一层的产品中，产品中HYP的总含量应该优选地为总纸浆含量的至少30wt‑％，合适地至少50％，优选地至少70％，最优选地至少80％。这使得当木质素在高于水饱和木质素的软化温度的温度下变粘时，可以利用含HYP的层高的干强度和湿强度性能。由于HYP的生产成本低于化学纸浆，因此通常认为高含量的HYP是一种优势。应当理解，在多层产品中，HYP可以存在于形成产品层中的不只一层中。不包含HYP的其他层通常由化学纸浆组成但不一定由化学纸浆组成，例如，硫酸盐纸浆、亚硫酸盐纸浆和/或半化学纸浆，例如NSSC。

[0044] 根据本发明的HYP产品优选的实例可以是由三层组成的产品，中间层包含至少50％HYP而外层包含化学纸浆。三层产品中的HYP的总含量为至少30％。所述外层可以由一种相同的配方或由具有不同组成的不同配方形成，以实现产品所需的最终性能。另一个优选的实例可以是多层产品，例如，具有三层、四层、五层或六层或更多层并且包含由高游离度的HYP制成的一HYP层和由低游离度的HYP制成的另一HYP层的产品。各个HYP层中的其他纸浆可以是硫酸盐纸浆。

[0045] 此外，产品还可以包含由非纤维素材料制成的一层或数层，所述非纤维素材料为例如塑料、生物聚合物或铝箔、涂料等。

[0046] 通常，包含化学纸浆的层比HYP层具有更高的密度。这意味着，由于每个添加层包含化学纸浆，最终产品的密度增加。如上文所述，仅由HYP层组成的产品可以具有高于3 3
600kg/m的密度，而由HYP层和由化学浆制成的层组成的双层产品可以具有高于650kg/m的密度。

[0047] 在对强度和硬度要求高的多层产品中，可以设计外层以获得除了本发明中优先考虑的那些以外的其它性能。这意味着本发明的纸或纸板产品可以包含来自不同制浆工艺的不同种类的纤维素纤维。

[0048] 合适地，高得率纸浆(HYP)的木材得率高于90％。这使得可以使用具有高硬度的HYP纤维，尤其是在中间层中，这在对弯曲硬度或压缩强度(SCT)要求最高的产品中是有利的。高得率也是有利的，因为可以由一定量的木材生产更多的产品，将废弃材料的量最小化。

[0049] 在造纸期间，水饱和木质素的软化温度可以为约140‑170℃，但是也可以高于170℃，这取决于例如使用的软木或硬木纸浆、制浆过程中的化学成分、纸浆和造纸设备的加工条件、造纸机的压榨压区中的工艺(如加载速率)等。更高的加载速率导致更高的软化温度。因此，压榨压区中合适的温度可以高于160℃，优选地高于180℃，最优选地高于200℃。这使得可以有效地利用木质素作为纸张结构中的粘合剂。由于纤维‑纤维结合强度随压榨压区温度的升高而增大，因此通过改变压榨压区的温度可以满足不同的强度要求。造纸机最通常在非常高的机器速度下操作，这意味着在压榨压区中湿纸或板纸幅的停留时间非常短，并且纸幅非常快地通过压榨压区。因此，如果压榨压区中的温度远高于水饱和木质素的软化温度，以确保在压榨压区中短暂的停留时间内，纸幅的纤维中的木质素可以达到软化温度，这可能是有利的。然而，高温需要更多的能量。因此，高于200℃的温度是优选的。合适地，在热压压区中优选的温度是低于260℃的温度，更优选地240℃或更低，最优选地230℃或更低。在一些实施例中，压榨压区中合适的温度可以在205‑225℃区间。下面给出的实例在试验性机器中进行，该试验性机器在更低的机器速度(即)比普通研磨纸机低的速度下操作。因此，在试验性机器的压榨压区中的停留时间越长，湿纸幅在试验性压榨压区中加热的时间越长，因此，实例中压榨压区的温度限制在200℃且不高于200℃。由于在试验性压榨压区中更长的停留时间，可以确定湿纸幅中的水饱和木质素将达到高于湿木质素的软化温度的温度，湿木质素的软化温度已经为200℃。对于包含数层的多层产品，在远高于200℃的温度下进行压榨压区可能是有益的，例如，210‑240℃，因为必须加热许多层。

[0050] 在造纸机上，在温度远高于100℃下热压，通过机械压力和高温的共同作用，在热压中，将水从纸幅中除去。根据脉冲干燥技术，在干燥时这可以被利用(Arenander,S.and Wahren,D.(1983)：Impulse drying adds new dimension to water removal，TAPPI Journal 66(9)，24‑32)。在脉冲干燥中，将纸幅以约40％干含量送入到热压压区中。热压温度通常非常高，即200‑350℃。与来自打浆化学纸浆的纸幅的脉冲干燥技术相关的严重问题是，在热压压区后，当过热的水闪蒸成蒸汽时，纸结构容易发生分层。已经测试了许多尝试来克服该问题(参见例如US2002/0062938A1)。减少热压这种不希望的效果的一种方法是，将尽可能高干含量的纸幅喂料至热压压区中，因为在这种条件下产生的蒸汽较少。然而，根据本发明，当含有高含量的高游离度HYP的纸幅以高干含量喂料至热压中时，完全消除了分层问题。具有高含量的高游离度HYP的纸幅的特征在于，比具有高含量的打浆化学纸浆的纸幅更开放的结构，这意味着来自热压的蒸汽可以更容易通过含HYP的纸幅结构疏散。游离度(加拿大标准游离度，CSF)是在特定条件下纸浆纸幅脱水率的量度。在生产具有高CSF值的HYP时，精制或研磨中的能量输入减少。通常，含有一定量的高CSF值的HYP的纸幅结构比含有低CSF值的HYP的相应纸幅更开放。为了避免在高于水饱和木质素的软化温度的温度下热压时纸结构分层，在含有至少50％高游离度HYP的纸幅中，HYP的CSF值应该高于250ml，优选地高于400ml，最优选地高于600ml。由于当CSF值增加时，生产HYP时的能量消耗减少，因此使用尽可能高CSF水平的HYP当然是有利的，条件是达到预期的纸张性能。

[0051] 在TMP、CTMP、HTCTMP、CMP、SGW或PGW工艺中由软木或硬木生产高得率纸浆也是优选的。这使得可以使用不同HYP质量的特定性能特征。根据所需的最终产品规格，不同的特征可能是优选的，例如不同的密度、强度等级。

[0052] 实例

[0053] 在低于和高于水饱和木质素的软化温度的温度下压榨干燥含云杉CTMP的纸张[0054] 在图1示意性示出的试验性工厂中进行压榨干燥试验。将由Rapid 纸张形成机(Rapid sheet former)(ISO/DIS 5269‑2)生产的干含量40％的实验室纸张5喂料至加热的圆筒1和压辊2之间的压区中。测试包含云杉CTMP的纸张，其具有两种不同的加拿大标准游离度(CSF)水平，分别为420和720ml。在精制中可以以低的电能输入来生产这些纸浆，即低于1200kWh/t。将来自标准漂白硫酸盐纸浆的纸张用作参照。在一些试验中，用低剂量的阳离子淀粉将CTMP纤维材料进行表面改性。圆筒和压榨压区的温度在25‑200℃之间变化。在所有试验点施加相同的压区压力。

[0055] 制备用于试验的纸浆

[0056] 来自云杉的特别低能量、高游离度(CSF 720ml)HTCTMP(在精制阶段600kWh/adt，精制阶段包括废料精制)在瑞典 的SCA CTMP工厂的工厂试验中生产。在工厂中，浸渍容器位于预热器内部，并且在用15‑20kg pH 10的Na2SO3浸渍木片之前对其进行大气蒸汽处理。预热温度为约170℃。主精制机中使用的涡轮精制机板是进料型。用过氧化物漂白纸浆并快速干燥。还测试了来自相同工厂的标准类型的漂白和快速干燥CTMP(CSF 420ml)。在该纸浆生产中，精制中能量消耗为1200kWh/adt。

[0057] 标准的市场漂白软木硫酸盐纸浆，也来自SCA 工厂，将其作为参照纸浆进行测试。将化学纸浆实验室打浆至25SR。

[0058] 在准备纤维之前，根据SCAN M10:77热分解(HT)CTMP，并根据SCAN C:1865冲洗漂白的软木硫酸盐纸浆。

[0059] 用较低剂量的阳离子淀粉(25mg/g)处理一些(HT)CTMP和CTMP纤维。

[0060] 用阳离子淀粉制备纤维表面

[0061] 使用由瑞典Lyckeby 提供的马铃薯淀粉，CS，阳离子取代度为0.040。通过将5g/l淀粉浆加热至95℃来实验室处理淀粉，保持该温度30分钟，并使淀粉溶液在环境条件下冷却。每天制备新鲜的淀粉溶液以避免淀粉降解的影响。

[0062] 在实验室中将纸张制备至40％d.c.

[0063] 在来自奥地利佩滕巴赫的纸测试仪器(Paper Testing Instrument)(PTI)，(ISO 5269‑2)的Rapid 纸张形成机上制造纸张。在纸张制备之前，在纤维悬浮液剧烈通气
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之后形成具有150g/m 克重的纸张。然后将纸张在100kPa下压干并在94℃的约束条件干燥直至达到40％的干含量。

[0064] 压榨干燥设备

[0065] 将湿纸张插入到试验性压榨干燥机的压辊2和加热的烘缸1之间的干燥网3中。圆筒1和压辊2的直径分别为0.8m和0.2m。进料速率为1m/min。压区压力处于高水平，其选择为使得纸张具有高密度。圆筒温度在20‑200℃之间变化。压榨压区持续时间约为1秒。将在20℃压榨的纸张再次喂料至100℃圆筒温度的干燥器中而没有施加压力负载来最终干燥纸张。在100‑200℃压榨和干燥的纸张在第一次循环期间达到完全干燥。

[0066] 纸张测试

[0067] 在调节(ISO 187)后，根据ISO 5270/1924‑3测量抗张测试指数和抗张挺度指数，根据ISO 9895测量SCT，根据SCAN‑P 20:95测量湿强度指数，浸泡时间1分钟。分别根据ISO 536534评估克重、厚度和密度。根据Tappi T 569测量Scott结合。

[0068] 纸浆测试

[0069] 根据ISO 5267‑1,2测量游离度(CSF)。

[0070] 结果

[0071] 在当前的试验中，在热压压区中，以低于和高于水饱和木质素的软化温度的温度来压榨来自中等游离度(420ml)CTMP和高游离度(720ml)HTCTMP的纸张。将对纸张性能的影响与对打浆漂白硫酸盐纸浆的影响进行比较。此外，评估了仅用低剂量阳离子淀粉对HTCTMP和CTMP纤维进行表面改性的影响。

[0072] 图2示出了由升高的压榨压区温度造成的纸张结构的致密化效果。对于含有未处理的HT CTMP和CTMP纤维的纸张，效果最明显，而来自硫酸盐纸浆的纸张或多或少不受到压榨温度的影响，参见图2a。在来自高游离度HT CTMP的纸张上密度的相对增加最大，其中当压榨压区温度从25℃升高到200℃时，密度增加超过一倍。在200℃的压榨温度下，即在远高于水饱和木质素的软化温度的温度下，获得与硫酸盐纸浆纸张密度的接近的纸张密度。显然，增强HYP纤维的软化能够使纤维材料紧密接触，并且在适当的水分含量在远高于水饱和木质素的软化温度的温度及压力下产生非常强的永久性结合。如果压榨和干燥阶段在太低的干含量范围下进行，则在压力释放时压缩的硬HYP纤维容易回弹为其原始形状，因为纸张中纤维表面之间的水阻止产生永久性纤维‑纤维结合。然而，如上文所述，如果干含量太高，即高于纤维材料的湿饱和点，则在任何木质纤维基纸结构中都不能建立强的永久性纤维‑纤维结合。

[0073] 用阳离子淀粉改性纤维表面后，致密化效果与没有纤维表面处理的非常相似，参见图2b。

[0074] 随着密度增加(在压榨和干燥中温度升高的结果)，HYP纸张的抗张指数显著增加，而硫酸盐纸浆纸张的抗张指数仅略微改变，参见图3a。来自CTMP(CSF 420ml)和HTCMP(CSF 720ml)的纸张，其中纤维已经用阳离子淀粉进行表面处理，在最高的压榨温度达到与未处理的参照硫酸盐纸浆大致相同的抗张指数，参见图3b。富含木质素的纸张结构中结合强度非常高，并且与升高的温度明显相关，升高的温度导致湿木质素变粘。由于HTCTMP纸幅中纤维的数量仅为硫酸盐纸浆纸张中纤维的数量的一半左右，由于纸浆得率的差异，因此紧密接触的富含木质素的HTCTMP纤维表面之间的纤维‑纤维结合强度可以高于硫酸盐纸浆结构。

[0075] 已经在最高温度(200℃)下压榨的CTMP以及HTCTMP纸张的最佳压缩强度测量为SCT指数(kNm/kg)，与来自硫酸盐纸浆的参照纸张处于同一水平，参见图4a。这可以预期，因为HYP纸张的密度和抗张指数与硫酸盐纸浆参照纸张非常相似，HYP纸张的压缩指数(SCT)应该与硫酸盐纸浆纸张一样高或高于硫酸盐纸浆纸张，因为HYP纤维更硬。用阳离子淀粉进行表面处理时，来自高游离度(720ml)HTCTMP的纸张的SCT值有所改善，参见图4b。对比图4a和4b，来自CTMP的纸张，具有较低游离度值，受影响较小。

[0076] HYP纸张的抗张挺度随压榨温度的升高而变化的模式与抗张指数和压缩强度几乎相同，参见图5。显然，HYP纸张可以达到与来自硫酸盐纸浆的参照纸张相同的水平，参见图5a。对比图5a和5b，用阳离子淀粉进行表面处理似乎不会改善抗张挺度。

[0077] 当温度升高到远高于水饱和木质素的软化温度(200℃)时，即木质素变得非常粘的温度，含CTMP的纸张的初始相对湿强度(即(湿抗张指数)/(干抗张指数))显著增加，参见图6。在试验的最高温度，来自CTMP和HTCTMP纤维的纸张上的相对湿强度是来自参照硫酸盐纸浆的纸张上的相对湿强度的两倍多。

[0078] 最后的评论

[0079] 实例中的结果表明，可以由HYP生产纸张，在精制中采用低的输入电能来生产HYP，即低于1200kWh/adt，当改变造纸条件以更好地适应富含木质素的HYP纤维的特性时，即在高于水饱和木质素的软化温度的压榨温度时，抗张指数、压缩指数(SCT)和抗张挺度指数与来自漂白软木硫酸盐纸浆的纸张处于相同或几乎相同的水平。显然，在高压力负荷以高于40％的干含量区间并且在高于水饱和木质素的软化温度的温度下，HYP纸幅固结成稳定的结构。在这样的造纸条件下，甚至HYP，如HTCTMP，其可以在精制中以非常低的电能耗来生产，也可以用于生产高强度要求的纸制品，例如，包装纸、纸袋、纸板或瓦楞纸。在该研究中，测试了高达200℃的压榨温度，这是远高于水饱和木质素的软化温度的温度。结果表明，如果使用更高的温度，则可以进一步改善纸张性能。结果表明，这是HYP尚未开发的潜力，如果使用根据本发明的加工条件，HYP可以用于生产强度要求非常高的纸产品。通过改变造纸中的压榨温度，来自HYP纸幅的纸张特性可以在宽范围内变化，因为在不同温度下木质素的物理和化学性质明显不同。显然，如果在将水饱和木质素软化至高于水饱和木质素的软化温度的温度的条件下压榨湿纸幅，则在造纸中HYP纸幅可以以成本有效的方式形成高密度和强力的纸张。

[0080] 在具有多于一层的产品中，可以想到，取决于所需的最终产品特性，高得率纸浆可以存在于两层或更多层中。本发明的方法和产品不受到含HYP的层的数量以及产品中层的布置顺序的限制，也不受产品中层的总数的限制。层的数量及它们的相互位置取决于最终产品所需的特性，并且因此可以变化。可以想到，产品具有两层或三层HYP和一层或两层化学纸浆以及在两个外侧中的至少一个上的涂层。

[0081] 在适用的情况下所示百分比是重量百分比而非体积百分比。

[0082] 用于生产根据本发明方法的产品的生产线可以包括上文未提到的设备或图1中未示出的设备，例如，传统的压榨部和其他干燥设备。还可以想到，在热压干燥步骤之后，纸幅已经达到最终干燥，并且在热压干燥步骤之后无需最终干燥。此外，在一些实施例中，将热压干燥步骤作为包含在机器的干燥部中的步骤是有益的。离开压榨部并进入干燥部的湿纸幅可以首先在干燥部中以常规方式干燥，并干燥至干固体含量为至少50‑70％。然后，所述纸幅可以进入热压压区并根据本发明的方法压榨干燥。所述热压干燥可以进行至最终干燥或更高的干固体含量，然后在压榨压区的下游干燥至最终干燥，例如在烘干筒上。

[0083] 还可以想到，使用两个或多个热压压区而非单个热压压区。根据所要生产的产品所需的最终性能，使用两个或几个热压压区可能是有利的。与在单个热压压区中所需的停留时间相比，当使用两个或多个热压压区时，每个压榨压区中的停留时间可能更短。

[0084] 当生产由仍包含一些木质素的高得率未漂白化学纸浆制成的产品时，例如硫酸盐纸板产品，或具有高木质素含量的再生纤维配方，还可以有利地使用本发明的方法。

[0085] 工业实用性

[0086] 本发明主要适用于纸和纸板纸种的生产，其中纸和纸板纸种对强度要求很高或非常高。