СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОНА И КАРТОННЫЙ ПРОДУКТ Российский патент 2005 года по МПК B31F1/20 B32B29/08 

Настоящее изобретение касается способа в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения для производства многослойного картона.

Изобретение также касается устройства для осуществления этого способа и картонного продукта, полученного по изобретению.

Картон используют для печати и наиболее широко используют в различных типах упаковок. Важными качествами материала, необходимыми для картона упаковочного типа, являются высокая прочность и жесткость, а также достаточно высокое качество материала для печати, если на упаковке должен быть напечатан текст или рисунки. Часто картонные материалы также снабжены барьерными слоями, если их используют, например, для упаковки жидкостей или продуктов, содержащих летучие компоненты, таких как кофе и другие пищевые продукты. Качество поверхности материала для печати определяются требованиями к качеству печати на упаковке продукта, при этом дорогие изделия, очевидно, должны быть упакованы в материалы, отличающиеся от материалов, используемых для транспортировки и для потребительских упаковок для насыпных продуктов.

Чтобы придать картону достаточную жесткость, картон должен быть выполнен довольно толстым, при этом необходимо большое количество сырьевого волокнистого материала для производства картона. С другой стороны, чем выше требования к качеству материала для нанесения печати, тем более дорогие сырьевые материалы следует использовать для придания продукту достаточно хорошей яркости помимо других качеств. Поскольку жесткость картона, главным образом, определяется его толщиной, удельный расход материала и стоимость сырьевого материала возрастают почти в линейной зависимости от толщины продукта и веса основы. Соответственно, было бы предпочтительно обеспечить поверхность картона, выполненную из прочного материала высокой плотности и с хорошими свойствами для печати, при этом средний слой должен иметь низкую плотность. Традиционно, плотность картонного полотна является по существу постоянной по всему его поперечному сечению, поскольку обычные технологии производства не могут производить полотно с заметно изменяющейся плотностью по его толщине. Когда согнутые картонные материалы действительно имеют плотность поверхностного слоя, отличающуюся от плотности среднего слоя, даже в этих типах материала изменения плотности настолько малы, что нет эффективного способа снижения расхода материала для толстого картона, как это предлагается гофрированными картонными материалами, имеющими рифленый средний слой. Следовательно, гофрированный картон все еще предпочтителен при производстве упаковок вследствие возрастающей необходимости в более жестких упаковочных материалах.

Гофрированный картон представляет собой многослойный продукт, содержащий два наружных слоя, называемых покрытиями, и гофрированный средний слой, расположенный между ними. В многослойном гофрированном картоне количество гофрированных средних слоев может быть более одного, и средние слои могут быть отделены друг от друга плоскими картонными слоями, подобным покрывающим слоям. Хотя форма, промежутки между пересечениями и высота рифлей могут изменяться, рифли неизменно выполняют в направлении, перпендикулярном направлению полотен сырьевого материала в машине. Поскольку все полотно, используемое в среднем слое, гофрируют без нарушения целостности гладкой поверхности сторон полотна, выступы рифлей образуют покрытие и непрерывно соединенные рисунки на поверхности, к которой они будут приклеены. В результате, жесткость среднего слоя различается в боковом и продольном направлениях. В картонных полотнах волокна сами ориентируются в процессе производства полотна, главным образом, в направлении машины, то есть в продольном направлении полотна. В результате, прочностные свойства полотна становятся разными в направлении, поперечном машинному, и в машинном направлении. В гофрированном картоне эта разница выравнивается повышенной жесткостью среднего слоя в направлении рифлей. Здесь, выражение "направление рифлей" означает продольное направление выступов и углублений рифлей.

Хотя гофрированный картон является предпочтительным упаковочным материалом, он имеет несколько недостатков. Прочность при сжатии гофрированного картона изменяется в широком диапазоне в зависимости от того, приложено ли сжимающее усилие к выступу или к углублению, и, кроме того, покрывающие слои не обязательно должны быть плоскими во всех точках, а могут иметь деформации, вызванные такими факторами, как, например, небольшая усадка после склеивания. Конечно, свойства поверхностного слоя гофрированного картона зависят от толщины и качества покрытия, но тем не менее, гофрированный картон по существу не рассматривают при выборе материала для печати контактным методом, что сокращает его применение в высококачественных упаковках. Хотя гофрированный картон, как правило, также стремится к относительно большой толщине, в последнее время в промышленности появились более тонкие картонные материалы с пониженным весом основы. Повышенная толщина этого материала ограничивает его применение как в продуктах для нанесения печати, так их в небольших упаковках для розничной продажи, которые ограничены их наружными размерами. Соответственно, гофрированный картон обычно не является альтернативой картону, по меньшей мере, в упаковках высокого качества.

Еще один недостаток гофрированного картона состоит в относительно сложном процессе его производства. Трехслойный гофрированный картон выполняют посредством рифления полотна среднего слоя и затем нанесения клея на выступы рифлей, после чего рифленый материал соединяют посредством сжатия с первым плоским покрытием. Второе плоское покрытие приклеивают в отдельной стадии к образованному таким образом двухслойному основанию картона. Клей наносят только на выступы рифлей, позволяя нанесение клея только посредством аппликатора с жестким покрытием, например валиком. Этот способ нанесения не может обеспечить равномерного соединения. Технология производства в две стадии является дорогостоящей, а технологическая линия производства гофрированного картона становится длинной и неудобной, таким образом требуя много места для печати и включая большие капиталовложения. При производстве многослойного гофрированного картона количество производственных стадий возрастает пропорционально количеству слоев в продукте.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа, пригодного для производства картона, обладающего хорошей жесткостью и обеспечивающего меньшее соотношение удельного расхода материала к жесткости картона, чем такое соотношение у картонных материалов уровня техники.

Задача изобретения решается посредством выполнения картонного материала по меньшей мере из двух, предпочтительно трех, слоев, соединенных друг с другом путем склеивания и посредством применения полотна материала среднего слоя в сухом состоянии перед стадией склеивания, чтобы получить постоянные деформации, рисунок которых выступает желаемым, свободно изменяемым образом от поверхности среднего слоя материала.

Другая задача изобретения состоит в обеспечении способа, пригодного для соединения картонных слоев друг с другом на одной стадии.

Более конкретно, способ по изобретению характеризуется признаками отличительной части п.1 формулы изобретения.

Устройство по изобретению характеризуется признаками отличительной части п.10 формулы изобретения, а картонный продукт по изобретению характеризуется признаками отличительной части п.12 формулы изобретения.

Изобретение обеспечивает значительные преимущества.

Изобретение позволяет производить высококачественные, пригодные для печати упаковочные виды картона, при этом соотношение жесткости к удельному расходу сырьевого материала, особенно волокнистого сырьевого материала, является значительно более предпочтительным, чем у картона традиционных сортов. Эти свойства картона легко изменить, и картон может производиться также очень легких сортов. Объем продукта является большим, также как его прочность и сопротивление изгибу относительно веса основы. Действительно, жесткость продукта может даже превышать жесткость гофрированного картона. Наоборот, по сравнению с продуктом равной жесткости и прочности картон по изобретению может быть выполнен с использованием меньшего количества волокнистого материала. Следовательно, новый картон является более экономичным при производстве и наносит меньший вред окружающей среде, чем обычный картон, в котором все складки являются сплошными слоями. Этот картон может полностью и легко подвергаться вторичной переработке, если все его слои выполнены из целлюлозного волокнистого материала. Если картон требует барьеров против влаги или газа, их можно обеспечить с использованием традиционных материалов типа фольги или пленки. Здесь возможность вторичной переработки картона обусловливается типом используемой фольги или пленки, при этом для обеспечения возможности вторичной переработки предпочтительно выбирать материалы типа фольги или пленки, которые могут подвергаться вторичной переработке вместе с волокнистым материалом.

Свойства картона могут изменяться различными способами. Путем изменения формы и размеров узора, образованного в среднем слое, можно управлять не только толщиной готового продукта, но также его прочностными качествами в различных направлениях, при этом качества покрывающего слоя могут изменяться для получения желаемых печатных свойств картона. Покрывающий слой может быть, например, покрытым или каландрованным для придания продукту хороших печатных свойств. Поскольку профиль толщины картона калибруют до относительно равномерных толщины и сопротивления сжатию в направлении, перпендикулярном его поверхности, то ровный картон по изобретению может обеспечить высокое качество печати с использовании традиционных технологий контактной печати, например офсетных, флексографических и цифровых принтеров.

Картон может быть произведен в единственном прижиме, и поскольку нанесение клея может осуществляться с использованием различных технологий, одна из которых представляет собой распыление, то взаимное соединение слоев полотна и нанесение на них клея является простой операцией. В наиболее предпочтительном варианте выполнения продукт является непосредственно готовым для использования, и это означает, что не требуются стадии сушки или хранения, и картон может быть сразу направлен на дальнейшее превращение (в упаковки). Поскольку полотно среднего слоя обрабатывают механически посредством сжатия без нагревания, то средство для формирования среднего слоя может быть выполнено очень простым. Поскольку изобретение может быть приспособлено для использования с различными типами материалов, картон может быть произведен из наиболее экономичных материалов, доступных в данное время. Этот признак можно использовать, например, когда не требуется высокая яркость продукта, при этом стоимость материала может быть предпочтительно снижена путем использования менее отбеленных волокон или волокон вторичной переработки, не подвергавшихся полному отбеливанию. Прочностные качества продукта могут изменяться также при использовании различных типов клея. Например, склеивание может выполняться при использовании вспененного клея, который заполняет полости продукта, таким образом значительно повышая жесткость продукта. Один или более слоев продукта могут быть из полимерного материала или металлической фольги, и, кроме того, один из слоев может быть покрыт материалом, образующим желаемый вид пленки или барьер. Эти виды картона требуются, например, для упаковок, используемых для жидкостей, или упаковок, являющихся не проницаемыми или малопроницаемыми для влаги и газов, и для термозапечатываемых продуктов. Конечно, несколько разных материалов типа фольги или пленки могут быть ламинированы в одном продукте.

Далее, изобретение будет рассмотрено более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показан вариант выполнения изобретения.

Примерный вариант выполнения, показанный на чертеже, пригоден для производства трехслойного продукта. Для выполнения такого трехслойного продукта требуются три полотна 4, 5, 6, которые для производственного процесса предоставляются в виде рулонов 1, 2, 3 материала. Как требует процесс, полотна разматывают из рулонов 1, 2, 3 и подают в прикрепляющий и калибрующий прижим 7, образованный между двумя противоположными рулонами. Полотна прикрепляют друг к другу в этом прижиме 7. Сначала полотно 5 среднего слоя проходит в прижим из рельефных валков 8, которые обрабатывают полотно посредством выдавливания выпуклого рисунка на полотне 5 в сухом состоянии, чтобы деформировать поверхность полотна постоянным образом. В этом случае сухим считается полотно, имеющее нормальное содержание влаги, разматываемое из запасного или машинного рулона 2, то есть содержание влаги в рулоне подаваемого материала обычно составляет менее 10%, а в общем бывает от 3 до 12%. Кроме того, операцию выдавливания осуществляют, не подвергая полотно нагреванию или обработке паром. Наиболее предпочтительно, поверхность полотна выдавливают посредством трехмерного рисунка, такого как рисунок типа пчелиных сотов, при этом прочность полотна после выдавливания как в направлении ориентации волокон, так и в направлении, поперечном машинному, является одинаково хорошей, чего не обеспечивает, например, двухмерный рифленый материал гофрированного картона. Покрывающие полотна 4 и 6 проходят через клеящие валки 9-12. Их действие состоит в том, что валки 9, 10, перемещающиеся на наружной стороне покрывающих полотен 4, 6 соответственно, служат в качестве поддерживающих валков, при этом клей наносится на внутренние стороны покрывающих полотен 4, 6 периферией аппликаторных валков 11, 12 соответственно. Покрытые клеем покрывающие полотна 4, 6 затем проходят вместе с выдавленным полотном 5 среднего слоя через прикрепляющий прижим, в котором полотна прикрепляются друг к другу и одновременно калибруется толщина картона путем сдавливания полотна между валками. Таким образом, производство этого продукта и прикрепление полотен может осуществляться на одной стадии вместе с калибровкой толщины картона. Прикрепляющий прижим 7 также служит в качестве вытягивающего прижима. После стадии прикрепления продукт может подсушиваться, если требуется, посредством сушильного устройства 13 в зависимости от требований к отверждению используемого клея. Конечно, клей может отверждаться при использовании других реакций в соответствии с типом клея, нанесенного на полотно.

Вышеописанный процесс может включать несколько различных стадий, которые рассмотрены ниже, с точки зрения различных видов производственных линий и их стадий.

Изобретение направлено на производство картона для розничных упаковок, имеющих небольшой ресурс, при этом задача изобретения состоит в снижении удельного расхода сырьевых материалов, используемых для этих упаковок. С этой целью картон по изобретению представляет собой многослойный упаковочный картон, обычно имеющий вес основы от 100 до 50 г/м². Толщина продукта обычно составляет от 0,5 до 1,5 мм для обеспечения совместимости с множеством различных печатных технологий. Его производство осуществляют с помощью процесса, в котором сухие полотна волокнистого материала соединяют друг с другом путем склеивания, так что получают двухслойный или многослойный ламинированный материала. Изобретение основано на механической обработке полотна среднего слоя в сухом состоянии, так что на нем производят постоянные выступающие деформации. Стадию деформации предпочтительно осуществляют непосредственно перед склеиванием полотна среднего слоя, одной его стороной или обеими сторонами, с верхним покрытием, нижним покрытием или полотном среднего слоя. Клей наносят в виде равномерного слоя на поверхность недеформированного полотна, при этом одновременно происходит поверхностное проклеивание верхнего покрытия, таким образом дополнительно повышая прочность продукта. Соединение полотен друг с другом происходит в единственном прижиме, который также управляет конечной толщиной продукта и калибрует ее.

Полотна, используемые в продукте, могут быть необработанными или модифицированными полотнами с весом основы в диапазоне 30-200 г/м². Эти полотна могут быть сортов, обработанных нанесением покрытия и/или каландрованием, включая многослойные полотна, покрытые или ламинированные фольгой или пленкой различными способами. Полотно среднего слоя может быть даже полотном типа бумажных салфеток при условии, что продукту могут быть обеспечены желаемые прочностные качества. Одно или более волокнистых полотен продукта могут быть заменены полимерным материалом или слоем металлической фольги.

Перед склеиванием покрывающие полотна 4, 6 могут быть обработаны на той же производственной линии, например, путем нанесения рисунка. В вышеописанном варианте выполнения покрывающее полотно 4 механически обрабатывают зернением, которое осуществляют в прижиме 14. Кроме того, полотно или полотна могут быть покрыты, например, барьерным материалом. В примерном варианте выполнения эту обработку осуществляют для одного из покрывающих полотен покрытия в прижиме 15. Такую обработку можно проводить либо с использованием функциональных агентов или лаков для нанесения барьерного слоя, либо посредством приклеивания к поверхности полотна фольги или пленки, имеющей желаемые свойства. В данном описании выражение "барьерное покрытие" относится к обработке, которая обеспечивает непроницаемость продукта для жидкости или газа. Нанесение и фиксация такого обрабатывающего агента на полотно хорошо известно в данной области, и для осуществления этой операции пригодно несколько способов.

Важным признаком изобретения является то, что оно позволяет легко дополнять продукт упрочняющими полосами и элементами информационных технологий, такими как магнитные полосы, фольга с печатной схемой или диски с резонансными идентификационными чипами/микросхемами или другими пассивными/активными элементами обработки данных, на основе которых упаковки, выполненные из картона по изобретению, могут быть идентифицированы и посредством которых можно управлять производством/использованием таких упаковок. Упрочняющие или магнитные полосы могут разматываться с катушки 16 в прикрепляющем прижиме 7, при этом другие типы дополнительных элементов либо вводят посредством подходящего средства 17 в прикрепляющий прижим, либо наносят на покрытую клеем поверхность полотна.

Покрывающие полотна картона могут иметь предварительно нанесенную печать, при этом обычно необходимо выровнять рисунки, напечатанные на противоположных покрывающих полотнах друг с другом. Это можно осуществить с помощью, например, отметок для выравнивания, напечатанных на покрывающих полотнах. Выравниванием отметок могут управлять фотокамеры или фотоэлементы. Данное изобретение облегчает такое выравнивание полотна, поскольку полотна соединяют друг с другом в единственном прижиме 7, при этом для выравнивания необходимо простое управление взаимными скоростями полотен. Отметки для выравнивания также можно использовать для подачи вышеупомянутых элементов обработки данных в желаемых положениях полотна так, чтобы элементы были точно выровнены в правильных местах в отрезанных листах и, таким образом, были правильно расположены в упаковке для операции считывания или записи.

Клей наносят на всю поверхность необработанного полотна, которое может быть покрывающим полотном или полотном среднего слоя. Таким образом, можно обеспечить хорошее сцепление всех точек обработанных полотен среднего слоя с необработанным полотном, при этом отверждение клея также упрочняет продукт. Количество нанесенного клея составляет около 1-3 г/м² по сухому веществу, что означает, что клей может наноситься при использовании, например, технологии пленочного нанесения. На практике клей может быть нанесен посредством любого способа, известного в данной области, например распылением, поливом, рифленым валиком или струей. Клей может быть нанесен в виде жидкости, или дисперсии, или пены из сухого клеевого вещества в жидком растворе. Клей также может быть нанесен непосредственно на прикрепляющий прижим 7, как показано стрелкой 18 на чертеже, особенно когда используют вспененный клей или нанесение посредством распыления. Следует отметить, однако, что равномерный слой клея должен наноситься на поверхность необработанного полотна, чтобы обеспечить прочный продукт и полное склеивание среднего слоя. Предпочтительно содержание твердых частиц клея должно быть высоким, чтобы избежать сильной сушки продукта. Выбор клея также можно использовать для влияния на качество продукта и, таким образом, стадия склеивания может придать продукту такие свойства, как, например, управляемая защита от электростатического разряда. Если клей наносят в виде вспененного состава, он заполняет пустоты продукта, таким образом особенно повышая его сопротивление сжатию. Одним из благоприятных аспектов использования клеев на основе крахмала является то, что продукт, склеенный этими составами, легко подвергается вторичной переработке.

Выдавливание рельефа на среднем слое 5 выполняют на сухом полотне так, чтобы обеспечить на нем постоянные деформации. Предпочтительно поверхность полотна не должна надрываться, чтобы сохранить его максимальную прочность. Полотно выдавливают в сухом состоянии, поскольку выдавливание полотна во влажном состоянии требует сушки, приводящей к большим затратам энергии и, таким образом, является дорогостоящей операцией, требующей эффективного сушильного оборудования. Кроме того, сушка полотна повлияла бы на размеры выдавленного рисунка и самого полотна, поскольку влажное волокнистое полотно подвержено сильной усадке в процессе сушки.

Помимо вышеописанного, изобретение может иметь альтернативные варианты выполнения.

Количество картонных слоев может меняться, и материалы полотна могут отличаться от волокнистых полотен. Однако по меньшей мере одно из полотен должно состоять в основном из целлюлозного волокна. Наиболее предпочтительными волокнистыми материалами среднего слоя являются материалы из целлюлозного волокна, поскольку они хорошо переносят механическую обработку. С другой стороны, если это более экономично, то полотно может быть выполнено из древесной пульпы. Например, непроницаемый картон упаковочного типа может иметь одно или более полотен, содержащих полимерный материал, или тонкую металлическую фольгу, или даже обработанную полупроницаемую полимерную пленку. Хотя в способе и устройстве по изобретению полотна прикрепляют друг к другу предпочтительно в единственном прижиме, также могут выполняться многослойные продукты, например, сначала изготавливая трехслойный картон, к которому на последующей стадии прикрепляют требуемое количество средних и покрывающих слоев.

В устройстве по изобретению валковые прижимы могут быть заменены, например, ленточными прессами или т.п.

Способ производства пригодного для печати картонного продукта, содержащего по меньшей мере два слоя, в котором полотна сырьевого картонного материала, образующие слои продукта, прикрепляют друг к другу склеиванием, при этом по меньшей мере одно из полотен механически обрабатывают в сухом состоянии, предпочтительно при влажности полотна не более 12%, посредством выдавливания на нем рельефного рисунка, так чтобы деформировать поверхность полотна постоянным образом, и полотна прикрепляют друг к другу путем нанесения клея в прикрепляющем прижиме, при этом указанные полотна изготавливаемого картонного продукта прижимают друг к другу так, чтобы калибровать толщину скрепленных полотен. Предложенное изобретение также относится к устройству для производства пригодного для печати картонного продукта и к картонному продукту. Предложенное решение обеспечивает создание способа, пригодного для производства картона, обладающего хорошей жесткостью и обеспечивающего меньшее соотношение удельного расхода материала к жесткости картона, чем такое соотношение у картонных материалов уровня техники, кроме того, другая задача изобретения состоит в обеспечении способа, пригодного для соединения картонных слоев друг с другом на одной стадии. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства пригодного для печати картонного продукта, содержащего по меньшей мере два слоя, в котором полотна (4, 5, 6) сырьевого картонного материала, образующие слои продукта, прикрепляют друг к другу склеиванием, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из полотен механически обрабатывают в сухом состоянии предпочтительно при влажности полотна не более 12% посредством выдавливания на нем рельефного рисунка так, чтобы деформировать поверхность полотна постоянным образом, и полотна (4, 5, 6) прикрепляют друг к другу путем нанесения клея в прикрепляющем прижиме (7), при этом указанные полотна (4, 5, 6) изготавливаемого картонного продукта прижимают друг к другу так, чтобы калибровать толщину скрепленных полотен.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на полотне (5), подлежащем механической обработке, образованы трехмерные деформации.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что клей наносят на всю поверхность тех сторон необработанных полотен (4, 5), которые должны быть обращены к обработанному полотну (5).4. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере три полотна (4, 5, 6) прикрепляют друг к другу в указанном прикрепляющем прижиме (7).5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что по меньшей мере одно (6) из указанных полотен обрабатывают так, чтобы сделать полотно не проницаемым для жидкости и/или газа.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в прикрепляющий прижим (7) вводят идентификационные элементы, способствующие идентификации указанного картонного продукта или упаковки, выполненной из него.7. Способ по любому из пп.1-4 и 6, отличающийся тем, что на указанных полотнах выполняют отметки для выравнивания и на стадии сжатия полотна выравнивают друг с другом с помощью указанных отметок.8. Устройство для производства пригодного для печати картонного продукта, содержащего по меньшей мере два слоя, включающее средства (1, 2, 3) для подачи по меньшей мере двух полотен (4, 5, 6) в устройство и средство (9) обработки клеем одной поверхности по меньшей мере одного (4) из полотен для прикрепления указанной поверхности к другому полотну (5), отличающееся тем, что оно содержит средство (8) механической обработки по меньшей мере одного (5) из полотен так, чтобы образовать на поверхности указанного полотна постоянные деформации, и прижим (7) для прижатия указанных полотен (4, 5) друг к другу после нанесения клея и калибровки толщины полученного таким образом продукта.9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что количество средств (1, 2, 3) подачи указанных полотен (4, 5, 6) составляет по меньшей мере три так, чтобы при этом указанные полотна входили в указанный прикрепляющий прижим (7) одновременно.10. Картонный продукт, содержащий по меньшей мере два слоя (4, 5), соединенные друг с другом, причем один слой (4) является плоским полотном, отличающийся тем, что по меньшей мере один слой (5) механически обработан так, что на поверхности указанного слоя имеется трехмерный рисунок постоянных деформаций.11. Картонный продукт по п.10, отличающийся тем, что клей нанесен на всю поверхность той стороны по меньшей мере одного (4) из указанных плоских полотен, которая должна быть обращена к механически обработанному полотну.12. Картонный продукт по п.11, отличающийся тем, что указанный продукт содержит три слоя и указанный обработанный слой прикреплен к указанным плоским полотнам между ними.13. Картонный продукт по п.10, отличающийся тем, что по меньшей мере один из указанных слоев указанного продукта является не проницаемым для жидкости или газа.14. Картонный продукт по п.10, отличающийся тем, что включает идентификационные элементы, способствующие идентификации указанного продукта или упаковки, выполненной из него.