表面增强纸浆纤维,制备该表面增强纸浆纤维的方法,混入了表面增强纸浆纤维的产品 ...的制作方法
【专利说明】表面增强纸浆纤维，制备该表面增强纸浆纤维的方法，混入 了表面增强纸浆纤维的产品，以及制备该混入了表面增强 纸浆纤维的产品的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求了 2012年08月24日提交的美国在先专利申请系列No. 61/692,880 和2013年03月15日提交的美国非在先专利申请系列No. 13/836, 760的优先权，因此它们 中的每一个都通过参考文献如同完整阐述于本申请中而并入本申请。 发明领域
[0003] 本发明一般涉及例如可以用于纸浆、纸张、纸板、生物纤维复合物（例如纤维水泥 板、纤维增强塑料等）、吸收产品（例如绒毛浆、水凝胶等）、衍生自纤维素的特制化学品 (例如醋酸纤维素、羧甲基纤维素（CMC)等）和其他产品的表面增强纸浆纤维。本发明还涉 及制备表面增强纸浆纤维的方法、混入了表面增强纸浆纤维的产品，以及制备该混入了表 面增强纸浆纤维的产品的方法。
[0004] 发明背景
[0005] 纸浆纤维，例如木质纸浆纤维用于多种产品中，例如包括纸浆、纸张、纸板、生物纤 维复合物（例如纤维水泥板、纤维增强塑料等）、吸收产品（例如绒毛浆、水凝胶等）、衍生 自纤维素的特制化学品（例如醋酸纤维素、羧甲基纤维素（CMC)等）以及其他产品。纸浆纤 维可以由多种木材类物质获得，包括硬木（例如橡树、橡胶树、楓树、白杨、桉树、山杨、桦树 等）、软木（例如云杉、松树、杉树、铁杉、南方松树、红杉等）以及非木材（例如洋麻、大麻、 稻草、甘蔗渣等）。纸浆纤维的性质可以影响最终产品，例如纸张的性质，影响中间产品的性 质以及影响用于制备产品（例如造纸机的生产力和制造成本）的制造方法的实现。纸浆纤 维可以多种方法进行处理以获得不同的性质。在一些现有的方法中，一些纸浆纤维可以在 混合到终端产品中之前进行精磨。取决于精磨的条件，精磨方法可以导致纤维长度的明显 降低，对于某些应用来说，可产生不期望量的细料，并且另外会以对终端产品、中间产品和/ 或制造方法具有不良影响的方式影响纤维。例如，细料的产生对一些应用不利，因为细料会 缓慢排出，增加保水量，并且在造纸时增加末端润湿的化学品消耗，这在一些方法和应用中 是不期望的。
[0006] 在加工成纸浆、纸张、纸板、生物纤维复合物（例如纤维水泥板、纤维增强塑料 等）、吸收产品（例如绒毛浆、水凝胶等）、衍生自纤维素的特制化学品（例如醋酸纤维素、 羧甲基纤维素（CMC)等）和类似产品之前，木浆中的纤维典型的具有在0. 5到3. 0毫米之 间的范围内的长度加权平均纤维长度。精磨和其他处理步骤会缩短纸浆纤维的长度。在常 规的精磨技术中，纤维通常使用相对低的能量（例如对于硬木纤维来说为大约20-80kWh/ 吨）并且对于硬木使用大约0. 4-0. 8Ws/m的比边载荷仅通过精磨机一次，但是一般不超过 2-3次以制备典型的精制纸张。
[0007]发明概述
[0008]本发明一般涉及多个表面增强纸浆纤维，制备、应用和运输表面增强纸浆纤维，混 入了表面增强纸浆纤维的产品以及用于制备、应用和运输混入了表面增强纸浆纤维的方法 的多个实施方案，并且还涉及本发明中描述的多个其他方案。
[0009] 在不同的实施方案中，与常规精磨的纤维相比，本发明的表面增强纸浆纤维具有 明显更高的表面积而在纤维长度方面没有明显的降低，并且在原纤化期间没有产生显著量 的细料。在一个实施方案中，多个表面增强纸浆纤维具有至少大约0. 3毫米的长度加权平 均纤维长度和至少大约10平方米/克的平均水力比表面积，其中在烘干的基础上表面增强 纸浆纤维的数目为至少12000根纤维/毫克。在进一步的实施方案中纤维具有至少大约 0. 35毫米的长度加权平均纤维长度，并且在其他方案中为至少大约0. 4毫米。在一些实施 方案中，纤维具有至少大约12平方米/克的平均水力比表面积。在一些实施方案中，当具 有0. 2毫米或更小长度的纤维作为细料分类时，多个表面增强纸浆纤维具有少于40%的长 度加权细料值。在其他实施方案中，纤维具有小于22 %的长度加权细料值。
[0010] 在本发明的一些实施方案中，多个表面增强纸浆纤维具有是其原纤化前长度加权 平均长度的至少60%的长度加权平均长度和是原纤化前的纤维平均比表面积至少4倍的 平均水力比表面积。在一些其他的实施方案中，多个表面增强纸浆纤维具有是原纤化前纤 维的长度加权平均长度的至少70%的长度加权平均长度。在一些其他的实施方案中，多个 表面增强纸浆纤维具有是原纤化前纤维的平均水力比表面积至少8倍的平均水力比表面 积。在一些其他的实施方案中，大量表面增强纸浆纤维具有至少大约0. 3毫米的长度加权 平均纤维长度（Lw)和至少大约10平方米/克的平均水力比表面积，其中在烘干的基础上， 表面增强纸浆纤维的数量为至少12000根纤维/毫克。在一些其他的实施方案中，多个表 面增强纸浆纤维具有至少大约0. 4毫米的长度加权平均纤维长度（Lw)和至少大约12平方 米/克的平均水力比表面积，其中在烘干的基础上，表面增强纸浆纤维的数量为至少12000 根纤维/毫克。在一些实施方案中，当具有〇. 2毫米或更小长度的纤维作为细料分类时，多 个表面增强纸浆纤维具有小于40 %的长度加权细料值。在一些实施方案中，多个表面增强 纸浆纤维具有小于22%的长度加权细料值。
[0011] 在不同的实施方案中，多个表面增强纸浆纤维可以源自于硬木或软木。
[0012] 本发明还涉及混入了根据本发明的不同实施方案的多个表面增强纸浆纤维的制 造制品。这些制造的制品的实例包括但不限于纸张产品，纸板产品，纤维水泥板，纤维增强 塑料，绒毛浆和水凝胶。
[0013] 本发明还涉及由根据本发明不同实施方案的多个表面增强纸浆纤维形成的制造 制品。这些制造制品的实例包括但不限于醋酸纤维素产品和羧甲基纤维素产品。
[0014] 本发明还涉及制备表面增强纸浆纤维的不同方法。在一些实施方案中，制备表面 增强纸浆纤维的方法包括将未精磨的纸浆纤维引入到机械精磨机中，其包括一对精磨盘， 其中该盘具有1. 3毫米或更小的棒宽度和2. 5毫米或更小的沟纹宽度，并且使纤维精磨直 到对于精磨机来说达到至少300kWh/吨的能量消耗以制备表面增强纸浆纤维。在一些实 施方案中，该盘具有1. 〇毫米或更小的棒宽度和1. 6毫米或更小的沟纹宽度。在一些实施 方案中，纤维进行精磨直到对于精磨机来说达到至少450kWh/吨的能量消耗，或者在其他 实施方案中直到达到对于精磨机来说至少650kWh/吨的能量消耗。在一些实施方案中，纤 维进行精磨直到对于精磨机来说达到大约300kWh/吨到大约650kWh/吨之间的能量消耗。 在一些其他的实施方案中，纤维进行精磨直到对于精磨机来说达到大约450kWh/吨到大约 650kWh/吨之间的能量消耗。在一些实施方案中，精磨机在大约0. 1到大约0. 3Ws/m之间的 比边载荷下操作，并且在其他实施方案中在大约0. 1到大约0. 2Ws/m的比边载荷下操作。
[0015] 在一些实施方案中，纤维可以再循环通过精磨机。例如，在一些实施方案中，纤维 多次再循环通过精磨机直到达到至少300kWh/吨的能量消耗。在一些实施方案中，纤维再 循环通过精磨机至少3次。在一些实施方案中，除去一部分纤维并且另一部分再循环。因 此本发明方法的一些实施方案进一步包括从机械精磨机中连续的除去大部分纤维，其中一 部分除去的纤维是表面增强纸浆纤维，并且超过大约80%的除去的纤维再循环回到机械精 磨机中用于进一步精磨。
[0016] 本发明方法的一些实施方案使用两个或多个机械精磨机。在一些这样的实施方案 中，制备表面增强纸浆纤维的方法包括将未精磨的纸浆纤维引入到包括一对精磨盘的第一 机械精磨机中，其中该盘具有1. 3毫米或更小的棒宽度和2. 5毫米或更小的沟纹宽度，在第 一机械精磨机中使纤维精磨，将纤维输送到至少一个另外的包括一对精磨盘的机械精磨机 中，其中该盘具有1. 3毫米或更小的棒宽度和2. 5毫米或更小的沟纹宽度，并且在至少一个 另外的机械精磨机中使纤维精磨直到对于精磨机来说达到至少300kWh/吨的总能量消耗 以制备表面增强纸浆纤维。在一些实施方案中，纤维在第一机械精磨机中通过使至少一部 分纤维多次再循环通过第一机械精磨机精磨。在一些实施方案中，纤维多次再循环通过另 外的机械精磨机。在一些其他的实施方案中，第一机械精磨机中的精磨盘具有大于1. 〇毫 米的棒宽度和大于或等于2. 0毫米的沟纹宽度，并且在至少一个另外的机械精磨机中的精 磨盘具有1.〇毫米或更小的棒宽度和1.6毫米或更小的沟纹宽度。
[0017] 在一些实施方案中，制备表面增强纸浆纤维的方法包括将未精磨的纸浆纤维引入 到包括一对精磨盘的机械精磨机中，其中该盘具有1. 0毫米或更小的棒宽度和2. 0毫米或 更小的沟纹宽度，使纤维精磨，从机械精磨机中连续的除去大量纤维，其中一部分除去的纤 维是表面增强纸浆纤维，并且使超过80%的除去的纤维再循环回到机械精磨机中用于进一 步精磨。
[0018] 在一些实施方案中，通过本发明的方法制备的表面增强纸浆纤维可以具有本文描 述的一种或多种性质。例如，根据一些实施方案，这些表面增强纸浆纤维具有未精磨纸浆纤 维长度加权平均长度的至少60 %的长度加权平均长度和是未精磨纸浆纤维的平均比表面 积的至少4倍的平均水力比表面积。
[0019] 这些和其他实施方案更详细的提供于以下详细描述的内容中。