高渗透性纤维素纤维的制作方法
【专利说明】高渗透性纤维素纤维
[0001] 交叉参考的相关申请
[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请No. 61/800757的优先权， 其在此以其全部引入，作为用于全部目的之参考。 发明领域
[0003] 所公开的主题涉及经丝光处理的纤维素纤维和制造这样的纤维的方法。具体的， 所公开的主题提供了具有增强的纤维强度的卷曲的经丝光处理的纤维素纤维。
[0004] 发明背景
[0005] 将纤维素纤维用于一定范围的消费产品中是本领域公知的。例如纤维素纤维可以 用于纸产品中，包括袋子，标签，毛巾料，薄纸，地图纸，纸图案，餐巾纸，海报纸，过滤纸和纸 的许多其他等级或者用途中。纤维素纤维还用于一次性吸收产品（例如尿布衬垫，尿布包 裹纸，尿布吸附结构，妇女月经带包裹纸，一次性病床衬垫，擦拭材料等）的结构或者部件 中。
[0006] 用于制备纤维素纤维的许多化学处理也是本领域已知的。例如已知的是纤 维素纤维可以在称作"丝光处理"的方法中用浓缩苛性溶液处理来改变纤维结构的形 态。该丝光处理方法将纤维素从它的天然形式转化成更加热力学稳定的形式。不同的 苛性剂可以用作丝光处理剂。用于丝光处理的技术描述在例如Rydholm，ed. Pulping Processes (Interscience Publishers,1965)和 Ott，Spurlin 和 Grafflin，eds.， Cellulose and Cellulose Derivatives，第 v 卷，第 1 部分（Interscience Publishers， 1954)中，其公开内容在此以其全部引入作为参考。
[0007] 用于化学处理纤维素纤维的已知的方法典型的将该纤维素纤维分散在稀释剂例 如水溶液中。但是，通常公认的是为了确保纤维素纤维和处理化学品的正确混合以及为了 易于大体积运输该处理混合物，这样的已知方法必须使得纤维素纤维以低的浓度存在于稀 释剂中。这样的方法因此通常导致了使用过多的溶剂，在其中进行化学处理，或者使用过多 的化学处理剂，由此增加了制造经化学处理的纤维素纤维的成本。此外，使用氢氧化钠或者 其他苛性试剂典型的需要专门的处置程序以及再循环方法来确保这样的材料不排放到环 境中。所公开的主题的一个目标是提供具有改进的产品性能的纤维素纤维。
[0008] Sun等人的美国专利No. 5858021描述了一种使用碱金属氢氧化物处理纤维素 纤维的方法。在用碱金属氢氧化物处理该纤维素纤维的同时或者其后，该纤维素纤维可 以用高能精练方法处理来实现期望的旋度量。使用所公开的方法的湿旋度的实验值在 0· 266-0. 325 变化。
[0009] Ali等人的美国专利No. 6896810描述了使得纤维素纤维进行碱处理的系统和方 法，其包括装置例如纳滤单元和浆体浓缩器，其在碱处理过程中产生了碱溶液降低的消耗。
[0010] Ko等人的美国专利No. 6837970描述了一种方法，将从未干燥的木浆的二维的平 坦纤维形态改变成三维扭弯纤维形态，而不借助于化学交联剂。
【发明内容】
[0011] 所公开主题的目的和优点将在下面的说明书以及其权利要求和附图中阐明和变 得显而易见。
[0012] 所公开的主题涉及制造具有改进的特性的纤维素纤维的方法，以及使用这样的方 法制造的纤维。根据所公开的主题的一种实施方案，经丝光处理的纤维素纤维的X射线衍 射系数是至少约0. 58,旋度是至少约38 %，纽结水平是至少约3200个纽结/米，和在1000 转PFI精练下的湿拉伸是至少约54N/cm。
[0013] 根据所公开的主题的一种实施方案，该纤维的旋度是至少约40%，至少约42%， 或者至少约43%。该纤维的纽结水平可以是至少约3300个纽结/米，至少约3400个纽结 /米，或者至少约3500个纽结/米。根据所公开的主题的一种实施方案，该X射线衍射系数 可以是至少约〇. 62,至少约0. 65,或者至少约0. 68。
[0014] 根据所公开的主题的一种实施方案，该纤维在500转的精练下的堆密度可以是至 少约5. 85cc/g，至少约6. 6cc/g，至少约6. 7cc/g，或者至少约6. 8cc/g。该纤维在1000转的 精练下的湿拉伸可以是至少约63N/cm，至少约65N/cm，至少约65. 5N/cm，或者至少约68N/ cm〇
[0015] 根据所公开的主题的一种实施方案，该S-?ο水平可以小于约4%或者小于约 3. 4%。该纤维的长度权重的纤维长度可以是至少约2. 3_。该纤维的粗糙度可以是至少约 34.5mg/100m〇
[0016] 根据所公开的主题的一种实施方案，该纤维在500转的精练下具有至少约 300cfm/ft2空气孔隙率。该纤维在500转的精练下的拉伸强度可以是至少约110g/in或者 至少约370g/in。该纤维的粉尘水平可以小于约12. 75%，小于约9. 5%，或者小于约7. 0%。
[0017] 根据所公开的主题的实施方案，该纤维保持了结构完整性。
[0018] 应当理解前述一般说明和下面的详细说明二者是示例性的，并且打算提供对于所 公开主题的进一步解释。
[0019] 附图（其引入和构成本说明书的一部分）被包括来说明和提供对于所公开主题的 进一步的理解。
【附图说明】
[0020] 图1是一个流程图，其显示了制造所公开主题的纤维的方法的一种实施方案。
[0021] 图2是一个图，其显示了根据所公开主题的一种实施方案的对照纤维和小规模工 厂纤维在1000转的精练下的湿零跨度拉伸（wet zero-span tensile)对在0转的精练下 的空气渗透性。
[0022] 图3是一个条形图，其显示了根据所公开的主题的一种实施方案的对照纤维、未 丝光处理的纤维和小规模工厂纤维在1000转下的湿零跨度拉伸。
[0023] 图4是一个图，其显示了根据所公开的主题的一种实施方案的对照纤维和小规模 工厂纤维的X射线衍射特性。
【具体实施方式】
[0024] 在本发明上下文中和在使用每个术语的具体上下文中，本说明书中所用的术语通 常具有它们在本领域通常的含义。下面定义的某些术语提供了另外的指引，来说明所公开 的主题的组成和方法以及如何制造和使用它们。
[0025] 定义
[0026] 作为此处使用的，使用措辞"一个"或"一种"当与权利要求和/或说明书中的术语 "包含"一起使用时，可以表示"一种"，但是它也与"一种或多种"、"至少一种"和"一种或大 于一种"的含义一致。仍然此外的，术语"具有"、"包括"、"包含"和"含有"是可互换的，并 且本领域技术人员认可这些术语是开放端术语。
[0027] 术语"约"或"大约"表示处于本领域技术人员所确定的具体值的可接受的误差范 围内，其将部分的取决于该值是如何测量或测定的，即，测量系统的限度。例如"约"可以表 示根据本领域的实践，处于3以内或者大于3标准偏差。可选择的，"约"可以表示处于给定 值的至多20%，至多10%，至多5%或者至多1%的范围。可选择的，术语可以表示处于所 述值的一个数量级内，优选处于5倍内和更优选2倍内。
[0028] 作为此处使用的，术语"纤维素"或者"纤维素的"包括具有纤维素作为主要成分 的任何材料，和具体的包含至少50重量％的纤维素或者纤维素衍生物。因此，该术语包括 棉花，典型的木浆，醋酸纤维素，人造丝，热化学木浆，化学木浆，解粘化学木浆，乳草丝，微 晶纤维素，微纤化纤维素等。
[0029] 作为此处使用的，术语"纤维"或"纤维的"指的是颗粒材料，其中这样的颗粒材料 的长径比大于约10。相反的，"非纤维"或"非纤维的"材料表示这样的颗粒材料，其中这样 的颗粒物质的长径比是约10或更低。
[0030] 作为此处使用的，术语"精练"指的是纤维的处理，其引起了破裂和原纤化，其有助 于赋予该纤维用于其中的所形成的应用的强度。
[0031] 作为此处使用的，术语"湿拉伸（wet tensile)"表示湿零跨度拉伸强度。
[0032] 作为此处使用的，术语"旋度变化"指的是未精练的纤维的湿旋度和精练到500转 的纤维的湿旋度之间的差值。
[0033] 术语"浓度"指的是纤维素纤维在混合物中的存在浓度。同样，浓度将作为重量百 分比提出，表示存在于混合物中的纤维素纤维的重量量除以存在于这样的混合物中的纤维 素纤维和水的总重量量，乘以100。
[0034] 丝光处理方法
[0035] 所公开的主题涉及制造经丝光处理的纤维素纤维的方法，以及由其制造的纤维。 根据所公开的主题的一种实施方案，经丝光处理的纤维素纤维可以是如下来制备：（i)将 纤维素浆与丝光处理剂合并来形成浆体，（ii)机械处理该浆体，（iii)从该浆体中清洗该 丝光处理剂，（iv)调节该浆体的pH，（v)分离该纤维，和（vi)干燥该纤维。
[0036] 起始材料
[0037] 参考图1，纤维供料是在纤维供料级102处提供的。本领域已知的任何纤维素浆 可以用作该起始材料。合适的纤维素浆源包括但不限于棉绒浆，硬木纤维素浆（例如硬木 牛皮纸），软木纤维素浆（例如软木牛皮纸），亚硫酸盐纤维素浆（例如软木和硬木亚硫酸 盐），牛皮纸纤维素浆，再水合纤维素浆和前述任一的任意组合。合适的硬木纤维素浆包括 但不限于南半球硬木牛皮纸纤维素浆，南半球硬木亚硫酸盐纤维素浆，斯堪的纳维亚硬木 牛皮纸纤维素浆，斯堪的纳维亚硬木亚硫酸盐纤维素浆，北方硬木牛皮纸纤维素浆（NHK)， 北方硬木亚硫酸盐纤维素浆，南方硬木牛皮纸纤维素浆（SHK)，南方硬木亚硫酸盐纤维素 浆，热带硬木牛皮纸纤维素浆，热带硬木亚硫酸盐纤维素浆和前述任一的任意组合。合适的 软木纤维素浆包括但不限于南半球软木牛皮纸纤维素浆，南半球软木亚硫酸盐纤维素浆， 斯堪的纳维亚软木牛皮纸纤维素浆，斯堪的纳维亚软木亚硫酸盐纤维素浆，南方软木牛皮 纸纤维素浆（SSK)，北方软木牛皮纸纤维素浆（NSK)，南方软木亚硫酸盐纤维素浆（SSS)，北 方软木亚硫酸盐纤维素浆（NSS)和前述任一的任意组合。合适的亚硫酸盐纤维素浆包括但 不限于南方软木亚硫酸盐纤维素浆，北方软木亚硫酸盐纤维素浆，热带硬木亚硫酸盐纤维 素浆和前述任一的任意组合。例如可以使用棉绒浆，软木亚硫酸盐纤维素浆和从未干燥的 纤维素衆。
[0038] 该纤维素浆可以是两种或更多种不同的纤维素浆的混合物。根据一种实施方案， 该纤维素浆不是再生的纤维素浆。适于本发明的牛皮纸纤维素浆可以任选的预水解。同样， 该纤维素浆可以是前述任何材料的纤维素絮。
[0039] 该纤维质材料可以是由它的天然状态，通过本领域已知的不同的制浆方法来制 备，包括但不限于化学，机械，热机械（TMP)和化学热机械制浆（CTMP)。这些工业方法详细 描述在 R. G. Macdonald&J. N. Franklin，Pulp and Paper Manufacture 第 3 卷；第 2 版，第 1 卷：The Pulping of Wood，1969 ;第 2 卷：Control，Secondary Fiber，Structural Board， Coating，1969,第 3 卷：Papermaking and Paperboard Making，1970, The Joint Textbook Committee of the Paper Industry 和在 M. J. Kocurek&C. F. B. Stevens，Pulp and Paper Manufacture，第 1 卷：Properties of Fibrous Raw Materials and Their Preparation for Pulping, The Joint Textbook Committee of the Paper Industry，第 182 页（1983) 中，其都在此以其全部引入作为参考。在一种实施方案中，该纤维质材料是通过化学制浆方 法制备的，例如牛皮纸或者亚硫酸盐方法。任一漂白的浆（其包括已经脱木素到非常低的 木质素水平的纤维）或者未漂白的牛皮纸纤维可以基于具体应用的要求来选择。归因于成 本考虑，如果碱稳定性不是问题，则可以选择未漂白的牛皮纸纤维。还可以使用热机械纤维 素纤维。用作基质纤维的纤维素纤维可以衍生自这样的源，其是一种或多种的南方软木牛 皮纸，北方软木牛皮纸，硬木，桉树，机械的，再循环的和人造丝。根据所公开的主题的一种 实施方案，该基质纤维可以衍生自南方软木牛皮纸，北方软木牛皮纸或者其混合物。例如该 基质纤维可以是南方软木牛皮纸。
[0040] 丝光处理剂
[0041] 根据所公开的主题的一种实施方案，纤维供料可以在丝光处理之前机械分离，来 获得表现出期望的性能的纤维。可选择的，该木材供料可以基于它的物理特性来选择。根 据