专利名称：生产纤维素纤维幅的方法
生产纤维素纤维幅的方法本发明涉及一种生产可进一步加工成无尘纸(air-laid paper)、薄纸或纸屑(fluff)的纤维素纤维幅的方法。本发明还涉及可由该方法得到的纤维素纤维幅和可通过进一步加工纤维素纤维幅 而得到的无尘纸、薄纸或纸屑。
背景技术：
当生产纸,尤其是无尘纸、薄纸或纸屑时,作为静息电位(static potential)测量的静电可能是个问题。它可引起干扰生产的放电或火花。此外，如果干纤维具有高静息电位，则纤维倾向于自身胶粘于工艺设备如磨机、纤维分离器和管道。纤维聚集并作为大块排出，这在形成最终产品时产生问题。由于形成的产品通常由干纤维制成，纤维的均匀分布是重要的并应避免纤维团块。在无尘纸的生产中，不受控的静息电位可产生广泛的粉化，这又可产生粉尘爆炸。降低静息电位的尝试也可导致离解试剂(debonding agent)的劣化,离解试剂的加入在造纸过程中可在纸页成型期间通过干扰天然纤维-纤维键而增强产品柔软度。WO 2007/058609公开了一种方法，其中在增强所产生的纸产品的柔软度的同时可控制并降低纤维/纸产品的静息电位。然而，希望进一步控制静息电位。此外，希望得到抗静电剂的均匀分布/分散。另一目的是提高抗静电剂的留着和有效使用。本发明的另一目的是提供可平稳地降低静息电位而没有过度剂量的风险使得静息电位过零且变为显著负数的方法。根据一个实施方案，这可通过加入抗静电剂解决而不需要其它添加剂。另一目的是提供一种方法，其中相对低剂量的抗静电添加剂可将静息电位降至可接受的水平。另一目的是用抗静电剂的组合改进抗静电效果以提供降低和控制静息电位的平稳且相对快的方法。根据本发明一个实施方案，本发明的另一目的是在保持足够柔软度并赋予产品可接受的去纤化能(defiberization energy)的同时提供可控制静息电位的方法。本发明本发明涉及一种生产纤维素纤维幅的方法，该方法包括a)提供纤维素悬浮液并将离解剂(debonder)体系加入悬浮液中，b)将纤维素悬浮液脱水并形成纤维素纤维幅，c)将胶态二氧化硅颗粒以约0. 01-5kg/吨纤维素纤维的量施用于所述纤维素纤维幅上，其中不将聚合物加入所形成的纤维素纤维幅中。已发现加入纤维素纤维幅中的聚合物，特别是阳离子聚合物可能引起静息电位的提闻。本文所用术语“纤维素纤维幅”包括由纤维素纤维制备的任何纸页或幅，例如浆板或纸幅。已发现将胶态二氧化硅颗粒加入所形成的纤维素纤维幅中防止可能干扰预期目的的其与纤维素悬浮液中存在的组分相互作用，例如以在赋予产品足够的柔软度的同时提供受控的抗静电效果。
胶态二氧化硅颗粒可衍生自例如沉淀二氧化硅、微晶二氧化硅(硅粉)、热解氧化硅(火成氧化硅)或具有足够纯度的硅胶及其混合物。根据一个实施方案，将二氧化硅颗粒如W02004/035474所述硅烷化。硅溶胶也可通常由水玻璃作为原料制备，例如如US, 5，368，833 所公开。根据本发明，可将胶态二氧化硅颗粒和硅溶胶改性并且其可含有其它单元(element)如胺、铝和/或硼，其可以以颗粒和/或连续相存在。硼改性硅溶胶描述于例如US2, 630, 410中。铝改性的二氧化硅颗粒适当地具有约0. 05-3重量％，例如约0. 1-2重量％的Al2O3含量。制备招改性娃溶胶的程序进一步描述于例如“The Chemistry of Silica”，Iler, K. Ralph，第 407-409 页，John Wiley & Sons (1979)和 US5368833 中。胶态二氧化娃颗粒适当地具有约2_150nm,例如约3_50nm,或约5_40nm的平均粒径。适当地，胶态二氧化硅颗粒具有约20-1500m2/g，例如约50-900m2/g，或约70_600m2/g的比表面积。 根据一个实施方案，阴离子胶态二氧化硅颗粒为疏水改性的。根据一个实施方案，将胶态二氧化硅颗粒以约0. 01-2kg/吨干纤维素纤维，或约0. l-2kg/吨干纤维素纤维，或约0. I-Ikg/吨干纤维素纤维，或约0. 1-0. 75kg/吨干纤维素纤维，或约0. 1-0. 5kg/吨干纤维素纤维的量加入所形成的纤维素纤维幅中。根据一个实施方案，将约0. l-5kg胶态二氧化硅颗粒/吨干纤维素纤维，或约0. 25-lkg胶态二氧化硅颗粒/吨干纤维素纤维，或约0. 25-0. 75kg胶态二氧化硅颗粒/吨干纤维素纤维，或约0. 25-0. 5kg胶态二氧化硅颗粒/吨干纤维素纤维加入纤维素纤维幅中。根据一个实施方案，不将其它组分单独或与胶态二氧化硅颗粒一起加入所形成的纤维素纤维幅中。根据一个实施方案，不或基本不将硅酸盐化合物和/或湿强度剂加入纤维素纤维幅中。根据一个实施方案，将绿土加入所形成的幅中。根据一个实施方案，绿土可以以约0. 01-50kg/吨干纤维素纤维,例如约0. 02-10kg/吨干纤维素纤维或约0. l_5kg/吨干纤维素纤维或约0. 2-2kg/吨干纤维素纤维或约0. 25-0. 75kg/吨干纤维素纤维的量加入。根据一个实施方案，绿土以水分散体存在。根据一个实施方案，将绿土例如以分散体形式喷雾于幅上。根据一个实施方案，可根据本发明使用的绿土包括例如蒙脱石/膨润土、锂蒙脱石、贝得石、囊脱石、皂石及其混合物。根据一个实施方案，绿土为锂藻土(Iaponite)和/或膨润土。根据一个实施方案，绿土可例如通过引入阳离子或阳离子基团，例如季铵基团或碱金属如锂而改性。根据一个实施方案，绿土为用锂改性的合成锂蒙脱石。该粘土以名Laponite'4:''由Rockwood或Eka Soft F40由Eka Chemicals AB出售。这类粘土的实例和这类粘土的生产包括W02004/000729所公开的那些。根据本发明使用的绿土可具有约50_1500m2/g，例如约200-1200m2/g，或约 300-1000m2/g 的比表面积。合适的产品可以例如为来自Siid-Chemie、BASF和Clayton的Bentonite ;来自Southern Clay Products 的Bentolite (Bentonite);和来自 Akzo Nobel 的Hydrotalcite。
根据一个实施方案，绿土可通过将纤维素纤维幅浸入绿土的溶液或分散体中而施用。绿土水分散体可预先产生或就地分散。根据一个实施方案，绿土作为粉末加入。根据一个实施方案，将绿土例如以约0. Ol-IOkg/吨干纤维素纤维，例如约
0.05-5kg/吨干纤维素纤维,或约0. l-2kg/吨干纤维素纤维或约0. 25-lkg/吨干纤维素纤维的量加入纤维素悬浮液中。根据一个实施方案，加入纤维素悬浮液中的绿土与加入纤维素纤维幅中的绿土的重量比为约 1:100-100:1，例如约 5:95-80:20，或约 10:90-50:50，或约 15:85-40:60 或约20:80-30:70。根据一个实施方案，将离解剂体系如离解剂组合物加入悬浮液中。尽管离解剂组合物可包含共同或连同加入纤维素悬浮液中的混合物的一种或几种组分，离解剂体系还可·包含单独地加入纤维素悬浮液中的一种或几种组分。根据一个实施方案，离解剂体系作为进一步包含如本文所定义的聚合物的预混合乳液加入。根据一个实施方案，离解剂体系，包括作为离解剂体系的一部分的组分的总重量，与加入纤维素纤维幅中的绿土的重量比为约1:50-100:1，例如约1:10-50:1或约1:5-20:1，或约 1:2-10:1，或约 1:1-5:1。根据一个实施方案，离解剂体系与加入纤维素纤维幅中的二氧化硅颗粒的重量比为约 1:50-100:1，例如约 1:10-50:1 或约 1:5-20:1，或约 1:2-10:1，或约 1:1-5:10根据一个实施方案，离解剂体系包含⑴油、脂肪或蜡，(ii)至少一种非离子表面活性剂，和(iii)至少一种阴离子表面活性剂。根据一个实施方案，离解剂体系包含至少一种季铵表面活性剂。根据一个实施方案，精制和/或氢化级油，例如植物油如葡萄油、橄榄油、椰子油、菜子油、向日葵油和棕榈油，例如椰子油包含在离解剂体系中。根据一个实施方案，矿物油和/或硅油包含在离解剂体系中。根据一个实施方案，离解剂体系不含或基本不含季铵表面活性剂。“基本不含”是指季铵表面活性剂占离解剂体系总量的小于5重量％，例如小于I重量％，或小于0. 5重量％。根据一个实施方案，离解剂体系，即构成该体系的组分的总量，以约0. I-IOkg/吨干纤维素纤维，例如约0. 3-7kg/吨干纤维素纤维，或约0. 5-5kg/吨干纤维素纤维的量加入。根据一个实施方案，为避免不同添加剂的劣化，可以加入防腐剂。还可包括几种化妆品添加剂，例如抗氧化剂，例如生育酚，和芦荟。根据一个实施方案，进一步加工纤维素纤维幅以生产无尘纸、薄纸或纸屑。本发明还涉及一种可通过如本文所描述的方法得到的纤维素纤维幅。本发明还涉及一种包含约0. 25-lkg/吨干纤维素纤维，或约0. 25-0. 75kg/吨干纤维素纤维的二氧化硅颗粒的纤维素纤维幅，其中静息电位小于5kV。根据一个实施方案，加入该幅中的二氧化硅颗粒与加入该幅中的绿土的重量比为约 1:100-100:1，例如约 1:50-50:1，或约 1:20-25:1，或约 1:5-10:1，或约 1:2-4:1，或约I:1-2:I。根据一个实施方案，纤维素纤维幅的静息电位小于10kV，或小于8kV，或小于6kV，或小于5kV。根据一个实施方案，纤维素纤维幅的去纤化能小于120kJ/kg，例如小于110kJ/kg或小于100kJ/kg。根据一个实施方案，纤维素纤维幅具有基于幅的总重量为约5-99重量％，例如约25-95重量％或约50-95重量％或约65-95重量％或约80-95重量％的干含量。根据一个实施方案，纤维素纤维幅具有基于幅的总重量为约20-70重量％，例如约30-60重量％或约35-55重量％的干含量。
根据一个实施方案，可将至少一种聚合物如非离子、两性和/或阳离子聚合物或其混合物加入纤维素悬浮液中，特别是高度带电的聚合物。聚合物可衍生自天然或合成来源，并可以为线性、支化或交联的，例如颗粒的形式。根据一个实施方案，聚合物为水溶性或水分散性的。根据一个实施方案，该至少一种聚合物可以预混物与离解剂体系如离解剂组合物一起加入。合适的阳离子聚合物的实例包括阳离子多糖如淀粉、瓜尔豆胶、纤维素、甲壳质、脱乙酰壳聚糖、聚糖、半乳聚糖、葡聚糖、黄原胶、果胶、甘露聚糖、糊精。合适的淀粉包括土豆、玉米、小麦、木薯、稻、含蜡玉米、大麦等。也可使用阳离子合成有机聚合物如阳离子链增长聚合物，例如阳离子乙烯基加聚物如丙烯酸酯_、丙烯酰胺_、乙烯基胺_、乙烯基酰胺-和烯丙胺基聚合物，例如基于二烯丙基二烷基卤化铵，例如二烯丙基二甲基氯化铵，以及(甲基)丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯的均聚物和共聚物。其它聚合物包括阳离子逐步生长聚合物，例如阳离子聚酰氨基胺、聚乙烯亚胺、多胺如二甲胺-表氯醇共聚物，和聚氨酯。合适阳离子有机聚合物的其它实例包括W002/12626所公开的那些。根据一个实施方案，聚合物选自聚二烯丙基二甲基氯化铵、多胺、阳离子淀粉、两性淀粉和聚酰氨基胺-表氯醇(PAAE)、聚乙烯亚胺和聚乙烯胺。本文所用术语“逐步生长聚合物”指通过逐步生长聚合得到的聚合物，也分别称为逐步反应聚合物和逐步反应聚合。本文所用术语“链增长聚合物”指通过链增长聚合得到的聚合物，也分别称为链式反应聚合物和链式反应聚合。根据一个实施方案，聚合物具有约10000-10000000g/mol，例如约15000-5000000g/mol，或约 40000-1000000g/mol 的分子量。根据一个实施方案，将阴离子聚合物如阴离子逐步生长聚合物、链增长聚合物、多糖、天然存在的芳族聚合物及其改性物加入纤维素悬浮液中。根据一个实施方案，加入的聚合物的总量为约0. Ol-IOkg/吨干纤维素纤维，例如约0. l-5kg/吨干纤维素纤维或约0. 2-2kg/吨干纤维素纤维。根据一个实施方案，制备含有聚合物的水溶液，其中聚合物含量为约0. 1-50重量％,例如约0. 5-25重量％，随后将其加入纤维素悬浮液中。根据一个实施方案，将聚合物水溶液加热至约20-70°C，例如约25_55°C。根据一个实施方案，用静态混合机、称为ultra-turrax的高剪切装置或均化器制备软化剂-表面活性剂共混物和含有聚合物的水溶液的乳液。然后可将乳液冷却至室温。冷却可例如借助热交换器进行。根据一个实施方案，将阴离子表面活性剂和/或阴离子微粒如阴离子二氧化硅颗粒，例如如本文所定义的阴离子胶态二氧化硅颗粒、绿土或其混合物加入纤维素悬浮液中。根据一个实施方案，可根据本发明使用的阴离子表面活性剂例如为含有具有约6-30个碳原子的疏水“尾”的阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂的实例为皂化脂肪酸、烧基(芳基)横酸盐、硫酸酷、憐酸酷、烧基(芳基)憐酸盐、烧基(芳基)勝酸盐、脂肪酸、萘磺酸盐(NAS)、甲醛缩聚物、聚苯乙烯磺酸盐、疏水改性NAS，例如皂化脂肪酸、烷基(芳基)磺酸盐、硫酸酯、磷酸酯、烷基(芳基)磷酸盐、烷基(芳基)膦酸盐及其混合物。根据一个实施方案，阴离子表面活性剂和/或阴离子微粒以约0. OOl-Ikg/吨干纤维素纤维，例如约0. 005-0. 5kg/吨干纤维素纤维，或约0. 01-0. Ikg/吨干纤维素纤维的总量加入纤维素悬浮液中。
根据一个实施方案，可根据本发明使用的非离子表面活性剂一般包括乙氧基化或丙氧基化脂肪酸或脂肪醇。乙氧基化脂肪酸和脂肪醇可用约1-30个氧化乙烯(EO)，或约4-25个EO乙氧基化。乙氧基化脂肪酸和脂肪醇可具有约6-30个碳原子，或约6_22个碳原子。丙氧基化脂肪酸和脂肪醇可用约1-30个氧化丙烯(PO)，或约1-8个PO丙氧基化。丙氧基化脂肪酸和脂肪醇可具有约6-30个碳原子，例如约6-22个碳原子。也可使用二氧化碳代替氧化丙烯。根据一个实施方案，非离子表面活性剂以约0. I-IOkg/吨干纤维素纤维，例如约
0.3-7kg/吨干纤维素纤维，或约0. 5-5kg/吨干纤维素纤维的量加入。根据一个实施方案，可将其它常规组分加入纤维素悬浮液中，例如湿强度剂、干强度试剂和润湿剂。根据一个实施方案，纤维素悬浮液的纤维素纤维可以包括衍生自木浆的纤维，其包括化学浆如亚硫酸盐浆和硫酸盐浆，以及机械浆如碎木、热法机械浆和化学改性热法机械浆。也可使用再循环纤维。除填料、印刷油墨等外，再循环纤维可含有所有上述纸浆。然而，优选化学浆，因为它们赋予由它们构成的薄纸页以优秀的柔软度感觉。再循环纤维在制备薄纸或纸屑中的利用通常包括称为脱墨的工艺步骤，以从纤维浆中除去尽可能多的印刷油墨和大多数填料以得到可接受的再循环纤维浆的白度和造纸机运行能力。脱墨方法通常包括将阴离子物质如皂化脂肪酸和水玻璃加入纤维浆中。这些物质有时被带入造纸机中，且由于它们为阴离子的这一事实，它们可使加入浆料中的阳离子化学品失活。这些物质为所谓的阴离子有害物质或“阴离子废料”。为评估本发明造纸方法的性能，可测量大量参数。为测定静电，测量静息电位。离解剂体系的作用可通过测量木节量、破裂强度、去纤化能和润湿速率测定。低破裂强度和低去纤化能显示纤维-纤维键是弱的，这增强了柔软度。因此描述了本发明，显然本发明可以以许多方式变化。这类变化方案不应认为偏离本发明的要旨和范围，且本领域技术人员获悉的所有这类改进意欲包括在权利要求的范围内。以下实施例进一步阐述可如何进行所述发明，而不限制它的范围。如果不另外说明，则本文所述所有含量和百分数指重量百分数。实施例I将椰子油与对位取代的烷基苄基磺酸rC12)(阴离子表面活性剂)和用5个EO乙氧基化的具有16-18个碳原子的不饱和脂肪醇(非离子表面活性剂)混合。组分的含量为50重量％油、I重量％阴离子表面活性剂和49重量％非离子表面活性剂。然后将油-表面活性剂共混物加热至50°C。制备含有和不含Polyamine Bewoten C410(聚合物)的水溶液。水溶液中聚合物的浓度为4重量％。将水溶液分别加热至50°C。随后将油-表面活性剂共混物借助Ultra-Turrax (高剪切设备)乳化到水溶液中。随后将该组合物在水浴中冷却至室温。油-表面活性剂共混物与水溶液的重量比为15:85。制备的组合物在下文中分别称为离解剂组合物Dl和D2。用于实施例中的离解剂组合物Dl :由3. 4重量％Polyamine Bewoten C410和在水溶液中的油-表面活性剂共混物构成的Eka Soft] 61D2 :在水溶液中的油-表面活性剂共混物(Eka Soft F60# )
用于实施例中的聚合物Pl Polyamine Bewoten C410 (Eka Soft FSO^ )P2 Polydadmac (Eka ATC 6340)用于实施例中的含硅材料为SI :娃溶胶(Eka NP 320* )S2 Eka Soft F40 ,合成锂蒙脱石，水合硅酸钠锂镁 S3 :含有重量比为I: I的SI和S2的组合物S4 :含有重量比为2:1的SI和S2的组合物S5 :含有重量比为I: I的SI和膨润土的组合物S6 :含有重量比为2:1的SI和膨润土的组合物S7 :含有重量比为I: I的SI和膨润土的组合物将含硅材料S1-S7作为单独材料或其混合物溶于水中以形成具有I重量％含硅材料的水溶液。混合物S3-S7定义于下表中
细八膝干重比NP320 Laponite* 膨润土^
二氧化硅;绿土 (8重量％) (6重量％) (100重量％) 不
53~1:175g(l) 100g(2)-T
542:1150g(l) 100g(2)--
55— 1:1 — IOOg(I)__-8._ ~92m
562:1IOOg(I) — -4.0g(3) 46(2)
571:1100 -—丨92&括号中的数字反映添加顺序。将组合物用Ultra-turrax以10. OOOrpm处理10分钟。干纸页通过将15g化学松木硫酸盐浆与高达750ml水混合而制备。如果使用，则将离解剂组合物加入纸浆悬浮液中，其后搅拌10分钟。如果使用，则在搅拌8分钟以后加入含硅材料。在10分钟以后，在标准PFI纸页成型器中制备所形成的纸页(A4纸页)。然后将纸页根据标准方法SCANC26:76压制。最后将纸页在圆筒上干燥至约90-95%干含量，然后在23°C和50%相对湿度的气候室中调整。如果将添加剂喷雾，则使用IOml浓度适于接收特定剂量水平的稀释产物。喷雾在压制以后在湿纸幅(约50%干含量)上或在干燥且调整的纸幅(约93%干含量)上进行。如果喷雾于干燥且调整的纸幅上，则在进行测量以前将纸页再一次干燥并调整。实施例2在实施例2中，测量由加入纤维素悬浮液中的离解剂组合物和加入纸页中的含硅材料的不同组合制备的纸页的去纤化能和静息电位。加入纤维素悬浮液中的离解剂组合物的量基于干纤维素纤维为2. Okg/吨。聚合物(Polyamine Bewoten C410)与离解剂组合物一起或分开地以基于干纤维素纤维为0. 033kg/吨的量加入。如表I所述将0-2. Okg含娃材料/吨干纤维素纤维加入纸页中。将离解剂组合物、聚合物和含硅材料加入配料(F)中或喷雾于干燥且调整的纸幅(约93重量％干含量)(S)上。干纸页根据实施例I制备。纸页的静息电位使用静电场测量设备(JCI 148)和连接于齿型纤维分离器(pin-defiberizer)上的高压头JCI (John Chubb Instrumentation 140)测量。去纤化以kj/kg计量,而静息 电位以kV计量。表I
权利要求
1.生产纤维素纤维幅的方法，包括 a)提供纤维素悬浮液并将离解剂体系加入悬浮液中， b)将纤维素悬浮液脱水并形成纤维素纤维幅，c)将胶态二氧化硅颗粒以约0.01-5kg/吨纤维素纤维的量施用于所述纤维素纤维幅上， 其中不将聚合物加入所形成的纤维素纤维幅中。
2.根据权利要求I的方法，其中将胶态二氧化硅颗粒以约0.l_2kg/吨纤维素纤维的量加入所述幅中。
3.根据权利要求I或2的方法，其中将绿土以约0.01-50kg/吨纤维素纤维的量加入所形成的纤维素纤维幅中。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中将所述胶态二氧化硅颗粒喷雾于所述幅上。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述离解剂体系包含 (i)油、脂肪或蜡， (ii)至少一种非离子表面活性剂，和 (iii)至少一种阴离子表面活性剂。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述离解剂体系包含季铵化合物。
7.根据权利要求6的方法，其中所述离解剂体系与加入所述幅中的绿土的重量比为约1:50-100:1。
8.根据权利要求2-7中任一项的方法，其中所述绿土为锂藻土和/或膨润土。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中所述纤维素纤维幅的静息电位小于10kV。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中所述纤维素纤维幅的去纤化能小于I20kJ/kg0
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中进一步加工纤维素纤维幅以生产无尘纸、薄纸或纸屑。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中二氧化硅与加入纤维素纤维幅中的绿土的重量比为约1:100-100:10
13.可根据权利要求1-12中任一项的方法得到的纤维素纤维幅。
14.包含约0.25-lkg/吨干纤维素纤维的二氧化硅颗粒的纤维素纤维幅，其中静息电位小于5kV。
15.根据权利要求14的纤维素纤维幅，其中去纤化能小于120kJ/kg。
全文摘要
本发明涉及一种生产纤维素纤维幅的方法，该方法包括a)提供纤维素悬浮液并将离解剂体系加入悬浮液中，b)将纤维素悬浮液脱水并形成纤维素纤维幅，c)将胶态二氧化硅颗粒以约0.01-5kg/吨纤维素纤维的量施用于所述纤维素纤维幅，其中不将聚合物加入所形成的纤维素纤维幅中。本发明还涉及可通过该方法得到的纤维素纤维幅。
文档编号D21H17/68GK102812183SQ201180014900
公开日2012年12月5日 申请日期2011年3月25日 优先权日2010年3月29日
发明者K·马姆博格, J·利森, F·索尔哈哥 申请人:阿克佐诺贝尔化学国际公司