微纤维化的纤维素组合物的制备方法
【专利说明】微纤维化的纤维轰组合物的制备方法
[0001] 本发明设及微纤维化的纤维素组合物的制备方法，其中所述微纤维化的纤维素 的平均纤维长度在500μm至1300μm范围内且纤维长度在《200μm类的百分比为至 少15%，所述微纤维化的纤维素组合物通过在至少一种热稳定的抗微生物剂存在下，在 > 40°C至《120°C范围的溫度下，对包含30重量％至70重量％含纤维素的纤维的水性混 合物进行机械剪切来获得。本发明还设及纸、卡纸、板纸的生产方法，其包括使包含微纤维 化的纤维素组合物的纸料排水，同时在网中形成纸片。
[0002] 在造纸方法中，尤其因为它是一种利用循环水的方法，因此被微生物降解和污染 是众所周知的问题。一般而言，它们可通过在内部水循环的一些位置处加入抗微生物剂来 解决。除了施胶剂W外，湿强度剂、助留剂、排水助剂、巧光漂白剂、消泡剂和纸张染料、抗微 生物剂为在造纸方法中使用的常规添加剂。
[0003] 生产纸的新方法的开发发生于该过程中不同的点处。可通过新的原料或其他改进 的配料方法来获得改善的纸张。一个新的开发是将微纤维化的纤维素作为纸强度添加剂的 用途。将多种材料理解为涵盖于如微纤维化的纤维素、纳米纤维素、除纤颤的纤维素的表 达。
[0004] -种普遍的理解是微纤维化的纤维素为除纤颤的纤维素，其意指含纤维素的纤维 的各个微纤维已被部分地或全部地彼此分离。
[0005] -种生产除纤颤的纤维素的纤维的方法是在双螺杆挤出机中纤维素的机械处理， 如记载于W0 2010/149711中。将该方法的微纤维化的纤维素用于生产至少850kg/m3的高 密度的3维物体。除了运个主要的方面之外，还提到了纸。
[0006]W0 2011/051882记载了借助于挤出机制造微纤维化的纤维素的方法。在该方法中 加入了修饰化学品，其改变了纤维的表面且有助于除纤颤过程。其他的修饰化学品为氧化 化合物如过氧化氨、高氯酸钢或过硫酸锭。由于运些氧化化合物与微纤维化的纤维素的反 应非常快，并且在该过程中快速消耗，因此就微纤维化的纤维素的长期稳定性来说，它们是 不适合的。
[0007] 其他的化学预处理方法也是已知的，如Saito et al.在Biomacromolecules, Vol. 8,No.8, 2007,pp. 2485-2491中记载了浆纤维的氧化预处理。将所述浆纤维用2, 2, 6, 6-四 甲基赃晚-1-氧基自由基（TEMPO)介导的系统氧化，紧跟着进行机械处理。该氧化预处理使 纤维素的伯径基基团转化成簇酸醋基团。所产生的纳米纤维通常约3-4nm宽和几微米长。
[0008]W0 2006048280记载了将添加剂涂覆或粘接到纤维素纤维表面的纤维。因为所述 添加剂与纤维素纤维结合，因此即使在水性悬浮液中，它们仍然是相当大程度地附着于纤 维。将运些处理过的纤维用作传统造纸添加剂的基底，W提高添加剂的效果，减少其消耗， W及降低废水中CSB负载。其中，抗微生物剂被提到作为添加剂而没有任何进一步的教导。
[0009]W0 2001066600化ercules)记载了一种包含具有阳离子电荷的取代基的衍生化的 微纤丝纤维素，例如通过胺基团的存在。优选衍生化步骤包括用季锭化试剂（quaternary aminereagent)使纤维素衍生化，使得衍生化的微纤丝纤维素包括季锭官能化的纤维 素。该衍生化是两步法的结果。在第一步中，将具有纤维长度400μπι的浆液的纤维用 3-氯-2-?基丙基Ξ甲基氯化锭改性。在随后的步骤中，将胺官能化的纤维素稀释至小于 1 %浓度，然后在抗微生物剂存在下在匀化器中处理。
[0010] W0 2000047628教导了一种被可提供静电和/或立体官能度、尤其是阴离子电荷 的取代基衍生的微纤丝多糖。在第一步中使多糖化学改性，W及在第二处理步骤中将所得 的产物高度稀释且在抗微生物剂存在下在匀化器中处理。
[0011] 由于大量的除纤颤，微纤维化的纤维素呈现出明显大于标准纸浆的表面，并且明 显地更易受微生物（如细菌和真菌）的降解。因为受污染的微纤维化的纤维素更难于分散 且倾向于阻塞漏斗和筛网，所W该降解过程导致微纤维化的纤维素在造纸过程中可用性和 效率的降低。因此本发明的一个目的是提高微纤维化的纤维素的稳定性。本发明的另一个 目的是提供能够W潮湿的形式长期储存而不会经受微生物降解的稳定的微纤维化的纤维 素。由此产生的纸应当具有强度特性。运些强度特性尤其包括干燥断裂长度、内部粘合强 度和纸的硬度。
[0012] 我们已发现该目标可通过微纤维化的纤维素组合物的生产方法来实现，其中所述 微纤维化的纤维素的平均纤维长度在500μm至1300μm范围内且纤维长度在《200μm类 的百分比为至少15%，所述微纤维化的纤维素组合物通过在至少一种热稳定的抗微生物剂 存在下，在> 40°C至《120°C范围的溫度下，对包含30重量％至70重量％含纤维素的纤维 的水性混合物进行机械剪切来获得。本发明进一步设及在该方法中所获得的微纤维化的纤 维素组合物。
[0013] 本发明进一步设及纸、纸卡和板纸的制备方法，其包含将微纤维化的纤维素组合 物添加至纸料中。
[0014] 优选微纤维化的纤维素组合物的生产方法，其中所述微纤维化的纤维素的平均纤 维长度在500μm至1300μm范围内且至少15重量％纤维的纤维长度《200μm，所述微纤 维化的纤维素组合物在至少一种热稳定的抗微生物剂存在下，在> 40°C至《120°C范围的 溫度下，通过对包含30重量％至70重量％含纤维素的纤维的水性混合物进行机械剪切来 获得。
[0015] 下文中纸料应理解为指的是水和纤维材料的混合物，并且还包含一-根据纸、卡 纸或纸板生产过程中的阶段一-微纤维化的纤维素组合物、任选的填料和任选的纸助剂。
[0016] 纸的干物质含量应理解为意指使用DINENISO638DE的烘干法测定的纸、卡纸 和纤维材料的固体含量。
[0017] 在本文中，微纤维化的纤维素（MFC)应理解为意指其中所述微纤维化的纤维素的 平均纤维长度在500μm至1300μm范围内且纤维长度在<200μm类的百分比为至少15% 的纤维素形式。
[0018] 在本文中平均纤维长度应理解为根据Ta卵i标准T271测定的重量加权平均纤维 长度（LJ。所述长度在<200μm类的百分比根据Ta卵i标准T271中所记载的来测定。
[0019] 微纤维化的纤维素的起始材料为含纤维素的纤维，所述纤维可W是原生纤维和/ 或再生纤维。本发明中使用的纤维来源包括如下：可使用通常用于造纸工业中的任何软木 或硬木纤维，实例为机械浆、漂白和未漂白的化学浆W及来源于一年生植物的纤维材料。机 械浆包括例如磨木浆、热磨机械浆（TMP)、化学热磨机械浆（CTMP)、压力磨木浆、半化学浆、 高得率浆和精制机械浆（RMP)。例如可使用硫酸盐、亚硫酸盐和苏打化学浆。合适的用于纤 维材料的生产的一年生植物包括例如水稻、小麦、甘薦和洋麻。而且，可将农业废物材料用 作起始材料，例如燕麦壳或麦杆。纸浆也可W使用废纸来生产，所述废纸可单独使用或与其 他纤维材料混合使用。所述废纸可来自于例如脱墨方法或旧瓦愣纸箱（OCC)。然而，并不一 定要使废纸经历运种过程。还可由初始纸料和回收废纸形成的纤维混合物开始。
[0020] 作为起始材料优选的含纤维素的纤维为漂白的化学浆，优选漂白的硫酸盐浆，优 选软木硫酸盐浆，和/或废纸。
[0021] 根据本发明的一个实施方案，将所得的微纤维化的纤维素用于纸的生产方法。对 于微纤维化的纤维素的运种用途而言，将组成与所述纸的浆料组合物一样的纤维优选作为 起始材料。
[0022] 作为起始材料含