CN110139959A - 包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材和生产所述片材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括纤维和纳米‑微米级有机原纤化填料的片材，其中纳米‑微米级有机原纤化填料包括微原纤化纤维素和淀粉颗粒，使得微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒，并且纳米‑微米级有机原纤化填料具有至少15wt％的淀粉颗粒。此外，本发明还涉及生产包括纤维和纳米‑微米级有机填料的所述片材的方法，其中该方法包括以下步骤：(i)制备浆料悬浮液，(ii)制备纳米‑微米级有机原纤化填料，(iii)将纳米‑微米级有机原纤化填料加入浆料悬浮液中，(iv)通过压制形成片材，和(v)干燥片材，其中纳米‑微米级有机原纤化填料的制备步骤提供包括微原纤化纤维素和淀粉颗粒的纳米‑微米级有机原纤化填料，使得微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒。

Description

包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材和生产所述 片材的方法

技术领域

本发明涉及一种包括由有机农业废料制备的有机原纤化填料的片材，特别是纸，和生产所述片材的方法。

背景技术

目前，具有增强的高强度的轻质材料在包括纸和包装工业等各种工业中受到了极大的关注。除了在生产中选择优质纸浆外，添加添加剂或填料以改善纸张的质量和强度性能看来是另一种普遍的方法。这些添加剂或填料可以衍生自天然物质，诸如阳离子改性淀粉、羧甲基纤维素等；或合成聚合物，诸如聚丙烯酰胺及其衍生物等。

使用具有高强度的添加剂或填料看来可以提高纸张和其他材料的整体强度，例如，聚合物复合材料。高强度天然纤维的实施例包括纳米纤维素。高强度合成纤维的实施例是玻璃纤维、碳纤维等。来自木浆的纳米纤维素被认为是用于改善纸张强度的增强材料。然而，由于来自木浆的纳米纤维素的释放步骤，纳米纤维素的工业规模制备仍然复杂且昂贵。例如，需要用化学品或酶预处理木浆来生产用于随后机械分解的合适的木浆。

现有技术，特别是专利文献，公开了包括纳米-微纤维素的添加剂或填料，该纳米-微纤维素包括含有诸如这些添加剂或填料的片材，例示如下。

US 9127405 B2公开了一种纸填料组合物，其是包括微原纤化纤维素和无机颗粒材料的水悬浮液，无机颗粒材料诸如碳酸钙、碳酸镁、白云石、石膏、高岭土等。该组合物通过共研磨工艺制备，并在纸和涂布纸生产中用作填料。

CA 2437616 A1公开了由基于农业的纤维和根纤维(如大麻、亚麻、剑麻、甘蔗渣、麦秆等)制造纳米纤维素。在用盐酸和碱处理除去其他杂质之前，纳米纤维素的释放通过在80-90℃的温度下加热纸浆浆料来进行，例如木浆中的半纤维素和提取物；然后在通过机械方法分离纳米纤维素之前浸入液氮中5-10分钟。纳米纤维素可用作聚合物复合材料中的增强材料，例如塑料聚合物和生物塑料。

CN 102154936 A公开了一种木薯渣制备用于湿部造纸工艺的添加剂的方法，通过用次氯酸钠、氯溶液和过氧化氢稀释和调节木薯渣的pH值在9-11范围内，在30-60℃的温度下保持15-90分钟，然后在80-100℃的温度下干燥，并用盐酸调节至中性。在进一步改性之前将添加剂研磨成粉末。

CN 101302734 A公开了一种木薯渣和酒糟生产新型可生物降解材料的方法，通过研磨原料直至获得0.01-0.08mm的纤维长度；清洗和过滤，水份控制在75-85％之间；然后以2-5至5-8的比例与纸浆混合，直至具有1.2-1.5％范围的纸浆浓度的混合物加工成所需的包装。

发明内容

本发明涉及一种包括由有机农业废料制备的有机原纤化填料的片材，特别是纸，和生产所述片材的方法。

本发明具体涉及包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材，其中纳米-微米级有机原纤化填料包括微原纤化纤维素和淀粉颗粒，使得微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒，并且纳米-微米级有机原纤化填料具有至少15wt％的淀粉颗粒。

本发明还具体涉及生产包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的所述片材的方法，其中该方法包括以下步骤：(i)制备浆料悬浮液，(ii)制备纳米-微米级有机原纤化填料，(iii)将纳米-微米级有机原纤化填料加入浆料悬浮液中，(iv)通过压制形成片材，和(v)干燥片材，其中纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤提供分散有淀粉颗粒的微原纤化纤维素。

本发明的目的是提供一种包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材及其生产所述片材的方法-提供如下有利的技术效果：

-为片材提供增强的物理性质和强度，即片材的抗张指数、耐破指数、撕裂指数、伸长率(stretch)、抗张能量吸收(TEA)、抗张挺度指数、环压测试、瓦楞芯平压强度测试(corrugating medium test，CMT)、短跨度压缩测试(SCT)指数、层间粘合强度、孔隙率和耐折性。

-提供生产具有增强的物理性质和强度的所述片材的方法。该方法并不复杂，生产步骤少，成本低，环境友好。这是因为根据本发明的方法不需要在随后的机械分解之前用化学品或酶预处理有机原料。

-提供上述生产具有增强的强度性能的片材的方法，并且还可以有效地促进湿部造纸工艺中的排水，即与从典型的木浆中施加纳米-微米级有机纤维素纤维的生产方法相比较少的排水时间。

附图说明

图1显示了根据本发明的纳米-微米级有机原纤化填料的组分(a)，以及显示了典型有机填料的组分(b)，即有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤。

图2是显示根据本发明的纳米-微米级有机原纤化填料的粒径分布的图(a)，以及典型有机填料的粒径分布的图(b)，典型有机填料即为有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤。

图3是显示没有任何填料的纸质样品密度的图(a)，具有典型有机填料的纸质样品密度的图(b)，典型有机填料即为有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤，以及根据本发明的具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸质样品密度的图(c)。

图4是显示没有任何填料的纸质样品的孔隙率和表面粗糙度的结果的图(a)，具有典型有机填料的纸质样品的孔隙率和表面粗糙度的结果的图(b)，典型有机填料即为有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤，以及根据本发明的具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸质样品的孔隙率和表面粗糙度的结果的图(c)。

图5是显示没有任何填料的纸质样品的抗张指数和撕裂指数的结果的图(a)，具有典型有机填料的纸质样品的抗张指数和撕裂指数的结果的图(b)，典型有机填料即为有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤抗张指数，以及根据本发明的具有纳米-微米级有机填料的纸质样品的抗张指数和撕裂指数的结果的图(c)。

图6是显示没有任何填料的纸质样品的抗张能量吸收(TEA)和伸长率结果的图(a)，具有典型有机填料的纸质样品的抗张能量吸收(TEA)和伸长率结果的图(b)，典型有机填料即为有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤伸长率，以及根据本发明的具有纳米-微米级有机填料的纸质样品的抗张能量吸收(TEA)和伸长率结果的图(c)。

图7是显示没有任何填料的纸质样品的耐破指数和抗张挺度指数的结果的图(a)，具有典型有机填料即有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤的纸质样品的耐破指数和抗张挺度指数的结果的图(b)，根据本发明的具有纳米-微米级有机填料的纸质样品的耐破指数和抗张挺度指数的结果的图(c)。

图8是显示没有任何填料的纸质样品的环压测试和瓦楞芯平压强度测试的结果的图(a)，具有典型有机填料的纸质样品的环压测试和瓦楞芯平压强度测试的结果的图(b)，典型有机填料即为有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤，根据本发明的具有纳米-微米级有机填料的纸质样品的环压测试和瓦楞芯平压强度测试的结果的图(c)。

图9是显示没有任何填料的纸质样品的短跨度压缩测试结果的图(a)，具有典型有机填料的纸质样品的短跨度压缩测试结果的图(b)，典型有机填料即为有机原料不通过根据本发明的填料制备步骤，根据本发明的具有纳米-微米级有机填料的纸质样品的短跨度压缩测试结果的图(c)。

图10A-10L是显示由未漂白木浆、混合纸箱再生纸浆和瓦楞纸箱再生纸浆制备的纸质样品的各种物理性质的结果的图，所述纸浆具有不同量的根据本发明的纳米-微米级有机原纤化填料，即30、50和100千克/吨纸。

图11是显示在使用根据本发明的纳米-微米级有机原纤化填料的纸质样品和具有来自典型木浆的纳米-微米级有机纤维素纤维的纸质样品成形期间纸浆的游离度和排水时间的结果的图。

具体实施方式

以下将更清楚地解释本发明的细节。

根据本发明，“有机填料”是指由有机原料制备的填料，例如植物、树木、蔬菜、全谷物、诸如叶子、树枝、杆、茎、树皮、种子、根等任何部分或其残余物。

根据本发明，“纳米-微米级有机原纤化填料”是指由如上所述的有机原料制备的填料，其中纳米-微米级有机原纤化填料包括至少两种组分，即微原纤化纤维素和淀粉颗粒，其中两个组分的尺寸均为纳米和/或微米级。

根据本发明，“微原纤化纤维素”是指纳米纤维素或直径为纳米级的纤维。微原纤化纤维素还包括微纤维，其是具有纳米级直径的小植物纤维，还有通过微纤维聚集和微米级微纤维连接形成的大量微米级微纤维，其中微原纤化纤维素源自原纤化。

根据本发明，“分散有淀粉颗粒的微原纤化纤维素”是指用淀粉颗粒粒子均匀分散和/或分布的微原纤化纤维素，其中淀粉颗粒粒子不会在囊中聚集成大块。根据本发明的纳米-微米级有机原纤化填料中的有淀粉颗粒的微原纤化纤维素的分布特征不同于如图1所示的有机原料中发现的纤维和淀粉颗粒分布的性质。

片材

根据本发明的片材包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料，其中纳米-微米级有机原纤化填料包括微原纤化纤维素和淀粉颗粒，使得微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒，并且纳米-微米级有机填料具有至少15wt％的淀粉颗粒。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料具有优选范围从15wt％至95wt％的淀粉颗粒，更优选40wt％至90wt％。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料具有范围从5wt％至85wt％的微原纤化纤维素，优选10wt％至60wt％。

根据上述实施方案，纳米-微米级有机原纤化填料具有如上所述的微原纤化纤维素和淀粉颗粒，为片材提供增强的强度和物理性质。此外，纳米-微米级有机填料还增强了片材的形成，例如，在湿部造纸工艺中的纸的形成。

根据本发明，纳米-微米级有机填料的平均粒径范围从5nm至600μm，优选50nm至200μm。

根据上述实施方式，具有如上所述粒径的纳米-微米级有机填料提供了填料颗粒在片材中的良好保留，并且不妨碍片材中的纤维之间的粘合，该粘合给片材提供更大的强度。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料由包括在高压下向有机原料施加剪切力的步骤的方法获得。

根据本发明，通过使用高压均化进行高压施加到有机原料的剪切力，其中使用的压力范围从100巴至10000巴，优选200巴至2000巴。

根据上述实施方式，通过在高压下施加剪切力而衍生自分离微原纤化纤维素的纳米-微米级有机原纤化填料导致片材的更好的增强性能。这是因为淀粉颗粒粒子通过根据本发明的填料制备步骤不会被破坏或被转化。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料包括微原纤化纤维素，其平均直径范围从5nm至100μm，优选50nm至10μm，并且平均长度范围从0.02mm至0.5mm。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料还包括平均粒径范围从5μm至60μm的淀粉颗粒。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料可由具有纤维素纤维和淀粉颗粒组分的农业废料制备。优选地，纳米-微米级有机原纤化填料可以由具有纤维素纤维和在其内部具有淀粉颗粒的纤维囊组分的农业废料制备。在内部具有淀粉颗粒的纤维囊的农业废料具有至少15wt％的淀粉颗粒，优选40wt％至90w％。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料可以由有机原料制备，有机原料是选自木薯、马铃薯、甘薯、西米、芋头、山药或其至少两种组合的农业废料。

根据上述实施方式，根据本发明从农业废料制备纳米-微米级有机填料提供具有增强的强度和物理性质的片材，并且在有机原纤化填料制备中也需要较少的步骤，因为在分离纳米纤维素之前没有用化学品或酶对有机原料进行预处理。此外，这是资源的有价值的利用，与从其他材料诸如木浆制备相比减少废料和农业废料(包括预处理中化学用途的废料)。

根据本发明，片材可以是纸、天然聚合物、包括纤维的片或主要包括纤维素纤维的片，其中根据本发明的片材具有范围从0.5wt％至25wt％的纳米-微米级有机原纤化填料。

根据本发明，片材具有范围从0.2wt％至20wt％的淀粉颗粒，优选1wt％至5wt％，以及具有范围从0.05wt％至15wt％微原纤化纤维素，优选0.5wt％至5wt％。

根据本发明，片材还包括纤维衍生自选自化学浆料、机械浆料、半化学浆料、再生浆料、未漂白浆料、漂白浆料或其中至少两种组合的材料。

如上所述，包括根据本发明的纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材包括如上所述的组分、组分的量，以及提供良好结果的那些细节。然而，根据本发明的片材不限于如上所述的组分、组分的量和细节。不过，任何变化或改变的发生都被认为是在本发明的意图和范围内。

生产片材的方法

生产根据本发明的包括纤维和纳米-微米级有机填料的片材的方法包括以下步骤：(i)制备浆料悬浮液，(ii)制备纳米-微米级有机原纤化填料，(iii)将纳米-微米级有机填料加入浆料悬浮液中，(iv)通过压制形成片材，和(v)干燥片材。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤提供包括微原纤化纤维素和淀粉颗粒的纳米-微米级有机原纤化填料，使得微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤包括使用高压均化在高压下向有机原料施加剪切力，其中压力范围从100巴至10000巴，优选200巴至2000巴。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤通过使用有机原料进行，所述有机原料可以是具有纤维素纤维和淀粉颗粒作为组分的农业废料，优选具有纤维素纤维和其里面具有淀粉颗粒的淀粉囊的农业废料。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤是通过使用有机原料进行，所述有机原料是内部具有淀粉颗粒的淀粉囊的农业废料，其中淀粉颗粒至少为15wt％的有机原料，优选40wt％至90wt％，所述有机原料为农业废料。

根据本发明，纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤通过使用有机原料进行，所述有机原料是选自木薯、马铃薯、甘薯、西米、芋头、山药或其至少两种组合的农业废料。

根据本发明，如上所述的纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤提供了具有范围从15wt％至95wt％，优选40wt％至90wt％的淀粉颗粒的纳米-微米级有机原纤化填料。

根据本发明，如上所述的纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤提供了具有范围从5wt％至85wt％，优选10wt％至60wt％的微原纤化纤维素的纳米-微米级有机原纤化填料。

根据本发明，如上所述的纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤提供了包括微原纤化纤维素的纳米-微米级有机原纤化填料，微原纤化纤维素的平均直径范围从5nm至100μm，优选50nm至10μm，并且平均长度范围从0.02mm至0.5mm。

根据本发明，如上所述的纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤提供了包括淀粉颗粒的纳米-微米级有机原纤化填料，淀粉颗粒的平均粒径范围从5μm至60μm。

作为上述列出的步骤，纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤如上所述通过在高压使用剪切力将微原纤化纤维素释放到有机原料中来得到纤维素纤维和淀粉囊，淀粉囊内部具有淀粉颗粒，分解成微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒，不会破碎、粉碎、熔化或转化淀粉颗粒粒子。在片材生产中应用制备的纳米-微米级有机原纤化填料时，与使用典型的纳米-微米级有机纤维素纤维(例如木浆)相比，这不仅使片材具有增强的强度和物理性质，而且在片材形成期间的排水时间更短。

此外，如上所述使用农业废料的有机原料消耗较少的剪切能量，并且与使用其他原料诸如木浆相比，不需要通过用化学品或酶预处理来预先制备原料。

根据本发明，浆料悬浮液的制备步骤可以使用选自化学浆料、机械浆料、半化学浆料、再生浆料、未漂白浆料、漂白浆料或其中至少两种组合的浆料进行。

根据本发明，通过上述方法制备的片材是纸、天然聚合物、包括纤维的片或包括主要是纤维素纤维的片。

如上所述，根据本发明的包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材的生产方法包括如上所述的步骤、设备和说明提供了良好的结果。然而，根据本发明的片材不限于如上所述的步骤、设备和说明。不过，任何变化或改变的发生都被认为是在本发明的意图和范围内。

然而，本发明将进一步示例性地解释如下；应该理解的是这些实施例不限制本发明的范围。

实施例

1.纳米-微米级有机填料的制备

在纳米-微米级有机原纤化填料制备中，选自农业废料诸如木薯、马铃薯、甘薯、芋头或山药的有机原料样品分散在水中，浓度一致性范围从约3wt％至10wt％，然后加入高压均化器，具有在400巴至1000巴的压力下不同循环，在有机原料的纤维素纤维和内部具有淀粉颗粒的淀粉囊上提供剪切力。衍生的纳米-微米级有机填料具有以下组分分布，即微原纤化纤维素和淀粉颗粒不同于图1中所示使用的有机原料。

使用光学显微镜分析，发现有机原料包括纤维、其内部具有淀粉颗粒的淀粉囊，具有平均颗粒约500μm的大块的淀粉颗粒，而根据本发明制备的纳米-微米级有机原纤化填料包括分散有淀粉颗粒的微原纤化纤维素。由于内部具有淀粉颗粒的淀粉囊通过剪切力破碎，同时保持淀粉颗粒状态，使得纳米-微米级有机原纤化填料的尺寸减小几乎是图2和表1中所示的10倍。

表1-纳米-微米级填料和有机原料的粒径。

*d(0.1)、d(0.5)和d(0.9)用于确定粒径群，按体积计算为10％、50％和90％，观察分别小于或等于分析尺寸的粒子。

**d[4，3]是按体积的颗粒的平均直径。

2.用纳米-微米级有机原纤化填料制备片材

在片材制备中，有机原料和制备的纳米-微米级有机原纤化填料在湿部造纸工艺中用作添加剂，通过混合不同量(在这种情况下每吨纸30、50和100千克)的两种类型的填料与纸浆悬浮液，然后形成纸并在150℃的温度下通过旋转干燥器干燥。

在该造纸中，使用由以下纸浆制备的纸浆悬浮液进行：三种不同类型的纸浆即未漂白纸浆、混合纸盒再生纸浆、瓦楞纸箱再生纸浆，将纸张克重控制在150g/m²。

通过根据本发明的方法制备的片材样品进行物理性质测试，其中

抗张指数根据标准测试ISO 924-2：2008，

片材的伸长率根据标准测试ISO 1924-2：2008，

耐破指数根据标准测试ISO 27582759：2001，

抗张能量吸收(TEA)根据标准测试ISO 1924-2：2008，

环压测试根据标准测试ISO 12192：2002，

瓦楞芯平压强度测试(CMT)根据标准测试Tappi(美国纸浆与造纸工业技术协会)：T824om-02，

撕裂指数根据标准测试ISO 1974：2012，

抗张挺度指数根据标准测试ISO 1924-2：2008，

短跨度压缩测试(SCT)指数根据标准测试ISO 9895：1989，

层间粘合强度根据标准测试Tappi 569pm-09，

孔隙率根据标准测试ISO 5636-3：1992，

耐折性根据标准测试ISO 526：1993，

游离度根据标准测试Tappi T221，

在片材成形期间排水时间根据标准测试Tappi T221。

3.纳米-微米级有机原纤化填料对片材物理性质的影响

研究填料对片材物理性质的影响，对未漂白纸浆制备的纸质样品进行物理性质测试，包括不含填料的纸(a)，含有典型有机填料的纸质样品(b)，即有机原料不是通过根据本发明的填料制备步骤，和具有根据本发明的纳米-微米级有机填料的纸质样品(c)。测试结果如图3-9所示。

考虑到纸的密度、孔隙率和表面粗糙度(图3和图4)显示具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸(c)具有最高的密度。这与具有最低值的纸的孔隙率一致，而具有典型有机填料的纸(b)具有最大的表面粗糙度。

从纸的抗张指数和撕裂指数结果(图5)可以看出，与没有填料的纸(a)相比，具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸(c)的抗张指数增加了25％，撕裂指数增加了14％。此外，与没有填料的纸(a)相比，有机填料(b)没有显著影响纸的抗张指数和撕裂指数。

图6显示了与没有填料的纸(a)相比，具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸(c)的抗张能量吸收(TEA)和伸长率分别增加了52％和27％，而具有典型有机填料的纸(b)的值仅增加了3-4％。

从纸的耐破指数和抗张挺度指数结果(图7)可以看出，相比没有填料的纸(a)，具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸(c)的耐破指数增加了13％并且抗张挺度指数增加了40％，而具有典型有机填料的纸(b)表现出耐破指数和抗张挺度指数下降了0-8％。

图8显示，相比没有填料的纸(a)，具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸(c)的环压测试和瓦楞芯平压强度测试分别增加了25％和20％，而具有典型有机填料的纸(b)表现出环压试验和瓦楞芯平压强度测试下降了0-12％。

从短跨度压缩测试(SCT)指数(图9)可以看出，相比没有填料的纸(a)，具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸(c)具有更大的短跨度压缩测试指数，增加了5％，而具有典型有机填料的纸(b)短跨度压缩测试指数下降了10％。

4.纳米-微米级有机原纤化填料量和浆料类型对片材物理性质的影响

由具有不同量(即每吨纸30、50和100千克)的纳米-微米级有机原纤化填料的未漂白木浆、瓦楞纸箱再生纸浆和混合纸盒再生纸浆制备的纸浆，相比没有填料的纸进行物理性质测试。

从测试结果可以看出，纸中的纳米-微米级有机原纤化填料(每吨纸分别30至50和100千克)的用量越多，纸的物理性质改善越多，其中纸的物理性质改善比例也基于造纸中使用的纸浆类型(图10A-10L)。

例如，当比较纸质样品的物理性质-由三种类型的纸浆制备，即具有50千克/吨纳米-微米级有机原纤化填料的未漂白木浆、瓦楞纸箱再生纸浆和混合纸箱再生纸浆。看起来：

-纸张抗张指数分别增加了16％、24％和26％，

-耐破指数分别增加了39％、34％和34％，

-撕裂指数分别增加了20％、5％和0％，

-纸张伸长率分别增加了26％、9％和11％，

-抗张能量吸收分别增加了51％、40％和36％，

-环压测试分别增加了18％、24％和23％，

-瓦楞芯平压强度测试分别增加了25％、41％和42％，

-短跨度压缩测试指数分别增加了4％、21％和17％，

-纸张的耐折性分别增加了507％、200％和217％，

-纸张的层间粘合强度分别增加了15％、23％和20％，

-抗张挺度指数分别增加了5％、21％和17％，

-孔隙率分别下降了32％、42％和36％。

还发现，通过本发明方法制备的具有纳米-微米级有机原纤化填料的纸质样品的物理性质看来优于具有典型有机填料的纸质样品。

5.纳米-微米级有机原纤化填料与来自木浆的纳米-微米纤维素纤维的有机填料 的比较

根据本发明的纳米-微米级有机原纤化填料和来自木浆的纳米-微米纤维素纤维的有机填料用作湿部造纸工艺中的填料，以比较关于生产方法的技术收益。

测试结果表明，与使用来自木浆(该木浆在纸生产中来自未漂白木浆)的纳米-微米纤维素纤维的有机纤维素纤维相比，根据本发明应用纳米-微米级有机原纤化填料增强了纸形成期间的排水，消耗的排水时间减少了近3倍，如图11中所示。

从该测试结果可以看出，包括纳米-微米级有机原纤化填料制备步骤的片材生产方法，以及根据本发明制备的该填料的使用可以减少整个纸张生产的步骤和时间。

Claims (30)

1.一种包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材，其中纳米-微米级有机原纤化填料包括微原纤化纤维素和淀粉颗粒，使得微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒，并且纳米-微米级有机原纤化填料具有至少15wt％的淀粉颗粒。

2.根据权利要求1所述的片材，其中纳米-微米级有机原纤化填料具有优选范围从15wt％至95wt％的淀粉颗粒，更优选40wt％至90wt％。

3.根据权利要求1所述的片材，其中纳米-微米级有机原纤化填料具有范围从5wt％至85wt％的微原纤化纤维素，优选10wt％至60wt％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的片材，其中纳米-微米级有机原纤化填料的平均粒径范围从5nm至600μm，优选50nm至200μm。

5.根据前述权利要求中任一项所述的片材，其中纳米-微米级有机原纤化填料衍生自包括在高压下向有机原料施加剪切力的步骤的方法。

6.根据权利要求5所述的片材，其中通过使用范围从100巴至10000巴，优选从200巴至2000巴的压力，在高压下向有机原料施加剪切力。

7.根据权利要求5或6所述的片材，其中通过使用高压均化在高压下向有机原料施加剪切力。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的片材，其中有机原料是选自木薯、马铃薯、甘薯、西米、芋头、山药或其至少两种组合的农业废料。

9.根据权利要求8所述的片材，其中农业废料具有纤维素纤维和淀粉囊作为组分，所述淀粉囊内部具有淀粉颗粒。

10.根据权利要求8或9所述的片材，其中包括内部具有淀粉颗粒的淀粉囊的农业废料具有至少15wt％的淀粉颗粒，优选40wt％至90wt％。

11.根据权利要求1或3所述的片材，其中微原纤化纤维素的平均直径范围从5nm至100μm，优选50nm至10μm，并且平均长度范围从0.02mm至0.5mm。

12.根据权利要求1或2所述的片材，其中淀粉颗粒的平均粒径范围从5μm至60μm。

13.根据权利要求1所述的片材，其中片材具有范围从0.5wt％至25wt％的纳米-微米级有机原纤化填料。

14.根据权利要求1所述的片材，其中片材具有范围从0.2wt％至20wt％的淀粉颗粒，优选1wt％至5wt％。

15.根据权利要求1所述的片材，其中片材具有范围从0.05wt％至15wt％的微原纤化纤维素，优选0.5wt％至5wt％。

16.根据权利要求1所述的片材，其中纤维衍生自选自化学浆料、机械浆料、半化学浆料、再生浆料、未漂白浆料、漂白浆料或其至少两种组合的材料。

17.根据前述权利要求中任一项所述的片材，其中片材是纸、天然聚合物、包括纤维的片或包括主要是纤维素纤维的片。

18.一种生产包括纤维和纳米-微米级有机原纤化填料的片材的方法，其中所述方法包括以下步骤：

(i)制备浆料悬浮液，

(ii)制备纳米-微米级有机原纤化填料，

(iii)将纳米-微米级有机填料加入浆料悬浮液中，

(iv)通过压制形成片材，和

(v)干燥片材，

其中纳米-微米级有机原纤化填料的制备步骤提供包括微原纤化纤维素和淀粉颗粒的纳米-微米级有机填料，使得微原纤化纤维素分散有淀粉颗粒。

19.根据权利要求18所述的生产片材的方法，其中纳米-微米级有机原纤化填料具有范围从15wt％至95wt％的淀粉颗粒，优选40wt％至90wt％。

20.根据权利要求18所述的生产片材的方法，其中纳米-微米级有机原纤化填料具有范围从5wt％至85wt％的微原纤化纤维素，优选10wt％至60wt％。

21.根据权利要求18或19所述的生产片材的方法，其中淀粉颗粒的平均粒径范围从5μm至60μm。

22.根据权利要求18或20所述的生产片材的方法，其中微原纤化纤维素的平均直径范围从5nm至100μm，优选50nm至10μm，并且平均长度范围从0.02mm至0.5mm。

23.根据权利要求18所述的生产片材的方法，其中纳米-微米级有机填料的制备步骤包括在高压下将剪切力施加到有机原料上。

24.根据权利要求23所述的生产片材的方法，其中在高压下向有机原料施加剪切力使用的压力范围从100巴至10000巴，优选从200巴至2000巴。

25.根据权利要求23或24所述的生产片材的方法，其中通过使用高压均化在高压下对有机原料施加剪切力。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的生产片材的方法，其中有机原料是选自木薯、马铃薯、甘薯、西米、芋头、山药或其至少两种组合的农业废料。

27.根据权利要求26所述的生产片材的方法，其中农业废料具有纤维素纤维和淀粉囊作为组分，所述淀粉囊内部具有淀粉颗粒。

28.根据权利要求26或27所述的生产片材的方法，其中包括内部具有淀粉颗粒的淀粉囊的农业废料具有至少15wt％的淀粉颗粒，优选40wt％至90wt％。

29.根据权利要求18所述的生产片材的方法，其中浆料悬浮液由化学浆料、机械浆料、半化学浆料、再生浆料、未漂白浆料、漂白浆料或其至少两种组合的材料制备。

30.根据权利要求18至29中任一项所述的生产片材的方法，其中片材是纸、天然聚合物、包括纤维的片或包括主要是纤维素纤维的片。