CN110506142B - 用于薄纸产品的非木材纤维中定制的半纤维素 - Google Patents

Abstract

一种薄纸片材包括软木纤维和来自禾本科中的植物的经处理的非木材纤维，其中所述经处理的非木材纤维具有少于15％的半纤维素。另外，薄纸片材基本上由软木纤维和经处理的非木材纤维组成，其中所述经处理的非木材纤维具有少于15％的半纤维素。定制薄纸片材中的纤维的拉伸指数和加拿大标准游离度(CSF)包括：通过从非木材纤维中去除一部分半纤维素来处理非木材纤维；形成包括软木纤维和经处理的非木材纤维的薄纸片材；以及调节从非木材纤维中去除的半纤维素的部分以实现经处理的非木材纤维的期望的拉伸指数和加拿大标准游离度(CSF)。

Description

用于薄纸产品的非木材纤维中定制的半纤维素

背景技术

本公开涉及在薄纸产品中使用非木材替代天然纤维。常规硬木纤维的替代通过为薄纸应用提供足够机械强度的混合纤维组合物来实现。

薄纸产品(诸如面巾纸、纸巾、卫生纸、餐巾纸和其他类似产品)设计成包括若干种重要性质。例如，产品应当具有良好的松厚度、柔软的手感，而且应当具有良好的强度和耐用性。然而，在采取步骤以提高产品的一种性质时，经常负面地影响其他特性。

薄纸产品通过两种主要的制造工艺之一来进行：常规湿压(CWP)和穿透空气干燥(TAD)。在CWP中，薄纸是由真空胸辊或双网成形器在成形织物上形成的，纸胚被转移到造纸毛毯中，并通过用一个或两个压辊压区压靠在称为Yankee烘缸的大蒸汽加热滚筒表面而脱水。压制工艺还有助于将片材转移到Yankee干燥机表面。在片材转移之前，将粘合剂溶液喷洒在干燥机表面上，以便在片材与干燥机表面之间提供良好的粘结。在起绉过程中，通过刮刀从Yankee干燥机表面移除片材。

在TAD工艺中，片材在成形织物上形成并且在其脱水至25％或更高的稠度时转移到一种或多种其他织物。在初始脱水后，片材在与织物接触的同时通过将热空气吹过织物而被干燥。在常规的空气穿透干燥工艺中，将空气穿透干燥的幅材粘附到Yankee干燥机并起绉。辊可以存在于转移点处以辅助幅材从干燥织物转移到Yankee干燥机，但不存在用于在CWP工艺中对幅材脱水的高压。另选地，可以在不起绉的情况下制备TAD薄纸，其中随着湿法成网幅材从成形织物向移动明显较慢的开口网转移织物的差速转移，幅材发生缩短。之后，将幅材干燥，同时防止纤维在幅材平面中的宏观重排。然后，将幅材在空气穿透干燥机中的织物上干燥到90％或更高的稠度并卷绕。在不起绉的空气穿透干燥(UCTAD)工艺中没有使用Yankee干燥机。与常规湿压产品相比，空气穿透干燥的薄纸产品通常与更高质量等级的薄纸产品相关联，因为它们的松厚度更高，并且吸收能力更强。

为了实现最佳的产品性质，通常至少部分地由含有木纤维且时常为硬木纤维与软木纤维的共混物的纸浆形成薄纸产品，以实现期望的性质。通常在试图优化表面柔软度时，对于薄纸产品这是常有的情况，造纸厂将部分地基于纸浆纤维的粗度来选择纤维配料。具有低粗度纤维的纸浆是期望的，原因在于由具有低粗度的纤维制成的薄纸可能比由具有高粗度的纤维制成的类似薄纸更柔软。为了甚至进一步优化表面柔软度，优质薄纸产品经常包含分层结构，其中低粗度纤维朝向薄纸片材的外层，而薄纸片材的内层包含较长、较粗的纤维。

对这种柔软度的需求通过对耐用性的需求来平衡，或可能与对耐用性的需求相反。薄纸产品的耐用性可依据拉伸强度、拉伸能量吸收(TEA)、破裂强度和撕裂强度等项来限定。通常，撕裂强度、破裂强度和TEA将显示出与拉伸强度正相关，而拉伸强度(从而耐用性)与柔软度逆相关。因此，造纸厂不断努力应对该需求的挑战，以平衡对柔软度的需求与对耐用性的需求。遗憾的是，薄纸的耐用性一般随着平均纤维长度的缩短而降低。因此，单纯地缩短纸浆平均纤维长度可导致产品表面柔软度与产品耐用性之间出现不期望的折衷。

能够从通常被认为相对于平均纤维属性较差的纤维混合物中获得具有纤维长度和粗度的理想组合的纸浆的薄纸造纸商可以获得显著的成本节约和/或产品改进。例如，造纸商可能希望制造具有优异强度的薄页纸，而不会导致常伴随较高强度的柔软度降低。或者，造纸商可能希望更高程度的纸面结合以减少自由纤维脱离，而没有遇到常伴随表面纤维更强结合而出现的柔软度降低。因此，目前需要一种由纤维形成的薄页纸产品，其将改善耐用性而不会不利地影响其他重要的产品属性诸如柔软度。

在北方和南方软木浆纤维之外，造纸商在选择长纤维时几乎别无选择。

影响全球纸浆和造纸工业的一个主要问题是由于担心林地的竞争性用途、森林经营的环境影响以及可持续的森林管理而造成的合适木材纤维的成本不断上涨。因此，薄纸行业一直在寻找替代性低成本纤维品种以实现可持续的制造。同样，喜欢使用绿色产品的环保团体和消费者主张使用非木质纤维，因为它比木质纤维更环保。为了减少对商品木浆的依赖，使用回收纤维可以是一种部分解决方案，但是在薄纸片材中使用回收纤维在技术上受到用户可接受的最终产品质量的限制。

以前的方法依赖于基于树木的纤维。使用在较短生命周期内生长的纤维原料以及使用来自农业或工业加工的残余物的能力可以帮助实现企业的可持续发展目标，并减小对森林的环境影响以及碳足迹(以eCO₂单位计量)。

非木材天然纤维的制浆工艺依赖于原材料。详细的步骤可以在Sridach,W.(2010),The Environmentally Benign Pulping Process of Non-wood Fibers,Suranaree J.Sci.Technol.,17(2),105-123，以及授予Hurter和Byrd的美国专利6,302,997B1中见到。替代的非木材天然纤维，诸如大田作物纤维或农业残余物，被认为是更加可持续的。这些天然原料的例子包括芒草、大豆茎、洋麻、亚麻、竹子、棉花茎、甘蔗渣、玉米秸秆、稻秆、燕麦杆、小麦杆、柳枝稷、高粱、芦苇、芦竹、禾本科(也称为颖花科)的其他成员及其组合。由于包括季节性可用性、化学回收问题、纸浆亮度、二氧化硅含量等的多种原因，非木材纤维来源占全球纸浆产量的约5-10％。特别有吸引力的是玉米秸秆和小麦秆作为纸浆的来源，因为它们在全球范围内大量存在。非木材纤维为产品制造商提供了一种探索在最终产品中添加绿色成分的选择。

因此，需要提供替代木材的纸浆材料来替换薄纸中使用的常规纤维材料。因此，本公开通过提供可用于环境可持续的薄纸的替代木材的材料来填补这种空白。

发明内容

通常，本文公开了干纸产品，特别是干薄纸基材，包括常规造纸纤维和非木材纤维的共混物。

本公开涉及一种薄纸片材，该薄纸片材包含软木纤维和来自禾本科植物的经处理的非木材纤维，其中经处理的非木材纤维具有少于15％的半纤维素。非木材纤维可以选自玉米秸秆、秆、其他陆上天然纤维及其组合。秆可以选自小麦、稻、燕麦、大麦、黑麦、亚麻、草、大豆及其组合。其他陆上天然纤维选自亚麻、竹子、棉花、黄麻、大麻、剑麻、蔗渣、洋麻、柳枝稷、芒草及其组合。

本公开还涉及基本上由软木纤维和经处理的非木材纤维组成的薄纸片材，其中经处理的非木材纤维具有少于15％的半纤维素。

本公开还涉及一种用于定制薄纸中纤维的拉伸指数和加拿大标准游离度(CSF)的方法，该方法包括：通过从非木材纤维中去除一部分半纤维素来处理非木材纤维；形成包含软木纤维和经处理的非木材纤维的薄纸片材；以及调节从非木材纤维中去除的半纤维素部分，以获得经处理的非木材纤维的期望拉伸指数和加拿大标准游离度(CSF)。

附图说明

通过参考以下说明、所附权利要求书和附图，本公开的前述及其他特征和方面以及实现它们的方式将变得更显而易见，并且本公开本身将得到更好的理解，其中：

图1是本公开中使用的用于形成未起绉的空气穿透干燥的薄纸幅材的工艺的一个方面的示意图；并且

图2是各种非木材纤维的拉伸指数与CSF之间关系的图解说明。

在本说明书和附图中反复使用参考字符旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。附图是表示性的，并且未必按比例绘制。图中的某些比例可能被放大了，而其他部分则可能被最大程度缩小了。

具体实施方式

虽然本说明书以特别指出且清楚地要求保护本公开的权利要求书结束，但是据信，通过以下说明将更好地理解本公开。

如本文所用，“包括”意指可增加不影响最终结果的其他步骤和其他成分。该术语涵盖术语“由。..组成”和“基本上由。..组成”。本公开的组合物和方法/工艺可包括以下方面、由以下方面组成和基本上由以下方面组成：本文所述的本公开的基本要素和限制，以及本文所述的任何附加或任选成分、组分、步骤或限制。

如本文所用，术语“非木材”、“无树木”和“木材替代品”通常是指来自农作物如小麦秆和湿地非树木植物如芦苇的加工残余物。本公开的非木材天然材料的例子包括但不限于芒草、大豆茎、洋麻、亚麻、竹子、棉花茎、甘蔗渣、玉米秸秆、稻秆、燕麦杆、小麦杆、柳枝稷、高粱、芦苇、芦竹、禾本科(也称为颖花科)的其他成员及其组合。

如本文所用，术语“纸浆”或“纸浆纤维”是指通过本领域已知的常规制浆工艺获得的纤维材料。这可以用于木质材料和非木质材料。

如本文所用，术语“细粒”是指穿过200目筛(75μm)的部分。中等大小的细粒是几微米。细粒由纤维素、半纤维素、木质素和提取物组成。存在两种类型的细粒：一次细粒和二次细粒。一次细粒含量似乎是植物的遗传特性。桉树纸浆为大约4％，而其他硬木纸浆可以高达约20％至约40％。小麦杆通常为约38％至约50％。二次细粒是来自精制期间折断的纤维外层的纤丝碎片。

如本文所用，术语“基重”通常是指每单位面积纸板的重量。在本文中使用TAPPI测试方法T-220测量基重。称量通常为30cm×30cm或另一方便尺寸的纸浆片，然后将其干燥以测定固体含量。然后确定片材的面积，并将干重与片材面积的比率报告为以克/平方米(gsm)为单位的基重。

如本文所用，术语“撕裂指数”是指几何平均撕裂强度(通常以克表示)除以几何平均拉伸强度(通常以克每3英寸表示)的商乘以1,000，其中几何平均撕裂指数被定义为机器方向撕裂强度和横向撕裂强度的乘积的平方根。

虽然撕裂指数可能根据薄纸幅材的组成以及幅材的基重而变化，但根据本公开制备的幅材通常具有大于约5、更优选地大于约6且还更优选地大于约7(诸如约7至约20)的撕裂指数。

如本文所用，术语“破裂指数”是指干裂峰值负荷(也称为干裂强度并且通常以克英尺表示)除以几何平均拉伸强度的商乘以10。

虽然破裂指数可能根据薄纸幅材的组成以及幅材的基重而变化，但根据本公开制备的幅材通常具有大于3、更优选地大于约4且还更优选地大于约5的破裂指数。

如本文所用，术语“几何平均拉伸”和“GMT”是指幅材的纵向拉伸强度与横向拉伸强度的乘积的平方根。如本文所用，拉伸强度是指几何平均拉伸强度，如对本领域的技术人员将显而易见的，除非另有说明。

如本文所用，术语“几何平均拉伸能量指数”和“TEA指数”是指MD和CD拉伸能量吸收(“MD TEA”和“CD TEA”，通常以g·cm/cm2表示)的乘积的平方根除以GMT强度乘以1,000。

虽然TEA指数可能根据薄纸幅材的组成以及幅材的基重而变化，但根据本公开制备的幅材通常具有大于约6、更优选地大于约7且还更优选地大于约8(诸如约8至约20)的TEA指数。

如本文所用，术语“耐用性指数”是指撕裂指数、破裂指数与TEA指数之和，且为产品在给定拉伸强度下的耐用性的指示。

Durability Index＝Tear Index+Burst Index+TEA Index

虽然耐用性指数可能根据薄纸幅材的组成以及幅材的基重而变化，但根据本公开制备的幅材通常具有约15或以上、更优选地约18或以上、还更优选地约20或以上(诸如约20至约50)的耐用性指数。

如本文所用，术语“挺度指数”是指几何平均拉伸斜率(定义为MD和CD拉伸斜率的乘积的平方根)除以几何平均拉伸强度的商。

虽然挺度指数可能根据薄纸幅材的组成以及幅材的基重而变化，但根据本公开制备的幅材通常具有小于约16、更优选地小于约15、还更优选地小于约14(诸如约5至约14)的挺度指数。

如本文所用，术语“平均纤维长度”是指利用可得自Kajaani Oy Electronics(Kajaani,Finland)的Kajaani Fs-100型纤维分析仪测定的长度加权平均纤维长度。根据测试程序，用浸渍液处理纸浆样品，以确保不存在纤维束或碎片。将每份纸浆样品置于热水中使其解体，并稀释成约0.001％的溶液。使用标准的Kajaani纤维分析测试程序测试时，从该稀释溶液中各自汲取每份约50ml至100ml的测试样品。加权平均纤维长度可由以下公式表示：

其中k＝最大纤维长度

xi＝纤维长度

ni＝具有长度xi的纤维的数目

n＝受测纤维的总数目。

如本文所用，“薄纸产品”一般是指各种纸产品，诸如面巾纸、卫生纸、纸巾、餐巾纸等。通常，本公开的薄纸产品的基重小于约80克/平方米(gsm)，在一些方面中小于约60gsm，并且在一些方面，在约10gsm至约60gsm之间。

薄纸产品在其松厚度方面与其他纸产品进一步区分。本公开的薄纸和纸巾产品的松厚度计算为纸厚度(下文定义，以微米表示)除以基重(以克/平方米表示)的商。所得松厚度以立方厘米/克表示。在各种实例中，薄纸产品可具有大于约5cm3/g，还更优选地大于约7cm3/g(诸如约7至约15cm3/g)的松厚度。根据本公开制备的薄纸幅材可具有比并有相同幅材的薄纸产品更高的松厚度。例如，薄纸幅材可具有大于约7cm3/g的松厚度，诸如大于约10cm3/g，诸如约12至约24cm3/g。

如本文所用，术语“层”是指一个层片内的多个纤维分层、化学处理分层等。

术语“层片”是指分立的产品元件。各个层片可彼此并排排列。该术语可以指诸如多层片面巾纸、卫生纸、纸巾、擦拭物或餐巾纸中的多个网状部件。

如本文所用，术语“分层薄纸幅材”、“多层薄纸幅材”、“多层幅材”和“多层纸片材”一般是指由两层或更多层水性造纸配料制备的纸片材，所述配料优选地包含不同纤维类型。这些层优选地在一个或多个环状多孔筛网上，由分离的稀纤维浆料流沉积而成。如果各个层最初在分离的多孔筛网上形成，则随后将各层(趁湿)组合形成分层的复合网。

如本文所用，术语“成网装置”通常包括本领域技术人员已知的长网造纸机成形器、双网成形器、圆网机、压制成形器、新月牙形成形器等。

如本文所用，术语“加拿大标准游离度”(CSF)通常是指纤维浆料排液的速率且如TAPPI标准测试方法T 227OM-09中所述测量。CSF的单位是mL。

表1比较硬木(桉树纸浆纤维，Aracruz纤维素，巴西)和软木(NSWK纸浆纤维，北方纸浆，加拿大)。

表1

本公开描述了使用非木材纤维替代至少一层中的一部分原生木材纤维。然而，如上所述，必须考虑柔软度和强度/耐用性之间的折衷。本公开描述了如何可以通过控制非木材纤维中半纤维素的水平来降低非木材纤维的拉伸强度和增加其柔软度。这还增加了加拿大标准游离度(CSF)并降低了其保水值(WRV)和粗度。经处理的非木材纤维替代薄纸片材中桉树纤维的一部分，同时增加薄纸片材的耐用性(增加的撕裂强度和破裂强度)。

典型的薄纸配料包括长纤维(北方漂白软木牛皮纸(NBSK))和短(桉树)纤维。长纤维提供强度和耐用性，而短纤维提供柔软度。在一个实例中，将农业纸浆形态与NBSK和桉树进行比较，玉米秸秆(>0.8mm)和小麦秆(<1mm)纸浆的长度加权平均纤维长度比NBSK(2.23mm)短得多，但比桉树长。因此，因为来自玉米秸秆和小麦秆的纤维可用于产生桉树的等效柔软度，所制造的产品由于纤维长度较长而更耐用。

通常观察到，与具有类似纤维长度的木材纸浆相比，非木材纸浆具有更高的拉伸指数，更低的游离度和更高的保水值(WRV)。这些纸浆的纤维长度较短，无法在没有显著质量损失的情况下完全替代NBSK。作为桉树的替代品，诸如小麦和玉米的许多非木材纤维由于其较长的纤维长度而提供了优于桉树的优点。例如，预计破裂和撕裂强度会更高。然而，这种纸浆通常不适合替代桉树，因为它们的抗拉强度高，导致产品柔软度较低。虽然有可能使用剥离剂来降低拉伸强度，但是剥离剂的使用显著增加了成本以及产品中的脱糊和起毛。为了使非木材纸浆能够替代桉树纸浆，需要在不使用化学剥离剂的情况下用这些非木材纸浆降低拉伸指数。

在一个方面，本公开生产包括来自诸如玉米、柳枝稷和小麦的农业残余物的纤维素纤维的柔软耐用的薄纸产品，其中这些纤维素纤维已经去除了一部分半纤维素。在另一方面，本公开提供了一种制造包括来自农业残余物的纤维素纤维的柔软耐用的薄纸产品的方法，其中该方法包括用来自农业残余物的纤维素纤维替代产品中的全部或部分短木材纤维，其中来自农业残余物的纤维素纤维已经去除了全部或部分半纤维素。

此外，专门种植的纤维作物也可用于为本文所述的工艺提供纤维。这些可包括芒草、柳枝稷、大豆茎、棉花茎等，并且可以生长在诸如玉米、小麦、大豆、高粱等农业残余物作物附近或与农业残余物作物一起生长。这些专门种植的作物中有一些属于禾本科，但其他的还不能提供有用的纤维。

可以基于纤维长度选择经处理的非木材纤维以供使用。为了替代桉树纤维，可能有用的是选择长度加权平均纤维长度小于约1.1mm的纤维，使得它们类似于桉树纤维。

去除纤维中的半纤维素会降低其拉伸指数并增加游离度，并用于溶解纤维素。本文所述的工艺控制了去除的半纤维素的量，因为去除所有半纤维素(诸如在溶解级纤维素中)使细化曲线变平，并显著降低了诸如毛巾的高强度应用中所需的拉伸强度。

在又一方面，本公开提供了定制半纤维素水平以调节和控制拉伸指数、CSF和保水值，从而改善非木材纸浆的产品柔软度并改善流延性。在又一方面，本公开涉及一种用于制备适于由多于一种类型的非木材农业残余生物质制造薄纸的纸浆的方法，其中纸浆中半纤维素的水平被控制，使得所得未精制纸浆的拉伸指数和CSF大约相等。这种通过控制半纤维素水平来定制拉伸指数/CSF分布的能力使生物炼制厂能够根据季节和可用性全年运行具有相似纤维性质的各种类型的农业残余物和专门种植的生物质。所得的纤维可具有几乎相同的性质，而不管纤维源如何。因为这种纸浆的质量(即在给定游离度下的拉伸指数)在很大程度上等同，所以与依赖单一作物相比，农业生物炼制和薄纸制造工艺可以运行更长时间，中断或质量问题的风险更小。因此，需要找到一种手段来控制不同纤维的质量和性质，使得不同纤维的游离度和拉伸指数等同。

使用替代的非木材天然纤维，诸如使用大田作物纤维和农业残余物代替木材纤维，被认为是更可持续的，部分原因是这些材料被归类为其他工艺的副产品或废物。供应商可以支付给消费者帮助他们处置这些材料。此类原生天然材料的实例是甘蔗渣、玉米秸秆、稻秆、燕麦秆和小麦秆。由于包括季节性可用性、化学回收问题、纸浆亮度、二氧化硅含量等的多种原因，非木材纤维来源仅占全球纸浆产量的约5-10％。

本公开描述在薄纸产品中使用至少一种非木材或无树木的替代纸浆材料以替换大部分的常规纤维材料。本公开的组合物包含选自天然纤维及其组合的至少一种非木材替代纸浆材料。陆上天然纤维可以包括亚麻、棉花茎、甘蔗渣、洋麻、柳枝稷、芒草及其组合。来自那些非木材材料的单个纤维材料可以来源于本领域已知的常规制浆工艺，诸如热机械制浆、牛皮纸制浆(Kraft pulping)、化学制浆、酶促生物制浆或有机溶剂制浆。

本公开的纸浆材料组合物可以包含各种量的非木材替代天然纸浆纤维。该组合物可以具有元素的组合，其中单独地存在至少一种非木材替代天然纸浆纤维或者其可以与木浆纤维组合。例如，本公开的非木材替代天然纸浆纤维的量可以以占组合物的约5％、约10％、约20％、约25％、约30％至约40％、至约50％、至约60％、至约75％、至约100％的量存在。本公开的纸浆材料组合物还可以包含以占组合物的约5％、约10％、约20％或约30％至约40％、至约50％、至约60％或至约70％的量的硬木短纤维纸浆。当非木材替代纸浆材料单独存在时，将其彼此组合或与木浆纤维组合，然后将该组合物用于替换一部分常规纤维材料的薄纸产品。

因此，在优选方面中，本公开提供了薄纸幅材，更优选地空气穿透干燥薄纸幅材，并且还更优选地包括非木材纤维的多层空气穿透干燥幅材，其中非木材纤维包括幅材网的总重量的至少约10％。在尤其优选的方面中，薄纸幅材包括多层空气穿透干燥幅材，其中非木材纤维选择性地仅设置在一个所述层内，使得非木材纤维在使用中不与使用者皮肤发生接触。例如，在一个方面中，薄纸幅材可包括两层幅材，其中第一层实质上由木材纤维组成且基本上不含非木材纤维，第二层包括非木材纤维，其中该非木材纤维包括第二层的至少约50重量％，诸如第二层的约50重量％至约100重量％。应当理解，在提及基本上不含非木材纤维的层时，其中可存在量微不足道的纤维，但这种少量的纤维时常来自施加于相邻层的非木材纤维，且通常基本上不影响所述幅材的柔软度或其他物理特性。

薄纸幅材可掺入可为单个层片或多个层片的薄纸产品中，其中一个或多个层片可由多层薄纸幅材形成，该多层薄纸幅材具有选择性地掺入其中一个层的非木材纤维。特别优选的方面的薄纸产品被构造成使得非木材纤维在使用中不与使用者的皮肤接触。例如，薄纸产品可包括两个多层空气穿透干燥幅材，其中每个幅材都包括基本上不含非木材纤维的第一纤维层和包含非木材纤维的第二纤维层。这些幅材层合在一起，使得薄纸产品的外表面由每个幅材的第一纤维层形成，使得在使用中与使用者皮肤发生接触的表面基本上不含非木材纤维。

用于本公开的幅材和产品中的非木材纤维可通过本领域已知的任何适当方法生产。优选地，非木材纤维是制浆非木材纤维，通过化学加工粉碎的非木材材料生产。化学加工可包括用适当的碱性溶液处理粉碎的非木材材料。技术人员将能够选择适当的碱性溶液。非木材纤维也可以通过机械加工压碎的非木材材料来生产，这可能涉及酶消化粉碎的非木材材料。

纸浆纤维可以高收率或低收率形式制备，并且可以任何已知方法(包括牛皮纸、亚硫酸盐、高收率制浆方法)和其他已知制浆方法进行制浆。还可以使用由有机溶剂制浆方法制备的纤维，包括1988年12月27日授予Laamanen等人的美国专利No.4,793,898、1986年6月10日授予Chang等人的美国专利No.4,594,130和1971年6月15日授予Kleinert的美国专利No.3,585,104中公开的纤维和方法。可用的纤维也可通过蒽醌制浆来生产，例如1997年1月21日授予戈登等人的美国专利No.5,595,628例示的。

尽管非木材纤维可以通过本领域已知的任何适当的方法产生，但是制造非木材纸浆的优选方法是化学制浆方法，例如但不限于硫酸盐法、亚硫酸盐法或苏打/AQ制浆技术。

还可以通过本领域已知的任何适当方法来实现降低非木材纤维中半纤维素的含量，包括授予Fackler等人的美国专利申请公开No.2013/0217868中描述的酶工艺，尽管在本公开中必须控制半纤维素的去除以避免降解纤维素，这是这种工艺的典型目标。可使用诸如归类为木聚糖酶和/或纤维素酶的酶，尽管这些酶可降解纤维素。

通常，薄纸片材可使用任何合适的造纸技术形成。例如，造纸工艺可利用起绉、湿式起绉、双起绉、压印、湿压、空气加压、空气穿透干燥、起绉空气穿透干燥、不起绉空气穿透干燥、水力针刺法、气流成网以及本领域已知的其他方法。

在下文中将描述一种这样的示例性技术。有利地，薄纸片材是空气穿透干燥的薄纸基片。制备不起绉空气穿透干燥薄纸的示例性工艺在美国专利No.5,607,551、美国专利No.5,672,248、美国专利No.5,593,545、美国专利No.6,083,346和美国专利No.7,056,572中有所描述，所有这些专利均以与本文不冲突的程度以引用方式并入本文。

图1示出了用于实现形成本文定义的多层薄纸的方法的机器。为简单起见，示意性地用于限定若干织物运行的各种张紧辊被示出，但未被编号。应当理解，在不脱离权利要求的范围的情况下，可对图1所示的装置和方法做出改变。示出了具有分层造纸流浆箱10的双网成型机，该流浆箱将造纸纤维的水性悬浮液流11注入或沉积到成形织物13上，在该工艺下游，随着幅材被部分地脱水至约10干重百分比的稠度，该成形织物用于支撑并承载新形成的湿幅材。湿幅材的额外脱水可例如通过真空抽吸进行，同时由成形织物支撑湿幅材。

然后，将湿幅材从成形织物转移到以比该成形织物慢的速度行进的转移织物17，以赋予幅材增加的拉伸。转移优选地借助真空靴18和在成形织物与转移织物之间的固定间隙或空间进行，或者是接触转移以避免湿幅材的压缩。

然后借助于真空转移辊20或真空转移靴，任选地再次使用如前所述的固定间隙转移，将幅材从转移织物转移到空气穿透干燥织物19。通风干燥织物可以相对于转移织物以大致相同的速度或不同的速度行进。如果需要，通风干燥织物可以以较慢的速度运行以进一步增强拉伸性。转移优选地在真空辅助下进行，以确保片材变形，以适形于空气穿透干燥织物，从而产生所需的松厚度和外观。

用于幅材转移的真空水平可为约75至约380毫米汞柱，优选地约125毫米汞柱。真空靴(负压)可通过使用来自幅材相对侧的正压来补充或替换，以将幅材鼓吹到下一织物上，除此之外或作为替代，用真空吸附到下一织物上。另外，可使用一个或多个真空辊代替真空靴。

在由空气穿透干燥织物支撑时，幅材通过空气穿透干燥器21最终干燥至约94％或更高的稠度，然后转移到载体织物22上。可使用任选的加压转向辊26促进幅材从载体织物22到织物25的转移。适用于此目的的载体织物是Albany International 84M或94M和Asten959或937，它们都是具有精细图案的相对光滑的织物。尽管未示出，但卷轴压延或随后的离线压延可用于改善基片的第一层的光滑度和柔软度。

在某些方面，可能期望在给定层内具有非木材和木材纸浆纤维的特定组合，以提供期望的特性。例如，可能希望将具有不同平均纤维长度、粗度、细胞壁厚度或其他特性的非木材和木材纤维在某些层中组合。

正如任何给定层中非木材的量可以变化一样，非木材纤维与幅材中总纤维的比率通常可以根据薄纸产品的期望性质而变化。例如，使用较厚的非木材层通常导致薄纸产品具有较高的耐用性但较低的柔软度。另外，大量非木材纤维的使用可能会对片材形成产生负面影响，并且可增加制造成本。同样，使用非常少量的非木材纤维，即少于幅材总重量的约10％，通常导致薄纸产品与不使用非木材纤维制造的薄纸产品相比几乎没有可辨别的差异。因此，在某些方面，根据本公开制备的薄纸幅材包括以幅材的重量计约10％至约80％、优选地约15％至约60％、并且更优选地约25％至约50％的非木材纤维。薄纸幅材还可包括多于一种类型的非木材纤维。

如前所述，在优选方面中，将非木材纤维引入到幅材中作为软木纤维的替代，因此，在此类优选方面中，幅材中的软木纤维的量可以在总幅材的约0重量％至约20重量％的范围内，更优选地为总幅材的约0重量％至约10重量％，并且最优选地小于约5重量％。在一个优选方面中，幅材中软木纤维的量小于总幅材的1重量％。

实施例

以下实例将进一步描述和说明本公开范围内的多个方面。给出的实例仅用于说明性目的，而不应被理解为对本公开的限制，因为在不脱离本公开的精神和范围的情况下其许多变型形式是可能的。结果表明薄纸可以制成为包含诸如洋麻、麦秆、芒草、玉米秆和竹子的非木材替代纤维。本公开是关于无树木的薄纸，这与依靠木材纸浆的目前实践形成显著的对比。

本公开去除或降低了非木材纤维的半纤维素含量，以降低纤维的拉伸强度，从而提高了由非木材纸浆制成的薄纸片材的产品柔软度。表2表明，当半纤维素未被去除时，小麦杆和玉米秸秆纸浆的拉伸指数显著高于商品硬木桉树浆。高得多的拉伸强度会对薄纸柔软度产生负面影响。从玉米秸秆和小麦杆去除超过50％的半纤维素导致拉伸指数显著降低。控制非木材纸浆中半纤维素组成的能力允许在薄纸产品中使用源自农业纤维的非木材基纸浆，而不牺牲产品柔软度。

表2

	CSFml	拉伸指数	WRV
				桉树	534	19.33
NBSK	665	22.4
				玉米秸秆	316	88.8	3.68
玉米秸秆*	394	45.5	3.48
				小麦秆	349	72	2.80
小麦秆*	376	47.6	2.41

*半纤维素部分去除的纸浆

应注意，对于大多数纤维应用，高拉伸强度是正面的属性。然而，在薄纸中，较高的拉伸强度损害产品的柔软度。这是薄纸特有的，而不针对其他纸产品。迄今为止，关于非木材纤维的使用的大多数工作都集中在纸张的广泛类别上，而不是薄纸的独特需求上。

本文所述的方法允许控制纤维中的半纤维素水平以达到期望的拉伸指数/CSF分布。图2示出了减少半纤维素对拉伸指数和CSF的影响，其中实心点代表具有原始半纤维素水平的纤维，而空心点代表具有减少的半纤维素的纤维。减少纤维中半纤维素的量会显著降低纤维的拉伸指数。这种通过控制半纤维素水平来调整或调节拉伸指数/CSF分布的能力使得生物炼制厂能够根据季节和可用性全年运行各种类型的农业残余物和具有相似纤维性质的专门种植生物质。所得的纤维可具有几乎相同的性质，而不管纤维源如何。

在第一特定方面，薄纸片材包括软木纤维和来自禾本科植物的经处理的非木材纤维，其中经处理的非木材纤维具有少于15％的半纤维素。

第二特定方面包括第一特定方面，其中非木材纤维选自小麦、玉米、芒草、竹子及其组合。

第三特定方面包括第一和/或第二方面，还包括桉树纤维。

第四特定方面包括方面1-3中的一个或多个，还包括硬木纤维。

第五特定方面包括方面1-4中的一个或多个，包括两个外层和至少一个内层。

第六特定方面包括方面1-5中的一个或多个，其中外层包括硬木纤维和非木材纤维，并且所述至少一个内层包括软木纤维。

第七特定方面包括方面1-6中的一个或多个，其中所述至少一个内层包括硬木纤维和非木材纤维。

第八特定方面包括方面1-7中的一个或多个，其中两个外层包括硬木纤维。

第九特定方面包括方面1-8中的一个或多个，其中经处理的非木材纤维具有比不处理的相同的非木材纤维少至少50％的半纤维素。

第十特定方面包括方面1-9中的一个或多个，其中经处理的非木材纤维具有比不处理的相同的非木材纤维少至少70％的半纤维素。

第十一特定方面包括方面1-10中的一个或多个，其中薄纸片材比包括软木纤维和代替经处理的非木材纤维的桉树纤维的薄纸片材更柔软且更耐用。

第十二特定方面包括方面1-11中的一个或多个，其中经处理的非木材纤维具有比桉树纤维更高的CSF和更低的WRV。

在第十三特定方面，薄纸片材基本上由软木纤维和经处理的非木材纤维组成，其中经处理的非木材纤维具有小于15％的半纤维素。

第十四特定方面包括第十三特定方面，其中经处理的非木材纤维具有比不处理的相同的非木材纤维少至少30％的半纤维素。

第十五特定方面包括第十三和/或第十四特定方面，其中经处理的非木材纤维具有比不处理的相同的非木材纤维少至少50％的半纤维素。

在第十六特定方面，一种用于定制薄纸片材中的纤维的拉伸指数和加拿大标准游离度(CSF)的方法包括：通过从非木材纤维中去除一部分半纤维素来处理非木材纤维；形成包含软木纤维和经处理的非木材纤维的薄纸片材；以及调节从非木材纤维中去除的半纤维素部分，以获得经处理的非木材纤维的期望拉伸指数和加拿大标准游离度(CSF)。

第十七特定方面包括第十六特定方面，薄纸片材还包括桉树纤维。

第十八特定方面包括第十六特定方面和/或第十七特定方面，薄纸片材还包括硬木纤维。

第十九特定方面包括方面16-18中的一个或多个，其中非木材纤维选自禾木科中的植物，包括小麦、玉米、芒草和竹子。

第二十特定方面包括方面16-19中的一个或多个，其中经处理的非木材纤维具有少于15％的半纤维素。

除非另外指明，否则所有的百分比、份数和比率都是基于本公开组合物的总重量。除非另外指明，否则所有这些关于所列成分的重量均基于活性物质水平，并因此不包括可以包含在市售材料中的溶剂或副产物。术语“重量百分比”可在本文中表示为“wt.％”。除非提供了实际测量值的具体例子的地方，否则本文提及的数值均应当被视为由术语“约”加以限定。

本文所公开的尺寸和值不应被理解为严格地限于所述的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个这样的尺寸旨在表示所述值和围绕该值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在表示“约40mm”。

在“具体实施方式”中引用的所有文件在相关的部分中均以引用方式并入本文；对任何文件的引用均不应被解释为承认其是关于本公开的现有技术。在本书面文件中的术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中的术语的任何含义或定义冲突的情况下，应当以赋予本书面文件中的术语的含义或定义为准。

虽然已经示出并描述了本公开的特定方面，但对本领域的技术人员将显而易见的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下可以作出各种其他变化和修改。因此，在所附权利要求书中意图涵盖所有在本公开范围内的这样的变化和修改。

Claims (9)

1.一种制造薄纸片材的方法，包括以下步骤：

将多种软木纤维分散在水中以形成第一纤维浆料；

分散来自秆或玉米秸秆的多种经处理的非木材纤维，其中所述经处理的非木材纤维已经过处理以将非木材纤维的半纤维素含量降低至少于15%以形成具有大于350 ml的加拿大标准游离度(CSF)的第二纤维浆料；

将所述第一纤维浆料和所述第二纤维浆料分散在成形织物上以形成湿薄纸幅材；

将所述湿薄纸幅材脱水以形成部分脱水的薄纸幅材；以及

干燥所述部分脱水的薄纸幅材以形成干燥薄纸幅材；

其中所述第一纤维浆料和所述第二纤维浆料分层分散在所述成形织物上以形成具有两个外层和至少一个内层的湿薄纸幅材；以及

外层包括所述层的50重量%至100重量%的非木材纤维，并且所述至少一个内层包括软木纤维并且基本上不含经处理的非木材纤维；

所述秆来源于小麦、稻、燕麦、大麦、黑麦、亚麻、草、大豆及其组合。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：分散多个桉树纤维以形成第三纤维配料浆料，以及将所述第三纤维配料分散到具有所述第一纤维浆料和所述第二纤维浆料的成形织物上以形成湿薄纸幅材。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：分散多个硬木纤维以形成第三纤维配料浆料，以及将所述第三纤维配料分散到具有所述第一纤维浆料和所述第二纤维浆料的成形织物上以形成湿薄纸幅材。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个内层包括硬木纤维和非木材纤维。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述经处理的非木材纤维具有比不处理的相同的非木材纤维少至少50%的半纤维素。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述经处理的非木材纤维具有比不处理的相同的非木材纤维少至少70%的半纤维素。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述经处理的非木材纤维具有小于3.5的保水值(WRV)。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述干燥薄纸幅材包括至少10%幅材重量的经处理的非木材纤维。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述干燥步骤是通过空气穿透干燥部分脱水的幅材进行的。

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