CN112534100A - 在其层之间使用微纤化纤维素的纸和造纸方法 - Google Patents

在其层之间使用微纤化纤维素的纸和造纸方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112534100A
CN112534100A CN201980035510.3A CN201980035510A CN112534100A CN 112534100 A CN112534100 A CN 112534100A CN 201980035510 A CN201980035510 A CN 201980035510A CN 112534100 A CN112534100 A CN 112534100A
Authority
CN
China
Prior art keywords
paper
mfc
layers
starch
shows
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980035510.3A
Other languages
English (en)
Inventor
R·A·佩雷拉·达马西奥
M·科埃略·多斯桑托斯穆盖特·苏亚雷斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krabin Co ltd
Original Assignee
Krabin Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krabin Co ltd filed Critical Krabin Co ltd
Publication of CN112534100A publication Critical patent/CN112534100A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B29/00Layered products comprising a layer of paper or cardboard
    • B32B29/002Layered products comprising a layer of paper or cardboard as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B29/005Layered products comprising a layer of paper or cardboard as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material next to another layer of paper or cardboard layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B29/00Layered products comprising a layer of paper or cardboard
    • B32B29/08Corrugated paper or cardboard
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/28Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer comprising a deformed thin sheet, i.e. the layer having its entire thickness deformed out of the plane, e.g. corrugated, crumpled
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04Interconnection of layers
    • B32B7/12Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02Cellulose; Modified cellulose
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00Layers arrangement
    • B32B2250/26All layers being made of paper or paperboard
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00Coating on the layer surface
    • B32B2255/12Coating on the layer surface on paper layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00Coating on the layer surface
    • B32B2255/24Organic non-macromolecular coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/04Cellulosic plastic fibres, e.g. rayon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/54Yield strength; Tensile strength
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/542Shear strength
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70Other properties
    • B32B2307/718Weight, e.g. weight per square meter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70Other properties
    • B32B2307/724Permeability to gases, adsorption
    • B32B2307/7242Non-permeable
    • B32B2307/7244Oxygen barrier
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/14Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape
    • C08L2205/16Fibres; Fibrils

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

本发明涉及包含纤维素纤维的多层纸及其制造方法,所述制造方法包括通过添加0.5g/m2至1.5g/m2的具有小于250纳米的优选平均直径的微纤化纤维素(MFC)来粘合所述纸的不同层,使用较少量的原材料产生其中淀粉已经被完全替代并且具有范围从60g/m2至440g/m2的最终克重以及改善的机械强度特性的纸。

Description

在其层之间使用微纤化纤维素的纸和造纸方法
技术领域
本发明涉及包含纤维素纤维的多层纸及其制造方法,所述制造方法包括通过添加微纤化纤维素(microfibrillated cellulose;MFC)在所述纸的不同层之间粘合,使用较少量的原材料产生具有特殊克重和改善的机械强度特性的纸。本发明涉及造纸领域。
背景技术
在国家议程中对环境的关注日益突出,所述国家议程制定了法律来管理废物的产生及其终点。所有此类工作源自以下认识:在工业生产过程中必须使用来自可再生来源的原材料。
纸浆和纸生产链的特征在于高的投资程度并且在规模经济中具有重要地位,因为从森林开发到商业化都存在。
工厂的位置与森林资产的集中度有关,并且原材料的生产与工业过程之间存在强烈的依赖性。
淀粉是在纸板之间应用的粘结剂的示例,并且在工业上使用。然而,可以找到源自纤维素纤维本身并且能够发挥相同功能的解决方案,因此赋予纸板更好的强度特性。
因此,减少对原材料的依赖性和提取并且赋予纸(使用生物精制的MFC产生的,即,将产生的MFC整合在造纸过程中,而不是使用制造过程外的聚合物)机械强度的造纸方法减少了损失,使得所述方法比较便宜并且对环境的危害更少。
WO 2016/097964涉及在包装制造中生产经涂布制品的方法,所述方法包括包含纤维素纤维的制品,例如纸或纸板,以及在此制品上以至少5g/m2的浓度涂覆包含MFC的涂布溶液,随后进行脱水步骤。尽管不能获知根据此现有技术文献的教导而产生的纸的克重,但是本文开发的方法使用低于所公开的最小值的MFC量,所述最小值证明了现有技术的问题,因为现有技术使用了更大量的原材料。
WO 2016/185332涉及涂覆涂层的方法,所述涂层包含微纤化多糖(例如MFC)与稀释剂的共混物,所述微纤化多糖和稀释剂均涂覆到纸或纸板上,以赋予改善的特性。还记载了,这种涂覆可以在一个或两个纸层中作为连续膜进行。没有报道所产生的纸的克重和所应用的MFC的量,但是所描述的方法不需要应用稀释剂,这也使用更大量的材料。
WO 2014/029917公开了造纸方法,所述造纸方法使用多层技术并且从包含从0.1%到5%的浓度的纳米纤维化(nanofibrillated)纤维素(其中提到了MFC)连同强度添加剂(如阳离子淀粉)的水性组合物开始,所述纳米纤维化纤维素和强度添加剂都进料到一个或两个中间层并且增加内部强度。本文所述的方法用MFC完全替代了淀粉,并且不使用强度添加剂,并且另外,所使用的淀粉是非阳离子的。
尽管一些现有技术文献涉及在造纸方法中使用MFC,但是它们都没有描述使用MFC而不需要大量辅助物质或其他聚合物。
本发明的使用MFC在纸层之间粘合并产生具有改善的特性的最终纸的这种方法包括在纸生产线中添加0.5g/m2至1.5g/m2的微纤化纤维素,克重范围从60g/m2至440g/m2,从而解决了先前教导的技术问题,因为所述方法不需要大量的稀释剂、添加剂或淀粉。因此,通过应用MFC,本发明的方法获得了具有较高强度以及因此较低克重的纸。
发明内容
在第一方面,本发明描述了多层纸,所述多层纸包含微纤化纤维素并且展现出改善的克重和强度。
因此,本发明的第一目的是具有多层纸,所述多层纸在其层之间包含微纤化纤维素纤维并具有特殊克重。
在优选的实施方式中,存在于纸层之间的微纤化纤维素的量是0.5g/m2至1.5g/m2并且纸克重范围从60g/m2至440g/m2
本发明的另一个特征是纸中使用的微纤化纤维素纤维的平均直径尺寸小于250纳米。
本发明的另一个特征是所产生的纸是板或瓦楞类型的。
在第二方面,本发明描述了使用微纤化纤维素纤维的多层造纸方法。
本发明的第二目的是多层造纸方法,所述多层造纸方法包括在其层之间添加微纤化纤维素纤维。
在一个优选的实施方式中,在纸层之间以0.5g/m2至1.5g/m2的浓度进行的微纤化纤维素纤维的添加替代了纸层之间多达100%的淀粉。
本发明的另一个特征是在纸层之间以多达200L/min的流速添加微纤化纤维素纤维。
本发明的这些和其他目的将在附图和下面的说明中详细说明。
附图说明
图1示出了纸层的示意图,其中应用了MFC用于粘合所述纸层。
图2通过光学显微术示出了在MFC的生产加工步骤期间使用的松属(Pinus)长纤维纸浆的以微米计的纤维素纤维直径带的分布。
图3通过光学显微术示出了在MFC的化学-酶加工步骤期间使用的松属长纤维纸浆的以微米计的纤维素纤维直径带的分布。
图4通过光学显微术示出了在MFC的生产加工步骤中进行的第一次研磨后的松属长纤维纸浆的以微米计的纤维素纤维直径带的分布。
图5通过光学显微术示出了在MFC的生产步骤中进行的第二次研磨后的松属长纤维纸浆的处于0.25g/l纸浆浓度和以纳米计的纤维素纤维直径带的分布。
图6通过光学显微术示出了在MFC的生产步骤中进行的第二次研磨后的松属长纤维纸浆的处于0.05g/l纸浆浓度和以纳米计的纤维素纤维直径带的分布。
图7通过光学显微术示出了在MFC的生产步骤中进行的第二次研磨后的松属长纤维纸浆的处于0.025g/l纸浆浓度和以纳米计的纤维素纤维直径带的分布。
图8示出了与蒸馏水和去离子水相比,对于每个MFC生产步骤,10mM KCl溶液中的不同ζ电势。
图9示出了在MFC生产过程的不同步骤中,0.5g/l浓度的纸浆在静置24小时后的沉降等级。
图10示出了在MFC生产的加工阶段期间进行的第一次研磨之后通过喷雾干燥产生的MFC微粒的增加变焦(50μm、10μm和5μm)的电子显微照片。
图11示出了在MFC生产的加工阶段期间进行的第二次研磨之后通过喷雾干燥产生的MFC微粒的增加变焦(50μm、11μm和2μm)的电子显微照片。
图12示出了短微纤化纤维素纤维的同一区域的增加变焦的四个透射电子显微术图像(A=2μm,B=1μm,C和D=500nm)。
图13示出了长微纤化纤维素纤维的同一区域的增加变焦的四个透射电子显微术图像(A和B=2μm,C和D=1000nm)。
图14示出了在MFC生产过程的不同阶段的X射线衍射的比较图表(相对强度×2-θ)。
图15在3个图表中示出了对于每个MFC生产步骤分配的操作控制参数,显示了:pH、粘度和浊度信息。
图16示出了在MFC生产的每个步骤期间单位纸浆体积的动态排水的操作控制参数时间。
图17示出了基于LTK 170g/m2纸计算的机械物理特性Scott粘合的图表。
图18示出了基于LTK 170g/m2纸计算的机械物理特性环形压碎测试(Ring CrushTest;RCT)的图表。
图19示出了基于LTK 170g/m2纸计算的机械物理特性瓦楞夹心原纸测试(Corrugating Medium Test;CMT)的图表。
图20示出了基于LTK 170g/m2纸计算的机械物理特性抗张指数(IT)的图表。
图21示出了基于LTK 170g/m2纸计算的机械物理特性拉伸的图表。
图22示出了基于LTK 170g/m2纸计算的机械物理特性抗张能量吸收[T]的图表。
图23示出了针对淀粉和MFC应用以及每个生产批次的机械物理特性平压中型测试(Concora Medium Test;CMT)的计算的算术平均值,其中目标是300N,并且下限是270N。
图24示出了针对淀粉和MFC应用以及每个生产批次的机械物理特性Scott粘合的计算的算术平均值,其中目标是300J/m2,并且下限是200J/m2
图25示出了针对淀粉和MFC应用以及每个生产批次的机械物理特性环形压碎测试(RCT)的计算的算术平均值,其中目标是2.10kN/m,并且下限是1.89kN/m。
图26示出了针对淀粉和MFC应用以及每个生产批次的机械物理特性耐破性(bursting resistance)的计算的算术平均值。
图27示出了针对淀粉和MFC应用以及每个生产批次的机械物理特性气流阻力的计算的算术平均值。
图28示出了在具有应用的MFC的纸辊(纸辊29至31)上的纸克重(g/m2)变化的图表。
图29示出了在用于生产具有应用的MFC的纸辊(纸辊29至31)的成形台(formingtable)中的真空度的变化的图表。
图30示出了在具有应用的MFC的纸辊(纸辊29至31)上的纸湿度(%)变化的图表。
图31示出了用于生产具有应用的MFC的纸辊(纸辊29至31)的蒸汽消耗量变化(Tv/Tp)的图表;
图32示出了在纸层A与B之间或仅在一层A或B中(取决于应用角度(1))由MFC喷洒器/喷雾器(2)进行的示意性喷雾应用。
具体实施方式
本文示出的示例仅旨在说明本发明的众多实施方式中的一些,并且不应被解释为限制本发明的范围,而仅仅是例示大量可能的实施方式。
实现本发明提出的结果的量或参数的微小改变应被认为在本发明的范围内。
微纤化纤维素(MFC)
微纤化纤维素、纳米纤维化纤维素或甚至纳米纤维或纳米纤维素是常见的术语,所述术语是指直径或其尺寸之一包含在小于1000nm范围内的纤维素原纤维的的缠绕物,并且所述缠绕物具有无定形和结晶区域,构成其结构。MFC的特征为如下类型的纤维素,其中微纤维分裂成大量的微原纤维或甚至更细的原纤维。这产生了增加的表面积,赋予产品新特性。MFC在本发明中主要用作用于内部纸粘合的干增强剂和用作物理纸结构的改性剂。
MFC通常源自木材来源并且是市场上最可持续的替代品之一。然而,除了源自木材和非木材的任何生物质来源之外,MFC还可以由任何纤维素纤维来源(无论其是机械的、未漂白的和漂白的)产生。
MFC表面积是这种物质的特殊特性:仅用一克MFC,就可以覆盖多达200m2的物理空间。这种特性是由于微纤维中可用的大量羟基(-OH),这些羟基是高度亲水的并捕获附近的水。MFC微纤维能够捕获比其自身重量多40倍的水。
由于MFC是高度亲水的材料,因此MFC能够充当高级流变改性剂,提供非常有趣的喷雾特性和极高的静止粘度。MFC以其剪切和非牛顿性能而著称,并且MFC还显示出作为稳定剂的潜力,尤其是在稳定乳液(油包水或水包油)方面。
在图5-7中可以注意到:MFC是纸层之间的大型粘合网络,确保纸层之间的纤维-MFC-纤维粘合界面(图1)表现出其最大的潜能(由于暴露的OH基团)及其高表面积。MFC填充了所产生的纸的大孔隙和微孔隙二者,改变了层之间的粘合结构并形成了完美的粘合。
MFC多功能性还允许其部分采取添加剂和稳定成分,如表面活性剂。此外,MFC潜在地是强度添加剂。由于这些功能性,对在如涂料、粘合剂、电子产品、化妆品以及许多其他领域等的应用中使用MFC越来越感兴趣。
MFC微纤维尺寸对于决定其功能性也是重要的。微纤维粘合网络的增加对木材和纸中复合材料的张力、弹性和阻力特性具有有益的影响。
MFC生产
根据本发明,MFC的生产可以细分为5个主要步骤:
1.第一稀释;
2.处理;
3.加工;
4.第二稀释;以及
5.储存。
图15和16示出了在整个MFC生产过程中必须监控的参数,例如pH、粘度、浊度和纸浆排水时间。
第一步骤包括将漂白或未漂白的牛皮纸浆稀释至2%至30%的稠度,较低的对于MFC加工是最优选的。
第二步骤是化学-酶处理。在此步骤中,进行用于加工的纸浆的制备。首先,使用硫酸铝(Al2(SO4)3)将pH调节至6.0。将中性介质中的纸浆加热到35℃-40℃,持续50-60分钟,并且然后用内切葡聚糖酶以125g酶/吨干纸浆的比率进行处理。将产物在考雷司(cowles)摇动器中保持分散,持续25分钟。在这段时间之后,通过用约200g/吨纸浆剂量的液体苏打(氢氧化钠,NaOH)将pH调节到13-14来停止酶作用。
第三步骤是加工步骤,其中将纸浆通过泵转移到立式机械磨机中并进行加工。所述磨机包含2%cSt(稠度)的氧化铝石(Al2O3)。将所述过程进行两次,并且必须注意的是,在第一次研磨之后,仍可以看到完整纤维,但是在第二次研磨中却看不到,因此证明了纤维的微米/纳米尺度。在表1中示出了在此步骤之后产生的微纤维的尺寸,而表2示出了在2%cst下的纤维的不同表征参数。
表1-每个生产步骤的纤维素微原纤维的纸浆直径范围和频率:
Figure BDA0002799874110000071
表2-2%cSt下的纸浆和微纤维的表征参数:
参数/阶段 纸浆 经处理的纸浆 第一遍 第二遍
pH 6.7 12.9 12.9 12.7
粘度(cps) 1123.5 689.3 2030.0 4893.3
浊度(NTU) 13.8 17.4 28.9 91.8
第四步骤是以下步骤:将经处理和研磨的纸浆在罐中稀释至0.1%至1.0%cSt、优选0.8%cSt的稠度,其中纸浆经由开口进入和离开过滤器,并在带有发动机驱动的非切割刀片的储存器中搅拌长达60min,以便确保形成均匀的MFC悬浮物而不形成薄片、并避免沉降。MFC的薄片或小团块的形成可能导致喷洒器/喷淋器(aspersion)/喷雾嘴的潜在堵塞。随后通过0.05mm过滤器过滤纸浆。图9中能够看到每个生产步骤中MFC纤维沉降的差异(显示出纤维尺寸的减小)。
第五步骤也是最后一步是储存步骤,其中搅拌后形成均匀的MFC悬浮物,可以将所述悬浮物通过管线/管道或罐式车运输或泵送到储存罐,所述储存罐供应喷淋器/喷雾嘴的应用管线。
可以使用以下公式来进行CFM生产的理论能耗的计算:
Figure BDA0002799874110000081
其中v是张力(V),i是平均电流(A),fp是以马力(horse)计的电动机功率因数(cv),并且P是产量/小时(干kg)。总能量消耗估算为7075.6KWh/t。
纸层之间使用的MFC纤维的表征
在本发明中,出于完全替代原淀粉(raw starch)的目的,评价了包含具有不同尺寸的微纤维的混合物的MFC,即使在潮湿条件下也改善了纸层之间的胶合并增加了所形成产品的强度。
当与在纸层之间应用淀粉并且不应用其他粘结剂聚合物相比时,应用两种类型MFC(包含长纤维和短纤维二者)呈现了若干物理和机械特性的改善。因此,用MFC替代淀粉展示出巨大的工业应用潜力。
图2至图7通过光学显微术和电子显微术示出了纤维素纸浆和纤维素微纤维的图像,证明了以微米和纳米计的纤维尺寸分布。
图10至图13示出了通过电子显微术获得的纤维素微纤维图像/显微照片,所述图像/显微照片包含直径小于100nm且长度在微米范围内的纤维素微纤维团聚物。在图12中,在短纤维样品的情况下,平均直径为约17.00nm,而在图13中(包含长纤维MFC),平均直径高于短纤维样品,范围从19.00nm至57.00nm,并且平均值为33.48nm。
至于使用的MFC的表面电荷,如图8所示,对于短纤维MFC和长纤维MFC样品,获得的ζ电势值分别为-15.77和-29.85。ζ电势表示颗粒的表面电荷。较大的值产生更稳定的悬浮物,而被认为低的值表明颗粒倾向于非常容易聚集。对于大于25mV的模值,可以认为悬浮物是稳定的,即,没有絮凝的倾向。
用于在其层之间包含MFC的纸的物理和机械测试
当前,纸板和瓦楞纸生产过程使用淀粉作为层之间的粘合剂,这允许实现针对这些纸限定的规格。
本发明的一个目的是在纸板和瓦楞纸的层之间应用MFC代替淀粉。
因此,当与应用淀粉相比时,在纸板和瓦楞纸的层之间应用MFC呈现若干物理和机械特性(例如Scott粘合、CMT和RCT)的增强。
Scott粘合测试用于确定纸的内部强度。此测试测量使多层结构分层所需的能量。在纸的情况下,内部粘合强度是指这些纤维层的粘合强度,而Scott粘合是指分离这些层所需的总吸收强度。结果以J/m2示出。
CMT(或瓦楞夹心原纸测试)测量瓦楞原纸的抗压强度,并提供将瓦楞纸的潜在抗压强度估算到平坦状态的手段。CMT允许在复合制品中制造瓦楞原纸(例如,造纸前的纤维素微纤维)之前对瓦楞原纸进行评价,并且因此可用作用于评价制造效率的基础。
与CMT类似,RCT或环形压碎测试用于确定具有标准化长度和宽度的以环形状形成的纸条的抗压强度。此测试的结果高度依赖于适当的样品制备。样本和测试设备应是精确地平行的,以便确保对环压缩力的准确确定。
进行其他物理和机械特性测试,例如抗张强度(直至纸破损所需的力)、伸长率或拉伸(直至纸破损所需的力的另一种量度)、抗张能量吸收(TEA)(继续纸破损直至完全分离所需的力)和气流阻力,并所述测试也证明了改善。应当注意,一些测试是以指数来测量的,所述指数是通过纸重量分析的强度的商。
粘度可用于间接评定纤维素链的聚合度,并检测从制浆、脱木质素和机械去纤维性颤动过程所产生的纤维素降解。对于短纤维和长纤维样品的处理发现的MFC粘度的平均值分别为2.90mPa.s和9.37mPa.s。向0.8%cSt层应用MFC显示出409cP(厘泊)的粘度和pH7.1。
图17至图22示出了在评价瓦楞纸的特性之后获得的结果,所述瓦楞纸具有170g/m2的克重并且不仅添加了纤维素微纤维,因此允许与基本情况进行比较。由于在纸层之间使用的MFC的量范围从0.5g/m2至1.5g/m2,因此仅出于比较目的,应注意在以下情况下评价了层之间的粘合:不使用粘结剂(空白)、在层之间使用淀粉(1.5g/m2)、使用长纤维MFC(深蓝色,在0.5g/m2、1g/m2和1.5g/m2下呈现更好的效果)和使用短纤维MFC(粉红色,0.5g/m2、1g/m2和1.5g/m2)。
在这种情况下,在淀粉和MFC情况下,Scott粘合测试测量了纸层之间的剪切强度(图17)。当与没有在层之间添加粘结剂的纸(空白)相比时,可以观察到此特性的大于60点增加,当与空白相比时,对于最低应用的MFC负载(0.5g/m2),达到80点。值得注意的是,对于所应用的两种类型的CFM,已观察到此特性的接近值。
对于RCT和CMT,已证实在纸层之间添加粘结剂增加了这些特性的值(图18和图19)。相对于应用1.5g/m2淀粉,对于MFC的0.5g/m2和1.0g/m2负载的RCT值得以保持(图18),而在所有MFC应用的负载下,无论来自短微纤维还是长微纤维,对于CMT都发生显著增加,其中值高于关于1.5g/m2淀粉应用发现的那些(图19)。
对于应用MFC和淀粉,保持了抗张指数值(图20)。MFC仅与空白相比时才提供抗张强度增加。已知,由于粘结剂端基(-OH)的高可用性,MFC能够在介质中存在的微纤维与纤维之间形成网,因此提供各种纸特性的增强。
对于拉伸特性(图21),相对于淀粉,对于长纤维MFC的应用发现的值增加并且对于短纤维应用是降低的,因此证明长纤维比直径较小的纤维具有更高的弹性。然而,当与空白相比时,发现的所有值都较低。这显示出通过粘合添加剂-淀粉或MFC-提供的粘附足够强,有利于破损而不是拉伸。
为了证实这种理解,TEA特性(图22)(测量纸破损所需的力)显示出了对于空白和MFC短纤维的相同的结果,但对于长纤维和淀粉显示出较高的值。
图23至27示出了在物理和机械特性测试中获得的结果的平均值,所述测试是用以下批次的纸进行,所述纸是在其层之间使用MFC的情况下产生的。指示了淀粉应用周期(深蓝色条)和替代所有淀粉的MFC应用周期(浅蓝色条)。测试结果是令人满意的且符合规格,并且在层之间应用MFC最大负载(0.7g/m2)的情况下甚至更好。
因此,在添加MFC的情况下,可以观察到所有物理和机械特性的显着增加。
在其层之间包含MFC的纸的工业测试
为了评价以工业规模应用MFC的效果,陈述了不同批次的不同产品的应用。已知,在所有瓦楞纸中的淀粉的应用可能变化,并且在测试中,在层之间应用了从2.94g/m2至3.58g/m2的淀粉。因此,在最终编号为21至28的巨型辊(jumbo roll)上进行了称为测试前的淀粉应用。不久之后,开始在辊29至31中应用MFC生产辊。为了完成测试,如表3所示,淀粉应用条件恢复到正常,并产生了一些带有淀粉的更巨型的辊(辊32至35)。
表3–基于具有170g/m2克重的瓦楞纸的层之间应用MFC的测试期间产生的卷筒:
Figure BDA0002799874110000101
工业应用MFC的测试持续了1小时40分钟。在测试期间应用MFC达到了0.7g/m2的浓度,考虑到3.58g/m2的值,所述浓度允许应用的淀粉负载的5倍减少。重要的是注意,如表4所示,MFC流量增加以便达到高达0.7g/m2的MFC的不同浓度。
表4-以170g/m2克重和在层之间的MFC产生瓦楞纸期间的平均过程数据:
Figure BDA0002799874110000111
图28至31示出了工业规模生产中有用特性的测试,所述有用特性例如克重(图28)、Trivac(造纸机的组成部分)中的真空度(图29)、纸湿度(图30)和蒸汽消耗量(图31)。
所产生的纸的克重没有显示出大的变化;然而,随着加入的MFC浓度达到0.7g/m2(辊30和31),观察到略有增加的趋势然后稳定。蒸汽消耗量/吨纸没有显示出大的变化。重要的是注意,随着MFC剂量增加,达到层之间应用的最大值(0.7g/m2),湿度和真空压力的值也显示出增长率。因此,可以预测在测试期间应用的MFC剂量的情况下的纸性能。
这组物理测试的结果是令人满意的且符合规格,并且在辊30和31中在层之间应用MFC最大负载(0.7g/m2)的情况下甚至更好。应指出,辊29的某些测试值较低,因为在此生产中,发生了层之间淀粉与MFC之间的变化,其中超过该点,MFC剂量开始上升直到达到预期的物理和机械测试的值。
重要的是强调,尽管在提到MFC特性项目中呈现的物理、化学和结构特征表明长纤维MFC突出,但可以肯定的是,在最终产品性能中,两种MFC(短纤维和长纤维)都是有效的,并且对于进行的应用,没有注意到明显的不同。然而,应优先对于以较大规模应用具有最好MFC品质的物理、化学和结构特性,而不阻止本发明中其他产生MFC的原料的使用或以其他方式使其无效。
因此,MFC的应用提供了层之间的淀粉的100%替代,而不引起在测试时间段期间在卷筒中产生的纸的品质问题。因此,MFC的应用提供了新的生物聚合物的定义,所述新的生物聚合物有潜力代替纸中的其他添加剂并且不仅是代替淀粉。
实施例
下面的实施例旨在报告在纸层之间应用MFC的过程以及应用过程之前和期间进行的机械和物理测试的结果。
实施例1
为了产生CFM,使用了具有长纤维和短纤维的漂白或未漂白的牛皮纸浆,将所述牛皮纸浆稀释至2%并使用化学试剂Al2(SO4)3和NaOH处理至pH 6.0,随后在35℃-40℃下加热,持续50-60分钟。随后,将所述牛皮纸浆用125g/吨干纸浆的内切葡聚糖酶在考雷司(cowles)摇动器中处理25分钟,并通过用剂量为约200g/吨纸浆的NaOH将pH升高至13-14来停止酶作用。使经处理的纸浆通过包含不带凹槽的常规氧化铝石的第一立式磨机,并且然后通过第二磨机,持续7个小时,其中将所述纸浆再次稀释以达到0.8%的稠度,用非切割刀片搅拌60分钟,通过0.05mm过滤器过滤并储存以供应喷淋器/喷雾嘴的应用管线。
实施例2
在实验室中使用喷雾器在纸层之间应用MFC,以进行物理和机械特性测试。使用恒定喷雾气枪形成应用雾并将其喷涂到纸表面上。所述气枪具有容器,制备的MFC悬浮物储存在所述容器中,并且当通过机械扳机对所述容器加压时,所述悬浮物将通过具有在0.5与10mm之间的开口的应用针进行喷涂。通过此开口后,悬浮物被喷涂到纸表面上。喷涂到纸表面上的层被用于将再一个纸层粘合到粉状悬浮物和纸/基底表面组上。将可能具有不同的纤维组成的两个纸层通过喷涂在所述层之间的MFC悬浮物粘合在一起。MFC总体上以从0.1%至2%稠度进行喷涂。
实施例3
对于工业应用,在MP14工业造纸机上持续约2个小时,并根据限定的应用负载,可以将用于在纸层之间粘合的应用的淀粉负载减少约5倍。如在实验室中,将MFC浆料制备成已知的稠度,并储存在带有耦接泵的罐中,并直接连接到MP14造纸机中的纸层之间的风扇和锥形淀粉喷洒器/喷雾器管线。将悬浮物以0至200L/min的流速从罐中泵送到应用器管线中,在所述管线中将所述悬浮物喷涂在纸层之间,产生定向在纸层之间或仅定向到一个层中的喷雾,这取决于范围从0至180°的应用角度(图32)。以最大流速应用MFC悬浮物允许替代100%的先前用于相同目的的层之间的淀粉。

Claims (7)

1.一种包含纤维素纤维的多层纸,其特征在于,所述多层纸在其层之间包含在0.5g/m2与1.5g/m2之间的微纤化纤维素纤维。
2.根据权利要求1所述的纸,其特征在于,所述纸具有在60g/m2至440g/m2范围内的最终克重。
3.根据权利要求1所述的纸,其特征在于,所述微纤化纤维素纤维包含小于250纳米的平均直径。
4.根据权利要求1所述的纸,其特征在于,所述纸是瓦楞的或是纸板。
5.一种造纸方法,其特征在于,所述造纸方法包括在多层纸的层之间添加0.5g/m2至1.5g/m2的微纤化纤维素纤维。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述在纸层之间添加微纤化纤维素能够替代多达100%的所使用的淀粉。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,以0至200l/min的流速在所述纸层之间应用所述微纤化纤维素纤维。
CN201980035510.3A 2018-05-28 2019-05-17 在其层之间使用微纤化纤维素的纸和造纸方法 Pending CN112534100A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRBR102018010860-3 2018-05-28
BR102018010860A BR102018010860A2 (pt) 2018-05-28 2018-05-28 papel e processo de fabricação de papel utilizando celulose microfibrilada entre suas camadas
PCT/BR2019/050181 WO2019227186A1 (pt) 2018-05-28 2019-05-17 Papel e processo de fabricação de papel utilizando celulose microfibrilada entre suas camadas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112534100A true CN112534100A (zh) 2021-03-19

Family

ID=68698540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980035510.3A Pending CN112534100A (zh) 2018-05-28 2019-05-17 在其层之间使用微纤化纤维素的纸和造纸方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20210197540A1 (zh)
EP (1) EP3805455A4 (zh)
CN (1) CN112534100A (zh)
AR (1) AR115154A1 (zh)
AU (1) AU2019277276A1 (zh)
BR (1) BR102018010860A2 (zh)
CL (1) CL2020003092A1 (zh)
SG (1) SG11202011796XA (zh)
UY (1) UY38219A (zh)
WO (1) WO2019227186A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102686802A (zh) * 2009-11-06 2012-09-19 斯托拉恩索公司 用于制造纸或板产品的方法和根据所述方法制造的纸或板
CN102686399A (zh) * 2009-12-21 2012-09-19 斯托拉恩索公司 纸或纸板基体,制造所述基体的方法和由所述基体形成的包装
WO2017044676A1 (en) * 2015-09-10 2017-03-16 University Of Maine System Board Of Trustees Composite products of paper and cellulose nanofibrils and process of making

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE535014C2 (sv) * 2009-12-03 2012-03-13 Stora Enso Oyj En pappers eller kartongprodukt och en process för tillverkning av en pappers eller kartongprodukt
SE1050985A1 (sv) * 2010-09-22 2012-03-23 Stora Enso Oyj En pappers eller kartongprodukt och en process förtillverkning av en pappers eller en kartongprodukt
FI126083B (en) 2012-08-21 2016-06-15 Upm Kymmene Corp Process for manufacturing a paper product using a multilayer technique and the paper product
SE539366C2 (en) 2014-12-18 2017-08-15 Stora Enso Oyj Process for the production of paper or board coated with a coating comprising microfibrillated cellulose and a water retention agent
WO2016185332A1 (en) 2015-05-15 2016-11-24 Stora Enso Oyj Paper or board material having a surface coating layer comprising a mixture of microfibrillated polysaccharide and filler
KR20180126469A (ko) * 2016-03-23 2018-11-27 스토라 엔소 오와이제이 개선된 압축 강도를 갖는 판지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102686802A (zh) * 2009-11-06 2012-09-19 斯托拉恩索公司 用于制造纸或板产品的方法和根据所述方法制造的纸或板
CN102686399A (zh) * 2009-12-21 2012-09-19 斯托拉恩索公司 纸或纸板基体,制造所述基体的方法和由所述基体形成的包装
US20120251818A1 (en) * 2009-12-21 2012-10-04 Stora Enso Oyj Paper or paperboard substrate, a process for production of the substrate and a package formed of the substrate
WO2017044676A1 (en) * 2015-09-10 2017-03-16 University Of Maine System Board Of Trustees Composite products of paper and cellulose nanofibrils and process of making

Also Published As

Publication number Publication date
US20210197540A1 (en) 2021-07-01
CL2020003092A1 (es) 2021-06-11
BR102018010860A2 (pt) 2019-12-10
SG11202011796XA (en) 2020-12-30
EP3805455A1 (en) 2021-04-14
UY38219A (es) 2019-12-31
EP3805455A4 (en) 2022-03-09
WO2019227186A1 (pt) 2019-12-05
AU2019277276A1 (en) 2020-11-26
AR115154A1 (es) 2020-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Barbash et al. Preparation and application of nanocellulose from non-wood plants to improve the quality of paper and cardboard
CN111448350B (zh) 氧阻隔膜
CN108026698A (zh) 用于生产具有良好的阻隔性质的膜的方法
JP2019520490A (ja) ミクロフィブリル化フィルム
EP3697833B1 (en) A method for producing a film having good barrier properties and a film having good barrier properties
CN108026702A (zh) 柔性的微原纤化的膜的形成
FI126083B (en) Process for manufacturing a paper product using a multilayer technique and the paper product
EP1817455A1 (de) Cellulosehaltiger füllstoff für papier-, tissue- oder kartonprodukte sowie herstellungsverfahren hierfür sowie einen solchen füllstoff enthaltendes papier-, tissue- oder kartonprodukt oder hierfür verwendete trockenmischung
CN107675556B (zh) 一种造纸填料的现场包覆预絮聚改性方法
CN114867772B (zh) 制造包含微原纤化纤维素的纤维素膜的方法
WO2021074879A1 (en) Mfc composition with phosphorylated cellulose fibers
JP2021507130A (ja) ミクロフィブリル化セルロースを含む繊維製品の製造方法
US20240167227A1 (en) Barrier coatings applied to nanocellulose-coated paper and paperboard
US20240167225A1 (en) Sequential application of layers, comprising nanocellulose, onto the surface of paper or paperboard substrates
Rezazadeh et al. Comparison of the Internal Functionalization and Surface Modification Methods of Chemi-mechanical Pulp Handsheets Using Nanocellulose, Chitosan, and DTPA.
CN113677850B (zh) 纤维组合物、所述组合物的用途及包含所述组合物的制品
CN112534100A (zh) 在其层之间使用微纤化纤维素的纸和造纸方法
CN114717871A (zh) 具有增强的强度和增强的耐油脂性的纸
US20240352675A1 (en) Barrier layers comprising nanocellulose onto the surface of paper or paperboard substrates at the wet end of a papermaking process
CN112534099A (zh) 在纤维素纸浆中使用微纤化纤维素的纸和造纸方法
KR102099416B1 (ko) 지력증강제용 양이온성 나노셀룰로오스의 제조 방법
Tozluoğlu Potential Use of Nanofibrillated Cellulose-loaded Cationic Starch Solutions as Coating Formulation for Recycled Fluting Papers.
WO2024218566A1 (en) Barrier layers comprising nanocellulose onto the surface of paper or paperboard substrates at the wet end of a papermaking process
WO2024110781A1 (en) Sequential application of layers, comprising nanocellulose, onto the surface of paper or paperboard substrates
FI127954B (en) A method for controlling the formation of a jet, a method for forming a multilayer board and a multilayer cardboard

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40041762

Country of ref document: HK

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210319

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication