CN116056899A - 用于生产包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸的方法和所生产的多层机制有光纸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸的方法，该方法包括以下步骤：通过在第一丝网上施加至少一种包含高度精制的纤维素纤维的第一纸浆悬浮液来形成第一湿幅材；将第一湿幅材部分脱水以获得第一部分脱水的幅材；通过在第二丝网上施加至少一种包含高度精制的纤维素纤维的第二纸浆悬浮液来形成第二湿幅材；将第二湿幅材部分脱水以获得第二部分脱水的幅材；接合第一和第二部分脱水的幅材以获得多层幅材；任选地在脱水单元中将多层幅材脱水，以及在至少一个上光单元中将多层幅材进行上光以获得包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸。本发明还涉及根据该方法生产的多层MG纸。
Description
技术领域
本公开内容涉及用于生产包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光(glazed，上釉)(MG))纸，特别是包含微原纤化纤维素(MFC)的多层MG纸。
背景技术
机制有光(glazed，上釉)(MG)纸是在标签纸、特殊印刷应用和在不同食物和卫生包装应用中使用的纸。通常，该纸的一个表面是上光的，即以增加纸的表面的光泽度的方式进行处理。完成纸的至少一个表面的上光是为了向纸提供改善的光泽度和提高的表面密度而不损失太多体积(bulk)。上光的表面改善了阻隔性质，尤其是改进的对油脂和油的阻隔性，以及其赋予表面改进的印刷性质。除了具有良好的阻隔性质外，重要的是MG纸还具有良好的机械强度，以应对不同终端应用中的高要求。
已知微原纤化纤维素(MFC)在生产纸或纸板产品时用作强度添加剂或阻隔添加剂。然而，MFC具有非常高的水结合能力，并且因此非常难以降低包含微原纤化纤维素的浆料的水含量，并且对包含大量MFC的产品的脱水要求非常高。因此，难以在不使产品的机械或阻隔性质劣化的情况下使包含大量MFC的产品脱水。
在机制有光纸的生产期间，重要的是改进纸的可运行性。通过向纸添加阻隔或强度添加剂，存在在干燥和上光期间幅材抬起(lifting)或起泡的风险。
因此需要一种新的方法以有效的方式生产具有良好的强度和阻隔性质的改进的MG纸。
发明内容
本公开内容的一个目的是提供一种生产包含高度精制的纤维素纤维，例如微原纤化维素(MFC)的机制有光纸的方法，该方法缓解与现有技术方法相关的至少一些以上提及的问题。
本公开内容的另一个目的是提供一种以有效的方式生产具有改进的强度和阻隔性质的包含高度精制的纤维素纤维的机制有光纸的方法。
本公开内容的另一个目的是提供一种用于在造纸机或纸板机类型的方法中制造包含高度精制的纤维素纤维的多层MG纸的改进的方法。
本公开内容的另一个目的是提供一种多层机制有光纸，其是强(strong，坚固)的且可用作基于可再生原材料的阻隔包装材料。
上述目的，以及技术人员在本公开内容的基础上将意识到的其他目的，通过本公开内容的各个方面来实现。
根据本文所述的第一方面，提供了一种用于制造包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸的方法，该方法包括以下步骤：
a)通过在第一丝网上施加至少一种包含高度精制的纤维素纤维的第一纸浆悬浮液来形成第一湿幅材；
b)将第一湿幅材部分脱水以获得第一部分脱水的幅材；
c)通过在第二丝网上施加至少一种包含高度精制的纤维素纤维的第二纸浆悬浮液来形成第二湿幅材；
d)将第二湿幅材部分脱水以获得第二部分脱水的幅材；
e)接合第一和第二部分脱水的幅材以获得多层幅材；
f)任选地在脱水单元中将多层幅材脱水，以及
g)在至少一个上光单元中对多层幅材进行上光以获得包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸。
本文所使用的术语机制有光纸通常是指具有至少一个上光表面的纸产品。该机制有光纸优选地具有25-160g/m2范围内的克重。
本发明的方法允许在造纸机类型的方法中制造包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸。通过本发明，发现可以更有效的方式生产具有改进的强度和阻隔性质的包含高度精制的纤维，优选地微原纤化纤维素的多层MG纸。
该制造方法包括至少两个幅材的单独制备和部分脱水，两个幅材与最终的多层MG纸相比具有较低的克重。将部分脱水但仍然湿的幅材接合以形成更高克重的多层幅材，其随后任选地进一步脱水和干燥以获得更干的多层幅材。在幅材仍然湿时将它们接合确保了各层之间的良好的粘合力。事实上，如果两个层的组成相同，则所得的多层纸甚至可难以与相应厚度的单层纸区分开来。已发现部分脱水和在部分脱水状态下的幅材的层压基本上消除了最终的多层纸中针孔的出现，同时仍允许高生产速度。在现有技术中，有时通过在方法的湿端使用大量助留和排水化学品来提高脱水速度，导致絮凝增加。然而，助留和排水化学品也可导致更多孔的幅材结构，因此需要最小化此类化学品的使用。本发明的方法提供了一种提高脱水速度的替代方法，其不太依赖于助留和排水化学品的添加。接合的多层幅材随后在至少一个上光单元中上光以获得包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸。
造纸机(或纸制造机)是用于纸浆和造纸工业中以高速度以大量产生纸的工业机器。现代纸制造机通常基于Fourdrinier机器的原理，Fourdrinier机器使用移动的编织网，即“丝网(wire)”，以通过过滤掉保持在纸浆悬浮液中的纤维并生产连续移动的纤维的湿幅材来产生连续的幅材。将该湿幅材在机器中干燥以生产坚固的纸幅材。
本发明方法的形成、脱水和接合步骤优选在造纸机的形成部分(通常称为湿端)进行。湿幅材在造纸机的形成部中在不同的丝网上形成。用于本发明的优选类型的形成部包括2个或3个Fourdrinier丝网部分，与支撑丝网组合。所述丝网优选地是无端的丝网。在本发明方法中使用的丝网优选具有相对高的孔隙率以允许快速脱水和高排水能力。
至少一种第一纸浆悬浮液和至少一种第二纸浆悬浮液是包含纤维素基纤维质材料和任选的非纤维质添加剂的水悬浮混合物的水性悬浮液。本发明的方法使用包含高度精制的纤维素纤维的纸浆悬浮液。纤维素纸浆的精制或打浆是指对纤维素纤维进行机械处理和改性，以便为它们提供所需的性质。高度精制的纤维素纤维可以由不同的原料生产，例如软木浆或硬木浆。高度精制的纤维素纤维优选为从未干燥过的纤维素纤维。
如本文所用的术语高度精制的纤维素纤维优选指具有65或更高、优选70或更高、优选85以上、优选75-100之间或甚至更优选85-99之间的Schopper-Riegler(SR)值的精制的纤维素纤维，该Schopper-Riegler(SR)值根据标准ISO 5267-1确定。
第一和/或第二纸浆悬浮液的干固体含量通常在0.1-0.7wt％的范围内，优选在0.15-0.5wt％的范围内，更优选在0.2-0.4wt％的范围内。
第一和/或第二纸浆悬浮液包含高度精制的纤维素纤维、未精制或略微精制的纤维和任选的其他成分或添加剂的混合物。在一些实施方式中，第一和/或第二纸浆悬浮液包含至少0.1wt％、优选至少2wt％、更优选至少5wt％或至少10wt％的高度精制的纤维素纤维，基于纸浆悬浮液的总干重计。优选地，第一和/或第二纸浆悬浮液包含0.1-50wt％、优选2-40wt％或5-30wt％或甚至更优选10-25wt％的高度精制的纤维。该高度精制的纤维可由漂白纸浆生产以生产白纸产品或由未漂白纸浆生产以生产牛皮纸(brown paper)产品。
在一些实施方式中，第一和/或第二纸浆悬浮液的高度精制的纤维素纤维是精制的牛皮纸浆(Kraft pulp)。精制的牛皮纸浆通常包含至少10％的半纤维素。因此，在一些实施方式中，第一和/或第二纸浆悬浮液以高度精制的纤维素纤维的量的10-25％范围内的量包含半纤维素。
第一和/或第二纸浆悬浮液还可包含添加剂，例如天然淀粉或淀粉衍生物，纤维素衍生物例如羧甲基纤维素钠，填料，助留和/或排水化学品，絮凝添加剂，抗絮凝添加剂，干强度添加剂，软化剂，交联助剂，施胶化学品，染料和着色剂，湿强度树脂，固定剂，消泡助剂，微生物和粘液控制助剂，或其混合物。第一和/或第二纸浆悬浮液可进一步包含将改进混合物和/或生产的纸的不同性质的添加剂，例如胶乳和/或聚乙烯醇(PVOH)。本发明的方法提供了一种提高脱水速度的替代方法，该方法不太依赖于助留和排水化学品的添加，但仍可使用较少量的助留和排水化学品。
高度精制的纤维优选为微原纤化纤维素(MFC)。微原纤化纤维素(MFC)在本专利申请的上下文中应被理解为意指至少一个尺寸小于1000nm的纳米级纤维素颗粒纤维或原纤维。MFC包含部分或全部原纤化的纤维素或木质纤维素纤维。释放的原纤维直径小于100nm，而实际原纤维直径或粒度分布和/或纵横比(长度/宽度)取决于来源和制造方法。最小的原纤维称为初级原纤维，并且直径为约2-4nm(参见例如Chinga-Carrasco,G.,Cellulosefibres,nanofibrils and microfibrils:The morphological sequence of MFCcomponents from a plant physiology and fibre technology point of view,Nanoscale researchletters 2011,6:417)，虽然常见的是初级原纤维的聚集形式，也定义为微原纤维(Fengel,D.,Ultrastructural behavior of cell wall polysaccharides,Tappi J.,March 1970,Vol 53,No.3.)，是制作MFC时获得的主要产品，例如通过使用延长的精制过程或压降分解过程。根据来源和制造工艺，原纤维的长度可以从大约1微米至超过10微米变化。粗制的MFC等级可能包含大量原纤化纤维，即从管胞中突出的原纤维(纤维素纤维)，以及一定量的从管胞中释放出来的原纤维(纤维素纤维)。
MFC有不同的首字母缩写词，例如纤维素微原纤维、原纤化纤维素、纳米原纤化纤维素、原纤维聚集体、纳米级纤维素原纤维、纤维素纳米纤维、纤维素纳米原纤维、纤维素微纤维、纤维素原纤维、微原纤维纤维素、微原纤维聚集体和纤维素微原纤维聚集体。MFC还可以通过各种物理或物理化学性质来表征，例如它的大表面积或当分散在水中时以低固体(1-5wt％)形成凝胶状材料的能力。
存在多种制造MFC的方法，例如单道或多道精制、预水解然后精制或高剪切分解或原纤维释放。为了使MFC制造既节能又可持续，通常需要一个或几个预处理步骤。因此可对待使用的纸浆的纤维素纤维进行预处理，例如以酶促或化学处理，以水解或溶胀纤维或减少半纤维素或木质素的量。纤维素纤维可以在原纤化之前进行化学改性，使得纤维素分子包含除了天然纤维素中发现的以外的(或更多的)官能团。这样的基团尤其包括羧甲基(CMC)、醛基和/或羧基(通过N-氧基介导的氧化获得的纤维素，例如“TEMPO”)、季铵(阳离子纤维素)或磷酰基等。在上述方法之一中进行改性或氧化后，更容易将纤维分解成MFC或纳米原纤维。
纳米原纤维纤维素可包含一些半纤维素，其量取决于植物来源。预处理纤维的机械分解，例如水解、预溶胀或氧化的纤维素原料用合适的设备进行，例如精磨机、研磨机、均化器、胶化机(colloider)、摩擦研磨机、超声超声仪、流化器例如微流化器、大型(宏观)流化器或流化器型均化器。根据MFC的制造方法，产品还可能含有细料、纳米晶纤维素或木纤维或造纸过程中存在的其他化学物质。产品还可能包含各种量的未有效原纤化的微米级纤维颗粒。
MFC由木纤维素纤维制成，包括由硬木和软木纤维。它也可以由微生物来源、农业纤维如麦草浆、竹子、甘蔗渣或其他非木纤维来源制成。它优选由纸浆制成，包括来自原始纤维的纸浆，例如，机械、化学和/或热机械浆。它也可以由损纸或再生纸制成。
在一些实施方式中，至少一些MFC获自MFC损纸(broke)。
除了高度精制的纤维素纤维之外，第一和/或第二纸浆悬浮液包含一定量的未精制或略微精制的纤维素纤维。如本文所用，术语未精制或略微精制的纤维优选是指根据标准ISO 5267-1测定的Schopper-Riegler(SR)值在30以下，优选在28以下的纤维素纤维。在一些实施方式中，第一和/或第二纸浆悬浮液包含50-99.9wt％之间，优选60-98wt％之间，并且更优选70-95wt％之间或甚至更优选75-90wt％之间的未精制或略微精制的纤维素纤维，基于纸浆悬浮液的总干重计。未精制或略微精制的纤维素纤维可以例如从化学浆获得，例如牛皮纸浆、机械或化学机械浆或其他高得率纸浆。未精制或略微精制的纤维素纤维可以从漂白或未漂白的纸浆获得。未精制或略微精制的纤维素纤维优选是来自从未干燥的纤维素纤维的纸浆。
第一和第二纸浆悬浮液的组成可相同或不同。
例如，在一些实施方式中，与另一种纸浆悬浮液相比，一种纸浆悬浮液可包含更大量的高度精制的纤维。一种可能性是拥有具有较低SR值的较少高度精制的纤维素纤维和/或较高量的未精制或略微精制的纤维素纤维的第一纸浆悬浮液以提供更快的脱水，和具有较高SR值的较多高度精制的纤维素纤维和/或较低量的未精制或略微精制的纤维素纤维的第二纸浆悬浮液以提供良好的阻隔性质和高强度。可以优选在悬浮液中使用较低量的高度精制的纤维以形成与上光单元直接接触的幅材。因此，通过改变悬浮液的组成，可设计多层纸辐，使得不与上光单元直接接触的幅材包含较高量的高度精制的纤维，优选以20-50wt-％的量，优选25-40wt-％的量。以这种方式，仍然可以有效的方式生产具有良好强度的多层机制有光纸。
在一些实施方式中，第一和第二纸浆悬浮液由两个不同的流浆箱提供。这可为有利的，因为流浆箱可以略微不同的方式运行，例如具有不同的稠度、流浆箱喷射角度或喷射丝网(jet-to-wire)比。
也可使用多于一个多重流浆箱。以这种方式，第一悬浮液可经历通过第一多重流浆箱，形成包含多于一个层的第一幅材，即第一多层湿幅材，并且第二悬浮液可经历通过第二多重流浆箱，形成包含多于一个层的第二幅材，即第二多层湿纸辐。以这种方式，形成包含多于一个来自第一悬浮液的湿纸幅材和多于一个来自第二悬浮液的湿幅材层的多层幅材。可优选的是，第一多层湿纸幅包含来自多于第一悬浮液的层，例如也来自第三、第四或额外的悬浮液。可能的是，第二多层湿幅材包含来自多于第二悬浮液的层，例如也来自第五、第六或额外的悬浮液。当使用多于一个悬浮液来形成第一和/或第二多层湿幅材时，优选悬浮液的组成不同。优选形成多层MG纸的内层或中间层的悬浮液包含较高量的高度精制的纤维。可优选的是，用于一个或多个外层的悬浮液包含较少量的高度精制的纤维。基于悬浮液的总干固体含量计，用于中间层或内层的悬浮液优选包含15-50wt％的高度精制的纤维，优选25-40wt％。基于悬浮液的总干固体含量计，用于一个或多个外层的悬浮液优选包含0.1-10wt％的量的高度精制的纤维，优选1-5wt％。
本发明方法中使用的丝网优选具有相对高的孔隙率以允许快速脱水和高排水能力。
在一些实施方式中，第一和第二纸浆悬浮液具有相同的组成。这可以简化过程，因为只需要一个纸浆悬浮液源。
基于幅材的总干重计，第一和/或第二湿幅材各自的基重优选小于80g/m2且更优选小于60g/m2。已发现低克重允许湿幅材快速部分脱水而几乎没有针孔形成。基于幅材的总干重计的第一和/或第二湿幅材的基重优选为至少5g/m2。因此，在一些实施方式中，基于幅材的总干重计的第一和/或第二湿幅材的基重在5-80g/m2的范围内，更优选在10-60g/m2的范围内。
在形成之后，第一和第二湿幅材被部分脱水。可使用本领域已知的方法和设备进行丝网上的幅材的脱水，实例包括但不限于案辊(table roll，台辊)和箔(foil)、无摩擦脱水(friction less dewatering)和超声辅助脱水。部分脱水是指与纸浆悬浮液的干固体含量相比，湿幅材的干固体含量降低，但脱水的幅材仍包含大量水。在一些实施方式中，湿幅材的部分脱水意味着第一和第二部分脱水的幅材的干固体含量在1wt％以上但在15wt％以下。在一些实施方式中，湿幅材的部分脱水意味着第一和第二部分脱水的幅材的干固体含量在1wt％以上但在10wt％以下。已发现在该范围内的第一和第二部分脱水的幅材的干固体含量特别适合于将第一和第二湿幅材接合成多层幅材。在一些实施方式中，在接合步骤之前的第一和第二部分脱水的幅材的干固体含量在1.5-8wt％的范围内，优选在2.5-6wt％的范围内，且更优选在3-4.5wt％的范围内。
将部分脱水但仍然湿的幅材接合起来形成更高克重的多层幅材。当第一和第二部分脱水的幅材接合时，它们的干固体含量优选在1wt％以上但在15wt％以下，并且更优选在1wt％以上但在10wt％以下。在一些实施方式中，当第一和第二部分脱水的幅材接合时，它们的干固体含量在1.5-8wt％的范围内，优选在2.5-6wt％的范围内，且更优选在3-4.5wt％的范围内。部分脱水的幅材优选通过湿层压接合。当纸浆悬浮液在丝网上脱水时，可见的边界线将出现在幅材从具有反射水层到该反射层消失的位置处。反射幅材和非反射幅材之间的这条边界线被称为水线。水线指示幅材的某些固体含量。幅材优选在水线之后接合。在幅材仍然湿时将它们接合确保了各层之间具有良好的粘附。接合可以通过将一个部分脱水的幅材施加在另一个之上来实现。接合可以是以非丝网侧对非丝网侧，或丝网侧对非丝网侧完成。可以通过各种另外的操作改进形成的多层幅材的接合和进一步脱水。在一些实施方式中，接合还包括将第一和第二部分脱水的幅材压在一起。在一些实施方式中，接合还包括对接合的第一和第二部分脱水的幅材施加吸力。对形成的多层幅材施加压力和/或吸力改进幅材层之间的粘附。造纸机的网部可具有各种脱水装置，例如刀片、案辊和箔元件、吸水箱、无摩擦脱水、超声波辅助脱水、伏辊或压纹辊(dandy roll)。
面向丝网的幅材的表面称为丝网侧，而远离丝网的幅材的表面称为非丝网侧。
当在丝网上对包含高度精制的纤维素纤维，特别是MFC的幅材进行脱水时，已经发现非丝网侧和丝网侧之间的细料含量将存在差异。细料通常集中在非丝网侧，并且更多细料从发生脱水的丝网侧被洗掉。幅材组成中的这种差异或不平衡导致成品纸因湿度变化而出现卷曲问题。根据本发明形成多层纸可通过减少幅材组成中的不平衡来解决或改进这个问题。
幅材的接合可优选地以非丝网侧对非丝网侧，或非丝网侧对丝网侧完成。将幅材的非丝网侧对非丝网侧或丝网侧对非丝网侧接合提供了额外的优势，因为较大部分的细料集中在多层纸的中间。细料的这种集中有助于层之间的粘附和纸的阻隔性质。细料也可有助于自修复现象，其中细料重新分布以填充湿丝网上的毡片中的空隙，从而使生产的纸较不多孔。另一个优势是要上光的表面上的细料的量减少，这改进了幅材对上光单元的表面的粘附性质和可运行性。
优选将幅材的非丝网侧对非丝网侧接合，因为i)细料将集中在中间，ii)纸结构将是对称的，减少卷曲问题，iii)接触表面处的细料的高浓度将确保层之间的良好结合，以及iv)更多孔的外表面(丝网面)允许在压榨部更有效地脱水和更快地干燥。
多层幅材的干固体含量通常在接合步骤期间进一步增加。干固体含量的增加可能是由于在丝网上的多层幅材的脱水，其中任选地对幅材施加压力和/或吸力，以及也可能是由于在接合期间或接合后不久进行的干燥操作，例如冲击干燥或空气或蒸汽干燥。在任选施加压力和/或吸力的情况下接合后多层幅材的干固体含量通常在8wt％以上但在28wt％以下。在一些实施方式中，在进一步脱水和任选的干燥步骤之前的多层幅材的干固体含量在8-28wt％的范围内，优选在10-20wt％的范围内，且更优选在12-18wt％的范围内。
基于幅材的总干重计，多层幅材和多层MG纸的基重通常小于160g/m2，优选小于140g/m2，且更优选小于130g/m2。在一些实施方式中，基于幅材的总干重计，多层幅材和多层机制有光纸的基重在25-160g/m2范围内，优选地在30-140g/m2范围内，更优选地在40-130g/m2范围内。
在此主要参考其中多层MG纸由包含高度精制的纤维素纤维的两个幅材层形成的实施方式来说明本发明。然而，应当理解，多层MG纸还可包含额外的包含高度精制的纤维素纤维的幅材层。因此，形成的多层MG纸也可由三个或更多个包含高度精制的纤维素纤维的幅材层形成，例如三层、四层、五层、六层或七层。每个额外层的形成、组成和结构可进一步如上文参考第一和第二幅材层所描述的来表征。因此，在一些实施方式中，制造多层纸的方法还包括以下步骤：
c2)通过在第三丝网上施加包含高度精制的纤维素纤维的第三纸浆悬浮液来形成第三湿幅材；
d2)将第三湿幅材部分脱水以获得第三部分脱水的幅材；
e2)接合第一、第二和第三部分脱水的幅材以获得多层幅材。
如果生产具有三个或更多幅材层的MG纸，则可优选的是第一和第三悬浮液具有相同的组成，优选包含较低量的高度精制的纤维，和第二配料以生产将位于第一和第三层之间的第二层包含更高量的高度精制的纤维。可优选的是，第一和第三纸浆悬浮液包含0.1-10wt％的高度精制的纤维，优选以1-5wt％的量，且第二纸浆悬浮液包含15-50wt-％，优选25-40wt-％的高度精制的纤维。
在多层幅材脱水后，可使纸幅经历进一步脱水。进一步脱水通常包含压榨幅材以可能多地挤出水。进一步脱水可例如包括使形成的多层幅材通过造纸机的压榨部，其中幅材在高压下加载的大辊之间通过以尽可能多地挤出水。去除的水通常被织物或毡(felt)接收。在一些实施方式中，进一步脱水后的多层幅材的干固体含量在15-40wt％的范围内，优选在18-35wt％的范围内，且更优选在20-30wt％的范围内。
在脱水步骤f)中，可任选地使多层幅材在脱水单元中经历额外的脱水。脱水单元优选是靴式压机、带式压机或类似的压区长度为至少150mm的延长压区压榨设备。已发现，使用靴式压机、带式压机或类似的延长压区压榨设备可改进多层幅材的脱水，而不会增加幅材的湿起泡的风险和破坏多层MG纸的阻隔性质。延长压区压榨设备优选具有至少150mm、优选至少200mm、优选150-350mm、并且甚至更优选200-300mm的压区长度。延长压区压榨设备中的线性负载优选在250-1500kN/m之间，即这是设备例如靴式压机中使用的最大线性负载。优选在多层幅材的处理期间改变所使用的线性负载。通过逐渐或逐步增加延长压区压榨设备中的线性负载，改进了幅材的脱水，即可生产具有较高干固体含量的幅材而不会破坏阻隔性质。也可以在压区中处理期间以脉冲方式增加线性负载，即在靴式压机中处理多层幅材期间以至少一个脉冲增加线性负载至少一次。这可在延长压区压榨设备中的处理期间进行重复。如果使用超过一个延长压区压榨设备，例如靴式压机，则可在两个设备中使用相同的线性负载曲线。然而，通常优选使用不同的线性负载曲线来以改进脱水而不劣化脱水的多层幅材的阻隔性质的方式设计线性负载曲线。
靴式压机是指包含靴式压榨压区的延长压区压榨设备。可使用任何已知的靴式压机。靴式压榨压区可通过使用靴和辊形成，或者通过使用大直径软辊和辊形成。该辊优选地具有合成带，但它也可具有金属带。大直径软辊可具有1.5-2米的直径。可通过改变靴式压机的倾斜角度来改变靴相对于纤维质幅材的位置。至少一个靴式压机的倾斜角度优选在7-24度之间。倾斜角度影响峰值线性负载，并且是调节线性负载以改进幅材的脱水效率的一种方式。压区时间为优选至少30ms。根据压区长度和生产速度，使多层幅材在靴式压机中经历压力的时间有所不同。
在任选的脱水步骤之后多层幅材的干固体含量优选在25-45wt％之间。
带式压机是指包含带的延长压区压榨设备。可使用任何已知的带式压机。
可优选使用至少两个延长压区压榨设备，优选至少两个靴式压机，并且两个延长压区压榨设备位于彼此之后。然后将多层幅材首先引导通过第一靴式压机然后通过第二靴式压机。以这种方式，发现可甚至进一步改进幅材的脱水并提高生产效率，这意味着可增加MFC的量。第一靴式压机中使用的压区压力优选低于第二靴式压机中使用的压区压力。至少两个靴式压机优选地位于所述幅材的不同侧。以这种方式，可从两个方向通过纤维质幅材使幅材脱水。当使用多于一个靴式压机时，优选总压区长度，即每个靴式压机的压区长度之和，在350mm以上，优选在400mm以上，并且甚至更优选在450mm以上。至少两个靴式压机的几何设计优选地不同，例如一个靴式压机可具有凹形设计，并且一个靴式压机可具有凸形设计。
在脱水单元中的任选的脱水步骤之后，多层幅材被引导通过上光单元，其中多层幅材的至少一侧被上光。所述上光单元可以是扬克滚筒(Yankee cylinder)、玻璃纸压延机或延长压区压延机，例如靴式压延机或带式压延机。上光单元优选是扬克滚筒。已发现，使用扬克滚筒作为上光单元使得可干燥并向多层幅材的至少一个表面提供上光表面。扬克滚筒通常用于干燥薄纸，薄纸是一种非常多孔的材料。Walker在文章“High temperatureYankee Hoods Save Energy and Improve Quality,P&P,2007年7月”中详细描述了扬克滚筒的使用以及干燥如何影响纸。当使用扬克滚筒干燥产品时，产品中的液体流动通过产品朝向扬克滚筒，即朝向在干燥期间形成的热量和蒸汽。在我们的案例中的产品的液体还包含微原纤维，这导致在纸的平滑和上光表面上实现了增加的微原纤维浓度。
在将多层幅材上光之前多层幅材的干固体含量优选在35-85wt％的范围内，优选在45-85wt％的范围内。重要的是调节多层幅材的干固体含量以确保上光处理尽可能有效。此外，幅材的正确干固体含量将最小化幅材在上光单元的表面上的粘附问题的风险。
上光单元的温度优选在100℃以上，优选在110-190℃之间。多层幅材的第一侧将与上光单元直接接触，例如与扬克滚筒、延长压区压延机或玻璃纸压延机的表面直接接触。为了控制纤维质幅材对上光单元(例如扬克滚筒)的粘附，可优选向上光单元的表面添加粘附控制添加剂。已经发现，当使用微原纤化纤维素时，控制对上光单元的表面的粘附是重要的，因为纤维质幅材中的微原纤化纤维素倾向于使纤维质幅材太张紧，其导致幅材从上光单元的表面抬起或起泡。粘附控制添加剂将提供幅材对上光单元的表面的充分粘附。合适的粘附控制添加剂可为水溶性或部分水溶性聚合物，例如聚乙烯醇(PVOH)、聚酰胺-胺衍生物、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺和/或聚丙烯酰胺衍生物。所使用的PVOH的水解度优选小于99％，甚至更优选小于98％。也可以使用改性聚合物，例如改性PVOH，优选乙烯、羧化、阳离子化或硅化的PVOH。粘附控制添加剂还可包含纳米颗粒，例如纳米粘土和/或纳米纤维素。基于总干重计，粘附控制添加剂还可包含0.5-20wt％的纳米颗粒。向上光单元的表面的粘附控制添加剂的量优选在0.1-10gsm干重之间。优选通过喷涂将粘附控制添加剂添加到上光单元的表面。粘附控制添加剂优选作为溶液或作为泡沫添加到上光单元的表面。
多层幅材可在被引导通过上光单元后在至少一个压延机中压延。可使用任何已知的压延机，例如机器压延机、多压区压延机、软压区压延机、带式压延机。可优选使用靴式压延机或任何其他延长压区压延机。可对机制有光纸的一侧或两侧进行压延。在压延机中的处理优选在线完成。
纤维质幅材可在压延后在去卷曲单元中处理。以这种方式可甚至进一步降低纸的卷曲倾向。
将所生产的多层机制有光纸优选地在至少一侧上用涂覆组合物涂覆。涂覆组合物优选包含淀粉、羧甲基纤维素和/或微原纤化纤维素。优选将涂料施加至MG纸的上光表面。该涂覆组合物将进一步改进纸的阻隔性质。令人惊奇地发现，向纸添加高度精制的纤维改进了纸的涂覆性质，即纸的表面上的涂料的覆盖得到显着改进。一种理论是，上光表面的密度增加意味着涂料“停留”在纸的表面上，并且可减少涂覆量并仍然能够在表面上实现完全的涂料覆盖。优选以0.1-5gsm，优选在0.2-4gsm之间且甚至更优选在0.3-3gsm之间的量施加涂料。可使用任何已知的涂覆技术将涂覆组合物施加到纸的表面。
多层MG纸优选具有高可再制浆性。在一些实施方式中，当根据PTS-RH021/97测试方法作为II类材料测试时，多层MG纸表现出小于30％，优选小于20％，并且更优选小于10％的浆渣(reject)。
根据本文所述的第二方面，提供了包含高度精制的纤维素的多层机制有光纸，其中多层MG纸可通过本发明的方法获得。
基于总干固体含量计，多层机制有光纸优选包含0.1-50wt％之间的高度精制的纤维，更优选2-40wt％之间，并且甚至更优选5-30wt％之间。
所述多层机制有光纸优选地具有在25-160g/m2范围内，优选地在30-140g/m2范围内，更优选地在40-130g/m2范围内的基重。
根据ASTM D-3985，多层机制有光纸的透氧率(OTR)值(23℃，50％ RH)优选在200cc/m2/24h以下，优选在150cc/m2/24h以下，并且甚至更优选在100cc/m2/24h以下。
多层机制有光纸优选具有至少25000s/100ml，并且更优选至少40000s/100ml的Gurley Hill值，根据标准ISO 5636/6测量。
根据ISO 8791-4，多层机制有光纸优选具有至少一个具有在5μm以下、优选在2μm以下(在添加任何最终涂层之前测量)的表面粗糙度PPS值的上光表面。
根据TAPPI Um-403在60gsm纸上测量，多层机制有光纸优选具有在1500J/m2以上、更优选在1600J/m2以上且最优选在1800J/m2以上的Scott结合值。因此，生产的多层MG纸具有非常高的强度。
多层MG纸将通常表现出良好的耐油脂性和耐油性。根据标准ISO16532-2，通过KIT测试评估纸的耐油脂性。该测试使用一系列蓖麻油、甲苯和庚烷的混合物。随着油与溶剂的比率降低，粘度和表面张力也降低，使得连续的混合物更难以承受。性能由15秒后不使片材变黑的最高编号的溶液评级。保留在纸的表面上而不导致失败的最高编号溶液(最具侵蚀性)被报告为“kit评级”(最大12)。在一些实施方式中，多层MG纸的KIT值根据标准ISO16532-2测量为至少6，优选至少8，并且甚至更优选至少10。
本发明的多层机制有光纸特别适合作为包装材料，尤其是作为食品或卫生产品的包装物。
通常，虽然产品、聚合物、材料、层和方法是以“包含”各种组分(组件)或步骤的方式来描述的，但产品、聚合物、材料、层和方法也可“基本上由各种组分(组件)或步骤组成”或“由各种组分(组件)或步骤组成”。
虽然已经参考各种示例性实施方式描述本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元素(要素)。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明旨在不限于作为预期实施本发明的最佳模式而公开的特定实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。
Claims (23)
1.用于制造包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸的方法，该方法包括以下步骤：
a)通过在第一丝网上施加至少一种包含高度精制的纤维素纤维的第一纸浆悬浮液来形成第一湿幅材；
b)将第一湿幅材部分脱水以获得第一部分脱水的幅材；
c)通过在第二丝网上施加至少一种包含高度精制的纤维素纤维的第二纸浆悬浮液来形成第二湿幅材；
d)将第二湿幅材部分脱水以获得第二部分脱水的幅材；
e)接合第一和第二部分脱水的幅材以获得多层幅材；
f)任选地在脱水单元中将多层幅材脱水，以及
g)在至少一个上光单元中将多层幅材进行上光以获得包含高度精制的纤维素纤维的多层机制有光纸。
2.根据任意项至权利要求1所述的方法，其中第一和/或第二纸浆悬浮液包含0,1-50wt％的高度精制的纤维素纤维，基于所述纸浆悬浮液总干重计。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在第一和/或第二纸浆悬浮液中的所述高度精制的纸浆具有在65-99的范围内，优选在80-95的范围内的Schopper-Riegler(SR)值，通过标准ISO 5267-1测定。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中高度精制的纤维素纤维是微原纤化纤维素(MFC)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中第一和/或第二纸浆悬浮液包含在50-99.9wt％之间,优选地在60-98wt％之间且更优选地在70-95wt％之间的未精制或略微精制的纤维素纤维，基于所述纸浆悬浮液的总干重计。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中第一和第二纸浆悬浮液具有相同组成。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中第一和第二纸浆悬浮液具有不同组成。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中第一和/或第二湿幅材包含多于一个层。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在接合步骤之前的第一和第二部分脱水的幅材的干固体含量在1.5-8wt％的范围内，优选地在2.5-6wt％的范围内，且更优选地在3-4.5wt％的范围内。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述接合通过第一和第二部分脱水的幅材的湿层压来进行。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在任选的脱水步骤之后的多层幅材的干固体含量在25-45wt％的范围内。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在将多层幅材进行上光之前的多层幅材的干固体含量在35-85wt％的范围内，优选地在45-85wt％的范围内。
13.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中脱水步骤f)在脱水单元中完成且所述脱水单元是延长压区压榨设备，例如靴式压机或带式压机。
14.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述上光单元是扬克滚筒、玻璃纸压延机或延长压区压延机，例如靴式压机或带式压机。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中粘附控制添加剂以0.1-10gsm的量添加到上光单元的表面。
16.包含高度精制的纤维素的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸可通过根据权利要求1-15中任意一项所述的方法获得。
17.根据权利要求16所述的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸包含在0.1-50wt％之间的高度精制的纤维，基于总干固体含量计。
18.根据权利要求16-17所述的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸具有在25-160g/m2的范围内，优选地在30-140g/m2的范围内，更优选地在40-130g/m2的范围内的基重。
19.根据权利要求16-18所述的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸具有根据ASTM D-3985的在200cc/m2/24h以下的透氧率(OTR)值(23℃，50％RH)。
20.根据权利要求16-19所述的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸具有根据标准ISO 5636/6测量的至少25000s/100ml，并且更优选地至少40000s/100ml的Gurley Hill值。
21.根据权利要求16-20所述的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸具有至少一个根据ISO 8791-4的表面粗糙度PPS值在5μm以下，优选在2μm以下的上光面。
22.根据权利要求16-21所述的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸具有根据TAPPI UM-403在60gsm纸上测量的在1500J/m2以上的Scott结合值。
23.根据权利要求16-22所述的多层机制有光纸，其中所述多层机制有光纸具有根据标准ISO 16532-2测量的至少6的KIT值。
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