JP2018135631A - 表面強化パルプ繊維、表面強化パルプ繊維の製造方法、表面強化パルプ繊維を配合した製品、および表面強化パルプ繊維を配合した製品の製造方法 - Google Patents
表面強化パルプ繊維、表面強化パルプ繊維の製造方法、表面強化パルプ繊維を配合した製品、および表面強化パルプ繊維を配合した製品の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】表面強化パルプ繊維の種々の実施形態は、従来の精製繊維と比較して表面積が著しく増加すると同時に、精製後の長さの減少が有利に最小化する。表面強化パルプ繊維を、例えば、紙製品、板紙製品、繊維セメント板、繊維強化プラスチック、フラッフパルプ、ハイドロゲル、酢酸セルロース製品、およびカルボキシメチルセルロース製品を含む多くの製品に配合することができ、これらの製品は、上述のような特性から利点を得る可能性がある。いくつかの実施形態において、複数の表面強化パルプ繊維は、少なくとも約0.3mmの長さ加重平均繊維長および少なくとも約10 m2/gの平均水力学的比表面積を有し、ここで表面強化パルプ繊維の数は、絶乾基準において少なくとも12,000本/mgである。
【選択図】図1
Description
本出願は、2012年8月24日出願の米国特許仮出願第61/692,880号および2013年3月15日出願の米国特許非仮出願第13/836,760号の優先権を主張するものであり、各々は本明細書に完全に記載される通り参照により組み込まれる。
本発明はまた、表面強化パルプ繊維の製造方法、表面強化パルプ繊維を配合した製品、および表面強化パルプ繊維を配合した製品の製造方法に関する。
例えば、いくつかの実施形態において、少なくともエネルギー消費量が300 kWh/tに達するまで繊維をリファイナに複数回通して再循環する。いくつかの実施形態において、繊維を少なくとも3回リファイナに通して再循環する。いくつかの実施形態において、繊維の一部を除去し、そして別の部分を再循環する。従って、本発明の方法のいくつかの実施形態は、さらに機械リファイナから複数の繊維を継続的に除去すること、ここで除去した繊維の一部は表面強化パルプ繊維であり、およびさらに精製するために機械リファイナに除去した繊維の約80%超を戻して再循環することを含む。
%の長さ加重平均長、および未精製のパルプ繊維の平均比表面積より少なくとも4倍大きい平均水力学的比表面積を有する。
,000/mgである。好ましい実施形態において、複数の表面強化パルプ繊維は、少なくとも約0.35 mmの長さ加重平均繊維長および少なくとも約12 m2/gの平均水力学的比表面積を有し、ここで、表面強化パルプ繊維の数は絶乾基準において少なくとも12,000/mgである。最も好ましい実施形態において、複数の表面強化パルプ繊維は、少なくとも約0.4 mmの長さ加重平均繊維長および少なくとも約12 m2/gの平均水力学的比表面積を有し、ここで、表面強化パルプ繊維の数は絶乾基準において少なくとも12,000/mgである。そのような実施形態の表面強化パルプ繊維は、例えば製紙用途において有用であり得る。
いくつかの実施形態において、リファイナに対するエネルギー消費量が少なくとも650 kWh/tに達するまで繊維を精製する。複数の繊維は、それらが本発明の表面強化パルプ繊維に関して本明細書に記載される1以上の特性を有するまで精製され得る。以下により詳細に記載するように、当業者は、300 kWh/tを著しく超える精製エネルギーが特定のタイプの木材繊維に対して必要とされ得ること、およびパルプ繊維に所望の特性を付与するのに必要な精製エネルギー量もまた変化し得ることを認識する。
%の固形分を含み得る。いくつかの実施形態において、パルプ繊維供給源はパルプ乾燥機で乾燥されていない。
kWh/tに達する。比エッジ荷重(またはSEL)は、正味の投入電力を回転速度およびエッジ長の積で割った商を指すと、当業者によって理解される用語である。SELは、精製の強度を示すのに使用され、そしてワット秒/メートル(Ws/m)として表される。
00 kWh/tの精製エネルギーを必要とし得る。同様に、南洋軟材繊維(例えば、マツ)は、さらに大きい量の精製エネルギーを必要とし得る。例えば、いくつかの実施形態において、いくつかの実施形態に従う南洋軟材繊維の精製は、著しく高くなり得る(例えば、少なくとも1000 kWh/t)。
1つの実施形態において、第1の機械リファイナに加える精製エネルギーの量は、約100 kWh/t以下であり得る。第1の機械リファイナの後、次に超微細精製プレート(例えば、1.0 mm以下のバー幅および1.6 mm以下の溝幅)を使用した1台以上の後続のリファイナに繊維を供給し、そして本発明のいくつかの実施形態に従って表面強化パルプ繊維を製造するのに十分な条件下(例えば、0.13 Ws/mの比エッジ荷重)で操作し得る。いくつかの実施形態において、例えば、切断エッジ長(cutting edge length)(CEL)は、従来の精製プレートを使用した精製と超微細精製プレートを使用した精製との間で、精製プレート間の差異に依存して増加し得る。切断エッジ長(すなわちCEL)は、バーエッジ長(bar edge length)と回転速度との積である。上記に記載の通り、所望の精製エネルギーに達するために、繊維をリファイナに複数回通過させるまたは再循環させることができ、そして/またはマルチプルリファイナを所望の精製エネルギーに達するために使用し得る。
mLのパルプ懸濁液中に3 gの絶乾繊維が存在ということになる。
いくつかの実施形態において、本発明の表面強化パルプ繊維を少なくとも2重量%配合した紙製品は、紙強度を維持し、抄紙機の走行性を維持し、処理性能を維持し、そして印刷性能を向上させながら、よりコストの高い軟材繊維の約5%の除去をもたらし得る。いくつかの実施形態において、本発明のいくつかの実施形態の表面強化パルプ繊維を約2〜約8
重量%配合した紙製品は、紙強度を維持し、そして印刷性能が向上させながら、よりコストの高い軟材繊維の約5〜約20%の除去をもたらし得る。本発明の表面強化パルプ繊維を約2〜約8重量%配合することは、いくつかの実施形態において、実質的に表面強化パルプ繊維なしに同様の方法で製造した紙製品と比較した場合、紙の製造コストを著しく下げるのに役立ち得る。
重量%は、約5重量%の表面強化パルプ繊維(1重量%の表面強化パルプ繊維毎に2重量%の軟材繊維の置換と仮定して)、および約5重量%の従来法で精製した硬材繊維と置換され得る。いくつかの実施形態において、そのような置換は、紙製品の物理的特性を損なうことなく起こり得る。
0 mの湿紙引張強度を有し得る。いくつかの実施形態において、少なくとも5重量%の表面強化パルプ繊維と10%重量減の軟材繊維とを、本発明のいくつかの実施形態に従って配合した紙製品は、少なくとも166 mの湿紙引張強度(濃度30%で)を有し得る。約2〜約8重量%の本発明の表面強化パルプ繊維を配合することは、実質的に表面強化パルプ繊維なしで同様の方法で製造した紙製品と比較した場合、紙製品の湿紙引張強度を向上させることができ、ゆえに、表面強化パルプ繊維を配合した紙製品のいくつかの実施形態は、より少ない軟材繊維で所望の湿紙引張強度を有し得る。いくつかの実施形態において、少なくとも約2重量%の本発明の表面強化パルプ繊維を紙製品に配合することは、不透明度、空隙率、吸収性、引張エネルギー吸収量、スコットボンド/インターナルボンドおよび/または印刷特性(例えば、インク密度印刷斑点、光沢斑点)を含む種々の実施形態における他の特性を向上させることができるが、これらに限定されない。
2を従来の精製繊維を製造するための従来のリファイナ110と接続する。この場合、容器11
0、112の両方がその中に同様のまたは異なる繊維を含み得る。
0から一時的な容器102に、そして次にフィブリル化リファイナ104および一時的な容器102
との間で循環させることによって行われる。機械的精製プロセスを、例えば約450〜650 kWh/tの比較的高いエネルギー消費量に達するまで続ける。示される実施形態において、これは繊維がリファイナ104を「n」回通過するまで、繊維がフィブリル化リファイナ104
および一時的な容器102との間を再循環することによって行われる。1つの実施形態において、nは少なくとも3であり、そしていくつかの実施形態において6〜25であり得る。nは表面強化パルプ繊維を提供するために、特性(例えば、長さ、長さ加重平均、比表面積、微細繊維等)によって、例えば本明細書に記載される与えられた範囲および/または値の中で選択され得る。
.0 mmの溝幅をそれぞれに有する1対の精製ディスクを使用し得る。第2のリファイナ204
は、1.0 mmのバー幅および1.3 mmの溝幅をそれぞれに有する1対の精製ディスクを有し得る。そのような実施形態において、第1のリファイナ内で、0.25 Ws/mの比エッジ荷重で、総エネルギー消費量が約80 kWh/tに達するまで繊維を精製し得る。次に、0.13 Ws/mの比エッジ荷重で、総エネルギー消費量が約300 kWh/tに達するまで精製および再循環し得る第2のリファイナ204に繊維を移すことができる。
この実施例において、本発明のいくつかの実施例に記載の表面強化パルプ繊維を、湿紙強度の強化におけるそれらの潜在性について評価した。湿紙強度は一般的にパルプ繊維の抄紙機走行性と関連することが理解されている。基準点として、従来法で精製した軟材繊維は、定められた叩解度で従来法により精製した硬材繊維の2倍の湿紙強度を有する。例えば、400 CSFの叩解度で従来法により精製された軟材繊維から形成した湿紙は、200 mの湿紙引張強度を有すると思われる一方、従来法で精製された硬材繊維から形成された湿紙は、100 mの湿紙引張強度を有すると思われる。
mmの溝幅をそれぞれ有する1対の精製ディスクを有するディスクリファイナに導入した。繊維をバッチとして、エネルギー消費量が400または600 kWh/t(表2に記載する通り)に達するまで精製した。
本実施例において、本発明のいくつかの実施形態に記載の表面強化パルプ繊維を配合した紙サンプルを、表面強化パルプ繊維の配合に関する潜在的な利益を調べるために製造および試験をした。
(実施例15)の坪量を有した。紙サンプルを、体積、引張強度、空隙率および剛度、白色度、不透明度ならびにその他の特性について試験した。また、紙サンプルをそれらの総合的な印刷性能を評価するために、商用の印刷試験に送った。縦方向および横方向における引張強度を、PAPTAC Procedure No.D.12に従って測定した。特性は、PAPTAC Procedure No.D.14に従ってGurley Densometerを使用して測定した。縦方向および横方向における剛度は、PAPTAC Procedure No.D.28Pに従ってテーバー(Taber)型試験機を使用して測定した。表3に記録されるそれぞれの他の特性は、適切なPAPTAC試験方法に従って測定した。試験の結果を表3に示し、「Hwd」は従来法で精製した硬材繊維を指し、「Swd」は従来法で精製した軟材繊維を指し、「SEPF」は本発明のいくつかの実施形態に記載の表面強化パルプ繊維を指し、種々の特性に関する「md」は縦方向のその特性の値を指し、そして種々の特性に関する「cd」は横方向のその特性の値を指す。
本実施例において、種々の表面強化パルプ繊維の平均水力学的比表面積を測定した。これらの実施例のいくつかは、本発明の表面強化パルプ繊維の実施形態を示す一方で、いくつかは示さない。
2PaperCon/Papers/12PAP116.aspx.で入手可能なCharacterizing the drainage resistance of pulp and microfibrillar suspensions using hydrodynamic flow measurements、N. Lavrykova-MartainおよびB. Ramarao、TAPPI's PaperCon 2012 Conferenceに記載される手順に従って測定した。結果は表4に示す。
一般事項
逆の指示がない限り、本明細書に記載される数的パラメーターは、本発明によって得ることが求められる所望の特性によって変化し得る近似値である。最低限、および請求の範囲に対する均等論の適用を制限しようとするのではなく、少なくとも記録された有効数字の数を考慮して、そして通常の端数処理方法を適用することにより、個々の数的パラメーターを解釈するべきである。
0以下の最大値、例えば5.5〜10で終わるすべての部分範囲である。さらに、「本明細書に組み込まれる」と言及されるあらゆる参照は、その全体が組み込まれることとして理解される。
当業者によって明白であり、それゆえに本発明のよりよい理解の助けにならないであろう本発明の特定の態様は、本明細書を簡略化するために示されていない。本発明は特定の実施形態に関して記載したが、本発明は記載される特定の実施形態に限定されることはなく、しかし、添付の請求項によって明確にするように、本発明の趣旨および範囲内での改変に及ぶことを意図する。
Claims (26)
- 少なくとも約0.3 mmの長さ加重平均繊維長および少なくとも約10 m2/gの平均水力学的比表面積を有する複数の表面強化パルプ繊維であって、表面強化パルプ繊維の数が絶乾基準において少なくとも12,000本/mgである、前記繊維。
- 繊維が少なくとも約0.4 mmの長さ加重平均繊維長を有する、請求項1に記載の複数の表面強化パルプ繊維。
- 繊維が、少なくとも約12 m2/gの平均水力学的比表面積を有する、請求項1に記載の複数の表面強化パルプ繊維。
- 前記複数の表面強化パルプ繊維は、長さ加重平均繊維長が0.2 mm以下の長さを有する繊維を微細繊維として分類する場合に、前記微細繊維が表面強化パルプ繊維中に40%未満で含まれる、請求項1に記載の複数の表面強化パルプ繊維。
- 前記微細繊維が表面強化パルプ繊維中に22%未満で含まれる、請求項4に記載の複数の表面強化パルプ繊維。
- 繊維が、硬材に由来する繊維である、請求項1に記載の複数の表面強化パルプ繊維。
- 請求項1に記載の繊維を含む製造品。
- 製造品が、紙製品、板紙製品、繊維セメント板、繊維強化プラスチック、フラッフパルプ、またはハイドロゲルである、請求項7に記載の製造品。
- 1対のリファイナプレートを含む機械リファイナに未精製のパルプ繊維を導入するステップであって、プレートは1.3 mm以下のバー幅および2.5 mm以下の溝幅を有する、ステップと;
リファイナに対するエネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまで繊維を精製することにより、表面強化パルプ繊維を製造するステップとを含む、表面強化パルプ繊維を製造する方法。 - プレートが1.0 mm以下のバー幅および1.6 mm以下の溝幅を有する、請求項9に記載の方法。
- リファイナに対するエネルギー消費量が少なくとも450 kWh/tに達するまで繊維を精製する、請求項9に記載の方法。
- リファイナに対するエネルギー消費量が少なくとも650 kWh/tに達するまで繊維を精製する、請求項9に記載の方法。
- リファイナに対するエネルギー消費量が約300 kWh/t〜約650 kWh/tに達するまで繊維を精製する、請求項9に記載の方法。
- リファイナに対するエネルギー消費量が約450 kWh/t〜約650 kWh/tに達するまで繊維を精製する、請求項9に記載の方法。
- 未精製のパルプ繊維が、機械リファイナに導入する前に、1以上のベール状である、請求項9に記載の方法。
- 未精製のパルプ繊維が、機械リファイナに導入する前に、スラッシュ状である、請求項9に記載の方法。
- リファイナを約0.1〜約0.3 Ws/mの比エッジ荷重で操作する、請求項9に記載の方法。
- エネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまで繊維を複数回リファイナに通して再循環することにより、エネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまで繊維を精製することにより、フィブリル化繊維を製造する、請求項9に記載の方法。
- 繊維を少なくとも3回リファイナに通して循環する、請求項18に記載の方法。
- 表面強化パルプ繊維が、未精製のパルプ繊維の長さ加重平均長の少なくとも60%である長さ加重平均長、および未精製のパルプ繊維の平均比表面積より少なくとも4倍大きい平均水力学的比表面積を有する、請求項9に記載の方法。
- 機械リファイナから複数の繊維を連続的に除去するステップであって、除去した繊維の一部は表面強化パルプ繊維である、ステップと;
さらなる精製のために、除去した繊維の約80%超を機械リファイナに戻して再循環するステップとをさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 1対のリファイナプレートを含む第1の機械リファイナに未精製のパルプ繊維を導入するステップであって、プレートは1.3 mm以下のバー幅および2.5 mm以下の溝幅を有する、ステップと;
第1の機械リファイナ内で繊維を精製するステップと;
1対のリファイナプレートを含む少なくとも1つのさらなる機械リファイナに繊維を移すステップであって、プレートは1.3 mm以下のバー幅および2.5 mm以下の溝幅を有するステップと;
少なくとも1つのさらなる機械リファイナ内で、リファイナに対する総エネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまで、繊維を精製することにより、表面強化パルプ繊維を製造するステップとを含む、表面強化パルプ繊維を製造する方法。 - 第1の機械リファイナに複数回通した繊維の少なくとも一部を再循環することにより、繊維を第1の機械リファイナ内で精製する、請求項22に記載の方法。
- エネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまでさらなる機械リファイナに複数回通して繊維を再循環することにより、少なくとも1つのさらなる機械リファイナ内で、エネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまで繊維を精製する、請求項23に記載の方法。
- エネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまでさらなる機械リファイナに複数回通して繊維を再循環することにより、少なくとも1つのさらなる機械リファイナ内で、エネルギー消費量が少なくとも300 kWh/tに達するまで繊維を精製する、請求項22に記載の方法。
- 第1の機械リファイナ内のリファイナプレートが、1.0 mm超のバー幅および2.0 mm以上の溝幅を有し、および少なくとも1つのさらなる機械リファイナ内のリファイナプレートが、1.0 mm以下のバー幅および1.6 mm以下の溝幅を有する、請求項22に記載の方法。
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