JP2019526720A5

JP2019526720A5 -

Info

Publication number: JP2019526720A5
Application number: JP2019513947A
Authority: JP
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2037-09-14

Description

本明細書に記載の方法の一態様において、穏やかな非慣例的条件、すなわち、通常より低い比エネルギー条件（ｋＷｈ／ｈ）下で熱機械的高濃度ディスク精製デバイス（プロセス）を使用することによって達成される。本明細書において使用されるディスクリファイナーは、同時開放し；脱絡み合いし；フィブリル化し；いずれかの化学薬品をインプット繊維中に混合し；種々の繊維をブレンドし、繊維を補助剤とブレンドし；かつ発生した摩擦熱が、湿潤繊維からいくらかの水分を蒸発させる、エネルギー効率の良い方法である、大きく開いたプレート間隙（すなわち、回転ディスク間の間隔）を有するようにも整列される。化学薬品の添加は、いずれの角化、繊維およびフィブリル要素の自己粘着を克服し、かつ変換された前分散繊維状材料に所望の機能性を付与するように意図される。ディスクリファイナーの外側は、高レベルの分離繊維およびいくらかの緩やかに絡み合った繊維状材料または結節を有し、かつ一般的な製紙分散技術を使用して水中に容易に分散可能である開放半乾燥繊維状材料である。開放繊維性材料は、繊維およびそれらの緩やかな繊維の絡み合いを分離するために十分な速度で空気撹拌し、その後、エアレイおよび穏やかな乾燥技術によってそれらを所望の乾燥レベルの圧縮ベイル、不織ウェブ（マットもしくはロール）またはダイスドウェブペレットと形成することによってインラインでさらに加工される。乾燥形態、水および疎水性組成物中で分散可能となる能力を有する前分散半乾燥または乾燥繊維を製造するための本明細書に記載の方法およびプロセスを使用することは、我々の知る限り、以前実行されておらず、そして我々のアプローチと対立し得る従来技術、または公開文献において入手可能な開示された報告はない。

一態様によると、パルプを前分散パルプ繊維性材料に変換する方法であって、２０〜９７重量％の固体含有量の高濃度のパルプを提供すること；処理化学薬品を提供すること；および１回通過あたり５０〜４００ｋＷｈ／ｔの比エネルギーにおいて、少なくとも１つのディスクリファイナーを含む多段階リファイナーシステム中でパルプおよび処理化学薬品を分散させることを含み、少なくとも１つのディスクリファイナーが、０．５〜３．５ｍｍの間隙を画定するディスクリファイナープレートクリアランスを有し、前分散パルプ繊維性材料が、３０〜９９重量％の固体含有量の製品濃度を有する方法が提供される。

別の態様によると、比エネルギーが、１回通過あたり５０〜１００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ間隙が、２．５ｍｍより大きく、３．５ｍｍまでである、本明細書に記載の方法が提供される。

別の態様によると、比エネルギーが、１回通過あたり１００〜２００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ間隙が、２．０ｍｍより大きく、２．５ｍｍまでである、本明細書に記載の方法が提供される。

別の態様によると、比エネルギーが、１回通過あたり２００〜４００ｋＷｈ／ｔであり、かつ間隙が、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである、本明細書に記載の方法が提供される。

別の態様によると、高濃度パルプを前分散繊維性材料へと変換するための多段階リファイナーシステムであって、０．５〜３．５ｍｍの間隙を画定し、かつ１回通過あたり５０〜４００ｋＷｈ／ｔの比エネルギーを付与するディスクリファイナープレートクリアランスを含む少なくとも１つのディスクリファイナーを含み、高濃度パルプが、２０〜９７重量％の固体含有量であり、前分散材料が、３０〜９９重量％の固体含有量の製品濃度でリファイナーシステムから出る、リファイナーシステムが提供される。

別の態様によると、比エネルギーが、１回通過あたり５０〜１００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ間隙が、２．５ｍｍより大きく、３．５ｍｍまでである、本明細書に記載のリファイナーシステムが提供される。

別の態様によると、比エネルギーが、１回通過あたり１００〜２００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ間隙が、２．０ｍｍより大きく、２．５ｍｍまでである、本明細書に記載のリファイナーシステムが提供される。

別の態様によると、比エネルギーが、１回通過あたり２００〜４００ｋＷｈ／ｔであり、かつ間隙が、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである、本明細書に記載のリファイナーシステムが提供される。
他の記載と重複するが、本発明の一態様を以下に示す。
［発明１］
パルプを前分散パルプ繊維性材料に変換する方法であって、
２０〜９７重量％の固体含有量の高濃度のパルプを提供すること；
処理化学薬品を提供すること；および
１回通過あたり５０〜４００ｋＷｈ／ｔの比エネルギーにおいて、少なくとも１つのディスクリファイナーを含む多段階リファイナーシステム中で前記パルプおよび前記処理化学薬品を分散させること
を含み、
前記少なくとも１つのディスクリファイナーが、０．５〜３．５ｍｍの間隙を画定するディスクリファイナープレートクリアランスを有し、
前記前分散パルプ繊維性材料が、３０〜９９重量％の固体含有量の製品濃度を有する、方法。
［発明２］
前記前分散パルプ繊維性材料が、７０〜１００％の個別化繊維であり、かつ繊維表面フィブリル化を含む、発明１に記載の方法。
［発明３］
前記リファイナー中で前記パルプを分散する間に、前記比エネルギーによって水が蒸発し、水の少なくともいくらかが前記処理化学薬品と置き換えられるため、濃度が増加する、発明１または２に記載の方法。
［発明４］
前記濃度が、３０〜６０重量％の固体含有量である、発明１〜３のいずれか一項に記載の方法。
［発明５］
前記製品濃度が、５０〜８０重量％の固体含有量である、発明４に記載の方法。
［発明６］
前記濃度が、４０〜７０重量％の固体含有量である、発明１〜３のいずれか一項に記載の方法。
［発明７］
前記製品濃度が、６０〜８０重量％の固体含有量である、発明６に記載の方法。
［発明８］
前記濃度が、３０〜５０重量％の固体含有量である、発明１〜５のいずれか一項に記載の方法。
［発明９］
前記製品濃度が、６０〜７５重量％の固体含有量である、発明８に記載の方法。
［発明１０］
前記多段階リファイナーシステム後の比エネルギーの合計が、パルプ繊維に適用される前記リファイナーシステムでの１回通過あたりの前記比エネルギーの合計であり、かつ５０〜２０００ｋＷｈ／ｔである、発明１および９に記載の方法。
［発明１１］
前記比エネルギーが、１回通過あたり５０〜１００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ前記間隙が、２．５ｍｍより大きく、３．５ｍｍまでである、発明１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
［発明１２］
前記比エネルギーが、１回通過あたり１００〜２００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ前記間隙が、２．０ｍｍより大きく、２．５ｍｍまでである、発明１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
［発明１３］
前記比エネルギーが、１回通過あたり２００〜４００ｋＷｈ／ｔであり、かつ前記間隙が、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである、発明１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
［発明１４］
前記パルプ繊維が、未精製または精製クラフトパルプ、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミ−サーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、セルロースフィラメント、その混合物、または非木材植物繊維および合成繊維との混合物である、発明１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
［発明１５］
前記パルプが、０．１〜１０ｍｍの長さ、０．０２〜４０ミクロンの直径および５〜２０００の相当平均アスペクト比を有する繊維を含む、発明１４に記載の方法。
［発明１６］
前記相当平均アスペクト比が１０〜５００である、発明１５に記載の方法。
［発明１７］
前記方法が連続プロセスである、発明１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
［発明１８］
前記方法が半連続プロセスである、発明１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
［発明１９］
前記方法がバッチプロセスである、発明１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
［発明２０］
前記処理化学薬品が、単独で、または水と混合されて、前記精製システム中のパルプ繊維および繊維性材料に導入される、発明１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
［発明２１］
前記処理化学薬品が、可塑剤、潤滑剤、界面活性剤、固定剤、アルカリおよび酸、セルロース反応性機能性化学薬品、セルロース架橋化学薬品、疎水性試薬、疎水性物質、有機および無機（鉱物）粒子、発泡または充てん剤、耐油性試薬、吸収性微粒子、染料、防腐剤、漂白剤、燃焼抑制剤、天然ポリマー、合成ポリマー、ラテックス、熱硬化性樹脂、リグニンおよびその組合せからなる群から選択される、発明１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
［発明２２］
前記多段階リファイナーシステムが、３つのディスクリファイナーを含み、かつ前記リファイナー処理化学薬品が、前記３つのディスクリファイナーのそれぞれの上流に添加される、発明１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
［発明２３］
前記３つのディスクリファイナーのそれぞれの上流に添加された前記処理化学薬品が、同一であるか、または異なる処理化学薬品である、発明２２に記載の方法。
［発明２４］
前記可塑剤が、ポリヒドロキシ化合物からなる群から選択される、発明２１に記載の方法。
［発明２５］
前記ポリヒドロキシ化合物が、多官能性アルコールまたはポリオールである、発明２４に記載の方法。
［発明２６］
前記多官能性アルコールまたはポリオールが、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ブチレングリコール、グリセリンおよびその組合せからなる群から選択される、発明２５に記載の方法。
［発明２７］
フタラート、シトレート、セバケート、アジパート、ホスフェートおよびその組合せからなる群から選択される鉱油および潤滑油をさらに含む、発明２１に記載の方法。
［発明２８］
前記界面活性剤が、Ｔｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ１００（イソ−オクチルフェノキシポリエトキシエタノール）、ナトリウムドデシル（エステル）スルフェート、テトラデシルホスホン酸のジメチルエーテル、ポリエトキシル化オクチルフェノール、グリセロールジエステル（ジグリセリド）、直鎖アルキルベンゼンスルホネート、リグニンスルホンエステル、脂肪アルコールエトキシレートおよびアルキルフェノールエトキシレートならびにその組合せである、発明２１に記載の方法。
［発明２９］
前記処理化学薬品が、単独で、または他の化学薬品と組み合わせて使用される、アルキレンカーボネートからなる群から選択される二極性非プロトン性液体である、発明２１に記載の方法。
［発明３０］
前記他の化学薬品が、トリアセチン、１，４−シクロヘキサンジメタノールおよびジメチロールエチレン尿素の少なくとも１種である、発明２９に記載の方法。
［発明３１］
前記アルキレンカーボネートが、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸グリセロールおよびその組合せからなる群から選択される、発明２９に記載の方法。
［発明３２］
前記処理化学薬品が、水溶性親水性直鎖または分枝ポリマーである、発明２１に記載の方法。
［発明３３］
前記水溶性親水性直鎖または分枝ポリマーが、でんぷん、アルギネート、ヘミセルロース、キシラン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびその組合せからなる群から選択される多糖である、発明３２に記載の方法。
［発明３４］
前記処理化学薬品が、サイズ化学薬品溶液または乳濁液、脱結合化学薬品および軟化化学薬品の少なくとも１種である、発明１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
［発明３５］
前記サイズ化学薬品が、アルキルケテン二量体（ＡＫＤ）、アルケニル無水コハク酸（ＡＳＡ）、ロジン、スチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）およびスチレンアクリル酸（ＳＡＡ）、脂肪酸、Ｑｕｉｌｏｎ（商標）ＣおよびＱｕｉｌｏｎ（商標）Ｈからなる群から選択される、発明３４に記載の方法。
［発明３６］
前記サイズ化学薬品のアルキルケテン二量体（ＡＫＤ）、アルケニル無水コハク酸（ＡＳＡ）、ロジン、スチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）、スチレンアクリル酸（ＳＡＡ）が、純粋な化学薬品の溶液として、またはでんぷんもしくは合成ポリマーで前もって乳化された状態で導入される、発明３５に記載の方法。
［発明３７］
前記脱結合化学薬品および軟化化学薬品が、Ａｒｑｕａｄ（商標）２ＨＴ−７５（ジ（水素化獣脂）ジメチルアンモニウムクロリド）、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、メチルトリオクチルアンモニウムクロリド、ジメチルジオクタデシルアンモニウムクロリドおよびヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）の少なくとも１種である、発明３４に記載の方法。
［発明３８］
前記処理化学薬品が、エチルアクリル酸（ＥＡＡ）；ＤｏｗからのＨＹＰＯＤ（商標）ウォーターボーンポリオレフィン（エチレンコポリマーおよびプロピレンコポリマー）、水ベースのポリウレタン分散体、ラテックス、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテートおよびその組合せからなる群から選択される高分子量ポリマーである、発明１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
［発明３９］
前記カップリング剤が、無水マレイン酸、マレイン化ポリマー、シラン、ジルコネート、チタネートおよびその組合せからなる群から選択される、発明２１に記載の方法。
［発明４０］
前記シランが、ＲＯが加水分解性の基であり、かつＲが、メトキシ、エトキシまたはアセトキシであり、かつＸが、有機官能基、アミノ、メタクリルオキシまたはエポキシ基である、（ＲＯ） _３ＳｉＣＨ _２ＣＨ _２ＣＨ _２ −Ｘの構造を含む、発明３９に記載の方法。
［発明４１］
前記架橋剤が、グリオキサール、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒト、クエン酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸およびその組合せからなる群から選択されるいずれかである、発明２１に記載の方法。
［発明４２］
前記熱硬化性樹脂が、アクリル樹脂（Ａｃｒｏｄｕｒ（商標）またはＡＱＵＡＳＥＴ（商標））、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド、メラミン尿素ホルムアルデヒド、フェノールホルムアルデヒド（ＲｅｓｏｌまたはＮｏｖｏｌａｃ）およびエポキシ樹脂である、発明２１に記載の方法。
［発明４３］
前記ポリマーが、キトサン、ホモポリマーポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、コポリマーＰＶＡｍ、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、カチオン性セルロース、カチオン性でんぷん、カチオン性グアーガムおよびその組合せからなる群から選択されるカチオン性または両性ポリマーである、発明２１に記載の方法。
［発明４４］
前記漂白化学薬品が、ヒドロ亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウムの群から選択される還元剤、ならびにアルカリ過酸化水素、過炭酸塩および過ホウ酸ナトリウムから選択される酸化剤である、発明２１に記載の方法。
［発明４５］
前記有機および無機（鉱物）粒子が、でんぷん、木粉、カーボンブラック、リグニン、炭酸カルシウム、カオリン（チャイナクレー）、タルク、二酸化チタン、シリケート、ケイ酸マグネシウム（タルク）、硫酸カルシウム（石膏）、雲母、ケイ酸カルシウム、硫酸バリウムおよびその組合せからなる群から選択される、発明２１に記載の方法。
［発明４６］
前記有機および無機粒子の量が、パルプ繊維の重量に基づき、０．１〜８０重量％である、発明４５に記載の方法。
［発明４７］
発明１〜４６のいずれか一項に記載の方法によって製造され、バッチまたはインライン空気撹拌およびエアレイド形成によって圧縮ベイルに、または穏やかな乾燥技術を使用して、エアレイによって所望の乾燥レベルの圧縮不織ウェブもしくはダイスドウェブペレットへとさらに加工される、前分散繊維性材料。
［発明４８］
ベイル、ウェブまたはウェブペレットの前分散繊維性材料にさらに変換され、かつ水および水性組成物中で、または疎水性組成物中で、機械的作用によって乾燥粒子中に分散可能である、発明４６に記載の材料。
［発明４９］
前記疎水性組成物が、熱硬化性樹脂および熱可塑性ポリマーの少なくとも１種である、発明４８に記載の材料。
［発明５０］
発明１〜４９のいずれか一項に記載の方法によって製造され、紙、板紙、パッケージ、ティッシュおよびタオル；発泡製品、ファイバーボード製品、熱硬化性および熱可塑性複合材料；セメント、コンクリートおよび石膏製品；ならびに石油流出クリーニング、不織マット、おむつまたは衛生用品の吸収性コアへとさらに加工される、前分散繊維性材料。
［発明５１］
高濃度パルプを前分散繊維性材料へと変換するための多段階リファイナーシステムであって、
０．５〜３．５ｍｍの間隙を画定し、かつ１回通過あたり５０〜４００ｋＷｈ／ｔの比エネルギーを付与するディスクリファイナープレートクリアランス
を含む少なくとも１つのディスクリファイナー
を含み、
前記高濃度パルプが、２０〜９７重量％の固体含有量であり、
前記前分散材料が、３０〜９９重量％の固体含有量の製品濃度で前記リファイナーシステムから出る、リファイナーシステム。
［発明５２］
前記比エネルギーが、１回通過あたり５０〜１００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ前記間隙が、２．５ｍｍより大きく、３．５ｍｍまでである、発明５１に記載のリファイナーシステム。
［発明５３］
前記比エネルギーが、１回通過あたり１００〜２００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ前記間隙が、２．０ｍｍより大きく、２．５ｍｍまでである、発明５１に記載のリファイナーシステム。
［発明５４］
前記比エネルギーが、１回通過あたり２００〜４００ｋＷｈ／ｔであり、かつ前記間隙が、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである、発明５１に記載のリファイナーシステム。

本明細書に記載の一実施形態による前分散または分散可能な繊維の製造のためのプロセス図を例示する。本明細書に記載の一実施形態による高濃度低エネルギーにおける異なる種類のパルプ／繊維のブレンド、開放および最小水分蒸発による前分散のプロセス概略図を例示する。本明細書に記載の一実施形態による高濃度低エネルギー精製における多段階開放、化学薬品との混合、パルプ繊維のフィブリル化および水分の蒸発によるバッチプロセスのプロセス概略図を例示する。本明細書に記載の一実施形態による高濃度低エネルギー精製における多段階開放、化学薬品との混合、パルプ繊維のフィブリル化および水分の蒸発によるバッチプロセスのプロセス概略図を例示する。本明細書に記載の一実施形態による高濃度、高エネルギー精製段階からのフィブリル化繊維の束状構造の反射光顕微鏡法の顕微鏡写真を例示する。本明細書に記載の一実施形態による高濃度、高エネルギー精製からの絡み合った繊維を示す１つの束状構造の透過光顕微鏡法の顕微鏡写真を例示する。繊維性材料の試料（Ａ）乾燥させないパルプフレーク、（Ｂ）本方法に従って処理されたパルプ、（Ｃ）空気分散パルプ繊維の３つの顕微鏡写真を例示する。本明細書に記載の実施形態による様々なブローライン濃度（アウトプット）に関して適用された精製比エネルギーに対するリファイナー間隙開放のグラフを例示する。本明細書に記載の一実施形態による予測されたブローライン濃度％実験室ブローライン濃度％の新規三次元モデル／プロットを例示する。特に処理の間の３種の漂白された軟材クラフトパルプがリファイナーを通過する：（＋）初期パルプ（未精製）、（▽）前精製ＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）、（□）前精製ＨＣＲ２（１２，０００ｋＷｈ／ｔ）。本明細書に記載の方法に従って製造された繊維の３つの写真を例示する。試料Ａ、２９％濃度の湿潤塊状軟材クラフトパルプ；本明細書に記載の特定条件下での前分散試料Ａが４回通過した後の試料Ｂ、および試料Ｃのパルプまで試料Ｂのパルプを乾燥させた後の試料Ｃ。特に試料Ａ、ＢおよびＣの重量は（乾燥材料に基づき）２４ｇであり、試料の体積の差異は、半乾燥材料までのリファイナー中における試料前分散、それに次いで、乾燥分離繊維へのそれらの空気分散によって引き起こされる。水離解試料のイメージの３つの顕微鏡写真である：試料Ａは、軟材クラフトパルプ（２９％固体）であり、試料ＢおよびＣは、それぞれ特定条件下で、リファイナー１回通過（３３％固体）および３回通過（３９％固体）において前分散される。実施例３（Ａ、Ｂ、Ｃ）の水離解試料のＢａｅｕｒＭｃＮｅｔｔ繊維フラクションの棒グラフを例示する：（Ｐ０）湿潤クラフトパルプ（２９％固体）、ならびに（Ｐ１）および（Ｐ３）は、本明細書に記載の特定条件下で、リファイナー１回通過（３３％固体）および３回通過（３９％固体）において前分散された後である。離解試料のＢａｅｕｒＭｃＮｅｔｔ繊維フラクション（Ｐ０−対照、Ｐ１、Ｐ２およびＰ３）の棒グラフを例示する：Ｐ０（ラップシートから再スラッシュ、３９．２％固体）、ならびに本明細書に記載の特定条件下での試料Ｐ１、Ｐ２およびＰ３へ前分散されたＰ０）特に全ての試料は１．２％濃度まで水中で希釈され、そして１０分間、標準ブリティッシュ（Ｂｒｉｔｉｓｈ）離解機において離解された。本明細書に記載の方法に従って１２０および１６０℃の２つの設定温度においてパイロットフラッシュ乾燥機において１回通過乾燥後のパルプ固体含有量の棒グラフを例示する。３２％の濃度でのパイロット規模ディスクリファイナーから放出後（Ａ）および空気乾燥後（Ｂ）の高エネルギーパルプＨＣＲ１を示す写真を例示する。試料ＡおよびＢの重量は、２４ｇであった（乾燥材料に基づく）。高濃度精製漂白軟材クラフトパルプ試料の強度に対する老化時間の影響を示す時間（時間）に対する破断長さ（ｋｍ）のグラフを例示する。試料の精製エネルギーレベル：Ａ１，８４４ｋＷｈ／ｔ、Ｂ５，５２２ｋＷｈ／ｔおよびＣ１１，０５６ｋＷｈ／ｔ。一定湿度で１４日間老化され、かつ５０および９０％固体含有量まで空気乾燥された離解高エネルギー精製軟材クラフトパルプ試料から製造されたシートの引張強度の変化の棒グラフを例示する。パイロット規模ディスクリファイナーから放出後（Ａ）、本方法の特定条件下で同一リファイナー３回通過時の前分散後（Ｂ）およびこの３回通過試料の空気乾燥後（Ｃ）の高エネルギー精製パルプＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）を示す写真を例示する。試料Ａ、ＢおよびＣの重量は、２４ｇであった（乾燥材料に基づく）。実施例１０の精製パルプＨＣＲ１の６つの光学顕微鏡写真イメージを例示する。リファイナー上の通過なし（Ｐ０）および前分散半乾燥試料Ｐ１〜Ｐ５。精製パルプＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）の３つの光学顕微鏡写真を例示する。リファイナー上の通過なしＡ（Ｐ０）、リファイナー前分散Ｂ（Ｐ６）、およびＣは、ＷａｒｉｎｇＢｌｅｎｄｅｒでさらに水離解された後のＰ６に相当する。分散された高エネルギーパルプＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）のＢａｕｅｒ−ＭｃＮｅｔｔフラクションの重量パーセントの棒グラフを例示する。リファイナー上の通過なしＡ（Ｐ０）、リファイナー上６回通過Ｂ（Ｐ６）、およびＣは、ＷａｒｉｎｇＢｌｅｎｄｅｒでさらに水離解された後のＰ６に相当する。高エネルギー精製パルプＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）の光学顕微鏡写真イメージを例示する。リファイナー上の前分散なしＡ（Ｐ０）、空気乾燥されたＰ０であるＢ、および２０％炭酸プロピレンで処理され、次いで空気乾燥されたＰ０であるＣ。実施例７の高エネルギー精製パルプＨＣＲ１のＢａｅｕｒ−ＭｃＮｅｔｔフラクションの棒グラフを例示する。Ｐ０−湿潤、Ｐ０−空気乾燥、Ｐ０−オーブン乾燥、Ｐ０−２０％炭酸プロピレン（ＰＣ）および２０％グリセリンで処理、次いで空気乾燥。試料Ａが未処理であり、かつ試料Ｂが、本明細書に記載の方法に従って１％ＱｕｉｌｏｎＣで処理された、光学顕微鏡写真イメージを例示する。本明細書に記載の方法に従って選択された化学薬品を用いた高濃度高エネルギー精製ＢＳＷＫパルプの処理が、個別化された繊維およびフィブリルへの絡み合いパルプの分散を実質的に改善することを示す光学顕微鏡写真を例示する。

高濃度精製は、通常、高エネルギーの適用と組み合わせられ、かつそれは、外部および内部フィブリル化機構による繊維の発達を目標としており、それによって、有意に低い繊維切断における繊維表面積の有意な増加およびパルプ密度の増加が得られる。高濃度精製の目的が繊維を発達させることである場合、適用された比エネルギーは、１回通過あたり８００ｋＷｈ／ｔより高く、かつリファイナープレートの間の空間、間隙は減少し、プレート保護の設定アラームに従って、リファイナープレート間で非常に狭いか、または０．５ｍｍ間隙程度のタイトさである。これによって、精製ゾーン体積の減少がもたらされるであろう。リファイナーから出るパルプは、主に圧搾された絡み合い繊維の束状構造である。これは、図５および図６において例示される。

実施例４：以下の表１は、リファイナー中での数回通過（それぞれの通過で２８０ｋＷｈ／ｔを使用した）前および後の実施例２の漂白軟材クラフトパルプの試料から製造されたシートの水残値（ＷＲＶ）［ＵｓｅｆｕｌＭｅｔｈｏｄＵＭ２５６（２０１１）］および物理的特性を示す。それぞれの試料を１．２％固体まで脱イオン水と混合し、次いで、１０分間、ブリティッシュ標準規格離解機（ＢｒｉｔｉｓｈＳｔａｎｄａｒｄＤｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）［ＴＡＰＰＩＴ−２０５＆Ｔ−２１８］で離解させた。シートはブリティッシュシート機械（ＢｒｉｔｉｓｈＳｈｅｅｔＭａｃｈｉｎｅ）（Ｔ２０５ｏｍ−８８）上で製造した。濃度がＰ１からＰ３まで通過回数とともに増加すると、前分散パルプのろ水度の緩やかな減少およびＷＲＶの緩やかな増加の類似の傾向があった。次いで、濃度がさらに増加すると、Ｐ４からＰ５およびＰ６まで、ろ水度が増加し始め、そしてＷＲＶは減少し始めた。他の特性の全て、引張強度、嵩および空隙率は、ろ水度および水残値の変化と十分関連する傾向がある。これは、最小比エネルギーレベルおよび広い開放間隙において高濃度精製技術を最適化することによって、効率的な様式で、繊維の長さを有意に変化させることなく、外部フィブリル化形態の前分散半乾燥繊維を製造することが可能になり、したがって、嵩を有意に損なうことなく、高い引張強度および引張エネルギー吸収を有するシートが達成されることを意味する。

実施例８：図１５の写真は、（Ａ）精製パルプＨＣＲ１の前精製高濃度軟材クラフトパルプ（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）および（Ｂ）空気乾燥させた後の試料を示す。この実施例は、リファイナー中でのいずれの前分散も行わない単純な空気乾燥による水分蒸発において、パルプは高密度固体塊状材料に変化し（Ｂ）、そこで繊維は崩壊し、そして互いに自己粘着して、したがって、標準離解機を使用して水中に離解することが非常に困難であることを明らかに実証する。しかしながら、それらは、それらを熱水に含浸させることによって、および／またはアルカリ性までｐＨを増加させることによって、および高せん断混合機または低濃度から中間濃度リファイナーを使用することによって離解が可能であるが、パルプスラリーはなお絡み合い繊維を含有し得る。非乾燥試料（Ａ）は、標準ブリティッシュ（Ｂｒｉｔｉｓｈ）実験室離解機（Ｔ２０５ｓｐ−９５）を使用して水中に離解可能であるが、パルプスラリーはなお絡み合い繊維を含有するであろう。高せん断混合機または低濃度リファイナーを使用することなどの、いくつかの追加エネルギーは、したがって、大結節のいくつかを分解し、そして意図された用途における完全性能を達成するために必要である。

実施例９：ＢＳＷＫパルプは、（Ａ）１，８４４ｋＷｈ／ｔ、（Ｂ）５，５２２ｋＷｈ／ｔおよび（Ｃ）１１，０５６ｋＷｈ／ｔの全エネルギーレベルまでＨＣＲ複数回通過において精製された。アウトプット試料の同等固体含有量は、２９％、３０％および２７％であった。３つの試料のそれぞれをいくつかの４８ｇ試料に分割し、そして室温（ＲＴ）で最大４日の異なる老化期間で密閉プラスチックバッグ中に貯蔵した。老化試料の固体含有量は、密閉ビニールバッグ中に新しい試料を入れるため、一定に維持された。所望の老化期間後、試料を標準ブリティッシュ（Ｂｒｉｔｉｓｈ）離解機において離解させた（１．２％Ｃｓ、１０分）。離解されたパルプを使用して、同一条件下でハンドシートを製造した。図１６は、それらの貯蔵期間の水分蒸発を避けるために車両が取られたにもかかわらず、試料が経時的に老化すると、シートの引張強度が、ほぼ直線的に減少したことを示す。４日間の老化後の引張の損失は、精製エネルギーレベルとはほぼ無関係に、２５〜３０％の範囲であった。リファイナーからのそれらのアウトプットの直後（１５分未満の期間）の他の試料も標準ブリティッシュ（Ｂｒｉｔｉｓｈ）離解機において離解させた（１．２％Ｃｓ、１０分）。試料を２部に分割し、１つはハンドシートを製造するためにすぐに使用され、そして他は、２０％固体まで濃厚化し、次いで、密閉プラスチックバッグ中で５８日間老化させた。この期間の後、パルプを再び離解させ（１．２％Ｃｓ、１０分）、そしてハンドシートを製造するために使用した。急速離解試料および濃厚化され、かつ老化されたそれらの離解試料の引張強度は、実際には同一値を有した。したがって、高濃度、高エネルギー精製クラフトパルプの即時離解は、離解されたパルプが低濃度で維持されるか、いずれかの濃度まで濃厚化されるか、またはシートに製造される限り、老化の悪影響を排除することができる。この現象は、高濃度精製サーモメカニカルＴＭＰを製造する場合に実施される周知の潜伏除去に類似している。精製ＴＭＰの迅速希釈および潜伏チェストにおける混合は、紙の強度を上げるために繊維を直線化するためにすでに必要とされている。これらの結果は、いずれかのエネルギーレベルまで精製された高濃度軟材クラフトパルプが、老化された場合、その強化可能性の有意な値を損失するであろうことを示唆する。この強化値は、低濃度リファイナーなどにおいて、一定期間で高せん断下でのさらなる分散によって回復させることができる。

実施例９：本実施例は実施例８の継続である。ＲＴにおいて密閉プラスチックバッグ中でＨＣＲ試料の１４日間老化後（Ａ１，８４４ｋＷｈ／ｔ、Ｂ５，５２２ｋＷｈ／ｔおよびＣ１１，０５６ｋＷｈ／ｔ）、それらの初期濃度（２９％、３０％、２７％）の変化が生じずに、それらをそれぞれ５０％および９０％固体含有量まで空気乾燥させた。空気乾燥させた試料を、次いで、標準ブリティッシュ（Ｂｒｉｔｉｓｈ）離解機において離解させ（１．２％Ｃｓ、１０分）、そして試験のためにハンドシートを製造した。空気乾燥試料の影響は、パルプおよびシート特性の実質的な変化をもたらした。非常に固体材料へと変化したパルプ繊維は、標準離解条件下で水中に十分に分散させることが非常に困難であり、その結果として、シートはより弱く、かつ嵩高くなった（表５）。離解させた空気乾燥試料のスラリーは、特に高エネルギー精製試料ＢおよびＣに関して、多数の絡み合い繊維凝集体を有する。３つのエネルギーレベル試料の引張強度の変化を図１７に例示する。湿分損失のない１４日間の試料の老化によって引張強度の減少が引き起こされたが、５０％および９０％濃度までそれらを空気乾燥した場合、引張強度における喪失はより深刻であった。損失はより高等なエネルギー洗練された試料Ｃのためにいっそう劇的であった。例えば、空気乾燥がＡの試料を取る、Ｂと９０％の固体へのＣが１５分のパルプ老化のみの後に３４％、４７％と（彼・それ）らの最初の引張接着強さと対照をなすことは測定した７２％（彼・それ）らの引張強度に減少を引き起こした。次の例で見せられるように、この悪影響は、大いに精製されたパルプを乾かすことについて、乾燥したパルプのあるいはそれが選択された化学薬品支援を使うのを妨げることによってのせん断混合が（彼・それ）らの乾燥の前に最初のパルプに導入したずぶ濡れの、そして高い熱い水を混ぜることによって、解決されることができる。

実施例１０：図１８の写真は、それが３２％の濃度でパイロット規模リファイナーから放出される場合、および本明細書に記載の方法の特定の条件下で同一リファイナー３回通過においてそれを前分散させた後、および前分散試料の空気乾燥後の高エネルギー精製軟材クラフトＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）を示す。写真Ａは、最初の放出湿潤試料に相当し、写真Ｂは、ディスクリファイナー中で前分散された半乾燥試料を表し、そして写真Ｃは、写真Ｂの前分散試料の空気乾燥後のものである。この実施例は、リファイナー中での前分散の間の水分蒸発において、高エネルギーパルプは半乾燥材料に変化し、そこで繊維はほぼ脱絡み合いし、そして互いに分離することを明らかに実証する。

実施例１１：図１９の光学顕微鏡法イメージは、それがパイロット規模ディスクリファイナーから放出される場合、および本方法の特定の条件下で同一リファイナーで異なる回数通過においてそれを前分散させた後の高エネルギー精製パルプＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）に相当する。イメージの撮影前に、試料（Ｐ０〜Ｐ５）を１．２％濃度まで脱イオン水と最初に混合し、次いで、１０分間、ブリティッシュ標準規格離解機（ＢｒｉｔｉｓｈＳｔａｎｄａｒｄＤｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）［ＴＡＰＰＩＴ−２０５＆Ｔ−２１８］で離解させた。試料を０．０５％濃度までさらに希釈し、そしてガラスプレート上で乾燥させた後、顕微鏡イメージを撮影した。イメージＰ０は、いずれの前分散の前の最初の湿潤高エネルギー試料に相当し、イメージＰ１〜Ｐ５は、前分散通過１〜５の数に相当する。この実施例は、前分散の間の水分蒸発において、通過回数が１から４まで増加すると、水中でのパルプ離解は改善するが、Ｐ４の後、イメージＰ５から見られるように、離解試料はいくらかの繊維状ネットワークを示し始めることを明らかに実証する。

実施例１２：図２０の光学顕微鏡法イメージは、それがパイロット規模ディスクリファイナーから放出され、次いで水離解される場合の高エネルギーパルプ試料ＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）、およびリファイナー中での６回通過前分散と、それに次ぐ水離解の後の半乾燥試料に相当する。イメージＡおよびＢが、それぞれ、いずれの前分散の前およびリファイナー中での６回通過前分散後の初期試料に相当するのに対して、Ｃは、Ｗａｒｉｎｇブレンダー（ＷａｒｉｎｇＰｒｏＭＸ１０００Ｒ，１２０ＶＡＣ１３ａｍｐモーター，最大無負荷速度３０，０００ｒｐｍまで）中で５分間のさらなる水離解後のＰ６に相当する。離解されたＢ（Ｐ６）試料は、繊維性要素のネットワークを示す。しかしながら、（Ｗａｒｉｎｇブレンダー中で５分間混合することによって）Ｂ（Ｐ６）試料を離解させるための追加のせん断を適用することによって、ネットワーク繊維性要素は分離し、そしてイメージＣに見られるように直線化した。図２１は、標準Ｂａｅｕｒ−ＭｃＮｅｔｔ法（Ｔ２３３ｃｍ８２）によって決定される試料Ａ、ＢおよびＣの異なる繊維径フラクションの重量パーセントを示す。この方法は、ここで、リファイナー中での前分散の前および後に加工された試料を比較する効率的な方法として使用される。６回通過前分散後、濃度は有意に増加するため、そしていくらかのセルロース角化およびネットワーク繊維要素の形成のため、微細物フラクションの量は低下し、そして通常、個別化長繊維または繊維凝集体に相当する大きいフラクションが増加した。しかしながら、水離解間にいくらかの追加的せん断を適用すると、これらのネットワーク繊維要素は消滅し、そして図２１で見ることができるように、微細物の量は増加した。この微細物フラクションは、リファイナー中での数回の前分散通過の間のいくらかのフィブリル化および放出された微細物のため、Ｐ０試料のものよりもわずかに高い。これは、熱水中に材料を含浸させ、次いで、低濃度リファイナーにおけるようないくらかのせん断を適用することによって、前分散された角化繊維は離解可能であることを意味する。

実施例１５：化学助剤によって処理された高エネルギー精製パルプＨＣＲ１（８，２２１ｋＷｈ／ｔ）の乾燥が繊維の径分布に及ぼす影響を調査した。結果を図２３に示す。試料には、Ｐ０湿潤、Ｐ０−実験室前分散および空気乾燥、Ｐ０−実験室前分散およびオーブン乾燥、Ｐ０−２０％炭酸プロピレン、次いで２０％グリセリンによる処理、次いで、実験室前分散および空気乾燥が含まれる。全ての試料を１．２％固体まで脱イオン水と最初に混合し、次いで、３０，０００回転でブリティッシュ標準規格離解機（ＢｒｉｔｉｓｈＳｔａｎｄａｒｄＤｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）［ＴＡＰＰＩＴ−２０５＆Ｔ−２１８］で離解させた。Ｂａｅｕｒ−ＭｃＮｅｔｔ結果は、Ｐ０の空気乾燥またはオーブン乾燥後、微細物フラクションＰ２００は減少し、そして通常それより長い繊維に相当するフラクション留分（Ｐ１４およびＲ１４／Ｐ２４）は増加したことを明らかに示す。しかしながら、同一湿潤Ｐ０試料を２０％炭酸プロピレンＰＣまたは２０％グリセリンで最初に処理した場合、繊維フラクションは、対照非乾燥Ｐ０試料といくらか類似していた。加えて、化学薬品処理は、図２３のイメージにおいて見られるように、対照湿潤Ｐ０試料中に存在したより微細なフィブリル要素の放出を補助することがわかった。

実施例１９：本方法の要素は、高濃度、高エネルギー精製ＢＳＷＫ繊維の良好な水分散を達成する。この実施例において、リファイナーのアウトプット塊状高度精製パルプ（１３，５４１ｋＷｈ／ｔ）を種々のアニオン性ポリマー、樹脂または界面活性剤、すなわち、カルボキシメチルセルロース、ラテックス、界面活性剤、エチルアクリル酸（ＥＡＡ）、でんぷん、アルギネートと混合し、次いで水中で離解させた。図２５の結果は、対照試料（Ａ）、ならびにアニオン性ラテックス（ＢＡＳＦからのＡｃｒｏｎａｌ（商標）５０４ｓ）（Ｂ）およびカルボキシメチルセルロース（Ｃ）で処理された試料の顕微鏡法イメージを示す。全て同一条件下で離解された。処理された試料（Ｂ）および（Ｃ）は、絡み合いが残らない非常に高度に分散した繊維を製造したのに対して、未処理試料は、その繊維がなお凝集し、かつ絡み合いを含有する。これは、追加的混合エネルギーが、処理された半乾燥前分散繊維を効率的に離解させるために必要とされないことを意味する。十分に水分散した処理された繊維は、はるかにより高い強度特性を有する均一シートを製造した。

Claims

パルプを前分散パルプ繊維性材料に変換する方法であって、
２０〜９７重量％の固体含有量の高濃度のパルプを提供すること；
処理化学薬品を提供すること；および
１回通過あたり５０〜４００ｋＷｈ／ｔの比エネルギーにおいて、少なくとも１つのディスクリファイナーを含む多段階リファイナーシステム中で前記パルプおよび前記処理化学薬品を分散させること
を含み、
前記少なくとも１つのディスクリファイナーが、０．５〜３．５ｍｍの間隙を画定するディスクリファイナープレートクリアランスを有し、
前記前分散パルプ繊維性材料が、３０〜９９重量％の固体含有量の製品濃度を有する、方法。
前記前分散パルプ繊維性材料が、７０〜１００％の個別化繊維であり、かつ繊維表面フィブリル化を含む、請求項１に記載の方法。
前記リファイナー中で前記パルプを分散する間に、前記比エネルギーによって水が蒸発し、水の少なくともいくらかが前記処理化学薬品と置き換えられるため、濃度が増加する、請求項１または２に記載の方法。
前記多段階リファイナーシステム後の比エネルギーの合計が、前記パルプに適用される前記リファイナーシステムでの１回通過あたりの前記比エネルギーの合計であり、かつ５０〜２０００ｋＷｈ／ｔである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記比エネルギーが、１回通過あたり５０〜１００ｋＷｈ／ｔ未満であり、かつ前記間隙が、２．５ｍｍより大きく、３．５ｍｍまでである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記パルプが、未精製または精製クラフトパルプ、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミ−サーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、セルロースフィラメント、その混合物、または非木材植物繊維および合成繊維との混合物である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記パルプが、０．１〜１０ｍｍの長さ、０．０２〜４０ミクロンの直径および５〜２０００の相当平均アスペクト比を有する繊維を含む、請求項６に記載の方法。
前記方法が連続プロセス、半連続プロセス、又はバッチプロセスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記処理化学薬品が、単独で、または水と混合されて、前記精製システム中の前記パルプに導入される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
前記処理化学薬品が、可塑剤、潤滑剤、界面活性剤、固定剤、アルカリおよび酸、セルロース反応性機能性化学薬品、セルロース架橋化学薬品、疎水性試薬、疎水性物質、有機および無機（鉱物）粒子、発泡または充てん剤、耐油性試薬、吸収性微粒子、染料、防腐剤、漂白剤、燃焼抑制剤、天然ポリマー、合成ポリマー、ラテックス、熱硬化性樹脂、リグニンおよびその組合せからなる群から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
前記多段階リファイナーシステムが、３つのディスクリファイナーを含み、かつ前記リファイナー処理化学薬品が、前記３つのディスクリファイナーのそれぞれの上流に添加される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
前記３つのディスクリファイナーのそれぞれの上流に添加された前記処理化学薬品が、同一であるか、または異なる処理化学薬品である、請求項１１に記載の方法。
前記可塑剤が、ポリヒドロキシ化合物からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
前記処理化学薬品がフタラート、シトレート、セバケート、アジパート、ホスフェートおよびその組合せからなる群から選択される鉱油および潤滑油をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
前記界面活性剤が、Ｔｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ１００（イソ−オクチルフェノキシポリエトキシエタノール）、ナトリウムドデシル（エステル）スルフェート、テトラデシルホスホン酸のジメチルエーテル、ポリエトキシル化オクチルフェノール、グリセロールジエステル（ジグリセリド）、直鎖アルキルベンゼンスルホネート、リグニンスルホンエステル、脂肪アルコールエトキシレートおよびアルキルフェノールエトキシレートならびにその組合せである、請求項１０に記載の方法。
前記処理化学薬品が、単独で、または他の化学薬品と組み合わせて使用される、アルキレンカーボネートからなる群から選択される二極性非プロトン性液体である、請求項１０に記載の方法。
前記他の化学薬品が、トリアセチン、１，４−シクロヘキサンジメタノールおよびジメチロールエチレン尿素の少なくとも１種である、請求項１６に記載の方法。
前記アルキレンカーボネートが、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸グリセロールおよびその組合せからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
前記処理化学薬品が、水溶性親水性直鎖または分枝ポリマーである、請求項１０に記載の方法。
前記処理化学薬品が、サイズ化学薬品溶液または乳濁液、脱結合化学薬品および軟化化学薬品の少なくとも１種である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。