JP6782639B2 - 改質された繊維、方法、およびシステム - Google Patents
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Description
[0070]以下の実施例は、代表的な非限定的な実施態様、ならびに上記で論じられた方法および概念に従った架橋されたセルロース製品を形成する方法を要約するが、実際には例示的なものである。試薬の量、時間、条件、および他のプロセス条件は、以下の実施例で開示された具体的な代表的手順では、本発明の開示の範囲から逸脱せずに開示されたものから変更される場合がある。
[0072]サザンパイン繊維(CF416、ウェアーハウザーNR社)を実験室用パルパーで1000g(OD)のバッチでスラッシングし、次いで実験室用遠心分離機で脱水した。脱水した繊維を、実験室用ピンミルを使用してより小さい繊維束に分解した。繊維の固形分を測定し、次いで、コンベヤーを介して試験に望ましい量の繊維をホッパーにフィードした。ホッパー底部のスクリューにより、従来の精製プレート(C2976)を垂直の配置で備え、あらゆる繊維の切断が最小化されるようにギャップを設定した(一般的に0.050インチ〜0.300インチ)実験室用スプラウト型リファイナーに繊維をフィードした。20%の固形分での架橋化学物質(ポリアクリル酸(「PAA」)ポリマー)を、繊維がリファイナーに入る直前に、スクリューの端部に配置された化学物質のポートを介して適用した。繊維を固定速度で送った。化学物質のポンプ速度を変えて、必要な化学物質の添加レベルを達成した。処理された繊維はリファイナーを出てプラスチックビーカーに送られた。フルイドエネルギー4”サーマルジェット(Fluid Energy 4”ThermaJet、商標)ジェットドライヤー中で、356°F(180℃)の目的とする入口温度で繊維を乾燥させた。乾燥させた繊維を室温で平衡化し、その後、370°F(187.8℃)で5分間硬化した。
[0075]架橋剤として18%ポリカルボン酸(クエン酸)溶液を使用して、実施例1のプロセスに従った。繊維の平均固形分は43.3%であった。硬化条件は、340°F(171.1℃)で5分間であった。代表的なサンプルのAFAQキャパシティの結果を、表2に記載の未処理対照(サンプルCC−クエン酸は、クエン酸架橋剤を使用した市販の対照を表す)と共に同じクエン酸架橋剤を使用した市販の対照(CMC520、ウェアーハウザーNR社より入手可能)と比較する。ここでも本発明の開示の高固体方法に従って調製されたサンプル2のAFAQキャパシティは、意外なことに市販の対照と比較してより大きい。
[0077]繊維の投入される固形分を一定に保ちながらポリアクリル酸架橋剤の投入される固形分の範囲16.8〜40%全体にわたり実施例1のプロセスを行った。各サンプルにつき、数々のレベルの架橋剤を適用した。性能を評価するために、2つのキャパシティ方法(最大取り込みまたは「MUP」、およびAFAQキャパシティ)間の関係を比較した。全てのサンプルにつき、最初の溶液強度または架橋剤に関係なく同じ関係が適用されることが観察された。
[0080]サザンパイン繊維(CF416、ウェアーハウザーNR社)を実験室用パルパーで1000g(OD)のバッチでスラッシングし、次いで実験室用遠心分離機で脱水した。脱水した繊維を、実験室用ピンミルを使用してより小さい繊維束に分解した。繊維の固形分は、43.8%であると測定された。この繊維をコンベヤーを介してホッパーにフィードした。ホッパー底部のスクリューにより、「デビルトゥース」混合プレート(C2975A)を備え、あらゆる繊維の切断が最小化されるようにギャップを設定した実験室用スプラウト型リファイナーに繊維をフィードした。20%の固形分でのPAA架橋化学物質を、繊維がリファイナーに入る直前に、スクリューの端部に配置された化学物質のポートを介して適用した。化学物質を固定速度で送った。コンベヤー速度を変えて目的とする繊維フィード速度を達成して、必要な化学物質の投入量を供給した。処理された繊維はリファイナーを出てプラスチックバケツに送られた。フルイドエネルギープロセシング&イクイップメント社(Fluid Energy Processing & Equipment Company)の4”サーマルジェット(商標)ドライヤー中で、356°F(180℃)の目的とする入口温度で繊維を乾燥させた。乾燥させた繊維を室温で平衡化し、その後、370°F(187.8℃)で5分間硬化した。
[0083]実施例1のプロセスに従ったプロセスを使用したパイロット規模の試験を行った。サザンパイン繊維(CF416、ウェアーハウザーNR社)をパイロットパルパー(ブラッククローソン(Black Clawson)の容量300ガロン)中でスラッシングし、次いで脱水のために市販のスクリュープレス(プレステクノロジーアンドマニュファクチュアリング社(Press Technology and Manufacturing Inc)、モデル08L200)にフィードした。スクリュープレスからの繊維塊を回転式ピンミルによって粉砕した。繊維の固形分は、41.6%であると測定された。繊維を、6インチのスクリューを有する容量式フィーダーに入れた。計量された繊維をコンベヤーに落とし、コンベヤーから、あらゆる繊維の切断が最小化されるようにギャップを設定した水平の配置のC2975Aミキサープレートを使用して高濃度(「HC」)ミキサーの入口(アンドリッツ(Andritz)製造)に繊維が投入された。架橋化学物質(22.3%PAA溶液)を注入ポートを介してミキサーの入口にポンプ注入した。必要な化学物質の添加レベルがもたらされるように化学物質のフィード速度を調整した。処理された繊維は市販のミキサーを出てドラムに送られ、次いでフルイドエネルギープロセシング&イクイップメント社の4”サーマルジェット(商標)ドライヤー中で乾燥させた。乾燥させた繊維を室温で平衡化し、その後、380°F(193.3℃)で8分間硬化した。パイロット規模の検査の性能は、表4に示したように、同じ目的とする化学物質の投入量および硬化条件での実験室レベルの結果と同等であった。
[0085]20%PAAを使用して、架橋化学物質の添加レベルの範囲全体にわたり実施例1のプロセスを行った。図3で示されたように、約2〜14%の範囲にわたるこのような繊維のAFAQキャパシティが、類似の条件(試薬の量、時間など)下における商業的な方法に従って生産された架橋されたセルロース繊維全体で改善されたことが見出された。実施例1に従って調製されたサンプルは、「新しいプロセス」のデータポイントと表示され、それに対して商業的な方法によって調製されたサンプルは、「現行プロセス」のデータポイントと表示される。
[0088]ウェアーハウザーから得られたまだ乾燥させていないダグラスファーの湿潤ラップをスラッシングし、脱水し、加工し、20%でPAAと混合して、実施例6のプロセスに従って乾燥および硬化した。従来のプロセスは1回乾燥させたパルプシートを使用するため、従来のプロセスに従ったサンプルは、湿潤ラップ(これは、乾燥履歴のないパルプである)を用いて調製されなかった。結果(表5に示される代表的なサンプル)は、湿潤ラップから形成された架橋された繊維の好都合なAFAQキャパシティを示した。
[0090]ユーカリパルプ(漂白ユーカリクラフトパルプ、フィブリアベラセル工場(Fibria Veracel mill)、ブラジルより入手可能)を実施例4のプロセスに従って加工した。表6に、代表的なサンプル(サンプル7−EUCはユーカリを表し、サンプルUC−EUCは未処理ユーカリを表す)を示す。比較のために、表6は、市販の対照(CMC530、サンプルCC−PAAと表示される)、およびCF416から調製され、サンプル7−EUCと同じCOPで同じ方法に従って架橋された実験対照(サンプルLC−PAAと表示される)に関するデータも包含する。
[1] 架橋されたセルロース製品の形成方法であって、架橋剤を、固形分を有し、含有される過剰の水が少量か皆無の未結合セルロース繊維の水性混合物と混合すること、ここで該架橋剤は、該固形分に基づき該未結合セルロース繊維の架橋の望ましいレベルを達成するのに好適な量で添加され;得られた混合物を固体85〜100%に乾燥させること;および、乾燥させた混合物を、該未結合セルロース繊維を架橋するのに有効な条件下で硬化すること;を含む、上記方法。
[2] 前記水性混合物が、約25〜55%の固形分を有する、[1]に記載の方法。
[3] 前記水性混合物が、約35〜55%の固形分を有する、[2]に記載の方法。
[4] 前記水性混合物が、約40〜50%の固形分を有する、[2]に記載の方法。
[5] 前記架橋剤が、周囲条件で前記未結合セルロース繊維の水性混合物と混合される、[1]に記載の方法。
[6] 前記架橋剤が、前記未結合セルロース繊維の架橋の望ましいレベルを達成するのに必要な量以下の量で添加される、[1]に記載の方法。
[7] 混合の前に、前記水性混合物を加工して、繊維の塊を低減することをさらに含む、[1]に記載の方法。
[8] 混合が、押出機、リファイナー、および高濃度ミキサーの1つまたはそれより多くで行われる、[1]に記載の方法。
[9] 混合が、前記水性混合物に対して10〜50%の固形分で前記架橋剤を添加することを包含する、[1]に記載の方法。
[10] 添加される架橋剤の量が、約2〜14%のパルプ上の化学物質の範囲に相当する、[1]に記載の方法。
[11] 混合の前に、前記水性混合物を形成することをさらに含む、[1]に記載の方法。
[12] 前記水性混合物を形成することが、湿潤ラップ、事前に乾燥させたセルロース系繊維、およびまだ乾燥させていないセルロース系繊維の1種またはそれより多くを、水と混合することを包含する、[11]に記載の方法。
[13] 前記水性混合物を形成することが、押出機、ハイドラパルパーおよび高濃度ミキサーの1つまたはそれより多くで行われる、[12]に記載の方法。
[14] 前記水性混合物を形成することが、前記セルロース繊維を、ベールまたはロールの形態で、水の存在下でハイドラパルパーに添加することを包含する、[12]に記載の方法。
[15] 前記水性混合物を形成することが、約25〜55%の固形分でセルロース繊維を水と混合することを包含する、[11]に記載の方法。
[16] 前記水性混合物を形成することが、約25%より低い固形分でセルロース繊維を水と混合すること、それに続いて約25〜55%の固形分を達成するために前記混合物を少なくとも部分的に脱水することを包含する、[11]に記載の方法。
[17] 前記架橋剤が、ポリアクリル酸およびポリカルボン酸の1種またはそれより多くを含む、[1]に記載の方法。
[18] 架橋されたセルロース製品の形成方法であって、約40〜50%の固形分を有する未結合セルロース繊維の水性混合物を形成すること;ポリアクリル酸架橋剤を、約2〜14%のパルプ上の化学物質のレベルを達成する量で該水性混合物と混合すること、ここで前記架橋剤は周囲条件で混合され;得られた混合物を固体85〜100%に乾燥させること;および、乾燥させた混合物を、該未結合セルロース繊維を架橋するのに有効な条件下で硬化すること;を含む、方法。
[19] 周囲条件で、約25〜55%の固形分を有する未結合セルロース繊維の水性混合物と架橋剤とから、架橋していない未結合セルロース繊維と架橋剤との実質的に同質の混合物を形成するように設計されている混合ユニット;該混合ユニットの下流にあり、該架橋剤を硬化させずに該実質的に同質の混合物を85〜100%の濃度に乾燥するように設計されている乾燥ユニット;および、該乾燥ユニットの下流にあり、該架橋剤を硬化することによって、乾燥され硬化された架橋されたセルロース繊維が形成されるように設計されている硬化ユニット;を含む、システム。
[20] 前記混合ユニットが、前記未結合セルロース繊維の水性混合物を形成するように設計されている第一のゾーン、および前記水性混合物と前記架橋剤の両方を受け取り、前記実質的に同質の混合物を形成するように設計されている第二のゾーンを包含する、[19]に記載のシステム。
[21] 前記第一および第二のゾーンが、2つの連続する押出機の領域である、請求項[20]に記載のシステム。
[22] 前記混合ユニットが、高濃度ミキサーを包含する、[19]に記載のシステム。
[23] 約2〜14%のパルプ上の化学物質のレベルおよび少なくとも12.0g/gのAFAQキャパシティを有する、繊維内架橋されたセルロースパルプ繊維。
[24] 前記セルロースパルプ繊維が、広葉樹セルロースパルプ繊維を包含する、[23]に記載の繊維。
[25] 前記セルロースパルプ繊維が、広葉樹セルロースパルプ繊維である、[24]に記載の繊維。
[26] 前記広葉樹セルロースパルプ繊維が、ユーカリパルプ繊維である、[24]に記載の繊維。
[27] 前記セルロースパルプ繊維が、ポリアクリル酸および/またはポリカルボン酸架橋剤で繊維内架橋されている、[23]に記載の繊維。
[28] 少なくとも16.0g/gのAFAQキャパシティを有する、[23]に記載の繊維。
20 混合ユニット
22 繊維
24 水
26 架橋剤
30 乾燥ユニット
40 硬化ユニット
50 後処理
Claims (20)
- 固形分が25〜55%であり、含有される過剰の水が少量か皆無の未結合セルロース繊維の水性混合物を、架橋剤と混合すること、ここで、該架橋剤は、該固形分に基づき該未結合セルロース繊維の架橋の望ましいレベルを達成するのに好適な量で、10〜50%の固形分にて添加され;
得られた混合物を固体85〜100%に乾燥させること;および
乾燥させた混合物を、該未結合セルロース繊維を架橋するのに有効な条件下で硬化すること;
を含む、架橋セルロース製品の形成方法。 - 前記水性混合物が、35〜55%の固形分を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記水性混合物が、40〜50%の固形分を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記架橋剤が、周囲条件で前記未結合セルロース繊維の水性混合物と混合される、請求項1に記載の方法。
- 前記架橋剤が、前記未結合セルロース繊維の架橋の望ましいレベルを達成するのに必要な量以下の量で添加される、請求項1に記載の方法。
- 混合の前に、前記水性混合物を加工して、繊維の塊を低減することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 混合が、押出機、リファイナーおよび高濃度ミキサーの1つまたはそれより多くで行われる、請求項1に記載の方法。
- 添加される架橋剤の量が、パルプ上の化学物質が2〜14%である範囲に相当する、請求項1に記載の方法。
- 混合の前に、前記水性混合物を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記水性混合物を形成することが、湿潤ラップ、事前に乾燥させたセルロース系繊維、および、まだ乾燥させていないセルロース系繊維の1種またはそれより多くを、水と混合することを包含する、請求項9に記載の方法。
- 前記水性混合物を形成することが、押出機、ハイドラパルパーおよび高濃度ミキサーの1つまたはそれより多くで行われる、請求項10に記載の方法。
- 前記水性混合物を形成することが、前記セルロース繊維を、ベールまたはロールの形態で、水の存在下でハイドラパルパーに添加することを包含する、請求項10に記載の方法。
- 前記水性混合物を形成することが、25〜55%の固形分でセルロース繊維を水と混合することを包含する、請求項9に記載の方法。
- 前記水性混合物を形成することが、25%より低い固形分でセルロース繊維を水と混合すること、それに続いて、25〜55%の固形分を達成するために前記混合物を少なくとも部分的に脱水することを包含する、請求項9に記載の方法。
- 前記架橋剤が、ポリアクリル酸およびポリカルボン酸の1種またはそれより多くを含む、請求項1に記載の方法。
- 固形分が40〜50%である、未結合セルロース繊維の水性混合物を形成すること;
ポリアクリル酸架橋剤を、パルプ上の化学物質のレベルが2〜14%となるような量で該水性混合物と混合すること、ここで前記架橋剤は周囲条件で混合され;
得られた混合物を、固体85〜100%に乾燥させること;および
乾燥させた混合物を、該未結合セルロース繊維を架橋するのに有効な条件下で硬化すること;
を含む、架橋セルロース製品の形成方法。 - 混合ユニットと、混合ユニットの下流にある乾燥ユニットと、乾燥ユニットの下流にある硬化ユニットと、を含むシステムであって、
混合ユニットは、25〜55%の固形分を有する未結合セルロース繊維の水性混合物と架橋剤とから、周囲条件で、架橋していない未結合セルロース繊維と架橋剤との混合物であって実質的に同質の混合物を形成するように設計されており、
乾燥ユニットは、架橋剤を硬化させずに、該実質的に同質の混合物を85〜100%の濃度に乾燥するように設計されており、
硬化ユニットは、架橋剤を硬化することによって、乾燥され硬化された架橋されたセルロース繊維が形成されるように設計されている、上記システム。 - 前記混合ユニットが、第1のゾーンと第2のゾーンを含んでなり、第1のゾーンが、未結合セルロース繊維の水性混合物を形成するように設計されており、第2のゾーンが、前記水性混合物と前記架橋剤の両方を受け取り、前記実質的に同質の混合物を形成するように設計されている、請求項17に記載のシステム。
- 前記第1および第2のゾーンが、2つの連続する押出機の領域である、請求項18に記載のシステム。
- 前記混合ユニットが、高濃度ミキサーを包含する、請求項17に記載のシステム。
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