RU2796345C2 - 3d-printed sheet material - Google Patents
3d-printed sheet material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796345C2 RU2796345C2 RU2019132138A RU2019132138A RU2796345C2 RU 2796345 C2 RU2796345 C2 RU 2796345C2 RU 2019132138 A RU2019132138 A RU 2019132138A RU 2019132138 A RU2019132138 A RU 2019132138A RU 2796345 C2 RU2796345 C2 RU 2796345C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- sheet material
- calcium carbonate
- article
- molded article
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к 3D-формуемому листовому материалу, способу изготовления 3D-формуемого изделия, применению целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя для изготовления 3D-формуемого листового материала и для повышения растяжимости 3D-формуемого листового материала, применению 3D-формуемого листового материала в способах 3D-формования, а также 3D-сформованному изделию, содержащему, соответственно, 3D-формуемый листовой материал.The present invention relates to a 3D moldable sheet material, a method for making a 3D moldable article, the use of a cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material to make a 3D moldable sheet material and to increase the extensibility of a 3D moldable sheet material, the use of 3D-formable sheet material in 3D-forming methods, as well as a 3D-formed product containing, respectively, 3D-formable sheet material.
3D-Формуемые материалы используются в широком разнообразии применений, таких как упаковочный контейнер, например, упаковка для лекарственного средства и косметики или упаковка для пищевого продукта, контейнер для пищевого продукта, например, конфетницы (бонбоньерки), блистерная упаковка, лоток для пищевых продуктов и тому подобное. Бумагоподобные материалы, то есть, материалы, содержащие целлюлозный материал, становятся все более привлекательными для таких применений благодаря их различным преимуществам, таким как способность к рециклингу (пригодность к переработке для вторичного использования), способность к биоразложению и возобновляемость. Такие материалы описаны в ряде документов. Например, JP 2003-293282 A относится к бумажному субстрату, который может формоваться при температуре переработки <60°C без необходимости предварительного нагревания во время формования сжатым воздухом или вакуумного формования, с легким осуществлением обработки по удалению отходов или рециклинга и утилизации, и имеет экологически превосходные свойства. Согласно действующим образцам для изготовления бумажного субстрата в целлюлозную массу добавляют полиакриламидную систему. JP 2006-082384 A относится к формуемой бумаге, которая используется в качестве субстрата, и чернила-принимающему слою, который размещается на формуемой бумаге. Чернила-принимающий слой, нанесенный на формуемую бумагу, содержит связующий агент для предотвращения растрескивания. Особенно предпочтительные связующие агенты описаны как представляющие собой полиуретановый сополимер, акриловый сополимер, этилен-винилацетатный сополимер и каучуковый сополимер. CN 104015450 A относится к бумажному материалу, включающему один или более слоев, где бумажный материал может быть растянут, по меньшей мере, на 5% в машинном направлении (направлении обработки) (MD) и может быть растянут, по меньшей мере, на 5% в поперечном направлении (CD). Бумажный материал предпочтительно представляет собой слоистый материал, где бумажные материалы связаны друг с другом посредством использования связующего, такого как адгезивный слой на водной основе, например, клей на водной основе, или PE. Слой на основе PE или EVOH также может быть использован в качестве барьерного слоя для влаги или газа. CN 104015987 A относится к вкладышу, выполненному из куска древесины, предназначенной для получения растягивающейся бумаги. Вкладыш используется для упаковки и имеет трехмерную форму и выполняется из куска древесины. Бумажный материал представляет собой предпочтительно слоистый материал, где бумажные материалы связаны друг с другом посредством использования связующего, такого как адгезивный слой на водной основе или полиэтилен (PE). Слой PE также используют в качестве барьерного слоя для газа. US 3372084 относится к пост-формуемой абсорбентной бумаге, выполненной с возможность использования в изготовлении пост-формуемых пластиковых слоистых материалов, содержащей в комбинации: a) волоконную часть, содержащую от 35 до 100% тонких волокон, выбранных из растительных волокон и синтетических органических волокон, где упомянутые тонкие волокна характеризуются наличием удельного объема от 75 до 175 кубических микрометров на единицу длины и средней длиной более 2 мм, b) остаток упомянутой волоконной части, выбираемый из древесной целлюлозной массы для изготовления бумаги, c) от 0,5 до 30%, в расчете на общую массу упомянутой волоконной части, кислотного акцептора, выбранного из оксида цинка, карбоната кальция и силиката кальция, где упомянутая бумага является по сути нейтральной, что оценивают измерением значения pH ее водного экстракта, которое находится в диапазоне от 6,8 до 7,6, при этом щелочное число водного экстракта находится в диапазоне от 0,5 до 3,0. Вместе с тем способы для формования 3D-сформованных изделий хорошо известны в данной области, например, из WO 2015/063643 A1, AU 54281/86 B, GB 2092941 A, US 7681733 B2, US 4637811 A, WO 99/53810 A1, WO 2009/020805 A1, DE 10 2012 201 882 A1, US 1 567 162 и EP 2 829 392 A1.3D moldable materials are used in a wide variety of applications, such as packaging container, such as drug and cosmetic packaging or food packaging, food product container, such as candy boxes (bonbonnieres), blister packaging, food tray, etc. similar. Paper-like materials, that is, materials containing cellulosic material, are becoming increasingly attractive for such applications due to their various advantages such as recyclability (recyclability), biodegradability and renewability. Such materials are described in a number of documents. For example, JP 2003-293282 A refers to a paper substrate that can be molded at a processing temperature of <60°C without the need for preheating during compressed air molding or vacuum molding, with easy waste treatment or recycling and disposal, and has an environmentally friendly excellent properties. According to current samples for the manufacture of paper substrate, a polyacrylamide system is added to the pulp mass. JP 2006-082384 A relates to a moldable paper that is used as a substrate and an ink-receiving layer that is placed on the moldable paper. The ink-receiving layer applied to the formed paper contains a binding agent to prevent cracking. Particularly preferred binders are described as being a polyurethane copolymer, an acrylic copolymer, an ethylene-vinyl acetate copolymer, and a rubber copolymer. CN 104015450 A refers to a paper material comprising one or more layers, where the paper material can be stretched by at least 5% in the machine direction (machine direction) (MD) and can be stretched by at least 5% in the transverse direction (CD). The paper material is preferably a laminate where the paper materials are bonded to each other through the use of a binder, such as a water-based adhesive layer, such as a water-based adhesive, or PE. A PE or EVOH based layer can also be used as a moisture or gas barrier layer. CN 104015987 A relates to an insert made from a piece of wood designed to produce stretch paper. The liner is used for packaging and has a three-dimensional shape and is made from a piece of wood. The paper material is preferably a laminate where the paper materials are bonded to each other through the use of a binder such as a water-based adhesive layer or polyethylene (PE). The PE layer is also used as a gas barrier layer. US 3,372,084 relates to a post-formable absorbent paper capable of being used in the manufacture of post-formable plastic laminates, comprising in combination: a) a fiber portion containing from 35 to 100% fine fibers selected from plant fibers and synthetic organic fibers, where said fine fibers are characterized by having a specific volume of 75 to 175 cubic micrometers per unit length and an average length of more than 2 mm, b) the remainder of said fiber portion selected from wood pulp for papermaking, c) from 0.5 to 30%, based on the total weight of said fiber portion, an acid acceptor selected from zinc oxide, calcium carbonate and calcium silicate, where said paper is essentially neutral, which is assessed by measuring the pH value of its aqueous extract, which is in the range from 6.8 to 7 .6, while the base number of the aqueous extract is in the range from 0.5 to 3.0. However, methods for forming 3D-shaped products are well known in the art, for example from WO 2015/063643 A1, AU 54281/86 B, GB 2092941 A, US 7681733 B2, US 4637811 A, WO 99/53810 A1, WO 2009/020805 A1, DE 10 2012 201 882 A1, US 1 567 162 and EP 2 829 392 A1.
Однако плохая 3D-формуемость листовых материалов является ограничивающим фактором для изготовления 3D-формованных изделий. Такая плохая 3D-формуемость обычно возникает в результате ограниченной прочности листового материала и плохой растяжимости, а также возможного разделения наполнителей и целлюлозного материала.However, poor 3D formability of sheet materials is a limiting factor for making 3D molded products. This poor 3D formability typically results from limited sheet strength and poor extensibility, as well as possible separation of fillers and cellulosic material.
Таким образом, в данной области существует постоянная потребность в 3D-формуемом листовом материале, который обеспечивает хорошую 3D-формуемость. В частности, существует потребность в 3D-формуемом листовом материале, имеющем достаточную прочность и улучшенную растяжимость, а также имеющем массу, которая однородно распределена, и, в результате чего, его расслоение затруднено.Thus, there is a continuing need in the art for a 3D formable sheet material that provides good 3D formability. In particular, there is a need for a 3D-formable sheet material having sufficient strength and improved extensibility, as well as having a mass that is uniformly distributed and, as a result, its delamination is difficult.
В соответствии с вышеизложенным, целью настоящего изобретения является обеспечение 3D-формуемого листового материала, который обеспечивает хорошую 3D-формуемость для 3D-сформованных изделий. Дополнительной целью является обеспечение 3D-формуемого листового материала, имеющего достаточную прочность, то есть, где прочность поддерживается или улучшается. Другой целью является обеспечение 3D-формуемого листового материала, имеющего растяжимость, которая поддерживается или улучшается. Еще одной дополнительной целью является обеспечение 3D-формуемого листового материала, в котором масса равномерно распределена по всему листовому материалу, и разделение компонентов, особенно наполнителя и целлюлозного материала, осложнено.In accordance with the foregoing, it is an object of the present invention to provide a 3D moldable sheet material that provides good 3D moldability for 3D molded articles. An additional object is to provide a 3D-formable sheet material having sufficient strength, ie where strength is maintained or improved. Another goal is to provide a 3D formable sheet material having extensibility that is maintained or improved. Yet another additional object is to provide a 3D moldable sheet material in which the mass is evenly distributed throughout the sheet material and the separation of components, especially filler and cellulosic material, is complicated.
Вышеприведенные и другие цели решаются посредством объекта, который определен в данном документе в пункте 1 формулы изобретения.The above and other goals are solved by the object, which is defined in this document in paragraph 1 of the claims.
Преимущественные варианты осуществления обладающего признаками изобретения 3D-формуемого листового материала определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.Preferred embodiments of the inventive 3D moldable sheet material are defined in the respective dependent claims.
Согласно одному аспекту настоящей заявки предоставляют 3D-формуемый листовой материал. 3D-Формуемый листовой материал содержитAccording to one aspect of the present application, a 3D formable sheet material is provided. 3D-formable sheet material contains
а) целлюлозный материал в количестве от 5 до 55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, где целлюлозный материал представляет собой смесь на основе целлюлозного материала, содержащуюa) cellulosic material in an amount of from 5 to 55 wt.%, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material, where the cellulosic material is a mixture based on cellulosic material containing
i)нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу в количестве ≥55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала, иi) nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose in an amount of ≥55% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on the cellulose material, and
ii)целлюлозные волокна в количестве ≤45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала,ii) cellulosic fibers in an amount of ≤45% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on cellulosic material,
и сумма количества нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы и целлюлозных волокон составляет 100% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала, иand the sum of the amount of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose and cellulose fibers is 100% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on the cellulose material, and
(b) по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве ≥45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала,(b) at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥45% by weight, based on the total dry weight of the 3D moldable sheeting,
где сумма количества целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя составляет 100,0% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя.where the sum of the amount of cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material is 100.0 wt%, based on the total dry weight of the cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material.
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что вышеупомянутый 3D-формуемый листовой материал согласно настоящему изобретению обеспечивает хорошую 3D-формуемость для 3D-формуемых изделий. Точнее говоря, авторы изобретения обнаружили, что вышеупомянутый 3D-формуемый листовой материал согласно настоящему изобретению обеспечивает достаточные прочность и растяжимость, и, что расслоение его массы затруднено.The inventors have surprisingly found that the aforementioned 3D moldable sheet material of the present invention provides good 3D moldability for 3D moldable articles. More specifically, the inventors found that the aforementioned 3D-formable sheet material according to the present invention provides sufficient strength and extensibility, and that the delamination of its mass is difficult.
Следует понимать, что для целей настоящего изобретения приведенные ниже термины имеют следующие значения:It should be understood that for the purposes of the present invention, the following terms have the following meanings:
Термин ʺ3D-формуемыйʺ в контексте настоящего изобретения относится к листовому материалу, который может быть подвергнут формованию с получением 3D-формованного изделия в результате использования способов 3D-формования из условия, что изделие сохраняет 3D-форму.The term "3D moldable" in the context of the present invention refers to a sheet material that can be molded into a 3D molded product by using 3D molding techniques, provided that the product maintains a 3D shape.
Термин ʺ3D-формованноеʺ изделие означает, что изделие удерживает 3D-форму, которая была придана при формовании 3D-формуемого листового материала.The term "3D molded" means that the product retains the 3D shape that was formed when the 3D molded sheet material was formed.
Термин ʺсухое состояниеʺ в отношении по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя, как подразумевается, означает материал, имеющий менее 0,3% по массе воды относительно массы по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя. %-ное содержание воды определяют согласно Кулонометрическому методу измерения по Карлу Фишеру, где по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель нагревают до 220°C, и содержание воды, высвобождаемое в виде пара и извлекаемое посредством использования потока газообразного азота (при расходе 100 мл/мин) определяют в Кулонометрическом титраторе Карла Фишера.The term "dry state" in relation to at least one particulate inorganic filler material is intended to mean a material having less than 0.3% by weight of water relative to the weight of at least one particulate inorganic filler material. The % water content is determined according to the Coulometric Karl Fischer measurement method, where at least one particulate inorganic filler material is heated to 220° C., and the water content released as vapor and recovered by using a stream of nitrogen gas (at a flow rate of 100 ml/min) is determined in a coulometric Karl Fischer titrator.
Под термин ʺсухое состояниеʺ в отношении целлюлозного материала понимается сухой целлюлозный материал, имеющий <0,5% по массе воды относительно массы целлюлозного материала. ʺСухой целлюлозный материалʺ определяют путем обработки целлюлозного материала при 103°C до постоянной массы в соответствии со стандартом DIN 52 183.The term "dry state" in relation to cellulosic material refers to dry cellulosic material having <0.5% by weight of water relative to the mass of cellulosic material. "Dry cellulosic material" is determined by treating cellulosic material at 103° C. to constant weight in accordance with DIN 52 183.
Под термин ʺсухое состояниеʺ в отношении 3D-формуемого листового материала понимается сухой 3D-формуемый листовой материал, имеющий <0,5% по массе воды относительно массы 3D-формуемого листового материала. ʺСухой 3D-формуемый листовой материалʺ определяют путем обработки 3D-формуемого листового материала при 103°C до постоянной массы в соответствии со стандартом DIN 52 183.By "dry state" in relation to 3D-formable sheeting is meant dry 3D-formable sheeting having <0.5% by weight of water relative to the weight of 3D-formable sheeting. The "Dry 3D Formable Sheet" is determined by processing the 3D Formable Sheet at 103°C to constant weight in accordance with DIN 52 183.
В том случае, когда в описании и пунктах формулы настоящего изобретения используется термин ʺвключающий в себяʺ, он не исключает другие незаданные элементы основной или второстепенной функциональной важности. Для целей настоящего изобретения, термин ʺсостоящий изʺ, как считают, представляет собой предпочтительный вариант осуществления термина ʺвключающий в себяʺ. Если в дальнейшем в данном документе определяют группу с включением по меньшей мере некоторого числа вариантов осуществления, это также следует понимать как раскрытие группы, которая предпочтительно состоит только из этих вариантов осуществления.When the term "comprising" is used in the description and claims of the present invention, it does not exclude other unspecified elements of primary or secondary functional importance. For the purposes of the present invention, the term "consisting of" is considered to be the preferred embodiment of the term "comprising". If a group is defined hereinafter to include at least some number of embodiments, this should also be understood as disclosing a group that preferably consists of only those embodiments.
В каждом случае, когда используются термины ʺвключающийʺ или ʺимеющийʺ, эти термины, как подразумевается, являются эквивалентными термину ʺвключающий в себяʺ, который определен выше.Whenever the terms "comprising" or "having" are used, these terms are intended to be equivalent to the term "including" as defined above.
В том случае, когда используется существительное в форме единственного числа, это включает форму множественного числа этого существительного, если не указано конкретно что-нибудь другое.When a noun is used in the singular form, this includes the plural form of that noun, unless otherwise specified.
Термины, такие как ʺполучаемыйʺ или ʺопределяемыйʺ и ʺполученныйʺ или ʺопределенныйʺ используются взаимозаменяемо. Это, например, означает, что, если контекст не предписывает явным образом иное, термин ʺполученныйʺ не подразумевает указания на то, что, например, вариант осуществления должен быть получен в результате выполнения, например, последовательности стадий, указанных после термина ʺполученныйʺ, даже если такое ограниченное понимание всегда охвачено терминами ʺполученныйʺ или ʺопределенныйʺ в качестве предпочтительного варианта осуществления.Terms such as "obtainable" or "determined" and "obtained" or "determined" are used interchangeably. This means, for example, that unless the context clearly dictates otherwise, the term "obtained" is not intended to indicate that, for example, an embodiment is to be obtained by performing, for example, the sequence of steps indicated after the term "obtained", even if such the limited understanding is always encompassed by the terms "obtained" or "determined" as the preferred embodiment.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предоставляют способ для изготовления 3D-формованного изделия. Способ включает в себя стадии:According to another aspect of the present invention, a method is provided for making a 3D molded article. The method includes the steps:
а) обеспечения 3D-формуемого листового материала, определяемого в данном документе, иa) providing 3D formable sheeting as defined herein, and
b) формования 3D-формуемого листового материала с получением 3D-формованного изделия, предпочтительно с применением термоформования, вакуумного формования, пневматического (под действием давления воздуха) формования, формования глубокой вытяжкой, гидроформования, сферического формования, формования прессованием, или вакуумного/пневматического формования.b) forming a 3D moldable sheet material into a 3D molded article, preferably using thermoforming, vacuum forming, pneumatic (air pressure) forming, deep drawing forming, hydroforming, spherical forming, compression molding, or vacuum/pneumatic forming.
Согласно одному варианту осуществления способа, 3D-формуемый листовой материал был получен в результатеAccording to one embodiment of the method, the 3D formable sheet material was obtained by
i)обеспечения целлюлозного материала, определяемого в данном документе,i) providing cellulosic material as defined herein,
ii) формования предварительного листа, состоящего из целлюлозного материала стадии i), иii) forming a pre-sheet consisting of the cellulosic material of step i), and
iii) сушки предварительного листа стадии ii) с получением 3D-формуемого листового материала.iii) drying the pre-sheet of step ii) to form a 3D formable sheet material.
Согласно другому варианту осуществления способа, целлюлозный материал стадии i) комбинируют с по меньшей мере одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем, определяемым в данном документе, с получением смеси целлюлоза-неорганический материал-наполнитель.In another embodiment of the method, the cellulosic material of step i) is combined with at least one particulate inorganic filler material as defined herein to form a cellulose-inorganic filler material mixture.
Согласно еще одному варианту осуществления способа, i) обеспечивают целлюлозный материал в форме водной суспензии, включающей целлюлозный материал в диапазоне от 0,2 до 35% масс., более предпочтительно, от 0,25 до 20% масс., еще более предпочтительно, от 0,5 до 15% масс., наиболее предпочтительно, от 1 до 10% масс., в расчете на общую массу водной суспензии; и/или ii) обеспечивают по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в порошковой форме, или в форме водной суспензии, содержащей неорганический материал-наполнитель, состоящий из частиц, в количестве от 1 до 80% масс., предпочтительно, от 5 до 78% масс., более предпочтительно, от 10 до 78% масс. и, наиболее предпочтительно, от 15 до 78% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.According to another embodiment of the method, i) provide cellulosic material in the form of an aqueous suspension, comprising cellulosic material in the range from 0.2 to 35 wt. -%, more preferably, from 0.25 to 20 wt. -%, even more preferably, from 0.5 to 15 wt%, most preferably 1 to 10 wt%, based on the total weight of the aqueous suspension; and/or ii) providing at least one particulate inorganic filler material in powder form, or in the form of an aqueous suspension, containing the inorganic particulate filler material in an amount of from 1 to 80% by weight, preferably from 5 to 78% wt., more preferably, from 10 to 78% wt. and most preferably from 15 to 78% by weight, based on the total weight of the aqueous suspension.
Согласно одному варианту осуществления способа, целлюлозный материал представляет собой смесь на основе целлюлозного материала, включающую в себя нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу, которая была получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии наполнителей и/или пигментов, где предпочтительно нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза находится в форме водной суспензии, имеющей вязкость по Брукфилду в диапазоне от 1 до 2000 мПа⋅сек при 25°C, более предпочтительно от 10 до 1200 мПа⋅сек при 25°C, и наиболее предпочтительно от 100 до 600 мПа⋅сек при 25°C, при содержании нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы 1% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.According to one embodiment of the method, the cellulose material is a mixture based on cellulose material, including nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which was obtained by nanofibrillation and/or microfibrillation of a suspension of cellulose fibers in the absence of fillers and/or pigments, where preferably nanofibrillated cellulose and/or the microfibrillated cellulose is in the form of an aqueous suspension having a Brookfield viscosity in the range of 1 to 2000 mPa.s at 25°C, more preferably 10 to 1200 mPa.s at 25°C, and most preferably 100 to 600 mPa⋅sec at 25°C, with a content of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose of 1% wt., based on the total weight of the aqueous suspension.
Согласно другому варианту осуществления способа, целлюлозный материал представляет собой смесь на основе целлюлозного материала, включающую в себя нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу, которая была получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в присутствии наполнителей и/или пигментов, где предпочтительно нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза находится в форме водной суспензии, имеющей вязкость по Брукфилду в диапазоне от 1 до 2000 мПа⋅сек при 25°C, более предпочтительно, от 3 до 1200 мПа⋅сек при 25°C, и, наиболее предпочтительно, от 10 до 600 мПа⋅сек при 25°C, при содержании нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы 1% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.According to another embodiment of the method, the cellulose material is a mixture based on cellulose material, including nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which was obtained by nanofibrillation and/or microfibrillation of a suspension of cellulose fibers in the presence of fillers and/or pigments, where preferably nanofibrillated cellulose and/or the microfibrillated cellulose is in the form of an aqueous suspension having a Brookfield viscosity ranging from 1 to 2000 mPa.s at 25°C, more preferably from 3 to 1200 mPa.s at 25°C, and most preferably from 10 to 600 mPa.s at 25°C, with a content of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose of 1 wt. %, based on the total weight of the aqueous suspension.
На основании Европейских патентных заявок EP 2386682 A1, EP 2386683 A1, EP 2236664 A1, EP 2236545 A1, EP 2808440 A1, EP 2529942 A1 и EP 2805986 A1, и из публикации J. Rantanen et al., ʺForming and dewatering of a microfibrillated cellulose composite paperʺ, BioResources 10(2), 2015, страницы 3492-3506, нанофибриллированная целлюлоза и микрофибриллированная целлюлоза и их использование в получении бумаги известны. Однако отсутствуют сведения в отношении их влияния на 3D-формуемые листовые материалы.Based on European patent applications EP 2386682 A1, EP 2386683 A1, EP 2236664 A1, EP 2236545 A1, EP 2808440 A1, EP 2529942 A1 and EP 2805986 A1, and from J. Rantanen et al., ʺForming and dewater ing of a microfibrillated cellulose composite paperʺ, BioResources 10(2), 2015, pages 3492-3506, nanofibrillated cellulose and microfibrillated cellulose and their use in paper making are known. However, there is no information regarding their effect on 3D-formable sheet materials.
Согласно еще одному варианту осуществления способа, способ дополнительно включает в себя стадию c) увлажнения 3D-формуемого листового материала, обеспечиваемого на стадии a), до содержания влаги от 2 до 30% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, до и/или во время стадии b) способа.According to another embodiment of the method, the method further includes step c) moistening the 3D-formable sheet material provided in step a) to a moisture content of 2 to 30% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material, before and/or during step b) of the method.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предоставляют применение целлюлозного материала, определяемого в данном документе, и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя, определяемого в данном документе, для изготовления 3D-формуемого листового материала. Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения, предоставляют применение целлюлозного материала, определяемого в данном документе, и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя, определяемого в данном документе, для повышения растяжимости 3D-формуемого листового материала, где повышение достигается в том случае, когда 3D-формуемый листовой материал имеет увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент. Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения, предоставляют применение 3D-формуемого листового материала, определяемого в данном документе, в способах 3D-формования, предпочтительно в термоформовании, вакуумном формовании, пневматическом формовании, формовании глубокой вытяжкой, гидроформовании, сферическом формовании, формовании прессованием, или вакуумном/пневматическом формовании. Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предоставляют 3D-формуемое изделие, предпочтительно - упаковочный контейнер, контейнер для пищевых продуктов, блистерную упаковку, лоток для пищевых продуктов, содержащие 3D-формуемый листовой материал, определяемый в данном документе.According to a further aspect of the present invention, the use of a cellulosic material as defined herein and at least one particulate inorganic filler material as defined herein is provided for making a 3D moldable sheet material. According to another additional aspect of the present invention, the use of a cellulosic material as defined herein and at least one particulate inorganic filler material as defined herein is provided to increase the extensibility of a 3D moldable sheet material, where the increase is achieved in that the case where the 3D-formable sheet material has an increase in stretch, normalized to the level of moisture content, in the range from 0.15 to 0.7% per percent. According to another further aspect of the present invention, the use of the 3D moldable sheet material as defined herein is provided in 3D molding processes, preferably thermoforming, vacuum forming, pneumatic forming, deep drawing forming, hydroforming, spherical forming, compression molding, or vacuum/pneumatic forming. According to another aspect of the present invention, a 3D moldable article is provided, preferably a packaging container, a food container, a blister pack, a food tray, containing the 3D moldable sheet material as defined herein.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, 3D-формуемый листовой материал содержит a) целлюлозный материал в количестве от 15 до 55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, и b) по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве от 45 до 85% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.According to one embodiment of the present invention, the 3D formable sheet material comprises a) cellulosic material in an amount of 15 to 55 wt %, based on the total dry weight of the 3D formable sheet material, and b) at least one consisting of particles of inorganic filler material in an amount of from 45 to 85 wt. -%, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, 3D-формуемый листовой материал имеет a) увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент, и/или b) удлинение при разрыве по меньшей мере 6%, предпочтительно, от 6 до 16% и, наиболее предпочтительно, от 7 до 15% и/или c) массу листа от 50 до 500 г/м2, предпочтительно, от 80 до 300 г/м2 и, наиболее предпочтительно, от 80 до 250 г/м2.According to another embodiment of the present invention, the 3D-formable sheet material has a) an increase in elongation, normalized to the level of moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent, and/or b) an elongation at break of at least 6 %, preferably from 6 to 16% and most preferably from 7 to 15% and/or c) sheet weight from 50 to 500 g/m 2 , preferably from 80 to 300 g/m 2 and most preferably from 80 to 250 g/m 2 .
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза была получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии или присутствии наполнителей и/или пигментов, где предпочтительно целлюлозные волокна суспензии целлюлозных волокон являются такими, какие содержатся в целлюлозной массе, выбираемой из группы, включающей в себя целлюлозную массу мягких (хвойных) пород древесины, такую как еловая целлюлозная масса и сосновая целлюлозная масса, целлюлозную массу твердых пород древесины, такую как эвкалиптовая целлюлозная масса, березовая целлюлозная масса, буковая целлюлозная масса, кленовая целлюлозная масса, акациевая целлюлозная масса, и другие типы целлюлозной массы, такие как пеньковая целлюлозная масса, хлопковая целлюлозная масса, багассовая или соломенная целлюлозная масса, или подвергнутый переработке для вторичного использования (подвергнутый рециклингу) волоконный материал и их смеси.According to another embodiment of the present invention, nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose has been obtained by nanofibrillation and/or microfibrillation of a suspension of cellulose fibers in the absence or presence of fillers and/or pigments, where preferably the cellulose fibers of the suspension of cellulose fibers are those contained in the pulp selected from the group consisting of softwood pulp such as spruce pulp and pine pulp, hardwood pulp such as eucalyptus pulp, birch pulp, beech pulp, maple pulp , acacia pulp, and other types of pulp such as hemp pulp, cotton pulp, bagasse or straw pulp, or recycled (recycled) fiber material, and mixtures thereof.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, целлюлозные волокна a) выбирают из группы, включающей в себя волокна мягких пород древесины, такие как хвойные волокна и сосновые волокна, волокна твердых пород древесины, такие как эвкалиптовые волокна, березовые волокна, буковые волокна, кленовые волокна, акациевые волокна, и другие типы волокон, такие как пеньковые волокна, хлопковые волокна, багассовые или соломенные волокна, или волокна подвергнутого переработке для вторичного использования волоконного материала и их смеси, и/или b) имеют средневзвешенную по длине длину волокна от 500 мкм до 3000 мкм, более предпочтительно от 600 мкм до 2000 мкм, и наиболее предпочтительно от 700 до 1000 мкм.According to one embodiment of the present invention, the cellulosic fibers a) are selected from the group consisting of softwood fibers such as softwood fibers and pine fibers, hardwood fibers such as eucalyptus fibers, birch fibers, beech fibers, maple fibers, acacia fibres, and other types of fibres, such as hemp fibres, cotton fibres, bagasse or straw fibres, or fibers of recycled fiber material and mixtures thereof, and/or b) have a length-weighted average fiber length between 500 µm and 3000 µm, more preferably from 600 µm to 2000 µm, and most preferably from 700 to 1000 µm.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель представляет собой по меньшей мере один состоящий из частиц материал, содержащий карбонат кальция, предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц материал, содержащий карбонат кальция, представляет собой доломит и/или по меньшей мере один природный тонкоизмельченный карбонат кальция (GCC), такой как мрамор, мел, известняк и/или их смеси, и/или по меньшей мере один осажденный карбонат кальция (PCC), такой как одна или более его модификаций, выбранных из арагонитовых, ватеритовых и кальцитовых минералогических кристаллических форм, более предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель представляет собой по меньшей мере один осажденный карбонат кальция (PCC).According to another embodiment of the present invention, the at least one particulate inorganic filler material is at least one particulate material containing calcium carbonate, preferably the at least one particulate material containing calcium carbonate is dolomite and/or at least one natural finely divided calcium carbonate (GCC) such as marble, chalk, limestone and/or mixtures thereof, and/or at least one precipitated calcium carbonate (PCC) such as one or more of its modifications , selected from aragonite, vaterite and calcite mineralogical crystalline forms, more preferably at least one particulate inorganic filler material is at least one precipitated calcium carbonate (PCC).
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель имеет a) медианный по массе размер частиц d 50 от 0,1 до 20,0 мкм, предпочтительно в диапазоне от 0,3 до 10,0 мкм, более предпочтительно, в диапазоне от 0,4 до 8,0 мкм, и, наиболее предпочтительно, в диапазоне от 0,5 до 4,0 мкм, и/или b) удельную площадь поверхности от 0,5 до 200,0 м2/г, более предпочтительно, от 0,5 до 100,0 м2/г и, наиболее предпочтительно, от 0,5 до 50,0 м2/г, которую измеряют с помощью азотного метода БЭТ.According to another embodiment of the present invention, at least one particulate inorganic filler material has a) a mass median particle sized 50 0.1 to 20.0 µm, preferably in the range of 0.3 to 10.0 µm, more preferably in the range of 0.4 to 8.0 µm, and most preferably in the range of 0.5 to 4.0 µm, and/or b) specific surface area from 0.5 to 200.0 m2/g, more preferably 0.5 to 100.0 m2/g and most preferably from 0.5 to 50.0 m2/g, which is measured using the nitrogen BET method.
Как изложено выше, обладающий признаками изобретения 3D-формуемый листовой материал включает в себя целлюлозный материал и по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель, приведенные в пунктах a) и b). Ниже по тексту, речь идет о дополнительных подробностях настоящего изобретения и, особенно, о вышеприведенных особенностях обладающего признаками изобретения 3D-формуемого листового материала.As discussed above, the inventive 3D moldable sheet material includes a cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material as described in a) and b). Below in the text, we are talking about additional details of the present invention and, in particular, the above features with features of the invention 3D-formable sheet material.
Согласно настоящему изобретению, 3D-формуемый листовой материал включает в себяAccording to the present invention, the 3D moldable sheet material includes
а) целлюлозный материал в количестве от 5 до 55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, иa) cellulosic material in an amount of from 5 to 55% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material, and
b) по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве ≥45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.b) at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥45% by weight, based on the total dry weight of the 3D moldable sheet material.
Одним требованием к 3D-формуемому листовому материалу по настоящему изобретению является то, что сумма количества целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя составляет 100,0% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя.One requirement for the 3D-formable sheet material of the present invention is that the sum of the amount of cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material is 100.0% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material.
3D-Формуемый листовой материал по настоящему изобретению включает в себя целлюлозный материал в количестве от 5 до 55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Предпочтительно, 3D-формуемый листовой материал включает в себя целлюлозный материал в количестве от 15 до 55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Например, 3D-формуемый листовой материал включает в себя целлюлозный материал в количестве от 20 до 45% масс. или от 25 до 35% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.The 3D-formable sheet material of the present invention includes cellulosic material in an amount of 5 to 55% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material. Preferably, the 3D-formable sheeting includes cellulosic material in an amount of 15 to 55% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting. For example, 3D-formable sheet material includes cellulosic material in an amount of from 20 to 45% of the mass. or from 25 to 35% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting.
Кроме того, 3D-формуемый листовой материал включает в себя по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве ≥45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Предпочтительно, 3D-формуемый листовой материал включает в себя по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве от 45 до 85% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Например, 3D-формуемый листовой материал включает в себя по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве от 55 до 80% масс. или от 65 до 75% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.In addition, the 3D moldable sheet material includes at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥45 wt %, based on the total dry weight of the 3D moldable sheet material. Preferably, the 3D moldable sheeting includes at least one particulate inorganic filler material in an amount of 45 to 85% by weight, based on the total dry weight of the 3D moldable sheeting. For example, the 3D moldable sheet material includes at least one particulate inorganic filler material in an amount of 55 to 80% by weight. or from 65 to 75% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material.
В одном варианте осуществления, 3D-формуемый листовой материал состоит из целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя. Иначе говоря, 3D-формуемый листовой материал состоит изIn one embodiment, the 3D moldable sheet material is comprised of a cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material. In other words, a 3D-formable sheet material consists of
а) целлюлозного материала в количестве от 5 до 55% масс., предпочтительно от 15 до 55% масс., более предпочтительно, от 20 до 45% масс. или от 25 до 35% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, иa) cellulosic material in an amount of from 5 to 55 wt. -%, preferably from 15 to 55 wt. -%, more preferably, from 20 to 45 wt. or 25 to 35% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting, and
b) по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя в количестве ≥45% масс., предпочтительно от 45 до 85% масс., и, наиболее предпочтительно, от 55 до 80% масс. или от 65 до 75% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала,b) at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥45 wt%, preferably from 45 to 85 wt%, and most preferably from 55 to 80 wt%. or from 65 to 75% by weight, based on the total dry weight of the 3D formed sheet material,
где сумма количества целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя составляет 100,0% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя.where the sum of the amount of cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material is 100.0 wt%, based on the total dry weight of the cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material.
Следует принимать во внимание, что 3D-формуемый листовой материал может включать в себя добавки, которые обычно используют в области производства бумаги и, в частности, 3D-формуемых листовых материалов.It should be appreciated that the 3D-formable sheeting may include additives that are commonly used in the field of papermaking and, in particular, 3D-formable sheeting.
Термин ʺпо меньшей мере однаʺ добавка в контексте настоящего изобретения означает, что добавка включает в себя, предпочтительно - состоит из, одной или более добавок.The term "at least one" additive in the context of the present invention means that the additive includes, preferably consists of, one or more additives.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере одна добавка включает в себя, предпочтительно - состоит из, одной добавки. Альтернативно, по меньшей мере одна добавка включает в себя, предпочтительно - состоит из, двух или более добавок. Например, по меньшей мере одна добавка включает в себя, предпочтительно - состоит из, двух или трех добавок.In one embodiment of the present invention, at least one additive includes, preferably consists of, one additive. Alternatively, at least one additive includes, preferably consists of, two or more additives. For example, at least one additive includes, preferably consists of, two or three additives.
Например, по меньшей мере одну добавку выбирают из группы, состоящей из проклеивающего агента, усилителя прочности бумаги, наполнителя (отличающегося от по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя), вещества для повышения удерживаемости наполнителя, такого как Percol®, связующего, поверхностно-активного вещества, биоцида, антистатического агента, окрашивающего вещества и замедлителя горения.For example, at least one additive is selected from the group consisting of a sizing agent, a paper strength enhancer, a filler (other than at least one particulate inorganic filler material), a filler retention agent such as Percol® , a binder, surfactant, biocide, antistatic agent, colorant and flame retardant.
По меньшей мере одна добавка может присутствовать в 3D-формуемом листовом материале в количестве, находящемся в диапазоне от 0,01 до 10% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Например, по меньшей мере одна добавка может присутствовать в 3D-формуемом листовом материале в количестве, находящемся в диапазоне от 0,02 до 8% масс., предпочтительно от 0,04 до 5% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.The at least one additive may be present in the 3D-formable sheeting in an amount ranging from 0.01 to 10% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting. For example, at least one additive may be present in the 3D-formable sheet material in an amount ranging from 0.02 to 8% by weight, preferably from 0.04 to 5% by weight, based on the total dry weight. 3D molded sheet material.
Таким образом, 3D-формуемый листовой материал может включать в себяThus, the 3D formed sheet material may include
а) целлюлозный материал в количестве от 5 до 55% масс., предпочтительно от 15 до 55% масс., более предпочтительно, от 20 до 45% масс. или от 25 до 35% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала,a) cellulosic material in an amount of 5 to 55 wt. -%, preferably from 15 to 55 wt. -%, more preferably, from 20 to 45 wt. or from 25 to 35% wt., based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material,
b) по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве ≥45% масс., предпочтительно, от 45 до 85% масс., и, наиболее предпочтительно, от 55 до 80% масс. или от 65 до 75% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, иb) at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥45 wt%, preferably from 45 to 85 wt%, and most preferably from 55 to 80 wt%. or from 65 to 75% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting, and
с) опционально, по меньшей мере одну добавку в количестве от 0,01 до 10% масс., предпочтительно, от 0,02 до 8% масс., и, наиболее предпочтительно, от 0,04 до 5% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала,c) optionally, at least one additive in an amount of from 0.01 to 10 wt%, preferably from 0.02 to 8 wt%, and most preferably from 0.04 to 5 wt%, in the calculation on the total dry weight of the 3D formed sheet material,
где сумма количества целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя составляет 100,0% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя.where the sum of the amount of cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material is 100.0 wt%, based on the total dry weight of the cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material.
В одном варианте осуществления, 3D-формуемый листовой материал состоит изIn one embodiment, the 3D formable sheet material consists of
а) целлюлозного материала в количестве от 5 до 55% масс., предпочтительно, от 15 до 55% масс., более предпочтительно, от 20 до 45% масс. или от 25 до 35% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала,a) cellulosic material in an amount of from 5 to 55 wt. -%, preferably from 15 to 55 wt. -%, more preferably, from 20 to 45 wt. or from 25 to 35% wt., based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material,
b) по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя в количестве ≥45% масс., предпочтительно, от 45 до 85% масс., и, наиболее предпочтительно, от 55 до 80% масс. или от 65 до 75% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, иb) at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥45 wt%, preferably from 45 to 85 wt%, and most preferably from 55 to 80 wt%. or from 65 to 75% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting, and
с) опционально, по меньшей мере одной добавки в количестве от 0,01 до 10% масс., предпочтительно, от 0,02 до 8% масс., и, наиболее предпочтительно, от 0,04 до 5% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала,c) optionally, at least one additive in an amount of from 0.01 to 10 wt%, preferably from 0.02 to 8 wt%, and most preferably from 0.04 to 5 wt%, in the calculation on the total dry weight of the 3D formed sheet material,
где сумма количества целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя составляет 100,0% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя.where the sum of the amount of cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material is 100.0 wt%, based on the total dry weight of the cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material.
Таким образом, 3D-формуемый листовой материал предпочтительно включает в себя целлюлозный материал и по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве ≥90% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Например, 3D-формуемый листовой материал предпочтительно включает в себя целлюлозный материал и по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве от 90 до 99,99% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Предпочтительно, 3D-формуемый листовой материал включает в себя целлюлозный материал и по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве от 92 до 99,95% масс. или в количестве от 95 до 99,9% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Альтернативно, 3D-формуемый листовой материал состоит из целлюлозного материала и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя.Thus, the 3D-formable sheeting preferably includes cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥90% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting. For example, the 3D formable sheeting preferably includes cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material in an amount of 90 to 99.99% by weight, based on the total dry weight of the 3D formable sheeting. . Preferably, the 3D-formable sheet material includes cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material in an amount of from 92 to 99.95% of the mass. or in an amount of from 95 to 99.9 wt. -%, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material. Alternatively, the 3D moldable sheet material is comprised of a cellulosic material and at least one particulate inorganic filler material.
Одним преимуществом 3D-формуемого листового материала по настоящему изобретению является то, что он демонстрирует признаки высокой растяжимости, а также большого удлинения при разрыве, благодаря чему 3D-формуемый листовой материал особенно подходит для изготовления 3D-формуемых изделий.One advantage of the 3D-formable sheeting of the present invention is that it exhibits features of high extensibility as well as high elongation at break, making the 3D-formable sheeting particularly suitable for making 3D-formable articles.
3D-Формуемый листовой материал в особенности демонстрирует признаки высокой или повышенной растяжимости.The 3D-formable sheet material in particular shows signs of high or increased extensibility.
В частности, следует принимать во внимание, что 3D-формуемый листовой материал имеет увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент. Например, 3D-формуемый листовой материал имеет увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,6% на процент влаги в листе и предпочтительно от 0,2 до 0,6%.In particular, it should be appreciated that the 3D-formable sheet material has an increase in stretch, normalized to moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent. For example, a 3D-formable sheet material has an increase in stretch, normalized to the level of moisture content, in the range of 0.15 to 0.6% based on the percentage of moisture in the sheet, and preferably 0.2 to 0.6%.
ʺУвеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влагиʺ означает свойство материала и определяется по следующей формуле (I)"Stretch increase normalized to moisture content" means a material property and is determined by the following formula (I)
где d(влага) определяет рассматриваемый диапазон содержания влаги, то есть, разность между значимым более высоким уровнем влаги (например, 20%) и значимым более низким уровнем влаги (например, 10%);where d ( moisture ) defines the moisture content range under consideration, that is, the difference between a significant higher moisture level (eg 20%) and a significant lower moisture level (eg 10%);
d(растяжение) определяет диапазон растяжимости в рассматриваемом диапазоне содержания влаги, то есть, разность между растяжимостью при значимом более высоком уровне влаги и растяжимостью при значимом более низком уровне влаги. d ( stretch ) defines the stretch range in the considered moisture content range, that is, the difference between the stretch at a significant higher moisture level and the stretch at a significant lower moisture level.
Следует принимать во внимание, что повышенная растяжимость зависит от содержания влаги в 3D-формуемом листовом материале.It should be appreciated that the increased elongation depends on the moisture content of the 3D formed sheeting.
Например, 3D-формуемый листовой материал имеет растяжимость, находящуюся в диапазоне от 4 до 10%, предпочтительно от 5 до 10%, при содержании влаги 10% в 3D-формуемом листовом материале.For example, the 3D formable sheet material has an extensibility in the range of 4 to 10%, preferably 5 to 10%, at a moisture content of 10% in the 3D formable sheet material.
Дополнительно или альтернативно, 3D-формуемый листовой материал имеет растяжимость, находящуюся в диапазоне от 6 до 18%, предпочтительно от 7 до 18%, при содержании влаги 20% в 3D-формуемом листовом материале.Additionally or alternatively, the 3D-formable sheet material has an extensibility in the range of 6 to 18%, preferably 7 to 18%, at a moisture content of 20% in the 3D-formable sheet material.
Растяжимость при конкретном содержании влаги может быть определена посредством следующей формулы (II)Extensibility at a particular moisture content can be determined by the following formula (II)
где ʺвлагаʺ определяется как (влага X% - референсная влага %), и референсная влага в %-тах относится к значимому более низкому уровню влаги.where ʺmoistureʺ is defined as ( X% moisture - % reference moisture ), and % reference moisture refers to a significant lower moisture level.
Следует принимать во внимание, что 3D-формуемый листовой материал также может демонстрировать признаки высокого или улучшенного удлинения при разрыве. Например, 3D-формуемый листовой материал имеет удлинение при разрыве, составляющее по меньшей мере 6%, предпочтительно, от 6 до 16% и, наиболее предпочтительно, от 7 до 15%.It should be appreciated that the 3D formed sheet material may also show signs of high or improved elongation at break. For example, the 3D-formable sheet material has an elongation at break of at least 6%, preferably 6 to 16%, and most preferably 7 to 15%.
3D-Формуемый листовой материал предпочтительно имеет массу листа от 50 до 500 г/м2, предпочтительно, от 80 до 300 г/м2 и, наиболее предпочтительно, от 80 до 250 г/м2.The 3D-formable sheet material preferably has a sheet weight of 50 to 500 g/m 2 , preferably 80 to 300 g/m 2 , and most preferably 80 to 250 g/m 2 .
Таким образом, 3D-формуемый листовой материал предпочтительно имеетThus, the 3D-formable sheet material preferably has
а) увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент, более предпочтительно, от 0,15 до 0,6% на процент и, наиболее предпочтительно, от 0,2 до 0,6% на процент, и/илиa) increase in stretch, normalized to moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent, more preferably 0.15 to 0.6% per percent, and most preferably 0.2 to 0 .6% per percentage, and/or
b) удлинение при разрыве, составляющее по меньшей мере 6%, более предпочтительно, от 6 до 16% и, наиболее предпочтительно, от 7 до 15%, и/илиb) an elongation at break of at least 6%, more preferably 6 to 16% and most preferably 7 to 15%, and/or
с) массу листа от 50 до 500 г/м2, более предпочтительно, от 80 до 300 г/м2 и, наиболее предпочтительно, от 80 до 250 г/м2.c) a sheet weight of 50 to 500 g/m 2 , more preferably 80 to 300 g/m 2 and most preferably 80 to 250 g/m 2 .
Например, 3D-формуемый листовой материал предпочтительно имеетFor example, the 3D formable sheet material preferably has
а) увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент, более предпочтительно, от 0,15 до 0,6% на процент и, наиболее предпочтительно, от 0,2 до 0,6% на процент, иa) increase in stretch, normalized to moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent, more preferably 0.15 to 0.6% per percent, and most preferably 0.2 to 0 .6% per percentage, and
b) удлинение при разрыве, составляющее по меньшей мере 6%, более предпочтительно, от 6 до 16% и, наиболее предпочтительно, от 7 до 15%, илиb) an elongation at break of at least 6%, more preferably 6 to 16% and most preferably 7 to 15%, or
с) массу листа от 50 до 500 г/м2, более предпочтительно, от 80 до 300 г/м2 и, наиболее предпочтительно, от 80 до 250 г/м2.c) a sheet weight of 50 to 500 g/m 2 , more preferably 80 to 300 g/m 2 and most preferably 80 to 250 g/m 2 .
Например, 3D-формуемый листовой материал предпочтительно имеетFor example, the 3D formable sheet material preferably has
а) увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент, более предпочтительно, от 0,15 до 0,6% на процент и, наиболее предпочтительно, от 0,2 до 0,6% на процент, илиa) increase in stretch, normalized to moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent, more preferably 0.15 to 0.6% per percent, and most preferably 0.2 to 0 .6% per percentage, or
b) удлинение при разрыве, составляющее по меньшей мере 6%, более предпочтительно, от 6 до 16% и, наиболее предпочтительно, от 7 до 15%, иb) an elongation at break of at least 6%, more preferably 6 to 16% and most preferably 7 to 15%, and
с) массу листа от 50 до 500 г/м2, более предпочтительно, от 80 до 300 г/м2 и, наиболее предпочтительно, от 80 до 250 г/м2.c) a sheet weight of 50 to 500 g/m 2 , more preferably 80 to 300 g/m 2 and most preferably 80 to 250 g/m 2 .
В одном варианте осуществления, 3D-формуемый листовой материал имеетIn one embodiment, the 3D formable sheet material has
а) увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент, более предпочтительно, от 0,15 до 0,6% на процент и, наиболее предпочтительно, от 0,2 до 0,6% на процент, илиa) increase in stretch, normalized to moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent, more preferably 0.15 to 0.6% per percent, and most preferably 0.2 to 0 .6% per percentage, or
b) удлинение при разрыве, составляющее по меньшей мере 6%, более предпочтительно, от 6 до 16% и, наиболее предпочтительно, от 7 до 15%, илиb) an elongation at break of at least 6%, more preferably 6 to 16% and most preferably 7 to 15%, or
с) массу листа от 50 до 500 г/м2, более предпочтительно, от 80 до 300 г/м2 и, наиболее предпочтительно, от 80 до 250 г/м2.c) a sheet weight of 50 to 500 g/m 2 , more preferably 80 to 300 g/m 2 and most preferably 80 to 250 g/m 2 .
Предпочтительно, 3D-формуемый листовой материал имеетPreferably, the 3D formed sheet material has
а) увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент, более предпочтительно, от 0,15 до 0,6% на процент и, наиболее предпочтительно, от 0,2 до 0,6% на процент, иa) increase in stretch, normalized to moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent, more preferably 0.15 to 0.6% per percent, and most preferably 0.2 to 0 .6% per percentage, and
b) удлинение при разрыве, составляющее по меньшей мере 6%, более предпочтительно, от 6 до 16% и, наиболее предпочтительно, от 7 до 15%, иb) an elongation at break of at least 6%, more preferably 6 to 16% and most preferably 7 to 15%, and
с) массу листа от 50 до 500 г/м2, более предпочтительно, от 80 до 300 г/м2 и, наиболее предпочтительно, от 80 до 250 г/м2.c) a sheet weight of 50 to 500 g/m 2 , more preferably 80 to 300 g/m 2 and most preferably 80 to 250 g/m 2 .
Далее будут описаны компоненты 3D-формуемого листового материала более подробно.Next, the components of the 3D moldable sheet material will be described in more detail.
Целлюлозный материал представляет собой смесь на основе целлюлозного материала, включающую в себяCellulosic material is a mixture based on cellulose material, including
i)нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу в количестве ≥55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала, иi) nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose in an amount of ≥55% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on the cellulose material, and
ii) целлюлозные волокна в количестве ≤45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала.ii) cellulose fibers in an amount of ≤45% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on cellulose material.
Одно требование к смеси на основе целлюлозного материала состоит в том, что сумма количества нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы и целлюлозных волокон составляет 100% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала.One requirement for a cellulosic material mixture is that the sum of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose and cellulose fibers is 100% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material mixture.
Использование нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы имеет преимущество, состоящее в том, что разделение по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя и необязательных добавок осложняется, вследствие чего получается масса, в которой отдельно взятые компоненты являются однородно распределенными.The use of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose has the advantage that separation of the at least one particulate inorganic filler material and optional additives becomes more difficult, resulting in a mass in which the individual components are uniformly distributed.
В одном варианте осуществления, смесь на основе целлюлозного материала включает в себяIn one embodiment, the cellulosic material mixture includes
i)нанофибриллированную целлюлозу или микрофибриллированную целлюлозу, предпочтительно микрофибриллированную целлюлозу, в количестве ≥55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала, иi) nanofibrillated cellulose or microfibrillated cellulose, preferably microfibrillated cellulose, in an amount of ≥55% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on the cellulose material, and
ii) целлюлозные волокна в количестве ≤45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала,ii) cellulose fibers in an amount of ≤45% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on cellulose material,
и сумма количества нанофибриллированной целлюлозы или микрофибриллированной целлюлозы и целлюлозных волокон составляет 100% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала.and the sum of the amount of nanofibrillated cellulose or microfibrillated cellulose and cellulose fibers is 100% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on cellulose material.
Альтернативно, смесь на основе целлюлозного материала включает в себяAlternatively, the cellulosic material mixture comprises
i)нанофибриллированную целлюлозу и микрофибриллированную целлюлозу в количестве ≥55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала, иi) nanofibrillated cellulose and microfibrillated cellulose in an amount of ≥55% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on the cellulose material, and
ii) целлюлозные волокна в количестве ≤45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала,ii) cellulose fibers in an amount of ≤45% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on cellulose material,
и сумма количества нанофибриллированной целлюлозы и микрофибриллированной целлюлозы и целлюлозных волокон составляет 100% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала.and the sum of the amount of nanofibrillated cellulose and microfibrillated cellulose and cellulose fibers is 100% by weight, based on the total dry weight of the mixture based on cellulose material.
Таким образом, смесь на основе целлюлозного материала предпочтительно включает в себя нанофибриллированную целлюлозу или микрофибриллированную целлюлозу, предпочтительно микрофибриллированную целлюлозу, в количестве ≥55% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала. Например, смесь на основе целлюлозного материала включает в себя нанофибриллированную целлюлозу или микрофибриллированную целлюлозу, предпочтительно микрофибриллированную целлюлозу, в количестве от 55 до 99% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала. Предпочтительно, смесь на основе целлюлозного материала включает в себя нанофибриллированную целлюлозу или микрофибриллированную целлюлозу, предпочтительно - микрофибриллированную целлюлозу, в количестве от 60 до 95% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала.Thus, the cellulosic material mixture preferably includes nanofibrillated cellulose or microfibrillated cellulose, preferably microfibrillated cellulose, in an amount of ≥55% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material mixture. For example, a cellulosic material mixture includes nanofibrillated cellulose or microfibrillated cellulose, preferably microfibrillated cellulose, in an amount of 55 to 99% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material mixture. Preferably, the cellulosic material mixture comprises nanofibrillated cellulose or microfibrillated cellulose, preferably microfibrillated cellulose, in an amount of 60 to 95% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material mixture.
Кроме того, смесь на основе целлюлозного материала включает в себя целлюлозные волокна в количестве ≤45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала. Например, смесь на основе целлюлозного материала включает в себя целлюлозные волокна в количестве от 1 до 45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала. Предпочтительно, смесь на основе целлюлозного материала включает в себя целлюлозные волокна в количестве от 5 до 40% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии смеси на основе целлюлозного материала.In addition, the cellulosic material mixture includes cellulose fibers in an amount of ≦45 wt %, based on the total dry weight of the cellulosic material mixture. For example, a cellulosic material mixture includes cellulose fibers in an amount of 1 to 45% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material mixture. Preferably, the cellulosic material mixture comprises cellulose fibers in an amount of 5 to 40% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material mixture.
В одном варианте осуществления, массовое соотношение нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы к целлюлозным волокнам в смеси на основе целлюлозного материала, в пересчете на массу в сухом состоянии, составляет от 90:10 до 50:50, более предпочтительно, от 90:10 до 60:40, еще более предпочтительно, от 90:10 до 70:30 и, в наибольшей степени, от 90:10 до 80:20, например, приблизительно 90:10 или приблизительно 85:15.In one embodiment, the weight ratio of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose to cellulose fibers in the mixture based on cellulose material, based on dry weight, is from 90:10 to 50:50, more preferably from 90:10 to 60:40, even more preferably 90:10 to 70:30, and most preferably 90:10 to 80:20, such as about 90:10 or about 85:15.
Термины ʺнанофибриллированная целлюлозаʺ и ʺмикрофибриллированная целлюлозаʺ относятся к общеизвестному определению, например, приведенному в руководстве H. Sixta (Ed.), Handbook of Pulp, Wiley-VCH.The terms "nanofibrillated cellulose" and "microfibrillated cellulose" refer to a commonly known definition, such as that found in H. Sixta (Ed.), Handbook of Pulp, Wiley-VCH.
Целлюлозную массу в качестве исходного материала выделывают из древесины или стеблей растений, таких как пенька, лен и манильская пенька. Волокна целлюлозной массы в основном составлены из целлюлозных и других органических компонентов (гемицеллюлозы и лигнина). Макромолекулы целлюлозы (состоящие из соединенных 1-4-гликозидной связью молекул β-D-Глюкозы) связываются водородными связями с образованием так называемой фибриллы (также называемой элементарной фибриллой или мицеллой), которая имеет кристаллические и аморфные домены. Несколько нанофибрилл (примерно 55) образуют так называемую микрофибриллу. Примерно 250 из этих микрофибрилл образуют фибриллу.Cellulosic mass as a starting material is made from wood or stems of plants such as hemp, flax and manila hemp. Cellulosic pulp fibers are mainly composed of cellulose and other organic components (hemicellulose and lignin). Cellulose macromolecules (consisting of β-D-Glucose molecules linked by a 1-4-glycosidic bond) are hydrogen-bonded to form a so-called fibril (also called an elementary fibril or micelle), which has crystalline and amorphous domains. Several nanofibrils (about 55) form a so-called microfibril. Approximately 250 of these microfibrils form a fibril.
Фибриллы располагаются в различных слоях (которые могут содержать лигнин и/или гемицеллюлозу) с образованием волокна. Индивидуальные волокна также связаны посредством лигнина.The fibrils are arranged in different layers (which may contain lignin and/or hemicellulose) to form a fiber. Individual fibers are also linked by lignin.
В том случае, когда волокна рафинируют под воздействием применяемой энергии, они становятся фибриллированными, так как клеточные стенки прорываются и разъединяются на прикрепленные полоски, то есть, на фибриллы. Если такое разрывание продолжается с отделением фибрилл от тела волокна, то оно приводит к высвобождению фибрилл. Разрыв волокон на микрофибриллы называют ʺмикро-фибриллированиемʺ. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока уже не будет волокон, а останутся только нанофибриллы.When the fibers are refined under the influence of applied energy, they become fibrillated as the cell walls break through and separate into attached strips, i.e. fibrils. If such tearing continues with the separation of the fibrils from the fiber body, then it leads to the release of the fibrils. The breaking of fibers into microfibrils is called "micro-fibrillation". This process can continue until there are no more fibers, and only nanofibrils remain.
Если процесс идет дальше и разрывает эти фибриллы на все более мелкие фибриллы, то они, очевидно, становятся целлюлозными фрагментами. Разрыв до получения нанофибрилл может называться ʺнанофибриллированиемʺ, где может иметь место плавный переход между этими двумя режимами.If the process goes further and breaks these fibrils into smaller and smaller fibrils, then they obviously become cellulose fragments. Breaking to nanofibrils can be referred to as "nanofibrillation", where a smooth transition between the two modes can take place.
Термин ʺнанофибриллированная целлюлозаʺ в контексте настоящего изобретения означает волокна, которые по меньшей мере частично разорваны на нанофибриллы (также нызываемые элементарными фибриллами).The term "nanofibrillated cellulose" in the context of the present invention means fibers that are at least partially broken into nanofibrils (also called elemental fibrils).
Термин ʺмикрофибриллированная целлюлозаʺ в контексте настоящего изобретения означает волокна, которые по меньшей мере частично разорваны на микрофибриллы. Микрофибриллированная целлюлоза предпочтительно имеет вязкость по Брукфилду в диапазоне от 1 до 2000 мПа⋅сек при 25°C, более предпочтительно, от 10 до 1200 мПа⋅сек при 25°C, и, наиболее предпочтительно, от 100 до 600 мПа⋅сек при 25°C, при содержании нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы 1% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.The term "microfibrillated cellulose" in the context of the present invention means fibers that are at least partially broken into microfibrils. The microfibrillated cellulose preferably has a Brookfield viscosity in the range of 1 to 2000 mPa.s at 25°C, more preferably 10 to 1200 mPa.s at 25°C, and most preferably 100 to 600 mPa.s at 25 °C, when the content of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is 1 wt. %, based on the total weight of the aqueous suspension.
В этом отношении, фибриллирование в контексте настоящего изобретения означает любой процесс, который преимущественно разрывает (ломает) волокна и фибриллы вдоль их продольной оси, что приводит к уменьшению диаметра, соответственно, волокон и фибрилл.In this regard, fibrillation in the context of the present invention means any process that preferentially breaks (breaks) the fibers and fibrils along their longitudinal axis, resulting in a reduction in the diameter of the fibers and fibrils, respectively.
Нанофибриллированные и микрофибриллированные целлюлозы и их получение хорошо известны специалисту в данной области. Например, нанофибриллированные и микрофибриллированные целлюлозы и их получение описаны в заявках на патенты EP 2386682 A1, EP 2386683 A1, EP 2236664 A1, EP 2236545 A1, EP 2808440 A1 и EP 2805986 A1, которые таким образом включены в данный документ посредством ссылок, а также в публикациях Franklin W. Herrick, et al. ʺMicrofibrillated Cellulose: Morphology and Accessibilityʺ, Journal of Applied Polymer Science: Applied Polymer Symposium 37, 797-813 (1983), и Hubbe et al. ʺCellulosic nanocomposites, reviewʺ BioResources, 3(3), 929-890 (2008).Nanofibrillated and microfibrillated celluloses and their production are well known to the person skilled in the art. For example, nanofibrillated and microfibrillated celluloses and their preparation are described in patent applications EP 2386682 A1, EP 2386683 A1, EP 2236664 A1, EP 2236545 A1, EP 2808440 A1 and EP 2805986 A1, which are hereby incorporated by reference herein, as well as in Franklin W. Herrick, et al. "Microfibrillated Cellulose: Morphology and Accessibility", Journal of Applied Polymer Science: Applied Polymer Symposium 37 , 797-813 (1983), and Hubbe et al. "Cellulosic nanocomposites, review" BioResources , 3(3), 929-890 (2008).
Предпочтительно, нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии или в присутствии наполнителей и/или пигментов.Preferably, nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the absence or presence of fillers and/or pigments.
В одном варианте осуществления, нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии наполнителей и/или пигментов. Таким образом, нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза свободна от наполнителей и/или пигментов. В соответствии с этим, 3D-формуемый листовой материал свободен от наполнителей и/или пигментов, отличающихся от по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя в этом варианте осуществления.In one embodiment, nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the absence of fillers and/or pigments. Thus, nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is free from fillers and/or pigments. Accordingly, the 3D moldable sheet material is free of fillers and/or pigments other than the at least one particulate inorganic filler material in this embodiment.
Нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза, которая получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии наполнителей и/или пигментов, предпочтительно находится в форме водной суспензии. Предпочтительно, водная суспензия имеет вязкость по Брукфилду в диапазоне от 1 до 2000 мПа⋅сек при 25°C, более предпочтительно, от 10 до 1200 мПа⋅сек при 25°C, и, наиболее предпочтительно, от 100 до 600 мПа⋅сек при 25°C, при содержании нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы 1% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.Nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the absence of fillers and/or pigments, is preferably in the form of an aqueous suspension. Preferably, the aqueous suspension has a Brookfield viscosity in the range of 1 to 2000 mPa.s at 25°C, more preferably 10 to 1200 mPa.s at 25°C, and most preferably 100 to 600 mPa.s at 25°C, when the content of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose 1% wt., based on the total weight of the aqueous suspension.
В альтернативном варианте осуществления, нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в присутствии наполнителей и/или пигментов.In an alternative embodiment, nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the presence of fillers and/or pigments.
Наполнители и/или пигменты предпочтительно выбирают из группы, включающей в себя осажденный карбонат кальция (PCC); природный тонкоизмельченный карбонат кальция (GCC); доломит; тальк; бентонит; глину; магнезит; белый пигмент сатинит; сепиолит, гантит, диатомит; силикаты; и их смеси. Осажденный карбонат кальция, который может иметь ватеритовую, кальцитовую или арагонитовую кристаллическую структуру, и/или природный тонкоизмельченный карбонат кальция, который может быть выбран из мрамора, известняка и/или мела, являются особенно предпочтительными.Fillers and/or pigments are preferably selected from the group consisting of precipitated calcium carbonate (PCC); natural finely divided calcium carbonate (GCC); dolomite; talc; bentonite; clay; magnesite; white pigment satin; sepiolite, ganthite, diatomite; silicates; and their mixtures. Precipitated calcium carbonate, which may have a vaterite, calcite or aragonite crystal structure, and/or natural finely ground calcium carbonate, which may be selected from marble, limestone and/or chalk, are particularly preferred.
В предпочтительном варианте осуществления, использование природного тонкоизмельченного карбоната кальция (GCC), такого как мрамор, известняк и/или мел, в качестве наполнителя и/или пигмента может быть преимущественным.In a preferred embodiment, the use of natural finely ground calcium carbonate (GCC) such as marble, limestone and/or chalk as filler and/or pigment may be advantageous.
Следует принимать во внимание, что 3D-формуемый листовой материал, таким образом, может включать в себя в дополнение к по меньшей мере одному состоящему из частиц неорганическому материалу-наполнителю дополнительные наполнители и/или пигменты. По меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель и дополнительные наполнители и/или пигменты могут быть одинаковыми или различными. Предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель и дополнительные наполнители и/или пигменты являются различными.It will be appreciated that the 3D-formable sheet material may thus include additional fillers and/or pigments in addition to the at least one particulate inorganic filler material. The at least one particulate inorganic filler material and additional fillers and/or pigments may be the same or different. Preferably, the at least one particulate inorganic filler material and the additional fillers and/or pigments are different.
В одном варианте осуществления, массовое соотношение нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы к наполнителям и/или пигментам, в пересчете на массу в сухом состоянии, составляет от 1:10 до 10:1, более предпочтительно, от 1:6 до 6:1, обычно от 1:4 до 4:1, в особенности, от 1:3 до 3:1, и, наиболее предпочтительно, от 1:2 до 2:1, например, 1:1.In one embodiment, the weight ratio of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose to fillers and/or pigments, on a dry weight basis, is 1:10 to 10:1, more preferably 1:6 to 6:1 , usually from 1:4 to 4:1, in particular from 1:3 to 3:1, and most preferably from 1:2 to 2:1, for example 1:1.
Нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза предпочтительно включает в себя наполнители и/или пигменты в количествах, находящихся в диапазоне от 5 до 90% масс., предпочтительно от 20 до 80% масс., более предпочтительно, от 30 до 70% масс. и, наиболее предпочтительно, от 35 до 65% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы.Nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose preferably includes fillers and/or pigments in amounts ranging from 5 to 90% by weight, preferably from 20 to 80% by weight, more preferably from 30 to 70% by weight. and most preferably from 35 to 65% by weight, based on the total dry weight of the nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose.
Таким образом, целлюлозный материал 3D-формуемого листового материала предпочтительно включает наполнители и/или пигменты в количествах, находящихся в диапазоне от 2 до 85% масс., предпочтительно, от 2 до 70% масс., более предпочтительно, от 3 до 50% масс. и, наиболее предпочтительно, от 5 до 40% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии целлюлозного материала. Следует принимать во внимание, что наполнители и/или пигменты возникают в результате нанофибриллирования и/или микрофибриллирования суспензии целлюлозных волокон в присутствии наполнителей и/или пигментов.Thus, the cellulosic material of the 3D-formable sheet material preferably includes fillers and/or pigments in amounts ranging from 2 to 85% by weight, preferably from 2 to 70% by weight, more preferably from 3 to 50% by weight. . and most preferably from 5 to 40% by weight, based on the total dry weight of the cellulosic material. It will be appreciated that the fillers and/or pigments result from nanofibrillation and/or microfibrillation of a suspension of cellulose fibers in the presence of fillers and/or pigments.
Нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза, которая получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в присутствии наполнителей и/или пиментов, предпочтительно находится в форме водной суспензии. Предпочтительно, водная суспензия имеет вязкость по Брукфилду в диапазоне от 1 до 2000 мПа⋅сек при 25°C, более предпочтительно, от 3 до 1200 мПа⋅сек при 25°C, и, наиболее предпочтительно, от 10 до 600 мПа⋅сек при 25°C, при содержании нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы 1% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.Nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the presence of fillers and/or pigments, is preferably in the form of an aqueous suspension. Preferably, the aqueous suspension has a Brookfield viscosity in the range of 1 to 2000 mPa.s at 25°C, more preferably 3 to 1200 mPa.s at 25°C, and most preferably 10 to 600 mPa.s at 25°C, when the content of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose 1% wt., based on the total weight of the aqueous suspension.
В предпочтительном варианте осуществления, частицы наполнителя и/или пигмента имеют медианный размер частиц от 0,03 до 15 мкм, предпочтительно, от 0,1 до 10 мкм, более предпочтительно, от 0,2 до 5 мкм и, наиболее предпочтительно, от 0,2 до 4 мкм, например, 1,6 мкм или 3,2 мкм.In a preferred embodiment, the filler and/or pigment particles have a median particle size of 0.03 to 15 µm, preferably 0.1 to 10 µm, more preferably 0.2 to 5 µm, and most preferably 0 .2 to 4 µm, for example 1.6 µm or 3.2 µm.
Следует принимать во внимание, что целлюлозные волокна суспензии целлюлозных волокон, из которых получена нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза, предпочтительно являются такими, которые содержатся в целлюлозной массе, выбранной из группы, включающей в себя целлюлозную массу мягких пород древесины, такую как хвойная целлюлозная масса и сосновая целлюлозная масса, целлюлозную массу твердых пород древесины, такую как эвкалиптовая целлюлозная масса, березовая целлюлозная масса, буковая целлюлозная масса, кленовая целлюлозная масса, акациевая целлюлозная масса, и другие типы целлюлозной массы, такие как пеньковые целлюлозная масса, хлопковая целлюлозная масса, багассовая или соломенная целлюлозная масса, или подвергнутый переработке для вторичного использования волоконный материал, и их смеси.It will be appreciated that the cellulosic fibers of the suspension of cellulosic fibers from which the nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is derived are preferably those contained in a pulp selected from the group consisting of softwood pulp such as softwood pulp. pulp and pine pulp, hardwood pulp such as eucalyptus pulp, birch pulp, beech pulp, maple pulp, acacia pulp, and other types of pulp such as hemp pulp, cotton pulp, bagasse or straw pulp, or recycled fiber material, and mixtures thereof.
Нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу предпочтительно получают нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в присутствии наполнителей и/или пигментов.Nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is preferably obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the presence of fillers and/or pigments.
Смесь на основе целлюлозного материала дополнительно содержит целлюлозные волокна.The mixture based on cellulose material additionally contains cellulose fibers.
Целлюлозные волокна, присутствующие в смеси на основе целлюлозного материала предпочтительно выбирают из группы, включающей в себя волокна мягких пород древесины, такие как хвойные волокна и сосновые волокна, волокна твердых пород древесины, такие как эвкалиптовые волокна, березовые волокна, буковые волокна, кленовые волокна, акациевые волокна, и другие типы волокон, такие как пеньковые волокна, хлопковые волокна, багассовые или соломенные волокна, или волокна подвергнутого переработке для вторичного использования волоконного материала и их смеси.The cellulosic fibers present in the cellulosic material mixture are preferably selected from the group consisting of softwood fibers such as softwood fibers and pine fibers, hardwood fibers such as eucalyptus fibers, birch fibers, beech fibers, maple fibers, acacia fibres, and other types of fibres, such as hemp fibres, cotton fibres, bagasse or straw fibres, or recycled fibres, and mixtures thereof.
Следует принимать во внимание, что целлюлозные волокна, присутствующие в смеси на основе целлюлозного материала, могут происходить из одинаковых или различных волокон, из которых получена нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза. Предпочтительно, целлюлозные волокна, присутствующие в смеси на основе целлюлозного материала, происходят из различных волокон, из которых получена нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза.It should be appreciated that the cellulose fibers present in the mixture based on the cellulose material may be from the same or different fibers from which the nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is derived. Preferably, the cellulose fibers present in the mixture based on cellulose material come from various fibers from which nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is obtained.
В одном варианте осуществления, целлюлозные волокна, присутствующие в смеси на основе целлюлозного материала, представляют собой эвкалиптовые волокна.In one embodiment, the cellulosic fibers present in the cellulosic material mixture are eucalyptus fibers.
Следует принимать во внимание, что целлюлозные волокна суспензии целлюлозных волокон, из которых получена нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза, и целлюлозные волокна могут быть одинаковыми или различными. Предпочтительно, целлюлозные волокна суспензии целлюлозных волокон, из которых получена нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза, и целлюлозные волокна являются различными.It should be appreciated that the cellulose fibers of the suspension of cellulose fibers from which the nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is obtained and the cellulose fibers may be the same or different. Preferably, the cellulose fibers of the suspension of cellulose fibers from which nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose are derived and the cellulose fibers are different.
Предпочтительно, целлюлозные волокна, присутствующие в смеси на основе целлюлозного материала, имеют средневзвешенную по длине длину волокна от 500 мкм до 3000 мкм, более предпочтительно, от 600 мкм до 2000 мкм, и, наиболее предпочтительно, от 700 до 1000 мкм.Preferably, the cellulosic fibers present in the cellulosic material mixture have a length-weighted average fiber length of 500 µm to 3000 µm, more preferably 600 µm to 2000 µm, and most preferably 700 to 1000 µm.
Другим важнейшим компонентом 3D-формуемого листового материала по настоящему изобретению является по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель.Another essential component of the 3D moldable sheet material of the present invention is at least one particulate inorganic filler material.
Термин ʺпо меньшей мере одинʺ состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в контексте настоящего изобретения означает, что состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель включает в себя, предпочтительно - состоит из, одного или более состоящих из частиц неорганических материалов-наполнителей.The term "at least one" particulate inorganic filler material in the context of the present invention means that the particulate inorganic filler material includes, preferably consists of, one or more particulate inorganic filler materials.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель включает в себя, предпочтительно состоит из, одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя. Альтернативно, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель включает в себя, предпочтительно состоит из, двух или более состоящих из частиц неорганических материалов-наполнителей. Например, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель включает в себя, предпочтительно - состоит из, двух или трех состоящих из частиц неорганических материалов-наполнителей.In one embodiment of the present invention, at least one particulate inorganic filler material includes, preferably consists of, one particulate inorganic filler material. Alternatively, at least one particulate inorganic filler material includes, preferably consists of, two or more particulate inorganic filler materials. For example, at least one particulate inorganic filler material includes, preferably consists of, two or three particulate inorganic filler materials.
Предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель включает в себя, более предпочтительно состоит из, одного состоящего из частиц материала.Preferably, the at least one particulate inorganic filler material comprises, more preferably consists of, one particulate material.
Термин, по меньшей мере один ʺсостоящий из частицʺ неорганический материал-наполнитель в контексте настоящего изобретения относится к твердому соединению, которое включает, предпочтительно - состоит из, неорганического материала-наполнителя.The term at least one "particulate" inorganic filler material in the context of the present invention refers to a solid compound that comprises, preferably consists of, an inorganic filler material.
По меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель может представлять собой состоящий из частиц природный, синтетический или смешанный неорганический материал-наполнитель, такой как карбонат щелочноземельного металла (например, карбонат кальция или доломит), сульфат металла (например, барит или гипс), силикат металла, оксид металла (например, диоксид титана или оксид железа), каолин, кальцинированный (обожженный) каолин, тальк или слюда или любая их смесь или комбинация.The at least one particulate inorganic filler material may be a particulate natural, synthetic or mixed inorganic filler material such as an alkaline earth metal carbonate (e.g. calcium carbonate or dolomite), a metal sulfate (e.g. barite or gypsum) , metal silicate, metal oxide (for example, titanium dioxide or iron oxide), kaolin, calcined (calcined) kaolin, talc or mica, or any mixture or combination thereof.
Особенно хорошие результаты в отношении растяжимости и удлинения при разрыве получают в случае, когда по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель представляет собой по меньшей мере один состоящий из частиц материал, содержащий карбонат кальция.Particularly good results with respect to elongation and elongation at break are obtained when at least one particulate inorganic filler material is at least one particulate material containing calcium carbonate.
Термин ʺматериал, содержащий карбонат кальцияʺ относится к материалу, который содержит по меньшей мере 50,0% масс. карбоната кальция, в расчете на общую массу в сухом состоянии материала, содержащего карбонат кальция.The term "material containing calcium carbonate" refers to a material that contains at least 50.0% of the mass. calcium carbonate, based on the total dry weight of the material containing calcium carbonate.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере один состоящий из частиц материал, содержащий карбонат кальция, выбирают из доломита по меньшей мере одного природного тонкоизмельченного карбоната кальция (GCC), по меньшей мере одного осажденного карбоната кальция (PCC) и их смесей.According to one embodiment of the present invention, the at least one particulate calcium carbonate containing material is selected from dolomite, at least one natural finely divided calcium carbonate (GCC), at least one precipitated calcium carbonate (PCC), and mixtures thereof.
ʺДоломитʺ в контексте настоящего изобретения представляет собой карбонатный кальций-магниевый минерал, имеющий химический состав CaMg(CO3)2 (ʺCaCO3 MgCO3ʺ). Минерал доломит содержит по меньшей мере 30,0% масс. MgCO3, в расчете на общую массу доломита, предпочтительно, более 35,0% масс., более предпочтительно, более 40,0% масс., обычно от 45,0 до 46,0% масс. MgCO3."Dolomite" in the context of the present invention is a calcium magnesium carbonate mineral having the chemical composition CaMg(CO 3 ) 2 ('CaCO 3 MgCO 3 '). The mineral dolomite contains at least 30.0% of the mass. MgCO 3 , based on the total weight of dolomite, preferably more than 35.0 wt. -%, more preferably, more than 40.0 wt. -%, usually from 45.0 to 46.0 wt. MgCO3 .
«Природный тонкоизмельченный карбонат кальция» (GCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, полученный из источников природного происхождения, таких как известняк, мрамор или мел, и подвергнутый влажной и/или сухой обработке, такой как размол, просеивание через сито и/или фракционирование, например, с помощью циклонного сепаратора или классификатора."Natural finely ground calcium carbonate" (GCC) in the context of the present invention is calcium carbonate obtained from sources of natural origin, such as limestone, marble or chalk, and subjected to wet and/or dry processing, such as grinding, sieving and/ or fractionation, for example, using a cyclone separator or classifier.
Согласно одному варианту осуществления, GCC получают сухим размолом. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения GCC получают влажным размолом и последующей сушкой.According to one embodiment, the GCC is dry milled. According to another embodiment of the present invention, GCC is obtained by wet milling and subsequent drying.
Как правило, стадия размола может быть осуществлена с помощью любого обычно применяемого помольного устройства, например, в условиях, при которых рафинирование преимущественно происходит в результате соударений со вторичным телом, например, в одном или нескольких устройствах, выбираемых из: шаровой мельницы, стержневой мельницы, вибрационной мельницы, валковой дробилки, ударно-центробежной мельницы, вертикальной бисерной мельницы, атриторной мельницы, штифтовой мельницы, молотковой мельницы, мельницы для тонкого помола (пульверизатора), шреддера, устройства для разгруппирования, резательного станка, или другого такого оборудования, известного специалисту в данной области. В случае, когда содержащий карбонат кальция материал включает в себя подвергнутый влажному размолу содержащий карбонат кальция материал, стадия размола может быть проведена в условиях, при которых происходит самоизмельчение, и/или посредством измельчения в горизонтальной шаровой мельнице, и/или других таких процессов, известных специалисту. Подвергнутый влажной обработке измельченный материал, содержащий карбонат кальция, полученный таким образом, может быть подвергнут промывке и отведению воды посредством хорошо известных процессов, например, с применением флокуляции, фильтрации или принудительного выпаривания перед сушкой. Последующая стадия сушки может быть выполнена в одну стадию, такую как сушка распылением, или по меньшей мере в две стадии. Также является обычным и то, что такой материал на основе карбоната кальция подвергается обработке на стадии обогащения (как например, стадии флотации, отбеливания или магнитного разделения) с удалением примесей.In general, the grinding step can be carried out using any commonly used grinding device, for example, under conditions in which refining mainly occurs as a result of collisions with the secondary body, for example, in one or more devices selected from: ball mill, rod mill, vibratory mill, roller crusher, impact centrifugal mill, vertical bead mill, attritor mill, pin mill, hammer mill, pulverizer mill, shredder, ungrouper, cutting machine, or other such equipment known to a person skilled in the art. areas. In the case where the calcium carbonate-containing material includes a wet-milled calcium carbonate-containing material, the grinding step may be carried out under self-grinding conditions and/or by grinding in a horizontal ball mill and/or other such processes known in the art. specialist. The wet-worked calcium carbonate-containing pulverized material thus obtained can be washed and dewatered by well-known processes, for example using flocculation, filtration or forced evaporation before drying. The subsequent drying step may be carried out in one step, such as spray drying, or at least two steps. It is also common for such calcium carbonate material to be treated in a beneficiation step (such as a flotation, bleaching or magnetic separation step) to remove impurities.
В одном варианте осуществления, GCC выбирают из группы, включающей в себя мрамор, мел, известняк и их смеси.In one embodiment, the GCC is selected from the group consisting of marble, chalk, limestone, and mixtures thereof.
ʺОсажденный карбонат кальцияʺ (PCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой синтезированный материал, как правило, получаемый осаждением после реакции диоксида углерода и извести в водной среде или осаждением источника ионов кальция и карбонат-ионов в воде. PCC может включать в себя одну или несколько кристаллических форм, выбираемых из арагонитовых, ватеритовых и кальцитовых минералогических кристаллических форм. Предпочтительно, PCC имеет одну кристаллическую форму, выбираемую из арагонитовых, ватеритовых и кальцитовых минералогических кристаллических форм."Precipitated calcium carbonate" (PCC) in the context of the present invention is a synthesized material, usually obtained by precipitation after the reaction of carbon dioxide and lime in an aqueous medium or by precipitation of a source of calcium ions and carbonate ions in water. PCC may include one or more crystalline forms selected from aragonite, vaterite and calcite mineralogical crystalline forms. Preferably, PCC has a single crystal form selected from aragonite, vaterite and calcite mineralogical crystal forms.
Арагонит обычно имеет игольчатую форму, где ватерит относится к гексагональной кристаллической системе. Кальцит может образовывать скаленоэдрические, призматические, сферические и ромбоэдрические формы. PCC может быть получен различными путями, например, осаждением посредством диоксида углерода, с применением известково-содового процесса, или с применением процесса Сольвея, в котором PCC является побочным продуктом получения аммиака. Получаемая суспензия PCC может быть подвергнута механическому отведению воды и сушке.Aragonite usually has an acicular shape, where vaterite refers to a hexagonal crystal system. Calcite can form scalenohedral, prismatic, spherical, and rhombohedral shapes. PCC can be obtained in various ways, for example, precipitation by carbon dioxide, using the lime-soda process, or using the Solvay process, in which PCC is a by-product of ammonia production. The resulting PCC slurry can be mechanically dewatered and dried.
Предпочтительно, что по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель представляет собой состоящий из частиц содержащий карбонат кальция материал, представляющий собой по меньшей мере один осажденный карбонат кальция (PCC), предпочтительно, по меньшей мере один осажденный карбонат кальция (PCC) арагонитовой, ватеритовой или кальцитовой минералогической кристаллической формы.Preferably, the at least one particulate inorganic filler material is a calcium carbonate-containing particulate material which is at least one precipitated calcium carbonate (PCC), preferably at least one precipitated calcium carbonate (PCC) of aragonite , vaterite or calcite mineralogical crystalline form.
В дополнение к карбонату кальция, по меньшей мере один состоящий из частиц содержащий карбонат кальция материал может включать в себя, кроме того, оксиды металла, такие как диоксид титана и/или триоксид алюминия, гидроксиды металла, такие как тригидроксид алюминия, соли металла, такие как сульфаты, силикаты, такие как тальк и/или каолиновая глина и/или слюда, карбонаты, такие как карбонат магния и/или гипс, белый пигмент сатинит и их смеси.In addition to calcium carbonate, the at least one particulate calcium carbonate-containing material may further comprise metal oxides such as titanium dioxide and/or aluminum trioxide, metal hydroxides such as aluminum trihydroxide, metal salts such as as sulfates, silicates such as talc and/or kaolin clay and/or mica, carbonates such as magnesium carbonate and/or gypsum, satin white pigment and mixtures thereof.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, количество карбоната кальция по меньшей мере в одном состоящем из частиц содержащем карбонат кальция материале составляет ≥50,0% масс., предпочтительно, 90,0% масс., более предпочтительно, ≥95,0% масс. и, наиболее предпочтительно, ≥97,0% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии содержащего карбонат кальция материала.According to one embodiment of the present invention, the amount of calcium carbonate in at least one particulate containing calcium carbonate material is ≥50.0 wt%, preferably 90.0 wt%, more preferably ≥95.0 wt%. and most preferably ≥97.0% by weight, based on the total dry weight of the calcium carbonate-containing material.
Предпочтительно, что по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель, предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц содержащий карбонат кальция материал, имеет медианный по массе размер частиц d 50 от 0,1 до 20,0 мкм, предпочтительно в диапазоне от 0,3 до 10,0 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 0,4 до 8,0 мкм, и наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 4,0 мкм, например, 2,7 мкм, который измеряют седиментационным методом.Preferably, at least one particulate inorganic filler material, preferably at least one particulate material containing calcium carbonate, has a mass median particle size d 50 of 0.1 to 20.0 µm, preferably in the range from 0.3 to 10.0 µm, more preferably in the range from 0.4 to 8.0 µm, and most preferably in the range from 0.5 to 4.0 µm, for example, 2.7 µm, which is measured by the sedimentation method .
На всем протяжении настоящего документа, ʺразмер частицʺ содержащего карбонат кальция материала-наполнителя или других состоящих из частиц материалов описывают посредством его распределения по размерам частиц. Значение d x означает диаметр, относительно которого x% по массе частиц имеют диаметры менее d x. Это означает, что значение d 20 отражает размер частиц, относительно которого 20% масс. всех частиц являются меньше указанного диаметра, и значение d 98 отражает размер частиц, относительно которого 98% масс. всех частиц являются меньше указанного диаметра. Значение d 98 также рассматривают как ʺмаксимальный диаметр 98% масс. всех частиц (top cut)ʺ. Значение d 50, таким образом, означает медианный по массе размер частиц, то есть, 50% масс. всех зерен меньше, чем этот размер частиц. Для цели настоящего изобретения, размер частиц задают как медианный по массе размер частиц d 50, если не указано иначе. Для определения значения медианного по массе размера частиц d 50 или значения максимального размера 98% масс. всех частиц d 98 может быть использован прибор SedigraphTM 5100 или 5120 от компании Micromeritics, США. Этот метод и этот инструмент известны специалисту и обычно используются для определения размера зерна наполнителей и пигментов. Измерение проводят в водном растворе, содержащем 0,1% масс. Na4P2O7. Образцы подвергают диспергированию с помощью высокоскоростной мешалки и ультразвукового генератора.Throughout this document, the "particle size" of the calcium carbonate-containing filler material or other particulate materials is described by its particle size distribution. The value of d x means the diameter relative to which x % by weight of the particles have diameters less than d x . This means that the value of d 20 reflects the particle size, relative to which 20% of the mass. all particles are less than the specified diameter, and the value of d 98 reflects the particle size, relative to which 98% of the mass. of all particles are less than the specified diameter. The value of d 98 is also considered as ʺmaximum diameter of 98% of the mass. all particles (top cut)ʺ. The value of d 50 thus means the mass-median particle size, that is, 50% of the mass. all grains are smaller than this particle size. For the purpose of the present invention, the particle size is given as the weight median particle size d 50 unless otherwise indicated. To determine the value of the mass median particle size d 50 or the value of the maximum size of 98% of the mass. all d 98 particles, the Sedigraph TM 5100 or 5120 instrument from Micromeritics, USA can be used. This method and this tool are known to the skilled person and are commonly used to determine the grain size of fillers and pigments. The measurement is carried out in an aqueous solution containing 0.1% of the mass. Na 4 P 2 O 7 . Samples are subjected to dispersion using a high-speed stirrer and an ultrasonic generator.
По меньшей мере, один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель, предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц содержащий карбонат кальция материал, может иметь максимальный диаметр 98% масс. всех частиц, например, ниже 40,0 мкм. Предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель, предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц содержащий карбонат кальция материал, имеет максимальный диаметр 98% масс. всех частиц, ниже 30,0 мкм и, более предпочтительно, ниже 20,0 мкм.At least one particulate inorganic filler material, preferably at least one particulate material containing calcium carbonate, may have a maximum diameter of 98% by weight. all particles, for example, below 40.0 µm. Preferably, at least one particulate inorganic filler material, preferably at least one particulate material containing calcium carbonate, has a maximum diameter of 98 wt%. all particles below 30.0 µm and more preferably below 20.0 µm.
Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель, предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц содержащий карбонат кальция материал, имеет удельную площадь поверхности от 0,5 до 200,0 м2/г, более предпочтительно, от 0,5 до 100,0 м2/г и, наиболее предпочтительно, от 0,5 до 50,0 м2/г, которую измеряют с помощью азотного метода БЭТ.Additionally or alternatively, the at least one particulate inorganic filler material, preferably the at least one particulate calcium carbonate containing material, has a specific surface area of 0.5 to 200.0 m 2 /g, more preferably, from 0.5 to 100.0 m 2 /g, and most preferably from 0.5 to 50.0 m 2 /g, as measured by the nitrogen BET method.
Термин ʺудельная площадь поверхностиʺ (в м2/г) по меньшей мере одного состоящего из частиц содержащего карбонат кальция материала в контексте настоящего изобретения определяют с использованием метода БЭТ, который хорошо известен специалисту в данной области (ISO 9277:1995).The term "specific surface area" (in m 2 /g) of at least one particulate containing calcium carbonate material in the context of the present invention is determined using the BET method, which is well known to the person skilled in the art (ISO 9277:1995).
Следует принимать во внимание, что 3D-формуемый листовой материал предпочтительно свободен от слоев/слоистых материалов, содержащих полимерные материалы, которые подходят для улучшения растяжимости и удлинения при разрыве листового материала. Таким образом, 3D-формуемый листовой материал предпочтительно свободен от (синтетических) полимерных материалов, таких как полиэтилен (PE), полипропилен (PP), поли(этилен-виниловый спирт) (EVOH) и тому подобное.It should be appreciated that the 3D-formable sheeting is preferably free of layers/layers containing polymeric materials that are suitable for improving the extensibility and elongation at break of the sheeting. Thus, the 3D-formable sheet material is preferably free of (synthetic) polymeric materials such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), poly(ethylene vinyl alcohol) (EVOH) and the like.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предоставляют способ для получения 3D-формуемого изделия. Где способ включает в себя стадии:According to another aspect of the present invention, a method is provided for obtaining a 3D moldable article. Where the method includes the steps:
а) обеспечения 3D-формуемого листового материала, определяемого в данном документе, иa) providing 3D formable sheeting as defined herein, and
b) формования 3D-формуемого листового материала с получением 3D-формованного изделия.b) molding the 3D moldable sheet material into a 3D molded article.
В отношении определения 3D-формуемого листового материала и его предпочтительных вариантов осуществления, даются ссылки на утверждения, приведенные выше при рассмотрении технических особенностей 3D-формуемого листового материала настоящего изобретения.With regard to the definition of 3D-formable sheeting and its preferred embodiments, reference is made to the statements above when considering the technical features of the 3D-formable sheeting of the present invention.
Формование 3D-формуемого листового материала с получением 3D-формованного изделия может быть предпринято с использованием всех методов и технологических линий, хорошо известных специалисту в данной области в отношении формования 3D-формованных изделий. Однако следует принимать во внимание, что процессы пневмоформования (штамповки) согласно стандарту DIN 8583 обычно не подходят для формования 3D-формуемого листового материала с получением 3D-формованного изделия.Forming a 3D molded sheet material into a 3D molded article can be undertaken using all methods and process lines well known to one of skill in the art with respect to molding 3D molded articles. However, it should be appreciated that the blow molding (stamping) processes according to DIN 8583 are generally not suitable for forming a 3D moldable sheet material into a 3D molded article.
3D-Формованные изделия предпочтительно формуют способом формования растяжением-сжатием согласно стандарту DIN 8584 или способом формования растяжением согласно стандарту DIN 8585.The 3D molded articles are preferably formed by a stretch-compression molding according to DIN 8584 or a stretch molding according to DIN 8585.
Формование 3D-формуемого листового материала с получением 3D-формованного изделия предпочтительно выполняют с применением термоформования, вакуумного формования, пневматического (под действием давления воздуха) формования, формования глубокой вытяжкой, гидроформования, сферического формования, формования прессованием, или вакуумного/пневматического формования. Эти методы хорошо известны специалисту в данной области в отношении формования 3D-формованных изделий.Forming a 3D moldable sheet material into a 3D molded article is preferably performed using thermoforming, vacuum forming, pneumatic (air pressure) forming, deep drawing forming, hydroforming, spherical forming, compression molding, or vacuum/pneumatic forming. These methods are well known to the person skilled in the art in relation to the molding of 3D molded articles.
Предпочтительно, что 3D-формуемый листовой материал, который формуют с получением 3D-формованного изделия, должен иметь удельное содержание влаги для облегчения процесса формования на стадии b). В частности, предпочтительно, что 3D-формуемый листовой материал, обеспеченный на стадии a), имеет содержание влаги ≥2% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Однако, если содержание влаги превышает удельное значение, качество получающегося в результате 3D-сформованного изделия обычно ухудшается. Таким образом, предпочтительно, что 3D-формуемый листовой материал, обеспеченный на стадии a), имеет содержание влаги ≤30% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.Preferably, the 3D moldable sheet material that is molded into the 3D molded article should have a specific moisture content to facilitate the molding process in step b). In particular, it is preferable that the 3D-formable sheeting provided in step a) has a moisture content of ≥2% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting. However, if the moisture content exceeds the specific value, the quality of the resulting 3D-molded article usually deteriorates. Thus, it is preferable that the 3D-formable sheeting provided in step a) has a moisture content of ≦30 wt %, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting.
Таким образом, 3D-формуемый листовой материал, обеспеченный на стадии a), предпочтительно имеет содержание влаги в диапазоне от 2 до 30% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Например, 3D-формуемого листового материала, обеспеченного на стадии a), предпочтительно имеет содержание влаги в диапазоне от 6 до 25% масс. или от 10 до 20% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.Thus, the 3D-formable sheeting provided in step a) preferably has a moisture content in the range of 2 to 30% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheeting. For example, the 3D-formable sheet material provided in step a) preferably has a moisture content in the range of 6 to 25% by weight. or from 10 to 20% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material.
В случае, когда содержание влаги 3D-формуемого листового материала, обеспеченного на стадии a), составляет ≤2% масс. или ≥30% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала, 3D-формуемый листовой материал, соответственно, может быть, увлажнен.In the case where the moisture content of the 3D-formable sheet material provided in step a) is ≤2 wt%. or ≥30 wt. %, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material, the 3D-formable sheet material, respectively, may be moistened.
В одном варианте осуществления, способ, таким образом, дополнительно включает в себя стадию c) увлажнения 3D-формуемого листового материала, обеспеченного на стадии a), до содержания влаги от 2 до 30% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала. Предпочтительно, стадию c) проводят так, чтобы 3D-формуемый листовой материал увлажнился до содержания влаги от 6 до 25% масс. или от 10 до 20% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.In one embodiment, the method thus further includes step c) moistening the 3D-formable sheet material provided in step a) to a moisture content of 2 to 30% by weight, based on the total dry weight of 3D - formed sheet material. Preferably, stage c) is carried out so that the 3D-formable sheet material is moistened to a moisture content of from 6 to 25% of the mass. or from 10 to 20% by weight, based on the total dry weight of the 3D-formable sheet material.
Следует принимать во внимание, что содержание влаги после увлажнения определяют в соответствии с общей практикой, то есть содержание влаги предпочтительно не определяют непосредственно после увлажнения. Предпочтительно, содержание влаги после увлажнения определяют лишь только по достижении в 3D-формуемом листовом материале равновесного содержания влаги. Способы для получения и определения такого равновесного содержания влаги хорошо известны специалисту в данной области.It will be appreciated that the moisture content after wetting is determined in accordance with common practice, that is, the moisture content is preferably not determined directly after wetting. Preferably, the moisture content after wetting is only determined when the 3D-formed sheet material has reached an equilibrium moisture content. Methods for obtaining and determining such an equilibrium moisture content are well known to the person skilled in the art.
Например, содержание влаги определяют по меньшей мере через 30 минут после увлажнения 3D-формуемого листового материала. Предпочтительно, содержание влаги определяют через 30 минут - 24 часов, например, через 1 час - 24 часа, после увлажнения 3D-формуемого листового материала.For example, the moisture content is determined at least 30 minutes after wetting the 3D-formable sheeting. Preferably, the moisture content is determined after 30 minutes - 24 hours, for example, after 1 hour - 24 hours, after wetting the 3D-formable sheeting.
Стадию увлажнения c) предпочтительно проводят до и/или во время технологической стадии b). В одном варианте осуществления, стадию увлажнения c) проводят до и во время технологической стадии b). Альтернативно, стадию увлажнения c) проводят до или во время технологической стадии b). Например, стадию увлажнения c) проводят до технологической стадии b).Moisturizing step c) is preferably carried out before and/or during process step b). In one embodiment, the humidification step c) is carried out before and during the process step b). Alternatively, the moisturizing step c) is carried out before or during the process step b). For example, the stage of humidification c) is carried out before the technological stage b).
Увлажнение 3D-формуемого листового материала может быть предпринято с использованием всех способов и инструментов, хорошо известных специалисту в данной области в отношении увлажнения материалов. Например, увлажнение 3D-формуемого листового материала может быть осуществлено с применением распыления.Wetting the 3D formed sheet material can be undertaken using all methods and tools well known to one of skill in the art with regard to wetting materials. For example, wetting the 3D-formable sheet material can be done using spraying.
Предпочтительно, что 3D-формуемый листовой материал получен в результатеPreferably, the 3D formable sheet material is obtained by
i)обеспечения целлюлозного материала, определяемого в данном документе,i) providing cellulosic material as defined herein,
ii) формования предварительного листа, состоящего из целлюлозного материала стадии i), иii) forming a pre-sheet consisting of the cellulosic material of step i), and
iii) сушки предварительного листа стадии ii) с получением 3D-формуемого листового материала.iii) drying the pre-sheet of step ii) to form a 3D formable sheet material.
Если 3D-формуемый листовой материал включает в себя добавки, то целлюлозный материал комбинируют с добавками на стадии i).If the 3D-formable sheet material includes additives, then the cellulosic material is combined with the additives in step i).
В одном варианте осуществления, целлюлозный материал комбинируют по меньшей мере с одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем, определяемым в данном документе, с получением смеси целлюлозы и неорганического материала-наполнителя. Следует принимать во внимание, что этот вариант осуществления предпочтительно применяется в том случае, когда целлюлозный материал не содержит наполнитель и/или пигменты. Если 3D-формуемый листовой материал включает в себя добавки, то целлюлозный материал комбинируют с по меньшей мере одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем и добавками на стадии i) с получением смеси целлюлозы и неорганического материала-наполнителя.In one embodiment, the cellulose material is combined with at least one particulate inorganic filler material as defined herein to form a mixture of cellulose and inorganic filler material. It should be appreciated that this embodiment is preferably applied when the cellulosic material does not contain filler and/or pigments. If the 3D-formable sheet material includes additives, then the cellulose material is combined with at least one particulate inorganic filler material and additives in step i) to form a mixture of cellulose and inorganic filler material.
В отношении определения целлюлозного материала, по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя, добавок и их предпочтительных вариантов осуществления, делают ссылку на утверждения, приведенные выше при рассмотрении технических особенностей 3D-формуемого листового материала по настоящему изобретению.With regard to the definition of cellulosic material, at least one particulate inorganic filler material, additives and their preferred embodiments, reference is made to the statements above when considering the technical features of the 3D-formable sheet material of the present invention.
Целлюлозный материал предпочтительно обеспечивают в форме водной суспензии. Например, в форме водной суспензии, содержащей целлюлозный материал в диапазоне от 0,2 до 35% масс., более предпочтительно от 0,25 до 20% масс., еще более предпочтительно от 0,5 до 15% масс., наиболее предпочтительно от 1 до 10% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.The cellulosic material is preferably provided in the form of an aqueous suspension. For example, in the form of an aqueous suspension containing cellulosic material in the range of 0.2 to 35 wt. %, more preferably 0.25 to 20 wt. %, even more preferably 0.5 to 15 wt. %, most preferably from 1 to 10% wt., based on the total weight of the aqueous suspension.
В одном варианте осуществления, целлюлозный материал представляет собой нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу, которая получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии или присутствии наполнителей и/или пигментов.In one embodiment, the cellulosic material is nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the absence or presence of fillers and/or pigments.
Если целлюлозный материал представляет собой нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу, которая получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в присутствии наполнителей и/или пигментов, то наполнители и/или пигменты и по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель могут быть одинаковыми. Другими словами, наполнители и/или пигменты представляют собой по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель. В этом варианте осуществления, целлюлозный материал, таким образом, предпочтительно не комбинируют дополнительно с по меньшей мере одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем.If the cellulosic material is nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the presence of fillers and/or pigments, then the fillers and/or pigments and at least one particulate inorganic filler material may be the same. In other words, the fillers and/or pigments are at least one particulate inorganic filler material. In this embodiment, the cellulosic material is thus preferably not further combined with at least one particulate inorganic filler material.
В другом предпочтительном варианте осуществления, целлюлозный материал представляет собой нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу, которая получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии или в присутствии наполнителей и/или пигментов, и целлюлозный материал дополнительно комбинируют с по меньшей мере одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем.In another preferred embodiment, the cellulose material is nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which is obtained by nanofibrillation and/or microfibrillation of a suspension of cellulose fibers in the absence or presence of fillers and/or pigments, and the cellulose material is further combined with at least one from particles with an inorganic filler material.
В любом случае, обеспечиваемый целлюлозный материал включает в себя наполнители и/или пигменты, и/или целлюлозный материал является скомбинированным с по меньшей мере одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем из условия, чтобы 3D-формуемый листовой материал включал в себя по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель в количестве ≥45% масс., в расчете на общую массу в сухом состоянии 3D-формуемого листового материала.In either case, the cellulosic material provided includes fillers and/or pigments and/or the cellulosic material is combined with at least one particulate inorganic filler material such that the 3D formable sheet material includes at least one particulate inorganic filler material in an amount of ≥45 wt %, based on the total dry weight of the 3D moldable sheeting.
Если целлюлозный материал комбинируют с по меньшей мере одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем, то по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель обеспечивают в порошковой форме, то есть, в сухой форме, или в форме водной суспензии.If the cellulosic material is combined with at least one particulate inorganic filler material, the at least one particulate inorganic filler material is provided in powder form, ie in dry form, or in the form of an aqueous suspension.
Если, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель обеспечивают в форме водной суспензии, то водная суспензия содержит состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель предпочтительно в количестве от 1 до 80% масс., более предпочтительно от 5 до 78% масс., еще более предпочтительно от 10 до 78% масс. и наиболее предпочтительно от 15 до 78% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.If at least one particulate inorganic filler material is provided in the form of an aqueous suspension, then the aqueous suspension contains the particulate inorganic filler material preferably in an amount of 1 to 80% by weight, more preferably 5 to 78% by weight. , even more preferably from 10 to 78% of the mass. and most preferably from 15 to 78% by weight, based on the total weight of the aqueous suspension.
В одном варианте осуществления, целлюлозный материал обеспечивают в форме водной суспензии, и по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель обеспечивают в форме водной суспензии.In one embodiment, the cellulosic material is provided in the form of an aqueous suspension and at least one particulate inorganic filler material is provided in the form of an aqueous suspension.
Альтернативно, целлюлозный материал обеспечивают в форме водной суспензии, и по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель обеспечивают в порошковой форме.Alternatively, the cellulosic material is provided in the form of an aqueous suspension and at least one particulate inorganic filler material is provided in powder form.
Водная ʺвзвесьʺ или ʺсуспензияʺ в контексте настоящего изобретения содержит нерастворимые твердые вещества и воду и обычно может содержать большие количества твердых веществ и, таким образом, может быть более вязкой и, как правило, может иметь более высокую плотность, чем жидкость, из которой она получена.An aqueous "slurry" or "suspension" in the context of the present invention contains insoluble solids and water and may typically contain large amounts of solids and thus may be more viscous and generally may have a higher density than the liquid from which it is derived.
Термин ʺводнаяʺ взвесь или суспензия относится к системе, где жидкая фаза содержит, предпочтительно, - состоит из воды. Однако упомянутый термин не исключает того, что жидкая фаза водной взвеси или суспензии содержит незначительные количества по меньшей мере одного смешивающегося с водой органического растворителя, выбранного из группы, включающей в себя метанол, этанол, ацетон, ацетонитрил, тетрагидрофуран и их смесей. Если водная взвесь или суспензия включает в себя по меньшей мере один смешивающийся с водой органический растворитель, то жидкая фаза водной взвеси содержит по меньшей мере один смешивающийся с водой органический растворитель в количестве от 0,1 до 40,0% масс., предпочтительно, от 0,1 до 30,0% масс., более предпочтительно, от 0,1 до 20,0% масс. и, наиболее предпочтительно, от 0,1 до 10,0% масс., в расчете на общую массу жидкой фазы водной взвеси или суспензии. Например, жидкая фаза водной взвеси или суспензии состоит из воды. Если жидкая фаза водной взвеси или суспензии состоит из воды, то вода, которая подлежит использованию, может представлять собой любую имеющуюся в распоряжении воду, такую как водопроводная вода и/или деионизированная вода.The term "aqueous" slurry or suspension refers to a system where the liquid phase contains, preferably consists of, water. However, said term does not exclude that the liquid phase of the aqueous slurry or suspension contains minor amounts of at least one water-miscible organic solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran, and mixtures thereof. If the aqueous slurry or suspension comprises at least one water-miscible organic solvent, then the liquid phase of the aqueous slurry contains at least one water-miscible organic solvent in an amount of from 0.1 to 40.0% by weight, preferably from 0.1 to 30.0% wt., more preferably, from 0.1 to 20.0% wt. and most preferably from 0.1 to 10.0% by weight, based on the total weight of the liquid phase of the aqueous slurry or suspension. For example, the liquid phase of an aqueous slurry or suspension consists of water. If the liquid phase of the aqueous slurry or suspension consists of water, then the water to be used may be any available water, such as tap water and/or deionized water.
Целлюлозный материал комбинируют с по меньшей мере одним состоящим из частиц неорганическим материалом-наполнителем и необязательными добавками в любом порядке. Предпочтительно, по меньшей мере один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель и необязательные добавки добавляют к целлюлозному материалу.The cellulosic material is combined with at least one particulate inorganic filler material and optional additives in any order. Preferably, at least one particulate inorganic filler material and optional additives are added to the cellulosic material.
Целлюлозный материал представляет собой смесь на основе целлюлозного материала, включающую в себя нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу.Cellulosic material is a mixture based on cellulose material, including nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose.
Предпочтительно, целлюлозный материал представляет собой смесь на основе целлюлозного материала, включающую в себя нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу, которая получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии или в присутствии наполнителей и/или пигментов.Preferably, the cellulose material is a mixture based on cellulose material, including nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose, which is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the absence or presence of fillers and/or pigments.
В случае, когда нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в отсутствии наполнителей и/или пигментов, нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза находится предпочтительно в форме водной суспензии, имеющей вязкость по Брукфилду в диапазоне от 1 до 2000 мПа⋅сек при 25°C, более предпочтительно, от 10 до 1200 мПа⋅сек при 25°C, и, наиболее предпочтительно, от 100 до 600 мПа⋅сек при 25°C, при содержании нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы 1% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.In the case where nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the absence of fillers and/or pigments, the nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is preferably in the form of an aqueous suspension having a Brookfield viscosity in the range of 1 up to 2000 mPa.s at 25°C, more preferably from 10 to 1200 mPa.s at 25°C, and most preferably from 100 to 600 mPa.s at 25°C, when containing nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose 1% wt., based on the total weight of the aqueous suspension.
В случае, когда нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза получена нанофибриллированием и/или микрофибриллированием суспензии целлюлозных волокон в присутствии наполнителей и/или пигментов, нанофибриллированная целлюлоза и/или микрофибриллированная целлюлоза находится предпочтительно в форме водной суспензии, имеющей вязкость по Брукфилду в диапазоне от 1 до 2000 мПа⋅сек при 25°C, более предпочтительно, от 3 до 1200 мПа⋅сек при 25°C, и, наиболее предпочтительно, от 10 до 600 мПа⋅сек при 25°C, при содержании нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы 1% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.In the case where nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is obtained by nanofibrillating and/or microfibrillating a suspension of cellulose fibers in the presence of fillers and/or pigments, the nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose is preferably in the form of an aqueous suspension having a Brookfield viscosity in the range of 1 up to 2000 mPa.s at 25°C, more preferably from 3 to 1200 mPa.s at 25°C, and most preferably from 10 to 600 mPa.s at 25°C, when containing nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose 1% wt., based on the total weight of the aqueous suspension.
Водная суспензия нанофибриллированной целлюлозы и/или микрофибриллированной целлюлозы предпочтительно содержит нанофибриллированную целлюлозу и/или микрофибриллированную целлюлозу в количестве от 0,2 до 35% масс., более предпочтительно, от 0,25 до 20% масс., еще более предпочтительно, от 0,5 до 15% масс., наиболее предпочтительно от 1 до 10% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.An aqueous suspension of nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose preferably contains nanofibrillated cellulose and/or microfibrillated cellulose in an amount of from 0.2 to 35 wt%, more preferably from 0.25 to 20 wt%, even more preferably from 0, 5 to 15 wt. -%, most preferably from 1 to 10 wt. -%, based on the total weight of the aqueous suspension.
Способы для получения нанофибриллированной и микрофибриллированной целлюлоз хорошо известны специалисту в данной области. Например, способы для получения нанофибриллированной и микрофибриллированной целлюлоз описаны в заявках на патент EP 2386682 A1, EP 2386683 A1, EP 2236664 A1, EP 2236545 A1, EP 2808440 A1 и EP 2805986 A1, которые, таким образом, включены в данный документ посредством ссылок, а также в публикациях Franklin W. Herrick, et al. ʺMicrofibrillated Cellulose: Morphology and Accessibilityʺ, Journal of Applied Polymer Science: Applied Polymer Symposium 37, 797-813 (1983), и Hubbe et al. ʺCellulosic nanocomposites, reviewʺ BioResources, 3(3), 929-890 (2008).Methods for obtaining nanofibrillated and microfibrillated celluloses are well known to the person skilled in the art. For example, methods for producing nanofibrillated and microfibrillated celluloses are described in patent applications EP 2386682 A1, EP 2386683 A1, EP 2236664 A1, EP 2236545 A1, EP 2808440 A1 and EP 2805986 A1, which are hereby incorporated herein by reference, and also in Franklin W. Herrick, et al. "Microfibrillated Cellulose: Morphology and Accessibility", Journal of Applied Polymer Science: Applied Polymer Symposium 37 , 797-813 (1983), and Hubbe et al. "Cellulosic nanocomposites, review" BioResources , 3(3), 929-890 (2008).
Следует принимать во внимание, что термин ʺсмесь целлюлозы и неорганического материала-наполнителяʺ относится к смеси целлюлозного материала по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя и опциональных добавок. Предпочтительно, смесь целлюлозы и неорганического материала-наполнителя представляет собой однородную смесь целлюлозного материала по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя и необязательных добавок.It will be appreciated that the term "mixture of cellulose and inorganic filler material" refers to a mixture of cellulosic material of at least one particulate inorganic filler material and optional additives. Preferably, the mixture of cellulose and inorganic filler material is a homogeneous mixture of cellulose material of at least one particulate inorganic filler material and optional additives.
Смесь целлюлозы и неорганического материала-наполнителя представляет собой предпочтительно водную суспензию, содержащую целлюлозный материал, по меньшей мере, один состоящий из частиц неорганический материал-наполнитель и необязательные добавки. В одном варианте осуществления, водная суспензия смеси целлюлозы и неорганического материала-наполнителя имеет содержание твердых веществ в диапазоне от 0,3 до 35% масс., более предпочтительно, от 0,5 до 30% масс., еще более предпочтительно от 0,7 до 25% масс., наиболее предпочтительно, от 0,9 до 20% масс., в расчете на общую массу водной суспензии.The mixture of cellulose and inorganic filler material is preferably an aqueous suspension containing cellulosic material, at least one particulate inorganic filler material, and optional additives. In one embodiment, the aqueous suspension of a mixture of cellulose and inorganic filler material has a solids content in the range of 0.3 to 35 wt%, more preferably 0.5 to 30 wt%, even more preferably 0.7 up to 25 wt. -%, most preferably, from 0.9 to 20 wt. -%, based on the total weight of the aqueous suspension.
Согласно стадии ii) способа, получают предварительный лист, состоящий из смеси целлюлозы и неорганического материала-наполнителя стадии i).According to step ii) of the process, a preliminary sheet is obtained, consisting of a mixture of cellulose and inorganic filler material of step i).
Стадия формования ii) может быть предпринята с использованием всех методов и способов, хорошо известных специалисту в данной области в отношении формования предварительного листа из смеси целлюлозы и неорганического материала-наполнителя. Стадия формования ii) может быть осуществлена с помощью любой обычно применяемой формовочной машины, например, в условиях, при которых получают непрерывный или прерывистый предварительный лист из смеси целлюлозы и неорганического материала-наполнителя, или с помощью другого такого оборудования, известного специалисту в данной области. Например, формование может быть осуществлено в бумагоделательной машине, что описано в публикации J. Rantanen, et al., Forming and dewatering of a microfibrillated cellulose composite paper. BioRes. 10(2), 2015, 3492-3506.Forming step ii) may be undertaken using all methods and techniques well known to the person skilled in the art with respect to forming a pre-sheet from a mixture of cellulose and inorganic filler material. Forming step ii) may be carried out using any conventional forming machine, for example, under conditions that produce a continuous or discontinuous pre-sheet from a mixture of cellulose and inorganic filler material, or using other such equipment known to a person skilled in the art. For example, shaping may be carried out in a paper machine as described in J. Rantanen, et al., Forming and dewatering of a microfibrillated cellulose composite paper. biores. 10(2), 2015, 3492-3506.
Предварительный лист из смеси целлюлозы и неорганического материала-наполнителя может быть подвергнут обработке на стадии снижения содержания воды в предварительном листе. Такая стадия снижения содержания воды может быть осуществлена во время или после, предпочтительно - после, технологической стадии ii). Такая стадия снижения содержания воды может быть предпринята с использованием всех методов и способов, хорошо известных специалисту в данной области в отношении снижения содержания воды в предварительном листе. Стадия снижения содержания воды может быть осуществлена любым обычно применяемым способом, например, под действием давления, под действием вакуума в ходе влажного прессования, под действием силы тяжести или под действием силы всасывания, в результате чего получают предварительный лист, имеющий содержание воды, которое является сниженным по сравнению с содержанием воды до стадии снижения содержания воды, или с помощью другого такого оборудования, известного специалисту в данной области.The pre-sheet of a mixture of cellulose and inorganic filler material may be subjected to a water reduction step in the pre-sheet. Such a water reduction step may be carried out during or after, preferably after, process step ii). Such a water reduction step may be undertaken using all methods and techniques well known to one of skill in the art with respect to reducing the water content of the presheet. The step of reducing the water content can be carried out by any conventional method, for example, by pressure, by vacuum during wet pressing, by gravity or by suction, resulting in a pre-sheet having a water content that is reduced compared to the water content before the stage of water reduction, or using other such equipment known to the person skilled in the art.
Если не определено другое, термин ʺснижение содержания водыʺ относится к процессу, согласно которому удаляют только часть воды из предварительного листа, в результате чего получают предварительно высушенный предварительный лист. Кроме того, ʺпредварительно высушенныйʺ предварительный лист может быть дополнительно определен посредством общего содержания влаги в нем, которое, если не указано другое, составляет величину, которая больше или равна 5% масс., предпочтительно, больше или равна 8% масс., более предпочтительно, больше или равна 10% масс., и наиболее предпочтительно от 20 до 60% масс., в расчете на общую массу предварительного листа.Unless otherwise specified, the term "water reduction" refers to a process whereby only a portion of the water is removed from the pre-sheet, resulting in a pre-dried pre-sheet. In addition, the "pre-dried" pre-sheet can be further defined by its total moisture content, which, unless otherwise indicated, is a value that is greater than or equal to 5 wt%, preferably greater than or equal to 8 wt%, more preferably, greater than or equal to 10 wt. -%, and most preferably from 20 to 60 wt. -%, based on the total weight of the preliminary sheet.
Таким образом, способ предпочтительно дополнительно включает в себя стадию iv1) удаления воды из предварительного листа стадии ii).Thus, the method preferably further comprises step iv1) removing water from the preliminary sheet of step ii).
В одном варианте осуществления, удаление воды на стадии iv1) проводят под давлением, предпочтительно, под давлением в диапазоне от 10 до 150 кПа, более предпочтительно, под давлением в диапазоне от 20 до 100 кПа, и, наиболее предпочтительно, под давлением в диапазоне от 30 до 80 кПа.In one embodiment, the removal of water in step iv1) is carried out under pressure, preferably under a pressure in the range of 10 to 150 kPa, more preferably under a pressure in the range of 20 to 100 kPa, and most preferably under a pressure in the range of 30 to 80 kPa.
Альтернативно, способ дополнительно включает в себя стадию iv2) влажного прессования предварительного листа стадии ii).Alternatively, the method further comprises the step iv2) of wet pressing the pre-sheet of step ii).
В одном варианте осуществления, предварительный лист, полученный на стадии iv1), дополнительно подвергают обработке на стадии влажного прессования для того, чтобы дополнительно снизить содержание воды. В этом случае, способ дополнительно включает в себя стадию iv2) влажного прессования предварительного листа стадии iv1).In one embodiment, the pre-sheet obtained in step iv1) is further subjected to a wet pressing step in order to further reduce the water content. In this case, the method further includes step iv2) of wet pressing the pre-sheet of step iv1).
Стадию влажного прессования iv2) предпочтительно проводят под давлением в диапазоне от 100 до 700 кПа, предпочтительно, под давлением в диапазоне от 200 до 600 кПа, и, наиболее предпочтительно, под давлением в диапазоне от 300 до 500 кПа. Дополнительно или альтернативно, стадию влажного прессования iv2) проводят при температуре в диапазоне от 10 до 80°C, предпочтительно, при температуре в диапазоне от 15 до 75°C, и, более предпочтительно, при температуре в диапазоне от 20 до 70°C.The wet pressing step iv2) is preferably carried out at a pressure in the range of 100 to 700 kPa, preferably a pressure in the range of 200 to 600 kPa, and most preferably a pressure in the range of 300 to 500 kPa. Additionally or alternatively, the wet pressing step iv2) is carried out at a temperature in the range of 10 to 80°C, preferably at a temperature in the range of 15 to 75°C, and more preferably at a temperature in the range of 20 to 70°C.
Предпочтительно, стадию iv2) влажного прессования предварительного листа стадии ii) или стадии iv1) проводят под давлением в диапазоне от 100 до 700 кПа, предпочтительно, под давлением в диапазоне от 200 до 600 кПа, и, наиболее предпочтительно, под давлением в диапазоне от 300 до 500 кПа, и при температуре в диапазоне от 10 до 80°C, предпочтительно, при температуре в диапазоне от 15 до 75°C, и, более предпочтительно, при температуре в диапазоне от 20 до 70°C.Preferably step iv2) of wet pressing the pre-sheet of step ii) or step iv1) is carried out at a pressure in the range of 100 to 700 kPa, preferably a pressure in the range of 200 to 600 kPa, and most preferably a pressure in the range of 300 up to 500 kPa, and at a temperature in the range from 10 to 80°C, preferably at a temperature in the range from 15 to 75°C, and more preferably at a temperature in the range from 20 to 70°C.
Согласно стадии iii), предварительный лист стадии ii) или стадии iv1) или стадии iv2) подвергают сушке с получением 3D-формуемого листового материала.According to step iii), the preliminary sheet of step ii) or step iv1) or step iv2) is dried to obtain a 3D-formable sheet material.
Термин ʺсушкаʺ относится к процессу, согласно которому по меньшей мере часть воды удаляют из предварительного листа, в результате чего получают 3D-формуемый листовой материал. Кроме того, ʺподвергнутый сушкеʺ 3D-формуемый листовой материал может быть дополнительно определен посредством общего содержания влаги в нем, которое, если не указано другое, составляет величину, меньшую или равную 30% масс., предпочтительно, меньшую или равную 25% масс., более предпочтительно, меньшую или равную 20% масс., и, наиболее предпочтительно, меньшую или равную 15% масс., в расчете на общую массу подвергнутого сушке материала.The term "drying" refers to a process in which at least a portion of the water is removed from the pre-sheet, resulting in a 3D-formable sheet material. In addition, the "dried" 3D-formable sheet material can be further defined by its total moisture content, which, unless otherwise indicated, is less than or equal to 30 wt. -%, preferably less than or equal to 25 wt. -%, more preferably less than or equal to 20% by weight, and most preferably less than or equal to 15% by weight, based on the total weight of the dried material.
Такая стадия сушки может быть предпринята с использованием всех методов и способов, хорошо известных специалисту в данной области в отношении сушки предварительного листа. Стадия сушки может быть осуществлена любым обычно применяемым способом, например, под действием давления, под действием силы тяжести или под действием силы всасывания, в результате чего получают предварительный лист, имеющий содержание воды, которое является сниженным по сравнению с содержанием воды до сушки, или с помощью другого такого оборудования, известного специалисту в данной области.Such a drying step may be undertaken using all methods and techniques well known to the person skilled in the art with respect to drying the pre-sheet. The drying step may be carried out by any conventional method, for example by pressure, by gravity or by suction, resulting in a pre-sheet having a water content that is reduced compared to the water content prior to drying, or with using other such equipment known to the person skilled in the art.
В одном варианте осуществления, стадию iii) осуществляют сушкой при прессовании. Например, с использованием сушки при прессовании под давлением в диапазоне от 50 до 150 кПа, предпочтительно, под давлением в диапазоне от 60 до 120 кПа, и, наиболее предпочтительно, под давлением в диапазоне от 80 до 100 кПа, и/или при температуре в диапазоне от 80 до 180°C, предпочтительно, при температуре в диапазоне от 90 до 160°C, и, более предпочтительно, при температуре в диапазоне от 100 до 150°C.In one embodiment, step iii) is carried out by compression drying. For example, using compression drying at a pressure in the range of 50 to 150 kPa, preferably a pressure in the range of 60 to 120 kPa, and most preferably a pressure in the range of 80 to 100 kPa, and/or at a temperature of in the range of 80 to 180°C, preferably at a temperature in the range of 90 to 160°C, and more preferably at a temperature in the range of 100 to 150°C.
В одном варианте осуществления, стадию iii) осуществляют сушкой при прессовании под давлением в диапазоне от 50 до 150 кПа, предпочтительно, под давлением в диапазоне от 60 до 120 кПа, и, наиболее предпочтительно, под давлением в диапазоне от 80 до 100 кПа, и при температуре в диапазоне от 80 до 180°C, предпочтительно, при температуре в диапазоне от 90 до 160°C, и, более предпочтительно, при температуре в диапазоне от 100 до 150°C.In one embodiment, step iii) is carried out by compression drying at a pressure in the range of 50 to 150 kPa, preferably a pressure in the range of 60 to 120 kPa, and most preferably a pressure in the range of 80 to 100 kPa, and at a temperature in the range of 80 to 180°C, preferably at a temperature in the range of 90 to 160°C, and more preferably at a temperature in the range of 100 to 150°C.
Ввиду очень хороших результатов для 3D-формуемого листового материала, определяемого выше, дополнительный аспект настоящего изобретения относится к применению целлюлозного материала, определяемого в данном документе, и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя, определяемого в данном документе, для изготовления 3D-формуемого листового материала.In view of the very good results for 3D moldable sheeting as defined above, a further aspect of the present invention relates to the use of cellulosic material as defined herein and at least one particulate inorganic filler material as defined herein to make 3D - formed sheet material.
Другой аспект настоящего изобретения относится к применению целлюлозного материала, определяемого в данном документе, и по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя, определяемого в данном документе, для повышения растяжимости 3D-формуемого листового материала, где повышение достигается в том случае, когда 3D-формуемый листовой материал имеет увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,7% на процент. Увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, предпочтительно определяют согласно формуле (I), определяемой выше.Another aspect of the present invention relates to the use of a cellulosic material as defined herein and at least one particulate inorganic filler material as defined herein to increase the extensibility of a 3D moldable sheet material, where the increase is achieved when The 3D-formable sheet material has an increase in stretch, normalized to the level of moisture content, in the range of 0.15 to 0.7% per percent. The increase in stretch, normalized to the level of moisture content, is preferably determined according to formula (I) defined above.
В одном варианте осуществления, повышение достигается в том случае, когда 3D-формуемый листовой материал имеет увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, в диапазоне от 0,15 до 0,6% на процент и, наиболее предпочтительно, от 0,2 до 0,6% на процент. Увеличение растяжения, нормализованное к уровню содержания влаги, предпочтительно определяют согласно формуле (I), приведенной выше.In one embodiment, the increase is achieved when the 3D-formable sheeting has an increase in elongation normalized to moisture content in the range of 0.15 to 0.6% per percent, and most preferably 0.2 to 0.6% per cent. The increase in stretch, normalized to the level of moisture content, is preferably determined according to formula (I) above.
В одном варианте осуществления, 3D-формуемый листовой материал имеет растяжимость, находящуюся в диапазоне от 4 до 10%, предпочтительно от 5 до 10%, при содержании влаги 10% в 3D-формуемом листовом материале. Дополнительно или альтернативно, 3D-формуемый листовой материал имеет растяжимость, находящуюся в диапазоне от 6 до 18%, предпочтительно, от 7 до 18%, при содержании влаги 20% в 3D-формуемом листовом материале. Растяжимость предпочтительно определяют согласно формуле (II), приведенной выше.In one embodiment, the 3D-formable sheeting has an extensibility in the range of 4 to 10%, preferably 5 to 10%, at a moisture content of 10% in the 3D-formable sheeting. Additionally or alternatively, the 3D moldable sheet material has an extensibility in the range of 6 to 18%, preferably 7 to 18%, at a moisture content of 20% in the 3D moldable sheet material. Extensibility is preferably determined according to formula (II) above.
Еще один дополнительный аспект настоящего изобретения относится к применению 3D-формуемого листового материала, определяемого в данном документе, в процессах 3D-формования. Предпочтительно, настоящее изобретение относится к применению 3D-формуемого листового материала, определяемого в данном документе, в термоформовании, вакуумном формовании, пневматическом формовании, формовании глубокой вытяжкой, гидроформовании, сферическом формовании, формовании прессованием, или вакуумном/пневматическом формовании.Yet another additional aspect of the present invention relates to the use of 3D moldable sheeting as defined herein in 3D molding processes. Preferably, the present invention relates to the use of a 3D-formable sheet material as defined herein in thermoforming, vacuum forming, pneumatic forming, deep drawing forming, hydroforming, spherical forming, compression molding, or vacuum/air forming.
Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к 3D-формованному изделию, предпочтительно упаковочному контейнеру, контейнеру для пищевых продуктов, блистерной упаковке, лотку для пищевых продуктов, включающему(-ей) в себя 3D-формуемый листовой материал, определяемый в данном документе.A further aspect of the present invention relates to a 3D molded article, preferably a packaging container, food container, blister pack, food tray, including(s) a 3D moldable sheet material as defined herein.
В отношении определения целлюлозного материала по меньшей мере одного состоящего из частиц неорганического материала-наполнителя, 3D-формуемого листового материала и предпочтительных вариантов их осуществления, делают ссылку на утверждения, приведенные выше при рассмотрении технических особенностей 3D-формуемого листового материала по настоящему изобретению.With regard to the definition of cellulosic material of at least one particulate inorganic filler material, 3D formable sheeting and preferred embodiments thereof, reference is made to the statements above when considering the technical features of the 3D formable sheeting of the present invention.
Описание фигурDescription of figures
Фиг.1 показывает микрофибриллированную целлюлозу, полученную в присутствии частиц GCC (природного тонкоизмельченного карбоната кальция).1 shows microfibrillated cellulose obtained in the presence of GCC (natural finely divided calcium carbonate) particles.
Фиг.2 показывает микрофибриллированную целлюлозу, полученную в отсутствии наполнителя и/или пигментов.Figure 2 shows microfibrillated cellulose obtained in the absence of filler and/or pigments.
Фиг.3 относится к диаграмме, показывающей взаимосвязь между растяжением и содержанием влаги.3 refers to a diagram showing the relationship between stretch and moisture content.
Последующие примеры могут дополнительно проиллюстрировать изобретение, но не предназначены для ограничения данного изобретения приводимыми в качестве примера вариантами осуществления. Примеры ниже показывают 3D-формуемый листовой материал и его превосходные и хорошие механические свойства, такие как растяжимость и удлинение при разрыве согласно настоящему изобретению:The following examples may further illustrate the invention, but are not intended to limit the invention to the exemplary embodiments. The examples below show the 3D moldable sheet material and its excellent and good mechanical properties such as tensile and elongation at break according to the present invention:
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Методы измеренияMeasurement methods
Следующие методы измерения используются для оценивания параметров, приведенных в примерах и пунктах формулы.The following measurement methods are used to evaluate the parameters given in the examples and claims.
Содержание твердых веществ в водных суспензиях, таких как образцы, содержащие взвеси пигментов и целлюлозуSolids content of aqueous suspensions such as samples containing suspended pigments and cellulose
Содержание твердых веществ в суспензии (также называемое как ʺсухая массаʺ) определяют с помощью анализатора влаги MJ33 от компании Mettler-Toledo, Switzerland, при следующих установках: температуре сушки 160°C, автоматическом выключении, если масса не изменяется более чем на 1 мг, за период времени 30 сек, стандартном высушивании от 5 до 20 г суспензии.The slurry solids content (also referred to as "dry weight") is determined using an MJ33 moisture analyzer from Mettler-Toledo, Switzerland, with the following settings: drying temperature 160°C, automatic shutdown if the weight does not change by more than 1 mg, after time period 30 sec, standard drying from 5 to 20 g of suspension.
Содержание влагиMoisture contents
Содержание влаги (% масс.)=100 (% масс.) -содержание твердых веществ (% масс.)Moisture content (% wt.)=100 (% wt.) - solids content (% wt.)
Размер частиц в случае минеральных частицParticle size in the case of mineral particles
Медианный по массе размер частиц d 50 , используемый в данном документе, а также максимальный размер для 98% массы частиц d 98 определяют на основе измерений, сделанных с помощью прибора Sedigraph™ 5120 от Micromeritics Instrument Corporation. Способ и инструменты известны специалисту в данной области и обычно используются для определения размера зерна наполнителей и пигментов. Измерение проводят в водном растворе, содержащем 0,1% масс. Na4P2O7. Образцы подвергают диспергированию с помощью высокоскоростной мешалки и ультразвукового генератора. Для выполнения измерений на диспергированных образцах, дополнительные диспергирующие агенты не вводят.Mass Median Particle Sized 50 used in this document, as well as the maximum size for 98% of the particle massd 98 determined based on measurements made with the Sedigraph™ 5120 instrument from Micromeritics Instrument Corporation. The method and tools are known to the person skilled in the art and are commonly used to determine the grain size of fillers and pigments. The measurement is carried out in an aqueous solution containing 0.1% of the mass. Na4P2O7. Samples are subjected to dispersion using a high-speed stirrer and an ultrasonic generator. To perform measurements on dispersed samples, no additional dispersing agents are added.
Измерение длины волокнаFiber length measurement
Средневзвешенную по длине длину волокна определяют с помощью прибора Kajaani FS 200 (Kajaani Electronics Ltd, теперь Valmet, Finland). Способ и инструмент известны специалисту в данной области и обычно используются для определения морфологических параметров волокна. Измерение проводят для содержания твердых веществ приблизительно 0,010% масс.Length-weighted average fiber length was determined using a Kajaani FS 200 instrument (Kajaani Electronics Ltd, now Valmet, Finland). The method and tool is known to the person skilled in the art and is commonly used to determine the morphological parameters of the fiber. The measurement is carried out for a solids content of approximately 0.010% of the mass.
Прибор для определения градуса помола (Прибор Шоппера-Риглера)The device for determining the degree of grinding (Device Shopper-Rigler)
Градус помола по Шопперу-Риглеру (°SR) измеряют согласно стандарту Zellcheming Merkblatt V/7/61 и стандартизируют в соответствии со стандартом ISO 5267/1.The degree of Schhopper-Rigler freeness (°SR) is measured according to Zellcheming Merkblatt V/7/61 and standardized according to ISO 5267/1.
Вязкость по БрукфилдуBrookfield viscosity
Вязкость по Брукфилду водных суспензий измеряют через один час после получения и спустя одну минуту перемешивания при 25°C ± 1°C при 100 оборотах в минуту (rpm) при использовании вискозиметра Брукфилда RVT-типа, оснащенного соответственным дисковым стержнем, например, стержнем 1-6.The Brookfield viscosity of aqueous suspensions is measured one hour after preparation and after one minute of agitation at 25°C ± 1°C at 100 revolutions per minute (rpm) using a Brookfield RVT-type viscometer equipped with an appropriate disc stem, such as a 1- 6.
Световая микроскопия для различения типов MFCLight microscopy to distinguish between MFC types
Микрофотоснимки делают с помощью светового микроскопа при использовании метода светлого поля в проходящем свете.Photomicrographs are taken using a light microscope using the bright field method in transmitted light.
Устройство для формования пленок: лабораторная листоформовочная машина ʺСкандинавский ТипʺFilm Forming Machine: Scandinavian Type Laboratory Sheet Forming Machine
Используют аппарат, описанный в SCAN-CM64:00 „Preparation of laboratory sheets for physical testingʺ, осуществляют некоторые модификации (J. Rantanen et al., ʺForming and dewatering of a microfibrillated cellulose composite paperʺ, BioResources 10(2), 2015, страницы 3492-3506).The apparatus described in SCAN-CM64:00 "Preparation of laboratory sheets for physical testing" is used, some modifications are made (J. Rantanen et al., "Forming and dewatering of a microfibrillated cellulose composite paper", BioResources 10(2), 2015, page 3492 -3506).
Устройство для формования пленок: лабораторная листоформовочная машина ʺRapid-Köthen-ТипʺFilm Forming Machine: Laboratory Sheet Forming Machine "Rapid-Köthen-Type"
Используют аппарат, который описан в ISO 5269/2 ʺPreparation of laboratory sheets for physical testing - Part 2: Rapid Köthen methodʺ, применяют некоторые модификации, для получения более подробной информации смотри раздел методов ʺMFC filler composite films produced with ʺRapid Köthen Typeʺ laboratory sheet formerʺ.Use the apparatus described in ISO 5269/2 ʺPreparation of laboratory sheets for physical testing - Part 2: Rapid Köthen methodʺ, apply some modifications, for more details see the method section ʺMFC filler composite films produced with ʺRapid Köthen Typeʺ laboratory sheet formerʺ.
Разрывная испытательная машина (Прибор для испытания на растяжение и разрыв)Tensile Testing Machine (Tensile and Tensile Tester)
Прибор для испытания на растяжение и разрыв L&W (Lorentzen & Wettre, Sweden) используют для определения удлинения на разрыв согласно методикам, описанным в стандартах ISO 1924-2.An L&W tensile and tear tester (Lorentzen & Wettre, Sweden) is used to determine elongation at break according to the procedures described in ISO 1924-2.
Оборудование и методика для 3D-формованияEquipment and technique for 3D molding
Лабораторный пресс с прессовальными плитами P300-типа (Dr. Collins, Германия) используют для формования. Давление, температура, и период времени прессования регулируют соответственным образом.A laboratory press with P300-type press plates (Dr. Collins, Germany) was used for molding. The pressure, temperature, and pressing time period are adjusted accordingly.
Используют два алюминиевых штампа. Первая форма с наружными размерами 16 см × 16 см × 2,5 см и матричной частью штампа, представляющей собой круговой сегмент с диаметром 10 см и глубиной 1 см, предоставляющий уровни линейного растяжения приблизительно 3%. Вторая форма с наружными размерами 16 см × 16 см × 3,5 см и матричной частью штампа, представляющей собой круговой сегмент с диаметром 10 см и глубиной 2 см, предоставляющий уровни линейного растяжения приблизительно 10%.Two aluminum stamps are used. The first mold has outer dimensions of 16 cm x 16 cm x 2.5 cm and a die matrix portion of a circular segment with a diameter of 10 cm and a depth of 1 cm providing linear stretch levels of approximately 3%. A second mold with outer dimensions of 16 cm x 16 cm x 3.5 cm and a die die portion that is a circular segment with a diameter of 10 cm and a depth of 2 cm providing linear stretch levels of approximately 10%.
Гибкие каучуковые пластины с размерами 20 см × 20 см × 1 см, выполненные из EPDM (каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера)Flexible rubber sheets with dimensions of 20 cm × 20 cm × 1 cm, made of EPDM (ethylene-propylene-diene monomer rubber)
1. Материал1. Material
Компаунд микрофибриллированной целлюлозы (MFC) и наполнителяCompound of microfibrillated cellulose (MFC) and filler
Компаунд микрофибриллированной целлюлозы (MFC) и наполнителя получают обработкой 40% масс. предварительно обработанной ферментами (Buckman Maximyze 2535) и механическим способом (дисковый рафинер, до градуса помола >60°SR) целлюлозной массы для химической переработки вместе с 60% масс. наполнителя на основе GCC (Hydrocarb® 60) при содержании твердых веществ 55% в экструдере с двумя шнеками, вращающимися в одном направлении. Качество микрофибриллирования описывают по полученному с помощью микроскопа изображению на Фиг.1.Compound microfibrillated cellulose (MFC) and filler is obtained by processing 40% of the mass. pre-treated with enzymes (Buckman Maximyze 2535) and mechanically (disk refiner, to a degree of grinding> 60 ° SR) pulp for chemical processing together with 60% of the mass. filler based on GCC ( Hydrocarb® 60) at 55% solids in a co-rotating twin screw extruder. The quality of microfibrillation is described by the image obtained using a microscope in Fig.1.
Микрофибриллированная целлюлоза (MFC) без наполнителяMicrofibrillated cellulose (MFC) without filler
Используют микрофибриллированную целлюлозу (MFC), которая описана по полученному с помощью микроскопа изображению на Фиг.2. Она доступна для приобретения в форме суспензии с содержанием твердых частиц 3,8% масс.Microfibrillated cellulose (MFC) is used, which is described from the microscopic image in FIG. 2. It is commercially available in the form of a suspension with a solids content of 3.8 wt%.
Целлюлозная масса твердых пород древесиныPulp hardwood pulp
Однократно высушенная товарная эвкалиптовая целлюлозная масса со средневзвешенной по длине длиной волокна 0,81 мм.Once dried commercial eucalyptus pulp with a length-weighted average fiber length of 0.81 mm.
Целлюлозная масса мягких пород древесиныCellulosic mass of soft woods
Однократно высушенная целлюлозная масса мягких пород древесины (сосна) со средневзвешенной по длине длиной волокна 2,39 мм.Single dried softwood pulp (pine) with a length-weighted average fiber length of 2.39 mm.
GCC, HydrocarbGCC, Hydrocarb ®® 60 (доступный для приобретения в компании Omya International AG, Швейцария) 60 (available for purchase from Omya International AG, Switzerland)
Используют суспензию диспергированного пигмента на основе природного тонкоизмельченного карбоната кальция (GCC) с содержанием твердого вещества 78% масс. и медианным по массе размером частиц d 50 1,6 мкм.Use a suspension of dispersed pigment based on natural finely divided calcium carbonate (GCC) with a solids content of 78% of the mass. and median by weight particle size d 50 1.6 μm.
PCC, SyncarbPCC, Syncarb ®® F0474 (доступный для приобретения в компании Omya International AG, Швейцария) F0474 (available for purchase from Omya International AG, Switzerland)
Используют суспензию недиспергированного пигмента на основе осажденного карбоната кальция (PCC) с содержанием твердых веществ 15% масс. и медианным по массе размером частиц d 50 2,7 мкм.Use a suspension of non-dispersed pigment based on precipitated calcium carbonate (PCC) with a solids content of 15% of the mass. and median by weight particle size d 50 2.7 µm.
Percolpercol ®® 1540, BASF (Germany) 1540, BASF (Germany)
2. Способы2. Ways
Получение образцов микрофибриллированной целлюлозы (MFC), полученной в присутствии наполнителя, для микроскопииObtaining samples of microfibrillated cellulose (MFC), obtained in the presence of a filler, for microscopy
Небольшой образец (0,1 г) влажного (приблизительно 55% масс.) компаунда на основе MFC и наполнителя (описанного в разделе 'Материал') помещают в стеклянный стакан, и добавляют 500 мл деионизированной воды. Для содействия разделению волокон и частиц карбоната кальция используют кухонный блендер. Затем добавляют 2 мл 10%-ного (по массе) раствора соляной кислоты для растворения карбоната кальция, затем получающуюся в результате смесь смешивают кухонным блендером в течение 2 минут. Несколько капель этой суспензии переносят на предметное стекло микроскопа и сушат в сушильной камере при 120°C.A small sample (0.1 g) of the wet (approximately 55 wt %) MFC-filler compound (described in the 'Material' section) is placed in a glass beaker and 500 ml of deionized water is added. A kitchen blender is used to help separate the fibers and calcium carbonate particles. Then, 2 ml of a 10% (by weight) hydrochloric acid solution was added to dissolve the calcium carbonate, then the resulting mixture was mixed with a kitchen blender for 2 minutes. A few drops of this suspension are transferred to a microscope slide and dried in an oven at 120°C.
Приготовление образцов MFC для микроскопииPreparation of MFC samples for microscopy
Приблизительно 1 г микрофибриллированной целлюлозы (MFC) без наполнителя, которая описана выше в разделе 'Материал', (содержание твердых веществ 3,8% масс.) помещают в стеклянный станкан, и добавляют 500 мл деионизированной воды. Кухонный блендер используют в течение 2 минут для разделения волоконного материала. Несколько капель этой суспензии переносят на предметное стекло микроскопа и сушат в сушильной камере при 120°C.Approximately 1 g of unfilled microfibrillated cellulose ( MFC) as described in the 'Material' section above (solid content 3.8% by weight) is placed in a glass machine and 500 ml of deionized water is added. A kitchen blender is used for 2 minutes to separate the fiber material. A few drops of this suspension are transferred to a microscope slide and dried in an oven at 120°C.
Получение целлюлозной массы твердых пород древесиныPulp making of hardwood
Однократно высушенную эвкалиптовую целлюлозную массу дезинтегрируют (размельчают) согласно стандарту ISO 5263-1 и разбавляют до содержания твердых веществ 1,5% масс. Никакое рафинирование не применяют.Once dried eucalyptus pulp mass is disintegrated (pulverized) according to ISO 5263-1 and diluted to a solids content of 1.5% of the mass. No refining is used.
Получение рафинированной целлюлозной массы твердых пород древесиныProduction of refined hardwood pulp
Однократно высушенную эвкалиптовую целлюлозную массу дезинтегрируют (размельчают) согласно стандарту ISO 5263-1 и разбавляют до содержания твердых веществ 3% масс. Лабораторный дисковый рафинер (Escher Wyss, теперь Voith, Германия) используют для приготовления эвкалиптовой целлюлозной массы с градусом помола 30°SR.Once dried eucalyptus pulp mass is disintegrated (pulverized) according to ISO 5263-1 and diluted to a solids content of 3% wt. A laboratory disc refiner (Escher Wyss, now Voith, Germany) is used to prepare 30° SR eucalyptus pulp.
Получение целлюлозной массы мягких пород древесиныPulp production of softwoods
Однократно высушенную целлюлозную массу мягких пород древесины дезинтегрируют (размельчают) согласно стандарту ISO 5263-1 и разбавляют до содержания твердых веществ 1,5% масс. Никакое рафинирование не применяют.The once dried softwood pulp is disintegrated (pulverized) according to ISO 5263-1 and diluted to a solids content of 1.5% by weight. No refining is used.
Получение рафинированной целлюлозной массы мягких пород древесиныProduction of refined softwood pulp
Однократно высушенную целлюлозную массу мягких пород древесины дезинтегрируют (размельчают) согласно стандарту ISO 5263-1 и разбавляют до содержания твердых веществ 1,5% масс. Лабораторный дисковый рафинер (Escher Wyss, теперь Voith, Германия) используют для приготовления целлюлозной массы мягких пород древесины с градусом помола 25°SR.The once dried softwood pulp is disintegrated (pulverized) according to ISO 5263-1 and diluted to a solids content of 1.5% by weight. A laboratory disc refiner (Escher Wyss, now Voith, Germany) is used to prepare softwood pulp at a freeness of 25°SR.
Получение шихты для формования пленки без MFCObtaining a batch for forming a film without MFC
В соответствии с составами в расчете на массу в сухом состоянии, приготавливают смеси целлюлозной массы твердых пород древесины или целлюлозной массы мягких пород древесины или рафинированной целлюлозной массы мягких пород древесины, возможных частиц GCC и/или PCC, а также деионизированной воды, с конечным содержанием твердых веществ 1% масс. в условиях больших сдвиговых усилий (Pendraulik, LD 50 Labordissolver, Pendraulik, Германия) в течение периода времени смешивания 15 минут.According to formulations on a dry weight basis, blends of hardwood pulp or softwood pulp or refined softwood pulp, optional GCC and/or PCC particles, and deionized water, with a final solids content substances 1% wt. under high shear conditions (Pendraulik,
Получение жидкой суспензии компаунда на основе MFC и наполнителяObtaining a liquid suspension of the compound based on MFC and filler
Деионизированную воду добавляют к компаунду с содержанием твердых веществ 55% масс. в таком количестве, чтобы получить содержание твердых веществ 10% масс. Проводят смешивание в условиях больших сдвиговых усилий (Pendraulik, LD 50 Labordissolver, Pendraulik, Германия) в течение 15 минут для диспергирования компаунда, с последующим дополнительным разбавлением деионизированной водой до достижения желательного уровня содержания твердых веществ (5% масс., 4% масс., 2,5% масс., 1% масс.) опять же с использованием стадии смешивания в условиях больших сдвиговых усилий в течение 15 минут (Pendraulik, 2000 оборотов в минуту (rpm)).Deionized water is added to the compound with a solids content of 55% of the mass. in such an amount to obtain a solids content of 10% of the mass. High shear mixing (Pendraulik,
Получение шихты для формования пленки с компаундом на основе MFC и наполнителяObtaining a mixture for forming a film with a compound based on MFC and a filler
В соответствии с составами в расчете на массу в сухом состоянии, приготавливают смеси суспензии компаунда на основе MFC и наполнителя с содержанием твердых веществ 1% масс., целлюлозной массы твердых пород древесины или целлюлозной массы мягких пород древесины и деионизированной воды с конечным содержанием твердых веществ 1% масс. в условиях больших сдвиговых усилий (Pendraulik, LD 50 Labordissolver, Pendraulik, Германия) в течение периода времени смешивания 15 минут.According to formulations on a dry weight basis, blends of MFC compound slurry and 1 wt % solids filler, hardwood pulp or softwood pulp and deionized water to a final solids content of 1 % wt. under high shear conditions (Pendraulik,
Получение суспензии MFC без наполнителяObtaining an MFC suspension without filler
Деионизированную воду добавляют к суспензии MFC в таком количестве, чтобы получить желательные уровни содержания твердых веществ (2% масс., 1% масс.), проводят смешивание в условиях больших сдвиговых усилий (Pendraulik, LD 50 Labordissolver, Pendraulik, Германия) в течение 15 минут с целью надежного обеспечения надлежащего смешивания.Deionized water is added to the MFC slurry in such an amount to obtain the desired solids levels (2% wt., 1% wt.), mixed under high shear conditions (Pendraulik,
Получение шихты для формования пленки с MFC без наполнителяObtaining a mixture for forming a film with MFC without filler
В соответствии с составами в расчете на массу в сухом состоянии, приготавливают смеси, содержащие MFC, PCC и/или GCC, эвкалиптовую целлюлозную массу или целлюлозную массу мягких пород древесины, а также деионизированную воду, с конечным содержанием твердых веществ 1% в условиях больших сдвиговых усилий (Pendraulik, LD 50 Labordissolver, Pendraulik, Германия) в течение периода времени смешивания 15 минут.Based on formulations on a dry weight basis, blends are prepared containing MFC, PCC and/or GCC, eucalyptus or softwood pulp, and deionized water, with a final solids content of 1% under high shear conditions. effort (Pendraulik,
Композитные пленки на основе MFC и наполнителя, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺСкандинавский ТипʺComposite films based on MFC and filler obtained using a laboratory sheet-forming machine "Scandinavian Type"
Для получения пленок используют модифицированную лабораторную листоформовочную машину ʺСкандинавский Типʺ. Соответственное количество приготовленной шихты, необходимое для получения массы пленки обычно 200 г/м2, загружают в верхнюю секцию, которую туго-натуго соединяют с мембраной, являющейся верхней частью нижней секции. Верхнюю секцию закрывают колпаком и создают избыточное давление 0,5 бар для ускорения удаления воды через мембрану. Никакое энергичное перемешивание или дополнительное разбавление не используют. После формования листы изготавливают, как известно в данной области, помещая их между двумя впитывающими листами бумаги, и затем прессуют в течение 260 секунд при 420 кПа. Для сушки листов используют дополнительную стадию горячего прессования с использованием четырех листов, помещенных между двумя впитывающими листами бумаги, и температуры 130°C, а также давления 95 кПа. Для проведения физических испытаний, листы помещают в камеру с кондиционированием воздуха, для формования применяют процедуру смачивания.To obtain films, a modified laboratory sheet-forming machine "Scandinavian Type" is used. The appropriate amount of prepared batch required to obtain a film weight of typically 200 g/m 2 is loaded into the upper section, which is tightly connected to the membrane, which is the upper part of the lower section. The top section is capped and an overpressure of 0.5 bar is applied to accelerate the removal of water through the membrane. No vigorous agitation or further dilution is used. After molding, the sheets are made, as is known in the art, by placing them between two absorbent paper sheets and then pressed for 260 seconds at 420 kPa. To dry the sheets, an additional hot pressing step was used using four sheets placed between two absorbent paper sheets at a temperature of 130° C. and a pressure of 95 kPa. For physical testing, the sheets are placed in an air-conditioned chamber and a wetting procedure is used for shaping.
Композитные пленки на основе MFC и наполнителя, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины Composite films based on MFC and filler obtained using a laboratory sheet-forming machine
Методика формования листа согласно стандарту ISO 5269/2 ʺPreparation of laboratory sheets for physical testing - Part 2: Rapid methodʺ используется со следующими модификациями: используют проволочное сито с размером ячейки 50 мкм. Никакую воду для разбавления не добавляют. Никакой воздух для смешивания не используют. По истечении 5 секунд после заполнения, открывают клапан для отведения воды и создают вакуум в течение 25 секунд. Листы подвергают прессованию с помощью пресса для формования листов (PTI, Austria) и затем сушат между впитывающими листами бумаги при 115°C в течение 8 минут.Sheet forming procedure according to ISO 5269/2 ʺPreparation of laboratory sheets for physical testing - Part 2: Rapid methodʺ is used with the following modifications: a wire sieve with a mesh size of 50 µm is used. No dilution water is added. No mixing air is used. After 5 seconds after filling, open the valve to drain the water and create a vacuum for 25 seconds. The sheets were pressed with a sheet press (PTI, Austria) and then dried between absorbent paper sheets at 115° C. for 8 minutes.
Повторное смачивание листов для испытаний по формованиюRewet Sheets for Forming Tests
В расчете на содержание присутствующей влаги (100 - содержание твердых веществ в % масс.), желательное количество деионизированной воды распыляют на композитные пленки на основе MFC и наполнителя посредством использования баллона с аэрозолем для получения содержания влаги 6,25% масс., 8% масс., 10% масс., 15% масс. или 20% масс. Композитные пленки на основе MFC и наполнителя с одной и той же композицией и одним и тем же уровнем влаги хранят в течение 24 часов в закрытом пластиковом мешке для надежного обеспечения равномерного распределения влажности.Based on the moisture content present (100 - solids content in % wt.), the desired amount of deionized water is sprayed onto composite films based on MFC and filler using an aerosol can to obtain a moisture content of 6.25% wt., 8% wt. ., 10% wt., 15% wt. or 20% of the mass. Composite films based on MFC and filler with the same composition and the same moisture level are stored for 24 hours in a closed plastic bag to reliably ensure uniform moisture distribution.
3D-Формование3D molding
Для 3D-формования должна быть подготовлена некоторая стопа, снизу-вверх: сначала идет нижняя часть пресса с прессовальными плитами, после этого алюминиевый штамп, где заливочная форма расположена лицевой стороной вверх, лист/пленка/материал, который(-ая) подлежит формованию, пачка каучуковых пластин (3-4 для образования 1 см в глубину, 5-6 для образования 2 см в глубину) и, наконец, верхняя часть пресса с прессовальными плитами. В используемом прессе, нижняя часть является движущейся и может быть нагрета до желательной температуры. Перед тем, как начать испытания по формованию, соответствующий штамп помещают в нагретый пресс для достижения желательной температуры. Давление, динамические параметры процесса (скорость и период времени), температура должны быть скорректированы соответственным образом.For 3D molding, some stack must be prepared, from bottom to top: first comes the lower part of the press with the press plates, then the aluminum die, where the casting mold is located face up, the sheet/film/material to be molded, a pack of rubber plates (3-4 to form 1 cm deep, 5-6 to form 2 cm deep) and finally the upper part of the press with press plates. In the press used, the lower part is movable and can be heated to the desired temperature. Before molding tests are started, the appropriate die is placed in a heated press to reach the desired temperature. Pressure, process dynamics (speed and time period), temperature must be adjusted accordingly.
3. Эксперименты3. Experiments
а) Вязкости суспензий MFCa) Viscosities of MFC suspensions
[% масс.]Suspension solids content
[wt%]
b) Свойства композитного листового материала на основе MFC и наполнителя при различных уровнях содержания влагиb) Properties of composite sheeting based on MFC and filler at various levels of moisture content
Свойства полученных листовых материалов также показаны на Фиг. 3.The properties of the resulting sheet materials are also shown in FIG. 3.
с) Эксперименты по 3D-формованиюc) 3D molding experiments
(1) Параметры 3D-формования(1) 3D molding parameters
Листы, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺСкандинавский Типʺ. Целесообразно использовать при формовании более низкое давление.Sheets obtained using a laboratory sheet-forming machine "Scandinavian Type". It is advisable to use a lower molding pressure.
(2) Эталонные образцы(2) Reference samples
Листы, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺRapid--Типʺ.Sheets obtained with the ʺRapid- -Type.
(3) Серия 1 компаунда, основные условия(3) Series 1 compound, basic conditions
Листы, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺСкандинавский Типʺ.Sheets obtained using a laboratory sheet-forming machine "Scandinavian Type".
(4) Серия 2 компаунда, интенсивный режим и содержание влаги 15% масс.(4) Series 2 compound, heavy duty and 15% by weight moisture.
Листы, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺСкандинавский типʺ.Sheets obtained using a laboratory sheet-forming machine ʺScandinavian typeʺ.
(5) Серия 3 компаунда, интенсивный режим и содержание влаги 20% масс.(5) Series 3 compound, heavy duty and 20 wt% moisture.
Листы, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺСкандинавский типʺ.Sheets obtained using a laboratory sheet-forming machine ʺScandinavian typeʺ.
(6) Серия 4 компаунда, интенсивный режим, различные композиции при содержании влаги 10% масс.(6) Series 4 compounds, intensive mode, various compositions at a moisture content of 10% wt.
Листы, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺСкандинавский типʺ.Sheets obtained using a laboratory sheet-forming machine ʺScandinavian typeʺ.
(7) Серия 5 компаунда, интенсивный режим, различные композиции при содержании влаги 20% масс.(7)
Листы, полученные с помощью лабораторной листоформовочной машины ʺСкандинавский типʺ.Sheets obtained using a laboratory sheet-forming machine ʺScandinavian typeʺ.
Claims (105)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP15189863.2 | 2015-10-14 | ||
EP15189863 | 2015-10-14 | ||
EP16166349.7 | 2016-04-21 | ||
EP16166349 | 2016-04-21 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018117271A Division RU2719983C2 (en) | 2015-10-14 | 2016-10-13 | 3d-moulded sheet material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019132138A RU2019132138A (en) | 2019-11-28 |
RU2796345C2 true RU2796345C2 (en) | 2023-05-22 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4885058A (en) * | 1983-10-04 | 1989-12-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Inorganic paper and method for its manufacture |
RU2505635C2 (en) * | 2009-05-15 | 2014-01-27 | Имерис Минералз Лимитед | Composition of filler for paper |
RU2535685C2 (en) * | 2009-07-07 | 2014-12-20 | Стора Энсо Ойй | Production of microfibrillar cellulose |
US20150033983A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | University Of Maine System Board Of Trustees | Composite building products bound with cellulose nanofibers |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4885058A (en) * | 1983-10-04 | 1989-12-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Inorganic paper and method for its manufacture |
RU2505635C2 (en) * | 2009-05-15 | 2014-01-27 | Имерис Минералз Лимитед | Composition of filler for paper |
RU2535685C2 (en) * | 2009-07-07 | 2014-12-20 | Стора Энсо Ойй | Production of microfibrillar cellulose |
US20150033983A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | University Of Maine System Board Of Trustees | Composite building products bound with cellulose nanofibers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11932740B2 (en) | 3D-formable sheet material | |
US12018433B2 (en) | Process for treating microfibrillated cellulose | |
US20210262164A1 (en) | Process for the production of nano-fibrillar cellulose suspensions | |
KR102174033B1 (en) | Paper and cardboard products | |
RU2796345C2 (en) | 3d-printed sheet material |