TW201610261A - 非木材纖維之漂白及植物性雜質減量方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種對非木材纖維進行洗滌及提高該等非木材纖維之亮度的方法。該方法包含：形成非木材纖維之一混合物；將該混合物暴露至一洗滌液及一洗滌劑以形成一洗滌混合物，該洗滌劑包含氧氣；以及藉由使該洗滌液沿徑向循環經過整個該洗滌混合物而洗滌該洗滌混合物，以提供經洗滌之纖維。

Description

非木材纖維之漂白及植物性雜質減量方法 【優先權聲明】
本申請案主張於2015年5月20日提出申請之美國臨時專利申請案第61/000,846號之權益，該美國臨時專利申請案以引用方式全文併入本文中。
本發明概括地係關於用於纖維生產之方法。更具體而言，本發明係關於用於非木材纖維洗滌方法之方法。
植物纖維分為三組：種子纖維(例如，棉花及木棉)、莖纖維(韌皮纖維，例如亞麻及大麻)、及葉纖維(例如，瓊麻及洋麻)。韌皮纖維係作為纖維束存在，其延伸穿過植物莖之長度，位於植物之外表皮「表皮」層與內部木質芯(皮層(cortex))之間。因此，韌皮纖維桿包括三個主要同心層：一樹皮狀表皮覆蓋層、一韌皮纖維層、及一內部木質芯。木質芯具有各種名稱，此取決於具體植物類型。舉例而言，亞麻木質芯係稱為「植物性雜質」。因此，「植物性雜質」係指韌皮纖維植物中所含之所有木質芯材料。
纖維束係嵌入果膠、半纖維素、及一些木質素之基質中。木 質素必須(例如)藉由桿之「浸漬(retting)」(部分腐爛)、(例如)藉由真菌(例如，在雨露浸漬期間)或細菌(例如，在水浸漬期間)產生之酶降解。剝皮涉及機械性彎曲及破碎桿，以將纖維束與植物性雜質及表皮層分離，且接著使用一系列習用機械清潔階段移除非纖維材料。
圍繞個別韌皮纖維之相當大比例之含果膠(pectin)之材料係為果膠，剩餘部分主要係為各種水溶性成分。果膠係為碳水化合物聚合物，其包括作為鈣鹽存在之具有游離羧酸基團之部分甲基化聚半乳糖醛酸。果膠通常不溶於水或酸中，但可在鹼性溶液(例如，氫氧化鈉水溶液)中分解或水解。
在許多情形中需要移除含果膠之材料或樹膠以利用纖維用於其預期目的。用於果膠移除之各種方法包括自個別韌皮纖維脫膠、或移除含果膠之物質。舉例而言，美國專利第2,407,227號揭示用於處理纖維性蔬菜或植物材料(例如亞麻、苧麻、及大麻)之浸漬製程。該浸漬製程採用微生物及水分以溶解圍繞纖維束之許多細胞組織及果膠或使其腐爛，促進纖維束與植物性雜質及莖之其他非纖維部分分離。因此，植物結構中存在之蠟狀、樹脂狀、或黏性結合物質借助發酵而被移除或分解。
浸漬之後，莖被分解，且接著執行一系列化學及機械步驟以產生個別或小的纖維素纖維束。洗滌係清潔程序，其自纖維移除雜質(例如，天然雜質，例如蠟及果膠；及污染物，例如微生物)。通常，洗滌係藉由於密封、溫度及壓力受控之腔室(例如，纖維加工煮練釜(kier))中將纖維暴露至化學物質來執行。
然而，非木材纖維製程中仍存在之一常見問題係為存在植物性雜質，其係最終紙產品中不需要之顆粒。植物性雜質包括莖碎片、「桿」、 皮膜組織、表皮組織、及諸如此類。植物性雜質實質上抵抗脫纖維製程，此使得其存在問題。即使在氧化漂白之後，植物性雜質仍對最終紙產品之外觀、表面光滑度、受墨度(ink receptivity)、及亮度具有有害效應。植物性雜質機械移除至高價值產品所需水準涉及施加大量機械能，此導致纖維斷裂及生成細粒、或小纖維顆粒。細粒係為產量損失，進而提高生產成本。此外，斷裂之纖維降低總體纖維強度，因此其不能用於一些製造製程及/或導致不牢固紡織品或紙產品。
因此，非木材纖維加工之習用方法未能足夠有力地移除、脫色、及破碎纖維中存在之殘留植物性雜質。因此，經加工及最終纖維可仍包括植物性雜質之顆粒，此既美學上不吸引人且又降低纖維產品之商業價值。此外，習用漂白製程未能足夠有力地將紙亮度提高至商業產品所需之足夠水準。
因此，業內持續需要用以充分漂白且充分降低非木材纖維中存在之植物性雜質二者之方法。因此，本發明係針對滿足此需求及其他需求並解決上述問題。
應瞭解，本文中所採用之措詞及術語係用於闡述目的而不應視為具有限制意義。同樣地，熟習此項技術領域者應瞭解本揭示內容所依據之概念可容易地作為設計其他結構、方法、及系統以用於實施本發明之基礎。因此，重要的是，申請專利範圍被認為包括此些等效構造，只要等效構造不偏離本發明之精神及範圍。
在本發明之一個態樣中，一種對非木材纖維進行洗滌及提高 該等非木材纖維之亮度的方法包含：形成非木材纖維之一混合物；將該混合物暴露至一洗滌液及一洗滌劑以形成一洗滌混合物，該洗滌劑包含氧氣，及藉由(例如)在一腔室中使該洗滌液沿徑向循環經過整個該洗滌混合物而洗滌該洗滌混合物，以提供經洗滌之纖維。
在另一態樣中，一種提高非木材纖維之亮度的方法包含：形成非木材纖維之一混合物及在一包含氧氣之洗滌劑存在下洗滌該混合物，以提供經洗滌及增亮纖維。在以紙漿與造紙工業技術協會(Technical Association of the Pulp and Paper Industry)(TAPPI)525標準測試方法量測時，該所得經洗滌及增亮之纖維具有在約30至約60範圍內之亮度。
仍在另一態樣中，一種減少非木材纖維中的殘留植物性雜質之量的方法包含：形成非木材纖維之一混合物及在一洗滌劑存在下洗滌該混合物，以提供經洗滌且低植物性雜質之纖維，該洗滌劑包含氧氣。該等低植物性雜質纖維具有較該混合物纖維在暴露前為少之可見植物性雜質含量。
結合顯示本發明態樣之實例與閱讀以下說明後，本發明之其他優點及能力將變得顯而易見。
100‧‧‧實例性方法
110‧‧‧氧氣
120‧‧‧纖維加工煮練釜
130‧‧‧循環幫浦
140‧‧‧洗滌液
200‧‧‧實例性方法
210‧‧‧靜態或主動混合系統
300‧‧‧實例性方法
400‧‧‧實例性方法
410‧‧‧內部循環系統
412‧‧‧內部幫浦
414‧‧‧葉輪
416‧‧‧中心軸
420‧‧‧液進給線
500‧‧‧方法
510‧‧‧冷卻系統
512‧‧‧控制閥
514‧‧‧非接觸式熱交換器
516‧‧‧液罐
520‧‧‧冷卻液
600‧‧‧方法
610‧‧‧排洩閥
700‧‧‧方法
710‧‧‧止回閥
800‧‧‧控制系統
810‧‧‧壓力控制裝置
820‧‧‧氧流量控制裝置
830‧‧‧壓力釋放安全閥
840‧‧‧液流量控制裝置
850‧‧‧煮練釜壓力控制器
當考慮到以下本發明詳細說明時，將更理解本發明，且以上目標以及除上述之彼等以外之其他目標將變得顯而易見。該說明參照附圖，其中：
第1圖係使用循環幫浦將氧氣引入至煮練釜中以混合並溶解氧之方法的圖解說明。
第2圖係用於將氧引入至循環幫浦之後之混合器中之方法的圖解說明。
第3圖係用於將氧直接引入至非木材纖維中之方法的圖解說明。
第4圖係使用內部及外部液體循環系統將非木材纖維暴露至氧之方法的圖解說明。
第5圖係用於冷卻第4圖之系統中之液體之方法的圖解說明。
第6圖係用於使用氧以自第4圖之系統中之纖維移走殘餘液體之方法的圖解說明。
第7圖係用於使用氧以自第4圖之系統中之纖維移走殘餘液之另一方法的圖解說明。
第8圖係氧增亮非木材纖維之控制系統的圖解說明。
第9圖係液固體隨時間變化之曲線圖。
第10圖係苛性鹼液(NaOH)濃度隨時間變化之曲線圖。
第11圖係在不同洗滌溫度下苛性鹼液(NaOH)濃度隨時間變化之曲線圖。
第12圖係在不同洗滌溫度下液固體含量隨時間變化之曲線圖。
為更充分瞭解本發明之性質及期望目標，應結合附圖參考以 上及以下詳細說明。當參考該等圖時，通篇若干圖中相同參考編號表示對應部分。
在本發明之一個態樣中，一種對非木材纖維進行洗滌及提高該等非木材纖維之亮度的方法包含：形成非木材纖維之一混合物，將該混合物暴露至一洗滌液及一洗滌劑以形成一洗滌混合物，該洗滌劑包含氧氣；以及藉由使該洗滌液沿徑向循環經過整個該洗滌混合物而洗滌該洗滌混合物，以提供經洗滌之纖維。
在另一態樣中，提高非木材纖維亮度之方法包含：形成非木材纖維之一混合物及在一包含氧氣之洗滌劑存在下洗滌該混合物，以提供經洗滌及增亮纖維。在以TAPPI 525標準測試方法量測時，該等增亮纖維具有約30至約60範圍內之亮度。在洗滌步驟中所達成之較高亮度亦可消除漂白步驟之需要，此乃因該亮度對於許多應用而言可能足夠高。視需要，可執行後續漂白步驟(包含利用氧化劑漂白及/或利用還原劑漂白)以進一步提高該纖維之亮度。額外漂白步驟亦可在氧氣之存在下執行。
在又另一態樣中，一種減少非木材纖維中的殘留植物性雜質之量的方法包含：形成非木材纖維之一混合物及在一洗滌劑存在下洗滌該混合物，以提供經洗滌且低植物性雜質之纖維。該洗滌劑係為氧氣、一有機酸、或該氧氣與該有機酸之一組合，且經洗滌且低植物性雜質之纖維具有較該混合物纖維在暴露前為少之可見植物性雜質含量。
使用以下定義及縮寫用於解釋申請專利範圍及說明書。如本文所用，術語「包含(comprises、comprising、includes,、including)」、「具有(has、having)」、「含有(contains或containing)」或其任意其他變化形式皆意欲涵蓋非排他性包含。舉例而言，包含一系列要素之組合物、混合物、 製程、方法、用品或設備未必僅限於該等要素，而是可包含未明確列出或該組合物、混合物、製程、方法、用品或裝置所固有之其他要素。
如本文所用，在要素或組分前之冠詞「一(a及an)」對於該要素或組份分之實例(即，發生)之數量意欲為非限制性的。因此，「一(a或an)」應視為包含一個或至少一個，且除非數目明確意指單數，否則要素或組分之單數詞形式亦包含複數。
如本文所用，術語「本發明(invention或present invention)」係為非限制性術語且不欲指特定發明之任意單一態樣，而是涵蓋說明書及申請專利範圍中所述之所有可能態樣。
如本文所用，所採用修飾本發明之成分、組分、或反應物之量之術語「約」係指可(例如)藉助典型量測及用於製得濃縮物或溶液之液體處置程序發生之數值數量的變化。此外，變化可發生自量測程序之粗心錯誤、所採用以製得組合物或實施方法之成分的製造、來源、或純度差異、及諸如此類。在一個態樣中，術語「約」意指在所報告數值之10%內。在另一態樣中，「約」意指在所報告數值之5%內。
如本文所用，術語「重量百分比」、「重量%」及「wt.%」意指純物質之重量除以化合物或組合物之總乾燥重量，乘以100。通常，「重量」係以克(g)量測。舉例而言，總重量為100克且包含25克物質A之組合物將包含25重量%之物質A。
如本文所用，術語「非木材纖維」意指由植物或動物產生且自植物或動物提取之纖維，惟該等纖維不包括木材纖維(亦即，源自樹木者)及自纖維素形成之人造纖維(例如，黏液纖維(viscose))。適宜非木 材纖維之非限制性實例係基於植物之非木材纖維，例如韌皮纖維。韌皮纖維包括(但不限於)亞麻纖維、大麻纖維、黃麻纖維、苧麻纖維、蕁麻纖維、金雀花纖維、洋麻植物纖維、或其任意組合。非木材纖維包括種毛纖維，例如棉纖維。非木材纖維亦可包括動物纖維，例如羊毛、山羊毛、人類毛髮、及諸如此類。
如本文所用，術語「非編織物」意指具有為隨機、而非如針織或編織織物之情況中以可識別方式相互交織(interlaid)之個別纖維或線結構之纖網(web)或織物。適宜非織造織物或纖網之實例包括(但不限於)熔噴纖網、紡黏纖網、黏合梳理纖網、氣流纖網、共成形纖網、水力纏結纖網等等。
如本文所用，術語「煮練釜」意指加工、漂白及/或洗滌非木材纖維中所用之循環鍋爐或缸。如本文所用，術語「洗滌(scour、scouring或scoured)」係指自纖維移除雜質(例如，天然雜質，例如蠟及果膠；及污染物，例如微生物)之清潔程序。通常，洗滌係藉由於密封、溫度及壓力受控之腔室中將纖維暴露至化學物質來執行。隨後，纖維可經漂白以使雜質脫色並提高纖維亮度。
如本文所用，術語「洗滌液」意指洗滌製程中所用之水性組合物。洗滌液可為此項技術領域中已知用於洗滌非木材纖維之任意組合物且可具有中性或鹼性pH值。洗滌液可包含鹼，例如氫氧化鈉、氫氧化鎂、或其一組合。適宜組分之其他非限制性實例包括碳酸鈉、硫酸鎂、表面活性劑、或其任意組合。
如本文所用，術語「洗滌劑」意指氧氣、有機酸或其鹽、或其任意組合。氧氣及有機酸可按順序用於洗滌劑中。舉例而言，非木材纖 維可按順序暴露至氧氣且接著有機酸。另一選擇為，非木材纖維可在用氧氣洗滌之前在預處理步驟中暴露至有機酸。洗滌劑可更包括其他氣體，例如氮氣或二氧化碳。氧氣可作為與其他氣體之混合物存在。在一個實例中，氧氣係以大約或在約75%、80%、85%、90%、95%、及100%之任意範圍內存在於洗滌劑中。
如本文所用，術語「亮度」係指纖維組合物之白度。亮度可藉由TAPPI 525測試方法進行確定。簡言之，將纖維使用熱空氣乾燥且接著進行梳理。纖維亮度係使用Datacolor SF600 Plus-CT反射式分光光度計確定。將各試樣之四次量測進行平均。穿過20mm直徑孔用CIE D65源照射試樣。觀察者條件係10°視野，其中包括鏡面組件及處於關閉位置之UV濾光器。TAPPI 525亮度值(以及CIE白度指數及CIE L*a*b*值)係使用ColorTools QC軟體來計算。
量測亮度之另一方法包括利用自密歇根州大急流域(Grand Rapids,MI)的X-Rite有限公司購得之Macbeth 3100分光光度計之「MacBeth UV-C」測試方法。UV-C係用於亮度測試之照明體(燈)。如本文所用，術語「增益(gain)」意指在漂白製程之後纖維亮度之提高。纖維在暴露至增亮劑之前及之後的亮度及增益量測係在厚纖維墊上實施。纖維墊係藉由以下製備：用水將纖維稀釋至在約2%至約10%範圍內之稠度，混合以分離纖維，且接著(例如)在具有濾紙之布氏漏斗(Buchner funnel)上使纖維除去水分，以形成纖維墊。纖維墊可藉由在實驗室用壓機中在壓濾機(blotter)之間壓制進一步除去水分且接著在速乾器上乾燥以形成乾燥濾餅。接著該纖維墊可在亮度測試之前空氣乾燥若干天。亮度量測亦可藉由以下在該纖維上實施：1)利用熱空氣將纖維乾燥至小於2%至4%濕度，2)梳理該纖維 以使成直線並使纖維對齊成氈、卷或條，以及3)量測氈、卷或條之亮度。根據MacBeth UV-C亮度標準之纖維亮度及增益測試係在暴露至增亮劑之前及之後實施，其中經增亮纖維之亮度高於暴露前纖維之亮度。MacBeth測試量測TAPPI亮度及LAB白度兩者。L*係白度/明度，且a*及b*係色彩(紅-綠及藍-黃)。接近0之a*及b*值指示極低色彩/無色彩。UV-C測試量測該照明體，包括光之紫外線及色彩成分二者。
如本文所用，術語「增益」意指在漂白製程之後纖維亮度之提高。
如本文所用，術語「稠度」意指在液體載劑中固體在包含固體之組合物中之百分比(%)。舉例而言，重量為100克且包含50克纖維之纖維組合物之稠度具有50%之稠度。
如本文所用，術語「纖維素纖維(cellulose fibers、cellulosic fibers)」及諸如此類係指包含纖維素之任意纖維。纖維素纖維包括二次或回收纖維、再生纖維、或其任意組合。
習用非木材纖維生產涉及機械移除非纖維植物性雜質材料，隨後化學移除果膠及一溫和的氧化漂白步驟。植物(包括亞麻)在機械移除非纖維材料之前需要一初始「浸漬」步驟。浸漬製程採用微生物及水分以溶解許多圍繞纖維束之細胞組織及果膠或使其腐爛，由此促進纖維與莖分離。因此，植物結構中存在之蠟狀、樹脂狀、或黏性結合物質借助發酵而被移除或分解。果膠移除可使用鹼性試劑(例如氫氧化鈉)在升高溫度下達成。亦可添加酶及其他化學物質(例如清潔劑及潤濕劑)以促進果膠自纖維之分離。美國專利第8,603,802號及第8,591,701號以及加拿大專利第CA 2,745,606號揭示使用酶用於果膠移除之方法。在果膠提取步驟之 後，將纖維沖洗並用過氧化氫與氫氧化鈉之混合物處理以提高最終纖維之亮度及白度。
然而，該等習用方法存在缺點。首先，可用之果膠提取及漂白步驟並未能足夠有力地使纖維中之殘留植物性雜質脫色及/或破碎。第二，漂白製程亦未能足夠有力地將亮度提高至高品質商業產品所需之水準。結果是最終纖維含有黑色植物性雜質顆粒，其美學上不吸引人且降低纖維產品之商業價值。植物性雜質亦干擾利用該纖維之製造製程。舉例而言，植物性雜質之顆粒可堵塞水刺纏結系統(hydroentanglement system)上之過濾器。植物性雜質亦具有極低黏合能力。因此，最終產品中所夾帶之任意植物性雜質對於最終使用者無吸引力。此外，殘留植物性雜質當用於(例如)食品專用擦拭巾(food service wipe)時亦可係潛在污染源。
具體而言，移除植物性雜質之目前方法之唯一途徑係為廣泛的機械清洗及梳理，此係昂貴的，造成纖維損害，且降低產量。與此相比，本文所揭示之本發明製程增強現有製程步驟中之一者，減少或甚至消除對額外機械移除步驟之需要。
植物性雜質問題之一種商業解決方案係增加機械植物性雜質移除製程之強度或添加多個機械移除階段，以使殘留植物性雜質含量足夠低而在最終產品中不可察覺。然而，此解決方案具有缺點。首先，額外機械加工提高生產之操作及資本成本。第二，額外機械加工損壞脆弱纖維，導致具有差的拉伸強度性質之產品。最後，額外機械加工由於生成細粒、或小的纖維顆粒而降低最終纖維之產量，且長纖維由於機械加工之固有低效率而損失。
如本文所揭示，在洗滌製程期間或結束時將纖維暴露至氧氣 提高纖維之亮度，且使殘留植物性雜質降至顯著降低植物性雜質對最終纖維外觀之影響的程度。此外，且不受限於理論，據信本文所揭示之洗滌製程降低植物性雜質之完整性，以使得其更易於在機械處理中破碎並移除。暴露至包括氧氣之洗滌劑之後降低之纖維之植物性雜質含量可藉由肉眼檢查來評估。為進一步提高亮度，纖維可用有機酸預處理，或在氧氣之存在下洗滌之後暴露至該有機酸。
此外，所揭示製程相較於習用製程提供顯著更高之亮度，此產生具有更高商業價值之纖維。因此，該製程可用於自不能利用習用製程適當處理之低品質原材料生產商業上有用之纖維。此外，該製程適用於在不使用其他製程之情況下不能轉變成商業上有用之纖維的各種具有較低價值之植物纖維原材料。在纖維洗滌期間氧氣添加之效力使得有效洗滌纖維所需鹼之量顯著降低，同時仍提供有競爭力之亮度結果。此外，在纖維洗滌期間氧氣添加之效力使得有效洗滌纖維所需之溫度顯著降低，此提高纖維亮度且降低纖維損壞。因此，在整個製程期間纖維維持高纖維強度。
一種類型之非木材纖維係為韌皮纖維。韌皮纖維係發現於亞麻、大麻、黃麻、苧麻、蕁麻、金雀花(Spanish broom)、及洋麻植物之莖桿中，僅舉幾例。典型地，天然狀態韌皮纖維之長度係為1米至4米。該等長天然狀態纖維係由長度在20毫米(mm)至100毫米之間之個別直纖維束構成。成束之個別纖維係藉由果膠(一種類別之植物樹脂)膠合在一起。
韌皮纖維束可用於編織紡織品及繩索二者。利用亞麻韌皮纖維束產生之編織紡織品的實例係亞麻布。最近，如美國專利第7,481,843號中所提供，產生部分分離之韌皮纖維以形成紗及線用於編織紡織品。然而，紗及線並不適於非織造織物。
任意非木材纖維可用於本發明中。在一個實例中，適宜纖維包括棉纖維、韌皮纖維、或其任意組合。韌皮纖維可源自各種原材料。適宜韌皮纖維之非限制性實例包括(但不限於)亞麻纖維、大麻纖維、黃麻纖維、苧麻纖維、蕁麻纖維、金雀花纖維、洋麻植物纖維、或其任意組合。可使用來自廢紙之二次或回收纖維。
初始，可自含果膠之非木材纖維實質上移除果膠以形成實質上個別化之纖維。因此，纖維實質上呈現直線且實質上不含果膠。纖維可使用機械或化學方式藉由移除果膠來個別化。
酶處理係可用於實質上移除果膠之化學處理的非限制性實例。PCT國際公開案第WO 2007/140578號(其以引用的方式全文併入本文中)闡述果膠移除技術，其產生用於編織紡織品工業中之應用的個別化大麻及亞麻纖維。WO 2007/140578中所述用以移除果膠之製程可用於本文所述之本發明中以產生實質上個別化非木材纖維。
個別化非木材纖維之果膠含量可小於衍生出實質上無果膠之纖維的天然存在之纖維之10重量%。在另一態樣中，個別化非木材纖維之果膠含量係為小於衍生出實質上無果膠之纖維的天然存在之纖維之15重量%。仍在另一態樣中，個別化非木材纖維之果膠含量係為小於衍生出實質上無果膠之纖維的天然存在之纖維之20重量%。仍在另一態樣中，個別化非木材纖維之果膠含量係為小於衍生出實質上無果膠之纖維的天然存在之纖維之0.1重量%、0.15重量%、或0.20重量%。在一個態樣中，個別化非木材纖維之果膠含量係為小於衍生出實質上無果膠之纖維的天然存在之纖維之約20重量%、19重量%、18重量%、17重量%、16重量%、15重量%、14重量%、13重量%、12重量%、11重量%、10重量%、9重量%、8重量%、7重量%、6 重量%、5重量%、4重量%、3重量%、2重量%、1重量%、0.5重量%、及0.25重量%。
非木材纖維可具有在約0.5毫米至500毫米範圍內之平均長度，此取決於具體纖維之特性及在化學加工之前植物莖桿之切割長度。在一個態樣中，個別化非木材纖維具有至少7毫米、至少8毫米、至少9毫米、且至少10毫米之平均長度。在另一態樣中，該個別化非木材纖維具有大於12毫米之平均長度。仍然在另一態樣中，該非木材，植物基底之纖維具有為約或在以下任意範圍內之平均長度：約1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米、6毫米、7毫米、8毫米、9毫米、10毫米、11毫米、12毫米、13毫米、14毫米、15毫米、16毫米、17毫米、18毫米、19毫米、與20毫米、50毫米、100毫米、125毫米、150毫米、175毫米、200毫米、225毫米、250毫米、275毫米、300毫米、325毫米、350毫米、325毫米、350毫米、375毫米、400毫米、425毫米、450毫米、475毫米、及500毫米。
除了非木材纖維，纖維混合物尚可包括源自一或多個來源之纖維，包括(但不限於)纖維素纖維(包括短纖維及再生纖維素)、及熱塑性纖維。視需要，該等纖維素纖維係為二次、回收纖維。纖維素纖維之非限制性實例包括(但不限於)硬木纖維，例如硬木牛皮紙纖維或硬木亞硫酸鹽纖維；軟木纖維，例如軟木牛皮紙纖維或軟木亞硫酸鹽纖維；或其任意組合。再生纖維素之非限制性實例包括嫘縈(rayon)、萊賽爾(lyocell)(例如，TENCEL®)、Viscose®、或其任意組合。TENCEL®及Viscose®係自奧地利倫青(Lenzing,Austria)的Lenzing Aktiengesellschaft購得。
在一個態樣中，非木材纖維之混合物包括合成纖維、聚合纖維、熱塑性纖維、或其任意組合。熱塑性纖維包括用於非編織工業中之習 用聚合纖維。該等纖維係自聚合物形成，該等聚合物包括(但不限於)聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二酯；耐綸(nylon)；聚醯胺；聚丙烯；聚烯烴，例如聚丙烯或聚乙烯；聚酯、耐綸、聚醯胺、或聚烯烴中之二或更多者之摻合物；聚酯、耐綸、聚醯胺、或聚烯烴中任意兩者之雙組分複合物；及諸如此類。雙組分複合纖維之實例包括(但不限於)一纖維，其具有一種聚合物之核心及包含不同於核心聚合物之聚合物且完全、實質上、或部分包圍核心之鞘。
在使纖維經歷本發明洗滌方法之前及之後，纖維之亮度量測可在厚纖維墊上實施。纖維墊可藉由以下製備：用水將纖維稀釋至在約1%至約10%範圍內之稠度，混合以分離纖維，且接著(例如)在具有濾紙之布氏漏斗上使纖維除去水分，以形成纖維墊。纖維墊可藉由在實驗室用壓機中在壓濾機之間壓製而進一步除去水分，且接著在速乾器上乾燥以形成乾燥濾餅。接著纖維墊可在亮度測試之前空氣乾燥若干天。
根據TAPPI 525測試方法之纖維亮度測試係在洗滌之前及之後、及可選後續漂白步驟之後實施。在經歷當前所揭示之洗滌方法之後，纖維之亮度高於洗滌前纖維之亮度。洗滌之後，纖維之亮度可在約25至約60之範圍內，如以TAPPI 525標準所量測。在一個態樣中，洗滌後增亮纖維之亮度係在約35至約60之範圍內。在另一態樣中，洗滌後增亮纖維之亮度係在約45至約60之範圍內。仍在另一態樣中，洗滌後纖維之亮度在約40至約50之範圍內。仍然在另一態樣中，增亮纖維之亮度係為約或在以下任意範圍內：約25、30、35、40、45、50、55、及60，如以TAPPI 525標準所量測。
洗滌後之亮度增益、或纖維亮度之提高係在約10至約50之範 圍內，如以TAPPI 525標準所量測。在一個態樣中，亮度增益係在約20至約40之範圍內，如以TAPPI 525標準所量測。在另一態樣中，亮度增益係在約15至約30之範圍內，如以TAPPI 525標準所量測。仍在另一態樣中，亮度增益係為約或在以下任意範圍內：約10、15、20、25、30、35、40、45、及50，如以TAPPI 525標準所量測。
本發明之增亮纖維可用於任意非織造織物產品或紡織品，包括氣流成網、梳理、紡黏、及水刺纏結基板。在一個態樣中，非織造織物包含具有約30至約60範圍內之亮度的非木材纖維，如以TAPPI 525標準測試方法所量測。
非木材纖維增亮可藉由以下來達成：1)浸漬，機械分離並清潔韌皮纖維，如本文所揭示洗滌，及一或二階段增亮/漂白；或2)浸漬，機械分離並清潔韌皮纖維，如本文所揭示洗滌，習用過氧化物或其他漂白/預漂白，及一或二階段漂白；或3)浸漬，機械分離並清潔韌皮纖維，如本文所揭示洗滌，如本文所揭示用有機酸處理，以及一或二階段漂白；或4)挑選，軋棉，如本文所揭示洗滌，及一或二階段漂白。
接著，將非木材纖維組合以形成混合物。藉由化學方法移除果膠可在形成混合物之前或之後執行。混合物可形成為纖維狀氈、纖維氈、纖維墊、厚纖維墊、濕濾餅、或當用於煮練釜基礎之系統中時之「環狀圈(donut)」。視需要，接著可在混合物暴露至增亮劑之前將混合物潤濕。可將混合物稀釋至任意所需稠度，經潤濕，及/或與任意所需添加劑組合，添加劑之非限制性實例係在下文中提及。
在洗滌前之混合物中，纖維具有在約10%至約50%範圍內之稠度。在一個態樣中，混合物中之纖維具有在約10%至約30%範圍內之稠 度。在另一態樣中，混合物中之纖維具有在約15%至約35%範圍內之稠度。仍在另一態樣中，混合物中之纖維具有在約20%至約40%範圍內之稠度。仍然在另一態樣中，混合物中之纖維具有為約或在以下任意範圍內之稠度：約10%、12%、15%、17%、20%、22%、25%、27%、30%、32%、35%、37%、40%、42%、45%、47%及50%。
在纖維加工煮練釜系統中，漂白液或液體對纖維比率可在約10：1至約20：1之範圍內。在一個態樣中，漂白液/液體對纖維比率係在約5：1至6：1之範圍內。在另一態樣中，漂白液/液體對纖維比率係在約12：1至約18：1之範圍內。然而，較低漂白液/液體對纖維比率(即，5：1與10：1相比)可提供更合意之結果。
為提高纖維之亮度，纖維混合物經洗滌並暴露至洗滌劑，該洗滌劑係為氧氣、有機酸、或氧氣及有機酸之組合。纖維混合物可藉由任意適宜方法暴露至洗滌劑。
在洗滌之前、期間、或在開始時及/或結束時用包含氧氣之洗滌劑處理纖維提供纖維亮度之實質性改善，以及降低植物性雜質污染物之暗色及結構完整性。儘管在本發明洗滌製程之後提高亮度，額外的後續漂白階段可進一步提高該亮度。
該等纖維可在任意溫度(包括室溫或高於室溫之任意溫度)下浸泡於有機酸中，用該有機酸淋洗，或暴露至該有機酸。該有機酸可為任意有機酸或其鹽。有機酸之非限制性實例包括乙酸、檸檬酸(及檸檬酸鹽)、甲酸、乳酸、草酸、尿酸、或其任意組合。可採用各種檸檬酸鹽，例如鹼金屬及鹼土金屬檸檬酸鹽。適宜檸檬酸鹽之非限制性實例包括檸檬酸鈣、檸檬酸三鈉、或其任意組合。視需要，該檸檬酸鹽係與其他材料複合。
該有機酸或其鹽基於纖維之乾重量可以在約0.1重量%至約10重量%範圍內之量添加至纖維中。在一個態樣中，該有機酸或其鹽基於纖維之乾重量係以在約1重量%至約5重量%範圍內之量添加。在另一態樣中，該有機酸或其鹽基於纖維之乾重量係以在約2重量%至約8重量%範圍內之量添加。仍在另一態樣中，該有機酸或其鹽基於該纖維之乾重量係以為約或在以下任意範圍內之量添加：約0.1重量%、0.5重量%、1重量%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%、3重量%、3.5重量%、4重量%、4.5重量%、5重量%、5.5重量%、6重量%、6.5重量%、7重量%、7.5重量%、8重量%、8.5重量%、9重量%、9.5重量%、及10重量%。
該洗滌液可具有鹼性或中性pH值。在一個態樣中，該洗滌液具有在約6至約8範圍內之中性pH值。在另一態樣中，該洗滌液具有在約7至約12範圍內之鹼性pH值。仍在另一態樣中，該洗滌液具有為約或在以下任意範圍內之pH值：約5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、或13。
該洗滌液可包括鹼(例如氫氧化鈉、氫氧化鎂、或其一組合)，以提供鹼性pH值。適宜組分之其他非限制性實例包括碳酸鈉、硫酸鎂、表面活性劑、或其任意組合。然而，甚至單獨水(中性pH值)亦可用於該洗滌液中。
在洗滌液中使用鎂化合物，可降低在氧暴露期間將出現之對纖維之潛在損壞。具體而言，在洗滌期間使用硫酸鎂以及氧氣，相較於僅使用氧氣，係可增強亮度增益及最終結果。因此，視需要，在洗滌期間氫氧化鎂可替代氫氧化鈉。
考慮到利用硫酸鎂提高亮度，其他鎂化合物可提供相同的結 果。其他鎂化合物包括任意鎂鹽或包括鎂之化合物。適宜鎂化合物之非限制性實例包括氫氧化鎂、氧化鎂、硫酸鎂、甘胺酸鎂、抗壞血酸鎂、氯化鎂、乳清酸鎂、檸檬酸鎂、富馬酸鎂、蘋果酸鎂、琥珀酸鎂、酒石酸鎂、碳酸鎂、氫氧化鎂、或其任意組合。
鎂化合物可添加至該洗滌液或直接添加至該等纖維。可選鎂化合物可基於纖維之總乾重量以在約0.01重量%至約5重量%範圍內之量添加。在一個態樣中，鎂化合物係基於纖維之總乾重量以在約0.1重量%至約3重量%範圍內之量添加。在另一態樣中，鎂化合物係基於乾燥纖維之總重量以在約1重量%至約4重量%範圍內之量添加。仍在另一態樣中，鎂化合物係基於纖維之總乾重量以為約或在以下任意範圍內之量添加：約0.1重量%、0.5重量%、1重量%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%、3重量%、3.5重量%、4重量%、4.5重量%、及5重量%。
參照該等圖，第1圖例示洗滌及將纖維暴露至氧氣之一實例性方法100。然而，纖維可藉由此項技術領域中已知之任意其他適宜方法暴露至氧氣。洗滌亦可在連續製程中運行。
初始，將乾燥、非木材纖維與水混合，且視需要隨後進行離心處理以移除大多數剩餘水。將纖維放置於纖維加工煮練釜120之穿孔籃內。該籃配備有中心穿孔軸以使洗滌液140能夠徑向循環穿過纖維。該籃亦係在底部密封且具有一蓋子在頂部密封以確保洗滌液循環穿過纖維團(fiber mass)。
製備洗滌液140並將其引入至纖維加工煮練釜120中並借助循環幫浦130循環穿過纖維。視需要，將洗滌液預熱至60℃至70℃以加速升溫循環。在一個態樣中，將洗滌液預加熱至在約50℃至約70℃範圍內之溫 度。在另一態樣中，將洗滌液預加熱至在約55℃至約65℃範圍內之溫度。再在另一態樣中，將洗滌液預加熱至在約50℃至約60℃範圍內之溫度。仍然在另一態樣中，將洗滌液預加熱至為約或在以下任意範圍內之溫度：約50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、及70℃。然而，溫度上限並不欲受限制。
洗滌液140可設定為自籃內部至籃外部、或自外部至內部循環。系統可經程式化以將洗滌液加熱至所需處理溫度且接著將系統於此溫度下保持所需處理時間。週期性地，可將洗滌液流反向，以使纖維中之任意通道化最小化。因此，洗滌可在包含內部液循環系統或外部液循環系統之煮練釜中執行。
將氧氣110注入於循環幫浦130中，該循環幫浦用於將氧氣110混合並溶解於洗滌液140中。可注入氧氣110直至達成所需系統壓力為止，或直至氧氣溶於溶液中，形成溶解氧之洗滌液溶液為止。另一選擇為，可在整個製程期間維持低、持續氧流動。氧氣可在系統中之任意點處添加，且氧濃度係藉由調整分壓力來控制。洗滌、且可選漂白或增亮步驟之後，可乾燥經洗滌之纖維。
第2圖例示將纖維混合物暴露至氧氣110之另一實例性方法200。如所示，將氧氣110引入至在循環幫浦130之後之靜態或主動混合系統210中。
在纖維加工煮練釜120或任意閉合系統用氧氣加壓之後，氧可排放一或多次以淋洗來自系統之空氣。排放係確保最大可能溶解氧濃度。
第3圖例示在洗滌製程結束時將纖維混合物暴露至氧氣110 之另一實例性方法300。如所示，在使纖維加工煮練釜120排洩洗滌液140之後，將氧氣110直接引入至纖維加工煮練釜120之頂部中。如此，氧氣110取代大部分殘餘液並滲透纖維。因此，氧氣110利用殘餘熱及纖維氈中存在之洗滌化學物質並與發色團及植物性雜質反應，以減少植物性雜質之含量。部分消耗之氧可經吹掃，且可添加第二及/或第三氧進料以增強液置換並改善植物性雜質減少及纖維亮度。系統可維持在上述任意所需溫度及/或壓力下。因此，相較於洗滌之前之纖維，纖維之亮度提高且殘留植物性雜質含量降低。
第4圖例示在洗滌期間將纖維混合物暴露至氧氣110之實例性方法400。方法400除使用液循環幫浦130的方法100、200、及300之外部液循環系統以外具有額外內部循環系統410。將氧氣110注入在液循環幫浦130後之液進給線420，氧氣直接進入內部幫浦412之入口。所夾帶之氧氣110進入葉輪414，該葉輪將氧氣110混合並溶解於洗滌液140中。洗滌液140連同所溶解之氧110接著進入籃之中心軸416且接著行進並循環穿過纖維加工煮練釜120內之纖維團。洗滌液140自中心軸416橫向穿過該纖維團移動且接著排出返回至纖維加工煮練釜120，在此處其可移動返回至液循環幫浦130以用於再循環。
第5圖係用於冷卻第4圖中所示方法400中之洗滌液之方法500的圖解說明。在方法500中，採用冷卻系統510，將來自纖維加工煮練釜120內部之洗滌液140在非接觸式熱交換器514中冷卻至低於瞬燃溫度(flash temperature)(例如小於約100℃)且接著進入小的液罐516中。控制閥512控制系統之循環以及保持系統中之壓力。接著將冷卻液520泵送返回至外部循環系統之液循環幫浦130中。冷卻系統510允許添加化學物質而無需使纖 維加工煮練釜120減壓及排空。
在低溫(例如低於110℃或低於100℃)下洗滌可使用以上用於冷卻之系統。實際上，相較於在較高溫度下洗滌，在低溫下洗滌提供所需之增亮並維持纖維強度。對於利用氧之低溫洗滌，溫度可係低於或在以下任意範圍內：約105℃、95℃、90℃、85℃、80℃、及75℃。然而，對於羊毛纖維或其他蛋白質基底之纖維而言，溫度可低於約75℃。視情況，硫酸鎂可包含在洗滌液中。
第6圖係用於使用氧氣以自第4圖中所示方法400中之纖維移走殘餘液之方法600的圖解說明。在方法600中，藉由使用排洩閥610自纖維加工煮練釜120排洩漂白液140。接著，將氧氣110直接注入至籃之中心軸416中並擴散穿過纖維加工煮練釜120中之纖維。
第7圖係用於使用氧氣110以自第4圖中所示方法400中之纖維移走殘餘液之另一方法700的圖解說明。在方法700中，亦使用排洩閥610自纖維加工煮練釜120排洩漂白液140。纖維加工煮練釜120與在纖維加工煮練釜120頂部處、在纖維加工煮練釜底部處(未顯示)、或在液循環幫浦130上(未顯示)之止回閥710具有氧連接。因此，氧氣可使用止回閥710注入至系統並排放。
第8圖係用於在任意煮練釜系統中增亮非木材纖維之控制系統800的圖解說明。控制系統800具有氧氣罐或用於注入氧氣110之其他氧源。壓力控制裝置810控制來自主要來源之氧氣110之壓力。接著，氧流量控制裝置820控制氧進入系統中之流量。在液循環幫浦130之後之液流量控制裝置840控制漂白液140進入系統中之流量。壓力釋放安全閥830限制纖維加工煮練釜120內之最大安全壓力。煮練釜壓力控制器850亦緩和纖維加工 煮練釜120內之壓力。
本文所述之洗滌製程允許高溫(約130℃)及低溫製程(約100℃)二者。在洗滌期間，系統可維持在約95℃至約150℃範圍內之溫度下。在另一態樣中，系統在氧暴露期間可維持在約110℃至約140℃範圍內之溫度下。仍在另一態樣中，系統在氧暴露期間可維持在約100℃至約130℃範圍內之溫度下。仍然在另一態樣中，系統可維持在為約或在以下任意範圍內之溫度下：約80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、及150℃。
在洗滌期間，系統可維持在約1巴至約10巴範圍內之壓力下。將系統維持在壓力下確保氧將保持溶於溶液中。在另一態樣中，系統係維持在約2巴至約8巴範圍內之壓力下。仍在另一態樣中，系統係維持在約3巴至約6巴範圍內之壓力下。仍然在另一態樣中，系統係維持在為約或在以下任意範圍內之壓力下：約1巴、1.5巴、2巴、2.5巴、3巴、3.5巴、4巴、4.5巴、5巴、5.5巴、6巴、6.5巴、7巴、7.5巴、8巴、8.5巴、9巴、9.5巴、及10巴。
將系統在所需壓力及溫度下維持足以改善亮度並降低纖維之植物性雜質含量而不損壞纖維之時間。在一個態樣中，將纖維洗滌在約5分鐘至約180分鐘範圍內之時間。在另一態樣中，將纖維洗滌約30分鐘至約120分鐘範圍內之時間。仍在另一態樣中，將纖維洗滌約60分鐘至約180分鐘範圍內之時間。仍然在另一態樣中，將纖維洗滌大約或在以下任意範圍內之時間：約5分鐘、15分鐘、30分鐘、45分鐘、60分鐘、75分鐘、90分鐘、105分鐘、120分鐘、135分鐘、150分鐘、175分鐘、及180分鐘。
在加工時間結束時，將系統溫度冷卻至低於100℃(瞬燃 點)，並將殘餘氣排放。接著，自系統排洩廢液，並將腔室蓋打開。接著，可將淋洗水添加至纖維並借助循環幫浦130循環穿過纖維。接著排洩纖維加工煮練釜120。可視需要利用新鮮水或緩衝液重複淋洗循環。纖維可接著進行離心處理以除去任何過量淋洗水，且經洗滌之纖維可經乾燥、梳理、或經歷額外加工步驟，例如漂白。
經洗滌之纖維可隨後藉由此項技術中已知之任意方法漂白，例如過氧化物漂白及/或還原性漂白。可執行一或多個漂白步驟，例如二個過氧化物漂白步驟或一過氧化物漂白步驟及一還原性漂白步驟。還原性漂白只有在纖維已經氧氣處理之後才有效。無氧處理之纖維將不能在還原性階段有效的脫色。
過氧化物漂白可包括一過氧化物化合物及一鹼化合物。適宜過氧化物化合物之非限制性實例包括過氧化氫、過氧化鈉、或過氧化氫及過氧化鈉二者。適宜鹼化合物包括(但不限於)氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、單乙醇胺、氨、或其任意組合。另一選擇為，可使用其他方法執行氧化性漂白，例如彼等使用過氧基化合物(例如過乙酸、過氧羧酸、或過酸)者。亦可使用酶催化氧化性漂白方法。
還原性漂白階段可包括還原劑。適宜還原劑之非限制性實例包括亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鉀、重亞硫酸鈉、重亞硫酸鉀、焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀、硼氫化鈉、或其任意組合。
在一個態樣中，氧可用於利用氨之「脫膠」製程，例如如美國專利第7,892,397號中所揭示，其以引用的方式全文併入本文中。如在該‘397專利中所揭示，纖維素纖維用脫膠液在約50℃至約200℃之間之溫度下 在約3：1至約20：1液對固體(v/w)之稠度下處理，該脫膠液包含約5%至約30%(v：v)之間之氨水溶液及約0.5%至3%(基於OD纖維)之間之過氧化氫。該脫膠液可更包含0%至10%(基於OD纖維)氫氧化鉀及0%至0.2%(基於OD纖維)蒽醌。在以氨為基礎之脫膠製程中添加氧氣可提高纖維亮度並降低植物性雜質含量。
增亮纖維可根據熟習此項技術領域者已知之習用製程用於製作非織造織物及/或紡織品。本發明之非織造織物可納入至各種紡織品及產品中。產品之非限制性實例包括擦拭布(或擦拭巾)，例如濕擦拭布(wet wiper)、乾擦拭布(dry wiper)、或浸漬式擦拭布(impregnated wiper)，其包括個人護理用擦拭布、家居清潔用擦拭布、及灰塵擦拭布。個人護理用擦拭布可用(例如)柔軟劑、保濕劑、芳香劑、及諸如此類浸漬。家居清潔用擦拭布或硬表面清潔用擦拭布可用(例如)表面活性劑(例如，四級胺)、過氧化物、氯氣、溶劑、螯合劑、抗菌劑、芳香劑、及諸如此類浸漬。灰塵擦拭布可用(例如)油浸漬。
擦拭布之非限制性實例包括嬰兒擦拭巾(baby wipe)、化妝擦拭巾(cosmetic wipe)、會陰擦拭巾(perinea wipe)、可棄式毛巾(disposable washcloth)、家居清潔用擦拭巾(例如，廚房用擦拭巾(kitchen wipe)、浴用擦拭巾(bath wipe)、或硬表面擦拭巾(hard surface wipe))、消毒及細菌移除擦拭巾、專用清潔擦拭巾(例如，玻璃擦拭巾(glass wipe)、鏡擦拭巾(mirror wipe)、皮革擦拭巾(leather wipe)、電子器件擦拭巾(electronics wipe)、透鏡擦拭巾(lens wipe)、及拋光擦拭巾(polishing wipe))、醫用清潔擦拭巾(medical cleaning wipe)、消毒擦拭巾(disinfecting wipe)、及諸如此類。產品之額外實例包括吸附體(sorbent)、醫療用品(medical supply) (例如，手術單(surgical drape)、手術外衣(surgical gown)、及創傷護理產品(wound care product))、用於工業應用之個人防護用產品(例如，防護用連體服(protective coverall)、護袖(sleeve protector)、及諸如此類)、用於汽車應用之防護罩(protective covering)、及用於海上應用之防護罩。非織造織物可納入至個人護理用品(personal care article)之吸收體核心、襯裡、外部覆蓋物、或其他組件中，例如，尿布(嬰兒或成人)、練習褲、女性護理用品(feminine care article)(護墊及棉塞)及護理墊(nursing pad)。此外，非織造織物可納入至流體過濾產品(例如，空氣過濾器、水過濾器、及油過濾器)、家居用品(home furnishing)(例如，傢具襯墊、隔熱及隔音產品)、農業應用產品(agriculture application product)、景觀美化應用產品(landscaping application product)、及地工應用產品(geotextile application product)中。
短纖維之非編織纖網可藉由稱為梳理之機械製程形成，如美國專利第797,749號中所揭示，其以引用的方式全文併入本文中。梳理製程可包括當將短纖維收集於成形網時氣流組分使短纖維之定向隨機化。現有技術之機械梳理機(例如Trtzschler-Fliessner EWK-413梳理機)可運行具有顯著比上述38毫米短之長度的短纖維。較舊的梳理機設計可需要較長纖維長度以達成良好成形及穩定操作。
另一常用乾式纖網形成製程係為氣流成網或氣流成形。此製程僅採用空氣流、重力、及向心力來將大量纖維沈積於一移動成形網上，該移動成形網傳送該纖維纖網至纖網黏合製程。氣流成網製程闡述於美國專利第4,014,635號及第4,640,810號中，該二者皆以引用的方式全文併入本文中。紙漿基底之氣流成形非編織纖網經常納入熱塑性纖維中，當該氣流 成形纖網穿過烘箱時該等熱塑性纖維熔融並將氣流纖網黏結在一起。
熱黏合亦稱為熱軋黏合(calendar bonding)、點式黏合(point bonding)、或圖案黏合(pattern bonding)，可用於黏合纖維纖網以形成非織造織物。熱黏合亦可將圖案納入織物中。熱黏合闡述於PCT國際公開案第WO/2005/025865號，其以引用的方式全文併入本文中。熱黏合需要將熱塑性纖維納入至纖維纖網中。熱塑性纖維之實例論述於上文。在熱黏合中，纖維纖網在壓力下藉由穿過經加熱之壓光輥(calendar roll)來黏合，該等壓光輥可壓印有轉移至纖維纖網表面之圖案。在熱黏合期間，將壓光輥加熱至至少在熱塑性材料之玻璃轉化溫度(Tg)與熔融溫度(Tm)之間之溫度。
增亮纖維係以濕或乾狀態形成為未結合纖網。在一個態樣中，纖網係藉由採用機械梳理機之方法形成。在另一態樣中，纖網係藉由採用機械梳理機與強制空氣流之組合的方法形成。乾纖網可藉由水刺纏結(Hydroentangling或hydroentanglement)黏合。此外，水刺纏結纖網可用水性黏結劑處理並暴露至熱以黏合並乾燥該纖網。而且，該乾纖網可藉由機械針刺及/或使熱空氣流穿過該纖網來黏合。另一選擇為，乾纖網可藉由施加水性黏結劑至未結合纖網並將纖網暴露至熱來黏合。
水刺纏結(亦稱為水刺成網法(spunlacing)或紡黏法(spunbonding))以形成非編織織物及基材已為此項技術領域熟知。水刺纏結製程之非限制性實例闡述於加拿大專利第841,938號及美國專利第3,485,706號及第5,958,186號。美國專利第3,485,706號及第5,958,186號分別全文併入本文中。水刺纏結涉及以濕式成網或乾式成網形成纖維纖網，且之後藉由在高壓下採用極細水射流纏結纖維。舉例而言，將複數列水射流 引導朝向佈置於移動載體(例如，絲網(網狀物))上之纖維纖網。纖維之水刺纏結提供不同的水力壓印圖案，其可產生低纖維紗支區，促進水分散，並提供三維結構。接著將纏結纖網乾燥。
增亮纖維之非編織纖維纖網可在分散劑之存在下濕式成網或發泡體成形。分散劑可以所謂的「纖維整理」之形式直接添加至纖維或可於濕式成網或發泡體成形製程中添加至水系統。適宜分散劑之添加幫助提供增亮纖維之良好形成，即，實質上均勻纖維分散。分散劑可為提供增亮纖維或其任意混合物適宜分散效應之許多不同類型的分散劑。分散劑之非限制性實例係75%雙(氫化牛油烷基)二甲基氯化銨及25%丙二醇之混合物。添加應當在0.01重量%至0.1重量%之範圍內。
在發泡體形成期間，將纖維分散於含有發泡體形成表面活性劑及水之發泡液體中，隨後將纖維分散液於載體(例如，絲網(網狀物))上以與濕式成網相同之方式脫水。形成纖維纖網之後，使纖維纖網以約23,000英尺-磅/平方英吋/秒或更高之能量通量經歷水刺纏結。使用習用技術且利用機器製造商供應之裝備實施水刺纏結。水刺纏結之後，將材料壓製並乾燥，且視需要纏繞於輥上。接著將準備好之材料以已知方式轉換成適宜形式並包裝。
本文所述之非織造織物可納入至包含該非織造織物及膜之壓層中。壓層可用於多種應用，例如個人護理產品及吸收體用品之外部覆蓋物，例如尿布、練習褲、尿失禁短褲、女性衛生產品、創傷敷料、繃帶、及諸如此類。
為形成壓層，將黏結劑施加至非織造織物之支持表面或膜表面。適宜黏結劑之實例包括可噴射乳膠、聚α烯烴(作為Rextac 2730及Rextac 2723自德克薩斯州休斯頓(Houston,TX)的Huntsman Polymer出售)、及乙烯乙酸乙烯酯。額外市售黏結劑包括(但不限於)彼等自威斯康星州沃瓦托薩(Wauwatosa,WI)的Bostik Findley有限公司購得者。接著，將膜在非織造織物頂部進給至成形網上。在施加至非織造織物之前，視需要將膜拉伸。將非織造織物及膜組合並在壓平區(nip)中壓縮以形成壓層。儘管不需要壓敏性黏結劑，但可將壓平區維持在適用於所用黏結劑之期望黏結劑黏合溫度下，例如，熱活化黏著。壓層可經切割，引導至捲繞機，或引導至進一步加工。
除將膜施加至該非織造織物以外，可將另一織物黏合至非織造織物，該另一織物可為(例如)另一非織造織物或織造織物。該非織造織物可為根據本發明製得之非織造織物。黏結劑可在壓平以形成壓層之前施加至該非織造織物或另一織物。
壓層中所用之膜包括(但不限於)聚乙烯聚合物、聚乙烯共聚物、聚丙烯聚合物、聚丙烯共聚物、聚胺基甲酸酯聚合物、聚胺基甲酸酯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、或線性低密度聚乙烯。視需要，可採用透氣膜(例如包含碳酸鈣之膜)以形成壓層。一般而言，若膜具有至少100克/平方米/24小時之水蒸氣透過率，則膜係為「透氣」的，該水蒸氣透過率可(例如)藉由美國專利第5,695,868號(其以引用的方式全文併入本文中)中所述之測試方法量測。然而，透氣膜並不限於包含碳酸鈣之膜。透氣膜可包括任意填料。如本文所用，「填料」意欲包括將不會化學上干擾或不利地影響該膜、但將實質上均勻地分散於整個膜上之微粒及其他形式之材料。一般而言，填料係呈微粒形式且形狀為球形，其中平均直徑在約0.1微米至約7微米之範圍內。填料包括(但不限於)有機及無機填料。
視需要，洗滌液或纖維混合物包括添加劑。適宜添加劑包括(但不限於)螯合劑、硫酸鎂、表面活性劑、潤濕劑、pH值緩衝劑、穩定添加劑、或其任意組合。
可選之一或多種添加劑可基於非木材纖維之混合物的總重量以在約0.5重量%至約5重量%之範圍內存在。在另一態樣中，一或多種添加劑可以在約1重量%至約10重量%之範圍內存在。仍在另一態樣中，一或多種添加劑可以在約2重量%至約6重量%之範圍內存在。仍然在另一態樣中，一或多種添加劑可以在約3重量%至約5重量%之範圍內存在。在一個態樣中，非木材纖維之混合物可包括一或多種為約或在以下任意範圍內之添加劑：約0.1重量%、0.2重量%、0.5重量%、0.7重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%、及20重量%。
適宜螯合劑包括任意金屬鉗合劑。螯合劑之非限制性實例包括乙二胺-N,N'-二琥珀酸(EDDS)或其鹼金屬鹽、鹼土金屬鹽、銨鹽、或經取代銨鹽、或其混合物。適宜EDDS化合物包括游離酸形式及其鈉或鎂鹽。EDDS之鈉鹽的實例包括Na2EDDS及Na4EDDS。EDDS之此等鎂鹽的實例包括MgEDDS及Mg2EDDS。其他螯合劑包括有機膦酸鹽，包括胺基伸烷基聚(伸烷基膦酸鹽)、鹼金屬乙烷-1-羥基二膦酸鹽、腈-三亞甲基膦酸鹽、乙二胺四亞甲基膦酸鹽、及二伸乙基三胺五亞甲基膦酸鹽。膦酸鹽化合物可以其酸形式或作為鹼或鹼金屬離子之錯合物存在，金屬離子對膦酸鹽化合物之莫耳比率係為至少1：1。其他適宜螯合劑包括胺基聚羧酸螯合劑，例如EDTA。
適宜潤濕劑及/或清洗劑包括(但不限於)清潔劑及非離子、兩性離子、及陰離子表面活性劑，包括胺基酸基底之表面活性劑。相較於其他陰離子表面活性劑，胺基酸基底之表面活性劑系統(例如彼等衍生自胺基酸L-麩胺酸及其他天然脂肪酸者)為人類皮膚提供pH值相容性及良好清洗能力，同時相對安全且提供經改善觸覺及潤濕性質。
適宜緩衝系統包括幫助緩衝系統減少pH值變化之任意緩衝劑。例示性類別之緩衝劑包括(但不限於)IA族金屬之鹽(包括例如IA族金屬之碳酸氫鹽、IA族金屬之碳酸鹽)、鹼金屬或鹼土金屬緩衝劑、鋁緩衝劑、鈣緩衝劑、鈉緩衝劑、鎂緩衝劑、或其任意組合。適宜緩衝劑包括上述任意者之碳酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽、檸檬酸鹽、硼酸鹽、乙酸鹽、苯二甲酸鹽、酒石酸鹽、琥珀酸鹽，例如磷酸鈉、檸檬酸鈉、硼酸鈉、乙酸鈉、碳酸氫鈉及碳酸鈉或磷酸鉀、檸檬酸鉀、硼酸鉀、乙酸鉀、碳酸氫鉀及碳酸鉀、或其任意組合。適宜緩衝劑之非限制性實例包括氫氧化鋁鎂、甘胺酸鋁、乙酸鈣、碳酸氫鈣、硼酸鈣、碳酸鈣、檸檬酸鈣、葡萄糖酸鈣、甘油磷酸鈣、氫氧化鈣、乳酸鈣、苯二甲酸鈣、磷酸鈣、琥珀酸鈣、酒石酸鈣、磷酸二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二鉀、磷酸氫二鈉、琥珀酸二鈉、乾燥氫氧化鋁凝膠、乙酸鎂、鋁酸鎂、硼酸鎂、碳酸氫鎂、碳酸鎂、檸檬酸鎂、葡萄糖酸鎂、氫氧化鎂、乳酸鎂、偏矽酸鋁酸鎂、氧化鎂、苯二甲酸鎂、磷酸鎂、矽酸鎂、琥珀酸鎂、酒石酸鎂、乙酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硼酸鉀、檸檬酸鉀、偏磷酸鉀、苯二甲酸鉀、磷酸鉀、多磷酸鉀、焦磷酸鉀、琥珀酸鉀、酒石酸鉀、乙酸鈉、碳酸氫鈉、硼酸鈉、碳酸鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉、磷酸氫鈉、氫氧化鈉、乳酸鈉、苯二甲酸鈉、磷酸鈉、多磷酸鈉、焦磷酸鈉、碳酸氫三鈉、琥珀酸鈉、酒石酸鈉、三聚磷酸鈉、合成水滑石、焦磷酸四鉀、焦磷酸四鈉、磷酸三鉀、磷酸三鈉、胺丁三醇、 或其任意組合。
實例
在實例1-6中，將由習用洗滌製程提供之纖維亮度與藉由本文所揭示之本發明洗滌製程所提供之亮度相比較。在各實例中，將約100克乾燥剝皮纖維與水混合且隨後進行離心處理以除去大多數剩餘水。將纖維填充於纖維加工煮練釜(Colortec試樣染色機，自英格蘭西約克郡(West Yorkshire,England)的Roaches International有限責任公司購得)之不銹鋼穿孔籃中。該籃配備有中心穿孔軸以使洗滌液能夠徑向循環穿過纖維。該籃頂部覆蓋有不銹鋼板，且接著將籃放置於Colortec腔室中。
製備所需化學物質之水性液並添加至腔室。將該液預加熱至60℃至70℃以加速升溫循環。將腔室之蓋閉合，並啟動循環幫浦。將該液設定為自籃內部至籃外部循環。將系統經程式化以將該液加熱至所需(所指示)之處理溫度，且接著將系統於此溫度下保持所需處理時間。週期性地，使液流反向約1分鐘以最小化纖維中之任意通道化。
當使用氧氣時，在循環幫浦之入口側添加氧氣(但其可在系統中之任意點添加)。循環幫浦幫助將氧進料溶解。此外，藉由調整分壓力來控制氧濃度。將氧排放一或多次以淋洗來自系統之空氣並確保最大可能溶解氧濃度。
在加工時間結束時，關閉加熱器，將系統溫度冷卻至低於100℃(瞬燃點)，並將殘餘氣排放。接著，自系統排洩廢液，並將腔室蓋打開。將淋洗水添加至腔室，並使淋洗水循環(約10分鐘至20分鐘)，且接著排洩。利用新鮮淋洗水重複淋洗循環2次至4次。接著使腔室排洩，打開， 並將籃自機器移除。將纖維進行離心處理以移去任意過量淋洗水。經洗滌之纖維接著經乾燥、梳理、或進行額外加工步驟，例如漂白。
比較例1
將亞麻纖維試樣(Pamplico剝皮亞麻(Pamplico Decorticated Flax；PDF)，自CRAiLAR Technologies有限公司(加拿大不列顛哥倫比亞省維多利亞(Victoria,B.C,Canada))購得)在標準條件(無氧或鎂化合物)下洗滌。CRAiLAR經處理Pamplico剝皮亞麻之試樣(CCPDF1-4)顯示於表1中，其經運行以生成隨著NaOH百分比提高之苛性鹼(NaOH)劑量曲線。系統係利用1%基於紙漿(「on pulp；OP」)之Ultrascour JD(賓夕法尼亞州匹茲堡市(Pittsburgh,PA)的Dacar Chemical公司)，添加表面活性劑/潤濕劑至該液中，在130℃下以30分鐘停留時間運行。洗滌之後，將纖維於80℃下淋洗四次。淋洗1、3、及4係利用水，且淋洗2係利用包含2% OP檸檬酸鈉之水溶液。
如表1中所示，未經處理之PDF具有18.5之TAPPI亮度。經洗滌纖維試樣具有在25.4與27.0之間之亮度，其中產量損失在21.8%與23.6%之間。
實例2
下一組試樣(表2)係在本發明洗滌條件下(其中添加氧氣、硫酸鎂、及氧氣+硫酸鎂)運行。藉由以下步驟將氧氣添加至系統：1)一旦達到98℃之溫度，則利用氧使系統壓力提高至2巴；2)2分鐘後釋放氧壓力；3)一旦溫度達到130℃，則將溫度保持在130℃；4)於130℃下15分鐘後，利用氧使系統加壓至4巴(2巴分壓力)；及5)接著將試樣在130℃下維持在系統條件下達15分鐘停留時間。
如表2中所示，氧試樣證實亮度顯著提高超過無氧洗滌試樣。此外，相較於僅添加氧之氧洗滌劑，亦將鎂添加至氧洗滌劑會增強亮度增益。試樣CCPDF9係利用硫酸鎂(無氧)運行，且未顯示顯著改善超過對照(CCPDF2)試樣。
實例3
表3比較了比較例1及實例2中之經洗滌之纖維之強度、馬克隆值(micronair)、及雜質(trash)性質。強度係拉伸量測且具有克/特克斯(gram/tex)之單位。馬克隆值係為纖維「細度」之量度。雜質係非纖維碎屑(植物性雜質及其他材料)之百分比(%)。
表3. 纖維物理性質之比較
實例4
表4比較洗滌、單一階段過氧化物漂白接著淋洗(階段1)或第二過氧化氫漂白階段(階段2)後之亮度。殘餘過氧化物(H2O2)指示達成相同亮度需要較少過氧化物。在表4中，L*係為白度，且a*及b*分別係為紅-綠色及藍-黃色。接近0之a*及b*值指示極低色彩/無色彩。
各過氧化物漂白階段係使用經改良「紡絲器」方法執行。在此方法中，將約30克烘箱乾燥(oven dry；OD)纖維添加至4公升燒杯。添加蒸餾水及所指示化學物質以使紙漿達約8%稠度。接著將燒杯放置於190℉水浴中約80%浸沒。並不利用電動紡絲器連續攪動纖維，而是在整個180分鐘漂白持續時間中以大約10分鐘間隔手動混合(使用匙)試樣。亦將少量 矽酸鈉(紙漿之0.2重量%)添加至試樣以幫助穩定過氧化氫。
實施試驗以評估氧氣對洗滌製程之影響、以及在高替代率下氫氧化鎂與氫氧化鈉之相互作用。在第一組試樣(CPF101-105)(表4)中，產生在無氧之情況下用氫氧化鈉代替氫氧化鎂之曲線。試樣CPF102-105係利用10% OP之總鹼劑量(相等鹼基礎)運行。曲線指示氫氧化鎂可被高達約50%(相等鹼基礎)之氫氧化鈉代替，但不會導致亮度之顯著改善(比較25.9與31.7之亮度結果)。
第二組試樣(FPR202-205)係利用相同劑量化學物質運行，惟在洗滌中添加氧氣(表4)。在洗滌及最終過氧化物亮度方面觀察到與上述相同之趨勢，其中鎂被替代高達約50%。添加氧氣亦導致1.1至12.4之亮度增加且在二階段過氧化物漂白之後亮度提高13.3個點。
試樣CPF101及CPF201係在無鹼添加(僅水)之情況下洗滌。此外，CPF101係在無氧之情況下運行且CPF201係在有氧之情況下運行。儘管並未執行中性pH值(無鹼)洗滌以及彼等利用鹼之洗滌，但相較於無氧之試樣(CPF101)，在利用氧之試樣(CPF201)中觀察到最終亮度改善超過13個點。此結果顯示氧氣之添加提供有效洗滌纖維所需鹼之顯著減少，而同時產生相當之亮度結果。
實例5
進行實驗以評估在洗滌製程結束時、在自煮練釜排出洗滌液之後添加氧氣之影響(相較於其中將氧氣引入至洗滌液之實例1至4)。假設氧可直接引入至煮練釜之頂部空間，此可在化學果膠移除之後實施(且該煮練釜已排洩液體)。接著氧可滲透纖維氈並與發色團及植物性雜質反應。
試樣CPF500係類似於實例4中之CPF101製備，且在煮練釜中僅利用水而運行(即，未添加鹼)，且試樣CPF505具有10%所添加氫氧化鈉OP(表4)。在洗滌製程結束時，將煮練釜排洩並迅速添加氧氣以達成4巴壓力(約3巴氧分壓力)。添加氧氣以使得大多數氧自穿孔管內部進入煮練釜，此使得大部分殘餘液被取代。接著使氧氣與纖維反應10分鐘，然後排放。在此期間，由於循環加熱損失而使纖維溫度降低(至大約100℃)。接著排放氧氣，且纖維被淋洗如上所述。
由於額外液被氧氣取代，因此相較於習用洗滌，淋洗液之色彩明顯減少。該等結果另外顯示在洗滌及/或淋洗或漂白階段結束時氣體(空氣或其他惰性氣體)取代在提高後續階段之效率方面有益。而且，此製程減少淋洗階段之數量、所需淋洗用水體積，且由於殘餘化學物質之較低攜帶而提高下一階段之效率。
相較於CPF101(無鹼或氧)及CPF201(無鹼，有氧)，試樣CPF500(亦無鹼)在洗滌後亮度提高9.2及8.1。當在洗滌後將氧引入至煮練釜中時，第一階段經漂白亮度比將氧引入至液中時(CPF201)高7個點，且第二階段漂白亮度提高2.9個點。而且，在二個階段中顯著較高之過氧化物殘餘反映較高之過氧化物漂白效率，此證明減少所需過氧化物劑量之效用。
試樣CPF505達成44.1洗滌亮度，此高於任意實例。在二階段過氧化物漂白之後，CPF505達成78.5最終亮度。在洗滌期間將氧添加於液中之CPF205達成72.7之最終亮度，其在相似加工條件下低5.8個點。對於二個漂白階段而言過氧化物殘餘亦顯著提高，此再次支持減少過氧化物進料及化學物質成本之能力。
實例6
將以習用方式洗滌之亞麻纖維試樣經洗滌並乾燥。試樣(BJT)具有26.4之未經處理亮度(表6)。接著將纖維於90℃下浸泡以確定檸檬酸鹽對後續過氧化物漂白階段之影響。僅用水之對照浸泡在標準過氧化物漂白之後展示66.5亮度。然而，檸檬酸鹽浸泡之試樣在浸泡於檸檬酸三鈉或檸檬酸之後顯示71.5及71.7之經改善亮度反應。
實例7
市售亞麻
為進行比較，自Flaxcraft有限公司(新澤西州克雷斯基爾市(Cresskill,NJ))獲得試樣經漂白亞麻纖維。使用標準測試在MacBeth 3100儀器上確定纖維光學性質。纖維展現67.44之亮度。起始亞麻纖維試樣(其係為市售亞麻纖維之實例)的性質為比較目的顯示於下表7中。
表7. 市售漂白亞麻纖維之起始試樣
本發明亞麻洗滌程序
在以下實例中，根據以下標準程序執行亞麻加工(洗滌經剝皮及清潔之亞麻纖維)：
1. 秤量出亞麻纖維試樣、潤濕、並填充至煮練釜籃中
2. 將蓋夾緊於籃上，將籃放置於煮練釜中。接著將煮練釜密封。
3. 將處理用水預熱至50℃，並將NaOH、潤濕劑(Scourer JD)、及鉗合劑(SEQ600)與水混合以形成洗滌液。
4. 使煮練釜充滿洗滌液，並啟動外部、及內部循環幫浦。
5. 使用非接觸蒸汽以3℃/分鐘之速率使溫度升高。
6. 一旦溫度達到130℃，則將溫度保持45分鐘。
7. 藉助非接觸式熱交換器藉由循環液將煮練釜冷卻至90℃。
8. 使循環幫浦停止，並使煮練釜排洩。
接著完成一或多個淋洗循環。淋洗程序步驟係如下：
1. 將清潔淋洗水加熱至50℃。
2. 將煮練釜充滿淋洗水，並啟動循環幫浦。
3. 約5分鐘後，使幫浦停止，並使煮練釜排洩。
淋洗之後，接著將纖維漂白。一般而言，纖維留在煮練釜中 用於漂白，以使得實施洗滌+淋洗+漂白+淋洗程序作為連續製程。在各階段之間並未打開煮練釜以取出少量纖維試樣以使可監測製程。
標準過氧化物漂白程序係如下執行：
1. 將清潔水添加至側罐並利用非接觸蒸汽加熱至50℃。
2. 將NaOH、H2O2、及矽酸鹽基底之穩定劑添加至水。
3. 啟動循環幫浦，並使煮練釜充滿漂白液。
4. 使用非接觸蒸汽使溫度以2-3℃/分鐘升高。
5. 一旦達到漂白溫度、通常為90℃至110℃，則將溫度保持20分鐘至60分鐘。
6. 視需要，在初始保持時間之後，溫度可升高10℃至30℃達額外10分鐘至30分鐘以完成增亮反應。
7. 使用非接觸冷卻水在熱交換器中冷卻煮練釜。
8. 使一或多個循環幫浦停止，並使煮練釜排洩。
9. 執行1至3次淋洗。
10. 視需要，將弱酸(例如乙酸)添加至淋洗水以使纖維pH值降低至接近中性(約7)。
最後淋洗之後，將煮練釜打開，並移除籃。一般而言，將籃放置於離心機中並旋轉5分鐘至20分鐘以移除盡可能多的水。接著可將纖維自籃移除並乾燥，並視需要包裝用於預期最終產品用途。
第一氧洗滌程序(1)係如下執行：
1. 秤量出亞麻纖維試樣、潤濕、並填充至煮練釜籃中。
2. 將蓋夾緊於籃上，將籃放置於煮練釜中。接著將煮練釜密封。
3. 將處理用水預熱至50℃，並將NaOH、潤濕劑(Scourer JD)、及鉗合劑(SEQ600)與水混合以形成洗滌液。
4. 使煮練釜充滿洗滌液，並啟動外部及內部循環幫浦。
5. 將外部循環閥關閉以密封煮練釜，並將氧氣添加至煮練釜之底部，以使得氣體被抽吸至內部循環幫浦中。
6. 將煮練釜利用氧加壓至約4巴，並添加額外氧以在加熱及溫度保持時間內維持4巴壓力。視需要在高於100℃時使煮練釜排放以防止高於4.5巴之過壓。隨著蒸汽壓力產生，為維持一致壓力可以使氧之分壓力降低。
7. 使用非接觸蒸汽以3℃/分鐘之速率使溫度升高。
8. 一旦溫度達到130℃，則將溫度保持45分鐘。
9. 冷卻之前，將氧氣關閉，並緩慢打開煮練釜外部循環閥以釋放氧壓力。
10. 藉助非接觸式熱交換器藉由循環液將煮練釜冷卻至90℃。
11. 使循環幫浦停止，並使煮練釜排洩。氧存在之總時間將在以下實例描述中規定。
第二氧程序(2)係如下執行：
1. 秤量出亞麻纖維試樣、潤濕、並填充至煮練釜籃中。
2. 將蓋夾緊於籃上，將籃放置於煮練釜中。接著將煮練釜密封。
3. 將處理用水預熱至50℃，並將NaOH、潤濕劑(Scourer JD)、及鉗合劑(SEQ600)與水混合以形成洗滌液。
4. 使煮練釜充滿洗滌液，並啟動外部及內部循環幫浦。
5. 將外部循環閥關閉以形成2至3巴之煮練釜壓力，同時維持液之小外部循環。循環率係為全開流(wide open flow)之約10%。
6. 將氧氣添加至煮練釜之底部，以使得氣體被抽吸至內部循環幫浦中。氣流經調節以維持溶解氧在液中之含量，而不允許過多未溶解氧氣泡形成並自煮練釜排出。
7. 隨著溫度斜升並保持，藉由調節氧流及外部循環流將煮練釜壓力維持在2-3巴。
8. 使用非接觸蒸汽以3℃/分鐘之速率使溫度升高。
9. 一旦溫度達到130℃，則將溫度保持45分鐘。
10. 冷卻之前，將氧氣關閉，並緩慢打開煮練釜外部循環閥以釋放氧壓力。
11. 藉助非接觸式熱交換器藉由循環液將煮練釜冷卻至90℃。
12. 使循環幫浦停止，並使煮練釜排洩。
實例8
選擇一捆經剝皮及清潔之亞麻來運行一系列大規模試驗。洗滌係使用「標準」捆之亞麻執行，以提供均勻起始材料。纖維之光學性質係使用Datacolor Spectraflash SF600 Plus-CT反射式分光光度計使用ColorTools QC軟體、D65照明體以10°觀察者條件來確定。
洗滌係在Callebaut De Blicquy S.A.(比利時布魯塞爾市(Brussels,Belgium))在試驗性煮練釜系統(pilot kier system)中執行。系統具有一200升之煮練釜容量及一個能夠容納10公斤至20公斤OD纖維之籃。將12公斤(OD)表8中之起始亞麻試樣放置於煮練釜籃中並使用以上實例7中所述之標準(無氧)洗滌製程來洗滌。使用12% NaOH、1.0% Scourer JD、及0.25% SEQ600完成洗滌。洗滌並淋洗之後，亞麻具有以下表9中所示之光學性質：
實例9
將12公斤(OD)表8起始亞麻試樣放置於煮練釜籃中並使用以上實例7中所述之氧洗滌程序(2)來洗滌。使用12% NaOH、1.0% Scourer JD、及0.25% SEQ600完成洗滌。當煮練釜達到70℃時開始氧添加並維持直至在130℃下之最後5分鐘保持時間為止。基於氧氣罐在開始洗滌之前之重量及洗滌完成後之重量，所施加之總氧係為1.4%。表10提供洗滌之後纖維之光學性質： 77.06 1.92 11.27 20.15 -8.99 41.99
實例10
將12kg(OD)表8起始亞麻試樣放置於煮練釜籃中並使用氧洗滌程序(2)製程洗滌。洗滌係使用12% NaOH、1.0% Scourer JD、及0.25% SEQ600完成。亦將0.5%硫酸鎂添加至洗滌液。當煮練釜達到70℃時開始氧添加並維持直至停留在130℃下之最後5分鐘為止。洗滌後之纖維之光學性質顯示於下表11中。
實例11
在實例9及10之洗滌之後，以一定間隔自煮練釜收集少量液試樣並測試總溶解固體(total dissolved solid；TDS)及鹼度(NaOH g/l)。液中固體之增加(果膠、木質素、蠟、及其他不需要之化合物)係洗滌進展之指示，乃因執行洗滌係為自纖維移除該等固體。
第9圖中之曲線圖顯示對於實例9及10隨時間流逝、以及隨在各試樣點處該煮練釜之溫度變化洗滌液固體增加。該標準無氧洗滌顯示直至達成超過110℃之溫度(實例8)TDS變化極少。相比之下，實例9及10中之氧加強洗滌顯示出一立即之TDS急遽上升，高於120℃之後則有緩慢的上升(參見第9圖)。曲線亦顯示氧洗滌之更高所提取材料含量。相較於為達成相同結果需要80分鐘總時間(包括於130℃下45分鐘)之傳統洗滌，氧洗滌在20分鐘時間且低於約100℃下達成一固體含量。
第10圖中之曲線圖顯示實例9及10之苛性鹼液(NaOH)濃度。如所示，在初始15分鐘內二個實例消耗極少NaOH。然而，此後二個實例之苛性鹼濃度下降。實例9下降較為急劇，其中在洗滌中消耗更大量之苛性鹼。
實例12
將14kg(OD)表8之起始亞麻試樣放置於煮練釜籃中並使用標準(無氧)洗滌程序洗滌。洗滌及淋洗之後，亞麻達成24.84 TAPPI亮度，如下表12中所示。
實例13
將14kg(OD)表8之起始亞麻試樣放置於煮練釜籃中並使用實例7中所述之氧洗滌程序(2)來洗滌。洗滌及淋洗之後，纖維達成27.31 TAPPI亮度，如下表13中所示。
實例14
基於以上實例中洗滌製程之意想不到的加速及改善，開發低溫洗滌製程，以藉由氧氣之使用，來減少洗滌製程之能量成本及增加安全 性。亦期望避免將纖維加熱至過高溫度，此乃因高溫傾向於破壞纖維及纖維素，此導致較低拉伸強度及減少之商業價值。此外，在氧氣施加至纖維之後添加NaOH以避免任何潛在鹼暗化。
第三氧洗滌程序(3)係如下執行：
1. 秤量出亞麻纖維試樣、潤濕、並填充至煮練釜籃中。
2. 將蓋夾緊於籃上，並將籃放置於煮練釜中。接著將煮練釜密封。
3. 將處理用水預熱至50℃，煮練釜充滿洗滌用水，並啟動外部及內部循環幫浦。
4. 將外部循環閥關閉以形成一2至3巴之煮練釜壓力，同時維持液之小外部循環。循環率係為全開流之約10%。
5. 將氧氣添加至煮練釜之底部，以使得氣體被抽吸至內部循環幫浦中。氣流經調節以維持溶解氧在液中之含量，而不允許過多未溶解氧氣泡形成並自煮練釜排出。
6. 將NaOH、潤濕劑(Scourer JD)、及鉗合劑(SEQ600)添加至循環罐以與水混合並形成洗滌液，藉助外部循環幫浦將該洗滌液引入至煮練釜中。
7. 使用非接觸蒸汽以3℃/分鐘之速率使溫度升高。
8. 隨著溫度斜升並保持，藉由調節氧流及外部循環流將煮練釜壓力維持在2至3巴。
9. 一旦溫度達到98-100℃(略低於瞬燃點)，則將溫度保持30分鐘至90分鐘。
10. 冷卻之前，將氧氣關閉，並緩慢打開煮練釜外部循環閥以釋放氧壓力。
11. 藉助非接觸式熱交換器藉由循環液將煮練釜冷卻至90℃。
12. 使循環幫浦停止，並使煮練釜排洩。
將14kg(OD)表8之起始亞麻試樣放置於煮練釜籃中並使用低溫氧洗滌程序(3)洗滌。洗滌及淋洗之後，纖維達成40.94 TAPPI亮度，如下表14中所示。
實例15
將14kg(OD)表8之起始亞麻試樣放置於煮練釜籃中並使用低溫氧洗滌程序(3)洗滌。除規定之化學物質以外，添加0.5% OF硫酸鎂至此洗滌劑中以做為纖維素保護劑且增強洗滌。洗滌及淋洗之後，纖維達成38.63 TAPPI亮度，如下表15中所示。
實例15
第11圖顯示在實例12-15之液中之NaOH濃度的曲線圖。注意到NaOH消耗減少之進展係自正常洗滌劑(無氧)(實例12)至正常+氧氣(實 例13)至低溫+氧氣(實例14)至低溫+氧氣+硫酸鎂(實例15)。亦注意到在實例15之第一資料點(10分鐘)中之極低NaOH，其係在NaOH有機會與煮練釜中之液充分混合之前取樣之結果。
實例16
第12圖顯示實例12-15之液固體含量，其展示令人驚訝的結果。無氧氣之標準洗滌(實例12)之液固體曲線顯示與氧洗滌(實例13)相同之關係。然而，實例14，低溫氧洗滌顯示較實例12及13中之較高溫洗滌顯著低之液固體。然而，40.94之洗滌亮度顯著高於高溫洗滌中之任一者。實例15中使用硫酸鎂進行低溫氧洗滌，由於取樣，而展示極低初始值，但顯示出較實例14高(但仍低於高溫洗滌)之固體含量。
實例17
測試實例12、13、14、及15之經洗滌亞麻的強度性質。相當意想不到地，相較於實例12之無氧洗滌纖維，氧洗滌纖維顯示出顯著較高之強度。實例14及15之低溫纖維具有所測試試樣之最高強度。表16提供以下高容量儀(high volume instrument；HVI)性質。HVI係棉花測試儀器。
實例15 45.2 30.0 8.5
實例18
利用過氧化氫使用經修改紡絲器方法實驗室漂白來自實例12至15之經洗滌之纖維。對於所有試樣以5%之纖維稠度使用4%過氧化氫、2%氫氧化鈉、0.1%矽酸鈉、及0.05% DTPA之固定化學劑量。將每一組纖維在80℃及96℃二者下漂白以確定漂白溫度之影響。資料顯示氧洗滌實例13、14、及15具有顯著較高亮度(表17)。資料亦顯示出相較於實例12之高溫氧洗滌，實例14及15中之低溫氧洗滌亮度係呈現意想不到的提高。
實例19
將實例18之過氧化物漂白試樣接著用還原性階段漂白以確定氧及溫度對最終纖維亮度之影響。將試樣用0.5%亞硫酸氫鈉劑量且在中性pH值(無pH值調整)下漂白。使用袋式漂白方法完成漂白，其中試樣製備及投用係在氮氣氛中實施。
實例12之無氧洗滌纖維在還原性階段僅顯示些微亮度增益 且最終製程亮度顯著低於氧洗滌試樣，此表明需要藉由氧處理激活纖維至還原性漂白(表18)。實例14及15之低溫氧洗滌纖維顯示出顯著高於實例13之高溫氧洗滌纖維之亮度。
參照上述描述，則應認識到本發明部分之最佳維度關係(包括大小、材料、形狀、形式、功能、及操作方式、總成及使用之變化)對於熟習此項技術領域者而言認為係顯然易見的，且圖示中所例示且說明書中所闡述之所有等效關係均意欲涵蓋於本發明。
因此，上述僅視為本發明原理之例示性說明。此外，可在不背離本發明範圍之條件下對本發明作出各種修改，且因此，期望此等限制僅如由先前技術所施加那樣施加於其上且闡釋於隨附申請專利範圍中。
100‧‧‧實例性方法
110‧‧‧氧氣
120‧‧‧纖維加工煮練釜
130‧‧‧循環幫浦
140‧‧‧洗滌液

Claims (63)

  1. 一種對非木材纖維(non-wood fiber)進行洗滌及提高該等非木材纖維之亮度的方法，該方法包含：形成非木材纖維之一混合物；將該混合物暴露至一洗滌液(scouring liquor)及一洗滌劑以形成一洗滌混合物，該洗滌劑包含氧氣；以及在一腔室中藉由使該洗滌液沿徑向循環經過整個該混合物而洗滌該洗滌混合物，以提供經洗滌之纖維。
  2. 如請求項1所述之方法，其中洗滌係在約95℃與約150℃的溫度下執行。
  3. 如請求項1所述之方法，其中洗滌係在低於110℃之溫度下執行。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該洗滌液包含硫酸鎂。
  5. 如請求項1所述之方法，更包含在約1巴(bar)至約10巴範圍內之壓力下將氧氣溶解於該洗滌液中。
  6. 如請求項1所述之方法，更包含將該等經洗滌之纖維冷卻至低於100℃之溫度。
  7. 如請求項1所述之方法，更包含自經洗滌之纖維排出該洗滌液。
  8. 如請求項7所述之方法，更包含用水淋洗該等經洗滌之纖維，並接著對該等經洗滌之纖維進行離心處理以除去過量的水。
  9. 如請求項1所述之方法，更包含在洗滌之後向該腔室中引入氣體，以自該等經洗滌之纖維移走殘留之洗滌液。
  10. 如請求項1所述之方法，更包含乾燥該等經洗滌之纖維。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該腔室係為一煮練釜(kier)。
  12. 如請求項11所述之方法，更包含使該洗滌液在該煮練釜內進行內部循環。
  13. 如請求項12所述之方法，更包含使該洗滌液在該煮練釜外進行外部循環。
  14. 如請求項1所述之方法，其中該洗滌液包含硫酸鎂。
  15. 如請求項1所述之方法，其中該洗滌液包含氫氧化鈉。
  16. 如請求項1所述之方法，更包含將該等非木材纖維暴露至一有機酸。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該有機酸係為乙酸(acetic acid)、檸檬酸(citric acid)、甲酸(formic acid)、乳酸(lactic acid)、草酸(oxalic acid)、尿酸(uric acid)、或其任何鹽。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該檸檬酸鹽係為檸檬酸三鈉(trisodium citrate)、檸檬酸鈣(calcium citrate)、或檸檬酸三鈉與檸檬酸鈣二者。
  19. 如請求項1所述之方法，其中該等非木材纖維係為韌皮纖維(bast fiber)。
  20. 如請求項1所述之方法，其中該等非木材纖維係為亞麻纖維(flax fiber)、大麻纖維(hemp fiber)、黃麻纖維(jute fiber)、苧麻纖維(ramie fiber)、蕁麻纖維(nettle fiber)、金雀花纖維(Spanish broom fiber)、洋麻植物纖維(kenaf plant fiber)、或其任意組合。
  21. 如請求項1所述之方法，其中該等非木材纖維係為棉纖維。
  22. 如請求項1所述之方法，其中該洗滌液具有約6至約8範圍內之pH值。
  23. 如請求項1所述之方法，其中該洗刷液具有約7至約12範圍內之pH值。
  24. 一種用於提高非木材纖維之亮度的方法，該方法包含： 形成非木材纖維之一混合物；以及在一洗滌劑存在下洗滌該混合物，以提供經洗滌及增亮之纖維，該洗滌劑包含氧氣；其中在以紙漿與造紙工業技術協會(Technical Association of the Pulp and Paper Industry；TAPPI)525標準測試方法量測時，該等經洗滌及增亮之纖維具有約30至約60範圍內之亮度。
  25. 如請求項24所述之方法，其中洗滌係在低於110℃之溫度下執行。
  26. 如請求項24所述之方法，其中該洗滌液包含硫酸鎂。
  27. 如請求項24所述之方法，更包含自經洗滌之纖維排出該洗滌液。
  28. 如請求項27所述之方法，更包含用水淋洗該等經洗滌之纖維，並接著對該等經洗滌之纖維進行離心處理以除去過量的水。
  29. 如請求項28所述之方法，更包含在洗滌之後引入氣體，以自該等經洗滌之纖維移走殘留之洗滌液。
  30. 如請求項29所述之方法，其中該氣體係為氧氣。
  31. 如請求項24所述之方法，更包含乾燥該等經洗滌之纖維。
  32. 如請求項24所述之方法，其中該腔室係為一煮練釜。
  33. 如請求項24所述之方法，更包含將該等非木材纖維暴露至一有機酸。
  34. 如請求項33所述之方法，其中該有機酸係為乙酸、檸檬酸、甲酸、乳酸、草酸、尿酸、或其任何鹽。
  35. 如請求項34所述之方法，其中該檸檬酸鹽係為檸檬酸三鈉、檸檬酸鈣、或檸檬酸三鈉與檸檬酸鈣二者。
  36. 如請求項24所述之方法，其中該等非木材纖維係為韌皮纖維。
  37. 如請求項24所述之方法，其中該等非木材纖維係為亞麻纖維、大麻纖維、黃麻纖維、苧麻纖維、蕁麻纖維、金雀花纖維、洋麻植物纖維、或其任意組合。
  38. 如請求項24所述之方法，其中該等非木材纖維係為棉纖維。
  39. 如請求項24所述之方法，更包含漂白該等經洗滌及增亮之纖維，以提供經漂白之纖維。
  40. 如請求項39所述之方法，其中漂白包含將該等經洗滌及增亮之纖維暴露至一過氧化物化合物(peroxide compound)、氧氣、還原劑、或其一組合。
  41. 如請求項39所述之方法，更包含將該等經漂白之纖維暴露至一第二漂白階段。
  42. 如請求項41所述之方法，其中該第二漂白階段包含將該等經漂白之纖維暴露至一過氧化物化合物、氧氣、一還原劑、或其一組合。
  43. 一種非織造織物(nonwoven fabric)，包含如請求項39所述之經漂白之纖維。
  44. 如請求項43所述之非織造織物，其中該非織造織物係為一濕擦拭布(wet wiper)、一乾擦拭布(dry wiper)、一浸漬式擦拭布(impregnated wiper)、一吸附體(sorbent)、一醫療供應產品(medical supply product)、一個人防護織物(personal protective fabric)、一汽車防護罩(automotive protective covering)、一個人護理用品(personal care article)、一流體過濾產品(fluid filtration product)、一家用陳設產品(home furnishing product)、一隔熱產品(thermal insulation product)、一隔音產品(acoustic insulation product)、一農業應用產品(agriculture application product)、一景觀美化應用產品(landscaping application product)、或一地工應用產品(geotextile application product)。
  45. 如請求項43所述之非織造織物，其中該非織造織物係為一嬰兒擦拭巾(baby wipe)、一化妝擦拭巾(cosmetic wipe)、一會陰擦拭巾(perinea wipe)、一可棄式毛巾(disposable washcloth)、一廚房用擦拭巾(kitchen wipe)、一浴用擦拭巾(bath wipe)、一硬表面擦拭巾(hard surface wipe)、一玻璃擦拭巾(glass wipe)、一鏡擦拭巾(mirror wipe)、一皮革擦拭巾(leather wipe)、一電子器件擦拭巾(electronics wipe)、一透鏡擦拭巾(lens wipe)、一拋光擦拭巾(polishing wipe)、一醫用清潔擦拭巾(medical cleaning wipe)、一消毒擦拭巾(disinfecting wipe)、一手術單(surgical drape)、一手術用外衣(surgical gown)、一創傷護理產品(wound care product)、一防護用連體服(protective coverall)、一護袖(sleeve protector)、一尿布(diaper)、一女性護理用品(feminine care article)、一護理墊(nursing pad)、一空氣過濾器(air filter)、一水過濾器(water filter)、一油過濾器(oil filter)、一傢具襯墊(furniture backing)。
  46. 一種減少非木材纖維中的殘留植物性雜質(shive)之量的方法，該方法包含：形成非木材纖維之一混合物；以及在一洗滌劑存在下洗滌該混合物，以提供經洗滌且低植物性雜質之纖維，該洗滌劑包含氧氣；其中該等經洗滌且低植物性雜質之纖維具有較該混合物纖維在暴 露前為少之可見植物性雜質含量。
  47. 如請求項46所述之方法，其中在洗滌期間降低該殘留植物性雜質之結構完整性。
  48. 如請求項46所述之方法，其中洗滌係在約95℃與約150℃的溫度下執行。
  49. 如請求項46所述之方法，其中洗滌係在低於110℃之溫度下執行。
  50. 如請求項49所述之方法，其中該洗滌液包含硫酸鎂。
  51. 如請求項46所述之方法，更包含在約1巴至約10巴範圍內之壓力下將氧氣溶解於該洗滌液中。
  52. 如請求項46所述之方法，更包含將該等經洗滌之纖維冷卻至低於100℃之溫度。
  53. 如請求項46所述之方法，更包含自經洗滌之纖維排出該洗滌液。
  54. 如請求項53所述之方法，更包含用水淋洗該等經洗滌之纖維，並接著對該等經洗滌之纖維進行離心處理以除去過量的水。
  55. 如請求項46所述之方法，更包含在洗滌之後向該腔室中引入氣體，以自該等經洗滌之纖維移走殘留之洗刷液。
  56. 如請求項46所述之方法，更包含乾燥該等經洗滌之纖維。
  57. 如請求項46所述之方法，其中該洗滌液包含硫酸鎂。
  58. 如請求項46所述之方法，其中該洗滌液包含氫氧化鈉。
  59. 如請求項46所述之方法，更包含將該等非木材纖維暴露至一有機酸。
  60. 如請求項59所述之方法，其中該有機酸係為乙酸、檸檬酸、甲酸、乳酸、草酸、尿酸、或其任何鹽。
  61. 如請求項46所述之方法，其中該等非木材纖維係為韌皮纖維。
  62. 如請求項46所述之方法，其中該等非木材纖維係為亞麻纖維、大麻纖維、黃麻纖維、苧麻纖維、蕁麻纖維、金雀花纖維、洋麻植物纖維、或其任意組合。
  63. 如請求項46所述之方法，其中該等非木材纖維係為棉纖維。
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