TWI783213B - 美人樹種毛纖維漿料、美人樹種毛纖維紙及其製備方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種美人樹種毛纖維漿料製備方法，其包含：將美人樹種毛纖維與鹼性溶液混合以形成第一混合物；蒸煮第一混合物；以及洗滌並過濾蒸煮過的第一混合物以獲得美人樹種毛纖維漿料，其中第一混合物中美人樹種毛纖維與鹼性溶液的固液比(g：ml)為1：10~1：20。

Description

美人樹種毛纖維漿料、美人樹種毛纖維紙及其製備方法

本發明係關於一種纖維漿料、紙及其製備方法，更具體而言，係關於一種美人樹種毛纖維漿料、美人樹種毛纖維紙及其製備方法。

中國自漢代即發展了造紙技術，當時所使用的原料為非木纖維，然而隨著穩定原料來源的木材纖維製漿發展越來越普遍，木漿逐漸取代了非木纖維(Tsien,1973)。惟近二十年來，大眾對於環保議題越來越重視，希望能降低原生木漿的使用量，使得再生漿及非木漿的應用再次興起(Kamoga et al.,2013)。

非木纖維中的木棉及棉花因其屬於纖維素含量高且木質素含量低之纖維，適合做為製漿的原料而被廣泛使用在製漿造紙。美人樹種毛纖維與棉花、木棉屬於同一類型，其纖維素含量較一般木材之纖維素含量為高、木質素含量則較低、且長度亦較木材纖維為長，因此也是一種適合用於製漿造紙的材料。進一步地，美人樹是常見的人行道樹種，但因種毛纖維易飄散，造成民眾的呼吸道疾病(章錦瑜，2009)，若能加以利用，能減少其負面影響。

製漿法分成機械製漿法與化學製漿法，機械製漿法主要是由機械力將木材打碎成纖維狀以製成紙漿，因其紙力低，主要用於摻配漿料；而化學製漿法為利用化學藥品處理木材使其木質素或其他雜質溶出而獲得紙漿，依照化學藥品的不同又分成硫酸鹽製漿、亞硫酸鹽製漿、鹼法製漿，而鹼法製漿包括硫酸鹽法、燒鹼法、石灰法、氧鹼法和氨法製漿。

本案發明係以美人樹種毛纖維作為原料，採用燒鹼法來製漿。

本發明的一態樣提供一種美人樹種毛纖維漿料製備方法，其包含：將美人樹種毛纖維與鹼性溶液混合以形成第一混合物；蒸煮第一混合物；以及洗滌並過濾蒸煮過的第一混合物以獲得美人樹種毛纖維漿料，其中第一混合物中美人樹種毛纖維與鹼性溶液的固液比(g：ml)為1：10~1：20。

較佳地，蒸煮第一混合物的步驟可包含在100℃~200℃蒸煮第一混合物。

較佳地，蒸煮第一混合物的步驟可包含蒸煮第一混合物60~300分鐘。

較佳地，第一混合物中美人樹種毛纖維與鹼性溶液的固液比(g：ml)可為1：14~1：18。

較佳地，鹼性溶液可為氫氧化鈉溶液

較佳地，第一混合物中氫氧化鈉與美人樹種毛纖維的重量比可為1：20~1：10。

較佳地，在美人樹種毛纖維與氫氧化鈉溶液混合前，可進一步包含乾燥美人樹種毛纖維的步驟。

較佳地，乾燥美人樹種毛纖維的步驟可以80℃以下的溫度烘乾美人樹種毛纖維。

本發明的另一態樣提供一種由上述方法製得之美人樹種毛纖維漿料。

本發明的另一態樣提供一種由上述美人樹種毛纖維漿料製備之美人樹種毛纖維紙。

本發明之美人樹種毛纖維紙依據美人樹種毛纖維的特性，可具有較佳之力學性質，且於製造過程中可使用較少的藥品以及能量，進而降低生產成本。

10:美人樹種毛纖維漿料製備方法

S101~S105:步驟

結合附圖參照以下詳細說明將使本發明對於所述技術領域中具有通常知識者而言變得更加顯而易見，其中：第1圖係為依據本發明實施例之美人樹種毛纖維漿料製備方法的示意流程圖；第2圖係為抗張指數的階層分布圖；第3圖係為破裂指數的階層分布圖；以及第4圖係為撕裂指數的階層分布圖。

本發明參考其中繪示本發明例示性實施例之圖式而更充分地描述。如本領域中具有通常知識者將認識到的，本發明的實施例可以各種不同方式進行形式以及細節上的修改而不脫離本揭露的精神或範圍。

於本文中，用語「約」及其相似用語是作為近似用語而不是作為程度用語使用，且旨在用於計入技術領域中具有通常知識者將認知到的測量或計算中的固有偏差。另外，本文描述的任何數值範圍旨在包括包含在描述範圍中的相同數值精確度之所有子範圍。例如，「1.0至10.0」的範圍旨在包括在所描述的最小值1.0與所描述的最大值10.0之間(且包含最小值及最大值)的所有子範圍，亦即，具有等於或大於1.0的最小值及等於或小於10.0的最大值，例如像2.4至7.6。本文描述的任何最大數值限制旨在包括包含在本文中描述的所有較低的數值限制以及在本說明書中描述的任何最小數值限制旨在包含在本文中描述的所有較高的數值限制。

於本文中，用語「室溫」係指約15℃~30℃的溫度。

本發明提供一種以美人樹種毛纖維作為原料之漿料、美人樹種毛纖維紙以及其製備方法。第1圖係為依據本發明實施例之美人樹種毛纖維漿料製備方法10的示意流程圖。如第1圖所示，本發明實施例之美人樹種毛纖維漿料製備方法10包含將美人樹種毛纖維與鹼性溶液混合以形成第一混合物的步驟S101、蒸煮第一混合物的步驟S103以及洗滌並過濾蒸煮過的第一混合物以獲得美人樹種毛纖維漿料的步驟S105。

在步驟S101中將美人樹種毛纖維與鹼性溶液混合以形成第一混合物，其中美人樹種毛纖維係透過摘除美人樹果實之果皮以及種子來收集，而鹼性溶液可為氫氧化鈉溶液。在此步驟中，美人樹種毛纖維與鹼 性溶液可以固液比(g：ml)為約1：10~約1：20的比例混合，在一較佳實施例中，固液比可為約1：14~約1：18，在一更佳的實施例中，固液比可為約1：14。於鹼性溶液為氫氧化鈉溶液的情況下，第一混合物中可包含氫氧化鈉以及美人樹種毛纖維，其中氫氧化鈉與美人樹種毛纖維的重量比可為約1：20~約1：10，較佳地為約1：20~約1：15，更佳地為約1：16~約1：17。在一實施例中，在步驟S101之前可進一步包含乾燥美人樹種毛纖維的步驟。在一實施例中，乾燥美人樹種毛纖維的步驟可包含以80℃以下的溫度烘乾美人樹種毛纖維，較佳地係以60℃以下的溫度烘乾美人樹種毛纖維，更佳地係以約45℃的溫度烘乾美人樹種毛纖維。在一實施例中，在與氫氧化鈉溶液混合之前，已執行完乾燥步驟之美人樹種毛纖維可置於夾鏈袋中保存以避免發霉。

在步驟S103中將得自步驟S101之第一混合物以100℃~200℃的溫度蒸煮60~300分鐘，蒸煮時間較佳地為100~200分鐘，更佳地為約150分鐘，蒸煮溫度較佳地為120~160℃，更佳地為150℃。在一較佳實施例中，步驟S103中的蒸煮步驟包含維持100℃以上的溫度100~200分鐘。

最後，在步驟S105中將蒸煮完成之第一混合物以水洗滌並以篩網過濾化學藥品與殘渣，以獲得本發明之美人樹種毛纖維漿料。

本發明的其他目的係提供一種利用所述之美人樹種毛纖維漿料製備的紙，紙的製備方法可為相關領域中具有通常知識者所習知之任何造紙技術以及方法。

以下提供具體實例以進一步說明本發明之美人樹種毛纖維紙的優點。

1.美人樹種毛纖維的特性評估

於台中市南區收集掉落之美人樹果實或採摘樹上的美人樹果實，將其果皮摘除後收取種毛。在實驗室中將種毛鋪於容器內並覆蓋，以45℃低溫烘乾至少24小時，維持乾燥的種毛品質，並將種毛內之種子去除，以夾鏈袋包裝，避免種毛纖維發霉。

接著測定美人樹種毛纖維的纖維型態、含水率、灰分、醇苯抽出物、全纖維素含量以及木質素含量，其中纖維型態係依照CNS11622 P3081，紙漿纖維長度投影試驗法測定；含水率係依照CNS3086 P3025，紙漿、紙及紙板含水率測定法(烘箱法)測定；灰分係依照CNS1356 P3006，紙漿、紙及紙板灰分試驗法-525℃測定；醇苯抽出物係依照CNS4713 O2018，木材中乙醇甲苯萃取物試驗法測定；全纖維素含量係依照CNS6948 P3042，紙漿用天然纖維原料之全纖維素試驗法(亞氯酸鹽法)測定；而木質素含量係依照CNS5470 P3038，紙漿卡巴值試驗法測定。

依據上述方法測出之美人樹種毛纖維與針葉樹、闊葉樹以及木棉的纖維型態與美人樹種毛纖維與針葉樹、闊葉樹以及木棉的化學組成分別示於以下表1以及表2。

由以上表1可看出美人樹種毛纖維的長寬比高於針葉樹以及闊葉樹，因此預期相較於以針葉樹以及闊葉樹漿料製成的紙，以美人樹種毛纖維漿料製成的紙具有較佳之力學性質，而由表2可看出美人樹種毛纖維具有低木質素含量之特性，其木質素含量較木棉、針葉樹以及闊葉樹都低，因此預期美人樹種毛纖維製漿之得率會優於木棉、針葉樹以及闊葉樹製漿之得率，且可降低在蒸煮步驟中所消耗之藥品以及能量。

2.美人樹種毛纖維紙的性能測試

(1)製造手抄紙

將美人樹種毛纖維以氫氧化鈉重量/美人樹種毛纖維重量%為6%、8%、10%之添加量，配合1：14、1：16、1：18之固液比，在60分鐘內從室溫升溫至150℃，並持溫90分鐘，於六效蒸發罐中以2²階層設計進行纖維蒸煮150分鐘，蒸煮後用水將漿料沖洗並以篩網過濾化學藥品及殘渣，收取篩網上之漿料，接著依照CNS12496 P3097實驗室紙漿叩解法(PFI磨漿機法)進行磨漿操作後，依照CNS11212 P3070物理試驗用手抄紙抄造法製160g/m²的手抄紙。

(2)手抄紙性能評估

對上述步驟所得之手抄紙依照CNS1354 P3004紙及紙板抗張性質試驗法(擺錘法)測定抗張強度；依照CNS1353 P3003紙及紙板低破裂強度試驗法測定破裂指數；並依照CNS1355 P3005紙及紙板撕裂強度試驗法(Elmendorf試驗法)測定撕裂指數，所得之結果示於以下表3。

從表3可以看出，在氫氧化鈉添加量相同時，抗張指數與破裂指數隨著固液比增加而下降，撕裂指數則隨著固液比增加而增加；而在固液比相同的情況下，抗張指數與破裂指數隨著氫氧化鈉添加量提高而下降，撕裂指數則反之。在固液比1：14、氫氧化鈉添加量6%時具有最高之抗張與破裂指數，因此判定其為最佳蒸煮條件。

抗張指數、破裂指數以及撕裂指數之主效應與相互效應分析結果說明於以下表4及第2圖至第4圖。第2圖係為抗張指數的階層分布圖；第3圖係為破裂指數的階層分布圖；以及第4圖係為撕裂指數的階層分布圖。在第2圖至第4圖中，分別將表3的編號5的抗張指數、破裂指數以及撕裂指數置於中間作為原點，將編號1的的抗張指數、破裂指數以及撕裂指數置於相對於原點的第三象限(-,-)；將編號2的的抗張指數、破裂指數以及撕裂指數置於相對於原點的第四象限(+,-)；將編號3的的抗張指數、破裂指數以及撕裂指數置於相對於原點的第二象限(-,+)；且將編號4的的抗張指數、破裂指數以及撕裂指數置於相對於原點的第一象限(+,+)。第2圖至第4圖階層分布圖中X軸為固液比，Y軸為氫氧化鈉添加量。當因子為固液比時，各指數效應係以表3所列之相應各指數之第二象限以及第四象限之指數數值相加減去第一象限以及第三象限之指數數值後除以2得出，當因子為氫氧化鈉添加量時，各指數效應係以表3所列之相應各指數之第一象限以及第二象限之指數數值相加減去第三象限以及第四象限之指數數值後除以2得出，而兩因子的各指數效應係以表3所列之相應各指數之第二象限以及第三象限之指數數值相加減去第一象限以及第四象限之指數數值後除以2得出。舉例而言，因子為固液比的破裂指數效應為(2.16+1.57-2.56-1.87)/2=-0.35，因子為氫氧化鈉添加量的破裂指數效應為(1.87+1.57-2.56-2.16-)/2=-0.64，而兩因子的破裂指數效應為(1.57+2.56-1.87-2.16-)/2=0.05。依据表3以及上述各指數效應的計算方式所計算出的結果列於以下表4。

由表4可知固液比及氫氧化鈉添加量對於抗張指數以及破裂指數之主效應為負值而對於撕裂指數之主效應為正值。意即固液比與氫氧化鈉添加量越高，抗張指數以及破裂指數越低而撕裂指數越高。固液比與氫氧化鈉添加量間對於抗張指數存在負的相互效應值。對於抗張指數，固液比具有最大效應值(絕對值)，其次為氫氧化鈉添加量，最小的是兩者之相互效應值。抗張指數之平均值(55.70)與中間值(58.35)相差較大，因此為非線性關係。對於破裂指數，固液比與氫氧化鈉添加量者之相互效應極小，因此視為沒有相互效應，氫氧化鈉添加量對於破裂指數具有最大效應值(絕對值)，其次為固液比。破裂指數之平均值(2.04)與中間值(2.03)相近，因此可能為線性關係。液比及氫氧化鈉添加量間對於撕裂指數具有正的相互效應值。氫氧化鈉添加量對於撕裂指數具有最大效應值(絕對值)，其次為固液比，最小的是兩者之相互效應值。撕裂指數之平均值(12.41)與中間值(12.64)相近，因此可能具有線性關係。

由上述分析結果可得知依據本發明實施例之美人樹種毛纖維漿料製備方法所製得之漿料用來造紙時，可獲得可使用較少的藥品以及能量，進而降低生產成本，且所得之美人樹種毛纖維紙也具有較佳之力學性質。

10:美人樹種毛纖維漿料製備方法

S101~S105:步驟

Claims (6)

1. 一種美人樹種毛纖維漿料製備方法，其包含：乾燥一美人樹種毛纖維；將該美人樹種毛纖維與一鹼性溶液混合以形成一第一混合物；蒸煮該第一混合物；以及洗滌並過濾蒸煮過的該第一混合物以獲得一美人樹種毛纖維漿料，其中該第一混合物中該美人樹種毛纖維與該鹼性溶液的固液比(g：ml)為1：14，該鹼性溶液為氫氧化鈉溶液且該第一混合物中氫氧化鈉與該美人樹種毛纖維的重量比以百分比計為6%。
2. 如請求項1所述之美人樹種毛纖維漿料製備方法，其中蒸煮該第一混合物的步驟包含以100℃~200℃蒸煮該第一混合物。
3. 如請求項1所述之美人樹種毛纖維漿料製備方法，其中蒸煮該第一混合物的步驟包含蒸煮該第一混合物60~300分鐘。
4. 如請求項1所述之美人樹種毛纖維漿料製備方法，其中乾燥該美人樹種毛纖維的步驟係以80℃以下的溫度烘乾該美人樹種毛纖維。
5. 一種美人樹種毛纖維漿料，其係以如請求項1至請求項4中之任一項所述之方法製備。
6. 一種美人樹種毛纖維紙，其係以如請求項5所述之美人樹種 毛纖維漿料製備。

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