紙或紙板產品的製造方法
2023-12-02 15:05:11 1
專利名稱：紙或紙板產品的製造方法
技術領域：
本發明涉及製造紙或紙板產品的方法，所述紙或紙板產品包含配料(furnish)(所述配料包含澱粉和微原纖化纖維素(microbrillated cellulose))。
背景技術：
在造紙工藝中，正在尋找以降低的成本製造紙或紙板，而不損害產品性質，例如，不降低產品強度的方式。
降低成本的一種方式是提高紙或紙板產品的填料含量，並由此能夠降低紙或紙板中的纖維量。除了在經濟上有利之外，填料也改善產品的不透明性和列印性質。然而，在產品中大量的填料降低強度。因此，在可能的填料添加量和製造的紙或紙板的需要的強度之間存在平衡。而且，在紙板的製造期間，希望製造結實但是低密度的產品。當提高紙板強度時，密度通常提高。因此在希望的強度和紙板產品密度之間存在平衡。通過改善在紙或紙板中的纖維之間的纖維粘合性質，可補償例如通過添加大量填料或通過提高的紙厚(bulk)導致的強度降低，由此維持強度。迄今為止，用於改善紙或紙板強度(特別是幹強度)的主要處理是在片材形成操作之前向所述配料添加強度劑(strength agent)，優選為陽離子澱粉。添加至所述配料的陽離子澱粉分子能夠通過靜電吸引附著於天然陰離子紙漿纖維，並由此保留在溼纖維氈中和留在最終紙或紙板中。當為了實現高所得紙強度而將大量陽離子澱粉添加至造紙配料時，出現兩個主要問題。第一個是，陽離子澱粉分子傾向於飽和纖維素纖維上的陰離子電荷，由此使可添加至漿料中的陽離子澱粉的量受限。如果添加過量陽離子澱粉，那麼僅部分的添加澱粉將保留在片材中，剩餘的將在紙或板機器白水系統中循環。第二個問題是，通過過量陽離子澱粉添加而帶有正電荷的纖維將不能吸附通常添加至紙漿漿料的其它陽離子添加劑，例如上漿劑和助留劑。而且，高澱粉量在製造過程中經常導致流動性、微生物學和發泡的問題。近來發現，將微原纖化纖維素添加至紙或板將提高產品強度，很可能是由於改善的纖維粘合。然而，仍需要具有良好強度性質的成本效率的產品。
發明內容
本發明的目的是提供能夠以容易和成本效率的方式製造具有改善的強度和密度的紙或紙板的方法。這些目的和其它優點通過權利要求I的紙或紙板產品實現。本發明涉及製造紙或紙板產品的方法，該方法包括以下步驟提供包含纖維的配料，將澱粉添加至所述配料，將微原纖化纖維素添加至所述配料，並將所述配料導向造紙網(wire)，形成紙幅(web)，其中將澱粉和微原纖化纖維素分別添加至所述配料。已經顯示，同時包含澱粉和微原纖化纖維素(MFC)的產品提高產品強度，這是由於可提高澱粉量而不提高紙或紙板產品的密度。
優選地，所述配料包含2-15重量％的澱粉和1-15重量％的微原纖化纖維素。產品的澱粉量和MFC的量各自取決於產品的最終用途和相應的希望的性質。高澱粉量將提高產品強度，已經顯示，MFC和澱粉的組合使得產品可保留較大量的澱粉。由所述包含澱粉和微原纖化纖維素的配料形成的紙幅優選形成紙或紙板產品的層。紙或紙板產品優選為包含至少兩個層的多層產品。以下情況可為優選的所述產品包含至少三個層，位於產品中間的層包含配料(所述配料包含澱粉和微原纖化纖維素)，即，由所述包含澱粉和MFC的配料形成的紙幅形成紙或紙板的中間層。
具體實施例方式本發明涉及製造紙或紙板產品的方法，所述紙或紙板產品包含配料(所述配料包含澱粉和微原纖化纖維素)。所述配料的澱粉含量為2-15重量％，優選為3-5重量％。因此，產品的澱粉含量由此為2-15重量％，優選為3-5重量％。所述配料優選包含纖維素纖維。纖維素纖維可為硬木和/或軟木纖維。可對纖維素纖維進行機械，化學機械和/或化學處理。纖維也可為漂白的或未漂白的。已經發現，將澱粉和微原纖化纖維素(MFC)添加至配料對於紙或紙板的強度具有非常良好的效果。同時包含澱粉(大量)和MFC的產品使得產品可保留較大量的澱粉。還意料不到地發現，同時添加澱粉(大量)和MFC不提高產品的緻密化。MFC和澱粉的組合由此當提高紙或紙板產品的強度而不提高產品密度至相同程度時具有協同作用。由此可降低紙或紙板產品的密度，但是仍能夠製造結實的產品。以此方式，可製造便宜得多的產品，這是由於產品的纖維含量可降低並且強度可維持(與根據現有技術製造的產品相比)。而且，產品的重量將降低，其將降低在運輸和處理中的成本。微原纖化纖維素(MFC)(也稱為納米纖維素)是由木材纖維素纖維製造的材料，其中單獨的微原纖維彼此之間已經部分或完全分離。MFC通常為非常薄的r20nm)，長度經常為IOOnm-IOii m。然而,微原纖維也可較長,例如為10-100 y m,但是也可使用高達200 y m的長度。已被原纖化和在表面上具有微原纖維的纖維以及被分離和位於漿料水相中的微原纖維包含在MFC定義中。MFC能夠以許多不同的方式製造。可機械處理纖維素纖維，使得形成微原纖維。用細菌製造納米纖維素或微原纖化纖維素是另一選擇。也可藉助於破壞或溶解纖維的不同化學品和/或酶由纖維素製造微原纖維。MFC製造的一個實例在W02007091942中示出，其描述了藉助於勻漿(refining)與添加酶的組合製造MFC。
也可在添加至所述配料之前將微原纖化纖維素改性。以此方式，可改變它與其它物質的相互作用和親和性。例如，通過向MFC引入更多陰離子電荷，提高MFC的原纖維和原纖維聚集體的穩定性。如何改性微原纖化纖維例如取決於所述配料中存在的其它組分。所述配料包含2-15重量％的澱粉,優選為3-5重量優選地,所述配料還包含1-15重量％的MFC。添加至所述配料的澱粉和MFC的選擇量各自取決於製造的最終產品和希望的產品性質。較高澱粉量將提高產品強度。然而，由於可能發生其它問題，不可能將澱粉量提高太多。此外，MFC的量必須基於澱粉量調節，當然也基於產品的最終用途調節。太高的MFC量可導致脫水問題，這是由於MFC是非常細的容易吸水的材料，提高的含量將使得更加難以將產品脫水。紙或紙板產品優選為包含至少兩個層的多層產品。優選的是，產品包含至少三個層，以及位於產品中間的層包含配料(所述配料包含澱粉和微原纖化纖維素)。然而，這種情況也是可能的產品的至少一個外層或者甚至產品的所有層包含配料(所述配料包含澱粉和MFC)。對於一些產品，至少一個外層包含配料(所述配料包含澱粉和MFC)可為有利的。以此方式，可提高該層的強度和/或松厚度(bulk)。結果，取決於產品的最終用途決定哪個層和多少層將包含配料(所述配料包含澱粉和MFC)。不必紙或紙板產品的層中的全部配料包含澱粉和MFC，但是優選地，將澱粉和MFC添加至該層的大部分配料。然而，所述層也可包含其它組分，例如不含澱粉和MFC的破碎紙眾(broke pulp)。所述配料也可含有各種量的填料以提高例如工藝物質和製造的物質的流動性和成本效率。也可添加在紙或紙板的製造中其它常用的添加劑。所述紙板產品優選為高質量紙板產品，例如液體包裝紙板、繪畫板或食品用紙板。所述紙產品優選為高質量紙，例如A或B級的複印紙、繪圖紙、LWC、SC或報紙(用於高速印表機)。製造紙或紙板產品的方法包括以下步驟提供包含纖維的配料，將澱粉添加至所述配料，將微原纖化纖維素添加至所述配料，並將所述配料導向造紙網以形成紙幅。澱粉和MFC的添加優選在成漿池中或在風扇泵之前進行。也可添加至循環水中，隨後將循環水添加至所述配料。然而，可使用澱粉和MFC的所有實際添加點，只要在導向造紙網之前具有足夠時間和將澱粉和MFC與所述配料混合即可。澱粉和MFC分別添加。優選首先添加澱粉，然後添加MFC。可將澱粉和MFC在添加至所述配料之前混合，然而結果不如分別添加澱粉和MFC那麼好。然後可將澱粉和MFC在添加至所述配料之前通過蒸煮混合，優選使用噴射式煮漿鍋(jet-cooker)。已經顯示，通過蒸煮澱粉和MFC的混合物，MFC顯示較少的絮凝傾向。而且，通過改變例如澱粉的電荷和電荷密度，可得到不同程度的絮凝，由此可中和MFC的電荷。這可影響纖維和最終填料在產品中的脫水和保留。也可在MFC上添加澱粉層，然後將此混合物添加至所述配料，S卩，可創建多層效果。實施例使用的材料在570 CSF 漂白的化學熱機械紙眾(Bleached chemothermomechanicalpulp,BCTMP)。微原纖化纖維素(MFC)通過以下方法製備用2Ws/m的邊緣載荷(edge load)將4%稠度的漂白的硬木亞硫酸鹽紙漿勻漿至28SR。隨後將紙漿用活度為0. 85E⑶/g的Endoglucanase (Novozym 476)酶處理。將酶計量並添加至紙眾，隨後將紙眾在50°C在pH 7處理2小時。在酶處理後，洗滌紙漿並將酶在80°C失活30分鐘。隨後將紙漿再勻漿I次，達到90-95SR，然後通過使3%稠度的紙漿先後通過400 u m室和100 y m室(其中形成使用的 MFC)，將勻眾的紙眾流體化(Microf luidizer, Microfuidics corp.)。使用的澱粉為陽離子澱粉Raisamyl 70021，Ciba (現在為BASF)。 使用的 C-PAM 為 Percol 292NS, Ciba (現在為 BASF)。使用的 BMA 為 Eka NP495, Eka Chemicals。
實施例I :將乾燥BCTMP在水中皂化過夜，然後分散在熱水中。隨後將BCTMP懸浮液稀釋至0. 3%的濃度。也將製造的MFC稀釋至0. 3%的濃度並使用廚房混合器分散。使用Formette片材形成器製備用於測試的片材。所述片材根據下列操作製備；將測量以製造150gsm片材的紙漿懸浮液添加至貯槽。在攪動期間，添加澱粉(如果使用的話)和MFC (如果使用的話)。在30秒後，添加500g/tC-PAM，在另外30秒後，將300g/t BMA添 加至原料(stock)，然後開始片材形成。將形成的片材溼壓並乾燥，同時限制收縮率。測試乾燥片材的結構密度(根據SCAN P 88:01)、z-強度(根據SCAN P 80:88)和拉伸強度指數(根據 ISO 1924-3)。表I :強度和密度測試的結果。
祥品結構密度(kg/m3> z-li度(kPa)拉伸強度指數幾
____何平均值(Nm/g)
參照 570CSF 388__103__27_
添加 5% MFC 459 21840
添加5%澱粉 396 14232
添加 5% MFC 和 436 24044
2.5% 澱粉__
添加 5% MFC 和 42625647
5%澱粉_____I從上表I可清楚地看出，添加MFC和澱粉的組合極大提高強度、Z-強度和拉伸指數。而且，片材的緻密化與僅添加MFC相比降低。實施例2 還進行了以下試驗，其中將MFC和陽離子澱粉預先混合或分別添加至原料。當預先混合時，將MFC和陽離子澱粉在添加至原料之前良好混合。當分別添加時，首先添加陽離子澱粉並與原料良好混合5分鐘，然後添加MFC。在兩個樣品(預先混合的樣品和分別添加的樣品)中添加25kg/t的MFC和20kg/t的陽離子澱粉。在將MFC和陽離子澱粉添加至原料後，以與實施例I中所述相同的方式使用formette片材形成器。使用不含任何MFC和陽離子澱粉的原料作為參照。斯科特粘合(ScottBond)根據 TAPPI UM-403 測量。表2 :強度和密度測試的結果。
權利要求
1.製造紙或紙板產品的方法，該方法包括以下步驟 -提供包含纖維的配料， -將澱粉添加至所述配料， -將微原纖化纖維素添加至所述配料， -將所述配料導向造紙網，形成紙幅， 其中將所述澱粉和微原纖化纖維素分別添加至所述配料。
2.權利要求I的方法，其特徵在於添加2-15重量％的澱粉和1-15重量％的微原纖化纖維素。
3.前述權利要求中的任一項的方法，其特徵在於由所述包含澱粉和微原纖化纖維素的配料形成的紙幅形成所述紙或紙板產品的層。
4.權利要求3的方法，其特徵在於所述紙幅形成所述紙或紙板產品的中間層。
全文摘要
本發明涉及製造紙或紙板產品的方法，該方法包括以下步驟提供包含纖維的配料，將澱粉添加至所述配料，將微原纖化纖維素添加至所述配料，將配料導向造紙網，形成紙幅，其中將所述澱粉和微原纖化纖維素分別添加至配料。
文檔編號D21H17/25GK102639788SQ201080054529
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月30日 優先權日2009年12月3日
發明者I.海斯凱恩, L.阿克魯普, M.裡克科恩 申請人:斯託拉恩索公司