含再生纖維素的基材的製造方法和由該方法製造的基材的製作方法

2023-11-03 05:34:32 1

專利名稱：含再生纖維素的基材的製造方法和由該方法製造的基材的製作方法
技術領域：
本發明涉及含再生纖維素的基材的製造方法。
背景技術：
纖維素纖維是由纖維素類聚合物即纖維素鏈製得的多組分結構。還可能存在本領域已知的木素、戊聚糖和其他組分。纖維中的纖維素鏈相互連接形成初級原纖。數個初級原纖相互結合形成微纖，數個微纖形成聚集體。纖維鏈、初級原纖和微纖之間的連接為氫鍵連接。可通過機械和/或化學和/或生化(例如利用酶)的方式使纖維素纖維分解，從而破壞纖維的微纖之間的連接。以這種方式形成微纖化纖維素或納米纖維素。還可進一歩通過機械和/或化學處理使纖維素溶解。纖維素然後進一歩分解為更小的粒子，形成澄清 溶液，從而該纖維素溶解。存在多種不同的描述纖維素纖維溶解的方法。通常採用不同的方法步驟，一般包括酶處理和鹼處理來使纖維素纖維溶解。不同的方法可參見Fl 107335, WO 01/96402和W02007/003699。溶解的纖維常用於膜中。溶解的纖維可在再生溶液中再生，由此使纖維素聚合物、粒子或纖維沉澱。再生纖維例如可用作紙張或紙板上的塗層以在紙張或紙板上形成宏觀結構、微觀結構或納米結構，從而改善不同類型印刷方法對紙張或紙板的性能要求。W02007/003699描述了纖維素纖維的溶解和再生。隨後將再生纖維素纖維塗覆於紙張表面上。然而，困難的是對再生纖維素溶液進行處理。再生纖維素聚合物、粒子或纖維在溶液中時通常不穩定。含再生纖維素的溶液還可能存在流變性的問題，流變性的問題使得再生纖維素難以施於表面，從而引發流動性問題。另ー問題是少量溶解和/或部分溶解的纖維能夠再生，即產率可能很低。此外，可能存在大量的溶解糖或多糖，這可能在隨後的エ藝過程中造成問題，例如高BOD或COD水平的問題。因此，需要改進的方法來提供具有再生纖維的基材表面。

發明內容
本發明的ー個目的是提供以改進的方式製造含再生纖維素的基材的方法。本發明的另ー目的是提供具有改善的機械性能例如強度和勁度的基材。這些目的和其他優勢通過權カ要求I所述的方法得以實現。通過將含溶解纖維和/或部分溶解纖維的溶液和再生溶液添加於基材表面，可使纖維素在所述表面之上再生，從而以容易並且加以改進的方式提供具有再生纖維素的基材表面。這通過獨立權利要求得以實現，所述方法的優選實施方式由從屬權利要求限定。本發明涉及基材的製造方法，該方法包括下述步驟提供含纖維素纖維的基材，將含溶解纖維和/或部分溶解纖維的溶液添加於所述基材表面，將再生溶液添加於所述基材表面，使得所述溶解或部分溶解纖維在所述基材表面之上再生，隨後乾燥所述基材。通過這種方式，可以非常容易且有效的方式提供具有再生纖維素的基材表面。再生纖維素可優選呈現為聚合物、粒子或纖維形態，所述聚合物、粒子或纖維在形成過程中將引入至基材表面的纖維結構中。與再生纖維素粒子添加於表面相比，通過這種方式在再生纖維素和基材的纖維或其他紙張組分例如填料之間建立起更強的連接。此外，避免了再生纖維素複雜的存放、再生纖維素之於表面上的施用、以及小的再生糖或多糖分子的殘留。可在添加再生溶液之前將含溶解纖維和/或部分溶解纖維的溶液添加於表面。也可先將再生溶液添加於基材表面，再添加含溶解和/或部分溶解纖維的溶液。在上述兩種方式中，溶解和/或部分溶解纖維均在基材表面之上發生再生。在含溶解和/或部分溶解纖維的溶液中溶解和/或部分溶解纖維的濃度可為
O.01-50重量％，但優選為O. 1-5重量％。如果纖維素溶解和/或部分溶解於鹼溶液，那麼可通過添加pH值低的溶液，優選PH值低於6的溶液使該纖維素再生。再生溶液可以是酸溶液或其他化學溶液。酸溶液可優 選為檸檬酸、磷酸、硫酸、醋酸、鹽酸。還可使用PH值低的溶液，例如聚合氯化鋁(PAC)或聚合硝酸鋁(PAN)。如果纖維素溶解和/或部分溶解於酸溶液，那麼可通過添加PH值較高的溶液，優選PH值高於8的溶液使該纖維素再生。所述再生溶液因而可以是鹼性溶液，優選氫氧化鈉。還可提供具有多於I個的再生纖維素層的基材表面。這可通過添加含溶解和/或部分溶解纖維的第二溶液和第二再生溶液來實現，從而在基材表面之上形成兩個再生纖維素層。還可以相同的方式提供具有三個、四個或更多個再生纖維素層的基材。本發明還涉及按照上述方法製成的基材。該基材優選為印刷基材。該基材還可以是用於形成不同包裝的包裝材料。由於溶解和/或部分溶解纖維的再生發生在基材表面上，因而再生的纖維素聚合物、粒子或纖維會引入至基材表面的纖維結構中，從而與基材表面結合得更加牢固。此外，該基材可包含在纖維素再生過程中產生的不同的鹽，優選不將所述鹽從該基材上清洗棹。
具體實施例方式本發明涉及基材的製造方法，該方法藉助於添加含溶解和/或部分溶解纖維的溶液和再生溶液，所述再生溶液使所述溶解和/或部分溶解纖維在所述基材表面之上再生。再生的纖維素聚合物、粒子或纖維在所述基材表面之上形成宏觀結構、微觀結構或納米結構，由此將改善所述基材的印刷性能。已證實在基材表面之上形成再生纖維素聚合物、粒子或纖維增強了基材表面的纖維結構與再生纖維素之間的結合。由於這種「形成」發生在表面上，因而再生的纖維素聚合物、粒子或纖維會引入至基材表面的纖維結構中，從而結合會更加牢固。此外，再生纖維素會起到粘合劑的作用，因而提高了基材的溼強度，減輕了粉塵問題。還可改變基材表面的電荷。例如，通過添加酸性化學物質如PAC或PAN使溶解和/或部分溶解纖維再生，再生纖維素會是陽離子性的。因而，通過添加陽離子性再生纖維素，基材表面會是陽離子性或兩性的。這在用陰離子性油墨例如用於噴墨印刷的油墨對基材進行印刷時是有利的。陰離子性油墨會與陽離子性的基材表面結合得更好、更牢固。本發明的方法能夠以容易的方式改變電荷。由於溶解和/或部分溶解纖維的再生發生在表面上，因而可通過將化學物質添加 於表面來對再生纖維改性。因此，避免了化學物質在添加於表面之前以不期望的方式發生反應的風險。此外，在纖維素再生的過程中，通常還形成了其他組分，例如鹽類。在現有技術中，通常在將再生纖維素添加於基材之前將這些組分清洗棹。然而，現已證實使這些組分保留於基材表面之上是有利的。所述組分主要是不同類型的鹽，這些鹽對油墨粒子的去穩定化是有利的。如果再生溶液包含氫氧化鈉或氫氧化鈣，那麼會分別形成鈉鹽或鈣鹽。因此，本發明的方法還有利於將組分例如鹽類添加於基材表面。由於溶解和/或部分溶解纖維的再生發生在表面之上並且再生纖維素纖維或顏料與基材表面的纖維之間的結合得以加強，因而本發明的基材具有加強表面。因此，鑑於基材頂部和/或底部之上的加強層提高了整個基材的強度，整個基材的機械強度得以提高。因而還可降低未處理基材的強度並仍獲得強度足夠大的基材。所述基材優選為紙張或紙板。所述基材優選為在隨後的印刷工藝中進行印刷的印刷基材。所述基材還可以是用於形成不同包裝的包裝材料。所述溶解纖維可通過任意已知的方法來製備。具有優勢的是採用低能耗的方法。在含溶解纖維的溶液中溶解纖維的含量可以為O. 01-50重量％，但優選該濃度為O. 1-5重量％。較高的濃度可能過多地提高粘度，從而難以將所述溶液添加於基材表面。然而，過低的濃度可能使添加於基材的水量増加。優選的是所述溶液主要包含溶解纖維，但也可使部分溶解纖維在基材表面上再生。因而添加於基材表面的溶液可包含部分溶解纖維，或者可包含部分溶解纖維和溶解纖維。通過在纖維完全溶解之前停止溶解過程，製得部分溶解纖維。這些部分溶解纖維可以是溶脹的或膨大的，也可通過添加再生溶液而再生。基材表面之上再生纖維素的含量優選為基材每面O. 01_2g。然而，所述含量會根據最終產品的所需性能而改變。再生溶液為pH值低的溶液或pH值高的溶液。根據纖維素纖維部分或完全溶解過程中的PH值，S卩如果該pH值為鹼性或酸性，那麼再生溶液必須為中性或具有相反的pH值，以使溶解和/或部分溶解纖維再生。再生溶液可具有低於6的pH值，優選為2-6。如果使用酸性再生溶液，則優選使用硫酸，但也可使用其他酸，例如醋酸、檸檬酸、磷酸或鹽酸。此夕卜，還可使用PH值低的溶液，例如聚合氯化鋁(PAC)或聚合硝酸鋁(PAN)。可用化學物質的其他實例有原硼酸鈉(硼砂)、硫酸氫鈉、碳酸氫鈉、磷酸ニ氫鈉、ニ氧化碳或兩種或更多種所述物質的組合。也可単獨使用弱鹼與強酸的酸鹽例如硫酸銨、硫酸鋁等或者組合使用上述任意物質。還可使用水作為中性介質。所述再生溶液可具有高於8的pH，優選為10-12。如果使用鹼性再生溶液，則優選使用氫氧化鈉，但也可使用其他鹼性溶液例如氫氧化鈣。可使用含溶解和/或部分溶解纖維的溶液和再生溶液對基材的一面進行處理。然而，也可對基材的兩面均進行處理。優選的是將含溶解和/或部分溶解纖維的溶液和再生溶液噴於基材表面之上。然而，可採用多種不同的方法施用所述溶液，例如藉助於軋輥並結合使用一個或數個膜壓機(film press);藉助於穿過基材放置成一行或數行的噴嘴，所述噴嘴適於至少兩種組分的配料；藉助於簾幕式塗覆機；或所述方法的任意組合。如果使用簾幕式塗覆機，那麼兩個或更多個簾幕可來自同一個塗覆機。還可通過使用單張紙或捲筒紙印刷機或轉印機進行含溶解和/或部分溶解纖維的溶液和再生溶液的施用。膠版、柔性版或噴墨印刷機例如可首先印刷含溶解和/或部分溶解纖維的溶液，然後將再生溶液轉移至表面，從而在未進行中間乾燥或進行了中間乾燥的情況下施用第三層之前形成溼壓溼(wet on wet)施用步驟。還可使用原位噴霧系統定量添加含溶解和/或部分溶解纖維的溶液和再生溶液。所述處理之後可進行乾燥或者衝擊式或非衝擊式印刷。可先將含溶解和/或部分溶解纖維的溶液添加於基材表面，再添加再生溶液。然而，也可先將再生溶液添加於基材表面，再添加含溶解和/或部分溶解纖維的溶液。在上述兩種方式中，溶解和/或部分溶解纖維均可在基材表面之上發生再生。通過分別添加所述兩種溶液，避免了存放再生纖維素帶來的問題。還可在添加於基材表面之前直接將含溶解和/或部分溶解纖維的溶液與再生溶液混合。通過這種方式，溶解和/或部分溶解纖維會在所述溶液添加於基材表面之前或過程之中直接發生再生。還可採用本發明的方法製造多層塗層，即，使用再生纖維素製造多個層。這可通過添加多個含溶解和/或部分溶解纖維的溶液和多個再生溶液來實現。通過這種方式形成具有數個再生纖維素層的基材。在製造印刷基材時，可能需要向基材提供大量再生纖維素來獲得所需的印刷性能。可能難以一歩添加大量再生纖維素，因而有時需要將多個再生纖維素層添加於基材表面。還可在用再生纖維素進行塗覆之前和/或之後用常規塗層對基材進行塗覆。通過這樣做來進ー步改善基材的印刷性能。在添加含溶解和/或部分溶解纖維的溶液和再生溶液之後，對基材進行乾燥來形成乾燥基材。可採用所有已知的乾燥纖維素基材的方法。所述基材可包含造紙常用的其他組分，例如上漿劑、填料、OBA和其他添加剤。可分別或者與含溶解和/或部分溶解纖維的溶液或再生溶液一起添加其他組分或添加剤。例如可優選與含溶解和/或部分溶解纖維的溶液一起添加澱粉，由此可進一歩改善基材的性能。所述基材包含纖維素纖維，這是指不僅包括纖維素纖維還包括所有源自纖維素纖維的組分。所述組分的實例有微原纖化纖維素(納米纖維素)或再生纖維素。所述溶解和/或部分溶解纖維素纖維可以是軟木和/或硬木纖維素纖維。然而，其他纖維也可在基材表面之上溶解和/或部分溶解並再生。這些纖維的實例可為農作物纖維，例如源自不同穀物的纖維、甘蔗渣、澱粉纖維或其他類似的纖維。所述基材可包含硬木和/或軟木纖維。所述基材可包含化學和/或機械紙漿。由於所述溶解和/或部分溶解纖維的再生發生在基材表面之上，因而再生纖維素顔料或纖維將更牢固地與所述基材表面結合，從而引入至所述基材表面的纖維結構中。優選的是所述基材為印刷基材。本發明的印刷基材表現出改善的印刷性能，這是由於再生纖維素以及有 時還有其他組分例如不同的鹽均可存在於所述印刷基材的表面上。此外，改變再生纖維素顔料或纖維的電荷的可能性使得能夠提高所述印刷基材按照所需方式吸收油墨的能力。
所述基材還可以是包裝材料。還可添加在提高溫度和/或降低幹含量時發生反應的化學物質，從而能夠控制纖 維素纖維或顏料的再生在基材幹燥過程中發生。存在多種不同的對溫度變化敏感的化學物質，例如不同的聚合物和表面活性剤，所述物質的性質因而會在溫度提高時改變，進而發生纖維素的再生。
權利要求
1.一種製造基材的方法，該方法包括以下步驟 -提供含纖維素纖維的基材， -將含溶解和/或部分溶解纖維的溶液添加於所述基材的表面， -將再生溶液添加於所述基材的表面，使得所述溶解和/或部分溶解纖維在所述基材的表面之上再生， -乾燥所述基材。
2.權利要求I的方法，其特徵在於在添加所述再生溶液之前將所述含溶解和/或部分溶解纖維的溶液添加於所述表面。
3.權利要求I的方法，其特徵在於在添加所述含溶解和/或部分溶解纖維的溶液之前將所述再生溶液添加於所述表面。
4.前述任ー權利要求的方法，其特徵在於所述溶液中溶解和/或部分溶解纖維的濃度為O. 01-50重量％，優選為O. 1-5重量％。
5.前述任ー權利要求的方法，其特徵在於所述再生溶液的pH值低於6。
6.權利要求I至4中任ー權利要求的方法，其特徵在於所述再生溶液的pH值高於8。
7.前述任ー權利要求的方法，其特徵在於該方法還包括以下步驟 -將含溶解和/或部分溶解纖維的第二溶液添加於所述基材的表面， -將第二再生溶液添加於所述基材的表面，使得在所述基材的表面上形成第二個再生纖維素層。
8.權利要求7的方法，其特徵在於該方法還包括以下步驟 -將含溶解和/或部分溶解纖維的第三溶液添加於所述基材的表面， -將第三再生溶液添加於所述基材的表面，使得在所述基材的表面上形成第三個再生纖維素層。
9.按照權利要求I至8中任ー權利要求的方法製造的基材。
10.權利要求9的基材，其中所述基材為印刷基材。
11.權利要求9的基材，其中所述基材為包裝材料。
全文摘要
本發明涉及一種製造基材的方法，其中該方法包括提供含有纖維素纖維的基材；將含水溶性矽酸鹽的溶液施用於所述基材的表面；對所述基材進行處理，使得所述水溶性矽酸鹽聚合，從而在所述基材的表面之上形成二氧化矽顏料；以及隨後對所述基材進行乾燥。本發明還涉及根據所述方法製造的基材。
文檔編號D21H19/34GK102666986SQ201080056020
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月5日 優先權日2009年10月9日
發明者I.海斯卡南, K.巴克福克, P.哈坎森 申請人:斯託拉恩索公司