紙或紙板的生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】紙或紙板的生產(chǎn)方法
[0001] 發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明涉及用于紙或紙板的生產(chǎn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在造紙工業(yè)領(lǐng)域中存在不斷的嘗試以尋找減少生產(chǎn)紙或紙板時(shí)的成本而不損害 紙或紙板的性能(例如強(qiáng)度)的方法。例如通過(guò)增加紙或紙板的填料含量已減少了成本。當(dāng) 增加填料含量時(shí)，在紙或紙板中的纖維的量可減少。另一方面，紙或紙板中大量的填料降低 其強(qiáng)度。
[0003] 通過(guò)改善紙或紙板中的纖維之間的纖維粘合性能，強(qiáng)度的降低可得到補(bǔ)償，因此 維持強(qiáng)度。用于改善紙或紙板的強(qiáng)度的主要的處理已是在形成紙頁(yè)的操作之前向漿料(也 稱(chēng)配料）加強(qiáng)度添加劑，例如淀粉（陽(yáng)離子淀粉)。已添加至漿料的陽(yáng)離子淀粉分子可通過(guò) 靜電吸引粘附于天然陰離子紙漿纖維，并因此被保留在濕纖維墊中并留在最終的紙或紙板 中。
[0004] 通過(guò)向漿料中添加大量的陽(yáng)離子淀粉，以獲得高紙張強(qiáng)度，問(wèn)題出現(xiàn)了。陽(yáng)離子淀 粉分子傾向于使纖維素纖維上的陰離子電荷飽和，因此對(duì)于可添加至液體漿的陽(yáng)離子淀粉 的量設(shè)定了限制。若添加過(guò)量的陽(yáng)離子淀粉，僅一部分添加的淀粉將保留在紙頁(yè)中，其余將 在造紙或紙板機(jī)白水系統(tǒng)中循環(huán)。此外，由過(guò)量陽(yáng)離子淀粉添加造成陽(yáng)離子性的纖維將不 能吸收通常添加至液體漿的其它陽(yáng)離子添加劑，例如施膠劑和助留劑。大量的淀粉也常導(dǎo) 致生產(chǎn)過(guò)程期間的流動(dòng)性和發(fā)泡問(wèn)題。
[0005] 向紙或紙板添加微纖化纖維素（MFC)，也稱(chēng)作納米纖維素，將增加產(chǎn)品的強(qiáng)度。這 可能是歸因于改善的纖維粘合。
[0006] 微纖化纖維素典型地是由木材纖維素纖維制造的材料。其也可由微生物源、農(nóng)業(yè) 纖維、溶解纖維素或CMC等制造。在微纖化纖維素中，個(gè)體微纖絲已部分或完全互相分離。
[0007] W0 2011/068457公開(kāi)了用于生產(chǎn)含有微纖化纖維素的紙或紙板產(chǎn)品的方法。所述 方法包括以下步驟：提供包含纖維的配料、向所述配料添加淀粉、向所述配料添加微纖化纖 維素、及將所述配料傳導(dǎo)至造紙網(wǎng)以形成紙幅（web)，其中所述淀粉和微纖化纖維素分開(kāi)添 加至配料。所述配料包含2-15重量％的量的淀粉及1-15重量％的量的微纖化纖維素。
[0008] 微纖化纖維素具有非常高的保水能力，其因此非常難以減少包含微纖化纖維素的 漿液的水含量。包含微纖化纖維素的漿液的高水含量也阻礙了微纖化纖維素在許多不同應(yīng) 用中的使用，在所述應(yīng)用中要求具有高固相的微纖化纖維素。
[0009] 在紙和紙板應(yīng)用中使用微纖化纖維素將產(chǎn)生密度更大的紙張結(jié)構(gòu)，但是具有更差 的脫水性能。濾水時(shí)間隨著微纖化纖維素的量而增加。
[0010] 因此，存在對(duì)于改善的及更加有效的從含有微纖化纖維素、具有改善的脫水性能 的漿料生產(chǎn)紙或紙板的方法的需要。
[0011] 發(fā)明概述 本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于紙或紙板的生產(chǎn)的方法。
[0012] 已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)微粒，例如膨潤(rùn)土和二氧化硅，證明對(duì)于改善含有微纖化纖維 素（MFC)的漿料的脫水性能是真正有效的。
[0013] 通常微粒需要陽(yáng)離子助留聚合物在助留系統(tǒng)中以發(fā)揮作用，但是令人驚奇地發(fā)現(xiàn) MFC中的高含量的強(qiáng)度添加劑是足夠的。
[0014] 另外，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)向漿料添加組分的順序影響含有MFC的漿料的脫水性能。 通過(guò)首先將強(qiáng)度添加劑和MFC預(yù)混合，隨后將預(yù)混合物與漿料混合，隨后添加微粒，顯著改 善了含有MFC的漿料的脫水性能。
[0015] 發(fā)明詳述 本發(fā)明提供用于紙或紙板的生產(chǎn)的方法，其包括：提供包含纖維素纖維的漿料、向所述 漿料添加包含微纖化纖維素和強(qiáng)度添加劑的混合物、在所述混合物添加之后向漿料添加微 粒、將漿料在造紙網(wǎng)上脫水以形成紙幅、和干燥所述紙幅。
[0016] 令人驚奇地發(fā)現(xiàn)向漿料添加組分的次序影響脫水性能。與分開(kāi)添加或全部一起添 加組分（MFC、強(qiáng)度添加劑和微粒）的方法相比較，通過(guò)首先將MFC和強(qiáng)度添加劑預(yù)混合在一 起，隨后向漿料添加所述預(yù)混合物，隨后添加微粒增強(qiáng)了含有MFC的漿料的脫水性能。
[0017] 在濾水前向漿料添加MFC和強(qiáng)度添加劑的預(yù)混合物，以及微粒，以使預(yù)混合物在 微粒之前添加。例如，可在濾水前90秒添加預(yù)混合物并在濾水前20秒添加微粒。
[0018] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，將MFC和強(qiáng)度添加劑的預(yù)混合物添加至造紙機(jī)的濃漿流 中，其濃度優(yōu)選為2 - 6重量％、更優(yōu)選3 - 5重量％。
[0019] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，將微粒添加至造紙機(jī)的短循環(huán)中，其濃度優(yōu)選為0. 2 -2. 0重量％、更優(yōu)選0. 3 - 1. 5重量％。
[0020] 在預(yù)混合物和微粒添加之后，將漿料在造紙網(wǎng)上脫水以形成紙幅。通過(guò)本領(lǐng)域已 知的任何方法進(jìn)行在造紙網(wǎng)上的脫水。脫水之后通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何方法干燥形成的紙 幅。
[0021] 所述漿料也可包含通常用于紙或紙板的制造的另外的化學(xué)品。
[0022] 所述纖維素纖維可以是硬木纖維和/或針葉木纖維。所述纖維素纖維可經(jīng)機(jī)械 處理、化學(xué)機(jī)械處理和/或化學(xué)處理。所述纖維素纖維也可包含回收纖維，例如脫墨紙漿 (deinkedpulp)。所述纖維素纖維可以未經(jīng)漂白和/或經(jīng)漂白。
[0023] 如用在本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)"微纖化纖維素"，也表示為MFC，包括微纖化/微纖絲纖 維素和納米纖化/納米纖絲纖維素（NFC)，其材料也稱(chēng)為納米纖維素。
[0024] 如上所述，MFC是從纖維素源材料，通常從木漿，來(lái)制備?？捎糜贛FC生產(chǎn)的合適 的紙漿包括所有類(lèi)型的化學(xué)木基紙漿，例如漂白的、半漂白的和未漂白的亞硫酸鹽、硫酸鹽 和堿法漿。也可使用具有低含量、典型地低于5%的半纖維素的溶解漿。
[0025] 使用高壓勻漿器將MFC纖絲從木基纖維中分離。勻漿器用于使纖維的細(xì)胞壁脫層 并釋放微纖絲和/或納米纖絲。有時(shí)使用預(yù)處理減少高能量消耗。此類(lèi)預(yù)處理的實(shí)例為酶 預(yù)處理/機(jī)械預(yù)處理及如通過(guò)羧甲基化或TEMPO介導(dǎo)的氧化引入帶電基團(tuán)。MFC纖維的寬 度和長(zhǎng)度取決于具體的制造工藝而改變。也可用細(xì)菌生產(chǎn)MFC。
[0026] MFC的典型寬度為約3至約100nm、優(yōu)選約10至約30nm，典型長(zhǎng)度為約100nm 至約2Mm、優(yōu)選約100至約1000nm。
[0027]通常以很低的固體含量生產(chǎn)MFC，常在介于1重量％和6重量％之間的濃度。但 是，可通過(guò)脫水生產(chǎn)具有更高固體含量的MFC。在將MFC添加至漿料前也可對(duì)其進(jìn)行改性， 從而可能改變其與其它物質(zhì)的相互作用和親和力。例如，通過(guò)向MFC引入更多陰離子電荷， MFC的纖絲和纖絲聚集物的穩(wěn)定性增加了。
[0028] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述微纖化纖維素（MFC)是陰離子性的。
[0029] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，將在干燥的基礎(chǔ)上以每噸漿料干燥固體5 - 100kg、優(yōu) 選10 - 80kg、更優(yōu)選15 - 70kg并最優(yōu)選15 - 50kg的量添加所述微纖化纖維素（MFC)。
[0030] 漿料在造紙網(wǎng)上的濾水時(shí)間隨著MFC量而增加，因而使用強(qiáng)度添加劑以降低MFC 用量而不犧牲高強(qiáng)度性能是有益的。
[0031] 所述強(qiáng)度添加劑是改善紙張強(qiáng)度例如強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、耐破度和抗張強(qiáng) 度的化學(xué)品。強(qiáng)度添加劑用作纖維的粘合劑并因此也增加纖維之間的相互連接 (interconnections)〇
[0032] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述強(qiáng)度添加劑包括淀粉、合成聚合物、殼聚糖、瓜爾膠、羧 甲基纖維素（CMC)或它們的混合物。
[0033]優(yōu)選的合成聚合物包括聚丙烯酰胺（C-PAM)、陰離子聚丙烯酰胺（A-PAM)、乙二醛 交聯(lián)丙稀酰胺（glyoxylatedpolyacrylamide) (G-PAM)、兩性聚丙稀酰胺、聚二稀丙基二 甲基氯化銨（聚-DADMAC)、聚丙稀酸酰胺（polyacrylicamide) (PAAE)、聚乙稀胺（PVAm)、 聚環(huán)氧乙烷（PE0)、聚乙烯亞胺（PEI)或這些聚合物中的兩種或更多種的混合物。優(yōu)選地， 所述合成聚合物是C-PAM。
[0034] 所述合成聚合物的平均分子量為在100000 - 20000000g/mol、典型地300000 -8000000g/mol、更典型地 300000 - 1500000g/mol的范圍。
[0035] 所述強(qiáng)度添加劑優(yōu)選選自淀粉、合成聚合物或它們的混合物，例如淀粉和C-PAM 的混合物。
[0036] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在干燥的基礎(chǔ)上以每噸漿料干燥固體5-100kg、優(yōu)選10-80kg、更優(yōu)選15 - 70kg并最優(yōu)選15 - 50kg的量添加所述強(qiáng)度添加劑。
[0037] 微?？筛纳茲{料的脫水性能。微粒的功能看來(lái)包括（a)從聚電解質(zhì)橋中釋放出 水，引起它們收縮，和（b)用作橋的連接，所述橋包括吸附在不同的纖維或細(xì)顆粒上的高分 子。這些作用創(chuàng)造出更加流線(xiàn)型的通道讓水圍繞纖維流動(dòng)。微粒增強(qiáng)單程留著率的傾向?qū)?傾向于對(duì)初期脫水速率具有積極的影響。
[0038] 令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，所述微粒對(duì)于改善含有微纖化纖維素（MFC)的漿料的脫水性能 也是有效的。通常微粒需要陽(yáng)離子助留聚合物在助留系統(tǒng)中以發(fā)揮作用，但是根據(jù)本發(fā)明， MFC中強(qiáng)度添加劑的高的量是足夠的。
[0039] 用于本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)"微粒"包括納米尺寸或微米尺寸的固態(tài)的、水溶性的、無(wú) 機(jī)顆粒。膠體微粒典型的平均粒徑為10 6mm至10 3mm。
[0040] 所述微粒包括無(wú)機(jī)膠體微粒。優(yōu)選無(wú)機(jī)膠體微粒包括基于二氧化硅的微粒、天然 硅酸鹽微粒、合成硅酸鹽微粒、或它們的混合物。
[0041]典型的天然硅酸鹽微粒是如，膨潤(rùn)土、鋰蒙脫石、蛭石、貝得石（baidelite)、滑石 粉和鋅蒙脫石。
[0042] 典型的合成硅酸鹽微粒是，如火成二氧化硅或合金（alloyed)二氧化硅、二氧化 硅凝膠和合成金屬硅酸鹽，例如Mg和A1類(lèi)型的硅酸鹽。
[0043] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述微粒是基于二氧化硅的微粒、天然硅酸鹽微粒，例如膨 潤(rùn)土或鋰蒙脫石、合成硅酸鹽微粒、或它們的混合物。更優(yōu)選所述微粒是基于二氧化硅的微 ?；蚺驖?rùn)土。
[0044] 典型地，在干燥的基礎(chǔ)上以每噸漿料干燥固體0. 1 _ 4kg、優(yōu)選0. 2 - 2kg、更優(yōu)選 0? 3 - 1. 5kg、再更優(yōu)選 0? 33 - 1. 5kg、甚至更優(yōu)選 0? 33 - 1kg、最優(yōu)選 0? 33 - 0? 8kg的 量添加基于二氧化硅的微粒。
[0045] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在干燥的基礎(chǔ)上以每噸漿料干燥