專利名稱：增強(qiáng)的多孔纖維產(chǎn)品的制作方法
增強(qiáng)的多孔纖維產(chǎn)品本發(fā)明涉及包含化學(xué)漿料纖維或木材纖維和填料顆粒的多孔纖維產(chǎn)品，和涉及制 造該產(chǎn)品的方法。尤其，本發(fā)明涉及袋紙(sack paper)、具有纖維的袋、包裝材料、過濾材料 和多孔印刷紙的生產(chǎn)方法。傳統(tǒng)地，多孔袋紙或用于生產(chǎn)載物袋(carrier bag)的紙已經(jīng)在沒有填充劑的情 況下生產(chǎn)。強(qiáng)度性能是尤其重要的，特別地在袋紙的情況下，并且填料減弱強(qiáng)度。在另一 方面，使用填料將包括能夠降低昂貴的化學(xué)漿料纖維的量的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提供提高的可印刷 性和紙板機(jī)(board machine)的可運(yùn)行性，因?yàn)樘盍喜⒉蝗缁瘜W(xué)漿料纖維吸收同樣多的 水。通常地，紙袋的強(qiáng)度通過精制(refine)紙漿、使用化學(xué)漿料纖維和通過在網(wǎng)部(wire section)的適合的纖維取向獲得。對(duì)于由袋紙制成的袋子必須具有孔隙度，使得當(dāng)填裝它 時(shí)空氣能夠迅速?gòu)拇鼉?nèi)部去除。如果空氣沒有快速去除，則該袋的填裝被很大程度地減慢。 一般地，袋由幾種袋紙制成，但對(duì)于單層牛皮紙(kraft paper)還必需具有孔隙度。包裝材料的孔隙度主要以Gurley值測(cè)量或，另外地，通過Bendtsen儀器測(cè)量。 Gurley可以用于測(cè)量在1. 22kPa的壓力下對(duì)于100cm3的空氣花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間流過1平方英 寸的樣品區(qū)域。通常地，高度多孔的袋紙的Gurley值應(yīng)該小于10秒和，在一些情況下，低 至5秒。一般來說，獲得袋紙、單層牛皮紙或制造袋的紙所需的理想Gurley值是相當(dāng)困難 的。通常地，通過合適的選擇和纖維漿料的精制提供孔隙度。但是，這導(dǎo)致機(jī)器的生產(chǎn) 性的降低，因?yàn)閷?duì)于在該工藝中精制需要更多的時(shí)間并且增加了能量消耗。提高漿料的精 制也降低了在網(wǎng)部去除水的速度，這意味著傳送到壓榨部分(press section)的紙網(wǎng)幅包 含更多水分。也可以通過特定的化學(xué)品例如助留劑(retention agent)提供孔隙度。在一些情況下，通過在填裝袋前再成品袋紙中制成所需數(shù)量的針孔(pinhole)來 提供所需的孔隙度。在此情況下，該針孔機(jī)械地在袋中制成。但是，機(jī)械處理會(huì)損壞袋紙。 而且，這還需要額外的加工時(shí)間和能量花費(fèi)。如上所述，提供袋紙所需的孔隙度的通常方法是高濃磨漿(high-density refining) 0由于撕裂強(qiáng)度，尤其纖維取向是重要的因素，其應(yīng)該在網(wǎng)部被考慮進(jìn)去。一般 地，使用淀粉以提高紙的強(qiáng)度。在此情況下，淀粉按劑量加入到高稠度(consistency)漿料 中。在造紙工藝中，需要結(jié)合孔隙度、強(qiáng)度、可印刷性、在網(wǎng)部更快的水去除、和用更價(jià) 廉的材料代替較貴的化學(xué)漿料纖維例如填料聚結(jié)物(agglomerate)。而且，優(yōu)選能夠達(dá)到高 孔隙度水平而沒有機(jī)械地穿孔該材料。本發(fā)明的目的是提供多孔纖維產(chǎn)品，盡管填料包含在其中，但其保持了高強(qiáng)度性 能。令人驚訝地，與使用常規(guī)填料相比，已經(jīng)觀察到通過使用填料顆粒，例如聚結(jié)物， 很大程度地防止了在強(qiáng)度上的降低而沒有聚集。本發(fā)明因此涉及包含化學(xué)漿料或木材纖維的多孔纖維產(chǎn)品。更精確地，根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品體現(xiàn)特征于在權(quán)利要求1的特征部分所提出的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的方法體現(xiàn)特征于在權(quán)利要求13的特征部分所提出的內(nèi)容，和根據(jù) 本發(fā)明的產(chǎn)品的用途體現(xiàn)特征于在權(quán)利要求12的特征部分所提出的內(nèi)容。本發(fā)明提供纖維制品，優(yōu)選紙或紙板產(chǎn)品，更優(yōu)選袋紙產(chǎn)品，其時(shí)多孔的并具有與 通過已知方法生產(chǎn)的產(chǎn)品相比高的強(qiáng)度水平和提高的勁度。尤其，通過本發(fā)明提供的產(chǎn)品 具有良好的可印刷性和可涂覆性，高強(qiáng)度，良好的水分分布(moisture profile)和厚度，尤 其在制袋機(jī)(sack machine)中，良好的Τ. Ε. Α.值(拉伸能量吸收)和撕裂強(qiáng)度、高勁度和 孔隙度。根據(jù)本發(fā)明的該袋紙產(chǎn)品可通過使用一層而非常規(guī)的四層制造。換而言之，關(guān)于 孔隙度，可以獲得技術(shù)上改進(jìn)的袋產(chǎn)品，其是比相應(yīng)的已知產(chǎn)品更有利的并在沒有機(jī)械穿 孔的情況下被制成多孔的。本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)在以下詳細(xì)說明中公開。

圖1顯示了三種不同袋紙的拉伸強(qiáng)度指數(shù)的圖形比較，該紙的一種沒有使用填 料，第二種使用高嶺土作為填料，和第三種根據(jù)本發(fā)明使用偏高嶺土顆粒作為填料；圖2Α和2Β顯示了不同袋紙的撕裂強(qiáng)度的圖形對(duì)比；圖3Α-Κ顯示了不圖袋紙的性能的圖形對(duì)比；圖3Α和3Β顯示該紙的拉伸強(qiáng)度，圖 3C和3D顯示它們的撕裂強(qiáng)度，圖3Ε和3F顯它們的拉伸能量吸收值，圖3G和3Η顯示伸長(zhǎng) 率，圖31顯示多孔性，圖3J顯示該紙的Gurley值和圖3Κ顯示該紙的勁度(stiffness)；圖4A和4B顯示根據(jù)本發(fā)明的纖維產(chǎn)品的電子顯微圖；在圖4A中顯示200倍 (fold)放大圖和圖4B中顯示1000倍放大圖。本發(fā)明涉及包含化學(xué)漿料或木材纖維的多孔纖維產(chǎn)品，其中在纖維間結(jié)合 (attach)有結(jié)構(gòu)的填料顆粒(structural filler particles)。這些顆粒提高該產(chǎn)品的孔 隙度和將該纖維彼此粘結(jié)，由此該強(qiáng)度保持維未改變或甚至相比于沒有包含填料的原始纖 維產(chǎn)品是提高的。該纖維產(chǎn)品優(yōu)選由紙或紙板，更優(yōu)選牛皮紙，尤其袋紙(圖4中的顯微圖)、單層牛 皮紙或過濾紙組成。所使用的纖維優(yōu)選包含化學(xué)漿料或是機(jī)械漿料纖維、精制機(jī)械漿料纖 維(refiner mechanical pulp fibres)或化學(xué)-機(jī)械精制漿料纖維，該包含化學(xué)漿料的纖 維是通過硫酸鹽方法生產(chǎn)的，包含木質(zhì)素并特別適合例如用于生產(chǎn)牛皮紙。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該纖維制品的孔隙度按Gurley值測(cè)量是在10秒/IOOml以 下。但是，根據(jù)本發(fā)明，可獲得具有低至5秒/IOOml的Gurley值的高度多孔的產(chǎn)品。各種礦物填料，優(yōu)選偏高嶺土，可以顆粒形式作為填料使用?！疤盍项w?！痹诖宋闹惺侵赴盍系木劢Y(jié)物、燒結(jié)物或微粒顆粒。它們優(yōu)選包含 偏高嶺土且它們可以稱為“偏高嶺土燒結(jié)物”(MKS)。不管使用填料顆粒與否，根據(jù)本發(fā)明 的最終產(chǎn)品，即多孔的最終產(chǎn)品保持了其良好的強(qiáng)度水平(圖1、2和3)。偏高嶺土作為粘固劑(cement)的添加劑的使用是公知的。US專利說明書 6，027，561尤其描述了包含粘固劑和偏高嶺土的組合物。其通過熱處理高嶺土、在水中淘析 (elutriating)和通過噴霧干燥該淤漿制備，由此形成聚結(jié)的珠粒，其粒徑為至少10微米。使用偏高嶺土作為粘固劑的添加劑的其它專利包括US專利5，976，241， 5，958，131，5，626，665，5，122，191 和 5，788，762。在本發(fā)明中，填料或顏料的顆粒例如聚結(jié)物的生產(chǎn)，可以尤其通過化學(xué)品或加熱或混合或它們的組合進(jìn)行，優(yōu)選通過噴霧干燥和由此產(chǎn)生的熱和粘結(jié)劑(binder)。該粘結(jié)劑的使用進(jìn)一步提高了改填料顆粒的強(qiáng)度水平。尤其，具有膠體的 (colloidal)尺寸的硅酸鹽可作為粘結(jié)劑使用。當(dāng)選擇硅酸鹽時(shí)，部分硅酸鹽的尺寸是在膠 體的范圍，即Ιμπι-lnm，是關(guān)鍵的。膠體尺寸的硅酸鹽可以尤其包括膠體硅酸鹽、硅酸鹽微 凝膠(silicate micro gel)或結(jié)構(gòu)硅酸鹽(structured silicate)。該膠體尺寸硅酸鹽還 能包括鐵、鋁、鎂或錳離子。如果膠體尺寸的硅酸鹽與填料的水溶液混合，與只使用填料顆粒相比，觀察到最 終產(chǎn)品的以下改進(jìn)1.強(qiáng)度水平提高2.勁度提高3.保持了高孔隙度。令人驚訝地，還觀察到，如果膠體尺寸的硅酸鹽加入到填料的水溶液中，當(dāng)混合和 填加酸性化學(xué)品時(shí)，可以提供下列的有益變化1.強(qiáng)度水平進(jìn)一步提高2.勁度進(jìn)一步提高3.獲得了高孔隙度水平。該酸性化學(xué)品可以是酸、硫酸鋁或另外的具有硫酸根的化學(xué)品。在填料的含水溶液中使用醛和明礬(alum)代替二氧化硅或與二氧化硅一起還該 進(jìn)了產(chǎn)品的強(qiáng)度性能。通過使用上述粘結(jié)劑，其優(yōu)選包括二氧化硅、明礬和醛，更適合地二氧化硅或明 礬，進(jìn)行填料顆粒、優(yōu)選偏高嶺土顆粒至化學(xué)漿料纖維或木材纖維的結(jié)合，同時(shí)該顆粒優(yōu)選 是燒結(jié)的或延性的形式。該醛優(yōu)選乙二醛。該二氧化硅的用量為優(yōu)選0. 5-20%重量，更優(yōu)選 0. 5-5%重量，最優(yōu)選1-3%重量。該明礬的用量繼而為優(yōu)選0. 5-10%重量，更優(yōu)選0. 5-3% 重量。相應(yīng)地，乙二醛的用量?jī)?yōu)選為0. 5-20%重量，更優(yōu)選為0. 5-5%重量。該結(jié)合是成功的，因?yàn)樵摶瘜W(xué)漿料或木材纖維的原纖是兩性的，即它們既起到酸 的作用又起到堿的作用。在它們的端部，具有充足的帶負(fù)電的OH—基團(tuán)，當(dāng)該纖維分散于水 中時(shí)該基團(tuán)形成，即該原纖是極性的。與極性水分子一起，這些極性原纖因此形成對(duì)水流的 阻擋物(barrier)。該偏高嶺土顆粒斷裂了由水和在該纖維中的0H_基團(tuán)形成的氫鍵，由 此產(chǎn)生開孔結(jié)構(gòu)(open pore structure)和更易于干燥的產(chǎn)品。在此孔結(jié)構(gòu)中引入該顆粒 后，該粘結(jié)劑，如二氧化硅、明礬和乙二醛，使該化學(xué)漿料或木材纖維彼此緊密地結(jié)合，形成 硬的(stiff)紙網(wǎng)幅和，同時(shí)，這些粘結(jié)劑使該填料顆粒結(jié)合于該纖維。這樣，得到纖維產(chǎn) 品，其孔隙度足以滿足尤其袋紙的需要。當(dāng)在該結(jié)合中使用二氧化硅時(shí)，至少部分地利用新氫鍵的形成...H-SiO2-O...如上所訴，由于它們的兩性性質(zhì)，該化學(xué)漿料或木材纖維既起到酸的作用又起到 堿的作用。因此，二氧化硅和明礬兩者都用作粘結(jié)劑，即使它們以不同的PH范圍起作用。二 氧化硅產(chǎn)生來自該纖維原纖的酸性側(cè)的鍵，而明礬產(chǎn)生了來自堿性側(cè)的鍵。該所用的二氧化硅優(yōu)選二氧化硅微凝膠或二氧化硅溶膠。該微凝膠由非晶 顆粒和硅酸形成。它在< 12的PH范圍(優(yōu)選約2)起作用。相應(yīng)地，所用的明礬，即Al(SO4)3 · 14-18吐0在< 7的PH范圍起作用。它們還可以一起使用。作為本發(fā)明的替代生產(chǎn)方法，可使用在在先專利FI 115046中描述的產(chǎn)品的生產(chǎn) 方法，其中，生產(chǎn)了球形多孔聚結(jié)物，其至少部分地由偏高嶺土顆粒組成，由此單一多孔聚 結(jié)物的尺寸為2-500微米，更優(yōu)選20-40微米，和它們的表面部分的密度低于內(nèi)部部分的密 度。在表面部分和內(nèi)部部分的孔結(jié)構(gòu)基本上是相同的。根據(jù)該方法，首先由高嶺土形成高 嶺土聚結(jié)物，它們的平均粒徑為約2-100微米，和這些聚結(jié)物之后煅燒成偏高嶺土，由此得 到聚結(jié)物，其具有開孔結(jié)構(gòu)，它們的表面部分的密度低于內(nèi)部部分的密度，且它們的孔結(jié)構(gòu) 在表面部分和內(nèi)部部分是相同的。典型地，在本發(fā)明中所用的MKS顆粒的特別優(yōu)選的粒徑為20-40微米且它們具有 基本上球形形式。通過在該顆粒的生產(chǎn)中使用噴霧干燥，可以獲得10-40微米粒徑的顆粒。下述非限制性的實(shí)施例舉例說明了本發(fā)明和其優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例在下述實(shí)施例中所用的偏高嶺土聚結(jié)物是使用碳酸氫鹽和加熱制造的，其作為噴 霧干燥和部分煅燒的結(jié)果獲得。通過向填料聚結(jié)物的含水溶液中加入約3%重量的無機(jī)二 氧化硅或約重量的明礬(由該填料聚結(jié)物的重量計(jì)算)，獲得最佳結(jié)果。通過加入約 5%重量的乙二醛得到幾乎同等優(yōu)良的結(jié)果。實(shí)施例1使用袋紙漿料(UPM Kymmene)，其稠度為4. 3%和其SR數(shù)在第一測(cè)試系列中為10 和在第二和第三測(cè)試系列中為15。下列組分以干燥形式(按所示順序)加入到此粘性漿料 中，在每一填加后混合60秒10 千克 / 公噸的淀粉(Raisamyl 70021)2.5千克的樹脂粘合劑(Raisize K35 AS)8千克/公噸的明礬在篩前，在向漿料中加入另一 200克/公噸的聚丙烯酰胺(P3320)后，在動(dòng)力片材
成型機(jī)(dynamic sheet former, DSF)中生產(chǎn)袋紙片材。該片材的所需基重為100克/米
2
O在下表1中示出分析結(jié)果，其比較不包含填料的紙(對(duì)照)、包含高嶺土(Capim DG)作為填料的紙、和包含根據(jù)本發(fā)明所用的填料顆粒(MKS)的紙。該結(jié)果分別在圖1中進(jìn) 行比較。
權(quán)利要求
1.包含化學(xué)漿料或木材纖維的多孔纖維產(chǎn)品，其特征在于在該纖維間結(jié)合有結(jié)構(gòu)的填 料顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其特征在于該填料顆粒由偏高嶺土的聚結(jié)物、顆?；驘Y(jié) 物組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的產(chǎn)品，其特征在于，在纖維之間和在纖維和顆粒之間，具有用 作粘結(jié)劑的材料，該材料優(yōu)選由二氧化硅、明礬或醛或其混合物制得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的產(chǎn)品，其特征在于二氧化硅的量為0.5-50%重量，更優(yōu)選0. 5-3%重量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的產(chǎn)品，其特征在于明礬的量為0.5-50%重量，更優(yōu)選0.5-3%重量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的產(chǎn)品，其特征在于醛的量為0.5-50%重量，更優(yōu)選0. 5-5%重量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4的產(chǎn)品，其特征在于該二氧化硅是二氧化硅微凝膠或二氧化硅 溶膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或6的產(chǎn)品，其特征在于該醛是乙二醛。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于該產(chǎn)品包含由干物質(zhì)計(jì)算的25% 重量的填料顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于該填料顆粒具有基本上球形的 形狀和10-40微米、優(yōu)選20-40微米的粒度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于該產(chǎn)品是袋紙產(chǎn)品。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)的產(chǎn)品在袋紙和紙袋的生產(chǎn)中的用途。
13.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)的產(chǎn)品的方法，其特征在于 -形成該填料的水性溶液；-由該水性溶液在噴霧干燥機(jī)中生產(chǎn)填料滴(drops)，由此還蒸發(fā)出過量的水和形成 填料顆粒；和_將所形成的燒結(jié)的或延性形式的填料顆粒結(jié)合到在其水性分散體中的化學(xué)漿料或木 材纖維上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于在混合下將粘結(jié)劑加入到該填料的水性溶液中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，在加入該粘結(jié)劑后，加入酸性化學(xué)品，該化 學(xué)品優(yōu)選為酸、硫酸鋁或另外的具有硫酸根基團(tuán)的化學(xué)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含化學(xué)漿料或木材纖維的多孔纖維產(chǎn)品，在該纖維間結(jié)合有結(jié)構(gòu)的填料顆粒，以及涉及制造該產(chǎn)品的方法，其中由該填料的水性溶液在噴霧干燥機(jī)中生產(chǎn)填料滴，當(dāng)水被蒸發(fā)時(shí)該滴形成填料顆粒，該顆粒結(jié)合到化學(xué)漿料或木材纖維上。
文檔編號(hào)B65D30/00GK102007248SQ200980109010
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者P·弗塔南 申請(qǐng)人:考塔爾有限公司