專利名稱：使用含有高水平交聯(lián)纖維素纖維的高濃漿料的方法
技術領域：
本申請涉及使用含有高水平纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維的高濃紙漿漿料的方法。
發(fā)明概述本申請涉及使用含有高水平交聯(lián)的纖維素纖維的高濃紙漿漿料的方法，該方法采用篩中轉子分散纖維于所述篩中，然后將所述纖維通過孔徑至少2mm的篩，并在輸送支持物(foraminous support)上形成纖維素纖維。
附圖簡述本發(fā)明公開的上述方面和許多附帶的優(yōu)點通過參考以下詳細說明，結合附圖而更透徹地理解時將變得更容易被接受，其中

圖1是本申請使用的設備部件的示意圖。
圖2是葉形轉子(lobed rotor)。
圖3是翼形轉子(foil rotor)。
圖4是塊形轉子(bump rotor)。
圖5是雙層紙板剖面示意圖。
圖6顯示熱杯容器壁剖面。
發(fā)明詳述含有高水平的交聯(lián)纖維素纖維的高濃漿料由于漿料中的高水平交聯(lián)纖維素纖維堵塞篩而不能用于紙板機。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種使用含有高水平交聯(lián)纖維素纖維的高濃漿料的方法，其克服了這個問題。
參照圖1，在漿料罐10內(nèi)的分散介質比如水中，形成纖維素纖維的高濃漿料。得到的漿料然后被泵送到濃度調節(jié)器12，在那兒添加稀釋水以保持固定濃度。隨后漿料被泵送到成漿池14，然后進入篩筐16，篩筐可以直立或水平安裝。各種類型的轉子可以安裝在篩筐，比如由GL&V，Watertown，NY制造的葉形轉子，翼形轉子或塊形轉子。轉子用來在篩中分散纖維并迫使合格纖維通過篩筐然后到達網(wǎng)前箱18。不合格纖維通過平板篩16a，在那兒它們被進一步分離為被丟棄的篩渣，和被返回到成漿池14的合格纖維。網(wǎng)前箱可以是單層網(wǎng)前箱，多層網(wǎng)前箱，或兩個或更多單層網(wǎng)前箱，通過排列而組合來自各單層網(wǎng)前箱的一個層以形成兩個或多個層。從網(wǎng)前箱出來的紙漿在網(wǎng)20上形成，脫水并干燥。
在本方法的一個實施方案中，在含水分散體介質中形成纖維素纖維的至少一種高濃漿料。既包括交聯(lián)的纖維素纖維又包括普通纖維素纖維的纖維素纖維通過篩內(nèi)的轉子被分散在篩中，然后通過具有孔徑至少1.5mm的篩。纖維素纖維在輸送支持物上形成。轉子可以是各種類型，比如葉形，翼形，塊形和S轉子；上述列舉不是對適于本申請類型的限制，并且是本領域技術人員所公知的。在另一個實施方案中，纖維通過孔徑至少2mm的篩。可以使用篩孔大小直至6mm。此處使用的術語“濃度(consistency)”表示液體和固體混合物的固體含量百分數(shù)，例如濃度2％的纖維素纖維表示在一百克纖維和液體中有兩克纖維素纖維。在另一個實施方案中，漿料濃度至少2.5％和在另一實施方案中漿料濃度至少3％。高濃漿料表示3％到4％的固體含量，中濃漿料表示1％到2％的固體含量，而低濃漿料表示固體含量小于1％。
交聯(lián)纖維素纖維可在高濃漿料中以至少35％的總纖維重量的水平存在于所述高濃漿料中。在一個實施方案中，它們以至少40wt％的總纖維含量的水平存在于高濃漿料中。在另一個實施方案中，它們以至少50wt％的總纖維含量的水平存在于高濃漿料中，而在另一實施方案中，它們以至少60wt％的總纖維含量的水平存在于高濃漿料中。
供本申請中使用的優(yōu)選的交聯(lián)纖維素纖維是交聯(lián)纖維素纖維。必要時，許多交聯(lián)劑和交聯(lián)催化劑中的任何一種可用于提供包含在所述層(layer)內(nèi)的交聯(lián)纖維。以下列舉了代表性的有用的交聯(lián)劑和催化劑。下列的每一專利在此處以其全文引作參考。
合適的基于脲的交聯(lián)劑包括取代的脲，比如羥甲基化的脲，羥甲基化的環(huán)脲，羥甲基化的低級烷基環(huán)脲，羥甲基化的二羥基環(huán)脲，二羥基環(huán)脲，以及低級烷基取代的環(huán)脲。具體的基于脲的交聯(lián)劑包括二甲基二羥基脲(DMDHU，1，3-二甲基-4，5-二羥基-2-咪唑啉酮)，二羥甲基二羥基亞乙基脲(DMDHEU，1，3-二羥甲基-4，5-二羥基-2-咪唑啉酮)，二羥甲基脲(DMU，雙[N-羥甲基]脲)，二羥基亞乙基脲(DHEU，4，5-二羥基-2-咪唑啉酮)，二羥甲基亞乙基脲(DMEU，1，3-二羥甲基-2-咪唑啉酮)，和二甲基二羥基亞乙基脲(DMeDHEU或DDI，4，5-二羥基-1，3-二甲基-2-咪唑啉酮)。
合適的交聯(lián)劑包括二醛，比如C2-C8二醛(例如，乙二醛)，具有至少一個醛基的C2-C8二醛酸類似物，和這些醛和二醛酸類似物的低聚物，如下列美國專利4,822,453；4,888,093；4,889,595；4,889,596；4,889,597；和4,898,642中的描述。其它合適的二醛交聯(lián)劑包括那些在美國專利4,853,086；4,900,324；和5,843,061中的描述。其它合適的交聯(lián)劑包括醛和基于脲的甲醛加成產(chǎn)品。參見，例如，美國專利3,224,926；3,241,533；3,932,209；4,035,147；3,756,913；4,689,118；4,822,453；3,440,135；4,935,022；3,819,470；和3,658,613。合適的交聯(lián)劑還可以包括脲的乙二醛加成物，例如，美國專利4,968,774，和乙二醛/環(huán)脲加成物，如美國專利4,285,690；4,332,586；4,396,391；4,455,416；和4,505,712中的描述。
其它合適的交聯(lián)劑包括羧酸交聯(lián)劑比如多元羧酸。多元羧酸交聯(lián)劑(例如，檸檬酸，丙烷三羧酸，和丁烷四羧酸)以及催化劑描述于美國專利3,526,048；4,820,307；4,936,865；4,975,209；和5,221,285中。美國專利5,137,537；5,183,707；和5,190,563；5,562,740和5,873,979描述使用包含至少三個羧基的C2-C9多元羧酸(例如，檸檬酸和氧代二琥珀酸)作為交聯(lián)劑。
聚合的多元羧酸也是合適的交聯(lián)劑。合適的聚合多元羧酸交聯(lián)劑描述于美國專利4,391,878；4,420,368；4,431,481；5,049,235；5,160,789；5,442,899；5,698,074；5,496,476；5,496,477；5,728,771；5,705,475；和5,981,739。聚丙烯酸和有關的共聚物作為交聯(lián)劑描述于美國專利5,549,791和5,998,511。聚馬來酸交聯(lián)劑描述于美國專利5,998,511和美國專利申請序號09/886,821。
具體的合適的多元羧酸交聯(lián)劑包括檸檬酸，酒石酸，蘋果酸，琥珀酸，戊二酸，檸康酸，衣康酸，單琥珀酸酒石酸酯，馬來酸，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚馬來酸，聚甲基乙烯基醚-共-馬來酸酯共聚物，聚甲基乙烯基醚-共-衣康酸酯共聚物，丙烯酸共聚物，和馬來酸共聚物。其它合適的交聯(lián)劑描述于美國專利5,225,047；5,366,591；5,556,976；和5,536,369。
合適的交聯(lián)催化劑包括酸式鹽，比如氯化銨，硫酸銨，氯化鋁，氯化鎂，硝酸鎂和含磷的酸的堿金屬鹽。在一個實施方案中，所述交聯(lián)催化劑是次磷酸鈉。
所述交聯(lián)劑在纖維素纖維被生產(chǎn)時以足夠實現(xiàn)纖維內(nèi)交聯(lián)的量被施用于纖維素纖維。施加到纖維素纖維的量可以是基于纖維總重量的大約1wt％到大約25wt％。在一個實施方案中，交聯(lián)劑的量為基于纖維總重量的大約4wt％到大約6wt％?？梢允褂媒宦?lián)劑的混合物或摻合物。
盡管可以從其它來源中獲得，本申請可用的非交聯(lián)的纖維素纖維主要來自木漿。供本申請應用的合適的木漿纖維可在有或沒有隨后漂白的情形下而從已知的化學方法比如牛皮漿和亞硫酸鹽法獲得。紙漿纖維還可以通過熱機械方法，化學熱機械方法，或其組合處理。優(yōu)選的紙漿纖維通過化學方法產(chǎn)生?？梢允褂媚ツ緷{纖維，再循環(huán)或次生木材紙漿纖維，和漂白和未漂白的木漿纖維?？梢允褂密浤竞陀材?。選擇木漿纖維的細節(jié)是本領域技術人員熟知的。這些纖維可以從許多公司購買到，包括本發(fā)明的受讓人Weyerhaeuser公司。例如，可用于本申請中的由南方松生產(chǎn)的合適的纖維素纖維可以從Weyerhaeuser公司以以下名稱購得CF416，CF405，NF405，PL416，F(xiàn)R416，F(xiàn)R516和NB416。來自北方軟木的溶解漿包括α含量皆為95％的MAC11亞硫酸鹽紙漿，M919，WEYCELL和TR978，以及α含量為91％的PH。高純度絲光處理的紙漿，比如可以從Buckeye獲得的HPZ，HPZ111，HPZ4，和HPZ-XS和從Rayonier獲得的Porosonier J也是合適的。
篩孔直徑可以變化。在一個實施方案中，所述孔徑至少2毫米，在另一個實施方案中，所述孔徑至少3毫米。在篩中用于分散纖維和使所述纖維通過篩的轉子可以是葉形，塊形或翼形轉子。翼形轉子可以具有四到十個薄片(foil)。
熱的食品，特別是熱液體，通常通過一次性容器供應并消費。這些容器由包括紙板和發(fā)泡的聚合板材的多種材料制成。一種最便宜的紙板材料來源是纖維素纖維。纖維素纖維被用于制造為生產(chǎn)熱杯，紙盤及其他飲食容器的優(yōu)良紙板。然而從纖維素纖維生產(chǎn)的常規(guī)紙板是相對致密的，因此，其比例如發(fā)泡聚合板材更容易傳遞熱。因此，熱液體通常以雙杯或含有多層常規(guī)紙板的杯供應。
合意的是制造從具有優(yōu)良絕緣特性的纖維素材料生產(chǎn)的紙板，其允許用戶感到容器中的食品是溫的或熱的，而同時允許所述容器中的食品或飲料的消費者拿著該容器一段較長的時間而不感覺太燙。更合意的是提供可被特制以提供各種絕緣特性的紙板。
參照圖5，本申請中絕緣紙板52的基層50以常規(guī)方法從容易獲得的纖維比如纖維素纖維生產(chǎn)。紙板的至少一個層54包含交聯(lián)纖維。本申請的紙板可依照要求以單層，雙層，或多層結構而制造。雖然本申請的紙板可以使用上述合成纖維，但最優(yōu)選的是紙板包含所有或基本上所有的纖維素纖維。
本申請的顯著特點在于無論是單層還是多層結構的紙板，其至少一層包含交聯(lián)的纖維素纖維。所述交聯(lián)纖維素纖維增加紙板的容積密度并因此增加絕緣特征。此處使用的交聯(lián)纖維素纖維是扭結、纏繞、卷曲的纖維素纖維。然而優(yōu)選的是，如早先的描述，通過纖維內(nèi)交聯(lián)纖維素纖維而生產(chǎn)纖維。
本申請的紙板可以具有廣泛的特性。例如，其基重可從200gsm到500gsm，更優(yōu)選，從250gsm到400gsm。最優(yōu)選，紙板的基重等于或大于250gsm。為達到本發(fā)明的絕緣特性，優(yōu)選的紙板密度小于0.5g/cc，更優(yōu)選，從0.3g/cc到0.45g/cc，而最優(yōu)選，從0.35g/cc到0.40g/cc。
當根據(jù)本發(fā)明所述紙板的至少一層包含交聯(lián)纖維素纖維時，可以實現(xiàn)有利的溫度下降特性。這些溫度下降特性的實現(xiàn)可以通過改變引入紙板的交聯(lián)纖維素纖維的量，通過調整紙板的基重，在紙板已被生產(chǎn)之后通過運行紙板，例如經(jīng)由壓料輥而調整紙版厚度(caliper)，以及當然，通過改變摻入到紙板結構中的附加層的數(shù)目和厚度。如下定義，優(yōu)選紙板的厚度大于或等于0.5毫米，基重等于或大于250gsm，密度小于0.5g/cc。
本申請的紙板可以是單層產(chǎn)品。當采用單層產(chǎn)品時，紙板的低密度特性允許以合理的基重制造更厚的紙板。為達到相同的絕緣特性，相對于本發(fā)明紙板而言普通紙板的厚度必須加倍。使用本發(fā)明的交聯(lián)纖維素纖維，可以制造具有與普通紙板相同基重的絕緣紙板。這有效使得在現(xiàn)有的紙板機上以較少的更改和較少的生產(chǎn)力損失來制造絕緣紙板。此外，一層紙板有下列好處，即整體結構是低密度的。
可選擇的是，本申請的紙板可以是多層產(chǎn)品，包括兩個，三個，或更多層。包含超過一個單層的紙板可以在干燥之前或之后通過組合所述層而制備。然而優(yōu)選的是多層紙板通過使用多個順序排列的網(wǎng)前箱以濕成形方法制備，或通過使用具有接收容量的擋板網(wǎng)前箱然后放置多個紙漿配料(furnishes)而制備。多層產(chǎn)品的單個層可以是相同或不同的。
本申請的紙板可以使用常規(guī)的造紙機包括例如，真空圓網(wǎng)抄紙機(rotoformer)，福德林尼爾造紙機，圓筒，斜網(wǎng)Delta成形機，和雙網(wǎng)成板機而形成。
當單層紙板用于本發(fā)明時，它優(yōu)選在組合物中是均相的。然而所述單層可以就組合物而言分層，并使得一層富含交聯(lián)纖維素纖維而另一層富含非交聯(lián)纖維素纖維。例如紙板的一個表面可以富含交聯(lián)纖維素纖維以增加其表面的容積而另一個表面富含非交聯(lián)纖維以提供平整的，更致密的較少孔的表面。
生產(chǎn)的最經(jīng)濟的紙板在組合物是均相的。交聯(lián)纖維素纖維與通常的纖維素纖維均勻摻合。例如，在網(wǎng)前箱配料中，優(yōu)選交聯(lián)纖維素纖維以大約25％到大約100％的量，更優(yōu)選以大約30％到大約70％的量存在于高濃漿料中。在一個實施方案中，所述交聯(lián)纖維素纖維以總纖維含量至少35wt％的水平存在。在另一個實施方案中，所述交聯(lián)纖維以總纖維含量的至少50wt％存在。在另一實施方案中，交聯(lián)纖維以總纖維含量的至少60wt％存在。在雙層結構中，例如，第一層可以包含100％非交聯(lián)纖維素纖維，而第二層可以包含從25％到100％的交聯(lián)纖維素纖維或從30％到70％的交聯(lián)纖維素纖維。在三層結構中，例如底層和頂層可以包含100％的非交聯(lián)纖維素纖維而中間層包含大約25％到大約100％，優(yōu)選大約30％到大約70％的交聯(lián)纖維素纖維。
當依照本發(fā)明將交聯(lián)纖維素纖維用于紙板時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)退出造紙機的紙板可以被壓縮到不同程度以調整橫跨紙板的溫度下降特性。紙板一旦離開造紙機可以在厚度上被壓縮或減少直至50％，和更優(yōu)選從15％到25％?？梢酝ㄟ^降低紙板的基重達到相同的結果。
本申請的紙板可以用于制造各種結構，特別是要求具有絕緣特性的容器。這些容器中最常見的一種是用于熱飲料比如咖啡，茶等等的隨處可見的熱杯。其它的絕緣容器比如普通的紙盤也可以包含本發(fā)明的紙板。此外，從紙板或發(fā)泡材料常規(guī)生產(chǎn)的外攜容器也可以使用本發(fā)明的紙板。圖6顯示生產(chǎn)的熱杯式容器的壁剖面，其可以包含一個層或多個層62和64，在這種情況下，其中一個層64包含交聯(lián)纖維素纖維。在這個實施方案中，所述交聯(lián)纖維素纖維位于內(nèi)部層64中。液體不能滲透的紙坯優(yōu)選擠出或塑膠涂布于該內(nèi)部層。紙坯可以包含，例如，各種熱塑性材料，比如聚乙烯。優(yōu)選用于杯底的紙板不包含松厚纖維。
實施例1-9以3.2％濃度制備含有50-65wt％的檸檬酸交聯(lián)的纖維素纖維的高濃漿料。交聯(lián)纖維用標準Beloit Jones磨漿機以零載荷被高頻疏解(deflaked)。花旗松(Douglas Fir)纖維素纖維用作高濃漿料中的另一組分。在有些情況下，所述花旗松被磨漿為650 CSF。2毫米篩孔大小用于所有情況。由GL&V，Watertown，NY制造的具有六個薄片的轉子，塊形轉子和葉形轉子，都是本領域公知的，用于不同試驗的篩中。在GL&V，Watertown，NY的中試篩選機上進行試驗，該機允許漿料再循環(huán)通過單元回到篩選槽泵。流速范圍從大約3785l/m(1000gpm)到5678l/m(1500gpm)。運行的纖維篩渣率為10-13％。
表1篩選試驗
條件2在篩渣率10％和進料率3255l/m(860gpm)到5300l/m(1400gpm)運轉良好。條件1在篩渣率17％運轉，但是當篩渣率降低，篩渣行(reject line)塞入具有稠漿料的篩選筐的中心。
條件3以GL&V的梭魚(barracuda)轉子，塊形轉子以隨機模式運行。所述運行以全部篩渣行開始，但是一旦良漿行(accept line)打開，流量由于漿料變稠而開始下降。轉子有傾向于將纖維分級的特點。
所有剩余運行如下運轉良好條件4，所述運行以11％篩渣率，篩壓差0.14kpa(31b)和轉子轉速900RPM進行。增加轉子轉速到1000RPM沒有影響。
條件5，所述轉子轉速下降到800RPM，在該點篩渣流量開始到下降并且轉子轉速回到900。
條件6同條件4。
條件7，所述入口壓力增加0.48kPa(10lb)，進料流量從900GPM增加到4164l/m(1100GPM)和所述壓差增加到0.17(3.5lb)。該條件運轉良好。
條件8以篩渣率15％，3123l/m(825GPM)進料流速運行。
條件9以篩渣率13％，3785l/m(1000GPM)進料流速運行。
這些結果表明在3.2％濃度和HBA 50％到65％用葉型轉子設計的篩選是成功的。
纖維樣品從進料漿料中獲得，良漿行和篩渣行在顯微鏡下分析纖維含量。所述結果顯示于表2，表明使用各種轉子和2毫米大小篩孔，交聯(lián)纖維沒有選擇性的分級。
表2顯微結構-篩選稀漿樣品
F＝進料漿料；A＝良漿；R＝篩渣實施例10制備含有40wt％的交聯(lián)纖維素纖維的3-3.2％高濃漿料；花旗松(Douglas Fir)濕抄(wet lap)用作通常的纖維。在中間層網(wǎng)前箱之前使用孔徑4mm和六個翼形轉子的篩。只含有花旗松(Douglas Fir)或松木纖維的單獨的漿料被磨漿到500CSF并在泵送漿料到外面的網(wǎng)前箱之前稀釋到0.5％濃度。在500cm紙板機上形成紙板。
實施例11制備含有40wt％的交聯(lián)纖維素纖維的3-3.2％高濃漿料；花旗松(Douglas Fir)濕抄用作通常的纖維。在中間層網(wǎng)前箱之前使用孔徑2mm和葉形轉子的篩。只含有花旗松(Douglas Fir)或松木纖維的單獨的漿料被磨漿到500CSF并在泵送漿料到外面的網(wǎng)前箱之前稀釋到0.5％濃度。在500cm紙板機上形成紙板。
實施例12制備含有50wt％的交聯(lián)纖維素纖維的3-3.2％高濃漿料；花旗松(Douglas Fir)濕抄用作通常的纖維。在中間層網(wǎng)前箱之前使用孔徑2mm和葉形轉子的篩。只含有花旗松(Douglas Fir)或松木纖維的單獨的漿料被磨漿到500CSF并在泵送漿料到外面的網(wǎng)前箱之前稀釋到0.5％濃度。在500cm紙板機上形成紙板。
實施例13制備含有55wt％的交聯(lián)纖維素纖維的3-3.2％高濃漿料；花旗松(Douglas Fir)濕抄用作通常的纖維。在中間層網(wǎng)前箱之前使用孔徑2mm和葉形轉子的篩。只含有花旗松(Douglas Fir)或松木纖維的單獨的漿料被磨漿到500CSF并在泵送漿料到外面的網(wǎng)前箱之前稀釋到0.5％濃度。在500cm紙板機上形成紙板。
權利要求
1.使用高濃紙漿的方法，包括以下步驟在水性分散介質中形成纖維素纖維的至少一種高濃漿料，其中所述纖維素纖維包含交聯(lián)纖維；通過篩中轉子以分散所述纖維于所述篩中；將所述纖維通過孔徑為至少2mm的篩；在輸送支持物上形成所述纖維素纖維。
2.權利要求1的方法，其中漿料濃度按纖維干重計算至少2.5％。
3.權利要求1的方法，其中高濃漿料包含按纖維干重計算至少40％水平的交聯(lián)纖維素纖維。
4.權利要求3的方法，其中交聯(lián)纖維以至少50wt％的水平存在于漿料中。
5.權利要求4的方法，其中交聯(lián)纖維以至少60wt％的水平存在于漿料中。
6.權利要求1的方法，其中所述篩孔徑至少2mm。
7.權利要求1的方法，其中所述篩孔徑至少3mm。
8.權利要求1的方法，其中所述轉子是葉形轉子。
全文摘要
本發(fā)明公開了使用含有高水平交聯(lián)纖維素纖維的高濃漿料的方法。在所述方法中，高濃漿料中的纖維用轉子分散于篩中，而通過篩的纖維形成于輸送支持物上。
文檔編號D21D5/16GK1796658SQ2005101341
公開日2006年7月5日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權日2004年12月30日
發(fā)明者保羅·A·施翁克 申請人:韋爾豪澤公司