專利名稱：：具有高的抗微生物屏障水平的木漿紙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有高的抗微生物屏障特性的木漿紙，其適用于無菌包裝(例如醫(yī)用包裝)，以及空氣過濾或液體(例如水)過濾及其它用途。
背景技術(shù)：
：對微生物穿透的屏障是用來包裝醫(yī)用設(shè)備和其它必需滅菌的物品的材料的重要且必要的性能。目前用于醫(yī)用包裝的材料包括各種薄膜、閃蒸紡絲聚烯烴無紡織物和醫(yī)用級紙。對于用氣體或等離子體滅菌(例如環(huán)氧乙烷、Sterrac^等)對包裝的內(nèi)容物進(jìn)行滅菌的情況，所述包裝一般包括薄膜(例如熱成形薄膜)，形成了熱封到多孔且透氣的封蓋(例如紙或閃蒸紡絲聚烯烴片材)的底材(bottomweb)?；蛘撸摪b可以是包含熱封到薄膜上的多孔層的小袋形式，多孔封蓋或多孔層必需允許殺菌劑氣體或等離子體進(jìn)出包裝，以便對其內(nèi)容物進(jìn)行滅菌，同時提供對微生物穿透的屏障作用，以便使包裝于其中的醫(yī)用設(shè)備或其它物品保持無菌直至被使用為止。多孔纖維片材的微生物屏障性能取決于平均孔徑、片材厚度、纖維大小、纖維形態(tài)等。多孔微生物屏障片材防止大小為亞微米至幾微米的微生物孢子以及顆粒穿透。通過其對數(shù)減少值(LRV)來測量多孔片材防止細(xì)菌穿透的能力。LRV值越高，材料防止微生物穿透包裝的能力越強(qiáng)。例如，當(dāng)定量(BW)從約1.65oz/yd2增加至2.2oz/yd2(55.9g/m2i74.6g/m"時，用于醫(yī)用包裝的閃蒸紡絲聚烯烴片材的LRV為約3.2~5.5或更高本領(lǐng)域已知的醫(yī)用級紙的LRV—般為約1~3，這取決于它們的定量、孔徑、添加劑處理等，且作為微生物屏障，比閃蒸紡絲材料的效力低得多。LRV提高一個'單位，相當(dāng)于微生物屏障效力增強(qiáng)10倍。天然纖維素漿紙雖然經(jīng)過多年在醫(yī)用包裝中的使用已得到改進(jìn)，但是與合成材料制備的紙相比，它們的屏障性能和機(jī)械性能仍存在不足。公開號為2003/0177909的美國專利申請(Koslow)描述了包含納米纖維的空氣過濾介質(zhì)?？墒褂眉{米纖維涂層來增強(qiáng)過濾介質(zhì)的性能，納米纖維優(yōu)選為原纖化納米纖維。一種實(shí)施方案中，過濾介質(zhì)由原纖化纖維和玻璃微纖維的共混物制備。公開號為2005/0142973的美國專利申請(Bletsos等)記栽了包含納米纖維或納米纖維和木漿的多孔纖維片材，其具有優(yōu)異的微生物屏障性能。某些這樣的片材的LVR為至少5.5。一般地，使用納米纖維以及增加其含量可提高無紡織物的屏障性能。人們希望以成本有效方式改善屏障性能，例如通過只使用廉價且天然可再生的原料。對用于醫(yī)用包裝的木漿紙仍存在著需求，所述木漿紙具有改進(jìn)的微生物屏障性能，相比于主要以合成材料構(gòu)成的微生物阻隔片材，該木漿紙是經(jīng)濟(jì)的。發(fā)明概述本發(fā)明的一種實(shí)施方案是一種紙，其對數(shù)減少值(LRV)為至少約3.6，密度為至少約0.80g/cm3，定量為至少約55g/m2，所述紙由木漿纖維組分構(gòu)成，其中所述木漿為精制漿，其加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度小于約360ml,重量加權(quán)平均長度小于約3mm，本發(fā)明的另一種實(shí)施方案是一種多層紙結(jié)構(gòu)，其中至少一層是上述紙'發(fā)明詳述本發(fā)明涉及由木漿纖維組分構(gòu)成的紙。在與已知木漿紙的定量基本相同條件下，該紙具有提高的屏障性能。本發(fā)明的某些木漿紙用作微生物屏障材料，例如用于醫(yī)用包裝的封蓋(lidding)。本發(fā)明的某些木漿紙還適用于空氣過濾和液體過濾.本文中所用的"木漿"指用堿液或酸式鹽或中性鹽的溶液煮沸木片，然后用氯化物漂白所得到的產(chǎn)品，該處理的目的在于或多或少完全除去木材中的半纖維素和木質(zhì)素結(jié)殼物。在醫(yī)用包裝中使用的紙種隨著纖維密度、氣孔度、各種處理、添加劑和定量而變化。醫(yī)用紙經(jīng)過漂白和高度精制，通過常規(guī)的濕法成網(wǎng)(wet-laid)工藝，采用原木漿制備。本領(lǐng)域中使用的預(yù)先成形的紙的定量為約1.4oz/yd2(49g/m2)~2.9oz/yd2(98g/m2).牛皮紙是常用于醫(yī)用包裝的特殊類型的紙。其由牛皮漿制備，其制備方法包括在堿性溶液中蒸煮(消化)木片數(shù)小時，在此期間，化學(xué)品侵蝕木材中的木質(zhì)素。隨后去除溶解的木質(zhì)素，留下纖維素纖維。未漂白的牛皮漿顏色為棕黑色，因此在將之用于多種造紙應(yīng)用之前，必需使其經(jīng)歷一系列漂白過程，發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，采用具有特定組合的木漿游離度和漿纖維長度的木漿制備具有規(guī)定表觀密度和定量的紙，這導(dǎo)致紙的LRV比本領(lǐng)域已知的木漿紙高得多。本發(fā)明的木漿基紙的LRV為至少3.6，或至少4，并可以達(dá)到至少5。用來制備本發(fā)明紙的木漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)小于約360ml，優(yōu)選小于約300ml，更優(yōu)選小于約250ml，其重量加權(quán)平均長度小于約3mm，優(yōu)選小于約1.2mm。本發(fā)明紙的表觀密度為至少約0.80g/cm3。本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，紙的密度大于約0.80g/cm3，并且小于約0.98g/cm3。用本領(lǐng)域已知的方法制備本發(fā)明紙，例如用濕法成網(wǎng)方法制備原始成形紙(as-formedpaper),優(yōu)選隨后對原始成形紙進(jìn)行壓光。所述紙的葛爾萊透氣度(GurleyAirResistance)(Gurley)一般不超過約250秒，甚至不超過約50秒用于制備本發(fā)明紙的木漿可以是未漂白的或漂白的，硬木漿或硬木漿與軟木漿的組合。本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，木漿是漂白的?？捎帽绢I(lǐng)域已知的方法制備本發(fā)明的原始成形紙，例如在長網(wǎng)造紙機(jī)、斜網(wǎng)造紙機(jī)或圓網(wǎng)造紙機(jī)上制成原始成形紙。優(yōu)選地，本發(fā)明的干燥原始成形紙的定量為至少約55g/m2，優(yōu)選為約60g/m2~120g/m2,更優(yōu)選為約80g/m2~100g/m2。一種實(shí)施方案中，本發(fā)明紙可包括一層或多層，各層中具有相同或不同的木漿特性。例如，可以由硬木漿構(gòu)成一層，由軟木漿構(gòu)成另一層?；蛘?，一層中的紙漿的CSF和/或重量加權(quán)平均長度可不同于另一層中所用的紙漿。本發(fā)明紙的纖維組分或紙漿組分可完全由木漿組成，或基本由木漿組成，本文所用的術(shù)語"基本由.....組成"指允許添加少量的(少于約10重量％)附加組分。這些附加組分可包括二次纖維，例如至少為0.7旦尼爾的有機(jī)短纖維或無機(jī)短纖維，其可與木漿共混。能與木漿共混的合適纖維的例子包括粘膠纖維、聚酯纖維、聚跣胺纖維、碳纖維等，可使用本領(lǐng)域已知的方法，將其它的附加組分(包括但不限于的粉末、薄片和顏料)添加在紙組合物中，其加入量一般為約110重量％.為了達(dá)到希望的密度，可在本發(fā)明紙成形之后用本領(lǐng)域已知的方法對其進(jìn)行壓光?？稍诩埑尚尾襟E之后立即在線實(shí)施壓光，或者作為單獨(dú)的步驟，在室溫或提高的溫度下，使用或不用蒸汽或其它塑化劑的條件下進(jìn)行壓光。在壓光工藝中可使用具有一個或數(shù)個壓區(qū)的硬壓區(qū)(金屬-金屬)壓光機(jī)或軟壓區(qū)(金屬-紙粕輥或金屬-包覆輥(coatedroll))壓光機(jī)。利用本領(lǐng)域已知的方法選擇壓光條件(壓區(qū)壓力、線速度、溫度等)以達(dá)到想要紙密度和LRV。一般地，對紙進(jìn)行平滑壓光，但是在壓光工藝中可使用刻花輥或其它的輥?？芍苽涠鄬蛹?，其中使本發(fā)明的高LRV紙與其它層復(fù)合。例如，三層紙中，本發(fā)明的高LRV紙內(nèi)層被夾在兩個普通紙外層之間。例如，外層可包含由較長纖維漿(例如重量加權(quán)平均長度為至少約3mm,或?yàn)榧s3mm6mm的纖維)制成的木漿紙。包含較長紙漿纖維的層中的一層或多層可進(jìn)一步含有至多約70重量%的合成纖維，例如聚酰胺纖維(如尼龍6，6)或聚酯(如聚對苯二曱酸乙二酯)纖維。合成纖維的單絲旦數(shù)可以為約0.7以上。在紙形成過程中可使多層紙中的各層按順序沉積，然后經(jīng)過壓光?；蛘?，對預(yù)先成形的單獨(dú)紙層進(jìn)行組合，以形成層狀結(jié)構(gòu)，隨后可對其進(jìn)行壓光。后一種實(shí)施方案中，在形成層狀結(jié)構(gòu)之前，可單獨(dú)對各紙層進(jìn)行壓光，然后在組合多層結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行壓光。在多層結(jié)構(gòu)中使用較長纖維層可提高紙的機(jī)械性能，例如撕裂強(qiáng)度等。上述紙?zhí)貏e適合在醫(yī)用包裝中使用。例如，在將醫(yī)用設(shè)備或其它待滅菌的物品放置于熱成形薄膜所形成的空腔之后，可使包含本發(fā)明紙的封蓋組件熱封至熱成形薄膜的第二組件上。可將熱封層擠出或涂覆在封蓋的整個熱封表面，或者只將其擠出或涂覆到需要與熱成形薄膜密封的區(qū)域之上(本領(lǐng)域稱為區(qū)域涂覆(zonecoating))，或者可將其擠出或涂覆到熱成形薄膜上。試驗(yàn)方法以下非限制性實(shí)施例中，采用下列試驗(yàn)方法來測定各種所報道的特性和性能。ASTM指美國材料試驗(yàn)學(xué)會。TAPPI指制漿造紙技術(shù)協(xié)會，分別按照ASTMD645和ASTMD646測定紙的厚度和定量。厚度測量用于計算紙的表觀密度。按照ASTMD202測定紙的表觀密度。通過以下方法測定紙的葛爾萊透氣度(Gurley):按照TAPPIT460,使用1.22kPa的壓差，測定每100毫升氣缸排量下，紙的約6.4平方厘米圓形區(qū)域的透氣度(以秒計)。紙的屏障(Barrier)對數(shù)減少值(LRV)是紙頁的細(xì)菌阻隔性能的度量，按照ASTMF1608進(jìn)行測定。試驗(yàn)中，使紙頁的正面與含有枯草桿菌黑色變種孢子的氣溶膠細(xì)霧接觸。降低該紙輻背面上的壓力，以使通過該紙頁的空氣流達(dá)到2.81pm。計數(shù)15分鐘內(nèi)達(dá)到紙頁兩側(cè)的孢子數(shù)量。LRV-Log(正面上的孢子數(shù))-Log(背面上的孢子數(shù))。正面上的孢子數(shù)可隨著具體試驗(yàn)而變化，但必需為至少1百萬，紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)是紙漿的稀釋懸浮液的可被排放的速度的度量，其按照TAPPI試驗(yàn)方法T227測定。使用纖維質(zhì)量分析儀(OpTestEquipmentInc制造)，按照TAPPI試驗(yàn)方法T271測定纖維長度(算術(shù)平均長度、重量加權(quán)平均長度和長度加權(quán)平均長度)。實(shí)施例比較例A和實(shí)施例1這些實(shí)例表明了壓光對紙的LRV的影響對于比較例A和實(shí)施例1，將5.0g(基于干重)硬木漿與約1600g水放置于實(shí)驗(yàn)室用混合機(jī)(BritishPulpEvaluationApparatus,購自MavisEngineeringLtd.,英國倫敦)中，并攪拌3分鐘。所述硬木漿的CSF為351ml，算術(shù)平均長度為0.36mm,長度加權(quán)平均長度為0.83mm，重量加權(quán)平均長度為1.25mm。在約21cmx21cm的手抄紙模具中傾入分散體和8升水，以形成濕法成網(wǎng)片。將該濕法成網(wǎng)片放置于兩片吸墨紙之間，用搟面棍(ro出ngpin)手工碾壓，并在手抄紙干燥器中150X:下干燥。所用的硬木漿為Hawesv川eHardwood,其為由南方硬雜木(由Weyerhaeuser供應(yīng))構(gòu)成的全漂牛皮漿。比較例A是原始成形紙。在溫度為約23"C，線壓力為約2600N/cm的條件下，使原始成形紙另外通過輥直徑為約20cm的金屬-金屬壓光機(jī)的壓區(qū)(本文稱為"硬壓光"或"硬")，制得實(shí)施例1的紙。紙的性能如下表l所示。比較例A顯示，原始成形紙的表觀密度太低不能達(dá)到想要的LRV，而硬壓光使實(shí)施例1紙的表觀密度增加，以實(shí)現(xiàn)所希望的LRV增加，比較例BC和實(shí)施例2除了使用CSF為246ml，算術(shù)平均長度為0.36mm,長度加權(quán)平均長度為0.80mm,重量加權(quán)平均長度為1.08mm的硬木漿之外，按以上比較例A和實(shí)施例1所述制備這些紙。比較例B為原始成形紙。由原始成形紙通過硬壓光制得實(shí)施例2。在溫度為約23TC，線壓力為約2000N/cm的條件下，使原始成形紙樣品通過BFPerkins軟壓區(qū)壓光機(jī)(金屬輥直徑為約28cm，包膠軟輥直徑為約23cm)的壓區(qū)(本文稱為"軟壓光"或"軟")，制得比較例C。紙的性能如下表1所示。雖然，比較例B~C的紙的CSF落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，但是紙的密度低，因此不能達(dá)到想要的LRV水平。即使是經(jīng)過軟壓光的比較例C也是如此。比較例D~E除了使用CSF為360ml，算術(shù)平均長度為1.02mm，長度加權(quán)平均長度為2.85mm,重量加權(quán)平均長度為3.74mm的軟木漿之外，相應(yīng)地按以上比較例A和實(shí)施例1所述制備比較例D~E的紙樣，比較例D為原始成形紙，比較例E為硬壓光紙。軟木漿為PortWentworthSoftwood,它是Weyerhaeuser供應(yīng)的南方漂白軟木牛皮漿。紙的性能如下表1所示，這些例子描述了使用軟木漿(而不是硬木漿)制備木漿紙，所述木漿的CFS落入本發(fā)明范圍內(nèi)，但重量加權(quán)平均長度超出本發(fā)明的范圍，另外，即使比較例E是"硬"，也沒有達(dá)到想要的LRV。比較例FG這些實(shí)例描述了使用軟木漿制備木漿紙，所述軟木漿的重量加權(quán)平均長度超出本發(fā)明的范圍。分別用以上比較例D~E所述方法制備比較例F~G的紙樣，使用相同的軟木漿，但將其精制成CSF為210ml，算術(shù)平均長度為0.84mm,長度加權(quán)平均長度為2.74mm,重量加權(quán)平均長度為3.74mm,紙的性能顯示于下表l中。實(shí)施例3本實(shí)施例描述了由硬木漿制備本發(fā)明的經(jīng)硬壓區(qū)壓光的紙。按照實(shí)施例1所述方法制備實(shí)施例3的紙樣，但使用南方漂白硬木牛皮漿(由InternationalPaperCompany提供)，將其精制成CSF為104ml,算術(shù)平均長度為0.45mm,長度加權(quán)平均長度為0.66mm，重量加權(quán)平均長度為0.80mm。紙的性能顯示于下表l中。比較例H本實(shí)例描述了使用重量比為50/50的硬木漿與軟木漿的共混物制備木漿紙。將2.5g(基于干重)硬木漿(來自比較例B-C)和2.5g軟木漿(來自比較例F-G)—起至于實(shí)驗(yàn)室用混合機(jī)中，按照比較例A和實(shí)施例1中所描述的方法制備本例。然后對本例進(jìn)行硬壓光。紙的性能顯示于下表l中。實(shí)施例4本實(shí)施例描述了制備兩層木漿紙，其使用硬木漿和軟木漿的組合，一層中為硬木漿，第二層中為軟木漿，其中以重量計，硬木漿與軟木漿之比為50/50。采用前述實(shí)施例所述的方法，用2.5g(基于干重)如實(shí)施例2中所用的硬木漿制成硬木層，由2.5g實(shí)施例F-G中的軟木漿制成軟木層。將兩張濕法成網(wǎng)片一起放置于兩張吸墨紙之間，用搟面輥手工碾壓，并在手抄紙干燥器中150n下干燥。然后對該兩層紙結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬壓光。紙的特性顯示于下表l中。實(shí)施例5本實(shí)施例描述了制備兩層木漿紙，其使用兩層組合，一層中為硬木漿，第二層中為軟木漿，按照與實(shí)施例4相同的方式制備，除了硬木層由3.75g(基于干重)硬木漿制成，軟木層由2.5g軟木漿制成，從而以重量計，硬木漿與軟木漿的比率為75/25。紙的性能顯示于下表l中.比較例J和K比較例J和K為可商購的木漿型醫(yī)用紙。比較例J為45糾mpervon⑧醫(yī)用紙，比較例K為60弁Impervon⑧醫(yī)用紙，兩者購自Kimberly-ClarkCorporation(Neenah，WI)。紙的特性顯示于下表l中。表1.木漿紙的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>從上述數(shù)據(jù)可以看出，只有已經(jīng)被密實(shí)至高表觀密度的精制漿與短纖維的組合(實(shí)施例14)才能提供明顯高于基于已知木漿的紙的LRV。密實(shí)至約0.98g/cm3(實(shí)施例3)顯示相對高的透氣度(Gurley)。一些實(shí)施方案中，表觀密度小于0.98g/cm3，但大于0.80g/cm3。硬木漿與短纖維的混合物以及軟木漿與長纖維的混合物(比較例H)不具備落入本發(fā)明所希望的范圍內(nèi)的屏障性能，但是，使每一類型的紙漿分布于單一層中，可得到高的LRV，其優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)樣品的如果含短纖維層的定量為至少55g/m2(實(shí)施例4)的話。權(quán)利要求1、一種紙，其按照ASTMF1608測定的對數(shù)減少值為至少3.6，密度為至少0.80g/cm3，定量為至少約55g/m2，所述紙由基本由木漿組成的纖維組分構(gòu)成，其中所述木漿為精制漿，其加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度小于360ml，重量加權(quán)平均長度小于3mm。2、權(quán)利要求l所述的紙，其對數(shù)減少值為至少4。3、權(quán)利要求l所述的紙，其對數(shù)減少值為至少5。4、權(quán)利要求l所述的紙，其中所述木漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度小于約300ml。5、權(quán)利要求4所述的紙，其中所述木漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度小于約250ml。6、權(quán)利要求l所述的紙，其中所述紙的定量為約80g/m2~100g/m2。7、權(quán)利要求1所述的紙，其中所述紙的密度大于約0.80g/cm3，且小于約0.98g/cm3。8、權(quán)利要求l所述的紙，其中所述木漿的重量加權(quán)平均長度小于約1.2mm。9、權(quán)利要求l所述的紙，其中所述木漿為漂白硬木漿。10、權(quán)利要求l所述的紙，其中所述紙是經(jīng)過壓光的。11、權(quán)利要求l所述的紙，其中所述紙的葛爾萊透氣度不超過約250秒.12、權(quán)利要求ll所述的紙，其中所述紙的葛爾萊透氣度不超過約50秒。13、權(quán)利要求l所述的紙，其中在紙的整個表面上或選擇區(qū)域中涂覆熱封組合物。14、一種多層紙結(jié)構(gòu)，其中至少一層是權(quán)利要求l所述的紙。15、權(quán)利要求14所述的多層紙，其中在所述多層紙的整個表面上或選擇區(qū)域中涂覆熱封組合物。16、權(quán)利要求H所述的多層紙，其中所述多層紙經(jīng)過壓光的。17、權(quán)利要求14所述的多層紙，其中所述多層紙的葛爾萊透氣度不超過約250秒，18、一種多層紙，其包括包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的木漿紙的第一層，它被夾在包含木漿的第二和第三紙層之間，其中第二和第三層中的木漿包含重量加權(quán)平均長度為至少約3mm的纖維，且其中所述多層紙已被壓光。19、權(quán)利要求18所述的多層紙，其中第二層和第三層進(jìn)一步包含至多約70重量％的合成纖雄。20、一種醫(yī)用包裝，其包含熱封至第二組件的封蓋組件，其中所述封蓋組件包含權(quán)利要求1或14所述的木漿紙。21、一種空氣過濾器，其包含權(quán)利要求l所述的紙。22、一種液體過濾器，其包含權(quán)利要求l所述的紙。全文摘要本發(fā)明提供一種木漿紙，其用于諸如醫(yī)用包裝、空氣過濾器、液體過濾器的需要微生物屏障性能的產(chǎn)品應(yīng)用中，以及其它用途。如按照ASTMF-1608測定的對數(shù)減少值所度量的，相比于本領(lǐng)域已知的木漿紙，該紙顯著提高了微生物屏障性能。文檔編號D21H11/00GK101300388SQ200680041343公開日2008年11月5日申請日期2006年11月7日優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日發(fā)明者D·C·羅伯茨,I·V·布萊特索斯,M·R·萊維特申請人:納幕爾杜邦公司