專利名稱：紙或紙板產(chǎn)品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造紙或紙板產(chǎn)品的方法，所述紙或紙板產(chǎn)品包含配料(furnish)(所述配料包含淀粉和微原纖化纖維素(microbrillated cellulose))。
背景技術(shù)：
在造紙工藝中，正在尋找以降低的成本制造紙或紙板，而不損害產(chǎn)品性質(zhì)，例如，不降低產(chǎn)品強(qiáng)度的方式。
降低成本的一種方式是提高紙或紙板產(chǎn)品的填料含量，并由此能夠降低紙或紙板中的纖維量。除了在經(jīng)濟(jì)上有利之外，填料也改善產(chǎn)品的不透明性和打印性質(zhì)。然而，在產(chǎn)品中大量的填料降低強(qiáng)度。因此，在可能的填料添加量和制造的紙或紙板的需要的強(qiáng)度之間存在平衡。而且，在紙板的制造期間，希望制造結(jié)實(shí)但是低密度的產(chǎn)品。當(dāng)提高紙板強(qiáng)度時(shí)，密度通常提高。因此在希望的強(qiáng)度和紙板產(chǎn)品密度之間存在平衡。通過(guò)改善在紙或紙板中的纖維之間的纖維粘合性質(zhì)，可補(bǔ)償例如通過(guò)添加大量填料或通過(guò)提高的紙厚(bulk)導(dǎo)致的強(qiáng)度降低，由此維持強(qiáng)度。迄今為止，用于改善紙或紙板強(qiáng)度(特別是干強(qiáng)度)的主要處理是在片材形成操作之前向所述配料添加強(qiáng)度劑(strength agent)，優(yōu)選為陽(yáng)離子淀粉。添加至所述配料的陽(yáng)離子淀粉分子能夠通過(guò)靜電吸引附著于天然陰離子紙漿纖維，并由此保留在濕纖維氈中和留在最終紙或紙板中。當(dāng)為了實(shí)現(xiàn)高所得紙強(qiáng)度而將大量陽(yáng)離子淀粉添加至造紙配料時(shí)，出現(xiàn)兩個(gè)主要問(wèn)題。第一個(gè)是，陽(yáng)離子淀粉分子傾向于飽和纖維素纖維上的陰離子電荷，由此使可添加至漿料中的陽(yáng)離子淀粉的量受限。如果添加過(guò)量陽(yáng)離子淀粉，那么僅部分的添加淀粉將保留在片材中，剩余的將在紙或板機(jī)器白水系統(tǒng)中循環(huán)。第二個(gè)問(wèn)題是，通過(guò)過(guò)量陽(yáng)離子淀粉添加而帶有正電荷的纖維將不能吸附通常添加至紙漿漿料的其它陽(yáng)離子添加劑，例如上漿劑和助留劑。而且，高淀粉量在制造過(guò)程中經(jīng)常導(dǎo)致流動(dòng)性、微生物學(xué)和發(fā)泡的問(wèn)題。近來(lái)發(fā)現(xiàn)，將微原纖化纖維素添加至紙或板將提高產(chǎn)品強(qiáng)度，很可能是由于改善的纖維粘合。然而，仍需要具有良好強(qiáng)度性質(zhì)的成本效率的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供能夠以容易和成本效率的方式制造具有改善的強(qiáng)度和密度的紙或紙板的方法。這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)通過(guò)權(quán)利要求I的紙或紙板產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明涉及制造紙或紙板產(chǎn)品的方法，該方法包括以下步驟提供包含纖維的配料，將淀粉添加至所述配料，將微原纖化纖維素添加至所述配料，并將所述配料導(dǎo)向造紙網(wǎng)(wire)，形成紙幅(web)，其中將淀粉和微原纖化纖維素分別添加至所述配料。已經(jīng)顯示，同時(shí)包含淀粉和微原纖化纖維素(MFC)的產(chǎn)品提高產(chǎn)品強(qiáng)度，這是由于可提高淀粉量而不提高紙或紙板產(chǎn)品的密度。
優(yōu)選地，所述配料包含2-15重量％的淀粉和1-15重量％的微原纖化纖維素。產(chǎn)品的淀粉量和MFC的量各自取決于產(chǎn)品的最終用途和相應(yīng)的希望的性質(zhì)。高淀粉量將提高產(chǎn)品強(qiáng)度，已經(jīng)顯示，MFC和淀粉的組合使得產(chǎn)品可保留較大量的淀粉。由所述包含淀粉和微原纖化纖維素的配料形成的紙幅優(yōu)選形成紙或紙板產(chǎn)品的層。紙或紙板產(chǎn)品優(yōu)選為包含至少兩個(gè)層的多層產(chǎn)品。以下情況可為優(yōu)選的所述產(chǎn)品包含至少三個(gè)層，位于產(chǎn)品中間的層包含配料(所述配料包含淀粉和微原纖化纖維素)，即，由所述包含淀粉和MFC的配料形成的紙幅形成紙或紙板的中間層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及制造紙或紙板產(chǎn)品的方法，所述紙或紙板產(chǎn)品包含配料(所述配料包含淀粉和微原纖化纖維素)。所述配料的淀粉含量為2-15重量％，優(yōu)選為3-5重量％。因此，產(chǎn)品的淀粉含量由此為2-15重量％，優(yōu)選為3-5重量％。所述配料優(yōu)選包含纖維素纖維。纖維素纖維可為硬木和/或軟木纖維?？蓪?duì)纖維素纖維進(jìn)行機(jī)械，化學(xué)機(jī)械和/或化學(xué)處理。纖維也可為漂白的或未漂白的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將淀粉和微原纖化纖維素(MFC)添加至配料對(duì)于紙或紙板的強(qiáng)度具有非常良好的效果。同時(shí)包含淀粉(大量)和MFC的產(chǎn)品使得產(chǎn)品可保留較大量的淀粉。還意料不到地發(fā)現(xiàn)，同時(shí)添加淀粉(大量)和MFC不提高產(chǎn)品的致密化。MFC和淀粉的組合由此當(dāng)提高紙或紙板產(chǎn)品的強(qiáng)度而不提高產(chǎn)品密度至相同程度時(shí)具有協(xié)同作用。由此可降低紙或紙板產(chǎn)品的密度，但是仍能夠制造結(jié)實(shí)的產(chǎn)品。以此方式，可制造便宜得多的產(chǎn)品，這是由于產(chǎn)品的纖維含量可降低并且強(qiáng)度可維持(與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的產(chǎn)品相比)。而且，產(chǎn)品的重量將降低，其將降低在運(yùn)輸和處理中的成本。微原纖化纖維素(MFC)(也稱為納米纖維素)是由木材纖維素纖維制造的材料，其中單獨(dú)的微原纖維彼此之間已經(jīng)部分或完全分離。MFC通常為非常薄的r20nm)，長(zhǎng)度經(jīng)常為IOOnm-IOii m。然而,微原纖維也可較長(zhǎng),例如為10-100 y m,但是也可使用高達(dá)200 y m的長(zhǎng)度。已被原纖化和在表面上具有微原纖維的纖維以及被分離和位于漿料水相中的微原纖維包含在MFC定義中。MFC能夠以許多不同的方式制造。可機(jī)械處理纖維素纖維，使得形成微原纖維。用細(xì)菌制造納米纖維素或微原纖化纖維素是另一選擇。也可借助于破壞或溶解纖維的不同化學(xué)品和/或酶由纖維素制造微原纖維。MFC制造的一個(gè)實(shí)例在W02007091942中示出，其描述了借助于勻漿(refining)與添加酶的組合制造MFC。
也可在添加至所述配料之前將微原纖化纖維素改性。以此方式，可改變它與其它物質(zhì)的相互作用和親和性。例如，通過(guò)向MFC引入更多陰離子電荷，提高M(jìn)FC的原纖維和原纖維聚集體的穩(wěn)定性。如何改性微原纖化纖維例如取決于所述配料中存在的其它組分。所述配料包含2-15重量％的淀粉,優(yōu)選為3-5重量?jī)?yōu)選地,所述配料還包含1-15重量％的MFC。添加至所述配料的淀粉和MFC的選擇量各自取決于制造的最終產(chǎn)品和希望的產(chǎn)品性質(zhì)。較高淀粉量將提高產(chǎn)品強(qiáng)度。然而，由于可能發(fā)生其它問(wèn)題，不可能將淀粉量提高太多。此外，MFC的量必須基于淀粉量調(diào)節(jié)，當(dāng)然也基于產(chǎn)品的最終用途調(diào)節(jié)。太高的MFC量可導(dǎo)致脫水問(wèn)題，這是由于MFC是非常細(xì)的容易吸水的材料，提高的含量將使得更加難以將產(chǎn)品脫水。紙或紙板產(chǎn)品優(yōu)選為包含至少兩個(gè)層的多層產(chǎn)品。優(yōu)選的是，產(chǎn)品包含至少三個(gè)層，以及位于產(chǎn)品中間的層包含配料(所述配料包含淀粉和微原纖化纖維素)。然而，這種情況也是可能的產(chǎn)品的至少一個(gè)外層或者甚至產(chǎn)品的所有層包含配料(所述配料包含淀粉和MFC)。對(duì)于一些產(chǎn)品，至少一個(gè)外層包含配料(所述配料包含淀粉和MFC)可為有利的。以此方式，可提高該層的強(qiáng)度和/或松厚度(bulk)。結(jié)果，取決于產(chǎn)品的最終用途決定哪個(gè)層和多少層將包含配料(所述配料包含淀粉和MFC)。不必紙或紙板產(chǎn)品的層中的全部配料包含淀粉和MFC，但是優(yōu)選地，將淀粉和MFC添加至該層的大部分配料。然而，所述層也可包含其它組分，例如不含淀粉和MFC的破碎紙衆(zhòng)(broke pulp)。所述配料也可含有各種量的填料以提高例如工藝物質(zhì)和制造的物質(zhì)的流動(dòng)性和成本效率。也可添加在紙或紙板的制造中其它常用的添加劑。所述紙板產(chǎn)品優(yōu)選為高質(zhì)量紙板產(chǎn)品，例如液體包裝紙板、繪畫板或食品用紙板。所述紙產(chǎn)品優(yōu)選為高質(zhì)量紙，例如A或B級(jí)的復(fù)印紙、繪圖紙、LWC、SC或報(bào)紙(用于高速打印機(jī))。制造紙或紙板產(chǎn)品的方法包括以下步驟提供包含纖維的配料，將淀粉添加至所述配料，將微原纖化纖維素添加至所述配料，并將所述配料導(dǎo)向造紙網(wǎng)以形成紙幅。淀粉和MFC的添加優(yōu)選在成漿池中或在風(fēng)扇泵之前進(jìn)行。也可添加至循環(huán)水中，隨后將循環(huán)水添加至所述配料。然而，可使用淀粉和MFC的所有實(shí)際添加點(diǎn)，只要在導(dǎo)向造紙網(wǎng)之前具有足夠時(shí)間和將淀粉和MFC與所述配料混合即可。淀粉和MFC分別添加。優(yōu)選首先添加淀粉，然后添加MFC。可將淀粉和MFC在添加至所述配料之前混合，然而結(jié)果不如分別添加淀粉和MFC那么好。然后可將淀粉和MFC在添加至所述配料之前通過(guò)蒸煮混合，優(yōu)選使用噴射式煮漿鍋(jet-cooker)。已經(jīng)顯示，通過(guò)蒸煮淀粉和MFC的混合物，MFC顯示較少的絮凝傾向。而且，通過(guò)改變例如淀粉的電荷和電荷密度，可得到不同程度的絮凝，由此可中和MFC的電荷。這可影響纖維和最終填料在產(chǎn)品中的脫水和保留。也可在MFC上添加淀粉層，然后將此混合物添加至所述配料，S卩，可創(chuàng)建多層效果。實(shí)施例使用的材料在570 CSF 漂白的化學(xué)熱機(jī)械紙衆(zhòng)(Bleached chemothermomechanicalpulp,BCTMP)。微原纖化纖維素(MFC)通過(guò)以下方法制備用2Ws/m的邊緣載荷(edge load)將4%稠度的漂白的硬木亞硫酸鹽紙漿勻漿至28SR。隨后將紙漿用活度為0. 85E⑶/g的Endoglucanase (Novozym 476)酶處理。將酶計(jì)量并添加至紙衆(zhòng)，隨后將紙衆(zhòng)在50°C在pH 7處理2小時(shí)。在酶處理后，洗滌紙漿并將酶在80°C失活30分鐘。隨后將紙漿再勻漿I次，達(dá)到90-95SR，然后通過(guò)使3%稠度的紙漿先后通過(guò)400 u m室和100 y m室(其中形成使用的 MFC)，將勻衆(zhòng)的紙衆(zhòng)流體化(Microf luidizer, Microfuidics corp.)。使用的淀粉為陽(yáng)離子淀粉Raisamyl 70021，Ciba (現(xiàn)在為BASF)。 使用的 C-PAM 為 Percol 292NS, Ciba (現(xiàn)在為 BASF)。使用的 BMA 為 Eka NP495, Eka Chemicals。
實(shí)施例I :將干燥BCTMP在水中皂化過(guò)夜，然后分散在熱水中。隨后將BCTMP懸浮液稀釋至0. 3%的濃度。也將制造的MFC稀釋至0. 3%的濃度并使用廚房混合器分散。使用Formette片材形成器制備用于測(cè)試的片材。所述片材根據(jù)下列操作制備；將測(cè)量以制造150gsm片材的紙漿懸浮液添加至貯槽。在攪動(dòng)期間，添加淀粉(如果使用的話)和MFC (如果使用的話)。在30秒后，添加500g/tC-PAM，在另外30秒后，將300g/t BMA添 加至原料(stock)，然后開始片材形成。將形成的片材濕壓并干燥，同時(shí)限制收縮率。測(cè)試干燥片材的結(jié)構(gòu)密度(根據(jù)SCAN P 88:01)、z-強(qiáng)度(根據(jù)SCAN P 80:88)和拉伸強(qiáng)度指數(shù)(根據(jù) ISO 1924-3)。表I :強(qiáng)度和密度測(cè)試的結(jié)果。
祥品結(jié)構(gòu)密度(kg/m3> z-li度(kPa)拉伸強(qiáng)度指數(shù)幾
____何平均值(Nm/g)
參照 570CSF 388__103__27_
添加 5% MFC 459 21840
添加5%淀粉 396 14232
添加 5% MFC 和 436 24044
2.5% 淀粉__
添加 5% MFC 和 42625647
5%淀粉_____I從上表I可清楚地看出，添加MFC和淀粉的組合極大提高強(qiáng)度、Z-強(qiáng)度和拉伸指數(shù)。而且，片材的致密化與僅添加MFC相比降低。實(shí)施例2 還進(jìn)行了以下試驗(yàn)，其中將MFC和陽(yáng)離子淀粉預(yù)先混合或分別添加至原料。當(dāng)預(yù)先混合時(shí)，將MFC和陽(yáng)離子淀粉在添加至原料之前良好混合。當(dāng)分別添加時(shí)，首先添加陽(yáng)離子淀粉并與原料良好混合5分鐘，然后添加MFC。在兩個(gè)樣品(預(yù)先混合的樣品和分別添加的樣品)中添加25kg/t的MFC和20kg/t的陽(yáng)離子淀粉。在將MFC和陽(yáng)離子淀粉添加至原料后，以與實(shí)施例I中所述相同的方式使用formette片材形成器。使用不含任何MFC和陽(yáng)離子淀粉的原料作為參照。斯科特粘合(ScottBond)根據(jù) TAPPI UM-403 測(cè)量。表2 :強(qiáng)度和密度測(cè)試的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.制造紙或紙板產(chǎn)品的方法，該方法包括以下步驟 -提供包含纖維的配料， -將淀粉添加至所述配料， -將微原纖化纖維素添加至所述配料， -將所述配料導(dǎo)向造紙網(wǎng)，形成紙幅， 其中將所述淀粉和微原纖化纖維素分別添加至所述配料。
2.權(quán)利要求I的方法，其特征在于添加2-15重量％的淀粉和1-15重量％的微原纖化纖維素。
3.前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于由所述包含淀粉和微原纖化纖維素的配料形成的紙幅形成所述紙或紙板產(chǎn)品的層。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述紙幅形成所述紙或紙板產(chǎn)品的中間層。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造紙或紙板產(chǎn)品的方法，該方法包括以下步驟提供包含纖維的配料，將淀粉添加至所述配料，將微原纖化纖維素添加至所述配料，將配料導(dǎo)向造紙網(wǎng)，形成紙幅，其中將所述淀粉和微原纖化纖維素分別添加至配料。
文檔編號(hào)D21H17/25GK102639788SQ201080054529
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者I.海斯凱恩, L.阿克魯普, M.里克科恩 申請(qǐng)人:斯托拉恩索公司