專利名稱：易流動和可計量的致密化纖維顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及易流動和可計量的致密化纖維顆粒。產(chǎn)品在機械作用下易于分散在水中或無水介質(zhì)中，且作為添加劑特別有用于粘結(jié)組合物。
背景技術(shù)：
纖維素纖維通常在長網(wǎng)篩上濕法形成并壓成薄片。將薄片脫水、干燥并卷成大卷以便貯藏和裝運到客戶方。為了使用紙漿，客戶通常把薄片導(dǎo)入捶磨機或切塊機中將纖維分離和單個化(singulate)，也就是說將薄片分成小片斷或單個纖維，其隨后形成絨漿供客戶使用。
對于某些用途，絨漿可以直接使用，例如制造氣流成網(wǎng)的吸收制品。但是，對于許多其它用途，包括但不限于吸收制品和作為粘結(jié)材料的添加劑以及模壓或擠壓的聚合物制品，必須將漿料分散至水性介質(zhì)中。但是，當(dāng)例如用于粘結(jié)制品或聚合制品時，絨漿是不易流動和/或不可計量的，難以在混合時精確測量。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種漿制品，它不但易于分散至水性介質(zhì)或無水介質(zhì)中，而且是易流動和可計量的，以至于它在批量或連續(xù)地生產(chǎn)成最終產(chǎn)品如粘結(jié)品、聚合品或由絨漿制備的其它制品時，可運輸和精確測量。產(chǎn)品本身包括易流動、可計量和易于分散的纖維素纖維材料。所述材料包括多個離散顆粒，其中的每一個包括多個單個化和致密化的纖維素纖維。這些顆粒將易于彼此滑動或流動，因此它們易于使用常規(guī)用于微粒的材料處理設(shè)備運輸。在一實施方案中，顆粒相對扁平且有至少約10mm2的總表面積。顆粒具有大于或等于0.3g/cc的密度是優(yōu)選的。
本發(fā)明還提供一種制備易于分散到水性介質(zhì)或無水介質(zhì)中的易流動可計量的纖維素顆粒的方法。該方法包括首先將纖維素纖維單個化以形成多個單個化的非粘結(jié)的纖維，其后致密單個化纖維，并將纖維制成每個包括多個非粘結(jié)纖維的離散顆粒?？梢允紫戎旅軉蝹€化纖維，然后制成離散顆粒而形成顆粒。也可以致密化和形成顆粒同時進(jìn)行而制成顆粒，或通過將纖維群分離和致密化成離散顆粒。
優(yōu)選實施方案的詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明，將纖維素纖維轉(zhuǎn)化成易流動和可計量的形式。本發(fā)明包括多個離散顆粒。每個離散顆粒本身又由多個紙漿纖維組成。離散顆粒由單個化的紙漿纖維制成，其然后致密化和形成離散顆粒。離散顆粒不僅是利用常規(guī)的材料處理設(shè)備可計量和易流動的，而且在置于水性介質(zhì)或者無水介質(zhì)中時容易和迅速地分散成多個單個化的紙漿纖維。在水性介質(zhì)中的分散通常要求輕微的攪拌以引起介質(zhì)和纖維的相對運動。在無水介質(zhì)中的分散要求機械混合以引起介質(zhì)和纖維的相對運動。這些顆粒在其中纖維功能是作為填充劑和增強劑的最終產(chǎn)品的制造中特別有用。這種材料的例子包括粘結(jié)制品如墻板，和由聚合材料制成的模壓和擠壓制品。
單個化纖維可以用各種各樣的方法生產(chǎn)?？梢詫⒃诔Ｒ?guī)的漿磨機中生產(chǎn)的漿片導(dǎo)入捶磨機中，且分離成單個纖維以形成可用于本發(fā)明的單個化紙漿纖維?；蛘?，也可將永不變干的漿狀物直接從漿磨機中引入氣流干燥器以同時干燥和單個化紙漿纖維，從而制備單個化紙漿纖維。以這種方式制造單個化紙漿纖維的方法公開在均未授權(quán)的美國專利申請No.09/998,143(申請日2001年10月30日，發(fā)明名稱制備干燥的單個化纖維素紙漿纖維的方法)和美國專利申請No.10/051,872(申請日2002年1月16日，發(fā)明名稱制備干燥的單個化交聯(lián)纖維素紙漿纖維的方法)中。這些申請以其全文在此專門引入作為參考。
各種不同的漿料均可用來制備特別用于本發(fā)明的單個化紙漿纖維。任何牛皮漿、亞硫酸鹽、蘇打或堿的熬煉方法被認(rèn)為是對獲得可用于本發(fā)明的漿料適合的。用于本發(fā)明的適合的漿料也可用機械制漿的方法獲得，如熱機械紙漿、化學(xué)熱機械紙漿、精制機械紙漿和磨削木料。對于在粘結(jié)材料的最終使用中特別有用的漿料具有低的化學(xué)需氧量，且在美國專利申請No.10/209,497(申請日2002年7月30日，發(fā)明名稱極低COD的原色漿料)中描述。這個申請以其全文在此引入作為參考。根據(jù)本發(fā)明，另外可用的漿料從華盛頓州塔科馬市的韋爾豪澤(Weyerhaeuser)公司以品名TYEE銷售。TYPP漿料是一種由鋸屑制造的漂白的軟木漿。
從中獲得漿料的纖維素纖維可以來自任何木質(zhì)或非木質(zhì)原料中得到的。所有的纖維素纖維原料中，由于其可供性和價格優(yōu)勢，木漿是最優(yōu)選的。纖維素纖維的天然原料包括軟木類，其包括南方松木、花旗松(Douglas fir)、云杉、鐵杉和輻射松(Radiata pine)。除這些軟木纖維原料外，漿料也可以從硬木類，如桉樹中制備。非木質(zhì)的纖維素纖維也可使用，包括稻草、亞麻、槿麻、大麻、黃麻、蔗渣、劍麻、或相似材料。像木基纖維一樣，非木質(zhì)纖維原料也可以制漿，且隨后用來提供制備可用于本發(fā)明的單個化紙漿纖維的漿料。
根據(jù)本發(fā)明，合適的輔劑，如其它纖維，天然的或合成的，和/或任何化學(xué)處理劑，也可處理之前與漿料混合。合適的輔劑包括偶合劑、硅酸鹽、沸石、乳膠、交聯(lián)劑、松解劑、表面活性劑、分散劑、粘土、碳酸鹽、殺蟲劑、染料、抗微生物的組合物、阻燃劑、防腐劑、合成纖維(如聚丙烯、聚酯、聚酰胺、人造纖維萊賽爾(lyocell))、玻璃纖維、碳纖維和任何其它天然纖維(如羊毛、絲和不同種類的木質(zhì)和非木質(zhì)纖維如硬木、軟木、OCC、ONP、棉花、稻草、亞麻、大麻、黃麻、蔗渣、劍麻和槿麻及相似材料)。偶合劑用于，例如更好地將纖維粘結(jié)到基體上。其它合適的輔劑的例子在Christopher J.Biermann(Biermann)的《制漿和造紙手冊(Handbook of Pulping andPapermaking)》第二版，第194-206頁中描述，這些頁的全部內(nèi)容在此引入作為參考。其它制漿的輔劑在美國專利申請No.10/187,213中描述(申請日2002年6月28日；發(fā)明名稱使用氣流干燥器和注入的蒸汽制備干燥的單個化纖維素紙漿纖維的方法和由此生成的產(chǎn)品)，其公開內(nèi)容全部在此引入作為參考。
根據(jù)本發(fā)明，將如上生產(chǎn)的單個化纖維接著進(jìn)行致密化。纖維可以用幾種常規(guī)方法中的任一種單獨致密化。致密的一種通用形式是讓松散地纏結(jié)在一起的單個化纖維團在一對壓送輥之間運動，壓送輥將它們擠壓成松散纏結(jié)的片。如果需要，單個化紙漿纖維可在常規(guī)氣流成網(wǎng)機中氣流成網(wǎng)。氣流成網(wǎng)墊可接著用常規(guī)方法致密化或擠壓，然后用旋轉(zhuǎn)沖床或旋轉(zhuǎn)沖模形成多個離散顆粒。相信致密化的這種形式是將纖維機械地粘結(jié)，雖然一些離子鍵合也可能出現(xiàn)。然后將致密化的纖維薄片剪切、成形或另外形成離散的顆粒。每個顆粒包含多個機械地粘合到一起的單個化的紙漿纖維。各種不同的方法可用來將纖維制成離散顆粒。這些方法包括，但不限于，剪切、切割、旋轉(zhuǎn)沖壓和旋轉(zhuǎn)沖模剪切。其它已知的方法也可以使用。
單個化紙漿纖維也可以同時進(jìn)行致密和制成離散顆粒。各種常規(guī)設(shè)備可用于此目的?？捎眯D(zhuǎn)型的模具，例如，從單個化紙漿纖維團中制成煤磚狀的離散顆粒。在旋轉(zhuǎn)型模具中，單個化的紙漿纖維被同時擠壓和模壓至類似于壓送輥的匹配輥上的空腔中。單個化紙漿纖維團也可引入一套配對齒輪之間，在其中將漿料在齒輪和齒輪的空隙中擠壓。
根據(jù)本發(fā)明制備的易流動和可計量的離散顆粒優(yōu)選地具有大于或等于0.3g/cc的密度。優(yōu)選的密度在0.3-2g/cc之間，而最優(yōu)選的密度在0.3-1g/cc之間。對形狀無具體的要求。但是，顆粒必須足夠小以使彼此易流動并且必須是可計量的，全部利用用于顆粒材料的常規(guī)材料處理設(shè)備。當(dāng)顆粒一般為扁平時，如當(dāng)薄片被剪切或被沖壓成離散顆粒時所出現(xiàn)的，優(yōu)選地扁平顆粒的上下兩面的總表面積在10-150mm2之間，且厚度約為0.5-10mm，優(yōu)選的厚度為2-5mm。根據(jù)本發(fā)明制備的易流動和可計量的離散顆粒，當(dāng)引入水性介質(zhì)或無水介質(zhì)中時，是可容易和迅速地分散的，在介質(zhì)中幾乎立即分離成單獨的或單個化的纖維。
實施例下面的實施例用來詳細(xì)說明本發(fā)明，而不是以任何方式限制這里所定義的本發(fā)明的范圍。
實施例1單個化的紙漿纖維直接從氣流干燥器的篩式運輸機中移出，其先前已經(jīng)將從不干燥的牛皮紙漿單個化和干燥。單個化的紙漿纖維穿過壓送輥形成致密化的纖維墊。致密化的墊片厚度為0.05英寸。將薄片剪成1/4英寸的正方形。該正方形在斜面上彼此容易流動。當(dāng)大約20個如此制備的正方形放置在500ml裝有溫水的燒杯中時，在輕微攪拌下它們在不到一分鐘的時間內(nèi)就完全、快速地分散。
實施例2如實施例1，從氣流干燥器的篩式運輸機中移出的單個化紙漿纖維被插入成墊器中。成墊器以商品名Pocket Former銷售，且可從華盛頓州塔科馬市的Automated Systems獲得。墊約4英寸×12英寸。這些墊在壓送輥上穿過，直到它們的厚度約1/8英寸。安裝具有1/4英寸×3/4英寸切口的單沖程的金屬沖床。然后通過該切口將致密化薄片沖出具有相同尺寸的沖孔。從沖壓片上沖出的芯包括離散的顆粒。相對于用壓送輥擠壓獲得的材料而言，如此制備的離散顆粒體的主要部分不用再致密化；但是，邊緣被完全地擠壓和密封。這些邊緣保持了沖芯的形狀。多個沖芯在斜面上容易彼此流動。當(dāng)10個沖芯放置在9500ml裝有溫水的燒杯中時，在輕微攪拌下它們在不到一分鐘的時間內(nèi)就完全、快速地分散。由于沖床的剪切和擠壓作用，沒有可見的接口或結(jié)。
實施例3用常規(guī)的牛皮紙漿薄片制備對照顆粒。以常規(guī)方式在長網(wǎng)壓力機上制備牛皮紙薄片，然后干燥。墊片上的纖維未被單個化或另外分離成單個纖維。將牛皮紙薄片剪切成與實施例1相似的邊長約1/4英寸的正方形。當(dāng)這些正方形塞入有溫水的燒杯中并攪拌時，一分鐘后未觀察到分散的跡象，試驗停止。
盡管已經(jīng)詳細(xì)說明和闡述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但應(yīng)當(dāng)理解在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作各種不同的變化。
權(quán)利要求
1.一種易流動、可計量且可分散的纖維素纖維材料，其包括多個離散顆粒，其中每個顆粒含有多個單個化的和分散的纖維素纖維。
2.權(quán)利要求1的材料，其中所述的顆粒是扁平的，并具有大于或等于10mm2的總表面積。
3.權(quán)利要求2的材料，其中所述的表面積在10-150mm2的范圍內(nèi)。
4.權(quán)利要求1的材料，其中所述的顆粒具有大于或等于0.3g/cc的密度。
5.權(quán)利要求4的材料，其中所述的密度范圍為0.3-2g/cc。
6.權(quán)利要求5的材料，其中所述的密度范圍為0.3-1g/cc。
7.權(quán)利要求1的材料，其中所述的顆粒在少于約一分鐘的時間內(nèi)即可分散于溫水中。
8.權(quán)利要求2的材料，其中所述的顆粒具有0.5mm或更大的厚度。
9.權(quán)利要求3的材料，其中所述的厚度范圍為0.5-10mm。
10.權(quán)利要求1的材料，其中所述的纖維素纖維還包括輔劑，輔劑選自偶合劑、硅酸鹽、沸石、乳膠、交聯(lián)劑、松解劑、表面活性劑、分散劑、粘土、碳酸鹽、殺蟲劑、染料、抗微生物的組合物、阻燃劑、防腐劑、合成纖維、玻璃纖維、碳纖維和天然纖維。
11.權(quán)利要求10的材料，其中的合成纖維選自聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、人造纖維和萊賽爾。
12.權(quán)利要求10的材料，其中的天然纖維選自硬木、軟木、棉花、羊毛、絲、稻草、亞麻、大麻、黃麻、蔗渣、劍麻、槿麻、再生漿料、OCC和ONP。
全文摘要
纖維質(zhì)材料的離散顆粒是易流動和可計量的。它們?nèi)菀椎胤稚⒂谒越橘|(zhì)或無水介質(zhì)中。顆粒包括已致密的單個化纖維素纖維。顆粒具有至少0.3g/cc的密度。
文檔編號C04B16/02GK1500937SQ200310102598
公開日2004年6月2日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者拉蒙·C·德祖特, 邁克爾·R·漢森, R 漢森, 拉蒙 C 德祖特 申請人:韋爾豪澤公司