專利名稱：增強的多孔纖維產品的制作方法
增強的多孔纖維產品本發(fā)明涉及包含化學漿料纖維或木材纖維和填料顆粒的多孔纖維產品，和涉及制 造該產品的方法。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方法。傳統(tǒng)地，多孔袋紙或用于生產載物袋(carrier bag)的紙已經在沒有填充劑的情 況下生產。強度性能是尤其重要的，特別地在袋紙的情況下，并且填料減弱強度。在另一 方面，使用填料將包括能夠降低昂貴的化學漿料纖維的量的優(yōu)點，同時提供提高的可印刷 性和紙板機(board machine)的可運行性，因為填料并不如化學漿料纖維吸收同樣多的 水。通常地，紙袋的強度通過精制(refine)紙漿、使用化學漿料纖維和通過在網部(wire section)的適合的纖維取向獲得。對于由袋紙制成的袋子必須具有孔隙度，使得當填裝它 時空氣能夠迅速從袋內部去除。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值測量或，另外地，通過Bendtsen儀器測量。 Gurley可以用于測量在1. 22kPa的壓力下對于100cm3的空氣花費多長時間流過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，這導致機器的生產 性的降低，因為對于在該工藝中精制需要更多的時間并且增加了能量消耗。提高漿料的精 制也降低了在網部去除水的速度，這意味著傳送到壓榨部分(press section)的紙網幅包 含更多水分。也可以通過特定的化學品例如助留劑(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量的針孔(pinhole)來 提供所需的孔隙度。在此情況下，該針孔機械地在袋中制成。但是，機械處理會損壞袋紙。 而且，這還需要額外的加工時間和能量花費。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由于撕裂強度，尤其纖維取向是重要的因素，其應該在網部被考慮進去。一般 地，使用淀粉以提高紙的強度。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，需要結合孔隙度、強度、可印刷性、在網部更快的水去除、和用更價 廉的材料代替較貴的化學漿料纖維例如填料聚結物(agglomerate)。而且，優(yōu)選能夠達到高 孔隙度水平而沒有機械地穿孔該材料。本發(fā)明的目的是提供多孔纖維產品，盡管填料包含在其中，但其保持了高強度性 能。令人驚訝地，與使用常規(guī)填料相比，已經觀察到通過使用填料顆粒，例如聚結物， 很大程度地防止了在強度上的降低而沒有聚集。本發(fā)明因此涉及包含化學漿料或木材纖維的多孔纖維產品。更精確地，根據本發(fā)明的產品體現特征于在權利要求1的特征部分所提出的內容。根據本發(fā)明的方法體現特征于在權利要求13的特征部分所提出的內容，和根據 本發(fā)明的產品的用途體現特征于在權利要求12的特征部分所提出的內容。本發(fā)明提供纖維制品，優(yōu)選紙或紙板產品，更優(yōu)選袋紙產品，其時多孔的并具有與 通過已知方法生產的產品相比高的強度水平和提高的勁度。尤其，通過本發(fā)明提供的產品 具有良好的可印刷性和可涂覆性，高強度，良好的水分分布(moisture profile)和厚度，尤 其在制袋機(sack machine)中，良好的Τ. Ε. Α.值(拉伸能量吸收)和撕裂強度、高勁度和 孔隙度。根據本發(fā)明的該袋紙產品可通過使用一層而非常規(guī)的四層制造。換而言之，關于 孔隙度，可以獲得技術上改進的袋產品，其是比相應的已知產品更有利的并在沒有機械穿 孔的情況下被制成多孔的。本發(fā)明的其他細節(jié)和優(yōu)點在以下詳細說明中公開。

圖1顯示了三種不同袋紙的拉伸強度指數的圖形比較，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度的圖形對比；圖3Α-Κ顯示了不圖袋紙的性能的圖形對比；圖3Α和3Β顯示該紙的拉伸強度，圖 3C和3D顯示它們的撕裂強度，圖3Ε和3F顯它們的拉伸能量吸收值，圖3G和3Η顯示伸長 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顯示根據本發(fā)明的纖維產品的電子顯微圖；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)明涉及包含化學漿料或木材纖維的多孔纖維產品，其中在纖維間結合 (attach)有結構的填料顆粒(structural filler particles)。這些顆粒提高該產品的孔 隙度和將該纖維彼此粘結，由此該強度保持維未改變或甚至相比于沒有包含填料的原始纖 維產品是提高的。該纖維產品優(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)選包含化學漿料或是機械漿料纖維、精制機械漿料纖 維(refiner mechanical pulp fibres)或化學-機械精制漿料纖維，該包含化學漿料的纖 維是通過硫酸鹽方法生產的，包含木質素并特別適合例如用于生產牛皮紙。根據優(yōu)選的實施方案，該纖維制品的孔隙度按Gurley值測量是在10秒/IOOml以 下。但是，根據本發(fā)明，可獲得具有低至5秒/IOOml的Gurley值的高度多孔的產品。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。“填料顆?！痹诖宋闹惺侵赴盍系木劢Y物、燒結物或微粒顆粒。它們優(yōu)選包含 偏高嶺土且它們可以稱為“偏高嶺土燒結物”(MKS)。不管使用填料顆粒與否，根據本發(fā)明 的最終產品，即多孔的最終產品保持了其良好的強度水平(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物的生產，可以尤其通過化學品或加熱或混合或它們的組合進行，優(yōu)選通過噴霧干燥和由此產生的熱和粘結劑(binder)。該粘結劑的使用進一步提高了改填料顆粒的強度水平。尤其，具有膠體的 (colloidal)尺寸的硅酸鹽可作為粘結劑使用。當選擇硅酸鹽時，部分硅酸鹽的尺寸是在膠 體的范圍，即Ιμπι-lnm，是關鍵的。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)或結構硅酸鹽(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 終產品的以下改進1.強度水平提高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，當混合和 填加酸性化學品時，可以提供下列的有益變化1.強度水平進一步提高2.勁度進一步提高3.獲得了高孔隙度水平。該酸性化學品可以是酸、硫酸鋁或另外的具有硫酸根的化學品。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 進了產品的強度性能。通過使用上述粘結劑，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，進行填料顆粒、優(yōu)選偏高嶺土顆粒至化學漿料纖維或木材纖維的結合，同時該顆粒優(yōu)選 是燒結的或延性的形式。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。相應地，乙二醛的用量優(yōu)選為0. 5-20%重量，更優(yōu)選為0. 5-5%重量。該結合是成功的，因為該化學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，具有充足的帶負電的OH—基團，當該纖維分散于水 中時該基團形成，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_基團形成的氫鍵，由 此產生開孔結構(open pore structure)和更易于干燥的產品。在此孔結構中引入該顆粒 后，該粘結劑，如二氧化硅、明礬和乙二醛，使該化學漿料或木材纖維彼此緊密地結合，形成 硬的(stiff)紙網幅和，同時，這些粘結劑使該填料顆粒結合于該纖維。這樣，得到纖維產 品，其孔隙度足以滿足尤其袋紙的需要。當在該結合中使用二氧化硅時，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，該化學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劑，即使它們以不同的PH范圍起作用。二 氧化硅產生來自該纖維原纖的酸性側的鍵，而明礬產生了來自堿性側的鍵。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)明的替代生產方法，可使用在在先專利FI 115046中描述的產品的生產 方法，其中，生產了球形多孔聚結物，其至少部分地由偏高嶺土顆粒組成，由此單一多孔聚 結物的尺寸為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部部分的密 度。在表面部分和內部部分的孔結構基本上是相同的。根據該方法，首先由高嶺土形成高 嶺土聚結物，它們的平均粒徑為約2-100微米，和這些聚結物之后煅燒成偏高嶺土，由此得 到聚結物，其具有開孔結構，它們的表面部分的密度低于內部部分的密度，且它們的孔結構 在表面部分和內部部分是相同的。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。下述非限制性的實施例舉例說明了本發(fā)明和其優(yōu)點。
實施例在下述實施例中所用的偏高嶺土聚結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果獲得。通過向填料聚結物的含水溶液中加入約3%重量的無機二 氧化硅或約重量的明礬(由該填料聚結物的重量計算)，獲得最佳結果。通過加入約 5%重量的乙二醛得到幾乎同等優(yōu)良的結果。實施例1使用袋紙漿料(UPM Kymmene)，其稠度為4. 3%和其SR數在第一測試系列中為10 和在第二和第三測試系列中為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，在動力片材
成型機(dynamic sheet former, DSF)中生產袋紙片材。該片材的所需基重為100克/米
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O在下表1中示出分析結果，其比較不包含填料的紙(對照)、包含高嶺土(Capim DG)作為填料的紙、和包含根據本發(fā)明所用的填料顆粒(MKS)的紙。該結果分別在圖1中進 行比較。
權利要求
1.包含化學漿料或木材纖維的多孔纖維產品，其特征在于在該纖維間結合有結構的填 料顆粒。
2.根據權利要求1的產品，其特征在于該填料顆粒由偏高嶺土的聚結物、顆?；驘Y 物組成。
3.根據權利要求1或2的產品，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.根據權利要求3的產品，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.根據權利要求3的產品，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.根據權利要求3的產品，其特征在于醛的量為0.5-50%重量，更優(yōu)選0. 5-5%重量。
7.根據權利要求3或4的產品，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.根據權利要求3或6的產品，其特征在于該醛是乙二醛。
9.根據權利要求1-8中任意一項的產品，其特征在于該產品包含由干物質計算的25% 重量的填料顆粒。
10.根據權利要求1-9中任意一項的產品，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.根據權利要求1-10中任意一項的產品，其特征在于該產品是袋紙產品。
12.根據權利要求1-10中任意一項的產品在袋紙和紙袋的生產中的用途。
13.生產根據權利要求1-11中任意一項的產品的方法，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中生產填料滴(drops)，由此還蒸發(fā)出過量的水和形成 填料顆粒；和_將所形成的燒結的或延性形式的填料顆粒結合到在其水性分散體中的化學漿料或木 材纖維上。
14.根據權利要求13的方法，其特征在于在混合下將粘結劑加入到該填料的水性溶液中。
15.根據權利要求14的方法，其特征在于，在加入該粘結劑后，加入酸性化學品，該化 學品優(yōu)選為酸、硫酸鋁或另外的具有硫酸根基團的化學品。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含化學漿料或木材纖維的多孔纖維產品，在該纖維間結合有結構的填料顆粒，以及涉及制造該產品的方法，其中由該填料的水性溶液在噴霧干燥機中生產填料滴，當水被蒸發(fā)時該滴形成填料顆粒，該顆粒結合到化學漿料或木材纖維上。
文檔編號B65D30/00GK102007248SQ200980109010
公開日2011年4月6日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權日2008年3月14日
發(fā)明者P·弗塔南 申請人:考塔爾有限公司