用于制造包含高度精制的纤维素纤维的膜的方法技术

本发明专利技术涉及用于在造纸机中制造包含高度精制的纤维素纤维的幅材或膜的方法，该方法包含以下步骤：a)通过将包含高度精制的纤维素纤维的水性浆悬浮体施加在丝网上而形成湿幅材；和b)使在丝网上的湿幅材脱水以获得包含高度精制的纤维素纤维的经脱水的幅材，其中脱水包括使用临时施加至湿幅材的气体可渗透膜状物进行的膜状物辅助脱水，其中气体可渗透膜状物具有比丝网低的空气渗透性。具有比丝网低的空气渗透性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造包含高度精制的纤维素纤维的膜的方法


[0001]本公开内容涉及气体阻隔膜，其例如可用于基于纸和纸板的包装材料。更具体地，本公开内容涉及用于制造包含高度精制的纤维素纤维的膜、特别是包含微纤化纤维素(MFC)的膜的方法。

技术介绍

[0002]包装行业中需要有效的气体、香味和/或水分阻隔物用于保护敏感的产品。特别地，氧敏感的产品需要氧阻隔物来延长其货架寿命。氧敏感的产品包括许多食品产品，以及药物产品和电子行业产品。已知的具有氧阻隔性质的包装材料可包含一个或若干聚合物膜，或者涂覆有通常作为多层涂层结构的一部分的氧阻隔聚合物的一个或若干层的纤维质纸或板。对于用于食品产品的包装而言，另一重要性质是对油脂和油的耐受性。
[0003]更近期，已开发微纤化纤维素(MFC)膜，其中经原纤分离的(defibrillated，脱原纤维的)纤维素原纤微已悬浮于例如水中、重新组织、并重新结合在一起以形成连续膜。已发现MFC膜提供良好的气体阻隔性质以及良好的对油脂和油的耐受性。
[0004]MFC膜可通过使用流延技术制造，包括将MFC分散体施加至无孔流延基材(诸如聚合物型或金属基材)上，并通过蒸发将所述膜干燥。此技术的优点包括厚度分布均一和膜表面光滑。公布EP2771390 A4描述了MFC膜的制备，其中将水性纤维素纳米纤维分散体涂覆于纸或聚合物型基材上，干燥，并最终作为纳米纤维膜片材剥离。
[0005]与流延工艺相联系的问题是，当膜正在干燥步骤中形成时，水的缓慢扩散限制了干燥速率。水蒸汽穿过膜的扩散是缓慢的过程，这对工艺效率具有负面影响。若干燥速度增加，则可在膜中形成针孔，使膜的阻隔性质劣化。流延工艺的进一步问题是，在所形成的膜中形成收缩张力，这可对其强度性质(诸如断裂应变或拉伸强度)具有负面影响。
[0006]替代地，可通过如下制造膜：在多孔基材上施加MFC悬浮体，形成幅材，之后通过将水通过基材排放而使幅材脱水，以形成膜。多孔基材可例如为膜状物(membrane)或丝网织物，或其可为纸或纸板基材。可例如通过使用造纸机或纸板制造机类型的工艺实现幅材的形成。美国专利申请US20120298319A1教导了通过如下制造MFC膜的方法：直接在多孔基材上施加包含MFC的配料(furnish)，从而允许MFC脱水和过滤。
[0007]由高度精制的纤维素或具有非常缓慢排放(drainage，排水)的悬浮体制造膜和阻隔物基材在造纸机上是困难的，因为由于出现针孔而难以产生良好的阻隔物。针孔是可在形成过程期间出现在幅材中的微观孔。针孔出现原因的实例包括浆(pulp，纸浆)悬浮体中的不规则性，其例如由原纤维的絮凝或再絮凝、脱水织物粗糙、丝网上浆分布不均匀、或幅材克重过低而形成。针孔形成典型地随着脱水速度增加而增加。然而，在不含针孔的区域，当克重在20
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40g/m2以上时，氧透过率值良好。
[0008]改进阻隔性质的一种方法是制造包含一些针孔的薄基础基材，然后用聚合物型涂覆组合物涂覆该基材。然而，此方法需要在表面填充方面优化并且同时提供阻隔的涂层概念和涂覆配制物。薄幅材的涂覆也是挑战性的，因为该涂覆可导致幅材断裂。还应当使基材
再润湿和干燥的次数保持到最小，因为每个额外步骤都添加成本。聚合物型涂层还可降低膜的再制浆性，并由此降低包含该膜的产品的再循环性。
[0009]现有技术中讨论的另一种可能性将是具有极其缓慢的脱水时间，然而这对于高速度和密集排放概念而言是不可行的。
[0010]另一解决方案将是增加膜的克重或粗糙度，但是这将分别显著增加脱水时间和增加针孔的风险。
[0011]从技术和经济的观点看来，将优选的是找到如下解决方案：该解决方案使得能够快速脱水，并且与此同时改进膜机械性质或阻隔性质或两者。

技术实现思路

[0012]本公开内容的目的是提供用于制造包含高度精制的纤维素纤维(诸如微纤化纤维素(MFC))的膜的方法，该方法缓解与现有技术方法相关联的上述问题中的至少一些。
[0013]本公开内容的进一步目的是提供用于制造其中针孔形成降低的包含高度精制的纤维素纤维的膜的方法。
[0014]本公开内容的进一步目的是提供用于在造纸机或纸板制造机类型的工艺中制造包含高度精制的纤维素纤维的膜的改进的方法。
[0015]本公开内容的进一步目的是提供这样的膜：该膜可用作基于纸或纸板的包装材料中的气体阻隔物，其基于可再生原材料。
[0016]本公开内容的进一步目的是提供这样的膜：该膜可用作基于纸或纸板的包装材料中的气体阻隔物，其具有高再制浆性，从而为包含该膜的包装产品提供高再循环性。
[0017]上述目的，以及将由本领域技术人员依据本公开内容而实现的其它目的，是通过本公开内容的各个方面实现的。
[0018]根据本文中所述的第一方面，提供了用于在造纸机中制造包含高度精制的纤维素纤维的幅材或膜的方法，该方法包含以下步骤：
[0019]a)通过将包含高度精制的纤维素纤维的水性浆悬浮体施加在丝网上而形成湿幅材；和
[0020]b)使在丝网上的湿幅材脱水以获得包含高度精制的纤维素纤维的经脱水的幅材，
[0021]其中脱水包括使用临时施加至湿幅材的气体可渗透膜状物进行的膜状物辅助脱水(膜辅助脱水)，其中气体可渗透膜状物具有比丝网低的空气渗透性。
[0022]本专利技术是基于这样的认识：当在造纸机的丝网上将包含高度精制的纤维素纤维的浆脱水时遇到的许多问题可通过使用被称为膜状物辅助脱水的技术来解决或改善。在膜状物辅助脱水中，在脱水步骤期间，将气体可渗透膜状物、典型地薄的织造或非织造聚合物型织物或多孔聚合物膜临时施加至湿幅材。然后气体可渗透膜状物被压靠在湿幅材上。可通过如下施加压力：向丝网的底表面施加负的气压，即真空，由此使湿幅材和气体可渗透膜状物二者都被吸向丝网。当使用负压时，脱水可被称为膜状物辅助真空脱水。也可通过如下施加压力：向气体可渗透膜状物的顶表面施加正的气压，例如以空气或蒸汽的形式，将气体可渗透膜状物和湿幅材压向丝网。气体可渗透膜状物减少了通过湿幅材的气体流量。施加的正或负的气压应优选为高到足以实现有效的脱水，但也低到足以使得通过湿幅材的气体流量非常低，因为通过该幅材的高的气体流量可导致新针孔的形成或现有针孔的扩大。在一
些实施方式中，所施加的正或负的气压选择成使得通过湿幅材的气体流量为零，或接近于零。通过湿幅材的低的气体流量也是有利的，因为它使维持正或负的气压所需的能量最小化。
[0023]已经发现，随着脱水速度的提高，气体可渗透膜状物的压力有效地抵消湿幅材中针孔的形成。施加具有比丝网低的空气渗透性的气体可渗透膜状物限制了通过湿幅材的气体流量，并允许在丝网下维持强的真空。不希望受到任何具体的科学理论的束缚，据信，降低的针孔形成可能是由于如下的组合：减少的气体流量，以及气体可渗透膜状物保持湿幅材的形状并帮助通过幅材的气体流量更均匀地分布在幅材表面上。
[0024]使用气体可渗透膜状物允许湿幅材更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于在造纸机中制造包含高度精制的纤维素纤维的幅材或膜的方法，该方法包含以下步骤：a)通过将包含高度精制的纤维素纤维的水性浆悬浮体施加在丝网上而形成湿幅材，该高度精制的纤维素纤维具有65或更高的Schopper
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Riegler(SR)值；和b)使在丝网上的湿幅材脱水以获得包含高度精制的纤维素纤维的经脱水的幅材，其中脱水包括使用临时施加至湿幅材的气体可渗透膜状物进行的膜状物辅助脱水，其中气体可渗透膜状物具有比丝网低的空气渗透性。2.根据权利要求1的方法，其中气体渗透膜状物选自织造聚合物型织物、非织造聚合物型织物、和多孔聚合物膜。3.根据前述权利要求任一项的方法，其中气体可渗透膜状物的厚度在0.01
‑
4mm的范围内，更优选在0.01
‑
2mm的范围内。4.根据前述权利要求任一项的方法，其中气体可渗透膜状物对空气和蒸汽是可渗透的，但对液体水和湿幅材的高度精制的纤维素纤维是基本上不可渗透的。5.根据权利要求1
‑
3任一项的方法，其中气体可渗透膜状物对空气、蒸汽和液体水是可渗透的，但对湿幅材的高度精制的纤维素纤维是基本上不可渗透的。6.根据前述权利要求任一项的方法，其中气体可渗透膜状物的空气渗透性小于丝网的空气渗透性的75％、优选地小于丝网的空气渗透性的50％。7.根据前述权利要求任一项的方法，其中气体可渗透膜状物具有在100Pa下3500m3/m2/小时以下、优选地在100Pa下3000m3/m2/小时以下的空气渗透性。8.根据前述权利要求任一项的方法，其中丝网具有在100Pa下5000m3/m2/小时以上的空气渗透性。9.根据前述权利要求任一项的方法，其中将湿幅材压在气体可渗透膜状物和丝网之间。10.根据前述权利要求任一项的方法，其中通过将负的气压施加至丝网而将湿幅材压在丝网和气体可渗透膜状物之间。11.根据前述权利要求任一项的方法，其中通过将正的气压施加至气体可渗透膜状物，将湿幅材压在丝网和气体可渗透膜状物之间。12.根据前述权利要求任一项的方法，其中该方法是连续的。13.根据前述权利要求任一项的方法，其中丝网和气体可渗透膜状物以无端带的形式提供。14.根据前述权利要求任一项的方法，其中将湿幅材在接触区域中压在气体可渗透膜状物和丝网之间。15.根据前述权利要求任一项的方法，其中丝网和气体可渗透膜状物在相同的方向上并且以相同或基本上相同的速度在接触区域中移动。16.根据前述权利要求任一项的方法，其中接触区域在机器方向上的长度在0.3
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10m的范围内、优选地在1
‑
5m的范围内。17.根据前述权利要求任一项的方法，其中丝网和气体可渗透膜状物的速度为250m/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：I黑斯卡宁，K巴克佛尔克，
申请(专利权)人：斯道拉恩索公司，
类型：发明
国别省市：