表面矿化有机纤维及其制造方法技术

制造具有纤维核和碳酸钙壳的矿化纤维的方法可包括将纤维与绿液混合，并加入CaO以产生苛化反应，所述苛化反应导致在纤维周围形成碳酸钙壳涂层。碳酸钙壳涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面矿化有机纤维及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]特此要求享有2020年6月12日提交的美国临时专利申请第63/083,528号的优先权的权益，并且该公开内容以其整体并入本文。


[0003]本公开一般地涉及表面矿化有机纤维及其制造方法，更具体地，涉及涂布有碳酸钙的有机纤维和涂布有机纤维的方法。

技术介绍

[0004]纤维素
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碳酸钙复合材料已在造纸工业中用作填料。常规纤维素
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碳酸钙材料掺入了碳酸钙，使得纤维素组分的基本纤维性能得以保持。本领域普遍认为，需要复合材料的纤维性能来更好地将复合材料掺入纸的纤维基质中。
[0005]WO 97/01670A1涉及造纸中使用的并且主要由碳酸钙组成的填料。其中公开的填料是碳酸钙颗粒的多孔聚集体，其沉淀在纤维例如纤维素纤维的表面上。所描述的填料基于碳酸钙可被沉淀在非常细的纤维上而使得其附着至纤维的事实。除其它因素外，这是由于纤维的细度很大，其最有最大400μm的长度。
[0006]EP 0 930 345 A2和EP 0 935 020 A1公开了类似于WO 97/01670A1中所描述的那些的填料，但是其中碳酸钙并没有沉淀在纤维的表面上，而是与它们相混合。这些参考文献教导了不仅可以使用预先沉淀的碳酸钙，还可以使用天然研磨的碳酸钙。纤维具有与上述细度相似的细度，即至多P50筛分级分，即约300μm的最大长度。
[0007]WO 98/35095公开了造纸方法，其包括将矿物填料的水性浆料与木纤维的水性浆料混合，并添加絮凝剂，其中填料的主要部分在纤维素纤维的内部中。填料和絮凝剂彼此独立地添加到纸浆纤维中。填料被絮凝在纤维内部并保持在内部中，同时填料在纤维外部形成附聚物。该文献也没有提到使用在纤维的表面上产生填料的均匀分布的粘合剂。
[0008]WO 99/14432公开了造纸方法，通过将阴离子淀粉、羧甲基纤维素或其它聚合物粘结剂与阳离子无机或聚合物凝结剂混合在一起，形成稀纤维素纸浆原料，然后通过阴离子可溶胀粘土或其它阴离子助留剂使该悬浮液絮凝。
[0009]总结
[0010]因此，许多混合物和复合材料是已知的，它们可用于控制颜料和/或填料的某些性能。然而，这些文献都没有公开层压型结构，其中纤维基本上被碳酸钙壳涂布和夹带。
附图说明
[0011]图1是示出棉纸的表面处的游离纤维的显微照片；
[0012]图2是示出如美国专利第4,300,981号中所公开的柔软度的批量评分作为表面上的游离纤维的函数的图；
[0013]图3是牛皮纸纸浆厂中的钠环路和钙环路的示意图；
[0014]图4是本公开的方法的实施方式的示意图；
[0015]图5包括通过根据本公开的方法进行表面矿化之前和之后的纤维的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0016]图6包括通过常规方法在纤维的表面上沉淀碳酸钙之前和之后的纤维的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0017]图7是比较松厚度性能作为棉纸产品中表面矿化有机纤维的含量的函数的图；
[0018]图8A是通过使用标准PCC填料作为添加剂的常规工艺制备的手抄纸的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0019]图8B是使用根据本公开的标准纸浆纤维和矿化纤维的50/50共混物制成的手抄纸的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0020]图9是示出与起始(未矿化的)纤维相比，用矿化纤维制备的纸张的纸张松厚度性能的图；并且
[0021]图10是示出矿化效率作为起始纤维的比表面积的函数的图。
具体实施方式
[0022]本文提供了矿化有机纤维。有机纤维可用外部碳酸钙涂层涂布和夹带。有机纤维可以包括纤维素纤维或者可以是纤维素纤维。可以包括任何纸浆纤维。例如，纸浆纤维可以是桉树纤维、桦树纤维、金合欢纤维、白杨纤维、松树纤维、云杉纤维、混合热带硬木纤维、旧瓦楞纸板回收纤维及其组合。
[0023]外部碳酸钙涂层作为围绕纤维素纤维核的壳提供。本公开的实施方式还可包括碳酸钙渗入到纤维素纤维核中以及壳中的结构。纤维的表面股线可用碳酸钙夹带或涂布。纤维可具有中空的内部。根据本公开的矿化可导致碳酸钙渗入到中空内部以及涂布表面股线并在纤维核周围形成壳。已经有利地发现，本文公开的有机纤维的夹带增加了纤维的弯曲刚度，这可在各种应用中，诸如在造纸(特别是旨在用于印刷和卫生应用的纸)中得到改善的性能。当在造纸过程中分开添加碳酸钙作为填料时，碳酸钙进入纤维中的这种夹带和/或渗入是无法实现的。令人惊讶的是，已发现，尽管弯曲刚度增加，但表面矿化有机纤维可被掺入纤维纸基质中，并且某些性能可以得到增强。例如，在棉纸产品中，掺入本公开的表面矿化有机纤维可以允许改善柔软性。这与传统理解(有机纤维填料的纤维性能对于适当地掺入纸的纤维基质中是必需的)相反。
[0024]将根据本公开的表面矿化有机纤维掺入棉纸产品中可改善松厚度性能。参见图7，说明了矿化度的影响。发现与不含表面矿化有机纤维的对照纸相比，60％的矿化度(即60％的表面矿化有机纤维与40％的标准纸浆纤维(在图7中称为MinFib)的结合)显著改善了松厚度。令人惊讶地发现，在纸张中具有相应高的总灰分水平时，发现了最高的松厚度性能，这与本领域中的常规预期相反。图9说明了由本公开的矿化纤维得到的松厚度改善。与单独的纤维相比，矿化度为10％和25％。具有大于12％的矿化度(即，基于总纤维含量，大于12％的表面矿化有机纤维)可以是有利的。例如，通过包含约20％至约70％的总纤维含量的表面矿化有机纤维，本公开的实施方式可具有使用约20％至约70％的矿化度制造的棉纸产品。
[0025]已观察到，卫生纸诸如面巾纸和厕纸的柔软度在很大程度上与从纸表面突出的游离纤维相关。图1示出了从棉纸片表面延伸出的游离纤维的显微照片。美国专利第4,300,
981号公开了棉纸柔软度的批量测试结果。随着表面处游离纤维数量增加，测试组将各种棉纸评定为“更软”。
[0026]已经观察到，本公开的表面矿化纤维可用于增加棉纸表面处的游离纤维数量。虽然不希望受任何特定的理论束缚，但是据信，单个矿化纤维的增强的刚度防止非矿化纤维形成天然氢键并且相反以游离纤维的形式提供，所述氢键赋予纸结构完整性。虽然这是违反直觉的，但以这种方式，较硬的矿化纤维有助于整体增加本体棉纸的柔软度。参考图8A和图8B，可以看出，与通过常规方法添加到纸巾产品中的沉淀的碳酸钙相比，在具有表面矿化纤维的纸巾产品中获得了增加的游离纤维。在图8A和图8B的实施方式中，使用的纤维是桉树纤维。在图8A的常规制备的样品中，基于组合物的总重量，沉淀的碳酸钙以20％的量存在，纤维以80％的量存在。图8A的常规样品具有10.7％的灰分含量。相比之下，根据本公开的组合物(图8B)包括50％的表面矿化纤维和50％的桉树天然纤维。通过本公开的方法制备表面矿化纤维，使其在桉树纤维周围具有碳酸钙壳，并且碳酸钙渗入到纤维中，纤维夹带有碳酸钙。该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种矿化纤维，包括：纤维，所述纤维限定表面矿化纤维的核，和碳酸钙，所述碳酸钙包围所述核并渗入到所述纤维中，其中所述碳酸钙增加所述纤维的弯曲刚度。2.如权利要求1所述的矿化纤维，其中所述纤维具有中空内部，并且所述碳酸钙渗入所述中空内部。3.如权利要求1或2所述的矿化纤维，其中所述碳酸钙渗入所述纤维中，使得所述纤维的至少一部分表面股线被碳酸钙包封。4.如权利要求1至3中任一项所述的矿化纤维，其中所述纤维具有约2m2/g至约80m2/g的比表面积。5.如权利要求1至4中任一项所述的矿化纤维，其中所述纤维是来自桉树纤维、桦树纤维、金合欢纤维、白杨纤维、松树纤维、云杉纤维和旧瓦楞纸板回收纤维中的一种或多种的纸浆。6.一种制造矿化纤维的方法，包括：将纤维与Na2CO3混合形成纤维浆料；向所述纤维浆料中加入一定量的无水CaO，使得CaO的化学计量量小于所述纤维浆料中存在的碳酸钠的化学计量量，并混合持续足以使CaO与所述碳酸钠以苛化反应进行反应的一段时间，从而形成表面矿化纤维，所述表面矿化纤维包含纤维核，其中碳酸钙包围所述核并渗入到所述纤维中。7.如权利要求6所述的方法，所述方法进一步包括使由无水CaO与纤维浆料的混合物得到的所述表面矿化纤维通过筛网，以将所述表面矿化纤维与苛化反应期间产生的过量碳酸钙和NaOH分离，并用水洗涤所分离的表面矿化纤维以除去过量碳酸钙。8.如权利要求7所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫，
申请(专利权)人：特种矿物密执安有限公司，
类型：发明
国别省市：