低纤维素非木质纤维产品及其制造方法技术

公开了制备非木质纤维纸增强产品的方法。该方法包括将添加剂置于含水碱性介质中，其中添加剂包括羟基羧酸；以及将非木质纤维材料与所放置的添加剂在含水碱性介质中混合以形成混合物，其中非木质纤维材料包含淀粉、蛋白质和纤维，其中添加剂、非木质纤维材料的淀粉、蛋白质和纤维以及碱性介质的金属离子成为物理交联的，这产生非木质纤维纸增强产品。在方面中，非木质纤维纸增强产品用于制造纸产品，其中所述纸产品比用天然淀粉或化学改性淀粉代替非木质纤维纸增强产品制造的相同的纸产品具有更大的强度。具有更大的强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低纤维素非木质纤维产品及其制造方法
专利

[0001]本公开内容涉及源自非木质纤维材料(non
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wood fiber material)诸如植物粉(botanical flour)的低纤维素产品。更具体地，但不排他地，本公开内容还涉及用于制造用于造纸工业的低纤维素非木质纤维产品的方法。本公开内容还涉及在提高可再制浆性(repulpability)的同时改进纤维素纸产品的强度的方法。
[0002]专利技术背景
[0003]在纸产品诸如纸板的制造中，最终产品的强度性质可以通过添加所谓的“增强剂”来提高。增强剂还可以允许减少纸产品的总基重(overall basis weight)，以获得相同的纸强度并且节省纤维素原材料的成本。常规的纸增强剂包括化学改性淀粉诸如羧基烷基化淀粉(carboxyalkylated starch)和阳离子淀粉、尿素/甲醛树脂、三聚氰胺/甲醛树脂、丙烯酰胺共聚物、聚酰胺型胺(polyamidoamine)/表氯醇树脂和壳聚糖。
[0004]由于对开发基于回收的纤维素的纸产品的增加的兴趣，开发易于再制浆的纸已经受到了很大的重视。许多用于纸产品的常规再制浆工艺需要使用有毒试剂，进行缓慢，并且通常导致大量废物，该大量废物被填埋并且污染环境，同时浪费有价值的纤维来源。
[0005]US 20140166222A1公开了在造纸的湿部(wet end)中的增强剂，其包括表面改性的非木质植物纤维和化学改性的淀粉(阳离子淀粉)组分。
[0006]US 2006225855A描述了豆科植物衍生的阳离子淀粉。所公开的组合物可以用作造纸工业中的增强剂。
[0007]EP 1631718B1公开了可用于造纸工业的用于化学改性淀粉的组合物，其衍生自豆科植物。
[0008]尽管这些组合物中的一些实际上确实相对于使用非木质纤维材料的天然淀粉提高了增强性质，但是由于增加的能量成本、非常稀的加工条件和高纤维素材料，这些方法在经济上不是实用的。此外，这些非木质纤维组合物包含化学改性淀粉，化学改性淀粉也被称为化学交联的淀粉，其中分子内结合随着共价键的形成而发生。因此，组合物和用于产生这些组合物的工艺不能被称为清洁标签(clean label)，并且产品不是可生物降解的。
[0009]还另外，相对于用于制造纸产品的低纤维素原材料，常规的方法是无用的(silent)。因此，存在寻找易于加工的低纤维素非木质纤维原材料的需求，特别是对于所使用的溶剂和添加的增强剂或增强基质、无毒且清洁的标签条件以及可再制浆的材料的需求。
[0010]本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺点，并且提供低纤维素非木质纤维纸增强产品，该产品相比于使用常规方法制备的产品具有类似的或更大程度的机械性质。存在对用于在造纸工业中应用的改进的产品的需求。例如，存在对由低纤维素非木质纤维原材料制造的纸产品的需求，所述纸产品仍然具有与用常规量的高纤维素原材料制造的纸板产品至少相同或相似的纸强度。
[0011]概述
[0012]本专利技术提供了超过常规的方法和产品的优点。本专利技术包括用作非木质纤维纸增强
剂的低纤维素纤维原材料的组合物以及在提高可再制浆性的同时改进纤维素纸产品的强度的方法。在方面中，低纤维素非木质纤维原材料是植物粉。更具体地，植物粉是豆科植物粉(legume flour)或菜豆粉(bean flour)。在优选的方面中，植物粉是豌豆豆科植物粉。在方面中，豌豆豆科植物粉是来自促进颗粒的尺寸减小的任何处理的豌豆豆科植物粉流。例如，这样的处理可以涉及多种类型的研磨或碾磨(例如，干磨、湿磨、湿法分级或振动球磨)。在方面中，优选的处理是湿法分级工艺，其中豌豆豆科植物粉包含淀粉、蛋白质和纤维。
[0013]在方面中，本专利技术是制造由低纤维素非木质纤维原材料制造的包含淀粉的产品的方法，其中包含淀粉的产品与用常规量的高纤维素木质原材料制造的常规纸板产品相比具有较大的纸强度。如本文使用的，术语“纸强度”包括造纸工业中普遍使用的至少一种强度特性，例如拉伸强度(TAPPI方法T
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404)或破裂强度(bursting strength)(Mullen指数测试(Mullen Index test)，还被称为TAPPI方法T
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403)。在本专利技术的方面中，一种方法包括将非木质纤维材料、特别是植物粉和旧的瓦楞纸箱纸浆浆料(old,corrugated container pulp slurry)混合以形成混合物；加热该混合物；使用该混合物制备均匀片材；以及干燥该片材以生产纸产品；其中所述纸产品具有的纸强度大于以相同方式但用天然淀粉或化学改性淀粉制造的纸产品。
[0014]在本专利技术的方面中，一种方法包括将添加剂置于含水碱性介质中，并且向该介质中加入包含淀粉、蛋白质和纤维的非木质纤维材料，其中添加剂、非木质纤维材料和碱性介质的金属离子成为物理交联的，这产生低纤维素非木质纤维纸增强产品。在实施方案中，非木质纤维材料是植物粉。如本文使用的，术语“物理交联的”意指通过选自分子间力、氢键、离子键、络合和静电相互作用的至少一种相互作用而联接。在方面中，由于淀粉和添加剂中丰富的羟基基团、添加剂的羧酸盐基团、蛋白质的官能团和介质的碱金属，实现了物理联接。在方面中，非木质纤维纸增强产品可以被用于制造纸板，其中该纸板与用富含化学改性产品制造的纸板相比具有至少相同的纸强度，并且衍生自低纤维素非木质纤维原材料。
[0015]在方面中，方法仅在碱性含水介质中进行并且不存在共溶剂，其中植物粉的量大于混合物的按重量计20％。
[0016]在方面中，添加剂是羟基羧酸。如本文使用的，羟基羧酸意图意指任何具有至少一个羟基官能团和至少一个羧酸官能团的酸。
[0017]在方面中，在碱性含水介质中的添加剂与植物粉的混合在半干工艺步骤中进行，例如，小于混合物的按重量计30％的水分。在方面中，方法在等于或大于8的pH进行。
[0018]在方面中，在将在碱性含水介质中的添加剂与植物粉混合之后，加热混合物，例如在烘箱中加热混合物。在方面中，在加热之后，产品用水洗涤并且干燥。
[0019]在又另外的方面中，本公开内容涉及非木质纤维纸增强产品在纸产品、吸收性纸产品(absorbent paper product)、包装材料和过滤器中的用途。
[0020]从下面的详细描述中，这些和其他的方面、实施方案和相关的优点将变得明显。
[0021]详细描述
[0022]为了提供对本说明书中使用的术语的清晰理解，下文提供了一些定义。
[0023]如在本说明书和权利要求书中使用的，术语“包含(comprising)”及其派生词，如本文中使用的，类似地意图是开放式术语，其指定所陈述的特征、要素、组分、组、整数和/或步骤的存在，但不排除其他未陈述的特征、要素、组分、组、整数和/或步骤的存在。这种理解
还适用于具有类似含义的词语，诸如“包括(including)”、“具有(having)”及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用作非木质纤维纸增强剂的组合物，包含：非木质纤维材料，所述非木质纤维材料包含从按重量计约70％至约85％的淀粉、按重量计等于或大于5％并且多至10％的蛋白质以及从按重量计约5％至约25％的纤维。2.根据权利要求1所述的组合物，还包含从按重量计约0％多至约2％的脂肪。3.根据权利要求1或权利要求2所述的组合物，还包含小于按重量计10％的水分。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的组合物，还包含羟基羧酸。5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述羟基羧酸选自葡糖二酸和葡糖二酸的衍生物中的至少一种。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的组合物，还包含碱金属。7.根据权利要求6所述的组合物，其中所述碱金属是钠、锂、钾或其任何组合。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的组合物，其中所述非木质纤维材料是豆科植物来源的。9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述豆科植物是菜豆或豌豆，或其组合。10.一种用于制造纸产品的方法，包括：将权利要求1
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9中任一项所述的组合物与纸浆浆料混合以形成混合物；以及用所述混合物形成片材。11.根据权利要求10所述的方法，还包括加热所述混合物。12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，还包括干燥所述片材。13.一种通过权利要求10
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12中任一项所述的方法生产的产品，其中所述产品具有的拉伸强度和破裂强度大于以相同方式但用天然淀粉或化学改性淀粉制造的纸产品。14.一种生产权利要求1
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13中任一项所述的组合物的方法，所述方法包括：将所述非木质纤维材料置于含水介质中，从而产生混合物；以及在至少80℃的温度加热所述混合物。15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述含水介质中混合所述羟基羧酸。16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，还包括在所述含水介质中混合所述碱金属。17.根据权利要求14
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16中任一项所述的方法，其中加热所述混合物是在80℃至105℃的温度。18.根据权利要求14
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17中任一项所述的方法，其中在80℃至105℃的温度的所述加热持续约90分钟
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180分钟。19.根据权利要求14
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18中任一项所述的方法，其中所述混合是在低于所述混合物的按重量计30％的水分中进行。20.一种方法，包括：将添加剂置于含水碱性介质中，其中添加剂包括羟基羧酸；将非木质纤维材料与所述添加剂在所述含水碱性介质中混合以形成混合物，其中所述非木质纤维材料包含淀粉、蛋白质和纤维；其中所述添加剂、所述非木质纤维材料的组分以及所述碱性介质的金属离子成为非木质纤维纸增强产品。21.根据权利要求20所述的方法，还包括在至少80℃的温度加热所述混合物。
22.根据权利要求20所述的方法，其中加热所述混合物在80℃至105℃的温度。23.根据权利要求20所述的方法，还包括在90℃至10...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里，
申请(专利权)人：阿彻丹尼尔斯米德兰德公司，
类型：发明
国别省市：