專利名稱：促進水去除的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及權利要求1的序言中所定義的用于促進含有微纖化纖維素的組合物中的水去除的方法。
背景技術：
從現(xiàn)有技術，可知制造紙漿(pulp)和紙制品的不同方法。此外，從現(xiàn)有技術，可知通過與造紙相關的不同填充劑和涂層劑，例如顏料，提高紙制品性能。已知造紙業(yè)的宗旨在于為紙制品提供可能最好的性能。另一方面，從現(xiàn)有技術，可知制造微纖化纖維素以及將其應用于制造紙漿和紙制品。在有關微纖化纖維素的研究中，已發(fā)現(xiàn)，除了其他方面，微纖化纖維素提高紙的強度。相對于材料重量，微纖化纖維素具有大的比表面積且因此具有大的結(jié)合面積。利用微纖化纖維素提高紙?zhí)匦缘膯栴}在于其具有高保水性且因此具有高含水量。輸送具有高含水量的微纖化纖維素既不經(jīng)濟也不生態(tài)。另外，從微纖化纖維素或含有微纖化纖維素的紙漿和紙中去除水是困難的且局限于某一水平的干物質(zhì)含量。發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于解決上述與紙制品制造相關的問題并公開促進包含微纖化纖維素的組合物中的水去除的新型方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方法的特征如權利要求中所述。本發(fā)明基于促進包含微纖化纖維素的組合物中的水去除的方法。根據(jù)本發(fā)明，在包含微纖化纖維素的組合物中提供具有低分子量且分子量低于10000的陽離子聚電解質(zhì)，以促進水從該組合物中去除。優(yōu)選地，以水懸浮液的形式提供包含微纖化纖維素的組合物。組合物可包含的微纖化纖維素范圍為大于0%至小于100%。尤其地，本發(fā)明基于利用小的陽離子聚電解質(zhì)，并因此基于促進水從含有微纖化纖維素的組合物中去除。眾所周知，大的聚電解質(zhì)可促進在包含微纖化纖維素的組合物中形成常不利于水去除的網(wǎng)狀物(network)。結(jié)合本發(fā)明，可驚奇地發(fā)現(xiàn)，可通過利用足夠小的陽離子聚電解質(zhì)，促進水的去除。優(yōu)選地，添加小的陽離子聚電解質(zhì)影響含有微纖化纖維素的組合物所形成的網(wǎng)狀物的結(jié)構和表面化學性質(zhì)。這樣，可更容易地去除水。在本發(fā)明的一個實施方式中，利用預定的水去除技術，從提供有陽離子聚電解質(zhì)、包含微纖化纖維素的組合物中去除水。在一個實施方式中，水去除技術可選自:過濾、增稠、沉淀、加壓、重力法、負壓法、過壓法、基于真空的方法以及其各種組合。在上下文中的微纖化纖維素指的是由微纖絲即一組源自纖維素原料的分離的纖維素微纖絲或微纖絲束組成的纖維素。纖維素纖維包含微纖絲，所述微纖絲是纖維素纖維的細絲狀成分。通過纖絲化使纖維素纖維呈纖維狀。微纖絲的縱橫比通常較高；單個微纖絲的長度可大于I微米，且平均直徑通常小于20納米。微纖絲束的直徑可更大，但通常小于I微米。最小的微纖絲與所謂的基本纖絲類似，其直徑通常為2至4納米。微纖絲或微纖絲束的尺寸和結(jié)構取決于原料和制造方法。微纖化纖維素可由任何植物原料形成，例如木質(zhì)原料如硬木原料或軟木原料，或其他的包含纖維素的植物原料。植物原料可包括如農(nóng)業(yè)廢料、草、秸桿、樹皮、穎果、皮、花、蔬菜、棉花、玉米、小麥、燕麥、黑麥、大麥、大米、亞麻、大麻、馬尼拉麻、劍麻、洋麻、黃麻、苧麻、甘蔗渣、竹或蘆葦，或其不同組合。微纖化纖維素還可包括半纖維素、木質(zhì)素和/或提取劑，其量取決于所采用的原料。借助適用于所述目的的設備，如研磨機、粉碎機、均質(zhì)機、流化裝置、微小或大的流化裝置、低溫壓碎和/或超聲粉碎機，從上述包含纖維素的原料中分離出微纖化纖維素。還可利用微生物，例如醋酸桿菌屬(Acetobacter)、土壤桿菌屬(Agrobacterium)、根瘤菌屬(Rhizobium)、假單胞菌屬(Pseudomonas)或產(chǎn)堿桿菌(Alcailgenes),優(yōu)選地醋酸桿菌屬，且更優(yōu)選地木醋桿菌種(Acetobacter xyIinum)或巴氏醋桿菌種(Acetobacterpasteurianus)，通過發(fā)酵工藝，直接獲得微纖化纖維素。微纖化纖維素的原料還可包括如被囊類(拉丁語:tunicata),以及屬于囊泡藻界(拉丁語:chromalveolata)類的有機物,例如卵菌(拉丁語:oomyCete)，它們可產(chǎn)生纖維素。在一個實施方式中，微纖化纖維素可為任何化學或物理改性的且由微纖絲或微纖絲束組成的纖維素衍生物?；瘜W改性可基于如纖維素分子的羧甲基化、氧化、酯化和醚化反應。還可通過將陰離子材料、陽離子材料或非離子材料或其組合物理吸附至纖維素表面，進行改性?？稍谥圃煳⒗w化纖維素之前、期間或之后，實施改性?？赏ㄟ^本領域本身所熟知的任何方法，從纖維素基原料形成微纖化纖維素。在一個實施方式中，通過纖絲化，從干燥的和/或濃縮的纖維素原料形成包含微纖化纖維素的混合組合物。在一個實施方式中，對纖維素原料進行濃縮。在一個實施方式中，對纖維素原料進行干燥。在一個實施方式中，對纖維素原料進行干燥并濃縮。在一個實施方式中，對纖維素原料進行化學預處理，以便更容易破碎，即不穩(wěn)定，借此，從化學上不穩(wěn)定的纖維素原料形成包含微纖化纖維素的混合組合物。例如，N-烴氧基(例如，2，2，6，6-四甲基-1-哌啶N-氧化物)介導的氧化反應提供極不穩(wěn)定的原料，該原料異常容易地破碎成微纖化纖維素。這種類型的化學預處理被描述在例如專利申請W009/084566以及JP20070340371中。微纖化纖維素的纖絲為相對于直徑非常長的纖維。微纖化纖維素具有大的比表面積。因此，微纖化纖維素能形成許多結(jié)合體(bond)并結(jié)合許多顆粒。此外，微纖化纖維素具有良好的強度特性。在一個實施方式中，微纖化纖維素至少部分為或主要為納米纖維素。納米纖維素至少主要由納米尺寸級(nanosize-class)纖絲組成,其直徑少于100納米，但是長度在微米尺寸級(μπι-size class)內(nèi)或更小。可選擇地，微纖化纖維素還可指納米纖化纖維素、納米纖絲纖維素、纖維素的納米纖維、納米級纖絲化纖維素、微纖絲纖維素或纖維素的微纖絲。優(yōu)選地，上下文中的微纖化纖維素不指所謂的纖維素納米晶須或微晶纖維素(MCC)。在一個實施方式中，可以分散體形式，例如，凝膠或凝膠狀形式，或稀釋的分散體形式，或懸浮液形式，即水懸浮液，提供包含微纖化纖維素的組合物。在一個實施方式中，組合物可主要由微纖化纖維素組成。
在本發(fā)明的一個實施方式中，組合物為包含微纖化纖維素的纖維混合物。除了微纖化纖維素外，纖維混合物還包含其他合適的纖維和/或不同的添加劑和/或填料。在一個實施方式中，可由任何植物原料形成所述纖維混合物中的纖維。在本發(fā)明的一個實施方式中，將陽離子聚電解質(zhì)添加至包含微纖化纖維素的組合物。在一個實施方式中，將陽離子聚電解質(zhì)添加至包含微纖化纖維素的纖維混合物。在一個實施方式中，首先將陽離子聚電解質(zhì)添加至纖維組合物，然后將微纖化纖維素添加至該組合物，形成纖維混合物。在本發(fā)明的一個實施方式中，將陽離子聚電解質(zhì)添加至包含微纖化纖維素的組合物，例如水懸浮液，并將因此形成的組合物添加至纖維組合物，形成纖維混合物。在上下文中，纖維組合物指的是任何基于纖維的組合物或紙漿，其可由任何植物原料，例如，木質(zhì)原料，如硬木原料或軟木原料，或其他包含纖維例如纖維素纖維的植物原料形成。纖維組合物可為通過化學方法形成的纖維基紙漿，其中纖維彼此分離并利用化學方法通過化學劑除去大部分木質(zhì)素，所述化學方法可為例如硫酸鹽法、亞硫酸鹽法、蘇打法、基于有機溶劑的方法或本領域本身所熟知的其他化學處理方法。纖維組合物可為通過機械方法例如TMP、PGW、CTMP等等形成的纖維基紙漿。在本發(fā)明的一個實施方式中，基本上在一個步驟中進行水去除處理，以從包含微纖化纖維素的組合物中去除水。在本發(fā)明的一個實施方式中，在至少兩個步驟中進行水去除處理，以從包含微纖化纖維素的組合物中去除水。在一個實施方式中，在兩個步驟中進行水去除處理。在一個實施方式中，在多于兩個的步驟中進行水去除處理。在本發(fā)明的一個實施方式中，所采用的陽離子聚電解質(zhì)為包含至少一種具有低分子量且分子量低于10000的陽離子聚電解質(zhì)的混合物。在一個實施方式中，陽離子聚電解質(zhì)混合物包含一種陽離子聚電解質(zhì)，在一個實施方式中，陽離子聚電解質(zhì)混合物包含多于一種的陽離子聚電解質(zhì)。此外，所述混合物可包含其他合適的材料組分。在本發(fā)明的一個實施方式中，所采用的陽離子聚電解質(zhì)基本上是水溶性的。在一個實施方式中，所采用的陽離子聚電解質(zhì)具有高的電荷密度，例如> 4meq/g。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所采用的陽離子聚電解質(zhì)具有在0.3和I之間的DS，即取代度，換句話說，全部單體序列(sequence)的帶電單體序列部分。在一個實施方式中，所采用的陽離子聚電解質(zhì)具有高的甲基含量。在本發(fā)明的一個實施方式中，陽離子聚電解質(zhì)選自群組:聚凝胺、陽離子淀粉以及它們的不同混合物。還可利用其他的適用于所述目的的陽離子聚電解質(zhì)化學劑。在一個實施方式中，所采用的陽離子聚電解質(zhì)為單獨的聚凝胺，或在含另一個聚電解質(zhì)和/或合適材料組分的混合物中的聚凝胺。聚凝胺為聚[(二甲基亞氨基)-1，3_丙二基(二甲基亞氨基)-1, 6-己二基溴化物(1:2)] (poly [ (dimethyliminio) -1, 3-propanediyl (dimethyliminio)-l, 6-hexanediyl bromide (1:2)])。在一個實施方式中,所采用的陽離子聚電解質(zhì)為單獨的陽離子淀粉或在含另一個聚電解質(zhì)和/或合適材料組分的混合物中的陽離子淀粉。在一個實施方式中，陽離子化學劑可為具有低分子量且分子量低于10000的任何陽離子化學劑。在一個實施方式中，所采用的陽離子聚電解質(zhì)為線性陽離子聚電解質(zhì)。在本發(fā)明的一個實施方式中，利用了相對于微纖化纖維素的量化學計量過量的陽離子聚電解質(zhì)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述方法被用于制造纖維懸浮液，該懸浮液包含微纖化纖維素且通過本發(fā)明方法從中去除水。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述方法被用于制造紙漿。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述方法被用于制造紙。本發(fā)明方法可適用于制造不同的紙制品，其中紙制品由纖維基材料形成。上下文中的紙制品指的是任何基于纖維的紙、板或纖維產(chǎn)品或同等產(chǎn)品。紙制品可由化學紙漿、機械紙漿、化學-機械紙漿、再生紙漿、纖維紙漿和/或植物紙漿形成。紙制品可包含合適的填料和添加劑，以及不同的表面處理和涂層劑。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述方法被用于制造包含微纖化纖維素的產(chǎn)品，例如用于制造不同的組合物和混合物，優(yōu)選地，用于制造增稠的組合物和混合物，用于制造不同的薄膜，用于制造不同的組合產(chǎn)品，或用于同等情況。在一個實施方式中，所述方法被用于制造主要包含微纖化纖維素的產(chǎn)品，例如用于制造增稠的微纖絲纖維素懸浮液或用于制造由微纖化纖維素形成的薄膜。相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有重要優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明，可促進水從含有微纖化纖維素的組合物中去除，即可以增加水去除程度和組合物的干物質(zhì)含量，并可加快水的去除。本發(fā)明節(jié)約了能源、原料和勞動力支出。此外，就運輸而言本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟效益。另外，在不同應用中，本發(fā)明更好地利用了微纖化纖維素?？扇菀椎貙⒈景l(fā)明方法應用于工業(yè)領域。


圖1示出了聚凝胺的結(jié)構，圖2示出了實施本發(fā)明其中一個方法的簡化流程圖，圖3示出了添加陽離子聚電解質(zhì)以及時間對微纖化纖維素固體物質(zhì)含量的影響，以及圖4示出了添加微纖化纖維素和陽離子聚電解質(zhì)對從松樹牛皮紙漿去除水的時間的影響。
具體實施例方式借助所附實施例并參照附圖，更詳細地描述本發(fā)明。實施例1圖2以簡圖形式示出了本發(fā)明其中一個方法的步驟。在圖2所示的方法中，形成了從中去除水的包含微纖化纖維素的纖維產(chǎn)品。首先將微纖化纖維素2添加至纖維組合物1，然后加入陽離子聚電解質(zhì)3。所采用的陽離子聚電解質(zhì)為聚凝胺，它的結(jié)構顯示在圖1中，且其具有低分子量且分子量低于10000。通過基于微濾的兩步水去除裝置4a、4b，從由此形成的纖維混合物中去除水。利用已去除水的纖維混合物制造纖維懸浮液5或紙漿6或利用其制造包含微纖化纖維素的產(chǎn)品7。實施例2
形成包含微纖化纖維素的懸浮液組合物，其干物質(zhì)含量為0.2%。從懸浮液形成2個不同系列的樣品，其中第一個樣品A不添加陽離子聚電解質(zhì)而第二個樣品B添加10毫克/克作為陽離子聚電解質(zhì)的聚凝胺。聚凝胺的化學結(jié)構被顯示在圖1中。樣品的pH約為8。利用5微米薄膜和0.5巴(bar)的超壓力對所述樣品進行微濾，以通過死端過濾將水去除。樣品A中的干物質(zhì)含量約為2%。對樣品B，在相似條件下，獲得的干物質(zhì)含量約為30%?？砂l(fā)現(xiàn)，樣品B的水去除速率也增加。圖3示出了添加陽離子聚電解質(zhì)對微纖化纖維素固體物質(zhì)含量的影響。實施例3將包含微纖化纖維素和9毫克/克陽離子聚電解質(zhì)的實施例2的樣品B組合物以0至6%添加至紙漿。所采用的紙漿為松樹牛皮紙漿，紙漿稠度為0.3%且pH約為8?？砂l(fā)現(xiàn)，相比將微纖化纖維素添加至紙漿而未將陽離子聚電解質(zhì)添加至紙漿的情況或既沒將微纖化纖維素添加至紙漿也沒將陽離子聚電解質(zhì)添加至紙漿的情況，提高了水從紙漿的去除。圖4示出了添加微纖化纖維素和/或陽離子聚電解質(zhì)對水從松樹牛皮紙漿去除的時間的影響。圖示出，除微纖化纖維素之外，當將陽離子聚電解質(zhì)添加至紙漿，水去除的時間減少。借助負壓過濾以及200目篩利用0.15巴的壓力差進行水去除。所述過濾為死端型過濾。另外，在試驗中可發(fā)現(xiàn)，相比未添加微纖化纖維素的傳統(tǒng)紙漿，當將樣品B組合物添加至紙漿時，濕強度增加。在試驗中，可發(fā)現(xiàn)，聚電解質(zhì)的陽離子性質(zhì)和最佳分子量可促進水的去除。本發(fā)明方法作為不同的實施方式適合用于制造大多數(shù)不同類型的纖維素基產(chǎn)品。本發(fā)明不僅僅局限于上面提到的實施例；相反地，在權利要求書限定的本發(fā)明思想的范圍內(nèi)，許多變化是可能的。
權利要求
1.促進包含微纖化纖維素的組合物中的水去除的方法，其特征在于在所述包含微纖化纖維素的組合物中，提供具有低分子量且分子量低于10000的陽離子聚電解質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1中所述的方法，其特征在于利用預定的水去除技術，從所述包含微纖化纖維素的組合物中去除水。
3.根據(jù)權利要求1或2中所述的方法，其特征在于所述組合物為包含微纖化纖維素的纖維混合物。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于將陽離子聚電解質(zhì)添加至所述包含微纖化纖維素的組合物。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于首先將所述陽離子聚電解質(zhì)添加至所述纖維組合物，然后將微纖化纖維素添加至所述組合物。
6.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于將所述陽離子聚電解質(zhì)添加至所述包含微纖化纖維素的組合物，然后將它添加至所述纖維組合物。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于基本上在一個步驟中進行水去除處理，以從所述包含微纖化纖維素的組合物中去除水。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于在至少兩個步驟中進行水去除處理，以從所述包含微纖化纖維素的組合物中去除水。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于所采用的陽離子聚電解質(zhì)為包含至少一種具有低分子量且分子量低于10000的陽離子聚電解質(zhì)的混合物。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于所采用的陽離子聚電解質(zhì)基本上是水溶性的。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于所采用的陽離子聚電解質(zhì)具有0.3和I之間的DS。
12.根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于所述陽離子聚電解質(zhì)選自:聚凝胺、陽離子淀粉以及它們的混合物。
13.根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于利用相對于微纖化纖維素的量化學計量過量的所述陽離子聚電解質(zhì)。
14.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于所述方法被用于制造纖維懸浮液。
15.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于所述方法被用于制造紙漿。
16.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于所述方法被用于制造紙。
17.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于所述方法被用于制造包含微纖化纖維素的產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及促進包含微纖化纖維素組合物中水去除的方法。根據(jù)本發(fā)明，在包含微纖化纖維素的組合物中，提供具有低分子量且分子量低于10000的陽離子聚電解質(zhì)。
文檔編號D21H17/44GK103189567SQ201180044453
公開日2013年7月3日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2010年9月17日
發(fā)明者J·萊恩, T·泰琶勒, I·卡加恩特 申請人:芬歐匯川有限公司