CN115627661A

CN115627661A - 包含微纤化纤维素和回收的纤维素材料的粘合剂组合物和方法

Info

Publication number: CN115627661A
Application number: CN202211295172.7A
Authority: CN
Inventors: S·爱尔兰德; D·斯丘斯; T·P·拉尔森; J·云
Original assignee: Fibrin Technology Co ltd
Current assignee: Fibrin Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2023-01-20
Also published as: KR20220090498A; EP4018036A1; CN114502798A; JP2023500195A; MX2022004221A; AU2020378680A1; BR112022006715A2; CN115613395A; CA3156026A1; WO2021090059A1

Abstract

制造包含回收的含纤维素材料、包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物以及任选的一种或多种添加剂的片材或板材的方法，其中所述片材或板材与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比以及与由此制造的板材、面板和建筑产品相比具有增加的弹性模量和断裂模量。

Description

包含微纤化纤维素和回收的纤维素材料的粘合剂组合物和方法

相关申请

本申请是申请日为2020年10月29日、申请号为202080071063.X、标题为“包含微纤化纤维素和回收的纤维素材料的粘合剂组合物和方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及制造板材或片材的方法，所述板材或片材包含回收的含纤维素材料、包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物、以及任选的一种或多种添加剂。

本发明还涉及包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物及使用此类粘合剂组合物制造板材和片材的方法，所述板材和片材包括回收的含纤维素材料，诸如回收的纸浆(例如旧瓦楞纸板)、或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流、及其组合；以及由此类回收的含纤维素材料和粘合剂组合物制造的复合材料、板材、面板、片材和建筑产品。

与不使用包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物制造的最终产品相比，由此类方法获得的最终产品具有更好的物理特性，包括改进的弹性模量(“MOE”)和断裂模量(“MOR”)。

背景技术

中密度纤维板(MDF)是一种工程木制品，由去纤维的硬木和软木以及其他组分、诸如蜡和树脂制造。MDF板是普遍存在的复合产品，用于许多最终应用，例如，用于制造家具和家具部件以及室内建筑材料。

MDF板通过施加高温和高压形成面板。MDF板比胶合板更致密，比刨花板更坚固且更致密。然而，当切割时，MDF会将尘粒和潜在的气态甲醛释放到空气中，这通常用于在MDF中用于粘合纤维的树脂中。与MDF板相关的环境问题与制造过程中使用的粘合剂有关，如前所述，这些粘合剂通常含有甲醛。甲醛可以释放多年，而在MDF上涂覆涂层以防止甲醛逸出只能锁藏问题。垃圾填埋场是MDF材料的通常落脚点；因此，污染物可以继续从MDF中渗出多年，从而可能污染地下水。

另一方面，回收含有纤维素纸浆的物品，诸如旧瓦楞纸板(OCC)，也正在成为一项环境挑战。如果合适的复合材料可以从回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流(统称为“回收的含纤维素材料”)产生，以便由这种回收的含纤维素材料和包含微纤化纤维素和无机颗粒材料的粘合剂组合物制造可成型的板材和片材，则这种工艺可以实现对MDF产品的具有成本效益和环境敏感的替代品。

制造微纤化纤维素的现有技术方法包括通过精制、碾磨、打浆和均质化进行机械碎解，以及例如通过挤出机进行精制。这些机械措施可以通过化学或化学酶促处理作为预备步骤来增强。纤维素纤维的各种已知微纤化方法在美国专利号6,602,994B1中总结，包括例如均质化、蒸汽爆破、加压-减压、冲击、研磨、超声波、微波爆破、碾磨以及它们的组合。WO2007/001229公开了酶处理，并且作为一种选择的方法，在过渡金属存在下氧化以将纤维素纤维转化为MFC。在氧化步骤之后，材料通过机械方式碎解。也可以使用机械与化学处理的组合。可以使用的化学品的实例是那些通过化学反应对纤维素纤维进行改性的化学品或经由例如化学品接枝或吸附到纤维上/纤维内而对纤维素纤维进行改性的化学品。

生产微纤化纤维素(“MFC”)的各种方法是本领域已知的。包含通过研磨程序产生的微纤化纤维素的某些方法和组合物描述于WO-A-2010/131016中。Husband,J.C.,Svending,P.,Skuse,D.R.,Motsi,T.,Likitalo,M.,Coles,A.,FiberLean TechnologiesLtd.,2015,“Paper filler composition,”PCT国际申请号WO-A-2010/131016。包含这种微纤化纤维素的纸产品已显示出优良的纸特性，诸如纸的破裂强度和拉伸强度。WO-A-2010/131016中描述的方法还能够经济地产生微纤化纤维素。

WO 2007/091942 A1描述了一种方法，其中首先精制化学纸浆，然后用一种或多种木材降解酶处理，最后均质化以产生作为最终产品的MFC。纸浆的稠度据被教导优选为0.4至10％。据说优点是避免了高压流化器或均化器中的堵塞。

WO2010/131016描述了一种用于产生具有或不具有无机颗粒材料的微纤化纤维素的研磨程序。这种研磨程序在下面描述。在WO-A-2010/131016(其内容通过引用的方式整体并入本文)中阐述的方法的一个实施方案中，所述方法利用纤维素纤维的机械碎解来成本有效地且大规模地生产微纤化纤维素(“MFC”)，而无需纤维素预处理。所述方法的一个实施方案使用搅拌介质碎屑机研磨技术，该技术通过搅拌研磨介质珠粒将纤维碎解成MFC。在此过程中，添加诸如碳酸钙或高岭土的矿物质作为研磨助剂，从而大大减少所需的能量。Husband,J.C.,Svending,P.,Skuse,D.R.,Motsi,T.,Likitalo,M.,Coles,A.,FiberLeanTechnologies Ltd.,2015,“Paper filler composition,”美国专利US9127405B2。

搅拌式介质碾磨机由旋转叶轮组成，该叶轮将动能传递给小研磨介质珠粒，这些小研磨介质珠粒通过剪切力、压缩力和冲击力的组合磨碎物料。多种研磨设备可用于通过本文公开的方法产生MFC，所述研磨设备包括例如塔式碾磨机、筛分碾磨机或搅拌介质碎屑机。

发明内容

根据本说明书的描述、附图、实施例和权利要求，本发明人已经发现制造板材和片材的方法，所述板材和片材包含回收的含纤维素材料、包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物、以及任选的一种或多种添加剂；以及发现板材和片材在多种板材、面板和建筑产品中的用途。

本发明基于在回收的含纤维素材料中使用包含微纤化纤维素和无机颗粒材料(在本文中有时称为“矿物质”)的粘合剂组合物，以便由此类回收的含纤维素材料制备板材和片材以最终生产包含此类板材和片材的终产品。此类终产品包括例如家具和家具部件，包括桌子、储物单元、橱柜单元、模块化家具单元、沙发、椅子、躺椅和许多其他家具用品。其他潜在的最终用途应用包括室内建筑材料，包括例如天花板瓦片、墙板和绝缘板。

本发明的另一方面是基于在回收的含纤维素材料中使用包含微纤化纤维素而不含无机颗粒材料(本文有时称为“矿物质”)的粘合剂组合物，以便由此类回收的含纤维素材料制备板材和片材以最终生产包含此类板材和片材的最终产品。此类最终产品包括例如家具和家具部件，包括桌子、储物单元、橱柜单元、模块化家具单元、沙发、椅子、躺椅和许多其他家具用品。其他潜在的最终用途应用包括室内建筑材料，包括例如天花板瓦片、墙板和绝缘板。

本方法的一个优点是由回收的含纤维素材料产生板材和片材，这些材料本身可以在其使用寿命结束时回收，从而为由本发明的板材和片材制成的物品提供循环生命周期。仅对垃圾填埋场的影响就将是巨大的。

在本发明的另一方面，回收的含纤维素材料可用于产生粘合剂组合物中使用的微纤化纤维素，从而进一步实现利用回收的含纤维素材料和生产最终用途产品的环境目标，所述最终用途产品也可被回收。

因此，通过本发明方法产生的板材和片材中使用的微纤化纤维素可以由回收的含纤维素材料或由包含例如回收的含纤维素材料的原生纸浆产生。在任何一种情况下，最终产品都可以完全可回收的方式产生。

又一方面，粘合剂组合物可被制备并用于回收的含纤维素材料中，所述回收的含纤维素材料包含回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流，它们被加工成板材或片材用于进一步的最终用途应用。所述加工可以包括例如压缩模塑和压制成型。

在本公开的另一方面，优选的最终用途应用是含纤维素的板材、片材和建筑产品的制造。它们包括制造家具和家具部件以及各种类型的建筑产品，诸如天花板瓦片、墙板和绝缘板。

在本公开的方面和实施方案的一个实施方案中，板材和片材可以使用压缩模塑成型为结构部件的形状。所述结构部件可用于家具或办公室结构中。结构部件的实例包括用于沙发、椅子或躺椅的框架的一部分，而办公室结构的实例包括隔间墙或公告板。在本说明书之后的权利要求书和实施例中鉴定了其他实例。

在本公开的方面和实施方案的一个实施方案中，微纤化纤维素可以本领域已知的方式、诸如通过机械方法诸如精制、均质化、研磨、去纤化或任选地利用其他化学或酶促手段来制备。

本发明的另一方面是一种制造板材或片材的方法，所述板材或片材包含回收的含纤维素材料、包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物、以及任选的一种或多种添加剂，所述方法包括以下步骤：

(a)提供或获得回收的含纤维素材料的第一水性浆料，其中所述水性浆料以0.1wt.％至10wt.％的稠度碎解；

(b)提供或获得微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的第二水性浆料，其中所述一种或多种无机颗粒材料与微纤化纤维素的比率为约99:5:0.5至约0.5:99.5，其中所述微纤化纤维素从原生纸浆或回收的含纤维素材料获得；

(c)将回收的含纤维素材料的第一水性浆料与微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的第二水性浆料以0.1wt.％至25wt.％的稠度混合，并添加任何任选的添加剂，其中所述混合物包含0.5wt.％至25wt.％微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料；

(d)将步骤(c)的混合物泵送到合适尺寸的模具或成型器中，所述模具或成型器任选地包括压机；

(e)排干和/或压制并干燥所述板材或片材，其中所述板材或片材与在不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材或片材相比具有增加的弹性模量和断裂模量。

本发明的又一方面是一种制造板材或片材的方法，所述板材或片材包含回收的含纤维素材料、包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物、以及任选的一种或多种添加剂，所述方法包括以下步骤：

(a)提供或获得旧瓦楞纸板的第一水性浆料，其中所述水性浆料以0.1wt.％至10wt.％的稠度碎解；

(b)提供或获得微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的第二水性浆料，其中所述一种或多种无机颗粒材料与微纤化纤维素的比率为约99.5:0:5至约0.5:99.5，其中所述微纤化纤维素从原生纸浆或回收的含纤维素材料获得；

(e)排干和/或压制并干燥所述板材，其中所述板材与不使用无微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比具有增加的弹性模量和断裂模量。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，回收的含纤维素材料选自由以下组成的组：回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流、或其组合。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，回收的含纤维素材料是旧瓦楞纸板。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，第一水性浆料以约1、2、3或4wt.％的稠度碎解。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，步骤(c)的混合物包含约0.5wt.％、约1wt.％、约2wt.％、约3wt.％、约4wt.％、约5wt.％、约6wt.％、约7wt.％、约8wt.％、约9wt.％、约10wt.％、约11wt.％、约12wt.％、约13wt.％、约14wt.％、约15wt.％、约16wt.％、约17wt.％、约18wt.％、约19wt.％、约20wt.％、约21wt.％、约22wt.％、约23wt.％、约24wt.％或约25wt.％的微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，微纤化纤维素的添加量以干基计基于每吨原料干固体为5-100kg、优选10-80kg、更优选15-70kg且最优选15-50kg。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，微纤化纤维素和添加剂是微纤化纤维素、一种或多种无机颗粒材料与强度添加剂的预混合物，其以2-6重量％、更优选3-5重量％的稠度添加到造纸机的浓原料流中。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，可以在碎解机、精制机或碎浆机中或通过本领域已知的其他类似方式进行所述碎解。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，进行碎解直到回收的含纤维素材料的CSF为约20-700CSF。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，碎解进一步包括在疏解机中处理浆料。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，一种或多种无机颗粒材料与微纤化纤维素的比率为约80:20至约50:50。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，一种或多种无机颗粒材料与微纤化纤维素的比率为约80:20、约85:15、或约90:10、或约91:9、或约92:8、或约93:7、或约94:6、或约95:5、或约96:4、或约97:3、或约98:2、或约99:1、或约50:50。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，以无机颗粒材料的干重和在纸浆中的干纤维量计，待共研磨的混合物中无机颗粒材料和纤维素纸浆的量可以约99.5:0.5至约0.5:99.5的比率变化。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，所述组合物不包括太大以致于不能通过标称孔径尺寸为150μm，例如标称孔径尺寸为125μm、106μm、或90μm、或74μm、或63μm、或53μm、45μm、或38μm的BSS筛(根据BS 1796)的纤维。在一个实施方案中，水性悬浮液使用具有125μm标称孔径的BSS筛进行筛分。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，微纤化纤维素和无机颗粒材料及其他任选添加剂的水性浆液和悬浮液可以包括分散剂、杀生物剂、悬浮助剂、盐和其他添加剂，例如淀粉或羧甲基纤维素或聚合物，它们可以促进研磨期间或之后矿物质颗粒与纤维的相互作用。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，可以任选地使用增强剂诸如固定或两性淀粉、几丁质、瓜尔胶、羧甲基纤维素及其任何混合物。示例性增强剂包括：湿部马铃薯淀粉(购自Chemigate公司，产品名称Raisamyl^TM50021)。各种阳离子蒸煮淀粉是本领域已知的，例如，来自Solam的淀粉，诸如SOLBOND^TM，包括基于马铃薯的SOLBOND PC^TM、基于豌豆的SOLBOND LC^TM、基于小麦的SOLBOND WC^TM、基于马铃薯和小麦的SOLBOND PWC^TM、基于马铃薯和豌豆的SOLBOND SBC^TM以及SOLBOND N^TM，即冷水溶性阳离子淀粉。可以使用的其他淀粉包括Maize Stach BP(未改性的天然淀粉)和Pearl Dent未改性淀粉。本领域已知的另一形式的阳离子淀粉是购自SMS Corporation的Excelcat 300^TM阳离子淀粉。本领域已知的阴离子淀粉是Anchor^TM LR Acid Modified Com Starch。

本领域已知的固定剂包括：CATIOFAST^TM(159、160、BP Liquid)、FP、GM、PR 8154S、SF、VFH、VLH、VLW、VMP和VSH，可购自BTC Chemical Distribution。

强度添加剂是提高纸张强度诸如强度压缩强度、破裂强度和拉伸断裂强度的化学品。强度添加剂充当纤维的粘合剂，因此也增强纤维之间的相互连接。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，可以任选地使用增强剂，例如，选自以下的一种或多种合成聚合物：阳离子聚丙烯酰胺(C-PAM)、乙二醛化聚丙烯酰胺(G-PAM)、两性聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚-DADMAC)、聚丙烯酰胺(PAAE)、聚乙烯胺(PVAm)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯亚胺(PEI)或两种或更多种这些聚合物的混合物。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，合成聚合物可以是甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺与至少一种阳离子单体的共聚物。示例性合成增强剂是Fb 46(可购自Kemira公司，产品名称Fennobond TM 46(阳离子聚丙烯酰胺基树脂))。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，添加剂可以是中等分子量或低分子量的阳离子、阴离子、两性离子或两性凝聚剂。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，可以任选地使用具有在以下范围内的平均分子量的合成增强助剂：100,000-20,000,000g/mol、通常300,000-8,000,000g/mol、更通常300,000-1,500,000g/mol。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，增强剂的添加量以干基计基于每吨原料干固体为5-100kg、优选10-80kg、更优选15-70kg且最优选15-50kg。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，阳离子保留聚合物是阳离子聚丙烯酰胺，其平均分子量为4,000,000-18,000,000Da、优选4,000,000-12,000,000Da、更优选7,000000-10,000,000Da且/或电荷密度为0.2-2.5meq/g、优选0.5-1.5meq/g、更优选0.7-1.2meq/g。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，无机颗粒材料可以具有这样的粒度分布，以使得至少约10重量％、例如至少约20重量％、例如至少约30重量％、例如至少约40重量％、例如至少约50重量％、例如至少约60重量％、例如至少约70重量％、例如至少约80重量％、例如至少约90重量％、例如至少约95重量％、或例如约100％的颗粒具有小于2μm的当量球径(e.s.d.)。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，添加剂可以是微粒，例如膨润土(可购自Kemira公司，产品名称Altonit^TM SF)、二氧化硅(可购自Kemira公司，产品名称Fennosil^TM 517)。本领域已知的其他膨润土包括可购自BTC Chemical Distribution的CEDOSORB^TM(E43、M18、M2和VR1)以及同样可购自BTC Chemical Distribution的HYDROCOL^TM(BU、HBB、OC、OM2、OM@LS、OM6、OM6LS、ACK和SH)。

本说明书中使用的术语“微粒”包括纳米尺寸或微米尺寸的固体、水不溶性无机颗粒。胶体微粒的典型平均粒径为10^-6mm至10^-3mm。

微粒包括无机胶体微粒。优选地，无机胶体微粒包括二氧化硅基微粒、天然硅酸盐微粒、合成硅酸盐微粒或其混合物。典型的天然硅酸盐微粒是例如膨润土、水辉石、蛭石、贝得石(baidelite)、皂石和锌蒙脱石。典型的合成硅酸盐微粒是例如气相或合金二氧化硅、硅胶和合成金属硅酸盐，诸如Mg和Al型硅酸盐。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，微粒是二氧化硅基微粒、天然硅酸盐微粒诸如膨润土或水辉石、合成硅酸盐微粒或其混合物。在另一实施方案中，微粒为二氧化硅基微粒或膨润土。通常，二氧化硅基微粒的添加量以干基计基于每吨原料干固体为0.1-4kg、优选0.2-2kg、更优选0.3-1.5kg、还更优选0.33-1.5kg、甚至更优选0.33-1kg、最优选0.33-0.8kg。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，二氧化硅基微粒的添加量以干基计基于每吨原料干固体为至少0.33kg、优选0.33-4kg、更优选0.33-2kg且最优选0.33-1.5kg。

通常，基于天然或合成硅酸盐的微粒的添加量以干基计基于每吨原料干固体为0.1-10kg、优选1-8kg、更优选2-5kg。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，无机颗粒材料可具有如通过Malvern Mastersizer S机器所测量的粒度分布，使得至少约10体积％、例如至少约20体积％、例如至少约30体积％、例如至少约40体积％、例如至少约50体积％、例如至少约60体积％、例如至少约70体积％、例如至少约80体积％、例如至少约90体积％、例如至少约95体积％或例如约100体积％的颗粒具有小于2μm的当量球径(e.s.d.)。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，可以使用Malvern Insitec设备进行激光散射。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，无机颗粒材料是碱土金属碳酸盐，例如碳酸钙。无机颗粒材料可以是研磨碳酸钙(GCC)或沉淀碳酸钙(PCC)，或GCC与PCC的混合物。在另一实施方案中，无机颗粒材料是天然板状矿物质，例如高岭土。无机颗粒材料可以是高岭土与碳酸钙的混合物，例如高岭土与GCC的混合物，或高岭土与PCC的混合物，或高岭土、GCC与PCC的混合物。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，至少一种或多种无机颗粒材料选自由以下组成的组：碳酸镁、白云石、石膏、埃洛石、球粘土、偏高岭土、完全煅烧高岭土、滑石、云母、珍珠岩、硅藻土、氢氧化镁、三水合铝、或其组合。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，将至少一种无机颗粒材料中的一些或全部与步骤(a)的回收的含纤维素材料一起添加。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，对微纤化纤维素的水性悬浮液进行处理以除去至少一部分或基本上所有的水以形成部分干燥或基本上完全干燥的产物。例如，水性悬浮液中至少约10体积％的水可以从水性悬浮液中除去，例如，水性悬浮液中至少约20体积％、或至少约30体积％、或至少约40体积％、或至少约50体积％、或至少约60体积％、或至少约70体积％、或至少约80体积％、或至少约90体积％、或至少约100体积％的水可被除去。可以使用任何合适的技术从水性悬浮液中除去水，包括例如通过重力或真空辅助排水(加压或不加压)、或通过蒸发、或通过过滤、或通过这些技术的组合。部分干燥或基本上完全干燥的产物将包含微纤化纤维素和无机颗粒材料以及在干燥之前可能已经添加到水性悬浮液中的任何其他任选添加剂。如本文所述，部分干燥或基本上完全干燥的产物可以任选地再水合并结合到板材或片材组合物和其他纸产品中。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，部分干燥或基本上完全干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料可以根据美国专利号10,435,482来制备，该专利的内容通过引用的方式整体并入本文。微纤化纤维素和无机颗粒材料及任选添加剂的水性悬浮液可以通过本文的程序制备，然后通过一种或多种方式脱水，包括例如通过带式压机或高压自动带式压机、或离心机、管压机、螺旋压机或旋转压机来脱水，以产生微纤化纤维素和无机颗粒材料及任选添加剂的脱水组合物，然后将所述脱水组合物通过流化床干燥器、微波或射频干燥器、或热扫式碾磨机或干燥器、单元式碾磨机或多转子单元式碾磨机中的一种或多种或通过冷冻干燥进行干燥，以产生干燥或部分干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物及任选添加剂，随后可通过本领域已知的方式将其再分散。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，微粒可用于改善原料的脱水特性。微粒的功能似乎涉及从聚电解质桥释放水，使它们收缩，并充当涉及吸附在不同纤维或细颗粒上的大分子的桥中的连接。这些效果为水在纤维周围流动创造了更流线型的路径。微粒促进首过保留的趋势将倾向于对初始脱水率有积极的影响。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，干燥或部分干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物及任选的添加剂组合物可以根据WO2018/193314中阐述的程序进行再分散，该专利的内容通过引用的方式整体并入本文。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，可以通过向具有至少第一和第二入口和出口的槽中添加一定量的合适的分散液来进行脱水、部分干燥或基本上完全干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物及任选添加剂的再分散，其中所述槽还包括连接到所述出口的混合器和泵；(b)通过第一入口将足量的脱水、部分干燥或基本上完全干燥的微纤化纤维素添加到槽中，以产生所需固体浓度为0.5至5％纤维固体的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物及任选添加剂的液体组合物；将分散液和脱水、部分干燥或基本上完全干燥的微纤化纤维素在槽中用混合器混合，以便使微纤化纤维素部分解聚并再分散，从而形成可流动的浆料；用泵将可流动的浆料泵送到流动池的入口，其中所述流动池包括再循环回路和一个或多个串联的超声探头及至少第一和第二出口，其中所述流动池的第二出口连接到槽的第二入口，从而提供连续的再循环回路，以在所需的时间段和/或总能量内向浆料连续施加超声波能量，其中所述流动池在第二出口处包括可调节的阀以产生再循环浆料的背压，进一步其中步骤(c)的包含微纤化纤维素的液体组合物在0至4巴的操作压力和在20℃至50℃的温度下通过再循环回路连续再循环；(e)通过超声探头在19至100kHz的频率范围内以高达60％、高达100％或高达200％的幅度连续向浆料施加200至10,000kWh/t的超声波能量输入，直至用于1至120分钟的超声波仪的物理限制；(f)将具有增强的拉伸强度和/或粘度特性的包含微纤化纤维素的再分散悬浮液从流动池的第一出口收集在合适的容纳容器中。

在本发明的又一方面，板材或片材使用压缩模塑成型为结构部件的形状；其中所述结构部件用于家具或办公室结构中。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，结构部件是沙发、椅子或躺椅的框架的一部分。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，结构部件是桌子、储物单元、橱柜单元或模块化家具单元的一部分。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材具有更高的强度以接受紧固件。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材是天花板瓦片、墙板或绝缘板。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材可以是多层构造或层压板材或片材。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，使用一种或多种添加剂制造板材或片材。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，添加剂是助留剂、助滤剂、成型助剂、施胶助剂或流平助剂。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，助留剂选自中高电荷密度、极高分子量的阳离子聚合物(例如，PerForm^TM PC930，可购自Solenis,Wilmington,DE,USA)。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，成型助剂选自阴离子或非离子分散剂(例如，聚环氧乙烷、阴离子聚丙烯酰胺)。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，施胶助剂选自造纸施胶剂(改性淀粉或用于表面施胶的其他水胶体；烷基琥珀酸酐、烷基烯酮二聚体和用于内部施胶的松香)。本领域已知的施胶剂的实例是：SAB^TM(18和18/50，分别为pH中性纸施胶的聚合氯化铝(PAC)和pH酸性纸施胶的聚合氯化铝(PAC)，可购自ADITYABIRLAChemicals。其他可用的施胶剂包括BASOPLAST^TM(250D、270D、285S、420G、450G、88Conc.和90Conc.)，它们均可购自BASF。还可以使用可购自Kemira Oyj的FENNOSIZE^TM(AS、G、KD和RS)和购自Solenis(Wilmington,DE,USA)的HERCON^TM WI 155。

本领域已知的其他添加剂是：阴离子聚丙烯酰胺的微聚合物，以商标FENNOPOL^TM8635出售；脱气剂和消泡剂，以FENNOTECH^TM可购自Kemira Oyj；以及多组分保留系统，包含FennoPol^TM(阳离子聚丙烯酰胺)、FennoSil^TM(阴离子微或线性聚合丙烯酰胺)、FennoLite^TM(膨润土)和FennoSil^TM(硅溶胶)technologies)，可购自Kemira Oyj。

最后，一些其他添加剂可以包括胶态二氧化硅，以LEVASIL^TM RD2180可购自AkzoNobel；和凝聚剂，以NALCO^TM 74528可购自Nalco。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，片材或板材可包含流平助剂。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材是使用一种或多种添加剂制造的发泡体。示例性添加剂是膨胀珍珠岩。额外的添加剂是发泡剂，诸如十二烷基硫酸钠或发酵粉。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比，所述板材或片材具有至少5％的增加的弹性模量和/或至少5％的增加的断裂模量。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比，所述板材或片材具有至少10％的增加的弹性模量和/或至少10％的增加的断裂模量。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比，所述板材或片材具有至少15％的增加的弹性模量和/或至少15％的增加的断裂模量。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比，所述板材或片材具有至少20％的增加的弹性模量和/或至少20％的增加的断裂模量。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比，所述板材或片材具有至少25％的增加的弹性模量和/或至少25％的增加的断裂模量。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材相比，所述板材或片材具有至少30％的增加的弹性模量和/或至少30％的增加的断裂模量。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，微纤化纤维素具有约20至约50的纤维陡度。在另一实施方案中，纤维陡度范围为约25至约45。在又一实施方案中，纤维陡度范围为约30至约40。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材的厚度为1至25mm。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材的厚度为2至5mm。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材的厚度为3至4mm。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材的厚度为5至10mm。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材的厚度为10至15mm。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，板材或片材的厚度为20至25mm。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，添加剂是淀粉或羧甲基纤维素。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，添加剂是松香。

附图说明

为了更完整地理解本文所公开的原理及其优点，参考结合附图进行的以下描述，在附图中：

图1A和1B是滤液质量随时间的变化(图1A)和板材的水载荷随时间的变化(图1B)的绘图。

图2A-C.图2示出了活塞压制板在100巴下的光学图像；(图2A)滤布侧，(图2B)活塞侧，和(图3C)横截面。

图3A-D是描述在五个压制压力下并且由100％ OCC纸浆制成的板材的初始排水速率(图3A)、归一化排水时间(图3B)、含水率(图3C)和密度(图3D)的图表选择。

图4是MOR与板材密度的关系绘图。虚线是用于视觉引导的线性拟合曲线。

图5A-D是微纤化纤维素和无机颗粒材料剂量对初始排水速率(图5A)、归一化排水时间(图5B)、含水率(图5C)和干燥速率常数(图5D)的影响的图。

图6A-D是微纤化纤维素和无机颗粒材料剂量对MOE(图6A)、MOR(图6B)、吸水率(图6C)和厚度膨胀率(图6D)的影响的图。

图7是MOR与板材密度的关系绘图。虚线是用于视觉引导的线性拟合曲线。

图8是微纤化纤维素与所命名矿物的各种组合的MP的MOR值图。

图9是实施例2中样品的生产条件和实验室测试结果的总结。

具体实施方式

本文提供的题目、小标题和子标题不应被解释为限制本公开的各个方面。因此，通过从整体上参考说明书，可以更全面地定义下文定义的术语。本文中引用的所有参考文献均通过引用的方式整体并入。

本发明涉及片材或板材的制备，在所述片材或板材中包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料作为粘合剂组合物，其中所述板材由回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流制成，且任选地其中微纤化纤维素也可以由回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流制备。本发明还涉及如前述的片材或板材在制造包括家具和家具部件的板材产品中的用途，其中微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物提高由这种片材或板材制成的复合材料的密度和/或板材强度。

除非另外定义，本文使用的科学和技术术语将具有由本领域普通技术人员通常所理解的含义。另外，除非上下文另有要求，单数术语应包括复数且复数术语应包括单数。

在本申请中，除非另有陈述，“或”的使用意指“和/或”。在多个从属权利要求的上下文中，“或”的使用仅是指替代方案中的超过一个的先前独立权利要求或从属权利要求。

还应注意的是，如本说明书和所附权利要求所用，单数形式“一个/种(a、an)”和“所述(the)”以及任何词语的任何单数使用包括复数个指示物，除非明确地并且清楚地限于一个/种指示物。

参考以下定义可以最清楚地理解本发明：

术语“约”在本文中用于意指大致上、在某一范围内、粗略地或大约。在术语“约”结合数字范围使用时，其通过扩展所阐述数值上下的边界来修饰该范围。一般来讲，术语“约”在本文中用于以高于及低于所述值+/-10％的变化来修饰数值。

如本文所用，术语“包含(comprising)”(以及包含的任何形式，诸如“包含(comprise)”、“包含(comprises)”和“包含(comprised)”)、“具有(having)”(以及具有的任何形式，诸如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)”(以及包括的任何形式，诸如“包括(includes)”和“包括(include)”)或“含有(containing)”(以及含有的任何形式，诸如“含有(contains)”和“含有(contain)”)是包含性的或开放式的并且不排除另外的、未被叙述的要素或方法步骤。另外，与术语“包含”结合使用的术语也被理解为能够与术语“由……组成”或“基本上由……组成”结合使用。

如本文所用，术语“包括”及其语法变体旨在是非限制性的，使得列表中项目的叙述不排除可以取代或添加至所列项目的其他类似项目。

如本文所用，短语“X至Y的整数”意指包括端点的任何整数。举例来说，短语“1至5的整数”意指1、2、3、4或5。

如本文所用，本文所用的术语“可生物降解的”是指随着时间的推移可被自然界中所见的水和/或酶降解而对环境没有任何有害影响的组合物。本公开的组合物表现出满足ASTM D6868-11"Standard Specification for Labeling of End Items thatIncorporate Plastics and Polymers as Coatings or Additives"(ASTMInternational,West Conshohocken,PA.)的要求的特性。或者，本公开的组合物表现出满足ASTM D6400-04--"Specification for Compostable Plastics"(ASTM International,West Conshohocken,PA.)的要求的特性。

如本文所用的术语“增强剂”描述了一种材料，当该材料掺入可生物降解组合物中时，与使用不含增强剂的组合物形成的类似复合物所表现出的特征相比改进了由此形成的复合物的一种或多种特征。这些特征可包括但不限于最大负载下的应力、断裂应力、断裂应变、模量、弹性模量、断裂模量或韧性。

术语回收的含纤维素材料意指回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流。

本发明涉及对WO-A-2010/131016中描述的方法和组合物的修改，例如改进，该专利的全部内容通过引用的方式并入本文。

WO-A-2010/131016公开了一种制备微纤化纤维素的方法，包括例如通过研磨，任选地在研磨介质和无机颗粒材料的存在下，使包含纤维素的纤维材料微纤化。当用作纸中的填料时，例如，作为常规矿物质填料的替代物或部分替代物，通过所述方法获得的微纤化纤维素，任选地与无机颗粒材料组合，提高了纸的破裂强度特性。也就是说，相对于仅填充有矿物质填料的纸，发现填充有微纤化纤维素的纸具有改进的破裂强度。换言之，发现微纤化纤维素填料具有纸张破裂强度提高属性。在该发明的一个特别有利的实施方案中，包含纤维素的纤维材料在研磨介质的存在下研磨，任选地与无机颗粒材料组合，以获得具有20至约50的纤维陡度的微纤化纤维素。

WO-A-2010/131016中描述的方法包括通过在颗粒研磨介质的存在下研磨使包含纤维素的纤维基材微纤化的步骤，在研磨完成后将研磨介质去除。“微纤化”意指与预微纤化纸浆的纤维相比，其中纤维素的微纤维作为单个物质或作为小聚集体释放或部分释放的过程。适用于造纸的典型纤维素纤维(即预微纤化纸浆)包括数百或数千个单独的纤维素原纤维的较大聚集体。通过使纤维素微纤化，赋予微纤化纤维素和包含微纤化纤维素的组合物以特定的特征和特性，包括本文所述的特征和特性。

包含纤维素的纤维基材(在本文中不同地称为“包含纤维素的纤维基材”、“纤维素纤维”、“纤维状纤维素原料”、“纤维素原料”和“含纤维素的纤维(或纤维状)”等)可以衍生自回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流。

可将回收的纤维素纸浆打浆(例如在Valley打浆机中)和/或以其他方式精制(例如在锥形或板式精制机中加工)至任何预定的游离度，在本领域中报告为加拿大标准游离度(CSF)，单位为cm³。CSF意指通过纸浆悬浮液可以排出的速率所量度的纸浆游离度或排水率的值，并且此测试是根据T 227cm-09TAPPI标准进行的。例如，纤维素纸浆在被微纤化之前可以具有约10cm³或更高的加拿大标准游离度。回收的纤维素纸浆可具有以下CSF：约700cm³或更低，例如等于或小于约650cm³、或等于或小于约600cm³、或等于或小于约550cm³、或等于或小于约500cm³、或等于或小于约450cm³、或等于或小于约400cm³、或等于或小于约350cm³、或等于或小于约300cm³、或等于或小于约250cm³、或等于或小于约200cm³、或等于或小于约150cm³、或等于或小于约100cm³、或等于或小于约50cm³。回收的纤维素纸浆可具有20至约700的CSF。然后可以通过本领域公知的方法将回收的纤维素纸浆脱水，例如，可以通过筛网过滤纸浆以获得包含至少约10％固体，例如至少约15％固体、或至少约20％固体、或至少约30％固体、或至少约40％固体的湿片材。回收的纸浆可以未精制的状态(即未经打浆或脱水)利用，或以其他方式精制。

在一个实施方案中，微纤化纤维素也可以由回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流制备。

可以将包含纤维素的纤维基材添加到研磨容器中，所述纤维基材包含干燥状态的纤维素。例如，可以将干燥的损纸直接添加到研磨机容器中。研磨机容器中的水性环境将促进纸浆的形成。

在一个优选实施方案中，将OCC包用水分散在碎浆机中，并添加微纤化纤维素和无机颗粒材料的水性粘合剂组合物。然后将OCC和粘合剂组合物转移到原料槽中，接着稀释并泵送到其中可以添加施胶剂的高位槽中。示例性施胶剂是C-PAM，然而，可以使用如说明书中其他地方所述的其他施胶剂。然后将OCC纸浆和粘合剂组合物转移到板材模具中。湿板材由传送台移动到压制部，在此处压制板材，然后在设备的干燥部干燥。白水(white water)被再循环。

无机颗粒材料

当存在无机颗粒材料时，例如可以是碱土金属碳酸盐或硫酸盐，诸如碳酸钙、碳酸镁、白云石、石膏、含水高岭石组粘土诸如高岭土、埃洛石或球粘土、无水(煅烧的)高岭石组粘土诸如偏高岭土或完全煅烧的高岭土、滑石、云母、珍珠岩或硅藻土、或氢氧化镁、或三水合铝或其组合。

用于方法中的优选无机颗粒材料是碳酸钙。此后，本发明可能倾向于根据碳酸钙以及与碳酸钙被加工和/或处理的方面有关的方面进行讨论。本发明不应被解释为限于此类实施方案。

本发明中使用的颗粒状碳酸钙可以通过研磨从天然来源获得。研磨过的碳酸钙(GCC)通常通过粉碎然后研磨矿物质源诸如白垩、大理石或石灰石来获得，随后可以进行粒度分级步骤，以获得具有所需细度的产物。其他技术诸如漂白、浮选和磁选也可用于获得具有所需细度和/或颜色的产物。颗粒状固体材料可自发研磨，即通过固体材料颗粒本身之间的磨耗，或者，在包含与待研磨的碳酸钙不同材料的颗粒的颗粒状研磨介质的存在下研磨。这些过程可以在存在或不存在分散剂和杀生物剂的情况下进行，这些试剂可以在所述过程的任何阶段添加。

沉淀碳酸钙(PCC)可用作本发明中颗粒状碳酸钙的来源，并可通过本领域可用的任何已知方法产生。TAPPI Monograph Series No 30,"Paper Coating Pigments",第34-35页描述了制备沉淀碳酸钙的三种主要商业工艺，所述沉淀碳酸钙适用于制备用于造纸工业的产品，但也可用于实践本发明。在所有三种工艺中，首先将碳酸钙给料(诸如石灰石)煅烧以产生生石灰，然后将生石灰在水中熟化以产生氢氧化钙或石灰乳。在第一种工艺中，石灰乳直接用二氧化碳气体碳酸化。此工艺的优点是不形成副产物，并且碳酸钙产物的性质和纯度比较容易控制。在第二种工艺中，使石灰乳与纯碱接触，以通过复分解产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液。如果此工艺在商业上使用，则氢氧化钠可以大体上与碳酸钙完全分离。在第三种主要商业工艺中，石灰乳首先与氯化铵接触，得到氯化钙溶液和氨气。然后使氯化钙溶液与纯碱接触，以通过复分解产生碳酸钙沉淀和氯化钠溶液。根据所使用的具体反应过程，晶体可以多种不同的形状和尺寸产生。PCC晶体的三种主要形式是文石、菱面体和偏三角面体，它们都适用于本发明，包括其混合物。

碳酸钙的湿法研磨包括形成碳酸钙的水性悬浮液，然后可以将其任选地在合适的分散剂存在下研磨。可以参考例如EP-A-614948(其内容通过引用的方式整体并入)以获得关于碳酸钙湿法研磨的更多信息。

在一些情况下，可以包括少量添加的其他矿物质，例如，也可以存在高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、铝土矿、滑石或云母中的一种或多种。

当本发明的无机颗粒材料是从天然存在的来源获得时，一些矿物质杂质可能会污染研磨材料。例如，天然存在的碳酸钙可以与其他矿物质一起存在。因此，在一些实施方案中，无机颗粒材料包括一定量的杂质。然而，一般而言，本发明中使用的无机颗粒材料将含有小于约5重量％、优选小于约1重量％的其他矿物质杂质。

在本发明方法的微纤化步骤期间使用的无机颗粒材料优选具有这样的粒度分布，其中至少约10重量％的颗粒具有小于2μm的当量球径(e.s.d.)，例如，至少约20重量％、或至少约30重量％、或至少约40重量％、或至少约50重量％、或至少约60重量％、或至少约70重量％、或至少约80重量％、或至少约90重量％、或至少约95重量％、或约100重量％的颗粒具有小于2μm的e.s.d。

除非另有说明，否则本文针对无机颗粒材料提及的粒度特性是使用由Micromeritics Instruments Corporation,Norcross,Ga.,USA(电话:+1 7706623620；网址:www.micromeritics.com)供应的Sedigraph 5100机器(在本文中称为“MicromeriticsSedigraph 5100单元”)通过在水性介质中在完全分散的条件下沉降颗粒材料而以公知的方式测量的。这种机器提供具有小于给定e.s.d值的尺寸的颗粒的测量值和累积重量百分比曲线，该尺寸在本领域中称为‘当量球径’(e.s.d)。平均粒度d₅₀是以此方式测定的颗粒e.s.d的值，在该值下50重量％的颗粒具有小于该d₅₀值的当量球径。

或者，在说明的情况下，本文针对无机颗粒材料提及的粒度特性是通过激光散射领域中采用的公知常规方法，使用由Malvern Instruments Ltd供应的MalvernMastersizer S机器(或通过结果基本相同的其他方法)测量的。在激光散射技术中，粉末、悬浮液和乳液中的颗粒尺寸可以基于米氏理论的应用，使用激光束的衍射来测量。这种机器提供具有小于给定e.s.d值的尺寸的颗粒的测量值和累积体积百分比曲线，该尺寸在本领域中称为‘当量球径’(e.s.d)。平均粒度d₅₀是以此方式测定的颗粒e.s.d的值，在该值下50体积％的颗粒具有小于该d₅₀值的当量球径。

除非另有说明，否则微纤化纤维素材料的粒度特性是通过激光散射领域中采用的公知常规方法，使用由Malvern Instruments Ltd供应的Malvern Insitec L机器(或通过结果基本相同的其他方法)测量的。

下面提供了使用Malvern Mastersizer S机器表征无机颗粒材料与微纤化纤维素的混合物的粒度分布的程序细节。

另一优选使用的无机颗粒材料是高岭土粘土。本发明不应被解释为限于此类实施方案。因此，在一些实施方案中，高岭土以未加工的形式使用。

本发明中使用的高岭土粘土可以是来源于天然来源的加工材料，即原始的天然高岭土粘土矿物质。加工过的高岭土粘土通常可以含有至少约50重量％的高岭石。例如，大多数商业加工的高岭土粘土含有大于约75重量％的高岭石，并且可以含有大于约90重量％、在一些情况下大于约95重量％的高岭石。

本发明中使用的高岭土粘土可以通过本领域技术人员熟知的一种或多种其他工艺，例如通过已知的精制或选矿步骤，由原始的天然高岭土粘土矿物质制备。

例如，粘土矿物质可用还原性漂白剂、诸如连二亚硫酸钠漂白。如果使用连二亚硫酸钠，则在连二亚硫酸钠漂白步骤之后，漂白的粘土矿物质可以任选地脱水，任选地洗涤并再次任选地脱水。

可以处理粘土矿物质以除去杂质，例如通过本领域熟知的絮凝、浮选或磁选技术。或者，在本发明第一方面中使用的粘土矿物质可以固体形式或作为水性悬浮液未经处理。

本发明中使用的颗粒状高岭土粘土的制备方法还可以包括一个或多个粉碎步骤，例如研磨或碾磨。用粗高岭土的轻粉碎来对其进行适当的分层。粉碎可以通过使用塑料(例如尼龙)的珠子或颗粒、沙子或陶瓷研磨或碾磨助剂来进行。粗高岭土可以使用公知的程序进行精制以除去杂质并改进物理特性。高岭土粘土可以通过已知的粒度分级程序，例如筛分和离心(或两者)来处理，以获得具有所需d₅₀值或粒度分布的颗粒。

微纤化纤维素

微纤化纤维素包括纤维素，其是包含重复葡萄糖单位的天然存在的聚合物。在本说明书中使用的术语“微纤化纤维素”也表示为MFC，包括微纤化的(microfibrillated)/微纤化(microfibrillar)纤维素和纳米纤化的/纳米纤化纤维素(NFC)，这些材料也被称为纳米纤维素。

“微纤化”意指与预微纤化纸浆的纤维相比，其中纤维素的微纤维作为单个物质或作为小聚集体释放或部分释放的过程。适用于造纸的典型纤维素纤维(即预微纤化纸浆)包括数百或数千个单独的纤维素纤维的较大聚集体。

微纤化纤维素是通过剥去可能已经通过机械剪切暴露的纤维素纤维外层来制备的，有或没有预先的酶促或化学处理。存在许多本领域已知的制备微纤化纤维素的方法。

通常，在一个方面，微纤化工艺包括在无机颗粒材料的存在下使包含纤维素的纤维基材微纤化。根据本方法的特定实施方案，微纤化步骤是在充当微纤化剂的无机颗粒材料的存在下进行的。

在某些实施方案中，包含微纤化纤维素的组合物可通过包括在研磨介质存在下使包含纤维素的纤维基材微纤化的工艺获得。所述工艺有利地在水性环境中进行。

在一个优选实施方案中，包含纤维素的纤维基材可以衍生自回收的含纤维素材料，即衍生自回收的纸浆或造纸厂损纸和/或工业废料、或来自造纸厂的富含矿物质填料和纤维素材料的纸流、或其组合。

微纤化是在研磨介质存在下进行的，该研磨介质起到促进预微纤化纤维素的微纤化的作用。此外，无机颗粒材料可用作微纤化剂，即，当在无机颗粒材料存在下共同加工，例如共同研磨时，纤维素起始材料可以在相对较低的能量输入下被微纤化。

包含纤维素的纤维基材可以呈纸浆的形式(即，纤维素纤维在水中的悬浮液)，其可以通过任何合适的化学或机械处理或其组合来制备。

除非另有说明，否则微纤化纤维素材料的粒度特性是通过激光散射领域中采用的公知常规方法，使用由Malvern Instruments Ltd供应的Malvern Mastersizer S机器(或通过结果基本相同的其他方法)测量的。

可以在无机颗粒材料的存在下将包含纤维素的纤维基材微纤化以获得具有如通过激光散射所测量的约5至约500μm范围内的d₅₀的微纤化纤维素。可以在无机颗粒材料存在下将包含纤维素的纤维基材微纤化以获得具有以下d₅₀的微纤化纤维素：等于或小于约400μm，例如等于或小于约300μm、或等于或小于约200μm、或等于或小于约150μm、或等于或小于约125μm、或等于或小于约100μm、或等于或小于约90μm、或等于或小于约80μm、或等于或小于约70μm、或等于或小于约60μm、或等于或小于约50μm、或等于或小于约40μm、或等于或小于约30μm、或等于或小于约20μm、或等于或小于约10μm。

可以在无机颗粒材料的存在下将包含纤维素的纤维基材微纤化以获得具有在约0.1-500μm范围内的模态纤维粒度和在0.25-20μm范围内的模态无机颗粒材料粒度的微纤化纤维素。可以在无机颗粒材料的存在下将包含纤维素的纤维基材微纤化以获得具有以下模态纤维粒度的微纤化纤维素：至少约0.5μm、例如至少约10μm、或至少约50μm、或至少约100μm、或至少约150μm、或至少约200μm、或至少约300μm、或至少约400μm。

可以在无机颗粒材料的存在下将包含纤维素的纤维基材微纤化以获得具有如通过Malvern所测量的等于或大于约10的纤维陡度的微纤化纤维素。纤维陡度(即纤维的粒度分布的陡度)由下式确定：

陡度＝100x(d_30/d70)

微纤化纤维素可具有等于或小于约100的纤维陡度。微纤化纤维素可具有等于或小于约75、或等于或小于约50、或等于或小于约40、或等于或小于约30的纤维陡度。微纤化纤维素可具有约20至约50、或约25至约40、或约25至约35、或约30至约40的纤维陡度。

可以将更精细的矿物质峰拟合到所测量的数据点，并从分布中在数学上减去以留下纤维峰，纤维峰可以转换为累积分布。类似地，可以从原始分布中在数学上减去纤维峰以留下矿物质峰，也可以将矿物质峰转换为累积分布。然后可以使用这两条累积曲线来计算平均粒度(d₅₀)和分布的陡度(d_30/d₇₀ x 100)。然后可以使用微分曲线来找出矿物质部分和纤维部分二者的模态粒度。

制备微纤化纤维素和无机颗粒材料的水性悬浮液

在一个实施方案中，微纤化纤维素和无机颗粒材料及其他任选添加剂的水性悬浮液可以下列方式制备。其他任选的添加剂包括分散剂、杀生物剂、悬浮助剂、盐和其他添加剂，例如淀粉或羧甲基纤维素或聚合物，它们可以在研磨期间或之后促进矿物质颗粒与纤维的相互作用。

无机颗粒材料可以具有这样的粒度分布，使得至少约10重量％、例如至少约20重量％、例如至少约30重量％、例如至少约40重量％、例如至少约50重量％、例如至少约60重量％、例如至少约70重量％、例如至少约80重量％、例如至少约90重量％、例如至少约95重量％、或例如约100％的颗粒具有小于2μm的e.s.d。在另一实施方案中，无机颗粒材料可具有如通过Malvern Mastersizer S机器所测量的粒度分布，使得至少约10体积％、例如至少约20体积％、例如至少约30体积％、例如至少约40体积％、例如至少约50体积％、例如至少约60体积％、例如至少约70体积％、例如至少约80体积％、例如至少约90体积％、例如至少约95体积％、或例如约100体积％的颗粒具有小于2μm的e.s.d。

待共同研磨的混合物中无机颗粒材料和纤维素纸浆的量可基于无机颗粒材料的干重和纸浆中干纤维的量以约99.5:0.5至约0.5:99.5的比率变化，例如，基于无机颗粒材料的干重和纸浆中干纤维的量，以约99.5:0.5至约50:50的比率变化。例如，无机颗粒材料与干纤维的量的比率可为约99.5:0.5至约70:30。在一个实施方案中，无机颗粒材料与干纤维的比率为约80:20、或例如约85:15、或约90:10、或约91:9、或约92:8、或约93:7、或约94:6、或约95:5、或约96:4、或约97:3、或约98:2、或约99:1。在一个优选实施方案中，无机颗粒材料与干纤维的重量比为约95:5。在另一优选实施方案中，无机颗粒材料与干纤维的重量比为约90:10。在另一优选实施方案中，无机颗粒材料与干纤维的重量比为约85:15。在另一优选实施方案中，无机颗粒材料与干纤维的重量比为约80:20。

在一个实施方案中，组合物不包括太大以致于不能通过标称孔径尺寸为150μm，例如标称孔径尺寸为125μm、106μm、或90μm、或74μm、或63μm、或53μm、45μm、或38μm的BSS筛(根据BS 1796)的纤维。在一个实施方案中，水性悬浮液使用具有125μm标称孔径的BSS筛进行筛分。

因此，应理解，如果经研磨或均质化的悬浮液被处理以除去超过选定尺寸的纤维，则在研磨或均质化之后水性悬浮液中微纤化纤维素的量(即重量％)可小于纸浆中干纤维的量。因此，进料到研磨机或均化器的纸浆和无机颗粒材料的相对量可以根据在除去超过选定尺寸的纤维后水性悬浮液中所需的微纤化纤维素的量来调整。

在一个实施方案中，无机颗粒材料是碱土金属碳酸盐，例如碳酸钙。无机颗粒材料可以是研磨碳酸钙(GCC)或沉淀碳酸钙(PCC)，或GCC与PCC的混合物。在另一实施方案中，无机颗粒材料是天然板状矿物质，例如高岭土。无机颗粒材料可以是高岭土与碳酸钙的混合物，例如高岭土与GCC的混合物，或高岭土与PCC的混合物，或高岭土、GCC与PCC的混合物。

因此，根据一个实施方案，包含纤维素的纤维基材和无机颗粒材料以至少约4wt.％的初始固体含量存在于水性环境中，其中至少约2重量％是包含纤维素的纤维基材。在一些实施方案中，初始固体含量可为至少约0.25wt.％、0.5wt.％、1wt.％、1.5wt.％、2wt.％、2,5wt.％、3wt.％、4wt.％、5wt.％。在一些实施方案中，初始固体含量可为至少约6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％或约10wt.％。至少约5重量％的初始固体含量可以是包含纤维素的纤维基材。

在另一实施方案中，水性悬浮液被处理以除去至少一部分或基本上所有的水以形成部分干燥或基本上完全干燥的产物。例如，水性悬浮液中至少约10体积％的水可以从水性悬浮液中除去，例如，水性悬浮液中至少约20体积％、或至少约30体积％、或至少约40体积％、或至少约50体积％、或至少约60体积％、或至少约70体积％、或至少约80体积％、或至少约90体积％、或至少约100体积％的水可被除去。可以使用任何合适的技术从水性悬浮液中除去水，包括例如通过重力或真空辅助排水(加压或不加压)、或通过蒸发、或通过过滤、或通过这些技术的组合。

板材的压制可以在例如1至150巴的不同压力下，用液压机(例如活塞压机)的形式进行，以加固板材并降低含水率。此过程中水的温度范围可在10至90℃内-较高的温度预计会加速排水并增加干燥器之前板材的固体。压机部可以在全尺寸机器上使用液压机模具或气缸压机来实现。

干燥过程在烘箱中在高温(通常超过100℃)下进行，温度可为约130℃。更大规模地，这可以通过气体蒸汽(热干燥)、真空干燥、传导干燥(例如滚筒干燥)或红外线干燥来进行。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，包含纤维素的纤维基材以小于约5wt％、或小于约4wt％、或小于约3wt％、或小于约2wt％、或小于约1.5wt％、或小于约1wt％、或小于约0.5wt％的初始固体含量存在于水性环境中。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，在方法中使用的能量总量小于约10,000kWh/吨包含纤维素的纤维基材中的干纤维、或小于约5,000kWh/吨包含纤维素的纤维基材中的干纤维、或小于约3,000kWh/吨包含纤维素的纤维基材中的干纤维、或小于约2,500kWh/吨包含纤维素的纤维基材中的干纤维、或小于约2,000kWh/吨包含纤维素的纤维基材中的干纤维。

基于无机颗粒填料的总干重，在典型研磨过程中为获得所需水性悬浮液组合物的总能量输入通常可以介于约100与1500kWht^-1之间。总能量输入可小于约1000kWht^-1、例如小于约800kWht^-1、小于约600kWht^-1、小于约500kWht^-1、小于约400kWht^-1、小于约300kWht^-1、或小于约200kWht^-1。

当在无机颗粒材料的存在下共研磨纤维素纸浆时，可以在相对较低的能量输入下将纤维素纸浆微纤化。包含纤维素的纤维基材中每吨干纤维的总能量输入将小于约10,000kWht^-1、例如小于约9000kWht^-1、或小于约8000kWht^-1、或小于约7000kWht^-1、或小于约6000kWht^-1、或小于约5000kWht^-1、例如小于约4000kWht^-1、小于约3000kWht^-1、小于约2000kWht^-1、小于约1500kWht^-1、小于约1200kWht^-1、小于约1000kWht^-1、或小于约800kWht^-1。总能量输入根据被微纤化的纤维基材中干纤维的量及任选的研磨速度和研磨持续时间而变化。

由于待研磨材料的悬浮液可具有相对较高的粘度，因此可以优选在研磨之前将合适的分散剂加入到悬浮液中。分散剂可以是例如水溶性缩合磷酸盐、聚硅酸或其盐、或聚电解质，例如具有不大于80,000的数量平均分子量的聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)的水溶性盐。基于无机颗粒固体材料的干重量，所用分散剂的量通常将在0.1重量％至2.0重量％的范围内。悬浮液可适当地在4℃至100℃范围内的温度下研磨。

在微纤化步骤期间可包括的其他添加剂包括：羧甲基纤维素、两性羧甲基纤维素、氧化剂、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)、TEMPO衍生物和木材降解酶。

可生物降解的组合物还可以任选地包含抑制可再生复合物吸收水分的防潮剂。这种防潮剂还可以减少因使用蛋白质而产生的任何气味。防潮剂可以是任何已知的蜡或油。或者，防潮剂是植物基、石油基或动物基蜡或油。植物基防潮剂可选自包括以下的组：巴西棕榈蜡、茶树油、大豆蜡、大豆油、羊毛脂、棕榈油、棕榈蜡、花生油、葵花油、菜子油、菜籽油、海藻油、椰子油和巴西棕榈油。石油基防潮剂可选自包括以下的组：石蜡、石蜡油和矿物油。动物基防潮剂可选自包括蜂蜡和鲸油的组。

待研磨材料的悬浮液的pH可为约7或大于约7(即碱性)，例如，悬浮液的pH可为约8、或约9、或约10、或约11。待研磨材料的悬浮液的pH可以小于约7(即酸性)，例如，悬浮液的pH可为约6、或约5、或约4、或约3。

待研磨材料的悬浮液的pH可以通过加入适量的酸或碱来调节。合适的碱包括碱金属氢氧化物，例如NaOH。其他合适的碱是碳酸钠和氨。合适的酸包括无机酸诸如盐酸和硫酸，或有机酸。示例性酸是正磷酸。

在一个示例性实施方案中，部分干燥或基本上干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料可以根据美国专利号10,435,482来制备，该专利的内容通过引用的方式整体并入本文。微纤化纤维素和无机颗粒材料及任选添加剂的水性悬浮液可在本文中制备，然后通过一种或多种方式脱水，包括例如通过带式压机或高压自动带式压机、或离心机、管压机、螺旋压机或旋转压机来脱水，以产生微纤化纤维素和无机颗粒材料及任选添加剂的脱水组合物，然后将所述脱水组合物通过流化床干燥器、微波或射频干燥器、或热扫式碾磨机或干燥器、单元式碾磨机或多转子单元式碾磨机中的一种或多种或通过冷冻干燥进行干燥，以产生干燥或部分干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物及任选添加剂，随后可通过本领域已知的方式将其再分散。

在一个实施方案中，干燥或部分干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物以及任选添加剂组合物可以根据WO 2018/193314进行再分散，该文献的内容通过引用的方式整体并入本文。

在一个实施方案中，可以通过向具有至少第一和第二入口和出口的槽中添加一定量的合适的分散液来进行脱水、部分干燥或基本上干燥的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物及任选添加剂的再分散，其中所述槽还包括连接到所述出口的混合器和泵；(b)通过第一入口将足量的脱水、部分干燥或基本上干燥的微纤化纤维素添加到槽中，以产生所需固体浓度为0.5至5％纤维固体的微纤化纤维素和无机颗粒材料组合物及任选添加剂的液体组合物；将分散液和脱水、部分干燥或基本上干燥的微纤化纤维素在槽中用混合器混合，以便使微纤化纤维素部分解聚并再分散，从而形成可流动的浆料；用泵将可流动的浆料泵送到流动池的入口，其中所述流动池包括再循环回路和一个或多个串联的超声探头及至少第一和第二出口，其中所述流动池的第二出口连接到槽的第二入口，从而提供连续的再循环回路，以在所需的时间段和/或总能量内向浆料连续施加超声波能量，其中所述流动池在第二出口处包括可调节的阀以产生再循环浆料的背压，进一步其中步骤(c)的包含微纤化纤维素的液体组合物在0至4巴的操作压力和在20℃至50℃的温度下通过再循环回路连续再循环；(e)通过超声探头在19至100kHz的频率范围内以高达60％、高达100％或高达200％的幅度连续向浆料施加200至10,000kWh/t的超声波能量输入，直至用于1至120分钟的超声波仪的物理限制；(f)将具有增强的拉伸强度和/或粘度特性的包含微纤化纤维素的再分散悬浮液从流动池的第一出口收集在合适的容纳容器中。

均质化

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，包含纤维素的纤维基材的微纤化可以在湿条件下在无机颗粒材料的存在下通过如下方法完成：其中纤维素纸浆与无机颗粒材料的混合物被加压(例如，加压至约500巴的压力)，然后通过低压区。混合物通过低压区的速率足够高并且低压区的压力足够低以引起纤维素纤维的微纤化。例如，可以通过迫使混合物穿过具有窄入口孔和宽得多的出口孔的环形开口来实现压降。随着混合物加速进入更大的体积(即低压区)，压力的急剧下降会引起空化，从而导致微纤化。在一个实施方案中，包含纤维素的纤维基材的微纤化可以在无机颗粒材料的存在下在湿条件下在均化器中完成。在均化器中，纤维素纸浆-无机颗粒材料混合物被加压(例如，加压至约500巴的压力)，并被迫使穿过小喷嘴或孔。可将混合物加压至约100至约1000巴的压力，例如至等于或大于300巴、或等于或大于约500、或等于或大于约200巴、或等于或大于约700巴的压力。均质化使纤维经受高剪切力，使得当加压的纤维素纸浆离开喷嘴或孔时，空化造成纸浆中的纤维素纤维发生微纤化。可以添加额外的水以改善悬浮液通过均化器的流动性。可以将所得的包含微纤化纤维素和无机颗粒材料的水性悬浮液送回均化器的入口，以便多次通过均化器。在一个优选实施方案中，无机颗粒材料是天然板状矿物质，诸如高岭土。因此，均质化不仅有利于纤维素纸浆的微纤化，而且有利于板状无机颗粒材料的分层。

板状无机颗粒材料，诸如高岭土，被理解为具有至少约10、例如至少约15、或至少约20、或至少约30、或至少约40、或至少约50、或至少约60、或至少约70、或至少约80、或至少约90、或至少约100的形状因子。如本文所用，形状因子是使用美国专利号5,576,617中描述的电导率方法、设备和方程测量的不同尺寸和形状的颗粒群的颗粒直径与颗粒厚度之比的量度，该专利通过引用的方式并入本文。

可在不存在包含纤维素的纤维基材的情况下，在均化器中将板状无机颗粒材料诸如高岭土的悬浮液处理至预定的粒度分布，之后将包含纤维素的纤维材料添加到无机颗粒材料的水性浆料中，并且将合并的悬浮液如上所述在均化器中加工。继续均质化过程，包括一次或多次通过均化器，直到获得所需的微纤化水平。类似地，板状无机颗粒材料可在研磨机中处理至预定粒度分布，然后与包含纤维素的纤维材料合并，随后在均化器中加工。示例性均化器是Manton Gaulin(APV)均化器。

在已经进行微纤化步骤之后，可以对包含微纤化纤维素和无机颗粒材料的水性悬浮液进行筛分以除去超过某一尺寸的纤维并除去任何研磨介质。例如，可以使用具有选定标称孔径尺寸的筛对悬浮液进行筛分，以除去未能通过筛的纤维。标称孔径尺寸意指方形孔径相对两侧的标称中心间距或圆形孔径的标称直径。所述筛可以是BSS筛(根据BS1796)，其标称孔径尺寸为150μm，例如，标称孔径尺寸为125μm、或106μm、或90μm、或74μm、或63μm、或53μm、45μm或38μm。在一个实施方案中，水性悬浮液使用具有125μm标称孔径的BSS筛进行筛分。然后可以任选地将水性悬浮液脱水。

在US 20190127911中公开了一种制备微纤化纤维素的替代方法。通过将填料材料沉淀到所述微纤化纤维素的纤维或原纤维上并提供水性介质来制备包含微纤化纤维素和填料材料的基本上干燥的复合材料。所述方法包括降低水性介质的pH，然后在降低pH的步骤之前或之后，将水性介质与基本上干燥的复合材料混合。随后填料材料从微纤化纤维素中释放出来。

然后可以通过本领域公知的方法将纤维素纸浆脱水，例如，可以通过筛来过滤纸浆以获得包含至少约10％固体，例如至少约15％固体、或至少约20％固体、或至少约30％固体、或至少约40％固体的湿片材。纸浆可以在未精制的状态下利用，也就是说，没有被打浆或脱水，或以其他方式被精制。

可以将包含纤维素的纤维基材以干燥状态添加到研磨容器中。例如，可以将干燥的损纸直接添加到研磨机容器中。研磨机容器中的水性环境将促进纸浆的形成。

微纤化步骤可以在任何合适的设备中进行，包括但不限于精制机。在一个实施方案中，微纤化步骤在湿磨条件下在研磨容器中进行。在另一实施方案中，微纤化步骤在均化器中进行。

在本公开的前述方面和实施方案的一个实施方案中，高固体形式的微纤化纤维素和无机颗粒材料(其中水已被部分或基本上完全去除)可被运送到远程制造现场，然后通过将高固体粘合剂组合物再分散在合适的分散器中或通过如WO2018/193314,Microfibrillated Cellulose with Enhanced Properties and Method of Making Same和WO 2017/182883 Redispersed Microfibrillated Cellulose中所述的其他方式而配制，这些专利通过引用的方式整体并入本文。

包含回收的纸浆和粘合剂组合物的可成型片材的特性根据本领域已知的下列方法进行最佳测试，所述粘合剂组合物包含微纤化纤维素和无机颗粒材料。

尺寸和厚度(BS EN 324-1)

密度/密度变化(BS EN 323)

弯曲强度/弯曲弹性抗弯刚度/刚性(BS EN 310)

内部胶结强度(BS EN 319)

尺寸稳定性(BS EN 318)

厚度膨胀率(BS EN 317)

含水率(BS EN 322)

机械加工性/方形度/边缘直度(BS EN 324-2)

抗螺钉拔出力(BS EN 320)

甲醛释放量(BS EN 120)

实施例

为了更充分地理解本发明，提出以下实施例。这些实施例是为了说明本发明的实施方案，而不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

实施例1.制造包含旧瓦楞纸板(“OCC”)和粘合剂组合物的板材，所述粘合剂组合物包含微纤化纤维素(“MFC”)和任选的一种或多种无机颗粒材料。

纸浆总百分比计算

以下列方式测定总POP％。

POP％(纸浆百分比)是纤维总固体的质量百分比。

将空坩埚称重至小数点后4位(“dp”)。(W1)。进行固体％测定后立即将>1g的烘干产物添加到坩埚中并称重至4dp(W2)。使用长柄钳，将坩埚置于950℃的炉中30分钟，然后取出并在干燥器中冷却，之后重新称重至4dp。(W3)。

以下列方式测定POP％。

纸浆“％POP”的百分比表示为纤维总固体的质量百分比并由下式给出：

例如，如果MFC用高岭土来纤化，则

POP％＝((W2-W1)-((W3-W1))/((1-LOI)))/((W2-W1))×100

其中W1＝4.1中记录的坩埚重量

W2＝4.2中记录的烘干产物加上坩埚的重量

W3＝4.4中记录的灰烬加坩埚的重量

LOI＝烧失量(表示为分率-例如，10％应表示为0.1)

对于高岭土，950℃下的典型烧失量为0.14。

对于滑石，950℃下的典型烧失量为0.08。

对于煅烧的粘土，950℃下的典型烧失量为零。

理想情况下，应测量制造样品的特定矿物质样品的LOI，但如果无法获得，则可以使用典型值来替代。

％POP的标准偏差为0.5。

将旧瓦楞纸板(“OCC”)(产品代码DSB205618，DS Smith)在大型碎解机中以12升以5wt.％稠度精制20分钟。粘合剂组合物包含50％纸浆百分比(POP)的Intramax^TM 57(IMAX57；可从Imerys Minerals Limited,United Kingdom获得)和FiberLean^TM微纤化纤维素(MFC)。IMAX 57是一种纸填料级高岭土。将粘合剂组合物以4600rpm离心30分钟，并且通过水分平衡测量离心过的粘合剂组合物的总固体含量。使用旋转叶轮用蒸馏水制备0.1wt.％的阴离子有机聚合物助留剂(PERFORM^TM PC930，可从Solenis,Wilmington,DE,USA获得)组合物。

板材浆料的组成包括50％纸浆百分比(POP)的精制OCC纸浆和/或MFC(FiberLean^TM)(参见下表1)，即比率为50:50的MFC和粘土。因此，对于10wt.％的50POP MFC和粘土，存在5wt.％MFC和5wt.％粘土。类似地，20wt.％的50POP MFC/粘土包含10wt.％MFC和10wt.％粘土。将所得浆料以4wt.％稠度与絮凝剂(0.2wt.％剂量的阴离子有机聚合物助留剂(PERFORM^TM PC930)(Solenis)以干板材质量计来混合，然后以550ml的总体积倒入活塞压机中。使用五种压力条件来产生板材：40巴、60巴、80巴、100巴和120巴。

将微纤化纤维素、OCC和添加剂装入活塞筒中，并通过气动活塞压紧另一端的排水纱布。提取、干燥并测试如此形成的盘。水从装置中排出的速率随着所施加压力而变化，并且是一个重要参数，因为这会影响生产速率和干燥成本。

表1板材浆料的组成

在每个压制压力下为每种组合物制作双份板材。使用连接到记录程序(例如，可从RS components获得的RS COM程序)的天平记录由活塞压机产生的流出水的速率。RS COM是一种商用软件，用于将来自质量天平的数据记录到计算机的文件中。

初始排水速率由每块板材的质量对时间绘图的初始斜率梯度确定，并且排水时间在质量变化变得小于1g s^-1时确定(图1A和图1B)。湿板材在活塞压机中的停留时间小于5分钟。

将湿板材在天平上称重，精度为0.01g。将在每个压力下制成的双份板材之一置于130℃的预热烘箱中过夜。另一块板材在水分天平上干燥，并将所收集的干燥动力学数据用于鉴定每块板材的干燥速率(图1B)。

测试

压制板材的固体含量

从活塞压机收集湿压板材后，在将湿板材放入烘箱或水分天平之前记录湿板材的质量(m_湿)。在干燥器中冷却后记录干板材的重量(m_干)。根据方程1计算湿板材的固体含量。

板材密度

获得干板材的质量(以上)。板材的厚度用数显卡尺(h)测量，并且结果是重复测量的平均值。板材被假定为如图2所示的均匀圆盘，其中直径(D)为7cm。因此，板材密度通过方程2以g cm^-3为单位来计算。

图2A-C展示了100巴下的活塞压制板材的光学图像；图像是(图2A)滤布侧、(图2B)活塞侧和(图2C)横截面。

弯曲测量在Tinius Olsen H10KS台式测试仪上进行。支撑跨度为64mm且测试速度为2mm/min。将干燥的板材切成1.5cm宽的条状，并在测试前在50％RH、23℃下调节1小时。测试结果是基于每个样品的重复测量值。实验在50％RH、23℃下进行。

弹性模量(MOE)是材料的刚性，用于测量物体在被施加应力时抵抗弹性变形的能力。断裂模量(MOR，抗弯强度)是弯曲失败时的极限应力。

吸水率和厚度膨胀率测试

将板材切成15mm的条状，并且将来自每块板材的最小的一片用于测试。在天平上记录初始质量(m₀)，精度为±0.01g，并且用IP54 Digital Caliper测量厚度(h₀)，精度为±0.01mm，然后将所有样品以相同的方向放入装满蒸馏水的大托盘中，使它们完全浸没。为了减少任何损坏，样本仅被边缘处理。24小时后将样本从托盘中取出并放在干燥架上。记录湿板材的相应厚度(h₁)和质量(m₁)以计算吸水率(方程3)和厚度膨胀率(方程4)。

结果

活塞压力对板材特性的影响

初始研究是使用100wt.％OCC进行的，以了解活塞压制压力对板材形成和相应特性的影响。从图3可以得到几个观察结果。

在整个压力范围内，初始排水速率相对恒定-在排水过程开始时形成了相似的水通道结构。(图3A)

归一化的排水时间随着压力的增加而增加-板材的底层在更高的压力下渗透变差。(图3B)

在更高压力下，含水率略有增加-由于在更高压力下底层的渗透性变小，因此更多的水保留在板材中。(图3C)

干燥板材的密度随着压力的增加而降低-因为在更高的活塞压力下，更多的水被除去，所以最终板材中生成的更多空隙导致密度降低。(图3D)。

板材密度对弯曲强度的影响

将所有活塞压制板材的MOR结果针对相应的板材密度作图，以便(i)了解MOR与密度之间的相关性和(ii)比较有/没有微纤化纤维素的板材强度。从图4可以得到几个观察结果。

MOR值随着板材密度的增加而增加-MOR数据在线性拟合曲线上看起来相当杂乱，这可能归因于不良的板材形成。

对于所有3种组合物，由活塞压机得到的板材密度范围在0.66-0.75g/cm^-3内-在本研究中，尚不清楚微纤化纤维素能否提高板材密度。

添加微纤化纤维素显著改善了MOR。

微纤化纤维素对板材形成的影响

如果微纤化纤维素的剂量低于10wt.％(5wt.％微纤化纤维素)，则添加50％POP微纤化纤维素显示出对图5中的板材形成过程(排水和干燥)几乎没有影响。显示了微纤化纤维素剂量对于初始排水速率(图5A)、归一化的排水时间(图5B)、含水率(图5C)和干燥速率常数(图5D)的影响。

微纤化纤维素对板材特性的影响

显示添加50％ POP FiberLean微纤化纤维素逐渐改善板材的机械性能(图6A和图6B)，但对板材的耐水性没有影响(图6C和图6D)。图6A-D。微纤化纤维素剂量对MOE(图6A)、MOR(图6B)、吸水率(图6C)和厚度膨胀率(图6D)的影响。

结果证明了生产具有提高的板材弯曲强度的含有MFC的板材的可行性。

结果

实施例1的表1中鉴定的实验数据在下表2至4中报告。

板材密度对弯曲强度的影响

将所有活塞压制板材的MOR结果针对相应的板材密度作图，以便(i)了解MOR与密度之间的相关性和(ii)比较有/没有微纤化纤维素的板材强度。从图7可以得到几个观察结果。图7MOR相对于板材密度。虚线是用于视觉引导的线性拟合曲线。

这项研究证明了生产合理厚度为至少6mm的小板材的可行性。初步结果表明，微纤化纤维素可用作提高板材强度的添加剂。

MOR值随着板材密度的增加而增加。添加微纤化纤维素显著改善了MOR。

下表2-4报告了由OCC制造的测试板材，用于表1中鉴定的实验。下表2中报告了在有OCC和没有微纤化纤维素的情况下制成的板材的结果。用OCC和50％ POP微纤化纤维素和粘土在10wt.％和20wt.％两种剂量下制造的测试板材的结果示于下表3和表4中。

表2

下表3中报告了以10wt.％掺入微纤化纤维素的测试板材。

表3

在下表4中报告了以20wt.％掺入有微纤化纤维素的测试板材。

实施例2是按照实施例1的程序进行的。实施例2的数据在下表5中报告。

表5

实施例3

实施例3根据实施例1的材料和程序进行，不同之处在于微纤化纤维素是根据下述程序由回收的纸浆制备的。

最佳研磨参数(4％总固体，50％ POP，42％ MVC，50kW/m3)是通过使用supermill(试验型搅拌介质碎屑机(SMD)研磨机)，在155kg的3Mullite介质负载下运行一系列校准研磨来确立的。各种校准研磨的生产工艺涉及将旧瓦楞纸板纸浆与ND1500(粘土填料)共同研磨，目标为50％ POP，变量为介质体积浓度、总固体百分比和比能输入。

样品的生产条件和实验室测试结果的总结在图9中列出。

将旧瓦楞纸板(OCC)(产品代码DSB205618，DS Smith)以12升以5wt.％稠度在大型碎解机中精制20分钟。粘合剂组合物包含50％纸浆百分比(POP)的可由Imerys MineralsLimited获得的Intramax^TM 57(IMAX57)和根据说明书中阐述的研磨程序由回收纸浆制造的微纤化纤维素。IMAX 57是一种纸填料级高岭土。将粘合剂组合物在4600rpm下离心30分钟，并通过水分天平测量离心后的粘合剂组合物的总固体。使用旋转叶轮用蒸馏水制备0.1wt.％的阴离子有机聚合物助留剂(PERFORM PC930，可由Solenis,Wilmington,DE,USA获得)组合物。

板材浆料的组成包括精制的OCC纸浆和OCC纸浆及由回收纸浆制成的微纤化纤维素。将4wt.％稠度的所得浆料与絮凝剂(0.2wt.％剂量的阴离子有机聚合物助留剂(PERFORM PC930)以干板材质量计来混合，然后以550ml的总体积倒入活塞压机中。使用五种压力条件来产生板材：40巴、60巴、80巴、100巴和120巴。

将由回收的纸浆、OCC和添加剂制造的微纤化纤维素装入活塞筒中，并通过气动活塞压紧另一端的排水纱布。提取、干燥并测试如此形成的盘。水从装置中排出的速率是所施加压力的应变量，并且是一个重要参数，因为这会影响生产速率和干燥成本。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

与使用相同程序但未添加微纤化纤维素制造的对照板材相比，由OCC和从回收的纸浆制造的微纤化纤维素制成的板材显示出减小的厚度、增加的密度及显著改善的MOE和MOR。结果示于下表6中。

表6

实施例4

根据实施例2制造板材，但是使用90wt.％OCC与10wt.％办公用纸的混合物，以及剂量为10wt.％的由回收纸浆(50％ POP；填料为ND1500高岭土粘土(Imerys,U.K.))制造的微纤化纤维素。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

与使用类似程序但不使用由回收纸浆制造的微纤化纤维素制成的对照板材相比，这些板材表现出相当的厚度、增加的密度及显著增加的MOE和MOR。

实施例4的结果示于下表7中。

表7

实施例5

根据实施例2，由使用碎浆机制造的90wt.％OCC和由回收纸浆(50％ POP；填料为ND1500高岭土粘土(Imerys,U.K.))制造的10wt.％微纤化纤维素制造板材。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

与使用类似程序但不使用由回收纸浆制造的微纤化纤维素制成的对照板材相比，这些板材表现出增加的厚度、增加的密度及显著增加的MOE和MOR。

实施例4的结果示于下表8中。

表8。

实施例6

根据实施例2，由使用盘式精制机以3wt.％稠度制造的90wt.％OCC和由回收纸浆(50％ POP；填料为ND1500高岭土粘土(Imerys,U.K.)制造的10wt.％微纤化纤维素制造板材。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

与使用类似程序但不使用由回收纸浆制造的微纤化纤维素制成的对照板材相比，这些板材表现出增加的厚度、减小的密度及显著增加的MOR。

实施例6的结果示于下表9中。

表9

在实施例7中，通过Canadian Standard Freeness(CSF)测量(TAPPI Test MethodT 227om-17)测定回收纸浆的精制程度。将收集的样品稀释至0.3wt.％稠度并记录温度，然后使1升稀释液通过CSF测试仪。从侧出口排出的水体积对应于以ml为单位的CSF值，然后根据温度对测量值进行校正。回收纸浆的游离度在下表10中报告。

表10

实施例8

由使用疏解机产生的OCC制成板材。测试板材含有82wt.％使用疏解机制得的OCC和18wt.％由回收纸浆以33％纸浆百分比(POP)制造的微纤化纤维素；填料是来自ImerysMinerals Limited(U.K.)的IC60碳酸钙。在微纤化纤维素的共加工中使用的矿物质是水平为67wt.％的碳酸钙(IC60)。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

根据实施例2由OCC和33wt.％纸浆的微纤化纤维素制造的板材表现出增加的厚度和密度及显著增加的MOR和MOE。测试的结果在下表11中提供。

表11

实施例9

根据实施例3，由20wt.％纸浆百分比的微纤化纤维素和由回收纸浆(20％POP填料为来自Imerys U.K.的ND1500高岭土粘土)制造的微纤化纤维素制得板材。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

板材表现出相当的厚度和密度。然而，板材显示出MOE和MOR的显著增加。实施例9的结果在下表12中提供。

表12

实施例10

根据实施例2的程序，使用OCC和由回收纸浆(50％ POP，填料为来自Imerys UK的ND1500粘土)制备的微纤化纤维素及由50wt.％Snowcal 60研磨碳酸钙和50wt.％PCC-S组成的额外填料制造板材。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

板材显示出减小的厚度、增加的密度及显著增加的MOE和MOR值。结果示于下表13中。

表13

实施例11

根据实施例2，使用表14所示的矿物质，在有和没有由回收纸浆(50％ POP，填料为来自Imerys U.K.的ND1500粘土)制造的微纤化纤维素的情况下制造OCC板材。使用与根据表14使用的矿物质类型相对应的额外填料。所用的矿物质包括三水合铝(ATH)、膨润土、滑石(Luzenac,Imerys France)、云母、沉淀碳酸钙、珍珠岩、偏高岭土、煅烧高岭土、球粘土、氢氧化镁、碳酸镁、硅藻土、白云石和埃洛石。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

除白云石和埃洛石外，板材含有特定的矿物质和微纤化纤维素，其中MOE和MOR均显著增加。在白云石的情况下，MOE与没有微纤化纤维素的对照板材相当，而使用埃洛石和微纤化纤维素的板材的MOE显著增加。结果表明利用MFC提高含有各种矿物质的板材的机械性能(MOE/MOR)的可行性。结果示于下表14和图8中。

表14

实施例12

由90wt.％OCC和5wt.％由漂白软木牛皮纸原生纸浆(50％ POP，填料为来自Imerys Minerals Limited(U.K.)的IC 60碳酸钙)制备的微纤化纤维素及5wt.％由来自Imerys Minerals Limited(U.K.)的研磨碳酸钙(IC60)组成的额外填料制备板材。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

板材表现出与对照板材相当的厚度和密度，而含有微纤化纤维素的板材显示出MOE和MOR的显著增加。结果示于下表15中。

表15

实施例13

使用剂量水平为5wt.％、10wt.％和15wt.％的由回收纸浆(50％ POP，填料为来自Imerys UK的ND1500高岭土粘土)制备的微纤化纤维素来制备包含水平为70wt.％、80wt.％、90wt.％和100wt.％的OCC的板材。将MFC和OCC板材与使用类似程序制造的板材(但该板材仅包含OCC)进行比较。

结果

与没有微纤化纤维素的100wt.％OCC的对照板材相比，由微纤化纤维素制成的OCC板材具有较低的厚度，但密度增加。然而，含微纤化纤维素的板材显示出MOE和MOR的显著增加。结果示出于下表16中。

表16

实施例14

在不使用90wt.％OCC、5wt.％根据实施例2的程序制造的来自回收纸浆(50％POP，填料：来自Imerys UK的ND1500粘土)的微纤化纤维素和5wt.％由来自ImerysMinerals Limited(U.K.)的ND1500高岭土粘土组成的额外填料进行压制的情况下制得低密度板材。将低密度OCC板材与包含90wt.％OCC、5wt.％根据实施例2的程序制造的来自回收纸浆的微纤化纤维素和5wt.％由ND1500高岭土粘土组成的额外填料的在40巴下压制的板材进行比较。

结果

结果显示，在压制板材后，MOE和MOR有显著增加。结果还显示，可以制备低密度板材，其可用于诸如轻质材料绝缘体的应用中。结果报告于下表17中。

表17

实施例15

制备90wt.％OCC板材，其包含5wt.％来自回收纸浆(50％ POP，填料：来自ImerysU.K.的ND1500粘土)的微纤化纤维素，以及来自Sigma Aldrich的稀释至1％固体的非离子聚氧乙烯或稀释至1％固体的阴离子聚丙烯酰胺(Kemira Oy)的分散助剂及由来自Imerys的ND 1500高岭土粘土组成的额外填料。成型助剂的剂量基于干板材质量计为0.1wt.％。对照板材由100wt.％OCC组成，不含成型助剂。

结果

与对照100wt.％OCC板材相比，实验板材表现出更小的厚度和更大的密度。与OCC对照板材相比，两个实验板材都显示出MOE和MOR的显著增加。结果报告于下表18中。

表18

实施例16

将包含90wt.％OCC和10wt.％来自回收纸浆(50％ POP，填料：来自Imerys U.K.的ND1500粘土)的微纤化纤维素的板材与由100wt.％OCC组成的对照板材进行比较。根据实施例4的程序，由回收纸浆制备微纤化纤维素。添加基于干板材质量计水平为0.5wt.％的施胶剂Aquapel^TM F315,16wt.％固体(Solenis)。

结果

实验板材厚度较小，但密度更大。实验板材表现出MOE和MOR值的显著增加。与对照板材相比，实验板材表现出更小的吸水率和显著更小的膨胀率。结果报告于下表19中。

表19

实施例17

根据实施例4，由漂白软木牛皮纸浆的原生纸浆(50％ POP，填料：来自ImerysU.K.的ND1500粘土)和回收纸浆(50％ POP，填料：来自Imerys U.K.的ND1500粘土)制造的微纤化纤维素的纤维陡度在下表20中报告。还报告了微纤化纤维素的d₃₀、d₅₀、d₇₀和d₉₀值。

表20

实施例18

在本实施例中制备了两块板材的层压板。由90wt.％OCC、5wt.％根据实施例2由回收纸浆(50％ POP，填料：来自Imerys U.K.的ND1500粘土)制备的微纤化纤维素和5wt.％由来自Imerys的ND1500高岭土粘土组成的额外填料制备多层板材。将实验板材与由100wt.％OCC制成的板材进行比较。

结果

实验多层板材显示出减小的厚度和密度及显著增加的MOE和MOR值。数据在下表21中报告。

表21

实施例19

将由80wt.％OCC、10wt.％根据实施例2的程序由回收纸浆(50％ POP，填料：来自Imerys U.K.的ND1500粘土)制备的微纤化纤维素、5wt.％由高岭土组成的额外填料和5wt.％天然淀粉制备的板材与包含100wt.％OCC或80wt.％OCC、10wt.％高岭土填料和10wt.％天然淀粉的对照板材进行比较。实验板材显示出与包含额外填料和天然淀粉的对照板材相当的厚度和密度，但与由100wt.％OCC制成的对照板材相比，厚度减小且密度增加。与两个对照板材相比，MOE和MOR值显示出显著增加。结果在下表22中报告。

表22

实施例20

将由90wt.％OCC和10wt.％根据实施例2的程序由回收纸浆(50％ POP，填料：来自Imerys U.K.的ND1500粘土)制造的微纤化纤维素以及以1:1的比率一起稀释至30％固体的松香和aklum制成的板材与由100wt.％OCC制造的对照板材进行比较。松香和alum混合物的剂量基于干板材质量计为2.6wt.％。

结果

与未施胶的对照板材相比，实验板材表现出减小的厚度和增加的密度。与实验板材相比，实验板材表现出MOE和MOR值的显著增加。结果示于下表23中。

表23

前述实施方案和优点仅是示例性的，并且不应被解释为限制本发明。另外，本发明的实施方案的描述旨在是说明性的而非限制权利要求的范围。对于本领域技术人员而言，许多替代方案、修改和变化将是显而易见的。

应理解，虽然已经结合其具体实施方式对本发明进行了描述，但前面的描述旨在说明而非限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。其他方面、优点和修改在以下权利要求的范围内。

在本说明书中描述的各个实施方案可以组合以提供另外的实施方案。如果必要的话，可以修改实施方案的方面，以采用不同专利、申请和公开的概念以提供又另外的实施方案。

本文所引用的每一篇专利、专利申请、公布和登录号的公开内容特此通过引用的方式整体并入本文。

虽然已经参照各个实施方案公开了本公开内容，但是本领域其他技术人员可以在不偏离本公开的真实精神和范围的情况下设想其他实施方案和这些实施方案的变型。所附权利要求旨在理解为包括所有此类实施方案和等效变型。总体上，在以下权利要求书中，所使用的术语不应解读为将权利要求书限制为说明书和权利要求书中公开的具体实施方案，而应解读为包括所有可能的实施方案连同这些权利要求所享有的等效权利的全部范围。因此，权利要求书不受本公开文本的限制。

前述书面说明书被认为足以使本领域技术人员能够实施这些实施方案。前述描述和实施例详述了某些实施方案并且描述了由诸位发明人设想的最佳模式。然而，应当理解，无论前述内容在文本中的详细程度如何，实施方案可以以多种方式实践，并且应该根据所附权利要求及其任何等同物来解释。

本申请中讨论的参考文献出于其预期目的通过引用的方式整体并入，基于其上下文，这些目的是清楚的。

Claims

1.一种制造板材或片材的方法，所述板材或片材包含回收的含纤维素材料、包含微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的粘合剂组合物以及任选的一种或多种添加剂，所述方法包括以下步骤：

(b)提供或获得微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的第二水性浆料，其中所述一种或多种无机颗粒材料与微纤化纤维素的比率为约99.5:0.5至约0.5:99.5，其中所述微纤化纤维素从原生纸浆或回收的含纤维素材料获得；

(c)将回收的含纤维素材料的第一水性浆料与微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料的第二水性浆料以0.1wt.％至25wt.％的稠度混合，并添加任何任选的添加剂，其中所述混合物包含0.5wt.％至35wt.％的微纤化纤维素和一种或多种无机颗粒材料；

(d)将步骤(c)的所述混合物泵送到合适尺寸的模具或成型器中，所述模具或成型器任选地包括压机；

(e)排干和/或压制并干燥所述板材或片材，其中所述板材或片材与不使用微纤化纤维素的情况下以类似方法制备的板材或片材相比具有增加的弹性模量和断裂模量。