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CN116940733A - 高度精制的纤维素的分级的方法 - Google Patents

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CN116940733A
CN116940733A CN202280019808.7A CN202280019808A CN116940733A CN 116940733 A CN116940733 A CN 116940733A CN 202280019808 A CN202280019808 A CN 202280019808A CN 116940733 A CN116940733 A CN 116940733A
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cellulose pulp
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K·巴克福克
J·坎库宁
A·卡普皮
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Stora Enso Oyj
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Abstract

本发明涉及一种用于将高度精制的纤维素浆分级成细级分和粗级分的方法，所述方法包括：a)提供高度精制的纤维素浆悬浮液，其包含高度精制的纤维素浆，所述高度精制的纤维素浆具有通过标准ISO 5267‑1测定的40‑98的范围内的Schopper‑Riegler(SR)值和基于干重计至少700万根纤维/克的长度>0.2mm的纤维的含量；b)使高度精制的纤维素浆悬浮液在带式过滤器中经历脱水；c)收集脱水的保留物作为粗级分；以及d)收集滤液作为细级分；其中收集的细粒级分含有步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的固体的2‑50重量％。

Description

高度精制的纤维素的分级的方法
技术领域
本公开内容涉及用于制备高度精制的纤维素的方法，所述高度精制的纤维素例如可用于制造用于纸和纸板基包装材料的阻隔膜。
背景技术
在包装工业中需要有效的气体、香味(aroma，香气)和/或水分阻隔物以屏蔽敏感产品。特别地，氧敏感产品需要氧阻隔物以延长其保质期。氧敏感产品包括许多食品产品，也包括医药产品和电子工业产品。已知的具有氧阻隔性质的包装材料可包含(becomprised of，由……组成)一个或多个聚合物膜或涂覆有通常作为多层涂层结构的一部分的一层或多层氧阻隔聚合物的纤维纸或纸板。食品产品的包装的另一个重要性质是耐油脂和耐油性。
最近，已经开发了由高度精制的纤维素和微原纤化纤维素(MFC)生产的膜，其中去原纤化的(defibrillated，原纤分离的)纤维素原纤维已经悬浮在例如水中，重新组织并重新粘合在一起以形成连续膜。已经发现这种膜提供良好的气体阻隔性质以及良好的耐油脂和耐油性。
可以通过将高度精制的纤维素悬浮液施加在多孔基材上形成幅材，然后经由通过基材排水使幅材脱水以形成膜来制备膜。幅材的形成可例如通过使用造纸机或纸板机类型的工艺来实现。多孔基材可例如为膜片(membrane)或丝网织物，或者它可为纸或纸板基材。
在造纸机上由高度精制的纤维素或MFC悬浮液制造膜和阻隔基材是困难的，因为悬浮液和所形成的幅材的高保水率和/或高排放(drainage，排水)抗性。快速或强制脱水(例如通过压力或抽吸辅助)倾向于导致来自幅材的细粒(fines，细料)的高损失，或细粒在幅材中的不均匀垂直分布，以及针孔的形成，导致具有差的阻隔性质的膜。另一方面，降低脱水速度以防止这些问题将需要过长的脱水段。
由高度精制的纤维素或MFC悬浮液形成的幅材和膜的问题是它们将典型地表现出差的拉伸和撕裂强度。
从技术和经济的角度来看，优选找到一种能够快速脱水并且同时改善膜阻隔性和撕裂强度性质的解决方案。
具体实施方式
本公开内容的一个目的是提供一种用于处理高度精制的纤维素浆(pulp，纸浆)的方法，该方法减轻了至少一些上述问题。
本公开内容的一个目的是提供一种用于降低高度精制的纤维素浆的保水率和/或提高高度精制的纤维素浆的均匀性的方法。
本公开内容的另一个目的是提供一种高度精制的纤维素浆，其适用于在造纸机或纸板机类型的工艺中制造阻隔膜。
本公开内容的另一个目的是提供一种适合于制造基于可再生原材料的阻隔膜的高度精制的纤维素浆。
本公开内容的另一个目的是提供一种高度精制的纤维素浆，其适合用于制造具有高可再浆化性的阻隔膜，从而提供包含所述阻隔膜的包装产品的高可再循环性。
上述目的以及本领域技术人员根据本公开内容将意识到的其他目的通过本公开内容的各个方面来实现。
本发明基于以下认识：高度精制的纤维素浆悬浮液中相对小部分的细粒高度负责悬浮液和所形成的幅材的高保水率和/或高排放抗性。传统上，当制造阻隔膜时，已经认为重要的是尝试在幅材中保留尽可能多的细粒，因为细粒也高度负责成品膜的阻隔性质。相应地，用于由高度精制的纤维素制造阻隔膜的先前策略已经集中于用于在成形和脱水期间将细粒保留在幅材中的措施，例如添加化学保留剂。
本发明的方法使用通常用于洗涤用于造纸的常规纸浆悬浮液的带式过滤器来分级(fractionate)高度精制的纤维素浆以除去纸浆中的一些细粒。除去一些所述细粒提供了这样的高度精制的纤维素：其允许在造纸机类型的工艺中更有效地制造阻隔膜。此类膜可用作例如包装应用中的气体阻隔膜。所述膜可用于代替常规阻隔膜，如合成聚合物膜或铝箔，所述合成聚合物膜或铝箔降低纸或纸板包装产品的可再循环性。本发明的膜具有高可再浆化性，从而提供膜和包含所述膜的纸或纸板包装产品的高可再循环性。
许多现有的纸浆分级方法被优化用于将正常纸浆悬浮液分级成粗级分和细级分。实例包括水力旋流器(hydrocyclones)和压力筛(pressure screens)。
水力旋流器基于表面积分级固体。实验研究已经显示，水力旋流器根据比表面积、比体积和孔壁厚度分离纤维。水力旋流器的问题在于，由于絮凝，它们在较高固体含量(例如>0.9重量％)下效率较低。
压力筛基于尺寸和柔性分级固体。颗粒接受度(acceptance，接受)通过纤维柔韧性、长度和厚度按该顺序确定。等长度的纤维通过柔韧性接受。化学纤维比刚性机械纤维更容易接受。不同长度的纤维通过长度接受，并且较短的纤维比长纤维更容易接受。在筛选中，较低的固体使得可使用更细的狭缝(slits)，但这需要更大的机器，因此在经济上不太有吸引力。
现有方法不适合于包含高度精制的纤维素的悬浮液的分级。由于尺寸差异和不同的物理定律发挥作用，用高度精制的纤维素将更难以实现良好的效率和产率。
根据本文所示的第一方面，提供了一种用于将高度精制的纤维素浆分级成细级分和粗级分的方法，所述方法包括：
a)提供高度精制的纤维素浆悬浮液，其包含高度精制的纤维素浆，所述高度精制的纤维素浆具有通过标准ISO 5267-1测定的40-98的范围内的Schopper-Riegler(SR)值和基于干重计至少700万根纤维/克的长度>0.2mm的纤维的含量；
b)使所述高度精制的纤维素浆悬浮液在带式过滤器中经历脱水；
c)收集脱水的保留物(retentate)作为粗级分；以及
d)收集滤液作为细级分；
其中收集的细级分含有在步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的固体的2-50重量％。
以这种方式，可以分离细材料和粗材料。与造纸丝网/脱水相反，该系统中细粒的保留优选低，使得分级和脱水/排放更有效。
通过本发明方法获得的级分可以有利地用于在造纸机中制备阻隔膜。传统上，当制造阻隔膜时，已经认为重要的是尝试在幅材在造纸机的丝网上成形和脱水时在幅材中保留尽可能多的细粒，因为细粒也高度负责成品膜的阻隔性质。相应地，用于由高度精制的纤维素制造阻隔膜的先前策略已经集中于用于在成形和脱水期间将细粒保留在幅材中的措施，例如添加化学保留剂。
本发明人已经发现，通过本发明方法获得的粗级分可以用于在造纸机中用于形成基材幅材的纸浆悬浮液中。由于细粒高度负责纸浆悬浮液的高保水率，因此粗级分中细粒的降低的含量提供了幅材的增强的成形和脱水。由于细粒高度负责由纸浆形成的膜的阻隔性质，因此粗级分中细粒的降低的含量在一些情况下导致由单独的粗级分形成的膜的降低的阻隔性质。本发明人已经发现，这种缺陷可通过将包含纤维素细粒或MFC的涂层施加到基材来补救。即使在非常低的克重下，包含纤维素细粒或MFC的涂层也可修复基材幅材中的缺陷，从而显著改善幅材的阻隔性质，使得可获得适合用作阻隔膜的膜。用于涂层的细粒可优选地是通过根据本发明的高度精制的纤维素浆的分级获得的细粒。用于涂层的细粒可例如包含当制备用于基材幅材的粗级分时获得的细级分。因此，在一些实施方案中，分级可被视为实现细粒从幅材的主体(bulk)到幅材的表面的再分布的手段。细粒的这种再分布具有几个优点。
由粗级分形成的多孔基材幅材可快速脱水，并且所述幅材的孔隙率还允许施加至幅材的包含纤维素细粒的涂层的快速脱水和干燥。因此，本发明方法允许快速生产适合用作阻隔膜的膜。
由于孔和针孔可在基材幅材中被接受，因此可制造在没有针孔形成的情况下难以脱水的具有较高克重的膜。
细粒从本体到表面的再分布(导致在所述幅材的表面处的细粒的高局部浓度)还允许阻隔膜中的材料总量减少，同时仍然提供类似的阻隔性质。
还发现细粒从主体到表面的再分布得到了比由细粒保留在主体中的完全的高度精制的浆形成的相应膜具有显著更高的撕裂强度的膜。
所述幅材的表面处的高浓度的细粒也可改善表面对压光(calendering，压延)的响应。
由于它们的高表面积，细粒比粗颗粒更高程度地结合化学品。细粒从本体到表面的再分布导致细粒在幅材的整个表面区域上的更均匀分布，并且从而也导致结合到细粒的化学品在幅材的整个表面区域上的更均匀分布。
此外，分级允许在分级和成形步骤中添加不同的化学品。例如，在要经历分级的高度精制的浆悬浮液中，可不添加化学品，或者可添加有助于分级的化学品。在所获得的用于形成基材幅材的粗级分中，可添加有助于形成幅材的化学品，并且在用于涂覆基材幅材的细级分中，可添加合适的涂覆化学品。这样，可减少总化学品消耗和/或可改善与各种化学品相关的幅材或膜性质。
本发明方法在带式过滤器中执行。带式过滤器，也称为带式过滤器压机，是设计用于在常规造纸中处理纸浆以通过除去水来增加纸浆稠度(consistency，浓度)的机器。纸浆和造纸工业多年来经常使用这种机器来洗涤和增稠(thickening，稠化)纸浆和纸原料，通常用于储存或其他临时处理目的。
尽管带式过滤器已经用于洗涤和增稠造纸中使用的常规纸浆，但是它们以前没有用于根据本发明的高度精制的纤维素纸浆的分级。
示例性带式过滤器包括双丝网压机(Double Wire Press)(可得自Andritz-Ahlstrom)；BDP(可得自Baker Process)；Turbodrain(1丝网)，Winkelpress(2丝网)，和Cascade S(两种类型串联)(可得自Bellmer and Corner)；HC压机(HC Press)，间隙洗涤机(Gap Washer)，和双丝网(TwinWire)(具有Paraformer流浆箱)(可得自Metso Paper/Fiberand Phoenix Process Equipment)；Salter带式压机(Salter Belt Press)(可得自Salter)；DNT洗涤机(DNT Washer)(可得自Thermo Black Clawson)；VarioSplit(可得自Voith Paper)；和Osprey(可得自William Jones,London)。
用于本发明方法的一种优选设计是VarioSplit型设备。德国OS 30 05 681和“Wochenblatt für Papierfabrikation”卷21/1981p.787-796中的出版物“VarioSplit,eine neue Maschine zur Verbesserung von AP-Rohstoffen”描述了VarioSplit，其适合用于洗涤从废纸获得的水性纤维原料悬浮液，并且其也可应用于增稠这种悬浮液(OS 3005 681第2栏第30至34行，第2栏第68行至第3栏第41行)。据称待处理的典型原料悬浮具有小于1.5％，优选0.4至0.8％的稠度(第3栏第61至67行)。
根据一个优选的实施方案，“VarioSplit”设备包括：具有外表面的无端(endless，环形)丝网或过滤器带，该外表面与可旋转圆筒(cylinder)的表面的大部分相配合(co-operates)；形成扁平(flat)悬浮液射流的扁平射流喷嘴，该射流被引入到丝网带的外表面和圆筒之间的基本上楔形的中间空间中；取出辊；用于压出水的捕获容器；用于收集增稠的纸浆的装置，和三个导向辊(第2栏最后一行至第3栏第41行和单个附图)。为了洗涤原料悬浮液，设备以这样的方式操作：在丝网带的外表面和圆筒之间形成的纤维幅材具有小于100g/m2，优选30至70g/m2的重量，并且丝网速度和圆筒的圆周速度为约400至1200m/min(权利要求1和第3栏最后一行至第4列第8行)。
在本发明方法中使用带式过滤器允许高度精制的纤维素浆的有效高容量分级。带式过滤器的使用允许以足以用于商业生产的规模和速度的高度精制的纤维素浆的分级。
在一些实施方案中，带式过滤器包含具有在100Pa下高于4000m3/m2/h的空气渗透率的丝网带。
在一些实施方案中，带式过滤器的带以至少50m/min，优选至少100m/min，并且更优选至少200m/min的速率移动。优选的是，带式过滤器是可以高速度运行的高速带式过滤器。
在一些实施方案中，高度精制的纤维素浆在带上的停留时间低于7秒，优选低于5秒，更优选低于3秒。
在一些实施方案中，带式过滤器是单丝网或双丝网型带式过滤器。单丝网型带式过滤器通过单丝网从纸浆悬浮液中排放水。双丝网型带式过滤器，将纸浆夹在两个丝网之间，允许通过两个丝网排放。
本发明方法的起始材料是高度精制的纤维素浆悬浮液。纤维素浆的精制或打浆是指对纤维素纤维进行机械处理和改性，以便为它们提供期望的性质。高度精制的纤维素浆悬浮液是水性悬浮液，其包含纤维素基纤维材料和任选的非纤维添加剂的水悬浮的混合物。所述浆悬浮液可由不同的原材料生产，所述原材料例如选自漂白或未漂白的软木浆或硬木浆、牛皮纸浆(Kraft pulp)、加压磨木浆(PGW)、热机械(TMP)、化学热机械浆(CTMP)、中性亚硫酸盐半化学浆(NSSC)、废纸(broke)或再循环纤维。
如本文所用，术语高度精制的纤维素浆是指已经经历了相当大的精制，但未达到所有纤维素浆都将通过常规实验室分级装置(SCAN-CM 66：05)的200目筛网(等效孔直径76μm)的程度的纤维素浆。优选不超过75％的高度精制的纤维素浆将通过根据SCAN-CM 66：05的常规实验室分级装置的200目筛网。更优选地，不超过50％的高度精制的纤维素浆将通过根据SCAN-CM 66：05的常规实验室分级装置的200目筛网。因此，高度精制的纤维素浆将包含较细颗粒和较粗颗粒的混合物。高度精制的纤维素浆中的颗粒的尺寸分布可取决于起始材料和所使用的精制工艺。
本文所用的术语高度精制的纤维素浆是指具有通过标准ISO 5267-1测定的高于40的Schopper-Riegler(SR)值的纤维素浆。高度精制的纤维素浆具有通过标准ISO 5267-1测定的在40-98的范围内的Schopper-Riegler(SR)值。在一些实施方案中，步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆的SR值在50-98的范围内，优选在55-94的范围内，并且更优选在60-92的范围内，如通过标准ISO 5267-1测定的。
高度精制的纤维素浆具有基于干重计至少700万根纤维/克、优选基于干重计至少900万根纤维/克、并且更优选基于干重计至少1500万根纤维/克的长度>0.2mm的纤维的含量。长度>0.2mm的纤维的含量可例如使用L&WFiber tester Plus仪器(L&W/ABB)来确定。
在一些实施方案中，高度精制的纤维素浆的长度>0.2mm的纤维的平均原纤维面积为至少15％，优选至少17％，更优选至少20％。使用Fiber Tester Plus测定平均原纤维面积。如本文所用，“平均原纤维面积”是指长度加权的平均原纤维面积。
高度精制的纤维素浆悬浮液的干固体含量可仅由高度精制的纤维素浆组成，或者它可包含高度精制的纤维素浆和其它成分或添加剂的混合物。
高度精制的纤维素浆悬浮液包括高度精制的纤维素作为其主要组分，基于浆悬浮液的总干重计。在一些实施方案中，高度精制的纤维素浆悬浮液包含基于高度精制的纤维素浆悬浮液的总干重计至少50干重％、优选至少70干重％、更优选至少80干重％或至少90干重％的高度精制的纤维素。在一些实施方案中，高度精制的纤维素浆悬浮液包含基于高度精制的纤维素浆悬浮液的总干重计在50-99干重％的范围内、优选在70-99干重％的范围内、更优选在80-99干重％的范围内、并且更优选在90-99干重％的范围内的高度精制的纤维素。
高度精制的纤维素浆悬浮液可进一步包含半纤维素和/或木质素。
在一些实施方案中，高度精制的纤维素浆悬浮液具有基于高度精制的纤维素浆悬浮液的总干重计最高达10重量％的木质素含量。
在一些实施方案中，高度精制的纤维素浆悬浮液具有基于高度精制的纤维素浆悬浮液的总干重计10-30重量％的范围内的半纤维素含量。
高度精制的纤维素浆悬浮液可进一步包含添加剂，例如天然淀粉或淀粉衍生物、纤维素衍生物(例如羧甲基纤维素钠)、填料、絮凝添加剂、抗絮凝添加剂、干强度添加剂、软化剂、交联助剂、施胶化学品、染料和着色剂、湿强度树脂、固定剂、消泡助剂、微生物和粘液(slime)控制助剂或其混合物。本发明方法提供了一种增加脱水速度的替代方式，其较少依赖于保留和排放(drainage，排水)化学品的添加，但仍然可使用较少量的保留和排放化学品。在一些实施方案中，高度精制的纤维素浆悬浮液不含添加的保留和排放化学品。
高度精制的纤维素浆悬浮液优选包含基于高度精制的纤维素浆悬浮液的总干重计总共不超过20干重％的添加剂。更优选地，高度精制的纤维素浆悬浮液包含基于高度精制的纤维素浆悬浮液的总干重计总共不超过10干重％的添加剂。
用于本发明方法的高度精制的纤维素浆悬浮液应具有0.1-1.5重量％的范围内的稠度。较低的稠度对于在带式过滤器中制备合适克重的幅材是不方便的，并且较高的稠度将使得难以有效地将水与纤维素细粒一起从幅材排放。已经发现0.1-1.5重量％的范围内的稠度提供了在克重和水与纤维素细粒一起的有效排放之间的合适的平衡。在一些实施方案中，步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的稠度在0.1-1.5重量％的范围内，优选在0.1-1重量％的范围内，优选在0.2-0.8重量％的范围内，更优选在0.2-0.6重量％的范围内。
本发明基于使纸浆快速脱水的想法，使得大部分细粒与滤液一起从纸浆除去。在本发明方法中，在脱水期间从纸浆除去的滤液包含高度精制的纤维素浆悬浮液的相对高比例的固体。换句话说，大部分的纤维素细粒与滤液一起从纸浆除去。从幅材除去的滤液含有高度精制的纤维素浆悬浮液起始材料的0.1-50重量％的范围内的固体。优选的是，收集的细粒级分含有步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的固体的2-50重量％，优选2-40重量％，甚至更优选2-30重量％，更优选至少5-30重量％，并且甚至更优选至少10-20重量％。
在步骤b)中的脱水期间，优选将水除去至至少5重量％的稠度。在一些实施方案中，在步骤c)中收集的脱水的保留物的稠度为至少5重量％，优选至少7.5重量％，更优选至少10重量％。
细级分的平均颗粒尺寸显著低于粗级分的平均颗粒尺寸。
由于在脱水期间除去细粒材料，脱水的纸浆将典型地比细粒保留至更大程度的纸浆表现出更低的保水率。在一些实施方案中，收集的粗级分具有低于95、优选低于90、更优选低于85的Schopper-Riegler(SR)值，如通过标准ISO 5267-1测定。
如本文所用的术语细粒通常是指尺寸显著小于纤维素纤维的纤维素颗粒。在步骤d)中收集的细级分可例如包含纤维素细粒或微原纤化纤维素(MFC)。
在一些实施方案中，如本文所用的术语细粒是指细纤维素颗粒，其能够通过常规实验室分级装置(SCAN-CM 66：05)的200目筛网(等效孔直径76μm)。存在两种主要类型的纤维细粒，即初级细粒和次级细粒。初级细粒在制浆和漂白期间产生，其中它们通过化学和机械处理从细胞壁基质除去。由于它们的来源(即复合中间层(compound middle lamella，复合胞间层)、射线细胞、薄壁细胞)，初级细粒呈现片状结构，仅有少份纤维状物质。相反，在纸浆的精制期间产生次级细粒。初级和次级细粒对造纸机的成形部中的脱水都具有负面影响。由于它们与纸浆纤维相比具有大的比表面积，因此细粒还消耗了用于纸浆和纸生产的高比例的化学添加剂。
在一些实施方案中，细粒包含微原纤化纤维素(MFC)。在本专利申请的上下文中，微原纤化纤维素(MFC)应意指具有20nm至1000nm的宽度或直径的纤维素颗粒、纤维或原纤维。
存在制备MFC的各种方法，例如单程或多程精制、预水解然后精制或高剪切崩解或释放原纤维。通常需要一个或几个预处理步骤以使MFC制造既节能又可持续。因此，当生产MFC时使用的纸浆的纤维素纤维可为天然的或酶促或化学预处理的，例如以减少半纤维素或木质素的量。纤维素纤维可在原纤化之前进行化学改性，其中纤维素分子含有除原始纤维素中发现的官能团之外(或更多)的官能团。此类基团尤其包括羧甲基(CM)、醛和/或羧基(通过N-氧基介导的氧化获得的纤维素，例如“TEMPO”)或季铵(阳离子纤维素)。在上述方法之一中改性或氧化之后，更容易将纤维崩解成MFC。
MFC可由木纤维素纤维(来自硬木和软木纤维两者)生产。它还可由微生物来源、农业纤维如麦草浆、竹子、甘蔗渣或其他非木纤维来源制成。它可由纸浆制成，包括来自原生纤维的纸浆，例如机械、化学和/或热机械浆。它也可由损纸或再生纸制成。
细粒可进一步包含半纤维素和/或木质素。
在一些实施方案中，基于细粒的总干重计，细粒具有最高达10重量％的木质素含量。
在一些实施方案中，基于细粒的总干重计，细粒具有10-30重量％的范围内的半纤维素含量。
在一些实施方案中，细级分能够通过200目筛网。
本发明方法可用于降低含有细粒的纤维素浆的保水率。用于制备高度精制的纤维素浆的精制工艺也可导致细粒含量的大的变化。由于细粒对高度精制的浆的性质和由所述浆制成的膜具有大的影响，因此除去一些细粒也可导致具有更均匀的性质的材料。换句话说，本发明方法可用于降低高度精制的纤维素浆的保水率和/或提高其均匀性。为了进一步调整(tailor)高度精制的浆和由经处理的浆制成的膜的性质，可将从所述浆除去的一些细粒添加回至粗级分。在一些情况下，可完成细粒的添加以在所述浆中获得期望的细粒含量，例如，用于在随后由所述浆制成的膜中获得某些阻隔性质。在一些情况下，可完成细粒的添加以补偿由于例如起始材料细粒含量的变化或脱水效率的变化引起的粗级分的细粒含量的变化。
因此，在一些实施方案中，该方法包含降低高度精制的纤维素浆的保水率和/或增加高度精制的纤维素浆的均匀性，所述方法包含：
a)提供高度精制的纤维素浆悬浮液，其包含如下的高度精制的纤维素浆，所述高度精制的纤维素浆具有通过标准ISO 5267-1测定的40-98的范围内的Schopper-Riegler(SR)值和基于干重计至少700万根纤维/克的长度>0.2mm的纤维的含量；
b)使所述高度精制的纤维素浆悬浮液在带式过滤器中经历脱水；
c)收集脱水的保留物作为粗级分；
d)收集滤液作为细级分，其中收集的细级分含有在步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的固体的2-50重量％；以及
e)将从细级分获得的纤维素细粒的一部分添加到粗级分，以获得具有降低的保水率和/或增加的均匀性的高度精制的纤维素浆。
在一些实施方案中，在步骤e)中添加到粗级分的纤维素细粒的量小于在步骤d)中收集的纤维素细粒的量，优选地在步骤d)中收集的纤维素细粒的量的1-75％的范围内，更优选地在步骤d)中收集的纤维素细粒的量的1-50％的范围内。
在一些实施方案中，步骤e)中获得的浆比步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆具有更低的Schopper-Riegler(SR)值。
在一些实施方案中，步骤e)中获得的浆比步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆具有更低的保水率值(WRV)。
高度精制的纤维素浆优选由从未干燥过的纸浆生产。从未干燥过的纸浆具有许多益处，但一个缺点是从未干燥过的纸浆与干燥过的纸浆相比更难以脱水。发现，用根据本发明的方法以良好的方式使来自从未干燥过的纸浆的高度精制的纤维素浆脱水是可能的。
根据本文所示的第二方面，提供了可通过第一方面的本发明方法获得的具有降低的保水率和/或增加的均匀性的精制的纤维素浆。
可通过本发明方法获得的高度精制的纤维素浆可有利地用于制造阻隔膜。
根据本文所示的第三方面，提供了通过根据第一方面的方法获得的具有降低的保水率和/或增加的均匀性的高度精制的纤维素浆在阻隔膜的制造中的用途。
由高度精制的纤维素浆，特别是具有高于80的Schopper-Riegler(SR)值的高度精制的纤维素浆形成的幅材和膜的问题在于，它们将典型地表现出差的拉伸和撕裂强度。现已发现，由根据本发明方法形成的具有降低的细粒的高度精制的纤维素浆形成的幅材将比由保留了细粒的完全的纸浆形成的相应幅材具有显著更高的撕裂强度。已经发现，利用本发明方法，可由具有高于80的SR值的高度精制的浆形成具有高于3.5mNm2/g，优选高于4mNm2/g，并且更优选高于5mNm2/g的撕裂指数几何平均值(即(撕裂指数(md)x撕裂指数(cd))1/2)的基材幅材。撕裂指数几何平均值典型地低于10mNm2/g。
本发明方法允许在造纸机类型的工艺中有效地制造包含高度精制的纤维素的阻隔膜。已经发现这样的膜非常有用，例如作为包装应用中的气体阻隔膜。所述膜可用于代替常规阻隔膜，例如合成聚合物膜或铝箔，所述合成聚合物膜或铝箔降低纸或纸板包装产品的可再循环性。本发明的膜具有高可再浆化性，从而提供膜和包含所述膜的纸或纸板包装产品的高可再循环性。
如本文所用的术语阻隔膜通常是指对气体和/或液体具有低渗透率的薄的连续片形式的材料。根据纸浆悬浮液的组成，膜也可被认为是薄纸或甚至是膜片。
阻隔膜可原样使用，或者它可与一个或多个其他层组合。该膜例如可用作基于纸板的包装材料中的阻隔层。阻隔膜也可为或构成玻璃纸(glassine)、防油纸或薄包装纸中的阻隔层。
尽管本领域技术人员可以设想用于执行本发明方法的步骤的不同布置，但是本发明方法可以有利地在造纸机中执行，更优选地在Fourdrinier造纸机(长网造纸机)中执行。
根据本文所示的第四方面，提供了一种由可通过第一方面的本发明方法获得的高度精制的纤维素浆形成的阻隔膜。
虽然已经参考各种示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其要素(元件)。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，目的是，本发明不限于作为用于实施本发明所考虑的最佳模式公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。
实施例
实施例1(对比)
以约7的pH和1.7重量％的稠度制备精制至SR值>90且具有约20％(>0.2mm)的原纤维面积和使用L&W Fiber tester Plus仪器(L&W/ABB)测定的约1500万/克样品(>0.2mm)的纤维量的高度精制的软木浆，并在试验(pilot)造纸机上运行。比匀度(specificformation，具体匀度)为0.51，这是相对良好的，并且所形成的膜的拉伸指数比(md/cd)为约2。结果示于表1中。
该实施例表明，致密阻隔膜可由高度精制的浆制备，但是由于所述浆的排放抗性非常高，因此机器速度必须保持非常低(30m/min)，因此幅材制造将非常慢。
实施例2(对比)
以约7的pH和1.7重量％的稠度制备精制至SR值>90且具有约20％(>0.2mm)的原纤维面积和使用L&W Fiber tester Plus仪器(L&W/ABB)测定的约1500万/克样品(>0.2mm)的纤维量的高度精制的软木浆，并在具有fourdrinier布局的全规模造纸机上运行。比匀度为约0.7，并且拉伸指数比为约2。
由于纸浆的高排放抗性，机器速度必须降低至约130m/min。在脱水期间通过丝网除去的固体量为用作起始材料的高度精制的纤维素浆的固体的约2wt％。
下表1中的结果表明，可制造致密的片材，但是由于高排放抗性，制造速度低，并且基底的匀度(formation，成形，形成)和均匀性也受到负面影响。
实施例3
制备精制至SR值>90且具有约20％(>0.2mm)的原纤维面积和使用L&WFibertester Plus仪器(L&W/ABB)测定的约1500万/克样品(>0.2mm)的纤维量的高度精制的软木浆，并将其稀释至0.5-0.6重量％的稠度，并在双丝网混合成形器中在37-44℃的范围内的温度下在6.5-8的pH下以500m/min的速度运行。
在脱水期间从纸浆除去的白水中的固体的浓度为约0.05重量％，这意味着在脱水期间通过丝网除去的固体的量为用作起始材料的高度精制的纤维素浆的固体的约10重量％。
该实施例证实了含有大量的高度精制的浆的幅材可以更高的速度脱水，并且这得到了由于从纸浆除去了大部分的细粒固体(即分级)而具有增加的空气渗透率的幅材。
引人关注的是，注意到比匀度为0.43，这是非常好的，并且拉伸指数比为3.75，这是非常高的。此外，抗撕裂性非常好，证实了使纸浆经历分级对幅材强度具有正面影响。
实施例4(对比)
将精制至SR为82且具有约17％(>0.2mm)的原纤维面积和使用L&WFiber testerPlus仪器(L&W/ABB)测定的约1100万根/克(>0.2mm)的纤维量的软木浆在Formette单元(lab device)中制备成片材。形成的片材的克重为30gsm。片材在23℃/50％RH下测定的OTR为189cc/m2/天，这证实了片材具有一些阻隔性质，但与对比实施例1中不在相同水平。这主要是由于比实施例1中略微更粗的纤维材料。
实施例5
进行该实施例以证明用包含呈微原纤化纤维素(MFC)形式的细纤维素材料的涂层涂覆由高度精制的纤维素浆形成的基材幅材的效果。
该实施例使用与实施例4中相同的精制的软木浆。在Formette单元中由纸浆形成25gsm片材，并且随后使用喷涂装置将5gsm MFC层施加在片材上。通过在高压流化之前用酶(纤维素酶)处理软木纤维来制备MFC。在脱水之后但在干燥之前将MFC涂层施加到基材幅材。基材幅材的基重为25gsm，并且施加到幅材的MFC的量为5gsm。经涂覆的片材在23℃/50％RH下测定的OTR为3，这证实了将细MFC施加到片材表面的效果。
实施例6
在试验造纸机上重复实施例1，但现在向高度精制的纤维素浆添加30％的未精制的软木浆。这得到了没有阻隔性质的高度多孔的基材幅材。
随后，通过湿帘式涂覆将实施例5中使用的MFC涂层施加到脱水但未干燥的幅材。
在23℃/50％RH下测定的涂覆的基材的OTR为565cc/m2/天。该相对低的OTR证实了MFC涂层可封闭表面，尽管基材幅材中的颗粒/纤维尺寸分布非常高，如通过向高度精制的浆添加30％的未精制的纤维所表示的。
表1.
拉伸指数(Nm/g)：ISO 1924-3
比匀度(g^0.5/m)：SCAN-P 92
撕裂指数(mNm2/g)：ISO 1974
克重(g/m2)：ISO 536
抗撕裂性(mN)：ISO 1974
空气阻力(s/100ml)，Gurley Hill：ISO 5636/5松厚度，单片材(cm3/g)：ISO 534
md＝机器方向
cd＝横向方向
N.D.＝未测定

Claims (18)

1.用于将高度精制的纤维素浆分级成细级分和粗级分的方法，所述方法包括：
a)提供高度精制的纤维素浆悬浮液，其包含高度精制的纤维素浆，所述高度精制的纤维素浆具有通过标准ISO 5267-1测定的40-98的范围内的Schopper-Riegler(SR)值和基于干重计至少700万根纤维/克的长度>0.2mm的纤维的含量；
b)使所述高度精制的纤维素浆悬浮液在带式过滤器中经历脱水；
c)收集脱水的保留物作为粗级分；以及
d)收集滤液作为细级分；
其中收集的细级分含有步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的固体的2-50重量％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)中提供的所述高度精制的纤维素浆具有通过标准ISO 5267-1测定的50-98的范围内、优选55-94的范围内、并且更优选60-92的范围内的Schopper-Riegler(SR)值。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中收集的细级分含有步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的固体的5-40重量％，并且更优选至少10-30重量％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆悬浮液的稠度在0.1-1.5重量％的范围内，优选在0.1-1重量％的范围内，优选在0.2-0.8重量％的范围内，更优选在0.2-0.6重量％的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤c)中收集的脱水的保留物的稠度为至少5重量％，优选至少7.5重量％，更优选至少10重量％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述粗级分具有通过标准ISO 5267-1测定的低于95、优选低于90、更优选低于85的Schopper-Riegler(SR)值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述细级分能够通过200目筛。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述带式过滤器包含具有在100Pa下高于4000m3/m2/小时的空气渗透率的丝网带。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述带式过滤器的带以至少50m/min，优选至少100m/min，并且更优选至少200m/min的速率移动。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述高度精制的纤维素浆在所述带上的停留时间低于7秒，优选低于5秒，更优选低于3秒。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述带式过滤器是单丝网或双丝网型带式过滤器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
将从细级分获得的纤维素细粒的一部分添加至粗级分，以获得具有降低的保水率和/或增加的均匀性的高度精制的纤维素浆。
13.根据权利要求12所述的方法，其中添加至所述粗级分的纤维素细粒的量小于步骤d)中收集的纤维素细粒的量，优选地在步骤d)中收集的纤维素细粒的量的1-75％的范围内，更优选地在步骤d)中收集的纤维素细粒的量的1-50％的范围内。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，其中在添加所述纤维素细粒的一部分之后获得的所述浆比步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆具有更低的Schopper-Riegler(SR)值。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中在添加所述纤维素细粒的一部分之后获得的所述浆具有比步骤a)中提供的高度精制的纤维素浆更低的保水率值(WRV)。
16.可通过根据权利要求1-15中任一项所述的方法获得的具有降低的保水率和/或增加的均匀性的高度精制的纤维素浆。
17.通过根据权利要求1-15中任一项所述的方法获得的具有降低的保水率和/或增加的均匀性的高度精制的纤维素浆在阻隔膜的制造中的用途。
18.由可通过根据权利要求1-15中任一项所述的方法获得的高度精制的纤维素浆形成的阻隔膜。
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