Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, способы получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, продукты, содержащие целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и способы получения таких продуктов

Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, способы получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, продукты, содержащие целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и способы получения таких продуктов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 61/692880, зарегистрированной 24 августа 2012 г, и непредварительной заявки на патент США № 13/836760, зарегистрированной 15 марта 2013 г, каждая из которых полностью включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к целлюлозным волокнам с улучшенной поверхностью, которые могут использоваться например, в пульпе, бумаге, бумажном картоне, биоволокнистых композитах (например, волокнистой цементной плите, армированных волокном пластиках и т.д.), впитывающих продуктах (например, вспушенной пульпе, гидрогелях и т.д.), специальных химических производных целлюлозы (например, ацетате целлюлозы, карбоксиметилцеллюлозе (КМЦ) и т.д.) и других продуктах. Настоящее изобретение также относится к способам получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, к продуктам, содержащим волокна с улучшенной поверхностью и к способам получения продуктов, содержащих волокна с улучшенной поверхностью.

Предпосылки создания изобретения

Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, такие как древесные целлюлозные волокна, используются в ряде продуктов, включающих, например, пульпу, бумагу, бумажный картон, биоволокнистые композиты (например, волокнистую цементную плиту, армированные волокном пластики и т.д.), впитывающие продукты (например, вспушенную пульпу, гидрогели и т.д.), специальные химические производные целлюлозы (например, ацетат целлюлозы, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) и т.д.) и другие продукты. Целлюлозные волокна могут быть получены из различных видов древесины, включая твердую древесину (например, дуб, эвкалипт (gum), клен, тополь, эвкалипт, осина, береза и т.д.), мягкую древесину (например, ель, сосна, пихта, гемлок, ложная сосна, красное дерево и т.д.), и недревесных материалов (например, кенаф, конопля, солома, багасса и т.д.). Свойства целлюлозных волокон могут определять свойства конечного готового продукта, такого как бумага, свойства промежуточных продуктов, и характеристики способов получения, используемых для получения продуктов (например, производительность бумагоделательной машины и стоимость получения). Целлюлозные волокна могут быть получены рядом способов с достижением различных свойств. В некоторых существующих способах некоторые целлюлозные волокна рафинируются перед введением в конечный продукт. В зависимости от условий рафинирования способ рафинирования может вызвать значительное снижение длины волокон, может образовать в некоторых применениях нежелательные количества очень коротких волокон и может в другом случае так воздействовать на волокна, что может ухудшающе воздействовать на конечный продукт, промежуточный продукт и/или способ получения. Например, образование очень коротких волокон может быть неблагоприятным в некоторых применениях, поскольку очень короткие волокна могут замедлять дренаж, увеличивать водоудержание и увеличивать химическое потребление мокрого конца в получении бумаги, что может быть нежелательно в некоторых способах и применениях.

Волокна в древесной пульпе обычно имеют линейную средневзвешенную длину волокна в интервале 0,5-3,0 мм перед переработкой в пульпу, бумагу, бумажный картон, биоволокнистые композиты (например, волокнистую цементную плиту, армированные волокном пластики и т.д.), впитывающие продукты (например, вспушенную пульпу, гидрогели и т.д.), специальные химические производные целлюлозы (например, ацетат целлюлозы, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) и т.д.) и другие продукты. Рафинирование и другие стадии переработки могут укорачивать длину целлюлозных волокон. В традиционной технологии рафинирования волокна пропускают только один раз, но обычно не более 2-3 раз, через рафинер с использованием относительно низкой энергии (например, примерно 20-80 кВтч/т для волокон из твердой древесины) и с использованием удельной краевой нагрузки 0,4-0,8 Вт×с/м для волокон из твердой древесины с получением типичной тонкой бумаги.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к различным вариантам целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, к способам получения, применения и поставки целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, к продуктам, содержащим целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и к способам получения, применения и поставки продуктов, содержащих целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и к различным другим объектам, описанным здесь.

В различных вариантах целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью настоящего изобретения имеют значительно более высокую площадь поверхности без значительного снижения длины волокна по сравнению с традиционными рафинированными волокнами и без значительного количества очень коротких волокон, образованных в процессе фибриллирования. В одном варианте множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеет линейную средневзвешенную длину волокон, по меньшей мере, примерно 0,3 мм и среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 10 м²/г, где число целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью составляет, по меньшей мере, 12000 волокно/мг в пересчете на сухую массу (сушка в печи). Волокна имеют линейную средневзвешенную длину волокон, по меньшей мере, примерно 0,35 мм в других вариантах и, по меньшей мере, примерно 0,4 мм - в других. В некоторых вариантах волокна имеют среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 12 м²/г. Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью в некоторых вариантах имеет значение средневзвешенной длины очень коротких волокон менее 40%, когда волокна, имеющие длину 0,2 мм или менее, классифицируются как очень короткие волокна. В других вариантах волокна имеют значение средневзвешенной длины очень коротких волокон менее 22%.

В некоторых вариантах настоящего изобретения множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеют линейную средневзвешенную длину волокон, которая составляет, по меньшей мере, 60% средневзвешенной длины волокон до фибриллирования и среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, которая является, по меньшей мере, в 4 раза больше средней удельной площади поверхности волокон до фибриллирования. Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью в некоторых других вариантах имеют линейную средневзвешенную длину волокон, которая составляет, по меньшей мере, 70% средневзвешенной длины волокон до фибриллирования. Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью в некоторых других вариантах имеют среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, которая является, по меньшей мере, в 8 раз больше средней удельной площади поверхности волокон до фибриллирования. Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеют линейную средневзвешенную длину волокон (Lw), по меньшей мере, 0,3 мм и среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 10 м²/г, где число целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью составляет, по меньшей мере, 12000 волокно/мг на сухую массу (сушка в печи) в некоторых других вариантах. Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью в некоторых других вариантах имеют линейную средневзвешенную длину волокон (Lw), по меньшей мере, 0,4 мм и среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 12 м²/г, где число целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью составляет, по меньшей мере, 12000 волокно/мг на сухую массу (сушка в печи). В некоторых вариантах множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеют линейное взвешенное значение очень коротких волокон менее 40%, когда волокна, имеющие длину 0,2 мм или менее, классифицируются как очень короткие. Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеют линейное взвешенное значение очень коротких волокон менее 22% в некоторых вариантах.

Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью может быть получено из твердой древесины или мягкой древесины в различных вариантах.

Настоящее изобретение также относится к изделию, содержащему множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью согласно различным вариантам настоящего изобретения. Примеры таких изделий включают в себя (без ограничения) бумажные продукты, продукты из бумажного картона, волокнистые цементные плиты, армированные волокном пластики, вспушенные пульпы и гидрогели.

Настоящее изобретение также относится к изделию, формованному из множества целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью согласно различным вариантам настоящего изобретения. Примеры таких изделий включают в себя (без ограничения) ацетатцеллюлозные продукты и карбоксиметилцеллюлозные продукты.

Настоящее изобретение также относится к различным способам получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. В некоторых вариантах способ получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью содержит введение нерафинированных целлюлозных волокон в механический рафинер, имеющий пару рафинирующих пластин, в котором пластины имеют ширину прутка 1,3 мм или менее и ширину канавки 2,5 мм или менее, и рафинирование волокон до достижения энергопотребления, по меньшей мере, 300 кВтч/т для рафинера с получением целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. В некоторых вариантах пластины имеют ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 1,6 мм или менее. В некоторых вариантах волокна рафинируются до достижения энергопотребления, по меньшей мере, 450 кВтч/т для рафинера или до достижения энергопотребления, по меньшей мере, 650 кВтч/т для рафинера в других вариантах. В некоторых вариантах волокна рафинируются до достижения энергопотребления от примерно 300 кВтч/т до примерно 650 кВтч/т для рафинера. В некоторых вариантах волокна рафинируются до достижения энергопотребления от примерно 450 кВтч/т до примерно 650 кВтч/т для рафинера. Рафинер работает при удельной краевой нагрузке от примерно 0,1 до примерно 0,3 Вт×с/м в некоторых вариантах и при удельной краевой нагрузке от примерно 0,1 до примерно 0,2 Вт×с/м в других вариантах.

В некоторых вариантах волокна могут рециркулировать через рафинер. Например, в некоторых вариантах волокна рециркулируют через рафинер множество раз до достижения энергопотребления, по меньшей мере, 300 кВтч/т. В некоторых вариантах волокна рециркулируют через рафинер, по меньшей мере, три раза. В некоторых вариантах часть волокон удаляется, а другая часть рециркулирует. Некоторые варианты способов настоящего изобретения, таким образом, дополнительно содержат непрерывное удаление множества волокон из механического рафинера, где частью удаляемых волокон являются целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и рециркулируется более примерно 80% удаленных волокон обратно в механический рафинер для дополнительного рафинирования.

Некоторые варианты способов настоящего изобретения используют два или более механических рафинеров. В некоторых таких вариантах способ получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью содержит введение нерафинированных целлюлозных волокон в первый механический рафинер, имеющий пару рафинирующих пластин, в котором пластины имеют ширину прутка 1,3 мм или менее и ширину канавки 2,5 мм или менее, рафинирование волокон в первом механическом рафинере, транспортирование волокон в, по меньшей мере, один дополнительный механический рафинер, имеющий пару рафинирующих пластин, в котором пластины имеют ширину прутка 1,3 мм или менее и ширину канавки 2,5 мм или менее, и рафинирование волокон в, по меньшей мере, одном дополнительном механическом рафинере до общего энергопотребления рафинеров, по меньшей мере, 300 кВтч/т с получением целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. Волокна рафинируются в первом механическом рафинере при рециркулировании, по меньшей мере, части волокон через первый механический рафинер множество раз в некоторых вариантах. В некоторых вариантах волокна рециркулируют через дополнительный механический рафинер множество раз. В первом механическом рафинере рафинирующие пластины в некоторых других вариантах имеют ширину прутка более 1,0 мм и ширину канавки более или равно 2,0 мм, и в, по меньшей мере, одном дополнительном механическом рафинере пластины имеют ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 1,6 мм или менее.

Способы получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью в некоторых вариантах содержат введение нерафинированных целлюлозных волокон в механический рафинер, имеющий пару рафинирующих пластин, в котором пластины имеют ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 2,0 мм или менее, рафинирование волокон, непрерывное удаление множества волокон из механического рафинера, где частью удаленных волокон являются целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и рециркулирование более примерно 80% удаленных волокон обратно в механический рафинер для дополнительного рафинирования.

Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, полученные способами настоящего изобретения, в некоторых вариантах могут обладать одним или более свойств, описанных здесь. Например, согласно некоторым вариантам, такие целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью имеют линейную средневзвешенную длину, которая составляет, по меньшей мере, 60% линейной средневзвешенной длины нерафинированных целлюлозных волокон, и средняя гидродинамическая удельная площадь поверхности которых является, по меньшей мере, в 4 раза больше, чем средняя удельная площадь поверхности нерафинированных целлюлозных волокон.

Указанные и другие варианты представлены более подробно в последующем подробном описании.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена технологическая схема, показывающая систему для получения бумажного продукта согласно одному неограничивающему варианту настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлена технологическая схема, показывающая систему для получения бумажного продукта, которая включает второй рафинер, согласно одному неограничивающему варианту настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Варианты настоящего изобретения относятся в общем плане к целлюлозным волокнам с улучшенной поверхностью, к способам получения, применения и поставки целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, к продуктам, содержащим целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и к способам получения, применения и поставки продуктов, содержащих целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, и другим объектам, как будет очевидно из последующего описания. Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью фибриллируются в степени, которая обеспечивает желательные свойства, как представлено ниже, и могут характеризоваться как высоко фибриллированные. В различных вариантах целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью настоящего изобретения имеют значительно более высокую площадь поверхности без значительного снижения длины волокна по сравнению с традиционными рафинированными волокнами и без значительного количества очень коротких волокон, образовавшихся в процессе фибриллирования. Такие целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью могут использоваться в получении пульпы, бумаги и других продуктов, как описано здесь.

Целлюлозные волокна, которые могут иметь улучшенную поверхность согласно вариантам настоящего изобретения, могут происходить из ряда видов древесины, включая твердую древесину и мягкую древесину. Неограничивающие примеры целлюлозных волокон из твердой древесины, которые могут использоваться в некоторых вариантах настоящего изобретения, включают в себя (без ограничения) дуб, эвкалипт (gum), клен, тополь, эвкалипт, осину, березу и другие виды, известные специалистам в данной области техники. Неограничивающие примеры целлюлозных волокон из мягкой древесины, которые могут использоваться в некоторых вариантах настоящего изобретения, включают в себя (без ограничения) ель, сосну, пихту, гемлок, ложную сосну, красное дерево и другие виды, известные специалистам в данной области техники. Целлюлозные волокна могут быть получены из химического источника (например, Крафт-способа, сульфитного способа, способа натронной варки и т.д.), механического источника (например, термомеханического способа ((ТМС)(ТМР)), беленого хемитермомеханического способа ((БХТМС)(ВСТМР)) и т.д.) или их комбинаций. Целлюлозные волокна могут также происходить из недревесных волокон, таких как лен, хлопок, багасса, конопля, солома, кенаф и т.д. Целлюлозные волокна могут быть белеными, в частности, белеными или небелеными с различной степенью содержания лигнина и других примесей. В некоторых вариантах целлюлозные волокна могут быть регенерированными волокнами или волокнами, бывшими в употреблении.

Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью согласно различным вариантам настоящего изобретения могут характеризоваться в соответствии с различными свойствами и комбинациями свойств, включая, например, длину, удельную площадь поверхности, изменение длины, изменение удельной площади поверхности, свойства поверхности (например, активность поверхности, энергия поверхности и т.д.), процентное содержание очень коротких волокон, дренажные свойства (например, Шоппера-Риглера), crill-измерения (фибриллирование), водовпитывающие свойства (например, значение водоудержания, скорость впитываемости и т.д.) и различные их комбинации. Хотя последующее описание специально не идентифицирует каждую из различных комбинаций свойств, должно быть понятно, что различные варианты целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью могут обладать одним, более одного или всеми из свойств, описанных здесь.

Некоторые варианты настоящего изобретения относятся к множеству целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. В некоторых вариантах множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеет линейную средневзвешенную длину волокон, по меньшей мере, около 0,3 мм, предпочтительно, по меньшей мере, около 0,35 мм с длиной около 0,4 мм, которая является наиболее предпочтительной, где число целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью составляет, по меньшей мере, 12000 волокно/мг в пересчете на сухое вещество (сушка в печи). Как использовано здесь, выражение «в пересчете на сухое вещество (сушка в печи)» означает, что образец сушится в печи, установленной при 105°C, в течение 24 ч. Обычно чем больше длина волокон, тем больше прочность волокон и получаемого продукта, содержащего такие волокна. Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью таких вариантов могут использоваться, например, в применениях бумагоделательного производства. Как использовано здесь, линейная средневзвешенная длина волокон измеряется с использованием приборов LDA02 Fiber Quality Analyzer или LDA96 Fiber Quality Analyzer, каждый от фирмы OpTest Equipment, Inc. (Хаукесбери, Онтарио, Канада), и в соответствии с надлежащими методиками, определенными в руководстве, сопровождающем прибор Fiber Quality Analyzer. Как использовано здесь, линейная средневзвешенная длина волокон (Lw) рассчитывается по формуле:

L w = ∑ n i L i 2 ∑ n i L i

в которой I относится к категории (или магазину) чисел (например, 1, 2, …, N), n_i относится к счету волокон в i-той категории, и L_i относится к длина контура - длина центра класса гистограммы в в i-той категории.

Как отмечено выше, один аспект целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью настоящего изобретения заключается в сохранении длин волокон после фибриллироввния. В некоторых вариантах множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью могут иметь линейную средневзвешенную длину волокон, которая составляет, по меньшей мере, 60% линейной средневзвешенной длины волокон до фибриллирования. Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью согласно некоторым вариантам могут иметь линейную средневзвешенную длину волокон, которая составляет, по меньшей мере, 70% линейной средневзвешенной длины волокон до фибриллирования. В определении процента сохранения длины линейная средневзвешенная длина волокон может быть измерена (как описано выше) как до, так и после фибриллирования, и значения могут быть сравнены с использованием следующей формулы:

L w (до)− L w (после) L w (до)

Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью настоящего изобретения преимущественно имеют большую гидродинамическую удельную площадь поверхности, которые могут быть использованы в некоторых применениях, таких как бумагоделательное производство. В некоторых вариантах настоящее изобретение относится к множеству целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, в которых волокна имеют среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 10 м²/г и, более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 12 м²/г. В целях иллюстрации типичное нерафинированное волокно для получения бумаги имеет гидродинамическую удельную площадь поверхности 2 м²/г. Как использовано здесь, гидродинамическую удельную площадь поверхности определяют согласно методике, приведенной в работе Characterizing the drainage resistance of pulp and microfibrillar suspensions using hydrodynamic flow measurements, N.Lavrykova-Marrain and B.Ramarao, TAPPI’s PaperCon 2012 Conference, доступной при http://www.tappi.org/Hide/Events/ 2PaperCon/Papers/12PAP116.aspx, которая поэтому приводится в качестве ссылки.

Одним преимуществом настоящего изобретения является то, что гидродинамическая удельная площадь поверхности целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью является значительно большей, чем у волокон до фибриллирования. В некоторых вариантах множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью могут иметь среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, которая является, по меньшей мере, в 4 раза больше, чем средняя удельная площадь поверхности волокон до фибриллирования, предпочтительно, по меньшей мере, в 6 раз больше, чем средняя удельная площадь поверхности волокон до фибриллирования, и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, в 8 раз больше, чем средняя удельная площадь поверхности волокон до фибриллирования. Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью таких вариантов могут использоваться, например, в применениях бумагоделательного производства. Вообще гидродинамическая удельная площадь поверхности является хорошим показателем поверхностной активности, так что в некоторых вариантах может ожидаться, что целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью настоящего изобретения имеют хорошие свойства скрепления и водоудержания, и может ожидаться, что хорошо используются в применениях армирования.

Как отмечено выше, в некоторых вариантах целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью настоящего изобретения преимущественно имеют увеличенную гидродинамическую удельную площадь поверхности при сохранении длины волокон. Увеличение гидродинамической удельной площади поверхности может иметь ряд преимуществ в зависимости от использования, включая без ограничения обеспечение увеличенного скрепления волокон, впитывания воды или других материалов, удержания органических веществ, более высокой энергии поверхности и другие.

Варианты настоящего изобретения относятся к множеству целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью, где множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеет линейную средневзвешенную длину волокон, по меньшей мере, около 0,3 мм и среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 10 м²/г, где число целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью составляет, по меньшей мере, 12000 волокно/мг в пересчете на сухое вещество (сушка в печи). Множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью в предпочтительных вариантах имеет линейную средневзвешенную длину волокон, по меньшей мере, около 0,35 мм и среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 12 м²/г, где число целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью составляет, по меньшей мере, 12000 волокно/мг в пересчете на сухое вещество (сушка в печи). В наиболее предпочтительном варианте множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью имеет линейную средневзвешенную длину волокон, по меньшей мере, около 0,4 мм и среднюю гидродинамическую удельную площадь поверхности, по меньшей мере, примерно 12 м²/г, где число целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью составляет, по меньшей мере, 12000 волокно/мг в пересчете на сухое вещество (сушка в печи). Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью таких вариантов могут использоваться, например, в применениях бумагоделательного производства.

В рафинировании целлюлозных волокон с обеспечением целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью настоящего изобретения некоторые варианты, предпочтительно, минимизируют образование очень коротких волокон. Как использовано здесь, термин «очень короткие волокна» используется для обозначения целлюлозных волокон, имеющих длину 0,2 мм или менее. В некоторых вариантах целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью имеют значение длиновзвешенных очень коротких волокон менее 40%, более предпочтительно, менее 22%, причем менее 20% является наиболее предпочтительным. Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью таких вариантов могут использоваться, например, в применениях бумагоделательного производства. Как использовано здесь, «значение длинновзвешенных очень коротких волокон» измеряется с использованием приборов LDA02 Fiber Quality Analyzer или LDA96 Fiber Quality Analyzer, каждый от фирмы OpTest Equipment, Inc. (Хаукесбери, Онтарио, Канада), и в соответствии с надлежащими методиками, определенными в руководстве, сопровождающем прибор Fiber Quality Analyzer. Как использовано здесь, процентное содержание длинновзвешенных очень коротких волокон рассчитывается по формуле:

%  длинновзвешенных очень коротких волокон=100× ∑ n i L i L T

в которой n относится к числу волокон, имеющих длину менее 0,2 мм, L_i относится к среднеточечной длине класса очень коротких волокон, и L_T относится к общей длине волокна.

Целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью настоящего изобретения одновременно обладают преимуществами сохранения длины и относительно высокой удельной площади поверхности без в предпочтительных вариантах вреда образования большого числа очень коротких волокон. Кроме того, множество целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью согласно различным вариантам могут одновременно обладать одним или более вышеуказанных свойств (например, линейной средневзвешенной длиной волокон, изменением средней гидродинамической удельной площади поверхности и/или свойствами поверхностной активности), хотя также имея относительно низкое процентное содержание очень коротких волокон. Такие волокна в некоторых вариантах могут минимизировать отрицательные воздействия на дренаж, хотя также сохраняя или улучшая прочность продуктов, в которые они введены.

Другие преимущественные свойства целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью могут характеризоваться, когда волокна перерабатываются в другие продукты и описываются ниже после описания способов получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью.

Варианты настоящего изобретения также относятся к способам получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. Технология рафинирования, используемая в способах настоящего изобретения, может преимущественно сохранять длину волокон подобно увеличению количества площади поверхности. В предпочтительных вариантах такие способы также минимизируют количество очень коротких волокон и/или улучшают прочность продуктов (например, разрывную прочность, прочность связи Скотта, прочность мокрого холста бумажного продукта), содержащих целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью, в некоторых вариантах.

В одном варианте способ получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью содержит введение нерафинированных целлюлозных волокон в механический рафинер, содержащий пару рафинирующих пластин, в котором пластины имеют ширину прутка 1,3 мм или менее и ширину канавки 2,5 мм или менее; и рафинирование волокон до энергопотребления, по меньшей мере, 300 кВтч/т для рафинера с получением целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. Специалисты в данной области техники знакомы с размерами ширины прутка и ширины канавки в связи с рафинирующими пластинами. Для поиска дополнительный информации ссылка делается на справочник Christopher J. Biermann, Handbook of Pulping and Papermaking (2d Ed., 1996), p. 145, который поэтому приводится в качестве ссылки. В предпочтительном варианте пластины имеют ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 1,6 мм или менее, и волокна могут быть рафинированы до энергопотребления, по меньшей мере, 300 кВтч/т для рафинера с получением целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. В наиболее предпочтительном варианте пластины имеют ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 1,3 мм или менее, и волокна могут быть рафинированы до энергопотребления, по меньшей мере, 300 кВтч/т для рафинера с получением целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. Как использовано здесь и как понятно специалистам в данной области техники, ссылки на энергопотребление и энергию рафинирования используют единицы кВтч/т с пониманием, что «/т» или «на т» относится к 1 т пульпы, проходящей через рафинер в пересчете на сухое вещество. В некоторых вариантах волокна рафинируются до достижения рафинером энергопотребления, по меньшей мере, 650 кВтч/т. Множество волокон может рафинироваться до тех пор, пока они обладают одним или более свойств, описанных здесь относительно целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью настоящего изобретения. Как описано более подробно ниже, специалистам в данной области техники известно, что энергия рафинирования значительно больше 300 кВтч/т может требоваться для некоторых типов древесных волокон, и что количество энергии рафинирования, необходимое для придания желаемых свойств целлюлозным волокнам, может также варьироваться.

В одном варианте нерафинированные целлюлозные волокна вводятся в механический рафинер, содержащий пару рафинирующих пластин, или в ряд рафинеров. Нерафинированные целлюлозные волокна могут включать в себя любые из целлюлозных волокон, описанных здесь, такие как, например, целлюлозные волокна из твердой древесины или целлюлозы из мягкой древесины, или недревесные целлюлозные волокна, из ряда способов, описанных здесь (например, механический, химический и т.д.). Кроме того, нерафинированные целлюлозные волокна или источник целлюлозных волокон могут быть предусмотрены в кипах или пастообразном состоянии. Например, в одном варианте источник целлюлозных волокон в кипах может содержать от примерно 7 до примерно 11% воды и от примерно 89 до примерно 93% твердого вещества. Аналогично, например, в одном варианте питание целлюлозных волокон может содержать примерно 95% воды и примерно 5% твердого вещества. В некоторых вариантах источник целлюлозных волокон не сушится в сушилке пульпы.

Неограничивающие примеры рафинеров, которые могут использоваться для получения целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью в соответствии с некоторыми вариантами настоящего изобретения, включают в себя рафинеры с двойными дисками, конические рафинеры, однодисковые рафинеры, многодисковые рафинеры или конические и дисковые рафинеры в комбинации. Неограничивающие примеры рафинеров с двойными дисками включают в себя рафинеры типов Beloit DD 3000, Beloit DD 4000 и Andritz DO. Неограничивающими примерами конических рафинеров являются рафинеры типов Sunds JC01, Sunds JC02 и Sunds JC03.

Конструкция рафинирующих пластин, а также рабочие условия являются важными в получении некоторых вариантов целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. Ширина прутка, ширина канавки и глубина канавки являются параметрами пластины рафинера, которые используются для характеристики рафинирующих пластин. Вообще, рафинирующие пластины для использования в различных вариантах настоящего изобретения могут характеризоваться как тонкорифленые. Такие пластины могут иметь ширину прутка 1,3 мм или менее и ширину канавки 2,5 мм или менее. Такие пластины в некоторых вариантах могут иметь ширину прутка 1,3 мм или менее и ширину канавки 1,6 мм или менее. В некоторых вариантах такие пластины могут иметь ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 1,6 мм или менее. Такие пластины в некоторых вариантах могут иметь ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 1,3 мм или менее. Рафинирующие пластины, имеющие ширину прутка 1,0 мм или менее и ширину канавки 1,6 мм или менее, могут также называться как ультратонкие рафинирующие пластины. Такие пластины поставляются под брендом FINEBAR фирмой Aikawa Fiber Technologies (AFT). В соответствующих рабочих условиях такие тонкорифленые пластины могут увеличить число фибрилл на целлюлозном волокне (т.е. увеличить фибриллирование) при сохранении длины волокна и минимизации получения очень коротких волокон. Традиционные пластины (например, с шириной прутка более 1,3 мм и/или шириной канавки более 2,0 мм) и/или несоответствующие рабочие условия могут значительно усилить рубку целлюлозных волокон и/или образовать нежелательный уровень очень коротких волокон.

Рабочие условия рафинера могут также быть важными в получении некоторых вариантов целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. В некоторых вариантах целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью могут быть получены при рециркуляции целлюлозных волокон, которые были первоначально нерафинированными, через рафинер (рафинеры) до достижения энергопотребления, по меньшей мере, примерно 300 кВтч/т. В некоторых вариантах целлюлозные волокна с улучшенной поверхностью могут быть получены при рециркулировании целлюлозных волокон, которые были первоначально нерафинированными, через рафинер (рафинеры) до достижения энергопотребления, по меньшей мере, примерно 450 кВтч/т. В некоторых вариантах волокна могут рециркулировать в рафинере до достижения энергопотребления от примерно 450 до примерно 650 кВтч/т. В некоторых вариантах рафинер может работать при удельной краевой нагрузке от примерно 0,1 до примерно 0,3 Вт×с/м. В других вариантах рафинер может работать при удельной краевой нагрузке от примерно 0,15 до примерно 0,2 Вт×с/м. В некоторых вариантах энергопотребление в интервале примерно 450-650 кВтч/т достигается при использовании удельной краевой нагрузки от примерно 0,1 до примерно 0,2 Вт×с/м с получением целлюлозных волокон с улучшенной поверхностью. Удельная краевая нагрузка (или УКН (SEL)) представляет собой термин, понимаемый специалистами в данной области техники по отношению к частному от деления результирующей приложенной мощности на произведение скорости вращения и длины края. УКН используется для характеристики интенсивности рафинирования и выражается в Ватт×секунда/метр (Вт×с/м).

Как описано более подробно ниже, специал