Оптимизируемое количество гемицеллюлозы в недревесных волокнах для продуктов на основе бумаги
Изобретение относится к использованию недревесных натуральных волокон в продуктах на основе бумаги. Способ изготовления листа на основе бумаги включает диспергирование волокон мягкой древесины в воде и диспергирование обработанных недревесных волокон с образованием первой и второй взвесей волокон, диспергирование указанных взвесей волокон на формующую сетку с образованием влажного полотна на основе бумаги. Далее влажное полотно обезвоживают и сушат. При этом обработанные недревесные волокна получены из растений, входящих в семейство мятликовых, содержат менее 15 процентов гемицеллюлозы и имеют садкость по канадскому стандарту (CSF), превышающую 350 мл. Обеспечивается увеличение мягкости получаемых продуктов на основе бумаги. 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к использованию недревесных альтернативных натуральных волокон в продуктах на основе бумаги. Замена традиционного волокна твердой древесины достигается за счет гибридной волокнистой композиции, которая обеспечивает достаточную механическую прочность для применений в изделиях на основе бумаги.
Продукты на основе бумаги, такие как косметические салфетки, бумажные полотенца, рулоны туалетной бумаги, салфетки и другие подобные продукты, должны предусматривать некоторые важные свойства. Например, продукты должны обладать хорошей пухлостью, должны быть мягкими на ощупь и должны обладать хорошей прочностью и долговечностью. Однако, когда предпринимаются шаги по улучшению одного свойства продукта, это зачастую негативно сказывается на других характеристиках продукта.
Продукты на основе бумаги выполняют с помощью одного из двух основных процессов изготовления изделий на основе бумаги: традиционного влажного прессования (CWP) и сквозной сушки воздухом (TAD). При CWP изделие на основе бумаги образуют на формующей сетке либо с помощью выносного валика с отсасывающим действием, либо с помощью двухсеточного формующего устройства, и начальное полотно переносят на бумагоделательный войлок и обезвоживают путем его прижатия с помощью одного или двух нажимных валиков к поверхности большого паронагреваемого цилиндра, называемого Янки-цилиндром. Процесс прижатия также способствует переносу листа на поверхность Янки-цилиндра. Адгезивный раствор распыляют на поверхность сушильного цилиндра перед переносом листа для обеспечения хорошей связи между листом и поверхностью сушильного цилиндра. Лист удаляют с поверхности Янки-цилиндра ножевым устройством в процессе крепирования.
В процессе TAD лист образуют на формующей сетке и переносят на одну или более других сеток по мере его обезвоживания до консистенции, составляющей 25 процентов или больше. После первоначального обезвоживания лист высушивают, пока он находится в контакте с сеткой, путем продувания насквозь сетки горячим воздухом. В традиционных процессах высушивания посредством сквозной сушки высушенное посредством сквозной сушки полотно приклеивают к Янки-цилиндру и крепируют. Валик может быть представлен в точке переноса для способствования переносу полотна с сушильной сетки на Янки-цилиндр, но отсутствует высокое давление, используемое для обезвоживания полотна в процессе CWP. Альтернативно изделие на основе бумаги, высушенное посредством TAD, может быть получено без крепирования, где сжимаемость полотна возникает вместе с переносом при разности скоростей влажного уложенного полотна с формующей сетки на по существу медленнее движущуюся сетку переноса с открытыми ячейками. После этого полотно высушивают, предотвращая при этом макроскопическую перестановку волокон в плоскости полотна. Полотно затем высушивают на сетке в сушильном цилиндре с продувкой воздухом до консистенции, составляющей 90 процентов или больше, и наматывают. Янки-цилиндр не используют в процессе высушивания посредством сквозной сушки без крепирования (UCTAD). Высушенные посредством сквозной сушки продукты на основе бумаги, как правило, связаны с продуктами на основе бумаги с более высокой степенью качества, чем традиционные продукты влажного прессования, вследствие их большей пухлости и большей поглощательной способности.
Для достижения оптимальных свойств продукта продукты на основе бумаги, как правило, образуют по меньшей мере отчасти из пульп, содержащих древесные волокна и зачастую смесь из волокон твердой древесины и мягкой древесины, для достижения желаемых свойств. Как правило, при попытке оптимизировать мягкость поверхности, как это зачастую бывает с продуктами на основе бумаги, производитель бумаги будет выбирать состав бумаги по волокну на основе отчасти линейной плотности волокон пульп. Пульпы, имеющие волокна с низкой линейной плотностью, являются желательными, поскольку тонкая бумага, выполненная из волокон, имеющих низкую линейную плотность, может быть сделана более мягкой, чем подобная тонкая бумага, выполненная из волокон, имеющих высокую линейную плотность. Для еще большей оптимизации мягкости поверхности премиальные продукты на основе бумаги обычно содержат слоистые структуры, где волокна с низкой линейной плотностью направлены на наружный слой листа на основе бумаги, причем внутренний слой листа содержит более длинные волокна с более высокой линейной плотностью.
Эту потребность в мягкости уравновешивают с потребностью в долговечности или, возможно, противопоставляют ей. Долговечность в продуктах на основе бумаги может быть определена касательно прочности при растяжении, поглощения энергии, затраченной при растяжении (TEA), прочности при продавливании и прочности при раздирании. Как правило, раздирание, продавливание и TEA будут показывать положительную корреляцию с прочностью при растяжении, тогда как прочность при растяжении, и, таким образом, долговечность, и мягкость имеют обратную зависимость. Таким образом, производитель бумаги постоянно сталкивается с необходимостью сбалансировать потребность в мягкости и потребность в долговечности. К сожалению, долговечность тонкой бумаги в целом снижается по мере уменьшения средней длины волокна. Следовательно, простое уменьшение средней длины волокна пульпы может привести к нежелательному компромиссу между мягкостью поверхности продукта и долговечностью продукта.
Производитель изделий на основе бумаги, который способен получить пульпы, обладающие желаемой комбинацией длины волокна и линейной плотности, из смесей волокон, в целом считающихся худшими относительно свойств среднего волокна, может получить значительную экономию затрат и/или улучшения продукта. Например, производитель бумаги может пожелать получить тонкую бумагу превосходной прочности, не вызывая обычного ухудшения мягкости, которое сопровождает более высокую прочность. Альтернативно производитель бумаги может пожелать более высокой степени связывания с поверхностью бумаги для уменьшения высвобождения свободных волокон, не страдая от обычного уменьшения мягкости, которое сопровождает большее связывание поверхностных волокон. В связи с этим, в настоящее время существует необходимость в продукте на основе бумаги, образованном из волокна, которое улучшит долговечность без отрицательного влияния на другие важные свойства продукта, такие как мягкость.
Кроме волокон пульп северной и южной мягкой древесины существует очень мало вариантов для производителей бумаги при выборе длинных волокон.
Главной проблемой, влияющей на пульповую и бумажную промышленности во всем мире, является увеличение затрат на подходящие древесные волокна, возникающих из-за опасений по поводу конкурирующих использований лесистых местностей, экологического воздействия операций, проводимых в лесу, и устойчивого управления лесами. Поэтому отрасль производства изделий на основе бумаги всегда ищет альтернативные недорогостоящие виды волокон для постоянного изготовления. Также экологические группы и потребители, которые предпочитают использовать экологически чистые продукты, выступают за использование недревесных волокон как более экологически безопасных, чем древесные волокна. Чтобы уменьшить зависимость от древесной пульпы как предмета потребления, использование переработанных волокон может быть частичным решением, но использование переработанных волокон в листах на основе бумаги технически ограничено качеством конечного продукта, приемлемым для пользователей.
Предыдущие подходы зависели от древесных волокон. Возможность использовать волокнистое сырье, растущее в течение более короткого жизненного цикла, и использовать отходы от сельскохозяйственной или промышленной обработки, может помочь в достижении корпоративных целей устойчивого развития и уменьшении воздействия на окружающую среду в лесах, а также углеродного следа (измеряемого в единицах eCO2).
Процессы пульпирования для недревесных натуральных волокон зависят от сырьевого материала. Подробные этапы могут быть найдены в документе «The Environmentally Benign Pulping Process of Non-wood Fibers», Sridach, W. (2010), Suranaree J. Sci. Technol., 17(2), 105 123, и патенте США №6302997 B1, выданном Hurter и Byrd. Альтернативные недревесные натуральные волокна, такие как волокна полевых культур или сельскохозяйственные отходы, рассматриваются как более экологичные. Примеры тех сырьевых натуральных материалов включают мискантус, стебли сои, кенаф, лен, бамбук, хлопковые стебли, тростниково-сахарную багассу, кукурузную солому, рисовую солому, овсяную солому, пшеничную солому, просо прутьевидное, сорго, тростник, арундо тростниковый, других членов семейства мятликовых, также известного как семейство злаковых, и их комбинации. Источники недревесных волокон составляют приблизительно 5-10% мирового производства пульпы по ряду причин, включая сезонную доступность, проблемы с химическим восстановлением, яркость пульпы, содержание диоксида кремния и т.д. В частности, привлекательными являются кукурузная солома и пшеничная солома как источники для пульпы вследствие своего глобального многообразия. Недревесные волокна предоставляют изготовителям продуктов возможность исследования для добавления экологически чистого компонента в свои конечные продукты.
Следовательно, существует необходимость в предоставлении материалов в виде пульпы, альтернативных древесине, для замены традиционных волоконных материалов, используемых в изделии на основе бумаги. В результате, настоящее изобретение заполняет такие пробелы путем предоставления материалов, альтернативных древесине, которые могут быть использованы для экологически сбалансированного изделия на основе бумаги.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем документе в целом раскрыты сухие бумажные продукты и, в частности, сухие подложки на основе бумаги, содержащие смесь традиционных волокон для производства бумаги и недревесных волокон.
Настоящее изобретение направлено на способ изготовления листа на основе бумаги, содержащего волокна мягкой древесины и обработанные недревесные волокна, полученные из растений, входящих в семейство мятликовых, при этом обработанные не древесные волокна содержат менее 15 процентов гемицеллюлозы. Способ включает следующие этапы:
диспергирование множества волокон мягкой древесины в воде с образованием первой взвеси волокон;
диспергирование множества обработанных недревесных волокон, полученных из растений, входящих в семейство мятликовых, при этом обработанные недревесные волокна содержат менее 15 процентов гемицеллюлозы для образования второй взвеси волокон и имеют садкость по канадскому стандарту (CSF), превышающую 350 мл;
диспергирование первой и второй взвесей волокон на формующую сетку с образованием влажного полотна на основе бумаги;
обезвоживание влажного полотна на основе бумаги с образованием частично обезвоженного полотна на основе бумаги; и
высушивание частично обезвоженного полотна на основе бумаги с образованием высушенного полотна на основе бумаги.
Недревесные волокна могут быть выбраны из кукурузной соломы, соломы, других натуральных волокон наземных растений и их комбинаций. Солома может быть выбрана из группы, состоящей из пшеницы, риса, овса, ячменя, ржи, льна, травы, соевых бобов и их комбинаций. Другие натуральные волокна наземных растений выбирают изо льна, бамбука, хлопка, джута, конопли, мексиканской агавы, багассы, кенафа, проса прутьевидного, мискантуса и их комбинаций.
Способ может дополнительно включать этапы диспергирования множества эвкалиптовых волокон с образованием взвеси третьего состава бумаги по волокну и диспергирования третьего состава бумаги по волокну на формующую сетку с первым и вторым составами бумаги по волокну с образованием влажного полотна на основе бумаги.
Способ может дополнительно включать этапы диспергирования множества волокон твердой древесины с образованием взвеси третьего состава бумаги по волокну и диспергирования третьего состава бумаги по волокну на формующую сетку с первым и вторым составами бумаги по волокну с образованием влажного полотна на основе бумаги.
Первая и вторая взвеси волокон могут быть диспергированы на формующую сетку слоями с образованием влажного полотна на основе бумаги, имеющего два наружных слоя и по меньшей мере один внутренний слой.
Высушенное полотно на основе бумаги может иметь более низкий индекс растяжения по сравнению с листом на основе бумаги, содержащим волокно мягкой древесины и эвкалиптовое волокно вместо обработанного недревесного волокна.
Обработанное недревесное волокно может иметь значение водоудерживающей способности (WRV), составляющее менее 3,5.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Вышеизложенные и другие признаки и аспекты настоящего изобретения, а также способ их достижения станут более очевидными, и само настоящее изобретение станет более понятным из следующего описания, прилагаемой формулы изобретения и сопутствующих графических материалов, на которых:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение одного аспекта процесса для образования полотна на основе бумаги, высушенного посредством сквозной сушки без крепирования, для использования в настоящем изобретении; и
на фиг. 2 представлена иллюстрация в виде графика зависимости между индексом растяжения и CSF для различных недревесных волокон.
Повторное использование ссылочных позиций в настоящем описании и на графических материалах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения. Графические материалы являются репрезентативными и не обязательно выполнены в масштабе. Некоторые их размеры могут быть чрезмерно увеличены, тогда как другие могут быть максимально уменьшены.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Поскольку описание завершается формулой изобретения, в частности, в которой указано и однозначно заявлено настоящее изобретение, предполагается, что настоящее изобретение будет лучше понято из следующего описания.
В контексте настоящего документа «содержащий» означает, что могут быть добавлены другие этапы и другие ингредиенты, которые не влияют на конечный результат. Этот термин охватывает термины «состоящий из» и «состоящий по сути из». Композиции и способы/процессы согласно настоящему изобретению могут содержать, состоять из и состоять по сути из существенных элементов и признаков настоящего изобретения, описываемых в настоящем документе, а также любых дополнительных или необязательных ингредиентов, компонентов, этапов или признаков, описываемых в настоящем документе.
В контексте настоящего документа термины «недревесный», «не содержащий дерева» и «альтернативный древесине» в целом относятся к отходам после обработки сельскохозяйственных культур, таких как пшеничная солома и болотные растения, не относящиеся к деревьям, такие как камыш. Примеры недревесных натуральных материалов согласно настоящему изобретению включают, но без ограничения, мискантус, стебли сои, кенаф, лен, бамбук, хлопковые стебли, тростниково-сахарную багассу, кукурузную солому, рисовую солому, овсяную солому, пшеничную солому, просо прутьевидное, сорго, тростник, арундо тростниковый, других членов семейства мятликовых, также известного как семейство злаковых, и их комбинации.
В контексте настоящего документа термин «пульпа» или «волокно пульпы» относится к волокнистому материалу, полученному посредством традиционных процессов пульпирования, известных в данной области техники. Это может быть применимо к древесным и не древесным материалам.
В контексте настоящего документа термин «мелкие частицы» относится к фракции, которая проходит через сито с размером ячеек 200 меш (75 мкм). Средний размер мелких частиц составляет несколько микрон. Мелкие частицы состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и экстрактов. Существует два типа мелких частиц: первичные и вторичные мелкие частицы. Содержимое первичных мелких частиц представляет собой генетическую характеристику растения. Эвкалиптовая пульпа составляет приблизительно 4%, тогда как другие пульпы твердой древесины могут достигать диапазона от приблизительно 20% до приблизительно 40%. Пшеничная солома составляет, как правило, от приблизительно 38% до приблизительно 50%. Вторичные мелкие частицы представляют собой кусочки фибрилл из наружных слоев волокон, которые отрываются во время очистки.
В контексте настоящего документа термин «плотность» в целом относится к весу на единицу площади картона. Плотность измеряют в настоящем документе с использованием метода испытания TAPPI Т-220. Лист пульпы, обычно имеющий размер 30 см × 30 см или другой удобный размер, взвешивают, а затем высушивают для определения содержания сухих веществ. Затем определяют площадь листа и выражают отношение веса в высушенном состоянии к площади листа в виде плотности в граммах на квадратный метр (г/м2).
В контексте настоящего документа термин «индекс сопротивления раздиранию» относится к частному от деления среднего геометрического прочности при раздирании (как правило, выражаемого в граммах) на среднее геометрическое прочности при растяжении (как правило, выражаемое в граммах на 3 дюйма), умноженному на 1000, где среднее геометрическое индекса сопротивления раздиранию определяют как квадратный корень произведения прочности при раздирании в машинном направлении и прочности при раздирании в поперечном направлении.
Несмотря на то что индекс сопротивления раздиранию может меняться в зависимости от композиции полотна на основе бумаги, а также плотности полотна, полотна, полученные согласно настоящему изобретению, в целом имеют индекс сопротивления раздиранию, превышающий приблизительно 5, более предпочтительно превышающий приблизительно 6 и еще более предпочтительно превышающий приблизительно 7, например, от приблизительно 7 до приблизительно 20.
В контексте настоящего документа термин «индекс сопротивления продавливанию» относится к частному от деления пиковой нагрузки при продавливании в сухом состоянии (также называемой прочностью при продавливании в сухом состоянии и, как правило, выражаемой в граммах на футы) на среднее геометрическое прочности при растяжении, умноженному на 10.
Несмотря на то что индекс сопротивления продавливанию может меняться в зависимости от композиции полотна на основе бумаги, а также плотности полотна, полотна, полученные согласно настоящему изобретению, в целом имеют индекс сопротивления продавливанию, превышающий 3, более предпочтительно превышающий приблизительно 4 и еще более предпочтительно превышающий приблизительно 5.
В контексте настоящего документа термины «среднее геометрическое растяжения» и «GMT» относятся к квадратному корню произведения прочности при растяжении в машинном направлении и прочности при растяжении в направлении, поперечном машинному направлению, полотна. В контексте настоящего документа прочность при растяжении относится к среднему геометрическому прочности при растяжении, как будет очевидно специалисту в данной области техники, если только не указано иное.
В контексте настоящего документа термины «среднее геометрическое индекса энергии, затраченной при растяжении» и «индекс ТЕА» относятся к частному от деления квадратного корня произведения поглощения энергии, затраченной при растяжении, в MD и CD («ТЕА MD» и «ТЕА CD», как правило, выражаемого в г«см/см2) на среднее геометрическое прочности при растяжении, умноженному на 1000.
Несмотря на то что индекс TEA может меняться в зависимости от композиции полотна на основе бумаги, а также плотности полотна, полотна, полученные согласно настоящему изобретению, в целом имеют индекс TEA, превышающий приблизительно 6, более предпочтительно превышающий приблизительно 7 и еще более предпочтительно превышающий приблизительно 8, например, от приблизительно 8 до приблизительно 20.
В контексте настоящего документа термин «индекс долговечности» относится к сумме индекса сопротивления раздиранию, индекса сопротивления продавливанию и индекса TEA и является указателем долговечности продукта при заданной прочности при растяжении.
Несмотря на то что индекс долговечности может меняться в зависимости от композиции полотна на основе бумаги, а также плотности полотна, полотна, полученные согласно настоящему изобретению, в целом имеют значения индекса долговечности, составляющие приблизительно 15 или больше, более предпочтительно приблизительно 18 или больше и еще более предпочтительно приблизительно 20 или больше, например, от приблизительно 20 до приблизительно 50.
В контексте настоящего документа термин «индекс жесткости» относится к частному от деления среднего геометрического наклона при растяжении, определенного как квадратный корень произведения наклонов при растяжении в MD и CD, на среднее геометрическое прочности при растяжении.
Несмотря на то что индекс жесткости может меняться в зависимости от композиции полотна на основе бумаги, а также плотности полотна, полотна, полученные согласно настоящему изобретению, в целом имеют значения индекса жесткости, составляющие менее приблизительно 16, более предпочтительно менее приблизительно 15 и еще более предпочтительно менее приблизительно 14, например, от приблизительно 5 до приблизительно 14.
В контексте настоящего документа термин «средняя длина волокна» относится к взвешенной по длине средней длине волокон, определенной с использованием анализатора волокон Kajaani, модели №FS-100, доступного от Kajaani Оу Electronics, Каяни, Финляндия. Согласно процедуре испытания образец пульпы обрабатывают мацерирующей жидкостью для обеспечения отсутствия пучков волокон или костры. Обеспечивают распад каждого образца пульпы в горячей воде и разбавляют до приблизительно 0,001 процентного раствора. Отдельные испытываемые образцы приблизительно 50-100 мл порциями отбирают из разбавленного раствора при испытании с применением стандартной процедуры испытания для анализа волокна, разработанной в Kajaani. Взвешенную среднюю длину волокна можно выразить с помощью следующего уравнения:
где k = максимальная длина волокна,
xi = длина волокна,
ni = число волокон с длиной xi,
n = общее число измеренных волокон.
В контексте настоящего документа «продукт на основе бумаги» в целом относится к различным бумажным продуктам, таким как косметическая салфетка, туалетная бумага, бумажные полотенца, салфетки и т.п. Обычно плотность продукта на основе бумаги согласно настоящему изобретению составляет менее приблизительно 80 грамм на квадратный метр (г/м2), в некоторых аспектах менее приблизительно 60 г/м2 и в некоторых аспектах от приблизительно 10 до приблизительно 60 г/м2.
Продукты на основе бумаги дополнительно отличаются от других бумажных продуктов своей пухлостью. Пухлость продуктов на основе бумаги и продуктов в виде полотенец согласно настоящему изобретению вычисляют как частность от деления толщины (определено далее в настоящем документе), выражаемой в микронах, на плотность, выражаемую в граммах на квадратный метр. Полученная в результате пухлость выражается в кубических сантиметрах на грамм. В различных примерах продукты на основе бумаги могут иметь пухлость, превышающую приблизительно 5 см3/г и еще более предпочтительно превышающую приблизительно 7 см3/г, например, от приблизительно 7 до приблизительно 15 см3/г. Полотна на основе бумаги, полученные согласно настоящему изобретению, могут иметь большую пухлость, чем продукты на основе бумаги, включающие те же полотна. Например, полотна на основе бумаги могут иметь пухлость, превышающую приблизительно 7 см3/г, например, превышающую приблизительно 10 см3/г, например, от приблизительно 12 до приблизительно 24 см3/г.
В контексте настоящего документа термин «слой» относится к множеству из наслоения волокон, химических обработок или т.п.в пределах прослойки.
Термин «прослойка» относится к дискретному элементу продукта. Отдельные прослойки могут быть расположены в соприкосновении друг с другом. Термин может относиться к множеству подобных полотну компонентов, например, в косметической салфетке с несколькими прослойками, туалетной бумаге, бумажном полотенце, влажной салфетке или салфетке.
В контексте настоящего документа термины «слоистое полотно на основе бумаги», «многослойное полотно на основе бумаги», «многослойное полотно» и «многослойный лист бумаги» в целом относятся к листам бумаги, полученным из двух или более слоев разжиженного состава бумаги для производства бумаги, предпочтительно содержащих разные типы волокон. Слои предпочтительно образованы путем нанесения отдельных потоков разбавленных взвесей волокна на одно или более рулонных перфорированных сит. Если отдельные слои изначально образуют на отдельных перфорированных ситах, слои затем объединяют (влажными) с образованием слоистого композитного полотна.
В контексте настоящего документа термин «устройство, образующее полотно» в целом включает длинносеточное формующее устройство, двухсеточное формующее устройство, цилиндровую машину, формующее устройство с прессом, формующее устройство с сеточной частью и т.п., известные специалистам в данной области техники.
В контексте настоящего документа термин «садкость по канадскому стандарту» (CSF) относится в целом к степени, с которой дренируется взвесь волокон, и она измеряется так, как описано в стандартном методе испытания TAPPI Т 227 ОМ-09. Единица измерения CSF - мл.
В таблице 1 сравнена твердая древесина (волокно эвкалиптовой пульпы, Aracruz Cellulose, Бразилия) и мягкая древесина (волокно пульпы NSWK, Northern Pulp, Канада).
Настоящее изобретение описывает использование недревесных волокон для замены доли первичного древесного волокна в по меньшей мере одном из слоев. Однако, как описано выше, необходимо учитывать компромисс между мягкостью и прочностью/долговечностью. Настоящее изобретение описывает, как прочность при растяжении может быть уменьшена, а мягкость - увеличена в недревесных волокнах путем управления уровнем гемицеллюлозы в недревесных волокнах. Это также повышает садкость по канадскому стандарту (CSF) и уменьшает их значение водоудерживающей способности (WRV) и их линейную плотность. Обработанные недревесные волокна заменяют долю эвкалиптовых волокон в листе на основе бумаги, повышая при этом долговечность (увеличенные прочности при продавливании и при раздирании) листа на основе бумаги.
Типовой состав изделия на основе бумаги содержит как длинные (беленая крафт-бумага из северной мягкой древесины (NBSK)), так и короткие (эвкалиптовые) волокна. Длинное волокно обеспечивает прочность и долговечность, тогда как короткое волокно обеспечивает мягкость. Сравнивая морфологию пульпы сельскохозяйственных культур с NBSK и эвкалиптом в одном примере, взвешенная по длине средняя длина волокна пульпы кукурузной соломы (>0,8 мм) и пшеничной соломы (<1 мм) намного меньше, чем у NBSK (2,23 мм), но больше, чем у эвкалипта. По этому причине, поскольку волокно из кукурузной соломы и пшеничной соломы может быть использовано для получения эквивалентной мягкости эвкалипта, выполненные продукты являются более долговечными вследствие большей длины волокна.
Обычно наблюдается, что недревесные пульпы имеют более высокий индекс растяжения, меньшую садкость и более высокое значение водоудерживающей способности (WRV), чем древесные пульпы с подобной длиной волокна. Меньшая длина волокна этих пульп исключает полную замену NBSK без значительной потери качества. В качестве замены эвкалипту многие недревесные волокна, например, пшеницы и кукурузы, предлагают преимущества над эвкалиптом вследствие своей большей длины волокна. Например, ожидаются более высокие прочности при продавливании и при раздирании. Однако такие пульпы в целом не подходят для замены эвкалипта вследствие своей высокой прочности при растяжении, которая приводит к меньшей мягкости продукта. Несмотря на возможность использования разрыхлителей для снижения прочности при растяжении, использование разрыхлителей значительно повышает стоимость, а также количество осыпи и бумажной пыли в продукте. Для обеспечения возможности замены недревесными пульпами эвкалиптовых пульп, существует необходимость в уменьшении индекса растяжения в этих недревесных пульпах без использования химических разрыхлителей.
В одном аспекте настоящее изобретение предусматривает мягкие и долговечные продукты на основе бумаги, содержащие целлюлозные волокна из сельскохозяйственных отходов, например, кукурузы, проса прутьевидного и пшеницы, при этом доля гемицеллюлозы из этих целлюлозных волокон была удалена. В еще одном аспекте настоящее изобретение предоставляет способ изготовления мягких и долговечных продуктов на основе бумаги, содержащих целлюлозные волокна из сельскохозяйственных отходов, причем способ включает замену всех или доли коротких древесных волокон в продукте на целлюлозные волокна из сельскохозяйственных отходов, причем вся гемицеллюлоза или ее доля из целлюлозных волокон из сельскохозяйственных отходов была удалена.
В дополнение, специально выращенные волокнистые культуры также можно использовать для обеспечения волокна для процесса, описанного в настоящем документе. Они могут включать мискантус, просо прутьевидное, стебли сои, хлопковые стебли и т.п. и могут быть выращены рядом или вместе с культурами, после которых остаются сельскохозяйственные отходы, такими как кукуруза, пшеница, соевые бобы, сорго и т.д. Некоторые из этих специально выращенных культур входят в семейство мятликовых, но остальные все еще не предоставляют пригодного волокна.
Обработанные недревесные волокна могут быть выбраны для использования на основе длины волокна. Для замены эвкалиптовых волокон может быть полезно выбирать волокна, имеющие взвешенную по длине среднюю длину волокна, составляющую менее приблизительно 1,1 мм, чтобы они были подобны эвкалиптовым волокнам.
Удаление гемицеллюлозы в волокнах уменьшает их индекс растяжения, и повышает садкость, и применяется при растворении целлюлозы. Процесс, описанный в настоящем документе, управляет количеством удаляемой гемицеллюлозы, поскольку удаление всей гемицеллюлозы, например, при растворении высококачественной целлюлозы, сглаживает кривую очистки и значительно уменьшает прочность при растяжении, необходимую в областях применения, где требуется высокая прочность, например, в случае материала для полотенец.
В еще одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает оптимизацию уровней гемицеллюлозы для корректировки индекса растяжения, CSF и значения водоудерживающей способности и управления ими для улучшения мягкости продукта с недревесными пульпами и для улучшения сматываемости. В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу получения пульпы, подходящей для изделия на основе бумаги, изготавливаемого из более чем одного типа недревесной биомассы сельскохозяйственных отходов, при этом уровнем гемицеллюлозы в пульпах управляют так, что индекс растяжения и CSF полученных в результате неочищенных пульп являются приблизительно равными. Эта способность оптимизировать профиль отношения индекса растяжения к CSF путем управления уровнем гемицеллюлозы позволяет биоперерабатывающему предприятию обрабатывать сельскохозяйственные отходы различных типов и специально выращенные биомассы с подобными свойствами волокон в течение всего года согласно их сезонности и доступности. Полученные в результате волокна могут обладать почти идентичными свойствами независимо от источника волокон. Поскольку качество (т.е. индекс растяжения при заданной садкости) таких пульп является в значительной степени эквивалентным, биопереработка сельскохозяйственных отходов и процесс изготовления изделия на основе бумаги могут осуществляться дольше и с меньшим риском прерывания или возникновения проблем, связанных с качеством, чем при использовании лишь одной культуры. Таким образом, существует необходимость в том, чтобы найти средства для управления качеством и свойствами разных волокон так, чтобы садкость и индекс растяжения разных волокон были эквивалентными.
Использование альтернативных недревесных натуральных волокон, например, использование волокон полевых культур и сельскохозяйственных отходов вместо древесных волокон, считается более экологичным вследствие отчасти классификации этих материалов как побочных продуктов других процессов или остатков после них. Поставщики могут платить клиентам, чтобы помочь им утилизировать эти материалы. Примерами таких сырьевых натуральных материалов являются багасса, кукурузная солома, рисовая солома, овсяная солома и пшеничная солома. Источники недревесных волокон составляют лишь приблизительно 5-10% мирового производства пульпы по ряду причин, включая сезонную доступность, проблемы с химическим восстановлением, яркость пульпы, содержание диоксида кремния и т.д.
В настоящем изобретении описано использование по меньшей мере одного недревесного или не содержащего дерева альтернативного материала в виде пульпы в продуктах на основе бумаги для замены доли традиционных волоконных материалов. Композиция согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере один недревесный альтернативный материал в виде пульпы, выбранный из натуральных волокон и их комбинаций. Натуральные волокна наземных растений могут включать лен, хлопковые стебли, багассу, кенаф, просо прутьевидное, мискантус и их комбинации. Отдельный волокнистый материал из тех недревесных материалов может быть получен с помощью традиционных процессов пульпирования, таких как термомеханическое пульпирование, крафт-пульпирование, химическое пульпирование, биологическое пульпирование с участием ферментов или органосольвентное пульпирование, известные в данной области техники.
Композиции материала в виде пульпы согласно настоящему изобретению могут содержать различные количества недревесных альтернативных натуральных волокон пульп.Композиция может содержать комбинацию элементов, в которой имеется лишь по меньшей мере одно недревесное альтернативное натуральное волокно пульпы или в которой оно может быть скомбинировано с древесным волокном пульпы. Например, количество недревесных альтернативных натуральных волокон пульп согласно настоящему изобретению может быть представлено в количестве, составляющем от приблизительно 5%, от приблизительно 10%, от приблизительно 20%, от приблизительно 25%, от приблизительно 30% до приблизительно 40%, до приблизительно 50%, до приблизительно 60%, до приблизительно 75%, до приблизительно 100% по весу композиции. Композиции материала в виде пульпы согласно настоящему изобретению могут также включать пульпу с короткими волокнами твердой древесины в количестве, составляющем от приблизительно 5%, от приблизительно 10%, от приблизительно 20% или от приблизительно 30%, до приблизительно 40%, до приблизительно 50%, до приблизительно 60% или до приблизительно 70% по весу композиции. Когда материалы в виде недревесных альтернативных пульп присутствуют по отдельности, в комбинации друг с другом или в комбинации с древесным волокном пульпы, тогда композиция может быть использована для продукта на основе бумаги, который заменяет долю традиционных волоконных материалов.
Соответственно, в предпочтительном аспекте настоящее изобретение предоставляет полотно на основе бумаги, и более предпочтительно высушенное посредством сквозной сушки полотно на основе бумаги, и еще более предпочтительно многослойное высушенное посредством сквозной сушки полотно, содержащее недревесные волокна, при этом недревесные волокна составляют по меньшей мере приблизительно 10 процентов от общего веса полотна. В особенно предпочтительном аспекте полотно на основе бумаги включает многослойное высушенное посредством сквозной сушки полотно, при этом недревесное волокно выборочно размещено только в одном из слоев, так что не древесное волокно не вступает в контакт с кожей пользователя при использовании. Например, в одном аспекте полотно на основе бумаги может включать двухслойное полотно, при этом первый слой состоит по сути из древесных волокон и по существу не содержит недревесных волокон, и второй слой содержит недревесные волокна, при этом недревесные волокна составляют по меньшей мере приблизительно 50 процентов по весу второго слоя, например, от приблизительно 50 до приблизительно 100 процентов по весу второго слоя. Следует понимать, что, ссылаясь на слой, который по существу не содержит недревесных волокон, в нем могут присутствовать пренебрежимо малые количества волокон, однако такие малые количества зачастую возникают вследствие недревесных волокон, применяемых к смежному слою, и, как правило, по существу не влияют на мягкость или другие физические характеристики полотна.
Полотна на основе бумаги могут быть включены в продукты на основе бумаги, которые могут содержать либо одну, либо несколько прослоек, где одна или более прослоек могут быть образованы многослойным полотном на основе бумаги, содержащим недревесные волокна, выборочно включенные в один из его слоев. Продукт на основе бумаги согласно особенно предпочтительному аспекту выполнен так, что недревесные волокна не вступают в контакт с кожей пользователя при использовании. Например, продукт на основе бумаги может содержать два многослойных высушенных посредством сквозной сушки полотна, при этом каждое полотно содержит первый волокнистый слой, по существу не содержащий недревесных волокон, и второй волокнистый слой, содержащий недревесные волокна. Полотна сложены вместе так, что наружная поверхность продукта на основе бумаги образована из первых волокнистых слоев каждого полотна, так что поверхность, вступающая в контакт с кожей пользователя при использовании, по существу не содержит недревесных волокон.
Недревесное волокно для использования в полотнах и продуктах согласно настоящему изобретению может быть произведено любыми надлежащими способами, известными в данной области техники. Предпочтительно недревесные волокна представляют собой пульпированные недревесные волокна, производимые путем химической обработки измельченного недревесного материала. Химическая обработка может включать обработку измельченного недревесного материала с помощью надлежащего щелочного раствора. Специалист в данной области техники сможет выбрать надлежащий щелочной раствор. Недревесное волокно может также быть произведено путем механической обработки измельченного недревесного материала, которая может включать ферментативное переваривание измельченного недревесного материала.
Волокна пульпы можно получать в формах с высоким выходом продукта или низким выходом продукта, и их можно пульпировать при помощи любого известного способа, включая способы крафт-сульфитного пульпирования с высоким выходом продукта и другие известные способы пульпирования. Могут также быть использованы волокна, полученные способами органосольвентного пульпирования, включая волокна и способы, раскрытые в патенте США №4793898, выданном 27 декабря 1988 года Laamanen и соавт.; патенте США №4594130, выданном 10 июня 1986 года Chang и соавт.; и патенте США №3585104, выданном 15 июня 1971 года Kleinert. Пригодные волокна могут также быть произведены путем антрахинонового пульпирования, пример которого представлен в патенте США №5595628, выданном 21 января 1997 года Gordon и соавт.
Хоть недревесное волокно и может быть произведено любым надлежащим способом, известным в данной области техники, предпочтительный способ изготовления недревесной пульпы представляет собой способ химического пульпирования, такой как, но без ограничения, методики крафт-сульфитного или содового/антрахинонового пульпирования.
Понижение уровня гемицеллюлозы в недревесных волокнах может также быть осуществлено с помощью любого надлежащего способа, известного в данной области техники, включая ферментативный процесс, описанный в публикации заявки на патент США №2013/0217868 за авторством Fackler и соавт., хотя в настоящем изобретении удаление гемицеллюлозы необходимо контролировать во избежание деградации целлюлозы, что является типовой целью таких процессов. Могут быть использованы ферменты, например, классифицированные как ксиланаза и/или целлюлаза, хоть они и могут привести к деградации целлюлозы.
В общем лист на основе бумаги может быть образован с использованием любых подходящих методик производства бумаги. Например, в процессе производства бумаги могут использоваться крепирование, влажное крепирование, двойное крепирование, тиснение, влажное прессование, прессование в воздушной среде, сквозная сушка воздухом, сквозная сушка воздухом с крепированием, сквозная сушка воздухом без крепирования, водоструйное скрепление, воздушная укладка, а также другие способы, известные в данной области техники.
Одна такая примерная методика будет описана далее в настоящем документе. Желательно лист на основе бумаги представляет собой высушенный посредством сквозной сушки основной лист на основе бумаги. Примерные процессы для получения высушенного посредством сквозной сушки без крепирования изделия на основе бумаги описаны в патенте США №5607551, патенте США №5672248, патенте США №5593545, патенте США №6083346 и патенте США №7056572, все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки в той степени, в которой они не противоречат настоящему документу.
На фиг. 1 проиллюстрирована машина для выполнения способа образования многослойного изделия на основе бумаги, определенного в настоящем документе. Для простоты показаны различные натяжные валики, схематически используемые для определения некоторых перемещений сетки, но не пронумерованы. Следует принять во внимание, что вариации устройства и способа, проиллюстрированных на фиг. 1, могут быть выполнен без отступления от объема формулы изобретения. Показано двухсеточное формующее устройство, имеющее напорный ящик 10 для производства бумаги, с помощью которого получают слоистый материал, который инжектирует или наносит струю 11 водной суспензии волокон для производства бумаги на формующую сетку 13, которая служит для поддержки и размещения недавно образованного влажного полотна ниже по потоку в процессе, в котором полотно частично обезвоживается до консистенции, составляющей приблизительно 10 процентов от сухого веса. Может быть выполнено дополнительное обезвоживание влажного полотна; например, путем вакуумного отсасывания, пока влажное полотно поддерживается формующей сеткой.
Влажное полотно затем переносят с формующей сетки на сетку 17 переноса, движущуюся с меньшей скоростью, чем формующая сетка, чтобы придать увеличенное растяжение полотну. Перенос предпочтительно выполняют с помощью вакуумной направляющей 18 и фиксированного зазора или пространства между формующей сеткой и сеткой переноса или касающегося переноса во избежание сжатия влажного полотна.
Полотно затем переносят с сетки переноса на сетку 19 со сквозной сушкой воздухом с помощью вакуумного валика 20 переноса или вакуумной направляющей переноса, факультативно снова с использованием переноса с фиксированным зазором, как было описано ранее. Сетка со сквозной сушкой воздухом может двигаться с приблизительно той же скоростью, что и сетка переноса, или с отличной от нее скоростью. При желании сетка со сквозной сушкой воздухом может перемещаться с меньшей скоростью для дополнительного улучшения растяжения. Перенос предпочтительно выполняют с помощью вакуума для гарантирования деформации листа, чтобы он соответствовал сетке со сквозной сушкой воздухом, таким образом предоставляя желаемые пухлость и внешний вид.
Уровень вакуума, используемого для переносов полотен, может составлять от приблизительно 75 до приблизительно 380 миллиметров ртутного столба, предпочтительно приблизительно 125 миллиметров ртутного столба. Вакуумная направляющая (отрицательное давление) может быть дополнена или заменена путем использования положительного давления с противоположной стороны полотна для перемещения с помощью воздуха полотна на следующую сетку в дополнение к или в качестве замены подсасыванию его на следующую сетку с помощью вакуума. Также, вакуумные валик или валики могут быть использованы для замены вакуумной направляющей (вакуумных направляющих).
Пока полотно поддерживается сеткой со сквозной сушкой воздухом, оно окончательно высушивается до консистенции, составляющей приблизительно 94 процента или больше, с помощью сушильного цилиндра 21 с продувкой воздухом, а затем переносится на несущую сетку 22. Факультативно поворотный валик 26 под давлением может быть использован для упрощения переноса полотна с несущей сетки 22 на сетку 25. Подходящими несущими сетками для этой цели являются модели 84М или 94М компании Albany International и 959 или 937 компании Asten, все из которых являются относительно гладкими сетками, имеющими мелкозернистый узор. Хоть это и не показано, барабанное каландрирование или последующее каландрирование вне линии может быть использовано для улучшения гладкости и мягкости первого слоя основного листа.
В определенных аспектах может быть желательно иметь конкретные комбинации недревесных и древесных волокон пульп в заданном слое для обеспечения желаемых характеристик. Например, может быть желательно комбинировать недревесные и древесные волокна, имеющие разные средние длины волокон, линейную плотность, толщину стенки поры или другие характеристики, в определенных слоях.
Подобно тому, как количество недревесных волокон в любом заданном слое может меняться, отношение количества недревесных волокон к общему количеству волокон в полотне может в целом меняться в зависимости от желаемых свойств продукта на основе бумаги. К примеру, использование более толстого недревесного слоя, как правило, приводит к продукту на основе бумаги с более высокой долговечностью, но меньшей мягкостью. Дополнительно использование большого количества недревесных волокон может отрицательно влиять на образование листа и может повысить стоимость изготовления. Подобным образом, использование очень малых количеств недревесных волокон, т.е. менее приблизительно 10 процентов от общего веса полотна, как правило, приводит к продукту на основе бумаги, имеющему слабозаметное отличие от продуктов на основе бумаги, изготовленных без недревесных волокон. Таким образом, в определенных аспектах полотна на основе бумаги, полученные согласно настоящему изобретению, содержат недревесные волокна в количестве от приблизительно 10 до приблизительно 80 процентов по весу полотна, предпочтительно от приблизительно 15 до приблизительно 60 процентов и более предпочтительно от приблизительно 25 до приблизительно 50 процентов. Полотна на основе бумаги могут также содержать более одного типа недревесных волокон.
Как отмечалось ранее, в предпочтительном аспекте недревесные волокна вносят в полотно как замену волокон мягкой древесины, соответственно в таких предпочтительных аспектах количество волокон мягкой древесины в полотне может составлять в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 20 процентов по весу общего полотна, более предпочтительно от 0 до приблизительно 10 процентов и наиболее предпочтительно менее приблизительно 5 процентов по весу общего полотна. В одном предпочтительном аспекте количество волокон мягкой древесины в полотне составляет менее 1 процента по весу общего полотна.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры дополнительно описывают и демонстрируют аспекты в рамках объема настоящего изобретения. Примеры приведены исключительно с целью иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничения настоящего изобретения, поскольку возможны многие его вариации. Результаты указывают на то, что изделие на основе бумаги может быть выполнено таким образом, чтобы содержать недревесные альтернативные волокна, такие как кенаф, пшеничная солома, мискантус, кукурузная солома и бамбук. Настоящее изобретение представляет собой почти не содержащее дерева изделие на основе бумаги, что является значительным отличием от существующей практики, которая основана на древесиной пульпе.
Согласно настоящему изобретению удаляют гемицеллюлозу из недревесных волокон или снижают ее содержание в них для уменьшения прочности при растяжении волокон, таким образом улучшая мягкость продукта касательно листов на основе бумаги, выполненных из недревесных пульп. Из таблицы 2 видно, что индекс растяжения для пульпы пшеничной соломы и кукурузной соломы значительно выше, чем для коммерчески доступной эвкалиптовой пульпы твердой древесины, без удаления гемицеллюлозы. Намного более высокая прочность при растяжении будет негативно влиять на мягкость изделия на основе бумаги. Удаление более 50% гемицеллюлозы из кукурузной соломы и пшеничной соломы привело к значительному падению индекса растяжения. Способность управлять композицией гемицеллюлозы в недревесных пульпах позволяет использовать недревесную пульпу, полученную из волокон сельскохозяйственных культур, в продуктах на основе бумаги, не жертвуя мягкостью продукта.
Следует отметить, что для большинства областей применения волокон высокая прочность при растяжении является положительным атрибутом. Однако в изделии на основе бумаги более высокая прочность при растяжении ухудшает мягкость продукта. Это присуще только изделию на основе бумаги, но не другим бумажным продуктам. На сегодняшний день большая часть работы по использованию недревесных волокон была сосредоточена на широкой категории бумаги, а не на уникальных потребностях в изделии на основе бумаги.
Способы, описанные в настоящем документе, позволяют управлять уровнем гемицеллюлозы в волокне для достижения желаемого профиля отношения индекса растяжения к CSF. На фиг. 2 проиллюстрировано влияние уменьшения гемицеллюлозы на индекс растяжения и CSF, где закрашенные точки представляют волокна с оригинальными уровнями гемицеллюлозы, и незакрашенные точки представляют волокна с уменьшенным количеством гемицеллюлозы. Уменьшение количества гемицеллюлозы в волокне значительно уменьшает индекс растяжения волокна. Эта способность корректировать или регулировать профиль отношения индекса растяжения к CSF путем управления уровнем гемицеллюлозы позволяет биоперерабатывающему предприятию обрабатывать сельскохозяйственные отходы различных типов и специально выращенные биомассы с подобными свойствами волокон в течение всего года согласно их сезонности и доступности. Полученные в результате волокна могут обладать почти идентичными свойствами независимо от источника волокон.
В первом конкретном аспекте лист на основе бумаги содержит волокна мягкой древесины и обработанные недревесные волокна, полученные из растений, входящих в семейство мятликовых, при этом обработанные недревесные волокна содержат менее 15 процентов гемицеллюлозы.
Второй конкретный аспект содержит первый конкретный аспект, при этом недревесные волокна выбраны из группы, состоящей из пшеницы, кукурузы, мискантуса, бамбука и их комбинаций.
Третий конкретный аспект содержит первый и/или второй аспекты, причем он дополнительно содержит эвкалиптовое волокно.
Четвертый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-3, причем он дополнительно содержит волокно твердой древесины.
Пятый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1 4, причем он содержит два наружных слоя и по меньшей мере один внутренний слой.
Шестой конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-5, при этом наружный слой содержит волокна твердой древесины и недревесные волокна, и по меньшей мере один внутренний слой содержит волокна мягкой древесины.
Седьмой конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-6, при этом по меньшей мере один внутренний слой содержит волокна твердой древесины и недревесные волокна.
Восьмой конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-7, при этом два наружных слоя содержат волокна твердой древесины.
Девятый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-8, при этом обработанные недревесные волокна содержат на по меньшей мере 50 процентов меньше гемицеллюлозы, чем те же недревесные волокна без обработки.
Десятый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-9, при этом обработанные недревесные волокна содержат на по меньшей мере 70 процентов меньше гемицеллюлозы, чем те же недревесные волокна без обработки.
Одиннадцатый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-10, при этом лист на основе бумаги является более мягким и более долговечным, чем лист на основе бумаги, содержащий волокно мягкой древесины и эвкалиптовое волокно вместо обработанного недревесного волокна.
Двенадцатый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 1-11, при этом обработанное недревесное волокно имеет более высокую CSF и более низкое WRV, чем эвкалиптовое волокно.
В тринадцатом конкретном аспекте лист на основе бумаги состоит по сути из волокон мягкой древесины и обработанных недревесных волокон, при этом обработанные недревесные волокна содержат менее 15 процентов гемицеллюлозы.
Четырнадцатый конкретный аспект содержит тринадцатый конкретный аспект, при этом обработанные недревесные волокна содержат на по меньшей мере 30 процентов меньше гемицеллюлозы, чем те же недревесные волокна без обработки.
Пятнадцатый конкретный аспект содержит тринадцатый и/или четырнадцатый конкретные аспекты, при этом обработанные недревесные волокна содержат на по меньшей мере 50 процентов меньше гемицеллюлозы, чем те же недревесные волокна без обработки.
В шестнадцатом конкретном аспекте способ изменения индекса растяжения и садкости по канадскому стандарту (CSF) волокон в листе на основе бумаги включает обработку недревесных волокон путем удаления доли гемицеллюлозы из недревесных волокон; образование листа на основе бумаги, содержащего волокна мягкой древесины и обработанные недревесные волокна; и корректировку доли гемицеллюлозы, удаляемой из недревесных волокон, для достижения желаемых индекса растяжения и садкости по канадскому стандарту (CSF) обработанных недревесных волокон.
Семнадцатый конкретный аспект содержит шестнадцатый конкретный аспект, причем лист на основе бумаги дополнительно содержит эвкалиптовое волокно.
Восемнадцатый конкретный аспект содержит шестнадцатый и/или семнадцатый конкретные аспекты, причем лист на основе бумаги дополнительно содержит волокно твердой древесины.
Девятнадцатый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 16-18, при этом недревесные волокна выбирают из растений, входящих в семейство мятликовых, включая пшеницу, кукурузу, мискантус и бамбук.
Двадцатый конкретный аспект содержит один или более из аспектов 16-19, при этом обработанные не древесные волокна содержат менее 15 процентов гемицеллюлозы.
Все процентные значения, доли и отношения основаны на общем весе композиций согласно настоящему изобретению, если не указано иное. Все такие значения веса, когда они относятся к перечисленным ингредиентам, основаны на уровне активных веществ и, следовательно, не включают растворителей или побочных продуктов, которые могут быть включены в коммерчески доступные материалы, если не указано иное. Термин «весовой процент» может быть обозначен как «вес. %» в настоящем документе. Кроме случаев, когда представлены конкретные примеры фактически измеренных значений, числовые значения, упомянутые в настоящем документе, следует количественно оценивать словом «приблизительно».
Размеры и значения, раскрытые в настоящем документе, не следует понимать как строго ограниченные изложенными точными числовыми значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый такой размер должен означать как изложенное значение, так и функционально эквивалентный диапазон, охватывающий то значение. Например, размер, раскрытый как «40 мм», должен означать «приблизительно 40 мм».
Все документы, указанные в подробном описании, в соответствующей части включены в настоящий документ посредством ссылки; указание какого-либо документа не должно быть рассмотрено как признание того, что он является предшествующим уровнем техники в отношении настоящего изобретения. В случае если любое значение или определение термина в этом письменном документе вступает в противоречие с любым значением или определением термина в документе, включенном посредством ссылки, значение или определение, присвоенные термину в этом письменном документе, должны иметь преимущественную силу.
Несмотря на то что конкретные аспекты настоящего изобретения были проиллюстрированы и описаны, специалистам в данной области техники будет очевидно, что различные другие изменения и модификации могут быть выполнены без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Следовательно, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие изменения и модификации, которые находятся в рамках объема настоящего изобретения.
1. Способ изготовления листа на основе бумаги, включающий следующие этапы:
диспергирование множества волокон мягкой древесины в воде с образованием первой взвеси волокон;
диспергирование множества обработанных недревесных волокон, полученных из растений, входящих в семейство мятликовых, при этом обработанные недревесные волокна содержат менее 15 процентов гемицеллюлозы для образования второй взвеси волокон и имеют садкость по канадскому стандарту (CSF), превышающую 350 мл;
диспергирование первой и второй взвесей волокон на формующую сетку с образованием влажного полотна на основе бумаги;
обезвоживание влажного полотна на основе бумаги с образованием частично обезвоженного полотна на основе бумаги и
высушивание частично обезвоженного полотна на основе бумаги с образованием высушенного полотна на основе бумаги.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что недревесные волокна выбирают из группы, состоящей из пшеницы, кукурузы, мискантуса, бамбука и их комбинаций.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы диспергирования множества эвкалиптовых волокон с образованием взвеси третьего состава бумаги по волокну и диспергирования третьего состава бумаги по волокну на формующую сетку с первым и вторым составами бумаги по волокну с образованием влажного полотна на основе бумаги.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы диспергирования множества волокон твердой древесины с образованием взвеси третьего состава бумаги по волокну и диспергирования третьего состава бумаги по волокну на формующую сетку с первым и вторым составами бумаги по волокну с образованием влажного полотна на основе бумаги.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первую и вторую взвеси волокон диспергируют на формующую сетку слоями с образованием влажного полотна на основе бумаги, имеющего два наружных слоя и по меньшей мере один внутренний слой.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что наружный слой содержит недревесные волокна и по меньшей мере один внутренний слой содержит волокна мягкой древесины.
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что по меньшей мере один внутренний слой содержит недревесные волокна.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработанные недревесные волокна содержат на по меньшей мере 50 процентов меньше гемицеллюлозы, чем те же недревесные волокна без обработки.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработанные недревесные волокна содержат на по меньшей мере 70 процентов меньше гемицеллюлозы, чем те же недревесные волокна без обработки.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высушенное полотно на основе бумаги имеет более низкий индекс растяжения по сравнению с листом на основе бумаги, содержащим волокно мягкой древесины и эвкалиптовое волокно вместо обработанного недревесного волокна.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработанное недревесное волокно имеет значение водоудерживающей способности (WRV), составляющее менее 3,5.
