CN102971462A

CN102971462A - 纤维素纤维组合物

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Publication number: CN102971462A
Application number: CN201180033282XA
Authority: CN
Inventors: J·詹森; A·M·海涅松-许尔滕; M·C·P·范艾克; B·H·奥; G·H·贝耶尔斯; R·C·拉伊; P·M·范德霍斯特; J·尼尔松
Original assignee: HC Starck GmbH
Current assignee: HC Starck GmbH
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-03-13
Also published as: WO2012007363A1; BR112013000141A2; AU2011278462A1; EP2593603A1; TW201213421A; JP2013531749A; CA2803650A1; KR20130132381A

Abstract

本发明涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度，及·至多1,100μm的长度加权平均纤维长度和超过10μm的长度加权平均纤维宽度，或·至多1,100μm的长度加权平均纤维长度，且其中至少50重量%的纤维素材料不溶于水，或·至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比，或·超过35μm的长度加权平均纤维宽度。本发明还涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有至少1.5m²/g的比表面积、至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比和基于该组合物重量至少5重量%的干固体含量，或基于纤维素纤维总重量至多30重量%的长度加权平均纤维长度为至多100μm的纤维素纤维。生产包含纤维素纤维的组合物的方法，该方法包括对纤维素纤维进行化学处理和机械处理，其中该化学处理包括用下列处理纤维素纤维：(i)至少一种含有任选地经取代的羧基的试剂、(ii)至少一种氧化剂和至少一种过渡金属或(iii)至少一种氮氧自由基，且该机械处理包括利用双螺杆挤出机或行星式辊筒挤出机挤出纤维素纤维。本发明还涉及生产包含纤维素纤维的组合物的方法，该方法包括挤出平均阴离子基团取代度为0.001-0.25的纤维素纤维。本发明还涉及可通过该方法获得的包含纤维素纤维的组合物；生产纤维素纸浆混合物的方法，该方法包括使该组合物与纤维素纸浆混合；可通过该方法获得的纤维素纸浆混合物；以及该组合物和纤维素纸浆混合物在纸和板的生产中作为添加剂的用途；使用该组合物或纤维素纸浆混合物生产纸和板的方法；可通过该方法获得的纸和板；以及该纸和板的各种用途。

Description

纤维素纤维组合物

技术领域

本发明涉及纤维素纤维组合物、制备纤维素纤维组合物的方法、纤维素纤维组合物在纸和板的生产中的用途、使用纤维素纤维组合物制备纤维素纸浆混合物的方法、纸浆混合物在制备纸和板中的用途、使用纤维素纤维组合物或纸浆混合物生产纸和板的方法、包含纤维素纤维组合物或纸浆混合物的纸和板以及包含纤维素纤维组合物或纸浆混合物的纸和板的各种用途。

发明背景

强度对于纤维素产品如纸和板而言是重要的，且提高这些产品的强度提供了许多益处。例如，提高纸的强度可提高填料载荷并减少原纤维用量，因此降低在造纸方法中的原料成本。同样，提高板的强度可减少克重，同时维持由该板制成的纤维素产品的强度性能，从而还导致节省原纤维用量并降低运输成本，因此具有环境和经济益处。

本领域已知多种用于改进纸和板的强度的添加剂，包括天然和合成聚合物、经改性填料、经改性纤维素纤维等。经改性纤维素纤维的一个实例为微原纤纤维素，其由已层离(delaminate)为小碎片且纤维壁的大部分微原纤未被覆盖的纤维素纤维得到。WO 00/47628、WO 2004/055268、WO2007/001229和WO 2008/076056公开了微原纤纤维素、制备其的方法及其在纸产品生产中作为添加剂的用途。WO 00/47628公开了包含阴离子电荷的微原纤纤维素，其可用于造纸机中以提高纸生产期间排水和/或脱水速率并改进纸页的强度。

然而，在纸和板的生产方法中仍存在与经改性纤维素纤维如微原纤纤维素及其使用相关的一些问题。尽管经验为在造纸方法中使用这些产品作为强度添加剂(strength additive)可在造纸机湿部中提供良好或甚至改进的初始排水和/或脱水，但经验还有经改性纤维素纤维如微原纤纤维素可吸收并保留显著量的水。这些特性可导致进入机器压制段和干燥段的纤维素纸幅的水含量较高，因此除去残留水并干燥纤维素纸幅需要更多能量和/或降低造纸机速度和生产率。

经改性纤维素纤维如微原纤纤维素还可含有显著量细粒，即非常小的纤维素纤维和纤维碎片。在纸和板的生产方法中纤维素细粒通常难以保留，这可导致细粒累积于该方法中再循环的白水中。可通过以下方式来减轻或解决这些问题：降低排水速率、提高助留剂的剂量和/或同时使用阳离子促凝剂如低分子量的高度阳离子性有机聚合物和铝化合物或提高该阳离子促凝剂的剂量。

经改性纤维素纤维如微原纤纤维素还可能难以生产，且生产其的方法可能复杂且以低产率或低干固体含量提供经改性纤维素纤维。

因此，仍需要赋予纸和板以高强度并在纸和板的生产中，尤其在排水和保水性能、纸和板的干燥以及生产率方面提供改进的纤维素纤维组合物。还需要用于生产赋予纸和板以高强度的纤维素纤维组合物的改进方法。

发明概述

本发明的目的为提供赋予纸和板高或增加的强度的纤维素纤维组合物，优选高浓度纤维素纤维组合物。另一目的为提供提供具有高或增加的强度的纸和板的纤维素纸浆混合物。另一目的为提供使用该纤维素纤维组合物或纤维素纸浆混合物生产纸和板的方法。通过在纸和板的生产中，例如在制备多层板等级中使用该组合物或混合物，可减少原纤维用量并降低克重，同时维持强度性能，这导致降低原料和运输成本且具有环境和经济益处。

本发明的另一目的为提供不吸收或保留显著量水的纤维素纤维组合物和纤维素纸浆混合物，优选高浓度产品。通过在纸和板的生产中使用该组合物或混合物，可在将所获得纤维素纸幅供至纸或板的制造机的压制段中时维持或增加其干燥速度。因此，本发明导致改进纸和板的制造方法并提高生产率。

本发明的又一目的为提供具有低或降低的细粒含量的纤维素纤维组合物和纤维素纸浆混合物，优选高浓度产品。通过在纸和板的生产中使用该组合物或混合物，可减少在该方法中再循环的细粒的量。还可以减少该方法中所用阳离子促凝剂和/或助排剂和助留剂的量，并可以较高排水速率操作纸和板的制造机，而不显著降低白水质量。因此，本发明导致改进纸和板的制造方法并提高生产率。

本发明的再一目的为提供生产纤维素纤维组合物的方法，优选可以高生产率和/或以高浓度产品生产纤维素纤维组合物的方法，由此可避免稀的低浓度产品的浓缩步骤和/或运输且可实现上述优点。

因此，在一个方面，本发明涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度、至多1,100μm的长度加权平均纤维长度和超过10μm的长度加权平均纤维宽度。

在另一方面，本发明涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度、至多1,100μm的长度加权平均纤维长度，且其中至少50重量%的纤维素材料不溶于水。

在另一方面，本发明涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度和至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比。

在另一方面，本发明涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度和超过35μm的长度加权平均纤维宽度。

在另一方面，本发明涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有至少1.5m²/g的比表面积、至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比和基于该组合物重量为至少5重量%的干固体含量。

在另一方面，本发明涉及包含纤维素纤维的组合物，该纤维素纤维具有至少1.5m²/g的比表面积、至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比和基于该纤维素纤维总重量至多30重量%的长度加权平均纤维长度为至多100μm的纤维素纤维。

在另一方面，本发明涉及生产包含纤维素纤维的组合物的方法，该方法包括对纤维素纤维进行化学处理和机械处理，其中该化学处理包括用下列物质处理纤维素纤维：(i)至少一种含有任选地经取代的羧基的试剂、(ii)至少一种氧化剂和至少一种过渡金属或(iii)至少一种氮氧自由基，且该机械处理包括利用双螺杆挤出机或行星式挤出机对纤维素纤维进行挤出。

在另一方面，本发明涉及生产包含纤维素纤维的组合物的方法，该方法包括对平均阴离子基团取代度为0.001-0.25的纤维素纤维进行挤出。

在另一方面，本发明涉及可通过本发明方法获得的包含纤维素纤维的组合物。在另一方面，本发明涉及该包含纤维素纤维的组合物在纸和板的生产中，通常作为添加剂，尤其是作为强度添加剂的用途。

在另一方面，本发明涉及生产纤维素纸浆混合物的方法，该方法包括将包含纤维素纤维的组合物与纤维素纸浆混合。在另一方面，本发明涉及可通过该方法获得的纤维素纸浆混合物，且涉及该纤维素纸浆混合物在纸和板的生产中的用途。在另一方面，本发明涉及生产纸和板的方法，该方法包括形成包含该纤维素纸浆混合物的含水悬浮液并使所获得悬浮液脱水。

在另一方面，本发明涉及生产纸和板的方法，该方法包括将包含纤维素纤维的组合物加入含水纤维素纸浆悬浮液中并使所获得悬浮液脱水。在另一方面，本发明涉及生产纸和板的方法，该方法包括将经过挤出的包含纤维素纤维的组合物与纤维素纸浆混合。

在另一方面，本发明涉及含有包含纤维素纤维的组合物或纤维素纸浆混合物的纸和板，且涉及可通过本发明方法获得的纸和板。

在另一方面，本发明涉及各种板等级及其生产。在另一方面，本发明涉及纸和板的各种用途，例如用于包装饮料和液体食物。

本发明的这些及其他目的和方面将在下文中进一步详细阐述。

附图简述

图1为挤出机螺杆构造的侧视图。

发明详述

本发明包含纤维素纤维的组合物(本文还称为“纤维素纤维组合物”或“该组合物”)含有可来源于多种来源(包括木材纤维、非木材纤维及其混合物)的纤维素纤维。

木材纤维可来源于硬木材和软木材，例如来源于化学纸浆、机械纸浆、热机械纸浆、化学热机械纸浆、再循环纤维和新闻用纸。合适木材纤维的实例包括桦树、山毛榉、山杨(例如欧洲山杨)、赤杨、桉树、槭树、金合欢、混合型热带硬木、松树(例如火炬松)、冷杉、铁杉、落叶松、云杉(例如黑云杉或挪威云杉)及其混合物。

非木材纤维可来源于种子纤维，例如棉绒；籽壳纤维，例如大豆壳、豌豆壳和玉米壳；韧皮纤维，例如亚麻、大麻、黄麻、苎麻和南非槿麻；叶纤维，例如蕉麻和剑麻；茎和秆纤维，例如蔗渣、玉米和小麦；草纤维，例如竹子和草芦(reed canary grass)；来自下列的纤维素纤维：藻类(例如法囊藻(valonia))、细菌和真菌；和薄壁组织细胞，例如蔬菜如甜菜，和水果(例如柑橘类水果，例如柠檬、酸橙、柑橘和葡萄柚)。

该组合物的纤维素纤维可含有或不含离子基团。根据一个优选实施方案，该组合物的纤维素纤维不含或基本不含阴离子基团，例如该组合物的纤维素纤维具有0.001以下的平均阴离子基团取代度。根据另外的优选实施方案，该组合物的纤维素纤维具有从0.001，通常约0.01，或约0.02，至0.25，或约0.20，通常约0.15，或0.10，或约0.05的平均阴离子基团取代度。在这些低取代度下，纤维素纤维优选可分散于水，但为非水溶性的。本文所用术语“平均取代度”或“DS”意指每个纤维素的脱水葡萄糖单元的阴离子基团或取代基的平均数量。阴离子基团的取代度可通过ASTMD1439-03的方法和如S.Katz、R.P.Beatson和A.M.Scallan于SvenskPapperstidning，第6期/1984，第48-53页中所述的电导滴定法来测定。

合适阴离子基团的实例包括羧基和经取代羧基，例如羧基烷基如羧甲基。阴离子基团的抗衡离子通常为碱金属或碱土金属，例如钠或钾，合适地为钠。羧基可由式-COO^-Na⁺来阐释，且羧甲基可由式-CH₂COO^-Na⁺来阐释。本发明组合物的合适纤维素纤维的实例包括具有如上文所定义的取代度的羧化纤维素纤维和羧烷基化纤维素纤维如羧甲基化纤维素纤维。

本发明纤维素纤维组合物可含有水溶性纤维素材料和水不溶性纤维素材料二者。在一个实施方案中，存于组合物中的至少50重量%或至少70重量%，优选至少80重量%或至少85重量%的纤维素材料不溶于水，这在20℃下对含有1重量%纤维素材料的含水纤维素组合物测量。水不溶性材料通常可溶胀并可分散于水中。

本发明组合物的纤维素纤维可具有至少1.5m²/g，或至少约2m²/g，通常至少约3m²/g的比表面积，且比表面积可至多约150m²/g，通常至多约50m²/g，至多约15m²/g或至多约10m²/g。使用Micromeritics TriStar 3000仪器根据BET法通过177K下N₂的吸附测定比表面积，这根据ISO9277:1995操作。

本发明组合物的纤维素纤维可具有从约150μm，或约200μm，通常约300μm至约2,000μm，通常约1,500μm或约1,100μm，通常约1,000μm或约800μm的长度加权平均纤维长度；且其可具有从约10μm，通常约15μm至约60μm，通常约50μm或约45μm，通常约30μm的长度加权平均纤维宽度。在一个实施方案中，本发明组合物的纤维素纤维具有超过35μm或从约40μm至约60μm或至约50μm的长度加权平均纤维宽度。本发明组合物的纤维素纤维可具有至多约40或至多约35，通常至多约30或至多约25的长度加权平均纤维长度/宽度比，且该长度加权平均纤维长度/宽度比可为至少约5或至少约10，通常为至少约12。如本文所提及的长度加权平均纤维长度和长度加权平均纤维宽度借助Lorenzen&Wettre,Sweden的纤维测试仪测量，这根据ISO 16065-2:2007操作，且长度加权平均长度/宽度比由该数据计算出。

本发明纤维素纤维组合物基于纤维素纤维总重量可以从约1重量%或约2重量%，通常约5重量%至约40重量%或约35重量%，通常约30重量%的量含有细粒。本文所用术语“细粒”意指长度加权平均纤维长度为至多100μm的纤维素纤维。

本发明纤维素纤维组合物基于组合物总重量可具有至少约0.1重量%或至少约0.5重量%，通常至少约5重量%，或至少约10重量%或至少约15重量%的干固体含量，且干固体含量可至多约90重量%或至多约70重量%，通常至多约50重量%或至多约45重量%。由于组合物的干固体通常由纤维素纤维构成或基本由其构成，组合物可具有与上文所述干固体含量相同的纤维素纤维含量。纤维素纤维组合物的其余部分可为水。

根据优选实施方案，本发明生产纤维素纤维组合物的方法包括对纤维素纤维进行化学处理和机械处理。化学处理可在机械处理之前或与其同时进行，通常在机械处理之前进行。用于该方法的维素纤维可来源于多种来源(包括木材纤维、非木材纤维及其混合物)，如上文对本发明纤维素纤维组合物所进一步定义。

根据另外的优选实施方案，本发明生产纤维素纤维组合物的方法包括对具有阴离子基团的纤维素纤维进行机械处理，其中该纤维素纤维可具有如上文对本发明纤维素纤维组合物所定义的阴离子基团和平均阴离子基团取代度。用于该方法的纤维素纤维可来源于多种来源(包括木材纤维、非木材纤维及其混合物)，如上文对本发明纤维素纤维组合物所进一步定义，且适用于该方法的纤维素纤维可通过本领域已知用于将阴离子基团引入纤维素中的任意方法来提供。

在一个实施方案中，本发明化学处理包括用至少一种含有任选地经取代的羧基的试剂处理纤维素纤维，合适地，该化学处理利用一定量的含有任选地经取代的羧基的试剂和如下文所定义同时使用的任何化合物进行以实现所需取代度，取代度可通过上文对本发明纤维素纤维组合物所定义的方法测定。在另外的实施方案中，本发明化学处理包括用至少一种氧化剂和至少一种过渡金属处理纤维素纤维。在另外的实施方案中，本发明化学处理包括用至少一种氮氧自由基处理纤维素纤维。

合适含有任选地经取代的羧基的试剂的实例包括羧化试剂和羧烷基化试剂。合适羧烷基化试剂的实例包括氯乙酸(例如单氯乙酸)及其盐，合适地钠盐。可在碱性条件下通过使纤维素纤维与强碱如氢氧化钠和含有羧基的试剂接触来进行该处理。可将这些试剂单独或一起施加至纤维素纤维。该反应在包含水混溶性有机溶剂如乙醇或异丙醇的含水体系中方便地进行，以抑制羧烷基化纤维素的溶胀和溶解。关于纤维素纤维与含有任选地经取代的羧基的试剂如羧烷基化试剂如单氯乙酸的反应的概述可参考WO94/16746、WO 00/47628和US 6,548,730，且羧烷基化的其他方法包括US4,634,438、US 4,634,439和WO 95/19795中所公开的那些，将所有专利引入本文作为参考。

合适氧化剂的实例包括产生自由基的氧化剂，例如无机或有机过氧化合物、臭氧、臭氧化物如二甲基环氧乙烷、含卤素如氯或溴的氧化剂，和氧，优选无机过氧化合物，例如选自过氧化氢和产生过氧化氢的化合物(例如过碳酸、过硼酸、过氧硫酸、过氧磷酸或过氧硅酸的碱金属盐)的那些，或相应弱酸，优选过氧化氢。合适有机过氧化合物的实例包括过氧羧酸，例如过乙酸和过苯甲酸；和氢过氧化物，例如异丙基枯基氢过氧化物、1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物、枯基氢过氧化物、叔丁基氢过氧化物和叔戊基氢过氧化物。合适含卤素氧化剂的实例包括碱金属亚氯酸盐、碱金属次氯酸盐、二氧化氯和三聚氰胺的氯代钠盐。还可使用超音波或光或电Fenton反应，即通过辐射或电流原位生产羟基自由基。氧化剂基于纤维素纤维重量可以约0.05重量%至约5重量%，通常约0.1重量%至约3重量%的量用于处理中。

合适过渡金属的实例包括铁、铜、锰、钨、钼、锡、铬及其组合，优选铁。合适地，过渡金属以离子形式如Fe²⁺使用，且可以盐如FeSO₄或与常见络合剂的配合物形式使用，这些络合剂例如为EDTA、DTPA、磷酸盐或基于磷酸、草酸、抗坏血酸、亚硝酸盐、乙酸盐、没食子酸(garlic acid)、灰黄霉酸或多金属氧酸盐(polyoxomethalate)。所用过渡金属的量取决于所用氧化剂的量且在大多数情形下其基于氧化剂重量为约0.000001重量%至约20重量%，或约0.00001重量%至约10重量%，通常约0.0001重量%至约1重量%。可在加入氧化剂(例如呈水溶液形式)之前、之后或同时将过渡金属(合适呈离子形式)加入纤维素纤维中。

合适氮氧自由基的实例包括2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)自由基及其衍生物，例如4-羟基-TEMPO。在利用氮氧自由基的处理中，优选同时使用一种或多种化合物。该一种或多种化合物的实例包括次氯酸钠(NaClO)，例如由Saito、Kimura、Nishiyama和Isogai；Biomacromolecules2007,8,2485-2491所公开，以及溴化钠，将其公开内容引入本文作为参考。氮氧自由基基于纤维素纤维重量可以约0.05重量%至约5重量%，通常约0.1重量%至约3重量%的量用于处理中。在处理中优选与氮氧自由基同时使用的化合物各自基于纤维素纤维重量可以约1重量%至约20重量%的量使用，合适地，次氯酸钠以约3重量%至约20重量%的量使用且溴化钠以约2重量%至约10重量%的量使用。

在化学处理中，可将纤维素纤维分散于水、醇或任意其他合适液体中，通常分散于含水悬浮液中。在化学处理中纤维素纤维含水悬浮液的干固体含量基于悬浮液总重量可为从约1重量%或约5重量%，通常约10重量%至约60重量%，或约50重量%，通常约40重量%。

可用于化学处理的其他添加剂包括无机酸(例如盐酸和硫酸)或氢氧化钠，且化学处理可在约1至约10的pH下进行。在一个实施方案中，例如当使用至少一种氧化剂和至少一种过渡金属时，化学处理可在约1至约8，或约2至约6，通常约3至约5的酸性或中性pH下进行。在另外的实施方案中，例如当使用氮氧自由基或含有任选地经取代的羧基的试剂如羧烷基化试剂时，化学处理可在约8至约10的碱性pH下进行。化学处理可进行约10分钟至约120分钟，或约20分钟至约80分钟，通常约40分钟至约60分钟，且温度可为从约5℃，通常约20℃或约60℃至约100℃，通常约80℃或约30℃。在一个实施方案中，例如当使用至少一种氧化剂和至少一种过渡金属时，温度可为约20℃至约100℃，通常为约60℃至约80℃。在另外的实施方案中，例如当使用氮氧自由基时，温度可为从约5℃，通常大致约20℃至约30℃。

在一个实施方案中，纤维素纤维的化学处理在约1重量%至约50重量%的干固体含量下利用基于干纤维素纤维重量为约0.1重量%至约3重量%H₂O₂作为氧化剂和基于氧化剂重量为约0.00001重量%至约10重量%FeSO₄水溶液作为过渡金属在约70℃至约95℃和约3至约5的pH下进行约20分钟至约80分钟。

在另外的实施方案中，纤维素纤维的化学处理在约1重量%至约50重量%的干固体含量下利用约0.1重量%至约3重量%TEMPO、约3重量%至约20重量%NaClO和约2重量%至10重量%溴化钠在约5℃至约30℃和约9至约10的pH下进行约20分钟至约80分钟，其中化学品的量基于干纤维素纤维重量。

当在机械处理之前进行化学处理时，可将通过化学处理所获得的纤维素纤维组合物用水和/或溶剂洗涤一次或多次以除去任何化学品，用水稀释和/或干燥或浓缩至适于随后机械处理的干固体含量。

本发明机械处理包括通过使用一个或多个挤出机对纤维素纤维进行挤出，且挤出可连续或分批。在机械处理中，当进行挤出时，纤维素纤维可具有从约5重量%或约8重量%，通常约10重量%或约15重量%至约70重量%，通常约55重量%或约50重量%，通常约45重量%或约40重量%的干固体含量。纤维素纤维组合物的其余部分可为水。

用于该方法的合适挤出机的实例包括双螺杆挤出机或双轴挤出机。螺杆可同向旋转或反向旋转，优选同向旋转。螺杆在挤出机长度方向上可具有一个或多个螺杆元件，包括传送、混合和捏合元件。合适挤出机的其他实例包括行星式辊筒挤出机，还称为行星式混合机。行星式辊筒挤出机通常具有中心主转轴和4-20个滚动行星式转轴。双螺杆挤出机的螺杆或行星式辊筒挤出机的主转轴/机筒的长度可为螺杆或主转轴/机筒直径的至少约3倍或至少约5倍，通常至少约10倍或至少约15倍，且长度可为螺杆或主转轴/机筒直径的至多约70倍或至多约60倍，通常至多约50倍。螺杆或主转轴的直径通常为至少约15mm且可为至多约150mm或甚至更高。优选地，挤出机包括一个或多个捏合元件。挤出机可具有挠性螺杆构造，其具有可组装成数个传送段、混合段和捏合段的相互啮合螺纹元件。由此可将纤维素纤维供入挤出机中，通过交替的数组运输段、混合段和捏合段，直至喷出已捏合的纤维素纤维。可使纤维素纤维通过挤出机一次或多次。在该方法中，纤维素纤维优选遭受剪切力和捏合力。可在约20℃至约100℃，通常约40℃至约80℃的温度下进行挤出。可在挤出方法期间对挤出机或其部件(例如一个或多个机筒)进行冷却。双螺杆挤出机和行星式辊筒挤出机可由数个生产商市购，例如Bühler、Berstorff(例如Berstorff ZE25和Berstorff ZE 40)、Bottenfeld Extrusionstechnik和Entex(例如ExtexPLWE100)。

通过本发明的这些化学和/或机械处理步骤所获得的纤维素纤维及其组合物可具有如上文对本发明纤维素纤维组合物所定义的比表面积、长度加权平均纤维长度、长度加权平均纤维宽度、长度加权平均纤维长度/宽度比、细粒含量、干固体含量、阴离子基团取代度和纤维素纤维含量。

还可通过合适干燥技术如冷冻干燥等将纤维素纤维组合物进一步干燥或浓缩至更高干固体含量，例如至多约90重量%。由此可简化所得纤维素纤维组合物的运输。还可将水加入纤维素纤维组合物中或将纤维素纤维组合物稀释至干固体含量小于约10重量%，例如约0.1重量%至约10重量%，通常约0.5重量%至约5重量%。由此可简化所获得纤维素纤维组合物的使用，例如用于与用于纸和板的制造的含水纤维素纸浆悬浮液混合。

本发明还涉及本发明纤维素纤维组合物或通过本发明方法所获得的纤维素纤维组合物在纸和板的生产中的用途。如上文所述，本发明还涉及经过挤出的包含纤维素纤维的组合物在纸和板的生产中作为添加剂的用途，如上文所述，其中该经过挤出的组合物可以进行或不进行化学处理。纸和板可由包含纤维素纤维组合物的含水悬浮液生产。优选地，使用纤维素纤维组合物作为含水纤维素纸浆悬浮液的添加剂，以赋予由所得含水纤维素纸浆悬浮液所生产的纸和板以强度。纤维素纤维组合物可以约0.1重量%至约25重量%，合适地约0.5重量%至约15重量%，或约1重量%至10重量%，通常约2重量%至约8重量%的量与纤维素纸浆悬浮液混合或将其加入纤维素纸浆悬浮液中，该量基于干纤维素纸浆以组合物的干纤维素纤维计算。

本发明进一步涉及生产纤维素纸浆混合物的方法，该方法包括将本发明纤维素纤维组合物或通过本发明方法所获得的纤维素纤维组合物与纤维素纸浆混合。

纤维素纸浆可来源于多种来源(包括木材纤维、非木材纤维及其混合物)。合适木材和非木材纤维的实例包括上文对本发明纤维素纤维组合物所定义的那些。优选地，纤维素纸浆来源于木材纤维，例如硬木材、软木材及其混合物，优选包含软木材纤维。

纤维素纸浆可来源于化学纸浆，例如硫酸盐和亚硫酸盐纸浆、有机溶剂纸浆、再循环纤维；和/或机械纸浆，包括例如精制机械纸浆(RMP)、加压精制机械纸浆(PRMP)、预处理精制化学碱性过氧化物机械纸浆(P-RCAPMP)、热机械纸浆(TMP)、热机械化学纸浆(TMCP)、高温TMP(HT-TMP)、RTS-TMP、碱性过氧化物纸浆(APP)、碱性过氧化物机械纸浆(APMP)、碱性过氧化物热机械纸浆(APTMP)、热纸浆、磨木纸浆(GW)、石磨木纸浆(SGW)、压力磨木纸浆(PGW)、超压磨木纸浆(PGW-S)、热磨木纸浆(TGW)、热石磨木纸浆(TSGW)、化学机械纸浆(CMP)、化学精制机械纸浆(CRMP)、化学热机械纸浆(CTMP)、高温CTMP(HT-CTMP)、经亚硫酸盐改性的热机械纸浆(SMTMP)、筛渣(reject)CTMP(CTMP_R)、磨木CTMP(G-CTMP)、半化学纸浆(SC)、中性亚硫酸盐半化学纸浆(NSSC)、高产量亚硫酸盐纸浆(HYS)、生物机械纸浆(BRMP)，根据OPCO方法、爆破制浆方法、Bi-Vis方法、稀释水磺化方法(DWS)、磺化长纤维方法(SLF)、经化学处理的长纤维方法(CTLF)、长纤维CMP方法(LFCMP)和改性及其组合生产的纸浆。纸浆可为漂白或非漂白纸浆。

可以约0.1重量%至约25重量%，合适地约0.5重量%至约15重量%，或约1重量%至10重量%，通常约2重量%至约8重量%的量将纤维素纤维组合物与纤维素纸浆混合或将其加入纤维素纸浆中，该量基于干纤维素纸浆以组合物的干纤维素纤维计算。

在一个实施方案中，在基本干燥状态下进行混合。可将纤维素纤维组合物与纤维素纸浆混合以形成纤维素纸浆混合物，其基于纤维素纸浆混合物总重量可具有至少约10重量%，通常至少约15重量%，通常约20重量%至约90重量%或约50重量%干固体含量。纤维素纸浆混合物的其余部分可为水。可加入纤维素纸浆混合物或将其与水混合以形成包含纤维素纸浆混合物的含水悬浮液且然后使所获得悬浮液脱水。含水悬浮液基于纤维素纸浆混合物总重量可具有至多约10重量%(例如从约0.1重量%或约0.2重量%，通常约0.3重量%至约10重量%)或至多约8重量%，至多约6重量%，通常至多约5重量%干固体含量。

在另外的实施方案中，在基本润湿状态下进行混合。可将纤维素纤维组合物与纤维素纸浆混合以形成呈含水悬浮液形式的纤维素纸浆混合物且然后使所获得悬浮液脱水。该方法可包含将纤维素纤维组合物加入含水纤维素纸浆悬浮液中并使所获得悬浮液脱水。含水悬浮液基于纤维素纸浆混合物总重量可具有至多约10重量%(例如从约0.1重量%或约0.2重量%，通常约0.3重量%至约10重量%)或至多约8重量%，至多约6重量%，通常至多约5重量%干固体含量。

优选地，在纸和板的生产中使用纤维素纸浆混合物，其中纤维素纸浆混合物可构成该方法中所用纤维素纸浆的至少一部分，通常为该方法中所用纤维素纸浆的全部量。优选地，当生产纸和板时，形成包含纤维素纸浆混合物的含水悬浮液且然后使其脱水。可在脱水前将各种添加剂引入包含纤维素纸浆混合物的含水悬浮液中，包括如下文对用于本发明生产纸和板的方法所定义的添加剂及其加入量，尤其是一种或多种助排剂和助留剂。

本发明进一步涉及生产纸和板的方法，该方法包括提供包含本发明纤维素纤维组合物或根据本发明方法生产的纤维素纤维组合物的含水悬浮液并使所获得悬浮液脱水。本发明进一步涉及生产纸和板的方法，该方法包括将本发明纤维素纤维组合物或根据本发明方法生产的纤维素纤维组合物加入包含纤维素纸浆的含水悬浮液中并使所获得悬浮液脱水。本发明进一步涉及生产纸和板的方法，如上文所述，该方法包括将经过挤出的包含纤维素纤维的组合物与纤维素纸浆混合，如上文所述，其中可对或可不对该经过挤出的组合物进行化学处理。优选地，在该方法中使用纤维素纤维组合物的含水悬浮液。该方法中所用纤维素纸浆可来源于上文所定义的纤维素纸浆。合适木材和非木材纤维的实例包括上文对本发明纤维素纤维组合物所定义的那些。优选地，纤维素纸浆来源于木材纤维，例如硬木材、软木材及其混合物，优选包含软木材纤维。

在该方法中，可将纤维素纤维组合物以约0.1重量%至约25重量%，合适地约0.5重量%至约15重量%，或约1重量%至10重量%，通常约2重量%至约8重量%的量加入纤维素纸浆悬浮液中，该量基于干纤维素纸浆以组合物的干纤维素纤维计算。

其他添加剂还可用于本发明方法中，且可将其加入纤维素纤维组合物、包含纤维素纤维组合物的含水悬浮液、包含纤维素纸浆的含水悬浮液和/或包含纤维素纸浆混合物的含水悬浮液中，通常加入包含纤维素纤维组合物和/或纤维素纸浆和/或纤维素纸浆混合物的含水悬浮液中。其他合适添加剂的实例包括一种或多种助排剂和助留剂、阳离子促凝剂、干强度剂、湿强度剂(例如基于聚胺-表氯醇和聚酰胺型胺(polyamidoamine)-表氯醇的树脂)、光学增白剂、染料、上浆剂(例如基于松香的上浆剂)、苯乙烯丙烯酸酯和纤维素-反应性上浆剂(例如烷基和链烯基烯酮二聚体和多聚体)和链烯基琥珀酸酐等。

其他添加剂优选包含一种或多种助排剂和助留剂。本文所用表述“助排剂和助留剂”指如下一种或多种添加剂：当加入含水纤维素悬浮液中时得到比不使用所述一种或多种添加剂时所获得的更好的排水和/或保水。一种或多种助排剂和助留剂可包含阴离子聚合物、阳离子聚合物、含硅材料及其组合，优选包含至少一种阳离子聚合物。合适阴离子聚合物的实例包括阴离子聚丙烯酰胺和阴离子萘-甲醛缩聚物(例如阴离子萘磺酸盐)。合适阳离子聚合物的实例包括阳离子多糖(例如阳离子淀粉)和阳离子合成聚合物(例如阳离子聚丙烯酰胺、阳离子聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、阳离子聚乙烯亚胺、阳离子聚胺和阳离子聚酰胺型胺)。阴离子和阳离子聚合物的重均分子量可在约5,000g/摩尔以上或在约10,000g/摩尔以上，通常在约1,000,000g/摩尔以上。上限并不重要；其可为约50,000,000g/摩尔，通常为30,000,000g/摩尔。

合适含硅材料的实例包括基于二氧化硅的阴离子颗粒和蒙脱石型阴离子粘土如膨润土。优选地，含硅材料具有粒径处于胶态范围内的颗粒。优选使用基于二氧化硅的阴离子颗粒，即基于SiO₂或硅酸的颗粒且这些颗粒通常以含水胶态分散体(所谓的溶胶)形式供应。合适基于二氧化硅的颗粒的实例包括胶态二氧化硅和不同类型的聚硅酸(均聚或共聚)，例如聚合硅酸、聚硅酸微凝胶、聚硅酸盐和聚硅酸盐微凝胶。基于二氧化硅的溶胶可经改性且含有其他元素，例如铝、硼、镁、氮、锆、镓、钛等，这些元素可存于水相和/或基于二氧化硅的颗粒中。

用于该方法的优选助排剂和助留剂的实例包括阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、阴离子含硅材料及其组合。助排剂与助留剂的合适组合的实例包括(i)阳离子淀粉和阴离子含硅材料，优选基于二氧化硅的颗粒；(ii)阳离子聚丙烯酰胺和阴离子含硅材料，优选基于二氧化硅的颗粒；(iii)阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺和阴离子含硅材料，优选基于二氧化硅的颗粒；(iv)阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺和阴离子含硅材料，优选基于二氧化硅的颗粒；和(v)阳离子淀粉、阴离子聚丙烯酰胺和阴离子含硅材料，优选基于二氧化硅的颗粒。

可将一种或多种助排剂和助留剂以可在宽限值内变化的量加入悬浮液中，该量尤其取决于添加剂的类型及数量、悬浮液类型、加入点等。使用时，阴离子聚合物基于悬浮液干重量通常以至少0.001重量%，通常至少0.005重量%的量加入，且上限通常为3重量%，合适地1.5重量%。使用时，阳离子聚合物基于悬浮液干重量通常以至少约0.001重量%，通常至少约0.005重量%的量加入，且上限通常为约3重量%，合适地约1.5重量%。使用时，含硅材料基于悬浮液干重量通常以至少约0.001重量%，通常至少约0.005重量%的量加入，且上限通常为约1.0重量%，合适地约0.6重量%。

助排剂和助留剂可以常规方式且以任意顺序加入。当使用含硅材料时，通常在加入含硅材料之前加入阳离子聚合物，甚至还可使用相反加入顺序。更通常在剪切阶段(其可选自泵送、混合、清洁等)之前加入阳离子聚合物且在剪切阶段之后加入含硅材料。

合适促凝剂的实例包括有机和无机促凝剂。合适有机促凝剂的实例包括低分子量阳离子聚合物，例如分子量为1,000-700,000，合适地10,000-500,000)的二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)的均聚物和共聚物、聚胺、聚酰胺型胺、聚乙烯亚胺和双氰胺缩聚物。合适无机促凝剂的实例包括铝化合物，例如明矾和聚铝化合物，例如聚合氯化铝(polyaluminiumchloride)、聚合硫酸铝(polyaluminium sulphate)、聚合硅酸硫酸铝(polyaluminium silicate sulphate)及其混合物。

使用时，优选在加入一种或多种助排剂和助留剂之前加入促凝剂。阳离子促凝剂可以至少约0.001重量%，或从约0.05重量%，通常约0.1重量%至约3.0重量%，通常约2.0重量%的量加入，该量基于干悬浮液以干促凝剂计算。

使用时，可将如上文所定义的干强度剂、湿强度剂和上浆剂各自以约0.01重量%至约1重量%，通常约0.1重量%至约0.5重量%的量加入悬浮液中，该量基于干悬浮液以干试剂计算。

本发明方法可包括使用常规类型的矿物填料，例如高岭土、陶土、二氧化钛、石膏、滑石以及天然和合成碳酸钙，例如白垩、磨碎大理石和沉淀碳酸钙。

该方法可生产单层纸或板，其中如本文所定义的纤维素纤维组合物分布于整个纸或板中，优选地基本均匀分布于整个纸和板中。单层纸和板仅含有一个含有纤维素纤维的板层或层。

该方法还可生产包含两个或更多个含有纤维素纤维的板层或层的多层纸和板，其中所述两个或更多个板层或层中的至少一个包含如本文所定义的纤维素纤维组合物。优选地，纤维素纤维组合物分布于整个所述两个或更多个板层中的至少一个中，更优选地基本均匀分布于整个所述两个或更多个板层中的至少一个中。本发明多层板可通过以下方式来生产：形成至少一个包含如本文所定义纤维素纤维组合物的板层并将所述至少一个板层连接至一个或多个含有纤维素纤维的板层以形成多层板。例如，多层板可通过以下方式来生产：在一个或数个纸幅成型单元中单独形成单个板层或层且然后在湿润状态下将其铺在一起。合适等级的本发明多层板的实例包括包含2-7个包含纤维素纤维的板层或层且其中所述板层或层中的至少一个，优选一个或多个中间(内部)板层或层包含如本文所定义纤维素纤维组合物的那些。

在本发明方法中，可对板如单层或多层板进行其他工艺步骤。合适工艺步骤的实例包括涂覆(例如淀粉涂覆和颜料涂覆)、皱化、印刷和切割。因此，本发明合适板的实例包括经涂覆板(例如经淀粉和/或颜料涂覆)和印刷板。

本文所用术语“板”指包含纤维素纤维的板，包括同质板(例如全硫酸盐漂白浆板(SBS)和全硫酸盐未漂白浆板(SUS))、纸板、盒用板(例如折叠箱用板(FBB))、折叠盒用板、液体包装用板(LPB)(包括所有类型的无菌、非无菌可热压包装板(autoclavable packaging board))、漂白浆挂面粗板(WLC)、未漂白牛皮板、灰色粗板和再生板、挂面板和容器用板(包括白色硫酸盐牛皮纸衬纸、完全漂白牛皮纸衬纸、高耐破衬纸、白色硫酸盐高耐破衬纸、未漂白牛皮纸衬纸、未漂白高耐破衬纸和再生衬纸)、瓦楞纸和波纹状瓦楞纸(corrugated fluting)。该板可具有至少约130g/m²，通常至少约140g/m²或至少约150g/m²的克重，且其可为至多约1,400g/m²或至多约1,300g/m²。该板可具有至少约120kg/m³，通常至少约150kg/m³或至少约200kg/m³的松厚密度，且其可至多约1,400kg/m³，通常至多约800kg/m³或至多约600kg/m³。

本发明进一步涉及生产包装材料的方法，该方法包括提供包含一个或多个包含如本文所定义纤维素纤维组合物的板层的板并对该板进行一种或多种加工操作(converting operation)，这些加工操作选自印刷、上漆、涂覆(例如塑料涂覆、挤压涂覆和防护涂覆)、层压(例如塑料膜层压和金属箔层压，例如铝箔层压)、金属化、模切(即冲压坯料(blanks))、皱化、折曲、剥离(即除去或粉碎)、切料(即分离坯料)、箔烫印、压花和折叠。本文所用术语“皱化”还称为折曲和沟纹化。通常，该方法包括一种或多种包含折曲或皱化的加工操作，更优选地两种或更多种包含折曲或皱化的操作(例如切割和折曲或皱化)。

本发明还涉及包含板的包装材料，该板包含一个或多个包含如本文所定义纤维素纤维组合物的板层，其中该包装材料进一步包含一个或多个皱折。皱折(还称为折曲、沟纹或折叠线)使得在填充前可更容易地折叠和安装包装材料。本发明包装材料可具有一层或多层塑料膜、金属箔如铝和/或防护涂层。

本发明进一步涉及制备包装的程序，该程序包括提供包含板的包装材料的坯料，该板包含一个或多个包含如本文所定义纤维素纤维组合物的板层，用固体或液体内含物填充该坯料以获得未密封包装，且然后将所获得包装密封。优选地，包装材料包含一个或多个沟纹、皱折或折曲。本文所用术语“坯料”意指未经填充的包装或包装材料。优选地，在填充前折叠和安装坯料。用于密封的合适方法的实例包括胶合和热密封。本发明进一步涉及制备包装的程序，该程序包括提供一卷包含板的包装材料，该板包含一个或多个包含如本文所定义纤维素纤维组合物的板层，随后将该卷包装材料引入填充机中，用固体或液体内含物填充，密封并切割成可折叠成所需形状的单独包装。

合适固体和液体内含物的实例包括固体和液体食品(例如西红柿产品、汤、奶油、巧克力和谷物)、饮料(例如牛奶、果汁、葡萄酒和水)、药物、化妆品、香烟、烟草和清洁剂。在一个实施方案中，本发明进一步包括对该包装和/或固体或液体内含物进行杀菌。本文所用术语“杀菌”意指减少微生物数量。用于杀菌的合适方法和方式的实例包括热量(例如快速加热和冷却)、化学品(例如臭氧和过氧化氢)、辐射(例如IR辐射和UV辐射)。可在高度卫生或杀菌条件下进行填充。

本发明还涉及包含板的包装，该板包含一个或多个含有如本文所定义纤维素纤维组合物的板层，其中该包装进一步包含固体或液体内含物。本发明进一步涉及包含板的包装材料在包装固体或液体食品、饮料、药物、化妆品、香烟、烟草或清洁剂中的用途，该板包含一个或多个含有如本文所定义纤维素纤维组合物的板层。

本发明合适包装的实例包括食品包装、饮料包装、杀菌包装和无菌包装。

实施例

在以下实施例中进一步阐释本发明，然而，这些实施例并非意欲限制本发明。除非另有说明，否则份数和%分别涉及重量份数和重量%，且所有悬浮液均含水。

如下文所述进行化学和机械处理。当进行该两种处理时，在机械处理之前进行化学处理：

化学处理1

在pH 4(用H₂SO₄调节)和70℃的温度下使用纤维素纤维在10重量%干固体含量下利用40ppm Fe⁺²(以FeSO₄加入)和1%H₂O₂(基于干纤维素纤维重量)进行化学处理1(称为“CT1”)30min。

化学处理2

按照化学处理1来进行化学处理2(称为“CT2”)，不同的是所用H₂O₂的量基于干纤维素纤维重量为0.1重量%，且温度为90℃。

化学处理3

在pH 10(用NaOH调节)和20℃的温度下使用纤维素纤维在2重量%干固体含量下利用1.6重量%TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基)(基于干纤维素纤维重量)和10重量%NaBr和3.7重量%NaClO(基于干纤维素纤维重量)进行化学处理3(称为“CT3”)60min。

化学处理4

化学处理4(称为“CT4”)通过以下方式进行：按照WO 00/47628所公开用于制备羧甲基纤维素的通用程序在碱性条件下利用单氯乙酸处理纤维素纤维。通过使用不同量的反应物，获得具有不同阴离子/羧甲基取代度的纤维素组合物。

机械处理1

使用未经处理或经化学处理的纤维素纤维进行机械处理1(在下表中称为“MT1”)。将纤维素纤维用水洗涤并浓缩至所需干固体含量，然后通过同向旋转双螺杆挤出机(Berstorff ZE 25A-UTS-UG)，该挤出机具有25mm的螺杆直径、17mm的芯直径、21.5mm的中心距和48D(1200mm)的挤出单元长度，且具有10个可单独加热/冷却的机筒，这些机筒利用自来水进行冷却。挤出机螺杆由传送和捏合元件构成且具有如图1中所示的螺杆构造，其中左侧和右侧螺杆相同。在最大容许螺杆速度(1200rpm)下驱动功率为22.6kW(Siemens直流电动机，1GG5134-OGH46-6WV1型)。

利用进料装置(K-Tron-Soder T20)以重力计量方式进料纸浆。挤出机以1000rpm的螺杆速度操作。除非另有说明，否则纤维素纤维以0.8kg干固体/h的进料速率进料。

机械处理2

使用未经处理或经化学处理的纤维素纤维进行机械处理2(在下表中称为“MT2”)。将纤维素纤维用水洗涤并浓缩至所需干固体含量，然后通过行星式辊筒挤出机(Entex PLWE100，具有5.25l/d机筒)。经冷却的中心转轴具有100mm的直径且该行星式辊筒挤出机具有6个滚动行星式转轴。

机械处理3

机械处理3(在下表中称为“MT3”)用于比较且按照WO 2007/001229的实施例1b的程序进行，其中使具有所需干固体含量的纤维素纤维悬浮液通过珠磨机(Drais PMC 25TEX)一次或两次，除非另有说明，否则使用氧化锆珠(直径为2.0mm，65%填充级)、1200rpm的转子速度和100l/h的流动速度。

机械处理4

机械处理4(在下表中称为“MT4”)用于比较且按照WO 00/47628中所公开羧甲基纤维素微原纤化的通用程序进行，其中对纤维含量为约1重量%的纤维素纤维悬浮液进行均化。

纤维素纤维的分析

借助纤维Lorenzen&Wettre,Sweden的测试仪测量纤维素纤维的长度加权平均纤维长度(在下表中称为“纤维长度”)和长度加权平均纤维宽度(在下表中称为“纤维宽度”)，该纤维测试仪根据ISO 16065-2:2007操作。由该数据计算长度加权平均纤维长度/宽度比(在下表中称为“长度/宽度比”)。

使用相同Lorenzen&Wettre纤维测试仪测定长度加权平均纤维长度为至多100μm的纤维素纤维的含量(在下表中称为“细粒含量”)。

使用Micromeritics TriStar 3000仪器根据BET方法通过在177K下N₂的吸附测定比表面积，该仪器根据ISO 9277:1995操作。将要分析的纤维素纤维以任何化学和/或机械处理后得到的稠度在冷冻设备中冷冻，在Heto FD3冷冻干燥机中冷冻干燥，在90℃下脱气3小时且随后分析比表面积。

根据SCAN-C 62:00来测定保水值(在下表中称为“WRV”)。除非另有说明，否则要分析的样品为稠度为0.5%的含水纸浆悬浮液，其中干纸浆由95重量%CTMP和5重量%本发明纤维素纤维组合物或用于比较的纤维素组合物构成。保水值为纸浆保持或保留水的能力的量度，且表示除去水和干燥纤维素纸页所需能量；较低保水值表示除去水和干燥纤维素纸页的能量较少。

通过如由S.Katz、R.P.Beatson和A.M.Scallan于SvenskPapperstidning第6期/1984，第48-53页中所述的电导滴定法来测定阴离子基团/羧甲基的平均取代度(在下表中称为“DS”)。

纸和板的生产和分析

在纸和板的制造方法中使用纤维素组合物作为添加剂，其中使用动态纸页成型器(Formette Dynamic，由Fibertech AB,Sweden供应)根据ISO5269-1:1998制备克重为约150g/m²的纸或板纸页。所用纸浆由90%高松厚度CTMP(CSF 700ml)和10%软木材(SR 28)构成。在混合槽中形成稠度为0.5%且在pH 7下导电率为1.0mS/cm的纸浆悬浮液并进行以下加料：

(i)将经化学处理和/或机械处理的纤维素组合物(若存在)以基于干悬浮液以干纤维素组合物计算为5重量%的量加入该悬浮液中，随后将所获得悬浮液混合15秒，

(ii)将阳离子土豆淀粉(Pearlbond 970)以基于干悬浮液为10kg/t的量加入该悬浮液中，随后将该悬浮液混合30秒，和

(iii)将呈基于二氧化硅的颗粒形式的含硅材料(Eka NP 442,EkaChemicals)以基于干悬浮液以SiO₂计算为0.3kg/t的量加入该悬浮液中，随后将该悬浮液混合15秒，

且然后经由往复式喷嘴将所获得悬浮液由混合槽泵送至位于动态纸页成型器转鼓上的丝网上，其中使该悬浮液脱水90秒以形成纸页。

在平面式压机中在5巴下将所获得纸或板纸页压制5分钟，随后放置于平面式干燥机中在115℃下干燥12分钟。在气候室中根据ISO 187:1990调节纸或板纸页且随后使用Lorenzen & Wettre,Sweden的Alwetron TH1根据ISO 1924-3:2005分析拉伸强度指数(Nm/g)。

将根据如上文所述的生产方法(i)所获得的结果与参照的拉伸强度指数进行比较，在参照中未使用添加剂或使用经不同处理的纤维素纤维组合物作为添加剂，且表示为相对于参照的拉伸强度指数的变化百分比(若存在)(在下表中称为“强度贡献”)，其中+和-分别表示拉伸强度指数的增加和减少。

实施例1

对漂白牛皮纸桦树纸浆的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并分析所获得组合物。结果显示于表1中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

测试编号1和2指经过挤出(MT1)的纤维素纤维组合物。

表1

实施例2

对漂白牛皮纸桦树纸浆的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并分析所获得组合物。结果显示于表2中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

测试编号1指用作参照的来源于漂白桦树牛皮纸纸浆的纤维素纤维。测试编号2和3分别指用于比较的已通过珠磨机一次和两次(MT3)的纤维素纤维组合物。

表2

实施例3

对漂白牛皮纸桦树纸浆的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表3中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

测试编号1指用作参照的来源于漂白桦树牛皮纸纸浆的纤维素纤维。测试编号2和3分别指以0.8kg干固体/h和1.2kg干固体/h的进料速率经过挤出(MT1)的纤维素纤维组合物。

表3

实施例4

对桦树的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表4中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

当未使用纤维素纤维组合物作为添加剂时，测试编号1指参照纸浆悬浮液。测试编号2指用于比较的来源于桦树的纤维素纤维组合物，且测试编号3-8指用作添加剂的不同纤维素纤维组合物。

表4

表4显示与用于比较的包含纤维素纤维的组合物相比，使用测试编号4-8的本发明包含纤维素纤维的组合物获得具有改进的拉伸强度指数的纸/板。

实施例5

对桦树的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并分析所获得组合物。结果显示于表5中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

测试编号1指来源于桦树的纤维素纤维组合物。测试编号2-4指用于比较的已通过珠磨机(MT3)的来源于桦树的纤维素纤维组合物。

表5

实施例6

对松树的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表6中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

当未使用纤维素纤维组合物作为添加剂时，测试编号1指纸浆悬浮液。测试编号2指用于比较的来源于松树的纤维素纤维。测试编号3-8指用作添加剂的不同纤维素纤维组合物。

表6

表6显示与用于比较的包含纤维素纤维的组合物相比，使用测试编号4-8的本发明包含纤维素纤维的组合物获得具有显著改进的拉伸强度指数的纸/板。

实施例7

对松树的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表7中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

测试编号1指用于比较的来源于松树的纤维素纤维组合物。测试编号2-5指已经过挤出(MT1)的本发明纤维素纤维组合物。

表7

实施例8

对松树的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并分析所获得组合物。结果显示于表8中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

测试编号1指来源于松树的纤维素纤维组合物。测试编号2-4分别指用于比较的已通过珠磨机一次和两次(MT3)的纤维素纤维组合物。

表8

实施例9

对竹子的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中用作添加剂并进行分析。结果显示于表9中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

当未使用纤维素纤维组合物作为添加剂时，测试编号1指纸浆悬浮液。测试编号2指用于比较的来源于松树的纤维素纤维。测试编号3-5指用作添加剂的不同纤维素纤维组合物。

表9

表9显示与用于比较的包含纤维素纤维的组合物相比，使用测试编号4-5的本发明包含纤维素纤维的组合物获得具有显著改进的拉伸强度指数的纸/板。

实施例10

对松树的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中用作添加剂并进行分析。结果显示于表10中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

当未使用纤维素纤维组合物作为添加剂时，测试编号1指纸浆悬浮液。测试编号2-3指用作添加剂的不同本发明纤维素纤维组合物。

表10

实施例11

对纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表11中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

当未使用纤维素纤维组合物作为添加剂时，测试编号1指纸浆悬浮液。测试编号2-6指用作添加剂的不同纤维素组合物。

表11

表11显示与用于比较的测试编号2的组合物相比，使用本发明测试编号3-5的包含松树的纤维素纤维的组合物和测试编号6的包含棉绒的纤维素纤维的组合物获得在改进的拉伸强度指数和低保水值之间具有良好平衡的纸/板，该低保水值表示除去水和干燥纤维素纸页的能量较少。

实施例12

对纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表12中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

如上文所述测定保水值，不同的是样品由含水纸浆悬浮液制成，其中干纸浆分别由99重量%、97重量%和95重量%CTMP和1重量%、3重量%和5重量%本发明包含松树的纤维素纤维的组合物或用于比较的纤维素组合物构成，其在下表中表示为“在WRV测试下的含量”。

当未使用纤维素纤维组合物作为添加剂时，测试编号1指纸浆悬浮液。测试编号2-4指用于比较的纤维素组合物且测试编号5-7指本发明纤维素纤维组合物。

表12

表12显示在纸/板的拉伸强度指数改进约30%时，与用于比较的测试编号3的组合物相比，测试编号7的本发明组合物获得更低的保水值，这表示除去水和干燥纤维素纸页的能量较少。表12还显示与用于比较的组合物相比，在大致相同的保水值下，本发明组合物获得增加的拉伸强度指数。

实施例13

对各种来源的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表13中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。

表13

表13显示使用测试编号2-6的本发明包含纤维素纤维的组合物获得具有显著改进的拉伸强度指数和低保水值的纸/板。

实施例14

对各种来源的纤维素纤维进行化学处理和/或机械处理并在纸/板的生产中使用所获得组合物作为添加剂并进行分析。结果显示于表14中，其中在机械处理中纤维素纤维的干固体含量(重量%)于括号中给出。棉花意指棉绒。

当未使用纤维素纤维组合物作为添加剂时，测试编号1指纸浆悬浮液。测试编号2-7指用作添加剂的不同纤维素纤维组合物。通过将纤维素纤维组合物两次进料至行星式辊筒挤出机中进行机械处理MT2*。

表14

表14显示使用本发明包含纤维素纤维的组合物获得具有显著改进的拉伸强度指数的纸/板。

Claims

1.包含纤维素纤维的组合物，所述纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度、至多1,100μm的长度加权平均纤维长度和超过10μm的长度加权平均纤维宽度。

2.包含纤维素纤维的组合物，所述纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度、至多1,100μm的长度加权平均纤维长度，且其中至少50重量%的纤维素材料不溶于水。

3.包含纤维素纤维的组合物，所述纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度和至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比。

4.包含纤维素纤维的组合物，所述纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度和超过35μm的长度加权平均纤维宽度。

5.包含纤维素纤维的组合物，所述纤维素纤维具有至少1.5m²/g的比表面积、至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比和基于所述组合物重量为至少5重量%的干固体含量。

6.包含纤维素纤维的组合物，所述纤维素纤维具有至少1.5m²/g的比表面积、至多30的长度加权平均纤维长度/宽度比和基于纤维素纤维总重量至多30重量%的长度加权平均纤维长度至多100μm的纤维素纤维。

7.根据权利要求1-6中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维具有基于纤维素纤维总重量至多35重量%的长度加权平均纤维长度至多100μm的纤维素纤维。

8.根据权利要求1-3和5-6中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维具有至少12的长度加权平均纤维长度/宽度比。

9.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维具有0.001-0.25的平均阴离子基团取代度，所述离子基团为羧基和/或羧甲基。

10.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维具有至少0.02的平均阴离子基团取代度。

11.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维具有200-1,000μm的长度加权平均纤维长度。

12.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中其具有基于所述组合物重量为10-90重量%的干固体含量。

13.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维具有2-50m²/g的比表面积。

14.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中至少70重量%的纤维素材料不溶于水。

15.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维来源于木材纤维。

16.根据权利要求1-14中任一项的组合物，其中所述纤维素纤维来源于非木材纤维。

17.生产包含纤维素纤维的组合物的方法，包括对纤维素纤维进行化学处理和机械处理，其中所述化学处理包括使用下列物质处理纤维素纤维：(i)至少一种含有任选地经取代的羧基的试剂、(ii)至少一种氧化剂和至少一种过渡金属或(iii)至少一种氮氧自由基，且所述机械处理包括利用双螺杆挤出机或行星式辊筒挤出机挤出纤维素纤维。

18.生产包含纤维素纤维的组合物的方法，包括对平均阴离子基团取代度为0.001-0.25的纤维素纤维进行挤出。

19.根据权利要求17或18的方法，其中所述化学处理包括利用至少一种包含过氧化氢的氧化剂和至少一种包含铁的过渡金属处理纤维素纤维。

20.根据权利要求17-19中任一项的方法，其中所述化学处理包括在碱性条件下利用单氯乙酸或其盐处理纤维素纤维。

21.根据权利要求17-20中任一项的方法，其中在机械处理中所述纤维素纤维具有10-50重量%的干固体含量。

22.根据权利要求17-21中任一项的方法，其中其包括利用同向旋转双螺杆挤出机进行挤出。

23.根据权利要求17-21中任一项的方法，其中其包括利用行星式辊筒挤出机进行挤出。

24.可通过权利要求17-23中任一项的方法获得的包含纤维素纤维的组合物。

25.根据权利要求1-14和22中任一项的组合物在纸和板的生产中的用途。

26.经过挤出的包含纤维素纤维的组合物在纸和板的生产中作为强度添加剂的用途。

27.生产纤维素纸浆混合物的方法，包括将根据权利要求1-16和24中任一项的包含纤维素纤维的组合物与纤维素纸浆混合。

28.可通过根据权利要求27的方法获得的纤维素纸浆混合物。

29.根据权利要求28的纤维素纸浆混合物在纸和板的生产中的用途。

30.生产纸和板的方法，包括形成包含根据权利要求28的纤维素纸浆混合物的含水悬浮液并使所获得悬浮液脱水。

31.生产纸和板的方法，包括将根据权利要求1-16和24中任一项的包含纤维素纤维的组合物加入含水纤维素纸浆悬浮液中并使所获得悬浮液脱水。

32.生产纸和板的方法，包括将经过挤出的包含纤维素纤维的组合物与纤维素纸浆混合。

33.根据权利要求30-32中任一项的方法，其中其包括将所述包含纤维素纤维的组合物与纤维素纸浆混合以形成纤维素纸浆混合物，形成包含所述纤维素纸浆混合物的含水悬浮液，并使所获得悬浮液脱水。

34.根据权利要求30-33中任一项的方法，其中其包括将所述包含纤维素纤维的组合物与纤维素纸浆混合以形成呈含水悬浮液形式的纤维素纸浆混合物，并使所获得悬浮液脱水。

35.根据权利要求30-34中任一项的方法，其中所述包含纤维素纤维的组合物以1-10重量%的量与所述纤维素纸浆混合，所述量基于干纤维素纸浆以所述组合物的干纤维素纤维计算。

36.根据权利要求31或35的方法，其中所述包含纤维素纤维的组合物以含水悬浮液形式使用。

37.根据权利要求30-36中任一项的方法，其进一步包括在脱水前向所述悬浮液中加入一种或多种助排剂和助留剂。

38.根据权利要求37的方法，其中所述一种或多种助排剂和助留剂包含阳离子聚合物，所述阳离子聚合物为阳离子淀粉和/或阳离子聚丙烯酰胺。

39.根据权利要求37-38中任一项的方法，其中所述一种或多种助排剂和助留剂包含含硅材料，所述含硅材料为膨润土或基于二氧化硅的颗粒。

40.可通过根据权利要求30-39中任一项的方法获得的纸和板。

41.根据权利要求40的纸和板，其为包含2-7个包含纤维素纤维的板层或层的多层板。

42.根据权利要求40-41中任一项的纸和板，其为液体包装用板。

43.根据权利要求40-41中任一项的纸和板，其为折叠箱用板。

44.根据权利要求43的板在包装饮料和液体食物中的用途。

45.包含根据权利要求40-43中任一项的板的包装，包含固体或液体食品、饮料、药物、化妆品、香烟、烟草或清洁剂。