RU2791167C1 - Redispersed microfibrillated cellulose - Google Patents
Redispersed microfibrillated cellulose Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791167C1 RU2791167C1 RU2019123860A RU2019123860A RU2791167C1 RU 2791167 C1 RU2791167 C1 RU 2791167C1 RU 2019123860 A RU2019123860 A RU 2019123860A RU 2019123860 A RU2019123860 A RU 2019123860A RU 2791167 C1 RU2791167 C1 RU 2791167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microfibrillated cellulose
- drying
- composition
- dried
- aqueous
- Prior art date
Links
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 305
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 305
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 162
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 135
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 100
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 6
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 146
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 118
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 118
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 74
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 70
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 49
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 47
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 29
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 27
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical group OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 16
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 10
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 8
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 7
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229920002907 Guar gum Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 6
- 239000000665 guar gum Substances 0.000 claims description 6
- 229960002154 guar gum Drugs 0.000 claims description 6
- 235000010417 guar gum Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 claims description 3
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000002016 disaccharides Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 claims description 2
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 2
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 claims 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 abstract 1
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 277
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 72
- 239000000463 material Substances 0.000 description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 description 33
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 30
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 28
- 239000000047 product Substances 0.000 description 23
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 22
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 21
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 21
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 17
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 15
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 15
- -1 alkylene glycol Chemical compound 0.000 description 13
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 10
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 10
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 9
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 7
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 229940088417 precipitated calcium carbonate Drugs 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 5
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 238000002356 laser light scattering Methods 0.000 description 5
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 4
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 4
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 4
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 3
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 3
- 239000011805 ball Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L sodium dithionite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)S([O-])=O JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 2
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 2
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RREGISFBPQOLTM-UHFFFAOYSA-N alumane;trihydrate Chemical compound O.O.O.[AlH3] RREGISFBPQOLTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 2
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 2
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 2
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 2
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 2
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 2
- GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N methyl-cyclopentane Natural products CC1CCCC1 GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000001724 microfibril Anatomy 0.000 description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 2
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 2
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 100676-05-9 Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC1C(O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(O)C(O)C2O)CO)O1 OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000283070 Abies balsamea Species 0.000 description 1
- 235000007173 Abies balsamea Nutrition 0.000 description 1
- 241001133760 Acoelorraphe Species 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 1
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 description 1
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 description 1
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 description 1
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 description 1
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229920000875 Dissolving pulp Polymers 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 244000299507 Gossypium hirsutum Species 0.000 description 1
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 description 1
- 241000395818 Hyperplatys Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 1
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N Maltose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000209504 Poaceae Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 244000090125 Solidago odora Species 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- QYTDEUPAUMOIOP-UHFFFAOYSA-N TEMPO Chemical group CC1(C)CCCC(C)(C)N1[O] QYTDEUPAUMOIOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001617 alkaline earth metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 239000010427 ball clay Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N beta-maltose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N 0.000 description 1
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 1
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000013055 pulp slurry Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000009895 reductive bleaching Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000010784 textile waste Substances 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
В целом, настоящее изобретение относится к способам улучшения повторной диспергируемости высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы и способам повторного диспергирования высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы. Указанные способы могут, например, включать обезвоживание водной композиции, необязательно с последующей сушкой. Повторное диспергирование микрофибриллированной целлюлозы может, например, включать повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде и в присутствии добавки, отличной от неорганического материала в форме частиц, и/или в присутствии комбинации неорганических материалов в форме частиц. Такая добавка и/или комбинация неорганических материалов в форме частиц может, например, улучшать механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы. Настоящее изобретение дополнительно относится к композициям, содержащим повторно диспергированную микрофибриллированную целлюлозу, и к применению повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы в изделии, продукте или композиции.In general, the present invention relates to methods for improving the redispersibility of dried or at least partially dried microfibrillated cellulose and methods for redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose. These methods may, for example, include dehydration of the aqueous composition, optionally followed by drying. Redispersing the microfibrillated cellulose may, for example, include redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium and in the presence of an additive other than particulate inorganic material and/or in the presence of a combination of particulate inorganic materials. Such an additive and/or combination of particulate inorganic materials may, for example, improve the mechanical and/or physical properties of the redispersed microfibrillated cellulose. The present invention further relates to compositions containing redispersed microfibrillated cellulose and to the use of redispersed microfibrillated cellulose in an article, product or composition.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Как было показано в последние годы, микрофибриллированная целлюлоза и содержащие ее композиции обладают множеством полезных свойств, включая улучшение механических, физических и/или оптических свойств разнообразных продуктов, таких как бумажные, картонные, полимерные изделия, краски и т.п. Получаемую обычно в водной форме целлюлозу, как правило, высушивают для транспортировки с целью уменьшения ее массы и сопутствующих транспортных расходов. Затем конечный потребитель перед предполагаемым конечным применением обычно повторно диспергирует микрофибриллированную целлюлозу. Однако после сушки и повторного диспергирования некоторые или все из ее полезных свойств ухудшаются или утрачиваются. Таким образом, существует постоянная потребность в улучшении свойств микрофибриллированной целлюлозы после сушки и повторного диспергирования.In recent years, microfibrillated cellulose and compositions containing it have been shown to have many useful properties, including improving the mechanical, physical and/or optical properties of a variety of products such as paper, board, polymer products, paints, and the like. Pulp, usually obtained in aqueous form, is usually dried for transport in order to reduce its weight and associated transport costs. The end user then typically redisperses the microfibrillated cellulose before the intended end use. However, after drying and redispersion, some or all of its useful properties deteriorate or are lost. Thus, there is a continuing need to improve the properties of microfibrillated cellulose after drying and redispersing.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен способ улучшения повторной диспергируемости высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы, включающий сушку или по меньшей мере частичную сушку водной композиции микрофибриллированной целлюлозы способом, включающим:According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for improving the redispersibility of dried or at least partially dried microfibrillated cellulose, comprising drying or at least partially drying an aqueous composition of microfibrillated cellulose by a method comprising:
(i) обезвоживание водной композиции с помощью одного или более из следующих процессов:(i) dewatering the aqueous composition by one or more of the following processes:
(а) обезвоживания с помощью ленточного пресса, например, автоматического ленточного пресса высокого давления, (b) обезвоживания с помощью центрифуги, (с) обезвоживания с помощью трубчатого пресса, (d) обезвоживания с помощью винтового пресса, и (е) обезвоживания с помощью ротационного пресса; с последующей сушкой,(a) dewatering with a belt press such as a high pressure automatic belt press, (b) dewatering with a centrifuge, (c) dewatering with a tube press, (d) dewatering with a screw press, and (e) dewatering with a rotary press; followed by drying
илиor
(ii) обезвоживание водной композиции с последующей сушкой с помощью одного или более из следующих процессов:(ii) dehydrating the aqueous composition followed by drying by one or more of the following processes:
(f) сушки в сушилке с кипящим слоем, (g) сушки с помощью микроволновой и/или радиочастотной сушилки, (h) сушки в продуваемой горячим воздухом мельнице или сушилке, например, в секционной мельнице или мельнице Atritor, и (i) сушки посредством сублимационной сушки;(f) drying in a fluid bed dryer, (g) drying with a microwave and/or radio frequency dryer, (h) drying in a hot air mill or dryer, such as a section mill or an Atritor mill, and (i) drying by freeze drying;
илиor
(iii) любую комбинацию обезвоживания согласно (i) и сушки согласно (ii), или(iii) any combination of dewatering according to (i) and drying according to (ii), or
(iv) комбинацию обезвоживания и сушки водной композиции,(iv) a combination of dewatering and drying the aqueous composition,
при этом после повторного диспергирования высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки, чем оно было бы, если бы не сушка согласно (i), (ii), (iii) или (iv), при этом необязательно высушенная или по меньшей мере частично высушенная микрофибриллированная целлюлоза содержит неорганический материал в форме частиц и/или добавку, присутствие которой улучшает механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы.however, after redispersing the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium, the redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to the property of microfibrillated cellulose before drying or at least partial drying than it would be if drying according to (i), (ii), (iii) or (iv), wherein the optionally dried or at least partially dried microfibrillated cellulose contains particulate inorganic material and/or an additive whose presence improves mechanical and/or physical property of re-dispersed microfibrillated cellulose.
Согласно некоторым вариантам реализации предложенный способ дополнительно включает повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде, и необязательно дополнительно включает применение повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы для получения изделия, продукта или композиции.In some embodiments, the proposed method further comprises redispersing the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium, and optionally further comprising using the redispersed microfibrillated cellulose to form an article, product, or composition.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ повторного диспергирования микрофибриллированной целлюлозы, включающий повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде, при этом высушенная или по меньшей мере частично высушенная микрофибриллированная целлюлоза была получена путем обезвоживания и сушки водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, в результате чего повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки, чем оно было бы, если бы не указанное обезвоживание и сушка, при этом необязательно высушенная или по меньшей мере частично высушенная микрофибриллированная целлюлоза содержит: (i) неорганический материал в форме частиц, (ii) комбинацию неорганических материалов в форме частиц, и/или (iii) добавку, отличную от неорганического материала в форме частиц, присутствие которой во время повторного диспергирования улучшает механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы; причем обезвоживание выбирают из одного или более из следующих процессов:According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for redispersing microfibrillated cellulose, comprising redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium, wherein the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose was obtained by dehydrating and drying an aqueous composition containing microfibrillated cellulose, whereby the redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to the property of microfibrillated cellulose before drying or at least partial drying than it would be if it were not for the specified dehydration and drying, while optionally dried or the at least partially dried microfibrillated cellulose contains: (i) a particulate inorganic material, (ii) a combination of particulate inorganic materials, and/or (iii) an additive other than inorganic an anic material in the form of particles, the presence of which during redispersion improves the mechanical and/or physical property of the redispersed microfibrillated cellulose; wherein the dehydration is selected from one or more of the following processes:
(a) обезвоживания с помощью ленточного пресса, например, автоматического ленточного пресса высокого давления;(a) dewatering with a belt press, for example a high pressure automatic belt press;
(b) обезвоживания с помощью центрифуги;(b) dehydration using a centrifuge;
(c) обезвоживания с помощью трубчатого пресса;(c) dewatering with a tube press;
(d) обезвоживания с помощью винтового пресса; и(d) dewatering with a screw press; And
(e) обезвоживания с помощью ротационного пресса;(e) dewatering with a rotary press;
и/или при этом сушку выбирают из одного или более из следующих процессов:and/or wherein drying is selected from one or more of the following processes:
(f) сушки в сушилке с кипящим слоем;(f) drying in a fluid bed dryer;
(g) сушки с помощью микроволновой и/или радиочастотной сушилки;(g) drying with a microwave and/or radio frequency dryer;
(h) сушки в продуваемой горячим воздухом мельнице или сушилке, например, в секционной мельнице или мельнице Atritor; и(h) drying in a hot air mill or dryer, such as a sectional mill or an Atritor mill; And
(i) сушки посредством сублимационной сушки.(i) drying by freeze drying.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ улучшения физических и/или механических свойств повторно диспергированной высушенной или частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы, включающий:According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for improving the physical and/or mechanical properties of redispersed dried or partially dried microfibrillated cellulose, comprising:
a. обеспечение водной композиции микрофибриллированной целлюлозы;a. providing an aqueous composition of microfibrillated cellulose;
b. обезвоживание водной композиции с помощью одного или более из следующих средств: (i) обезвоживания с помощью ленточного пресса, (ii) автоматического ленточного пресса высокого давления, (iii) центрифуги, (iv) трубчатого пресса, (v) винтового пресса, и (vi) ротационного пресса;b. dewatering the aqueous composition by one or more of the following means: (i) belt press dewatering, (ii) automatic high pressure belt press, (iii) centrifuge, (iv) tube press, (v) screw press, and (vi ) rotary press;
с получением композиции обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы;to obtain a dehydrated microfibrillated cellulose composition;
c. сушку композиции обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы с помощью одного или более из следующих средств: (i) сушилки с кипящим слоем, (ii) микроволновой и/или радиочастотной сушилки, (iii) продуваемой горячим воздухом мельницы или сушилки, секционной мельницы или многовинтовой секционной мельницы, и (iv) сублимационной сушки;c. drying the dehydrated microfibrillated cellulose composition using one or more of the following: (i) a fluid bed dryer, (ii) a microwave and/or radio frequency dryer, (iii) a hot air mill or dryer, section mill or multi-screw section mill, and (iv) freeze drying;
с получением композиции высушенной или частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы;to obtain a composition of dried or partially dried microfibrillated cellulose;
при этом после повторного диспергирования композиции высушенной или частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкую среду микрофибриллированная целлюлоза имеет прочность на разрыв и/или вязкость, составляющую по меньшей мере 50% от прочности на разрыв и/или вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки при сравнимой концентрации, и крутизну волокон от 20 до 50.wherein after re-dispersion of the dried or partially dried microfibrillated cellulose composition into a liquid medium, the microfibrillated cellulose has a tensile strength and/or viscosity of at least 50% of the tensile strength and/or viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition before drying at a comparable concentration, and the steepness of the fibers from 20 to 50.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложен способ повторного диспергирования микрофибриллированной целлюлозы, включающий повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде и в присутствии добавки, отличной от неорганического материала в форме частиц, улучшающей механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы, при этом микрофибриллированная целлюлоза перед сушкой или по меньшей мере частичной сушкой имеет крутизну волокон от 20 до 50.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for redispersing microfibrillated cellulose, comprising redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium and in the presence of an additive other than an inorganic particulate material that improves the mechanical and/or physical property of the redispersed microfibrillated cellulose. cellulose, wherein the microfibrillated cellulose has a fiber twist of 20 to 50 before drying or at least partial drying.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения предложен способ повторного диспергирования микрофибриллированной целлюлозы, включающий повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде и в присутствии комбинации неорганических материалов в форме частиц, при этом указанная комбинация неорганических материалов в форме частиц улучшает механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы, при этом необязательно указанная комбинация неорганических материалов в форме частиц содержит карбонат кальция и пластинчатый минерал.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for redispersing microfibrillated cellulose, comprising redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium and in the presence of a combination of particulate inorganic materials, said combination of particulate inorganic materials improving mechanical and/ or a physical property of the re-dispersed microfibrillated cellulose, optionally said combination of particulate inorganic materials containing calcium carbonate and lamellar mineral.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения предложена композиция, содержащая повторно диспергированную микрофибриллированную целлюлозу, диспергированную в жидкой среде, которую можно получить/получают способом согласно любому аспекту или варианту реализации настоящего изобретения, и имеющая при сравнимой концентрации прочность на разрыв и/или вязкость, составляющую по меньшей мере 50% от прочности на разрыв и/или вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, причем (i) крутизна волокон микрофибриллированной целлюлозы в водной композиции составляет от 20 до 50, и/или (ii) водная композиция микрофибриллированной целлюлозы содержит неорганический материал в форме частиц.According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a composition comprising re-dispersed microfibrillated cellulose dispersed in a liquid medium, obtainable/obtainable by a method according to any aspect or embodiment of the present invention, and having, at a comparable concentration, a tensile strength and/or a viscosity of at least at least 50% of the tensile strength and/or viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition before drying, wherein (i) the twist of the microfibrillated cellulose fibers in the aqueous composition is from 20 to 50, and/or (ii) the aqueous microfibrillated cellulose composition contains an inorganic material in the form particles.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения предложено применение повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы согласно любому аспекту или варианту реализации настоящего изобретения. Согласно некоторым вариантам реализации микрофибриллированную целлюлозу применяют в изделии, продукте или композиции. Таким образом, согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложено изделие, продукт или композиция, содержащая микрофибриллированную целлюлозу согласно любому аспекту или варианту реализации настоящего изобретения.According to a seventh aspect of the present invention, the use of redispersed microfibrillated cellulose according to any aspect or embodiment of the present invention is provided. In some embodiments, microfibrillated cellulose is used in an article, product, or composition. Thus, according to a further aspect of the present invention, there is provided an article, product or composition comprising microfibrillated cellulose according to any aspect or embodiment of the present invention.
Подробности, примеры и преимущества, обеспеченные применительно к любому конкретному одному или более из заявленных аспектов настоящего изобретения, в равной степени применимы ко всем аспектам настоящего изобретения. Любая комбинация вариантов реализации, примеров и преимуществ, описанных в настоящем документе во всех возможных их вариациях, включена в настоящее изобретение, если в настоящем документе не указано иное или такая комбинация иным образом явно не противоречит контексту.The details, examples and advantages provided in relation to any specific one or more of the claimed aspects of the present invention are equally applicable to all aspects of the present invention. Any combination of embodiments, examples, and advantages described herein, in all possible variations, is included in the present invention, unless otherwise indicated herein or such combination is otherwise clearly contrary to the context.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS
На фиг. 1 показан результат влияния применения однодискового рафинера на высушенную композицию, содержащую материалы на основе микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция.In FIG. 1 shows the effect of using a single disc refiner on a dried composition containing materials based on microfibrillated cellulose and calcium carbonate.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
При попытках улучшить одно или более свойств повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы и содержащих ее композиций неожиданно было обнаружено, что для усиления или улучшения одного или более свойств микрофибриллированной целлюлозы после повторного диспергирования можно выполнить комбинацию обезвоживания и сушки, например, механического обезвоживания и сушки, (никогда ранее не подвергаемой сушке) водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, необязательно в присутствии неорганических твердых частиц и/или другой добавки, описанной в настоящем документе. То есть по сравнению с микрофибриллированной целлюлозой до сушки одно или более свойств повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы ближе к одному или свойствам микрофибриллированной целлюлозы до сушки, чем указанное свойство/свойства было бы, если бы не комбинация обезвоживания и сушки. Аналогичным образом, неожиданно было обнаружено, что введение неорганического материала в форме частиц или комбинации неорганических материалов в форме частиц и/или других добавок, описанных в настоящем документе, может улучшить повторную диспергируемость микрофибриллированной целлюлозы после первоначальной сушки.In attempts to improve one or more of the properties of re-dispersed microfibrillated cellulose and compositions containing it, it has surprisingly been found that a combination of dewatering and drying, for example, mechanical dewatering and drying, can be performed to enhance or improve one or more properties of microfibrillated cellulose after redispersion, for example, mechanical dewatering and drying, (never before not subjected to drying) aqueous composition containing microfibrillated cellulose, optionally in the presence of inorganic solid particles and/or other additives described herein. That is, compared to the microfibrillated cellulose before drying, one or more of the properties of the redispersed microfibrillated cellulose is closer to one or the properties of the microfibrillated cellulose before drying than said property/properties would be were it not for the combination of dewatering and drying. Similarly, it has surprisingly been found that the incorporation of particulate inorganic material or a combination of particulate inorganic materials and/or other additives described herein can improve the redispersibility of microfibrillated cellulose after initial drying.
Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации способ улучшения повторной диспергируемости высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы включает сушку или по меньшей мере частичную сушку водной композиции способом, включающим:Thus, in some embodiments, a method for improving the redispersibility of dried or at least partially dried microfibrillated cellulose comprises drying or at least partially drying an aqueous composition by a method including:
(i) обезвоживание водной композиции с помощью одного или более из следующих процессов:(i) dewatering the aqueous composition by one or more of the following processes:
(а) обезвоживания с помощью ленточного пресса, например, автоматического ленточного пресса высокого давления, (b) обезвоживания с помощью центрифуги, (с) обезвоживания с помощью трубчатого пресса, (d) обезвоживания с помощью винтового пресса, и (е) обезвоживания с помощью ротационного пресса; с последующей сушкой,(a) dewatering with a belt press such as a high pressure automatic belt press, (b) dewatering with a centrifuge, (c) dewatering with a tube press, (d) dewatering with a screw press, and (e) dewatering with a rotary press; followed by drying
илиor
(ii) обезвоживание водной композиции с последующей сушкой с помощью одного или более из следующих процессов:(ii) dehydrating the aqueous composition followed by drying by one or more of the following processes:
(f) сушки в сушилке с кипящим слоем, (g) сушки с помощью микроволновой и/или радиочастотной сушилки, (h) сушки в продуваемой горячим воздухом мельнице или сушилке, например, в секционной мельнице или мельнице Atritor, и (i) сушки посредством сублимационной сушки; или(f) drying in a fluid bed dryer, (g) drying with a microwave and/or radio frequency dryer, (h) drying in a hot air mill or dryer, such as a section mill or an Atritor mill, and (i) drying by freeze drying; or
(iii) любую комбинацию обезвоживания согласно (i) и сушки согласно (ii), или(iii) any combination of dewatering according to (i) and drying according to (ii), or
(iv) комбинацию обезвоживания и сушки водной композиции.(iv) a combination of dewatering and drying the aqueous composition.
Согласно некоторым вариантам реализации, если сушку проводят посредством сублимационной сушки, обезвоживание включает один или более из процессов (а) - (е).According to some implementation options, if the drying is carried out by freeze drying, dehydration includes one or more of processes (a) - (e).
После последующего повторного диспергирования, например, после транспортировки на другое предприятие, высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде, повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки, чем оно было бы, если бы не сушка согласно (i), (ii), (iii) или (iv).After subsequent redispersion, for example, after transportation to another plant, dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium, redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to the property of microfibrillated cellulose before drying, or at least partial drying than it would be if not for drying according to (i), (ii), (iii) or (iv).
Таким образом, согласно еще одному аспекту предложен способ повторного диспергирования микрофибриллированной целлюлозы, включающий повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде, при этом высушенная или по меньшей мере частично высушенная микрофибриллированная целлюлоза была получена путем обезвоживания и сушки водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, в результате чего повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки, чем оно было бы, если бы не указанное обезвоживание и сушка, при этом необязательно высушенная или по меньшей мере частично высушенная микрофибриллированная целлюлоза содержит: (i) неорганический материал в форме частиц, (ii) комбинацию неорганических материалов в форме частиц, и/или (iii) добавку, отличную от неорганического материала в форме частиц, присутствие которой во время повторного диспергирования улучшает механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы; при этом необязательно обезвоживание выбирают из одного или более из следующих процессов:Thus, according to another aspect, a method is provided for redispersing microfibrillated cellulose, comprising redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium, wherein the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose was obtained by dehydrating and drying an aqueous composition, containing microfibrillated cellulose, whereby the redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to the property of microfibrillated cellulose before drying or at least partial drying than it would be if it were not for the specified dehydration and drying, while optionally the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose contains: (i) a particulate inorganic material, (ii) a combination of particulate inorganic materials, and/or (iii) an additive other than an inorganic particulate material, the presence of which during redispersion improves the mechanical and/or physical properties of the redispersed microfibrillated cellulose; optionally, the dehydration is selected from one or more of the following processes:
(a) обезвоживания с помощью ленточного пресса, например, автоматического ленточного пресса высокого давления;(a) dewatering with a belt press, for example a high pressure automatic belt press;
(b) обезвоживания с помощью центрифуги;(b) dehydration using a centrifuge;
(c) обезвоживания с помощью трубчатого пресса;(c) dewatering with a tube press;
(d) обезвоживания с помощью винтового пресса; и(d) dewatering with a screw press; And
(e) обезвоживания с помощью ротационного пресса;(e) dewatering with a rotary press;
и/или при этом сушку выбирают из одного или более из следующих процессов:and/or wherein drying is selected from one or more of the following processes:
(f) сушки в сушилке с кипящим слоем;(f) drying in a fluid bed dryer;
(g) сушки с помощью микроволновой и/или радиочастотной сушилки;(g) drying with a microwave and/or radio frequency dryer;
(h) сушки в продуваемой горячим воздухом мельнице или сушилке, например, в секционной мельнице или мельнице Atritor; и(h) drying in a hot air mill or dryer, such as a sectional mill or an Atritor mill; And
(i) сушки посредством сублимационной сушки.(i) drying by freeze drying.
Согласно некоторым вариантам реализации, если сушку проводили посредством сублимационной сушки, обезвоживание включает один или более из процессов (а) - (е).According to some implementation options, if the drying was carried out by freeze drying, dehydration includes one or more of processes (a) - (e).
Таким образом, согласно другому аспекту предложен способ улучшения физических и/или механических свойств повторно диспергированной высушенной или частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы, включающий:Thus, according to another aspect, a method is provided for improving the physical and/or mechanical properties of redispersed dried or partially dried microfibrillated cellulose, comprising:
a. обеспечение: водной композиции микрофибриллированной целлюлозы;a. providing: an aqueous composition of microfibrillated cellulose;
b. обезвоживание водной композиции с помощью одного или более из следующих средств: (i) обезвоживания с помощью ленточного пресса, (ii) автоматического ленточного пресса высокого давления, (iii) центрифуги, (iv) трубчатого пресса, (v) винтового пресса и (vi) ротационного пресса;b. dewatering the aqueous composition by one or more of the following means: (i) belt press dewatering, (ii) automatic high pressure belt press, (iii) centrifuge, (iv) tube press, (v) screw press, and (vi) rotary press;
с получением композиции обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы;to obtain a dehydrated microfibrillated cellulose composition;
c. сушку композиции обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы с помощью одного или более из следующих средств: (i) сушилки с кипящим слоем, (ii) микроволновой и/или радиочастотной сушилки, (iii) продуваемой горячим воздухом мельницы или сушилки, секционной мельницы или многовинтовой секционной мельницы и (iv) сублимационной сушки;c. drying the dehydrated microfibrillated cellulose composition using one or more of the following: (i) a fluid bed dryer, (ii) a microwave and/or radio frequency dryer, (iii) a hot air mill or dryer, sectional mill or multi-screw sectional mill, and ( iv) freeze drying;
с получением композиции высушенной или частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы;to obtain a composition of dried or partially dried microfibrillated cellulose;
при этом после повторного диспергирования композиции высушенной или частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкую среду микрофибриллированная целлюлоза имеет прочность на разрыв и/или вязкость, составляющую по меньшей мере 50% от прочности на разрыв и/или вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки при сравнимой концентрации, и крутизну волокон от 20 до 50.wherein after re-dispersion of the dried or partially dried microfibrillated cellulose composition into a liquid medium, the microfibrillated cellulose has a tensile strength and/or viscosity of at least 50% of the tensile strength and/or viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition before drying at a comparable concentration, and the steepness of the fibers from 20 to 50.
Следующие разделы относятся к любому из аспектов, описанных выше.The following sections apply to any of the aspects described above.
Ссылки на «высушенная» или «сушка» включают «по меньшей мере частично высушенная» или «или по меньшей мере частичная сушка».References to "dried" or "drying" include "at least partially dried" or "or at least partially dried."
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу, обезвоживают с помощью ленточного пресса, например, автоматического ленточного пресса высокого давления, с последующей сушкой, например, с применением одного или более из процессов (f) - (i), перечисленных выше.In some embodiments, the aqueous composition containing microfibrillated cellulose is dewatered using a belt press, e.g., a high pressure automatic belt press, followed by drying, e.g., using one or more of processes (f) - (i) listed above.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу, обезвоживают с помощью центрифуги с последующей сушкой, например, с применением одного или более из процессов (f) - (i), перечисленных выше.In some embodiments, the aqueous composition containing microfibrillated cellulose is dehydrated by centrifugation followed by drying, for example using one or more of processes (f) - (i) listed above.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу, обезвоживают с помощью трубчатого пресса с последующей сушкой, например, с применением одного или более из процессов (f) - (i), перечисленных выше.In some embodiments, the aqueous composition containing microfibrillated cellulose is dewatered using a tube press followed by drying, for example using one or more of processes (f) - (i) listed above.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу, обезвоживают с помощью винтового пресса с последующей сушкой, например, с применением одного или более из процессов (f) - (i), перечисленных выше.In some embodiments, the aqueous composition containing microfibrillated cellulose is dewatered using a screw press followed by drying, for example using one or more of processes (f) - (i) listed above.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу, обезвоживают с помощью ротационного пресса с последующей сушкой, например, с применением одного или более из процессов (f) - (i), перечисленных выше.In some embodiments, the aqueous composition containing microfibrillated cellulose is dewatered using a rotary press followed by drying, for example using one or more of processes (f) - (i) listed above.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию обезвоживают, например, с применением одного или более из процессов (а) - (е), перечисленных выше, и затем высушивают в сушилке с кипящим слоем.In some embodiments, the aqueous composition is dehydrated, for example, using one or more of the processes (a) - (e) listed above, and then dried in a fluid bed dryer.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию обезвоживают, например, с применением одного или более из процессов (а) - (е), перечисленных выше, и затем высушивают посредством микроволновой и/или радиочастотной сушки.In some embodiments, the aqueous composition is dehydrated, for example, using one or more of the processes (a) - (e) listed above, and then dried by microwave and/or radio frequency drying.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию обезвоживают, например, с применением одного или более из процессов (а) - (е), перечисленных выше, и затем высушивают в продуваемой горячим воздухом мельнице или сушилке, например, секционной мельнице или мельнице Atritor. Мельница Atritor может представлять собой сушилку-измельчитель Atritor, секционную мельницу тонкого помола, мельницу Atritor с удлиненным классификатором или продуваемую воздухом трубчатую (AST) сушилку Atritor (Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Ковентри, Уэст-Мидлендс, Англия). Такие мельницы можно использовать для получения водной композиции микрофибриллированной целлюлозы, которую впоследствии подвергают сушке и затем повторно диспергируют.In some embodiments, the aqueous composition is dehydrated, for example, using one or more of the processes (a) - (e) listed above, and then dried in a hot air mill or dryer, for example, a sectional mill or an Atritor mill. The Atritor mill can be an Atritor pulverizer dryer, a sectional fine grinder, an Atritor extended classifier mill, or an Atritor air purged tube dryer (AST) (Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Coventry, West Midlands, England). Such mills can be used to produce an aqueous composition of microfibrillated cellulose, which is subsequently dried and then redispersed.
Согласно некоторым вариантам реализации водную композицию обезвоживают, например, с применением одного или более из процессов (а) - (е), перечисленных выше, и затем высушивают посредством сублимационной сушки. Согласно некоторым вариантам реализации обезвоживание осуществляют с помощью одного или более из следующих процессов (а)-(е), описанных выше.In some embodiments, the aqueous composition is dehydrated, for example, using one or more of the processes (a) - (e) listed above, and then dried by freeze drying. In some embodiments, dehydration is carried out using one or more of the following processes (a)-(e) described above.
Обезвоживание и сушку можно осуществлять в течение любого подходящего периода времени, например, от примерно 30 минут до примерно 12 часов, или от примерно 30 минут до примерно 8 часов, или от примерно 30 минут до примерно 4 часов, или от примерно 30 минут до примерно 2 часов. Период времени будет зависеть от таких факторов, как, например, содержание твердых веществ в водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, объемного количества водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, и температуры сушки.Dehydration and drying can be carried out for any suitable period of time, for example, from about 30 minutes to about 12 hours, or from about 30 minutes to about 8 hours, or from about 30 minutes to about 4 hours, or from about 30 minutes to about 2 hours. The period of time will depend on such factors as, for example, the solids content of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose, the volumetric amount of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose, and the drying temperature.
Согласно некоторым вариантам реализации сушку проводят при температуре от примерно 50°С до примерно 120°С, например, от примерно 60°С до примерно 100°С, или при температуре по меньшей мере примерно 70°С, или по меньшей мере примерно 75°С, или по меньшей мере примерно 80°С.In some embodiments, drying is carried out at a temperature of from about 50°C to about 120°C, for example, from about 60°C to about 100°C, or at a temperature of at least about 70°C, or at least about 75°C. C, or at least about 80°C.
Согласно некоторым вариантам реализации предложенный способ дополнительно включает повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде, которая может представлять собой водную или неводную жидкость. Согласно некоторым вариантам реализации жидкая среда представляет собой водную жидкость, например, воду. Согласно некоторым вариантам реализации вода представляет собой сточную воду или рециркуляционную сточную воду, полученную от промышленного предприятия, на котором используют повторно диспергированную микрофибриллированную целлюлозу для производства изделия, продукта или композиции. Например, на предприятиях по производству бумаги/картона вода может представлять собой или содержать рециркуляционную оборотную воду от бумагоделательного процесса. Согласно некоторым вариантам реализации в рециркулируемой оборотной воде может присутствовать по меньшей мере часть какого-либо неорганического материала в форме частиц и/или добавка, отличная от неорганического материала в форме частиц.In some embodiments, the proposed method further comprises redispersing the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium, which may be an aqueous or non-aqueous liquid. In some embodiments, the liquid medium is an aqueous liquid, such as water. In some embodiments, the water is wastewater or recycled wastewater from an industrial plant that uses redispersed microfibrillated cellulose to manufacture an article, product, or composition. For example, in paper/board mills, the water may be or contain recycled white water from the papermaking process. In some embodiments, at least a portion of any particulate inorganic material and/or an additive other than the particulate inorganic material may be present in the recycled white water.
Согласно некоторым вариантам реализации предложенный способ дополнительно включает применение повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы для получения изделия, продукта или композиции, которые являются многочисленными и разнообразными и включают, без ограничения, бумажные и картонные, полимерные изделия, продукты и композиции и другие композиции, такие как покрытия, например, краску.In some embodiments, the proposed method further comprises using redispersed microfibrillated cellulose to form an article, product, or composition that is many and varied and includes, but is not limited to, paper and paperboard, polymer products, products, and compositions, and other compositions such as coatings, for example, paint.
Согласно некоторым вариантам реализации высушенная или по меньшей мере частично высушенная микрофибриллированная целлюлоза содержит неорганический материал в форме частиц и/или добавку, присутствие которой улучшает механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы. Такие неорганические материалы в форме частиц и добавки описаны в настоящем документе ниже.In some embodiments, the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose contains a particulate inorganic material and/or an additive whose presence improves the mechanical and/or physical property of the redispersed microfibrillated cellulose. Such particulate inorganic materials and additives are described herein below.
Водную композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу, можно подвергнуть обезвоживанию и высушиванию для уменьшения содержания воды на по меньшей мере 10% по массе в расчете на общую массу водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, перед обезвоживанием и сушкой, например, на по меньшей мере 20% по массе, или на по меньшей мере 30% по массе, или на по меньшей мере 40% по массе, или на по меньшей мере примерно 50% по массе, или на по меньшей мере 60% по массе, или на по меньшей мере 70% по массе, или на по меньшей мере 80% по массе, или на по меньшей мере 80% по массе, или на по меньшей мере 90% по массе, или на по меньшей мере примерно 95% по массе, или на по меньшей мере примерно 99% по массе, или на по меньшей мере примерно 99,5% по массе, или на по меньшей мере 99,9% по массе.The aqueous composition containing microfibrillated cellulose can be subjected to dehydration and drying to reduce the water content by at least 10% by weight, based on the total weight of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose, before dehydration and drying, for example, by at least 20% by weight. by weight, or by at least 30% by weight, or by at least 40% by weight, or by at least about 50% by weight, or by at least 60% by weight, or by at least 70% by weight, or at least 80% by weight, or at least 80% by weight, or at least 90% by weight, or at least about 95% by weight, or at least about 99% by weight, or at least about 99.5% by weight, or at least 99.9% by weight.
Под «высушенная» или «сухая» подразумевают, что содержание воды в водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, уменьшено на по меньшей мере 95% по массе.By "dried" or "dry" is meant that the water content of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose is reduced by at least 95% by weight.
Под «частично высушенная» или «частично сухая» подразумевают, что содержание воды в водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, уменьшено на величину, составляющую менее 95% по массе. Согласно некоторым вариантам реализации «частично высушенная» или «частично сухая» означает, что содержание воды в водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, уменьшено на по меньшей мере 50% по массе, например, на по меньшей мере 75% по массе, или на по меньшей мере 90% по массе.By "partially dried" or "partially dry" is meant that the water content of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose is reduced by less than 95% by weight. In some embodiments, "partially dried" or "partially dry" means that the water content of an aqueous composition containing microfibrillated cellulose is reduced by at least 50% by weight, such as at least 75% by weight, or by at least 90% by weight.
Водная композиция содержит микрофибриллированную целлюлозу. Под «микрофибриллированной целлюлозой» понимают целлюлозную композицию, в которой микрофибриллы целлюлозы высвобождены или частично высвобождены в виде отдельных частиц или в виде агрегатов меньшего размера по сравнению с волокнами целлюлозы перед микрофибриллированием. Микрофибриллированную целлюлозу можно получить путем микрофибриллирования целлюлозы, в том числе, но не ограничиваясь ими, с применением способов, описанных в настоящем документе. Типичные целлюлозные волокна (т.е. целлюлозная масса перед микрофибриллированием), подходящие для применения, содержат более крупные агрегаты из сотен или тысяч отдельных микрофибрилл целлюлозы. При микрофибриллировании целлюлозы конкретные характеристики и свойства, в том числе, но не ограничиваясь ими, характеристики и свойства, описанные в настоящем документе, передаются микрофибриллированной целлюлозе и композициям, содержащим микрофибриллированную целлюлозу.The aqueous composition contains microfibrillated cellulose. By "microfibrillated cellulose" is meant a cellulose composition in which the cellulose microfibrils are released or partially released as separate particles or as smaller aggregates compared to the cellulose fibers prior to microfibrillation. Microfibrillated cellulose can be obtained by microfibrillating cellulose, including, but not limited to, using the methods described herein. Typical cellulose fibers (ie, pulp before microfibrillation) suitable for use contain larger aggregates of hundreds or thousands of individual cellulose microfibrils. When microfibrillating cellulose, specific characteristics and properties, including, but not limited to, the characteristics and properties described herein, are transferred to microfibrillated cellulose and compositions containing microfibrillated cellulose.
Микрофибриллированную целлюлозу можно получить из любого подходящего источника, описанного в настоящем документе.Microfibrillated cellulose can be obtained from any suitable source described in this document.
Если не указано иное, размерные свойства частиц, упоминаемые в настоящем документе применительно к неорганическим материалам в форме частиц, измеряют хорошо известным способом путем осаждения материала в форме частиц в полностью диспергированном состоянии в водной среде с помощью устройства Sedigraph 5100, поставляемого компанией Micromeritics Instruments Corporation, Норкросс, Джорджия, США (телефон: +1 770 662 3620; веб-сайт: www.micromeritics.com) и называемого в настоящем документе «прибором Micromeritics Sedigraph 5100». Такой прибор обеспечивает измерения и диаграмму суммарного массового процента частиц, имеющих размер, именуемый в данной области техники «эквивалентным сферическим диаметром» (э.с.д.), меньший, чем заданные значения э.с.д. Средний размер частиц d50 представляет собой значение определенное таким образом для э.с.д. частиц, при котором имеется 50% по массе частиц, эквивалентный сферический диаметр которых меньше, чем указанное значение d50.Unless otherwise indicated, the particle size properties referred to herein in relation to inorganic particulate materials are measured in a well known manner by depositing the particulate material in a fully dispersed state in an aqueous medium using a Sedigraph 5100 device supplied by Micromeritics Instruments Corporation, Norcross, GA, USA (phone: +1 770 662 3620; website: www.micromeritics.com) and referred to in this document as the "Micromeritics Sedigraph 5100 Instrument". Such an instrument provides measurements and a plot of the total mass percentage of particles having a size, referred to in the art as an "equivalent spherical diameter" (ESD), smaller than the specified values of the ESD. The average particle size d 50 is the value thus determined for the e.s.d. particles, in which there is 50% by weight of particles, the equivalent spherical diameter of which is less than the specified value of d 50 .
Альтернативно, там, где это указывается, размерные свойства частиц, упоминаемые в настоящем документе применительно к неорганическим материалам в форме частиц, измеряют с помощью хорошо известного общепринятого способа, применяемого в области рассеяния лазерного излучения, с использованием прибора Malvern Mastersizer S, поставляемого компанией Malvern Instruments Ltd (или с применением других способов, обеспечивающих по существу тот же результат). При использовании метода рассеяния лазерного излучения размер частиц в порошках, суспензиях и эмульсиях можно измерить с помощью дифракции лазерного луча на основе применения теории Ми. Такой прибор обеспечивает измерения и диаграмму суммарного объемного процента частиц, имеющих размер, именуемый в данной области техники «эквивалентным сферическим диаметром» (э.с.д.), меньший, чем заданные значения э.с.д. Средний размер частиц d50 представляет собой значение, определенное таким образом для э.с.д. частиц, при котором имеется 50% по объему частиц, эквивалентный сферический диаметр которых меньше, чем указанное значение d50.Alternatively, where indicated, the particle size properties referred to herein in relation to particulate inorganic materials are measured by a well known conventional method in the field of laser light scattering using a Malvern Mastersizer S supplied by Malvern Instruments. Ltd (or using other methods that provide essentially the same result). When using the laser light scattering method, the particle size in powders, suspensions and emulsions can be measured using laser beam diffraction based on the application of Mie theory. Such an instrument provides measurements and a chart of the total volume percentage of particles having a size, referred to in the art as an "equivalent spherical diameter" (ESD), smaller than the specified values of the ESD. The mean particle size d 50 is the value thus determined for the e.s.d. particles, in which there is 50% by volume of particles, the equivalent spherical diameter of which is less than the specified value of d 50 .
Если не указано иное, размерные свойства частиц, микрофибриллированных целлюлозных материалов измеряют с помощью хорошо известного общепринятого способа, применяемого в области рассеяния лазерного излучения, с использованием прибора Malvern Mastersizer S, поставляемого компанией Malvern Instruments Ltd (или с применением других способов, обеспечивающих по существу тот же результат).Unless otherwise indicated, the particle size properties of microfibrillated cellulosic materials are measured using a well-known conventional method used in the field of laser light scattering, using the Malvern Mastersizer S, supplied by Malvern Instruments Ltd (or using other methods that provide essentially the same same result).
Согласно некоторым вариантам реализации микрофибриллированная целлюлоза имеет d50, составляющий от примерно 5 мкм до примерно 500 мкм, измеренный с помощью рассеяния лазерного излучения. Согласно некоторым вариантам реализации d50 микрофибриллированной целлюлозы равен или меньше примерно 400 мкм, например, равен или меньше примерно 300 мкм, или равен или меньше примерно 200 мкм, или равен или меньше примерно 150 мкм, или равен или меньше примерно 125 мкм, или равен или меньше примерно 100 мкм, или равен или меньше примерно 90 мкм, или равен или меньше примерно 80 мкм, или равен или меньше примерно 70 мкм, или равен или меньше примерно 60 мкм, или равен или меньше примерно 50 мкм, или равен или меньше примерно 40 мкм, или равен или меньше примерно 30 мкм, или равен или меньше примерно 20 мкм, или равен или меньше примерно 10 мкм.In some embodiments, the microfibrillated cellulose has a d 50 of about 5 microns to about 500 microns, as measured by laser light scattering. In some embodiments, the d 50 of the microfibrillated cellulose is equal to or less than about 400 µm, for example, equal to or less than about 300 µm, or equal to or less than about 200 µm, or equal to or less than about 150 µm, or equal to or less than about 125 µm, or equal to or less than about 100 µm, or equal to or less than about 90 µm, or equal to or less than about 80 µm, or equal to or less than about 70 µm, or equal to or less than about 60 µm, or equal to or less than about 50 µm, or equal to or less than about 40 µm, or equal to or less than about 30 µm, or equal to or less than about 20 µm, or equal to or less than about 10 µm.
Согласно некоторым вариантам реализации микрофибриллированная целлюлоза имеет модальный размер частиц волокна, составляющий примерно от 0,1 до 500 мкм. Согласно некоторым вариантам реализации модальный размер частиц волокна микрофибриллированной целлюлозы составляет по меньшей мере примерно 0,5 мкм, например, по меньшей мере примерно 10 мкм, или по меньшей мере примерно 50 мкм, или по меньшей мере примерно 100 мкм, или по меньшей мере примерно 150 мкм, или по меньшей мере примерно 200 мкм, или по меньшей мере примерно 300 мкм, или по меньшей мере примерно 400 мкм.In some embodiments, the microfibrillated cellulose has a modal fiber particle size of about 0.1 to 500 microns. In some embodiments, the modal particle size of the microfibrillated cellulose fiber is at least about 0.5 microns, such as at least about 10 microns, or at least about 50 microns, or at least about 100 microns, or at least about 150 µm, or at least about 200 µm, or at least about 300 µm, or at least about 400 µm.
Дополнительно или альтернативно, микрофибриллированная целлюлоза может иметь крутизну волокон, равную или большую примерно 10, как измерено с применением прибора Malvern. Крутизну волокон (т.е. крутизну распределения волокон по размерам) определяют в соответствии со следующей формулой:Additionally or alternatively, the microfibrillated cellulose may have a fiber toughness equal to or greater than about 10 as measured using a Malvern instrument. The steepness of the fibers (i.e. the steepness of the fiber size distribution) is determined according to the following formula:
Крутизна=100 × (d30/d70)Slope=100 × (d 30 /d 70 )
Микрофибриллированная целлюлоза может иметь крутизну волокон, равную или меньшую примерно 100. Микрофибриллированная целлюлоза может иметь крутизну волокон, равную или меньшую примерно 75, или равную или меньшую примерно 50, или равную или меньшую примерно 40, или равную или меньшую примерно 30. Микрофибриллированная целлюлоза может иметь крутизну волокон от примерно 20 до примерно 50, или от примерно 25 до примерно 40, или от примерно 25 до примерно 35, или от примерно 30 до примерно 40.Microfibrillated cellulose may have a fiber slope equal to or less than about 100. Microfibrillated cellulose may have a fiber slope equal to or less than about 75, or equal to or less than about 50, or equal to or less than about 40, or equal to or less than about 30. Microfibrillated cellulose may have a fiber steepness of from about 20 to about 50, or from about 25 to about 40, or from about 25 to about 35, or from about 30 to about 40.
Микрофибриллированную целлюлозу можно, например, обработать перед обезвоживанием и/или сушкой. Например, к микрофибриллированной целлюлозе можно добавить одну или более добавок, перечисленных ниже (например, соль, сахар, гликоль, мочевину, гликоль, карбоксиметилцеллюлозу, гуаровую камедь или их комбинацию, как указано ниже). Например, к микрофибриллированной целлюлозе можно добавить один или более олигомеров (например, с добавками или без добавок, перечисленных выше). Например, для улучшения диспергируемости к микрофибриллированной целлюлозе можно добавить один или более неорганических материалов в форме частиц (например, тальк или минералы, подвергавшиеся обработке для получения гидрофобной поверхности, такой как поверхностная обработка стеариновой кислотой (например, карбонат кальция, обработанный стеариновой кислотой). Указанные добавки можно, например, суспендировать в слабо диэлектрическом растворителе. Например, перед обезвоживанием и/или сушкой микрофибриллированная целлюлоза может находиться в эмульсии, например, эмульсии масло/вода. Например, перед обезвоживанием и/или сушкой микрофибриллированная целлюлоза может находиться в композиции маточной смеси, например, в полимерной композиции маточной смеси и/или в композиции маточной смеси с высоким содержанием твердых веществ. Например, перед обезвоживанием и/или сушкой микрофибриллированная целлюлоза может представлять собой композицию с высоким содержанием твердых веществ (например, с содержанием твердых веществ, равным или большим примерно 60 мас.%, или равным или большим примерно 70 мас.%, или равным или большим примерно 80 мас.%, или равным или большим примерно 90 мас.%, или равным или большим примерно 95 мас.%, или равным или большим примерно 98 мас.%, или равным или большим примерно 99 мас.%). Любую комбинацию одного или более способов обработки можно дополнительно или альтернативно применять к микрофибриллированной целлюлозе после обезвоживания и сушки, но до или во время повторного диспергирования.The microfibrillated cellulose may, for example, be treated prior to dehydration and/or drying. For example, one or more of the additives listed below (eg, salt, sugar, glycol, urea, glycol, carboxymethyl cellulose, guar gum, or a combination thereof, as indicated below) can be added to microfibrillated cellulose. For example, one or more oligomers can be added to microfibrillated cellulose (eg, with or without the additives listed above). For example, to improve dispersibility, one or more particulate inorganic materials (eg, talc or minerals that have been treated to obtain a hydrophobic surface such as a surface treatment with stearic acid (eg, calcium carbonate treated with stearic acid) can be added to the microfibrillated cellulose). the additives may, for example, be suspended in a weakly dielectric solvent.For example, prior to dehydration and/or drying, the microfibrillated cellulose may be in an emulsion, such as an oil/water emulsion.For example, prior to dehydration and/or drying, the microfibrillated cellulose may be in a masterbatch composition, for example, in a polymeric masterbatch composition and/or in a high solids masterbatch composition.For example, prior to dehydration and/or drying, the microfibrillated cellulose may be a high solids composition solids content equal to or greater than about 60 wt.%, or equal to or greater than about 70 wt.%, or equal to or greater than about 80 wt.%, or equal to or greater than about 90 wt.%, or equal to or greater than about 95 wt. .%, or equal to or greater than about 98 wt.%, or equal to or greater than about 99 wt.%. Any combination of one or more treatments may additionally or alternatively be applied to the microfibrillated cellulose after dewatering and drying, but before or during redispersion.
Повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки, чем оно было бы, если бы не сушка согласно (i), (ii), (iii) или (iv), как описано выше. Согласно некоторым вариантам реализации повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки, чем оно было бы, если бы не сушка согласно (i), (ii) или (iii).The redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to the property of the microfibrillated cellulose before drying or at least partial drying than it would be if it were not for drying according to (i), (ii), (iii) or ( iv) as described above. In some embodiments, the redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to that of the microfibrillated cellulose prior to drying, or at least partially dried, than it would have been had it not been for the drying according to (i), (ii) or ( iii).
Механическое свойство может представлять собой любое поддающееся определению механическое свойство, связанное с микрофибриллированной целлюлозой. Например, механическое свойство может представлять собой прочностное свойство, например, прочность на разрыв. Прочность на разрыв можно измерить с помощью прибора для испытания прочности на разрыв. Можно использовать любой подходящий способ и устройство при условии, что его можно отрегулировать для сравнения прочности на разрыв микрофибриллированной целлюлозы перед сушкой и после повторного диспергирования. Например, сравнение должно быть проведено при равных концентрациях микрофибриллированной целлюлозы и любой другой добавки или неорганического материала(ов) в форме частиц, которые могут присутствовать. Прочность на разрыв можно выразить в любых подходящих единицах, таких как, например, Н⋅м/г или кН⋅м/кг.The mechanical property may be any identifiable mechanical property associated with microfibrillated cellulose. For example, the mechanical property may be a strength property, such as tensile strength. Tensile strength can be measured using a tensile strength tester. Any suitable method and apparatus may be used, provided that it can be adjusted to compare the tensile strength of microfibrillated cellulose before drying and after redispersion. For example, the comparison should be made at equal concentrations of microfibrillated cellulose and any other additive or particulate inorganic material(s) that may be present. Tensile strength can be expressed in any suitable unit such as, for example, N⋅m/g or kN⋅m/kg.
Физическое свойство может представлять собой любое поддающееся определению физическое свойство, связанное с микрофибриллированной целлюлозой. Например, физическое свойство может представлять собой вязкость. Вязкость можно измерить с помощью вискозиметра. Можно использовать любой подходящий способ и устройство при условии, что его можно отрегулировать для сравнения вязкости микрофибриллированной целлюлозы до сушки и после повторного диспергирования. Например, сравнение должно быть проведено при равных концентрациях микрофибриллированной целлюлозы и любой другой добавки или неорганического материала(ов) в форме частиц, которые могут присутствовать. Согласно некоторым вариантам реализации вязкость представляет собой вязкость по Брукфильду, выраженную в единицах мПа⋅с.The physical property may be any measurable physical property associated with microfibrillated cellulose. For example, the physical property may be viscosity. Viscosity can be measured with a viscometer. Any suitable method and apparatus may be used, provided that it can be adjusted to compare the viscosity of the microfibrillated cellulose before drying and after redispersion. For example, the comparison should be made at equal concentrations of microfibrillated cellulose and any other additive or particulate inorganic material(s) that may be present. In some embodiments, the viscosity is the Brookfield viscosity expressed in units of mPa.s.
Согласно некоторым вариантам реализации прочность на разрыв и/или вязкость повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы составляет по меньшей мере примерно 25% от прочности на разрыв и/или вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, например, по меньшей мере примерно 30%, или по меньшей мере примерно 35%, или по меньшей мере примерно 40%, или по меньшей мере 45%, или по меньшей мере примерно 50%, или по меньшей мере примерно 55%, или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 65%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 75%, или по меньшей мере примерно 80% от прочности на разрыв и/или вязкости микрофибриллированной целлюлозы до сушки.In some embodiments, the tensile strength and/or viscosity of the redispersed microfibrillated cellulose is at least about 25% of the tensile strength and/or viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, such as at least about 30%, or at least about 35%, or at least about 40%, or at least 45%, or at least about 50%, or at least about 55%, or at least about 60%, or at least about 65% , or at least about 70%, or at least about 75%, or at least about 80% of the tensile strength and/or viscosity of the microfibrillated cellulose before drying.
Например, если прочность на разрыв микрофибриллированной целлюлозы до сушки составляла 8 Н⋅м/г, то прочность на разрыв, составляющая по меньшей мере 50% от указанного значения, составила бы 4 Н⋅м/г.For example, if the tensile strength of microfibrillated cellulose before drying was 8 Nm/g, then a tensile strength of at least 50% of that value would be 4 Nm/g.
Согласно некоторым вариантам реализации прочность на разрыв повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы составляет по меньшей мере примерно 25% от прочности на разрыв водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, например, по меньшей мере примерно 30%, или по меньшей мере примерно 35%, или по меньшей мере примерно 40%, или по меньшей мере 45%, или по меньшей мере примерно 50%, или по меньшей мере примерно 55%, или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 65%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 75%, или по меньшей мере примерно 80% от прочности на разрыв микрофибриллированной целлюлозы до сушки.In some embodiments, the tensile strength of the redispersed microfibrillated cellulose is at least about 25% of the tensile strength of the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, such as at least about 30%, or at least about 35%, or at least about 40%, or at least 45%, or at least about 50%, or at least about 55%, or at least about 60%, or at least about 65%, or at least about 70% , or at least about 75%, or at least about 80%, of the tensile strength of the microfibrillated cellulose before drying.
Согласно некоторым вариантам реализации вязкость повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы составляет по меньшей мере примерно 25% от вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, например, по меньшей мере примерно 30%, или по меньшей мере примерно 35%, или по меньшей мере примерно 40%, или по меньшей мере 45%, или по меньшей мере примерно 50%, или по меньшей мере примерно 55%, или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 65%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 75%, или по меньшей мере примерно 80% от вязкости микрофибриллированной целлюлозы до сушки.In some embodiments, the viscosity of the redispersed microfibrillated cellulose is at least about 25% of the viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, such as at least about 30%, or at least about 35%, or at least about 40%, or at least about 45%, or at least about 50%, or at least about 55%, or at least about 60%, or at least about 65%, or at least about 70%, or at least at least about 75%, or at least about 80%, of the viscosity of the microfibrillated cellulose before drying.
Согласно некоторым вариантам реализации во время обезвоживания и сушки присутствует неорганический материал в форме частиц и/или добавка, отличная от неорганического материала в форме частиц. Неорганический материал в форме частиц и/или добавку можно добавить на любой стадии до обезвоживания и сушки. Например, неорганический материал в форме частиц и/или добавку можно добавить во время получения водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, после получения водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу, или и то и другое. Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц вводят во время производства микрофибриллированной целлюлозы (например, при совместной обработке, например, совместного измельчения, как описано в настоящем документе), при этом добавку, отличную от неорганического материала в форме частиц, добавляют после получения водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу. Согласно некоторым вариантам реализации дополнительный неорганический материал в форме частиц (который может представлять собой такие же или другие неорганические твердые частицы, добавленные во время производства микрофибриллированной целлюлозы) можно добавлять после получения микрофибриллированной целлюлозы, например, одновременно с добавление добавки, отличной от неорганического материала в форме частиц. Согласно некоторым вариантам реализации крутизна волокон микрофибриллированной целлюлозы в водной композиции составляет от 20 до 50. Более подробная информация о неорганическом материале в форме частиц, добавках и их количествах приведена ниже.In some embodiments, particulate inorganic material and/or an additive other than particulate inorganic material is present during dewatering and drying. The particulate inorganic material and/or additive may be added at any stage prior to dewatering and drying. For example, the particulate inorganic material and/or additive may be added during the preparation of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose, after the preparation of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose, or both. In some embodiments, the particulate inorganic material is added during the production of microfibrillated cellulose (e.g., co-processing, e.g., co-grinding as described herein), with an additive other than the particulate inorganic material added after the aqueous compositions containing microfibrillated cellulose. In some embodiments, additional particulate inorganic material (which may be the same or different inorganic particulate matter added during the production of microfibrillated cellulose) may be added after the production of microfibrillated cellulose, for example, simultaneously with the addition of an additive other than the inorganic particulate material. particles. In some embodiments, the twist of microfibrillated cellulose fibers in an aqueous composition is between 20 and 50. More information about particulate inorganic material, additives, and their amounts is provided below.
Согласно дополнительному аспекту способ повторного диспергирования микрофибриллированной целлюлозы включает повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде и в присутствии добавки, отличной от неорганического материала в форме частиц, улучшающей механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы. Крутизна волокон микрофибриллированной целлюлозы перед сушкой или по меньшей мере частичной сушкой составляет от 20 до 50.In a further aspect, a method for redispersing microfibrillated cellulose includes redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium and in the presence of an additive other than a particulate inorganic material that improves the mechanical and/or physical property of the redispersed microfibrillated cellulose. The steepness of microfibrillated cellulose fibers before drying or at least partial drying is from 20 to 50.
Согласно еще дополнительному аспекту способ повторного диспергирования микрофибриллированной целлюлозы включает повторное диспергирование высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы в жидкой среде и в присутствии комбинации неорганических материалов в форме частиц, при этом указанная комбинация неорганических материалов в форме частиц улучшает механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы. Согласно некоторым вариантам реализации комбинация неорганических материалов в форме частиц содержит карбонат кальция и пластинчатый минерал, например, пластинчатый каолин или тальк.In a further aspect, a method for redispersing microfibrillated cellulose comprises redispersing dried or at least partially dried microfibrillated cellulose in a liquid medium and in the presence of a combination of particulate inorganic materials, wherein said combination of particulate inorganic materials improves mechanical and/or physical property. re-dispersed microfibrillated cellulose. In some embodiments, the combination of particulate inorganic materials comprises calcium carbonate and a lamellar mineral such as lamellar kaolin or talc.
Согласно некоторым вариантам реализации добавка, при наличии, представляет собой соль, сахар, гликоль, мочевину, гликоль, карбоксиметилцеллюлозу, гуаровую камедь или их комбинацию.In some embodiments, the additive, if present, is a salt, sugar, glycol, urea, glycol, carboxymethyl cellulose, guar gum, or a combination thereof.
Согласно некоторым вариантам реализации добавка, при наличии, представляет собой соль, сахар, гликоль, мочевину, гликоль, гуаровую камедь или их комбинацию.In some embodiments, the additive, if present, is a salt, sugar, glycol, urea, glycol, guar gum, or a combination thereof.
Согласно некоторым вариантам реализации сахар выбирают из моносахаридов (например, глюкозы, фруктозы, галактозы), дисахаридов (например, лактозы, мальтозы, сахарозы), олигосахаридов (цепей из 50 или менее звеньев одного или более моносахаридов), полисахаридов и их комбинаций.In some embodiments, the sugar is selected from monosaccharides (eg, glucose, fructose, galactose), disaccharides (eg, lactose, maltose, sucrose), oligosaccharides (chains of 50 or less units of one or more monosaccharides), polysaccharides, and combinations thereof.
Согласно некоторым вариантам реализации соль представляет собой хлорид щелочного металла или щелочноземельного металла, например, хлорид натрия, калия, магния и/или кальция. Согласно некоторым вариантам реализации соль содержит или представляет собой хлорид натрия.In some embodiments, the salt is an alkali metal or alkaline earth metal chloride, such as sodium, potassium, magnesium, and/or calcium chloride. In some embodiments, the salt contains or is sodium chloride.
Согласно некоторым вариантам реализации гликоль представляет собой алкиленгликоль, например, выбранный из этилен-, пропилен- и бутиленгликоля и их комбинаций. Согласно некоторым вариантам реализации гликоль содержит или представляет собой этиленгликоль.In some embodiments, the glycol is an alkylene glycol, for example, selected from ethylene, propylene, and butylene glycol, and combinations thereof. In some embodiments, the glycol contains or is ethylene glycol.
Согласно некоторым вариантам реализации добавка содержит или представляет собой мочевину.In some embodiments, the additive contains or is urea.
Согласно некоторым вариантам реализации добавка содержит или представляет собой гуаровую камедь.In some embodiments, the supplement contains or is guar gum.
Согласно некоторым вариантам реализации добавка содержит или представляет собой карбоксиметилцеллюлозу. Согласно некоторым вариантам реализации добавка не является карбоксиметилцеллюлозой.In some embodiments, the additive contains or is carboxymethyl cellulose. In some embodiments, the additive is not carboxymethyl cellulose.
Согласно некоторым вариантам реализации микрофибриллированная целлюлоза до сушки или по меньшей мере частичной сушки не является ацетилированной. Согласно некоторым вариантам реализации микрофибриллированную целлюлозу до сушки или по меньшей мере частичной сушки не подвергают ацетилированию.In some embodiments, the microfibrillated cellulose is not acetylated prior to drying or at least partial drying. In some embodiments, the microfibrillated cellulose is not acetylated prior to drying or at least partial drying.
Неорганический материал в форме частиц можно добавить на одной или более из следующих стадий: (i) перед или во время получения водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу; (ii) после получения водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу; (iii) во время обезвоживания водной композиции микрофибриллированной целлюлозы; (iv) во время сушки водной композиции микрофибриллированной целлюлозы; и (v) перед или во время повторного диспергирования высушенной или по меньшей мере частично высушенной микрофибриллированной целлюлозы.The particulate inorganic material may be added at one or more of the following steps: (i) before or during the preparation of an aqueous composition containing microfibrillated cellulose; (ii) after receiving an aqueous composition containing microfibrillated cellulose; (iii) during dehydration of the aqueous microfibrillated cellulose composition; (iv) during drying of the aqueous microfibrillated cellulose composition; and (v) before or during redispersion of the dried or at least partially dried microfibrillated cellulose.
Повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки и повторного диспергирования, чем оно было бы, если бы не присутствие неорганических твердых частиц и/или добавки. Другими словами, присутствие неорганического материала в форме частиц и/или добавки, отличной от неорганического материала в форме частиц, улучшает механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы.The redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to that of the microfibrillated cellulose prior to drying and redispersion than it would be if it were not for the presence of inorganic solids and/or additives. In other words, the presence of a particulate inorganic material and/or an additive other than the particulate inorganic material improves the mechanical and/or physical property of the redispersed microfibrillated cellulose.
Согласно некоторым вариантам реализации повторно диспергированная микрофибриллированная целлюлоза имеет механическое и/или физическое свойство, которое ближе к свойству микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки, чем оно было бы, если бы не присутствие неорганического материала в форме частиц и/или добавки.In some embodiments, the redispersed microfibrillated cellulose has a mechanical and/or physical property that is closer to that of the microfibrillated cellulose prior to drying, or at least partially dried, than it would be if it were not for the presence of particulate inorganic material and/or additives.
Как описано выше, механическое свойство может представлять собой любое поддающееся определению механическое свойство, связанное с микрофибриллированной целлюлозой. Например, механическое свойство может представлять собой прочностное свойство, например, прочность на разрыв. Прочность на разрыв можно измерить с помощью прибора для испытания прочности на разрыв. Можно использовать любой подходящий способ и устройство при условии, что его можно отрегулировать для сравнения прочности на разрыв микрофибриллированной целлюлозы перед сушкой и после повторного диспергирования. Например, сравнение должно быть проведено при равных концентрациях микрофибриллированной целлюлозы и любой другой добавки или неорганического материала(ов) в форме частиц, которые могут присутствовать. Прочность на разрыв можно выразить в любых подходящих единицах, таких как, например, Н⋅м/г или кН⋅м/кг.As described above, the mechanical property may be any mechanistic property associated with microfibrillated cellulose. For example, the mechanical property may be a strength property, such as tensile strength. Tensile strength can be measured using a tensile strength tester. Any suitable method and apparatus may be used, provided that it can be adjusted to compare the tensile strength of microfibrillated cellulose before drying and after redispersion. For example, the comparison should be made at equal concentrations of microfibrillated cellulose and any other additive or particulate inorganic material(s) that may be present. Tensile strength can be expressed in any suitable unit such as, for example, N⋅m/g or kN⋅m/kg.
Физическое свойство может представлять собой любое поддающееся определению физическое свойство, связанное с микрофибриллированной целлюлозой. Например, физическое свойство может представлять собой вязкость. Вязкость можно измерить с помощью вискозиметра. Можно использовать любой подходящий способ и устройство при условии, что его можно отрегулировать для сравнения вязкости микрофибриллированной целлюлозы до сушки и после повторного диспергирования. Например, сравнение должно быть проведено при равных концентрациях микрофибриллированной целлюлозы и любой другой добавки или неорганического материала(ов) в форме частиц, которые могут присутствовать. Согласно некоторым вариантам реализации вязкость представляет собой вязкость по Брукфильду, выраженную в единицах мПа⋅с.The physical property may be any measurable physical property associated with microfibrillated cellulose. For example, the physical property may be viscosity. Viscosity can be measured with a viscometer. Any suitable method and apparatus may be used, provided that it can be adjusted to compare the viscosity of the microfibrillated cellulose before drying and after redispersion. For example, the comparison should be made at equal concentrations of microfibrillated cellulose and any other additive or particulate inorganic material(s) that may be present. In some embodiments, the viscosity is the Brookfield viscosity expressed in units of mPa.s.
Согласно некоторым вариантам реализации прочность на разрыв и/или вязкость повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы составляет по меньшей мере примерно 25% от прочности на разрыв и/или вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, например, по меньшей мере примерно 30%, или по меньшей мере примерно 35%, или по меньшей мере примерно 40%, или по меньшей мере 45%, или по меньшей мере примерно 50%, или по меньшей мере примерно 55%, или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 65%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 75%, или по меньшей мере примерно 80% от прочности на разрыв и/или вязкости микрофибриллированной целлюлозы до сушки.In some embodiments, the tensile strength and/or viscosity of the redispersed microfibrillated cellulose is at least about 25% of the tensile strength and/or viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, such as at least about 30%, or at least about 35%, or at least about 40%, or at least 45%, or at least about 50%, or at least about 55%, or at least about 60%, or at least about 65% , or at least about 70%, or at least about 75%, or at least about 80% of the tensile strength and/or viscosity of the microfibrillated cellulose before drying.
Например, если прочность на разрыв микрофибриллированной целлюлозы до сушки составляла 8 Н⋅м/г, то прочность на разрыв, составляющая по меньшей мере 50% от указанного значения, составила бы 4 Н⋅м/г.For example, if the tensile strength of microfibrillated cellulose before drying was 8 Nm/g, then a tensile strength of at least 50% of that value would be 4 Nm/g.
Согласно некоторым вариантам реализации прочность на разрыв повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы составляет по меньшей мере примерно 25% от прочности на разрыв водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, например, по меньшей мере примерно 30%, или по меньшей мере примерно 35%, или по меньшей мере примерно 40%, или по меньшей мере 45%, или по меньшей мере примерно 50%, или по меньшей мере примерно 55%, или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 65%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 75%, или по меньшей мере примерно 80% от прочности на разрыв микрофибриллированной целлюлозы до сушки.In some embodiments, the tensile strength of the redispersed microfibrillated cellulose is at least about 25% of the tensile strength of the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, such as at least about 30%, or at least about 35%, or at least about 40%, or at least 45%, or at least about 50%, or at least about 55%, or at least about 60%, or at least about 65%, or at least about 70% , or at least about 75%, or at least about 80%, of the tensile strength of the microfibrillated cellulose before drying.
Согласно некоторым вариантам реализации вязкость повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы составляет по меньшей мере примерно 25% от вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, например, по меньшей мере примерно 30%, или по меньшей мере примерно 35%, или по меньшей мере примерно 40%, или по меньшей мере 45%, или по меньшей мере примерно 50%, или по меньшей мере примерно 55%, или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 65%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 75%, или по меньшей мере примерно 80% от вязкости микрофибриллированной целлюлозы до сушки.In some embodiments, the viscosity of the redispersed microfibrillated cellulose is at least about 25% of the viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, such as at least about 30%, or at least about 35%, or at least about 40%, or at least about 45%, or at least about 50%, or at least about 55%, or at least about 60%, or at least about 65%, or at least about 70%, or at least at least about 75%, or at least about 80%, of the viscosity of the microfibrillated cellulose before drying.
Неорганический материал в форме частиц и/или добавка, при наличии, присутствуют в достаточных количествах для улучшения повторной диспергируемости микрофибриллированной целлюлозы, т.е. улучшают механическое и/или физическое свойство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы.The particulate inorganic material and/or additive, if present, are present in sufficient amounts to improve the redispersibility of the microfibrillated cellulose, i. improve the mechanical and/or physical property of the redispersed microfibrillated cellulose.
В расчете на общую массу водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу (включая неорганические твердые частицы, при наличии), до сушки, указанную добавку можно ввести в количестве от примерно 0,1 мас.% до примерно 200 мас.%, от примерно 0,1 мас.% до примерно 100 мас.%, от примерно 0,1 мас.% до примерно 80 мас.%, от примерно 0,1 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 0,1 мас.% до примерно 40 мас.%, от примерно 0,1 мас.% до примерно 20 мас.%, или от примерно 0,25 мас.% до примерно 15 мас.%, или от примерно 0,5 мас.% до примерно 10 мас.%, или от примерно 0,5 мас.% до примерно 7,5 мас.%, или от примерно 0,5 мас.% до примерно 5 мас.%, или от примерно 0,5 мас.% до примерно 4 мас.%, или от примерно 9,5 мас.% до примерно 4 мас.%, или от примерно 1 мас.% до примерно 3 мас.%Based on the total weight of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose (including inorganic solid particles, if any), before drying, the specified additive can be added in an amount of from about 0.1 wt.% to about 200 wt.%, from about 0.1 wt.% to about 100 wt.%, from about 0.1 wt.% to about 80 wt.%, from about 0.1 wt.% to about 60 wt.%, from about 0.1 wt.% to about 40 wt.%, from about 0.1 wt.% to about 20 wt.%, or from about 0.25 wt.% to about 15 wt.%, or from about 0.5 wt.% to about 10 wt. %, or from about 0.5 wt.% to about 7.5 wt.%, or from about 0.5 wt.% to about 5 wt.%, or from about 0.5 wt.% to about 4 wt. %, or from about 9.5 wt.% to about 4 wt.%, or from about 1 wt.% to about 3 wt.%
Содержание твердых веществ в водной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и необязательный неорганический материал в форме частиц, может составлять не более примерно 50 мас.% до сушки, например, не более примерно 40 мас.%, или не более примерно 30 мас.%, или не более примерно 20 мас.%, или не более примерно 15 мас.%, или не более примерно 10 мас.%, или не более примерно 5 мас.%, или не более примерно 4 мас.%, или не более примерно 3 мас.%, или не более примерно 2 мас.%, или не более примерно 2 мас.%The solids content of the aqueous composition containing microfibrillated cellulose and optional particulate inorganic material may be no more than about 50 wt.% before drying, for example, no more than about 40 wt.%, or no more than about 30 wt.%, or not more than about 20 wt.%, or not more than about 15 wt.%, or not more than about 10 wt.%, or not more than about 5 wt.%, or not more than about 4 wt.%, or not more than about 3 wt. .%, or not more than about 2 wt.%, or not more than about 2 wt.%
В расчете на содержание твердых веществ в водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки неорганические твердые частицы могут составлять не более примерно 99% от общего содержания твердых веществ, например, не более примерно 90%, или не более примерно 80 мас.%, или не более примерно 70 мас.%, или не более примерно 60 мас.%, или не более примерно 50 мас.%, или не более примерно 40%, или не более примерно 30%, или не более примерно 20%, или не более примерно 10%, или не более примерно 5% от общего содержания твердых веществ.Based on the solids content of the aqueous microfibrillated cellulose composition before drying, the inorganic solids may be no more than about 99% of the total solids content, for example, no more than about 90%, or no more than about 80 wt.%, or no more than about 70 wt.%, or not more than about 60 wt.%, or not more than about 50 wt.%, or not more than about 40%, or not more than about 30%, or not more than about 20%, or not more than about 10% , or not more than about 5% of the total solids content.
Согласно некоторым вариантам реализации массовое отношение неорганических твердых частиц к микрофибриллированной целлюлозе в водной композиции составляет от примерно 10:1 до примерно 1:2, например, от примерно 8:1 до примерно 1:1, или от примерно 6:1 до примерно 3:2, или от примерно 5:1 до примерно 2:1, или от примерно 5:1 до примерно 3:1, или примерно 4:1 до примерно 3:1, или примерно 4:1.In some embodiments, the weight ratio of inorganic solids to microfibrillated cellulose in the aqueous composition is from about 10:1 to about 1:2, such as from about 8:1 to about 1:1, or from about 6:1 to about 3: 2, or about 5:1 to about 2:1, or about 5:1 to about 3:1, or about 4:1 to about 3:1, or about 4:1.
Согласно некоторым вариантам реализации водная композиция микрофибриллированной целлюлозы до сушки или по меньшей мере частичной сушки имеет содержание твердых веществ не более примерно 20 мас.%, при этом необязательно не более примерно 80% твердых веществ представляют собой неорганический материал в форме частиц.In some embodiments, the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, or at least partial drying, has a solids content of no more than about 20% by weight, with optionally no more than about 80% solids being particulate inorganic material.
Согласно некоторым вариантам реализации до сушки водная композиция по существу не содержит неорганический материал в форме частиц.In some embodiments, prior to drying, the aqueous composition is substantially free of particulate inorganic material.
Неорганический материал в форме частиц может, например, представлять собой карбонат или сульфат щелочноземельного металла, такой как карбонат кальция, карбонат магния, доломит, гипс, водную кандитную глину, такую как каолин, галлуазит или комовая глина, безводную (кальцинированную) кандитную глину, такую как метакаолин или полностью кальцинированный каолин, тальк, слюду, гантит, гидромагнезит, измельченное стекло, перлит или диатомовую землю, или волластонит, или диоксид титана, или гидроксид магния, или тригидрат алюминия, известь, графит или их комбинации.The particulate inorganic material may, for example, be an alkaline earth metal carbonate or sulfate such as calcium carbonate, magnesium carbonate, dolomite, gypsum, hydrous candite clay such as kaolin, halloysite or ball clay, anhydrous (calcined) candite clay such as as metakaolin or fully calcined kaolin, talc, mica, ganthite, hydromagnesite, ground glass, perlite or diatomaceous earth, or wollastonite, or titanium dioxide, or magnesium hydroxide, or aluminum trihydrate, lime, graphite, or combinations thereof.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц содержит или представляет собой карбонат кальция, карбонат магния, доломит, гипс, безводную кандитную глину, перлит, диатомовую землю, волластонит, гидроксид магния или тригидрат алюминия, диоксид титана или их комбинации.In some embodiments, the particulate inorganic material comprises or is calcium carbonate, magnesium carbonate, dolomite, gypsum, anhydrous candite clay, perlite, diatomaceous earth, wollastonite, magnesium hydroxide or aluminum trihydrate, titanium dioxide, or combinations thereof.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц может представлять собой неорганический материал в форме частиц с обработанной поверхностью. Например, неорганический материал в форме частиц можно обработать агентом, придающим гидрофобность, таким как жирная кислота или ее соль. Например, неорганический материал в форме частиц может представлять собой карбонат кальция, обработанный стеариновой кислотой.In some embodiments, the particulate inorganic material may be a surface treated inorganic particulate material. For example, the particulate inorganic material may be treated with a hydrophobic agent such as a fatty acid or a salt thereof. For example, the particulate inorganic material may be calcium carbonate treated with stearic acid.
Примером неорганического материала в форме частиц, подходящего для применения в настоящем изобретении, является карбонат кальция. В дальнейшем настоящее изобретение может обсуждаться на примере карбоната кальция и в отношении аспектов, в которых карбонат кальция перерабатывают и/или обрабатывают. Настоящее изобретение не следует ограничивать такими вариантами реализации.An example of a particulate inorganic material suitable for use in the present invention is calcium carbonate. In the following, the present invention may be discussed with reference to calcium carbonate and with respect to aspects in which calcium carbonate is processed and/or processed. The present invention should not be limited to such embodiments.
Карбонат кальция в форме частиц, применяемый в настоящем изобретении, можно получить из природного источника путем измельчения. Измельченный карбонат кальция (GCC) обычно получают путем дробления и затем измельчения минерального источника, такого как мел, мрамор или известняк, который впоследствии может быть подвергнут стадии классификации частиц по крупности для получения продукта с требуемой степенью измельчения. Для получения продукта, имеющего требуемую степень измельчения и/или цвет, можно также использовать и другие методы, такие как отбеливание, флотация и магнитное разделение. Твердый материал в форме частиц можно подвергнуть самоизмельчению, т.е. путем истирания между частицами самого твердого материала, или, альтернативно, в присутствии абразивного материала в форме частиц, содержащего частицы другого материала, отличного от измельчаемого карбоната кальция. Указанные способы можно осуществить в присутствии или в отсутствии диспергатора и биоцидов, которые могут быть добавлены на любой стадии процесса.The particulate calcium carbonate used in the present invention can be obtained from a natural source by grinding. Ground calcium carbonate (GCC) is usually obtained by crushing and then grinding a mineral source such as chalk, marble or limestone, which can then be subjected to a particle size classification step to obtain a product with the desired degree of grinding. Other methods such as bleaching, flotation and magnetic separation can also be used to obtain a product having the desired fineness and/or color. The solid material in the form of particles can be subjected to self-grinding, i. by abrasion between the particles of the hardest material, or, alternatively, in the presence of a particulate abrasive material containing particles of another material than the calcium carbonate being ground. These methods can be carried out in the presence or absence of a dispersant and biocides, which can be added at any stage of the process.
Осажденный карбонат кальция (РСС) может использоваться в настоящем изобретении в качестве источника карбоната кальция в форме частиц и может быть получен любым из известных способов, существующих в данной области техники. В серии монографий TAPPI (Техническая ассоциация целлюлозно-бумажной промышленности) №30, «Рарег Coating Pigments», стр. 34-35 описаны три основных промышленных способа получения осажденного карбоната кальция, который подходит для применения при получении продуктов, используемых в бумажной промышленности, но который также можно использовать при практической реализации настоящего изобретения. Во всех трех способах сырьевой материал для карбоната кальция, такой как известняк, сначала кальцинируют с получением негашеной извести, а затем негашеную известь гасят в воде с образованием гидроксида кальция или известкового молока. В первом способе известковое молоко непосредственно карбонизируют газообразным диоксидом углерода. Преимущество этого способа состоит в отсутствии образования побочного продукта и относительной легкости контроля свойств и чистоты готового карбоната кальция. Во втором способе известковое молоко приводят в контакт с кальцинированной содой с получением в результате двойного разложения осадка карбоната кальция и раствора гидроксида натрия. При промышленном применении такого способа гидроксид натрия может быть по существу полностью отделен от карбоната кальция. В третьем основном промышленном способе известковое молоко сначала приводят в контакт с хлоридом аммония с образованием раствора хлорида кальция и газообразного аммиака. Затем раствор хлорида кальция приводят в контакт с кальцинированной содой с получением в результате двойного разложения осажденного карбоната кальция и раствора хлорида натрия. В зависимости от конкретного применяемого реакционного процесса могут быть получены кристаллы разнообразных форм и размеров. Тремя основными формами кристаллов РСС являются арагонит, ромбоэдрическая и скаленоэдрическая формы (например, кальцит), которые все, включая их смеси, подходят для применения в настоящем изобретении.Precipitated calcium carbonate (PCC) can be used in the present invention as a source of particulate calcium carbonate and can be obtained by any of the known methods existing in the art. TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry) monograph series No. 30, "Paper Coating Pigments", pp. 34-35 describes three main industrial methods for obtaining precipitated calcium carbonate, which is suitable for use in obtaining products used in the paper industry, but which can also be used in the practice of the present invention. In all three methods, the raw material for calcium carbonate, such as limestone, is first calcined to form quicklime, and then the quicklime is slaked in water to form calcium hydroxide or milk of lime. In the first method, milk of lime is directly carbonized with carbon dioxide gas. The advantage of this method is the absence of by-product formation and the relative ease of control of the properties and purity of the finished calcium carbonate. In the second method, milk of lime is brought into contact with soda ash to form a calcium carbonate precipitate and a sodium hydroxide solution as a result of the double decomposition. In an industrial application of such a method, the sodium hydroxide can be essentially completely separated from the calcium carbonate. In the third general industrial process, milk of lime is first brought into contact with ammonium chloride to form a calcium chloride solution and ammonia gas. The calcium chloride solution is then brought into contact with soda ash, resulting in a double decomposition of precipitated calcium carbonate and sodium chloride solution. Depending on the particular reaction process employed, crystals of various shapes and sizes can be obtained. The three main forms of PCC crystals are aragonite, rhombohedral and scalenohedral forms (eg calcite), all of which, including mixtures thereof, are suitable for use in the present invention.
Согласно некоторым вариантам реализации РСС можно получить в процессе производства микрофибриллированной целлюлозы.In some embodiments, the PCC can be obtained during the production of microfibrillated cellulose.
Мокрое измельчение карбоната кальция включает получение водной суспензии карбоната кальция, которую затем можно измельчить, необязательно, в присутствии подходящего диспергирующего агента. Для получения большей информации относительно мокрого измельчения карбоната кальция можно обратиться, например, к ЕР-А-614948 (содержание которого в полном объеме включено посредством ссылки).Wet grinding of calcium carbonate involves obtaining an aqueous suspension of calcium carbonate, which can then be ground, optionally, in the presence of a suitable dispersing agent. For more information on wet grinding of calcium carbonate, see, for example, EP-A-614948 (the contents of which are incorporated by reference in their entirety).
При получении неорганического материала в форме частиц согласно настоящему изобретению из источников природного происхождения может так случиться, что измельченный материал будут загрязнен некоторыми минеральными примесями. Например, карбонат кальция природного происхождения может присутствовать вместе с другими минералами. Так, согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц содержит некоторое количество примесей. Однако в общем случае неорганический материал в форме частиц, применяемый в настоящем изобретении, будет содержать менее примерно 5% по массе или менее примерно 1% по массе других минеральных примесей.When obtaining inorganic material in the form of particles according to the present invention from sources of natural origin, it may happen that the crushed material will be contaminated with some mineral impurities. For example, naturally occurring calcium carbonate may be present along with other minerals. Thus, in some embodiments, the particulate inorganic material contains some impurities. However, in general, the particulate inorganic material used in the present invention will contain less than about 5% by weight or less than about 1% by weight of other mineral impurities.
Неорганический материал в форме частиц может иметь распределение частиц по размерам, в котором по меньшей мере примерно 10% по массе частиц имеют э.с.д. менее 2 мкм, например, по меньшей мере примерно 20% по массе, или по меньшей мере примерно 30% по массе, или по меньшей мере примерно 40% по массе, или по меньшей мере примерно 50% по массе, или по меньшей мере примерно 60% по массе, или по меньшей мере примерно 70% по массе, или по меньшей мере примерно 80% по массе, или по меньшей мере примерно 90% по массе, или по меньшей мере примерно 95% по массе, или примерно 100% частиц имеют э.с.д. менее 2 мкм.The particulate inorganic material may have a particle size distribution in which at least about 10% by weight of the particles have an e.s.d. less than 2 µm, for example, at least about 20% by weight, or at least about 30% by weight, or at least about 40% by weight, or at least about 50% by weight, or at least about 60% by weight, or at least about 70% by weight, or at least about 80% by weight, or at least about 90% by weight, or at least about 95% by weight, or about 100% of particles have e.s.d. less than 2 µm.
Согласно другому варианту реализации неорганический материал в форме частиц имеет распределение частиц по размерам, измеренное с применением прибора Malvern Mastersizer S, в котором по меньшей мере примерно 10% по объему частиц имеют э.с.д. менее 2 мкм, например, по меньшей мере примерно 20% по объему, или по меньшей мере примерно 30% по объему, или по меньшей мере примерно 40% по объему, или по меньшей мере примерно 50% по объему, или по меньшей мере примерно 60% по объему, или по меньшей мере примерно 70% по объему, или по меньшей мере примерно 80% по объему, или по меньшей мере примерно 90% по объему, или по меньшей мере примерно 95% по объему, или примерно 100% частиц по объему имеют э.с.д. менее 2 мкм.In another embodiment, the particulate inorganic material has a particle size distribution, measured using a Malvern Mastersizer S instrument, wherein at least about 10% by volume of the particles have an e.s.d. less than 2 microns, for example, at least about 20% by volume, or at least about 30% by volume, or at least about 40% by volume, or at least about 50% by volume, or at least about 60% by volume, or at least about 70% by volume, or at least about 80% by volume, or at least about 90% by volume, or at least about 95% by volume, or about 100% of particles by volume they have e.s.d. less than 2 µm.
Подробности методики, используемой для исследования распределений частиц по размерам в смесях неорганического материала в форме частиц и микрофибриллированной целлюлозы с применением прибора Malvern Mastersizer S, приведены ниже.Details of the methodology used to study particle size distributions in mixtures of particulate inorganic material and microfibrillated cellulose using the Malvern Mastersizer S are provided below.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц представляет собой или содержит каолиновую глину. В дальнейшем этот раздел описания изобретения может обсуждаться на примере каолина и в отношении аспектов, в которых каолин перерабатывают и/или обрабатывают. Настоящее изобретение не следует ограничивать такими вариантами реализации. Так, согласно некоторым вариантам реализации каолин используют в необработанной форме.In some embodiments, the particulate inorganic material is or contains kaolin clay. Further, this section of the description of the invention can be discussed on the example of kaolin and in relation to aspects in which kaolin is processed and/or processed. The present invention should not be limited to such embodiments. Thus, in some embodiments, the kaolin is used in its raw form.
Каолиновая глина, применяемая в настоящем изобретении, может представлять собой обработанный материал, полученный из природного источника, а именно, из неочищенного природного каолинового глинистого минерала. Обработанная каолиновая глина может, как правило, содержать по меньшей мере примерно 50% по массе каолинита. Например, большинство промышленно обработанных каолиновых глин содержит более примерно 75% по массе каолинита и может содержать более примерно 90%, в некоторых случаях более примерно 95% по массе каолинита.The kaolin clay used in the present invention may be a processed material obtained from a natural source, namely, a crude natural kaolin clay mineral. The processed kaolin clay may typically contain at least about 50% by weight of kaolinite. For example, most commercially processed kaolin clays contain greater than about 75% by weight kaolinite and may contain greater than about 90%, in some cases greater than about 95% by weight kaolinite.
Каолиновую глину, применяемую в настоящем изобретении, можно получить из неочищенного природного каолинового глинистого минерала с помощью одного или более других способов, хорошо известных специалистам в данной области техники, например, с помощью известных стадий рафинирования или обогащения.The kaolin clay used in the present invention can be obtained from the crude natural kaolin clay mineral by one or more other methods well known to those skilled in the art, such as known refining or beneficiation steps.
Например, глинистый минерал можно подвергнуть отбеливанию с помощью восстанавливающего отбеливающего агента, такого как гидросульфит натрия. При применении гидросульфита натрия отбеленный глинистый минерал можно необязательно подвергнуть обезвоживанию и необязательно промывке и снова необязательно обезвоживанию после стадии отбеливания гидросульфитом натрия.For example, the clay mineral can be bleached with a reducing bleaching agent such as sodium hydrosulfite. When sodium hydrosulfite is used, the bleached clay mineral may optionally be dehydrated and optionally washed, and again optionally dehydrated after the sodium hydrosulfite bleaching step.
Для удаления примесей глинистый минерал можно обработать, например, с применением методов флокуляции, флотации или магнитного разделения, хорошо известных в данной области техники. Альтернативно, глинистый минерал, применяемый согласно первому аспекту настоящего изобретения, может быть необработанным в виде твердого вещества или в виде водной суспензии.To remove impurities, the clay mineral can be treated, for example, using flocculation, flotation, or magnetic separation techniques well known in the art. Alternatively, the clay mineral used according to the first aspect of the present invention may be untreated as a solid or as an aqueous suspension.
Способ получения каолиновой глины в форме частиц также может включать одну или более стадий раздробления, например, измельчение или помол. Легкое раздробление крупнозернистого каолина используют для обеспечения его подходящего расслоения. Такое раздробление можно осуществить с помощью шариков или гранул из пластмассы (например, нейлона), песка или керамического средства для измельчения или помола. Крупнозернистый каолин можно очистить для удаления примесей и улучшения физических свойств с помощью хорошо известных методик. Каолиновую глину можно обработать в соответствии с известной методикой классификации частиц по крупности, например, путем просеивания и центрифугирования (или с помощью того и другого), с получением частиц, имеющих необходимое значение d50 или требуемое распределение частиц по размерам.The process for producing particulate kaolin clay may also include one or more crushing steps, such as grinding or milling. Slight crushing of coarse kaolin is used to ensure its proper separation. Such crushing can be done with balls or granules made of plastic (eg nylon), sand or ceramic grinding or grinding media. Coarse kaolin can be refined to remove impurities and improve physical properties using well known techniques. Kaolin clay can be processed according to known particle size classification techniques, such as sieving and centrifugation (or both), to obtain particles having the desired d 50 value or the desired particle size distribution.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц представляет собой или содержит пластинчатый минерал, например, каолин и/или тальк, необязательно в комбинации с другим неорганическим материалом в форме частиц, таким как, например, карбонат кальция.In some embodiments, the particulate inorganic material is or contains a lamellar mineral such as kaolin and/or talc, optionally in combination with another particulate inorganic material such as, for example, calcium carbonate.
Под «пластинчатым» каолином подразумевают каолин или каолиновый продукт с высоким коэффициентом формы. Коэффициент формы пластинчатого каолина составляет от примерно 20 до менее примерно 60. Гиперпластинчатый каолин имеет коэффициент формы от примерно 60 до 100 или даже более 100. В настоящем документе «коэффициент формы» представляет собой меру отношения диаметра частицы к толщине частицы для популяции частиц с меняющимися размером и формой, измеренными с применением способов удельной электрической проводимости, устройств и уравнений, описанных в патенте США №5576617, включенном в настоящий документ посредством ссылки. Поскольку метод определения коэффициента формы дополнительно описан в патенте '617, удельную электрическую проводимость композиции водной суспензии исследуемых ориентированных частиц измеряют при прохождении указанной композиции через сосуд. Измерения удельной электрической проводимости проводят вдоль одного направления сосуда и вдоль другого направления сосуда, перпендикулярного первому направлению. Используя разницу между двумя измерениями удельной электрической проводимости, определяют коэффициент формы исследуемого материала в форме частиц.By "lamellar" kaolin is meant kaolin or a high aspect ratio kaolin product. The shape factor of lamellar kaolin is from about 20 to less than about 60. Hyper lamellar kaolin has a shape factor of from about 60 to 100 or even greater than 100. As used herein, "shape factor" is a measure of the ratio of particle diameter to particle thickness for a population of varying particle sizes. and shape, measured using the electrical conductivity methods, devices, and equations described in US Pat. No. 5,576,617, incorporated herein by reference. Since the method for determining the shape factor is further described in the '617 patent, the electrical conductivity of the composition of the aqueous suspension of the studied oriented particles is measured while passing the specified composition through the vessel. Electrical conductivity measurements are taken along one direction of the vessel and along another direction of the vessel perpendicular to the first direction. Using the difference between the two electrical conductivity measurements, the shape factor of the particulate material under test is determined.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц представляет собой или содержит тальк, необязательно в комбинации с другим неорганическим материалом в форме частиц, таким как, например, карбонат кальция.In some embodiments, the particulate inorganic material is or contains talc, optionally in combination with another particulate inorganic material such as, for example, calcium carbonate.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц представляет собой карбонат кальция, поверхность которого может быть обработана, при этом водная композиция дополнительно содержит одну или более добавок, отличных от неорганического материала в форме частиц, описанного в настоящем документе.In some embodiments, the particulate inorganic material is calcium carbonate, which can be surface treated, wherein the aqueous composition further comprises one or more additives other than the particulate inorganic material described herein.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц представляет собой каолин, например, пластинчатый или гиперпластинчатый каолин, поверхность которого может быть обработана, при этом водная композиция дополнительно содержит одну или более добавок, отличных от неорганического материала в форме частиц, описанного в настоящем документе.In some embodiments, the particulate inorganic material is kaolin, e.g., lamellar or hyperplaty kaolin, which can be surface treated, wherein the aqueous composition further comprises one or more additives other than the particulate inorganic material described herein.
Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц представляет собой тальк, поверхность которого может быть обработана, при этом водная композиция дополнительно содержит одну или более добавок, отличных от неорганического материала в форме частиц, описанного в настоящем документе.In some embodiments, the particulate inorganic material is talc, which can be surface treated, wherein the aqueous composition further comprises one or more additives other than the particulate inorganic material described herein.
Согласно некоторым вариантам реализации водная композиция, содержащая микрофибриллированную целлюлозу, не содержит неорганический материал в форме частиц, при этом водная композиция дополнительно содержит одну или более добавок, отличных от неорганического материала в форме частиц, описанного в настоящем документе.In some embodiments, the aqueous composition comprising microfibrillated cellulose does not contain particulate inorganic material, wherein the aqueous composition further comprises one or more additives other than the particulate inorganic material described herein.
Различные способы, описанные в настоящем документе, обеспечивают производство повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы, обладающей полезными свойствами.The various methods described herein provide for the production of re-dispersed microfibrillated cellulose with useful properties.
Таким образом, согласно дополнительному аспекту предложена композиция, содержащая повторно диспергированную микрофибриллированную целлюлозу, диспергированную в жидкой среде, которую можно получить способом согласно любому из аспектов, относящихся к способам и описанных в настоящем документе, и имеющая, при сравнимой концентрации, прочность на разрыв и/или вязкость, составляющую по меньшей мере 50% от прочности на разрыв и/или вязкости водной композиции микрофибриллированной целлюлозы до сушки, причем (i) микрофибриллированная целлюлоза в водной композиции имеет крутизну волокон от 20 до 50, и/или (ii) водная композиция микрофибриллированной целлюлозы содержит неорганический материал в форме частиц и необязательно дополнительно содержит добавку, отличную от неорганического материала в форме частиц.Thus, according to a further aspect, there is provided a composition comprising re-dispersed microfibrillated cellulose dispersed in a liquid medium, which can be obtained by a method according to any of the aspects relating to the methods described herein, and having, at a comparable concentration, tensile strength and/ or a viscosity of at least 50% of the tensile strength and/or viscosity of the aqueous microfibrillated cellulose composition prior to drying, wherein (i) the microfibrillated cellulose in the aqueous composition has a fiber twist of 20 to 50, and/or (ii) the aqueous microfibrillated cellulose composition cellulose contains particulate inorganic material and optionally further contains an additive other than particulate inorganic material.
Повторно диспергированную микрофибриллированную целлюлозу можно использовать в изделии, продукте или композиции, например, в бумажных, картонных, полимерных изделиях, красках и т.п.The redispersed microfibrillated cellulose can be used in an article, product or composition such as paper, board, plastic products, paints and the like.
Способы производства микрофибриллированной целлюлозы и необязательного неорганического материала в форме частицMethods for the production of microfibrillated cellulose and optional particulate inorganic material
Согласно некоторым вариантам реализации микрофибриллированную целлюлозу можно получить в присутствии или в отсутствии неорганического материала в форме частиц.In some embodiments, microfibrillated cellulose can be produced in the presence or absence of particulate inorganic material.
Микрофибриллированную целлюлозу получают из волокнистого субстрата, содержащего целлюлозу. Волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, можно получить из любого подходящего источника, такого как древесина, травы (например, сахарный тростник, бамбук) или тряпье (например, отходы текстильного производства, хлопок, пенька или лен). Волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, может быть в форме целлюлозной массы (т.е. суспензии целлюлозных волокон в воде), которую можно получить с помощью любой подходящей химической или механической обработки или путем их комбинации. Например, целлюлозная масса может представлять собой химическую целлюлозу, или химикотермомеханическую целлюлозу, или механическую целлюлозу, или макулатурную массу, или обрезки бумажного производства, или совокупные отходы бумажного производства, или отходы от бумажного производства, или растворимую целлюлозу, целлюлозную массу из кенафа, товарную целлюлозу, частично карбоксиметилированную целлюлозу, целлюлозную массу из абака, целлюлозную массу из болиголова, целлюлозную массу из древесины березы, целлюлозную массу из трав, целлюлозную массу из бамбука, целлюлозную массу из пальмового дерева, целлюлозную массу из арахисовой шелухи или их комбинацию. Целлюлозная масса может быть размолота (например, в размольном станке Валлея) и/или иным образом рафинирована (например, путем обработки в коническом или тарельчатом рафинере) с обеспечением любой предварительно заданной степени помола, выражаемой в данной области техники как садкость массы по канадскому стандарту Canadian Standard Freeness (CSF) в см3. CSF обозначает величину степени помола или степени обезвоживания целлюлозной массы, измеряемую с помощью скорости, с которой может быть дренирована суспензия целлюлозной массы. Например, целлюлозная масса перед микрофибриллированием может иметь садкость массы по канадскому стандарту примерно 10 см3 или больше. Целлюлозная масса может иметь величину CSF примерно 700 см3 или менее, например, величину, равную или меньшую примерно 650 см3, или равную или меньшую примерно 600 см3, или равную или меньшую примерно 550 см3, или равную или меньшую примерно 500 см3, или равную или меньшую примерно 450 см3, или равную или меньшую примерно 400 см3, или равную или меньшую примерно 350 см3, или равную или меньшую примерно 300 см3, или равную или меньшую примерно 250 см3, или равную или меньшую примерно 200 см3, или равную или меньшую примерно 150 см3, или равную или меньшую примерно 100 см3, или равную или меньшую примерно 50 см3. Затем целлюлозную массу можно подвергнуть обезвоживанию с применением способов, хорошо известных в данной области техники, например, целлюлозную массу можно отфильтровать через сито с получением влажного листа, содержащего по меньшей мере примерно 10% твердых веществ, например, по меньшей мере примерно 15% твердых веществ, или по меньшей мере примерно 20% твердых веществ, или по меньшей мере примерно 30% твердых веществ, или по меньшей мере примерно 40% твердых веществ. Целлюлозная масса может быть использована в нерафинированном виде, то есть не будучи размолота, или обезвожена, или очищена иным образом.Microfibrillated cellulose is obtained from a fibrous substrate containing cellulose. The fibrous substrate containing cellulose can be obtained from any suitable source such as wood, grasses (eg sugarcane, bamboo) or rags (eg textile waste, cotton, hemp or flax). The cellulose-containing fibrous substrate may be in the form of a pulp (ie, a suspension of cellulose fibers in water), which can be obtained by any suitable chemical or mechanical treatment, or by a combination of both. For example, the pulp can be chemical pulp, or chemothermomechanical pulp, or mechanical pulp, or waste pulp, or paper cuts, or total waste from paper manufacture, or waste from paper manufacture, or dissolving pulp, pulp from kenaf, market pulp , partially carboxymethylated cellulose, abacus pulp, hemlock pulp, birchwood pulp, grass pulp, bamboo pulp, palm tree pulp, peanut husk pulp, or a combination thereof. The pulp can be milled (for example, in a Valley mill) and/or otherwise refined (for example, by processing in a conical or plate refiner) to any predetermined degree of freeness, expressed in the art as the freeness of the pulp according to the Canadian standard Standard Freeness (CSF) in cm3 . CSF refers to the degree of freeness or dehydration of the pulp as measured by the rate at which the pulp slurry can be drained. For example, pulp prior to microfibrillation may have a Canadian Standard freeness of about 10 cc or greater. The pulp may have a CSF value of about 700 cm 3 or less, for example, a value equal to or less than about 650 cm 3 , or equal to or less than about 600 cm 3 , or equal to or less than about 550 cm 3 , or equal to or less than about 500 cm 3 , or equal to or less than about 450 cm 3 , or equal to or less than about 400 cm 3 , or equal to or less than about 350 cm 3 , or equal to or less than about 300 cm 3 , or equal to or less than about 250 cm 3 , or equal to or less than about 200 cm 3 , or equal to or less than about 150 cm 3 , or equal to or less than about 100 cm 3 , or equal to or less than about 50 cm 3 . The pulp may then be dehydrated using methods well known in the art, e.g., the pulp may be screened to provide a wet sheet containing at least about 10% solids, e.g., at least about 15% solids. , or at least about 20% solids, or at least about 30% solids, or at least about 40% solids. The pulp can be used in an unrefined form, that is, without being milled or dehydrated or otherwise refined.
Согласно некоторым вариантам реализации целлюлозную массу можно подвергнуть размолу в присутствии неорганического материала в форме частиц, такого как карбонат кальция.In some embodiments, the pulp can be milled in the presence of a particulate inorganic material such as calcium carbonate.
Для получения микрофибриллированной целлюлозы волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, можно добавить в сосуд для измельчения или гомогенизатор в сухом состоянии. Например, сухие бумажные обрезки можно добавить непосредственно в сосуд измельчителя. Водная среда в сосуде измельчителя будет далее облегчать образование целлюлозной массы.To obtain microfibrillated cellulose, a fibrous substrate containing cellulose can be added to a grinding vessel or a dry homogenizer. For example, dry paper cuttings can be added directly to the shredder vessel. The aqueous environment in the shredder vessel will further facilitate pulp formation.
Стадию микрофибриллирования можно выполнить в любом подходящем аппарате, в том числе, но не ограничиваясь ими, в рафинере. Согласно одному из вариантов реализации стадию микрофибриллирования проводят в сосуде для измельчения в условиях мокрого измельчения. Согласно другому варианту реализации стадию микрофибриллирования осуществляют в гомогенизаторе. Каждый из указанных вариантов реализации более подробно описан ниже.The microfibrillation step can be performed in any suitable apparatus, including, but not limited to, a refiner. In one embodiment, the microfibrillation step is carried out in a grinding vessel under wet grinding conditions. In another embodiment, the microfibrillation step is carried out in a homogenizer. Each of these embodiments is described in more detail below.
• мокрое измельчение• wet grinding
Такое измельчение удобно осуществлять общепринятым способом. Указанное измельчение может представлять собой процесс измельчения истиранием в присутствии абразивного материала в форме частиц или может представлять собой процесс самоизмельчения, т.е. процесс, выполняемый в отсутствии абразивного материала. Под абразивным материалом подразумевают среду, отличную от неорганического материала в форме частиц, который согласно некоторым вариантам реализации можно подвергнуть совместному измельчению с волокнистым субстратом, содержащим целлюлозу.Such grinding is conveniently carried out in a conventional manner. Said grinding may be an attrition grinding process in the presence of a particulate abrasive, or may be an auto-grinding process, i. e. a process carried out in the absence of abrasive material. By abrasive is meant a medium other than particulate inorganic material, which, in some embodiments, can be co-milled with a cellulose-containing fibrous substrate.
Абразивный материал в форме частиц, при наличии, может представлять собой природный или синтетический материал. Абразивный материал может, например, содержать шарики, гранулы или пеллеты из любого твердого минерального, керамического или металлического материала. Такие материалы могут включать, например, оксид алюминия, диоксид циркония, силикат циркония, силикат алюминия или богатый муллитом материал, получаемый путем кальцинирования каолинитовой глины при температуре в диапазоне от примерно 1300°С до примерно 1800°С. Например, согласно некоторым вариантам реализации используют абразивный материал Carbolite® (Карболит). Альтернативно, можно использовать частицы природного песка с подходящим размером частиц.The particulate abrasive, if present, may be a natural or synthetic material. The abrasive material may, for example, contain balls, granules or pellets of any hard mineral, ceramic or metallic material. Such materials may include, for example, alumina, zirconia, zirconium silicate, aluminum silicate, or a mullite-rich material obtained by calcining kaolinite clay at a temperature in the range from about 1300°C to about 1800°C. For example, in some embodiments, Carbolite® abrasive is used. Alternatively, natural sand particles of a suitable particle size may be used.
Согласно другим вариантам реализации можно использовать абразивный материал из древесины твердых пород (например, древесную муку).In other embodiments, a hardwood abrasive (eg, wood flour) may be used.
В общем случае тип и размер частиц абразивного материала, выбираемого для применения в настоящем изобретении, могут зависеть от таких свойств, как, например, размер частиц и химический состав сырьевой суспензии измельчаемого материала. Согласно некоторым вариантам реализации абразивный материал в форме частиц содержит частицы со средним диаметром, составляющим от примерно 0,1 мм до примерно 6,0 мм, например, от примерно 0,2 мм до примерно 4,0 мм. Абразивный материал (или среда) может присутствовать в количестве не более примерно 70% по объему относительно объема загрузки. Абразивный материал может присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере примерно 10% по объему относительно объема загрузки, например, по меньшей мере примерно 20% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 30% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 40% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 50% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 60% по объему относительно объема загрузки.In general, the type and particle size of the abrasive material selected for use in the present invention may depend on properties such as, for example, the particle size and chemical composition of the feed slurry of the material to be ground. In some embodiments, the particulate abrasive comprises particles with a median diameter of from about 0.1 mm to about 6.0 mm, such as from about 0.2 mm to about 4.0 mm. The abrasive material (or medium) may be present in an amount of no more than about 70% by volume relative to the volume of the load. The abrasive material may be present in an amount of at least about 10% by volume relative to the volume of the load, for example, at least about 20% by volume relative to the volume of the load, or at least about 30% by volume relative to the volume of the load, or at least at least about 40% by volume relative to the download volume, or at least about 50% by volume relative to the download volume, or at least about 60% by volume relative to the download volume.
Измельчение можно осуществить в одну или более стадий. Например, крупнозернистый неорганический материал в форме частиц можно измельчать в сосуде измельчителя до обеспечения предварительно заданного распределения частиц по размерам, после чего туда добавляют волокнистый материал, содержащий целлюлозу, и продолжают измельчение до получения требуемого уровня микрофибриллирования.Grinding can be carried out in one or more stages. For example, particulate coarse inorganic material can be ground in a mill vessel to a predetermined particle size distribution, after which the cellulose-containing fibrous material is added thereto, and milling is continued until the desired level of microfibrillation is obtained.
Неорганический материал в форме частиц можно подвергнуть мокрому или сухому измельчению в отсутствии или присутствии абразивного материала. В случае стадии мокрого измельчения крупнозернистый неорганический материал в форме частиц измельчают в водной суспензии в присутствии абразивного материала.The particulate inorganic material can be wet or dry ground in the absence or presence of an abrasive. In the case of the wet grinding step, coarse inorganic particulate material is ground in an aqueous suspension in the presence of an abrasive material.
Согласно одному из вариантов реализации средний размер частиц (d50) неорганического материала в форме частиц уменьшается во время процесса совместного измельчения. Например, d50 неорганического материала в форме частиц может быть уменьшен на по меньшей мере примерно 10% (как измерено с помощью прибора Malvern Mastersizer S), например, d50 неорганического материала в форме частиц может быть уменьшен на по меньшей мере примерно 20%, или уменьшен на по меньшей мере примерно 30%, или уменьшен на по меньшей мере примерно 50%, или уменьшен на по меньшей мере примерно 50%, или уменьшен на по меньшей мере примерно 60%, или уменьшен на по меньшей мере примерно 70%, или уменьшен на по меньшей мере примерно 80%, или уменьшен на по меньшей мере примерно 90%. Например, неорганический в форме частиц материал, имеющий d50 2,5 мкм перед совместным измельчением и d50 1,5 мкм после совместного измельчения, будет подвергнут уменьшению размера частиц на 40%. Согласно некоторым вариантам реализации средний размер частиц неорганического материала в форме частиц незначительно уменьшается во время процесса совместного измельчения. Под «незначительно уменьшается» подразумевают, что d50 неорганического материала в форме частиц уменьшается на менее, чем примерно 10%, например, d50 неорганического материала в форме частиц уменьшается на менее, чем примерно 5%.In one embodiment, the average particle size (d 50 ) of the particulate inorganic material decreases during the co-grinding process. For example, the d 50 of the inorganic particulate material can be reduced by at least about 10% (as measured by the Malvern Mastersizer S), for example, the d 50 of the inorganic particulate material can be reduced by at least about 20%, or reduced by at least about 30%, or reduced by at least about 50%, or reduced by at least about 50%, or reduced by at least about 60%, or reduced by at least about 70%, or reduced by at least about 80%, or reduced by at least about 90%. For example, a particulate inorganic material having a d 50 of 2.5 μm before co-grinding and a d 50 of 1.5 μm after co-milling will undergo a 40% reduction in particle size. In some embodiments, the average particle size of the particulate inorganic material decreases slightly during the co-grinding process. By "slightly reduced" is meant that the d 50 of the inorganic particulate material is reduced by less than about 10%, for example, the d 50 of the inorganic particulate material is reduced by less than about 5%.
Волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, можно подвергнуть микрофибриллированию необязательно в присутствии неорганического материала в форме частиц, с получением микрофибриллированной целлюлозы с d50, составляющим от примерно 5 мкм до примерно 500 мкм, как измерено с помощью рассеяния лазерного излучения. Волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, можно подвергнуть микрофибриллированию необязательно в присутствии неорганического материала в форме частиц, с получением микрофибриллированной целлюлозы с d50, равным или меньшим примерно 400 мкм, например, равным или меньшим примерно 300 мкм, или равным или меньшим примерно 200 мкм, или равным или меньшим примерно 150 мкм, или равным или меньшим примерно 125 мкм, или равным или меньшим примерно 100 мкм, или равным или меньшим примерно 90 мкм, или равным или меньшим примерно 80 мкм, или равным или меньшим примерно 70 мкм, или равным или меньшим примерно 60 мкм, или равным или меньшим примерно 50 мкм, или равным или меньшим примерно 40 мкм, или равным или меньшим примерно 30 мкм, или равным или меньшим примерно 20 мкм, или равным или меньшим примерно 10 мкм.The fibrous substrate containing cellulose can be microfibrillated, optionally in the presence of particulate inorganic material, to form microfibrillated cellulose with a d 50 of about 5 µm to about 500 µm as measured by laser light scattering. The cellulose-containing fibrous substrate may be microfibrillated, optionally in the presence of particulate inorganic material, to produce microfibrillated cellulose with a d 50 equal to or less than about 400 µm, such as equal to or less than about 300 µm, or equal to or less than about 200 µm, or equal to or less than about 150 µm, or equal to or less than about 125 µm, or equal to or less than about 100 µm, or equal to or less than about 90 µm, or equal to or less than about 80 µm, or equal to or less than about 70 µm, or equal to or less than about 60 µm, or equal to or less than about 50 µm, or equal to or less than about 40 µm, or equal to or less than about 30 µm, or equal to or less than about 20 µm, or equal to or less than about 10 µm.
Волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, можно подвергнуть микрофибриллированию необязательно в присутствии неорганического материала в форме частиц, с получением микрофибриллированной целлюлозы, имеющей модальный размер частиц волокна примерно от 0,1 до 500 мкм и модальный размер частиц неорганического материала в форме частиц от 0,25 до 20 мкм. Волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, можно подвергнуть микрофибриллированию необязательно в присутствии неорганического материала в форме частиц с получением микрофибриллированной целлюлозы, имеющей модальный размер частиц волокна по меньшей мере примерно 0,5 мкм, например, по меньшей мере примерно 10 мкм, или по меньшей мере примерно 50 мкм, или по меньшей мере примерно 100 мкм, или по меньшей мере примерно 150 мкм, или по меньшей мере примерно 200 мкм, или по меньшей мере примерно 300 мкм, или по меньшей мере примерно 400 мкм.The cellulose-containing fibrous substrate may be microfibrillated, optionally in the presence of a particulate inorganic material, to produce microfibrillated cellulose having a modal fiber particle size of about 0.1 to 500 µm and a modal particle size of the inorganic particulate material of 0.25 to 20 µm. The cellulose-containing fibrous substrate may be microfibrillated, optionally in the presence of a particulate inorganic material, to produce microfibrillated cellulose having a modal fiber particle size of at least about 0.5 microns, such as at least about 10 microns, or at least about 50 µm, or at least about 100 µm, or at least about 150 µm, or at least about 200 µm, or at least about 300 µm, or at least about 400 µm.
Волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу, можно подвергнуть микрофибриллированию необязательно в присутствии неорганического материала в форме частиц с получением микрофибриллированной целлюлозы, имеющей крутизну волокон, как описано выше.The cellulose-containing fibrous substrate can be microfibrillated, optionally in the presence of a particulate inorganic material, to produce microfibrillated cellulose having fiber toughness as described above.
Измельчение можно выполнить в сосуде для измельчения, таком как барабанная мельница (например, стержневая, шаровая и самоизмельчающая мельница), мельница с перемешиванием мелющей среды (например, SAM или IsaMill), башенная мельница, детритор (detritor) с перемешиванием мелющей среды (SMD) или сосуд для измельчения, содержащий вращающиеся параллельные размольные диски, между которыми подается измельчаемое сырье.Grinding can be carried out in a grinding vessel such as a drum mill (e.g. rod, ball and self-grinding mill), stirred media mill (e.g. SAM or IsaMill), tower mill, stirred media detritor (SMD) or a grinding vessel containing rotating parallel grinding discs between which the material to be ground is fed.
Согласно одному из вариантов реализации сосуд для измельчения представляет собой башенную мельницу. Башенная мельница может содержать неподвижную зону, расположенную выше одной или более зон измельчения. Неподвижная зона представляет собой область, расположенную в направлении верхней части внутреннего пространства башенной мельницы, в которой происходит минимальное измельчение или вообще не происходит измельчение и которая содержит микрофибриллированную целлюлозу и необязательно неорганический материал в форме частиц. Неподвижная зона представляет собой область, в которой частицы абразивного материала осаждаются вниз в одну или более зон измельчения башенной мельницы.In one embodiment, the grinding vessel is a tower mill. The tower mill may include a fixed zone located above one or more grinding zones. The fixed zone is an area towards the top of the interior of the tower mill in which there is minimal or no grinding and which contains microfibrillated cellulose and optionally particulate inorganic material. The stationary zone is the region in which the abrasive material particles are deposited downward into one or more grinding zones of the tower mill.
Башенная мельница может содержать сортировочную машину, расположенную выше одной или более зон измельчения. Согласно одному из вариантов реализации сортировочную машину устанавливают наверху и располагают рядом с неподвижной зоной. Сортировочная машин может представлять собой гидроциклон.The tower mill may include a grading machine located above one or more grinding zones. According to one embodiment, the sorting machine is installed at the top and located next to the fixed area. The sorting machine may be a hydrocyclone.
Башенная мельница может содержать сито, расположенное выше одной или более зон измельчения. Согласно одному из вариантов реализации сито размещают рядом с неподвижной зоной и/или сортировочной машиной. Сито может иметь размер, позволяющий отделять абразивный материал от конечной водной суспензии, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и необязательный неорганический материал в форме частиц, и усиливать осаждение абразивного материала.Tower mill may contain a sieve located above one or more grinding zones. According to one embodiment, the sieve is placed adjacent to the fixed area and/or the grading machine. The sieve may be sized to separate the abrasive from the final aqueous slurry containing microfibrillated cellulose and optional particulate inorganic material and enhance the settling of the abrasive.
Согласно одному из вариантов реализации измельчение осуществляют в условиях поршневого режима потока. В условиях поршневого режима поток через башню является таковым, что происходит ограниченное перемешивание измельчающих материалов, проходящих через башню. Это означает, что в различных точках вдоль длины башенной мельницы вязкость водной среды будет изменяться по мере увеличения тонкости измельчения микрофибриллированной целлюлозы. Таким образом, фактически можно считать, что область измельчения в башенной мельнице содержит одну или более зон измельчения, имеющих характеристическую вязкость. Специалист в данной области техники поймет, что не существует резкой границы между соседними зонами измельчения в отношении вязкости.According to one embodiment, grinding is carried out under plug flow conditions. Under plugging conditions, the flow through the tower is such that there is limited mixing of the grinding materials passing through the tower. This means that at various points along the length of the tower mill, the viscosity of the aqueous medium will change as the fineness of the microfibrillated cellulose is increased. Thus, in fact, it can be considered that the grinding area in the tower mill contains one or more grinding zones having an intrinsic viscosity. One skilled in the art will appreciate that there is no sharp boundary between adjacent grinding zones in terms of viscosity.
Согласно одному из вариантов реализации воду добавляют в верхнюю часть мельницы непосредственно в неподвижную зону, или в сортировочную машину или в сито, расположенные выше одной или более зон измельчения, для уменьшения вязкости водной суспензии, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и необязательный неорганический материал в форме частиц, в указанных зонах мельницы. Было установлено, что при разбавлении готовой микрофибриллированной целлюлозы и необязательного неорганического материала в форме частиц в этой точке мельницы улучшается предотвращение уноса абразивного материала в неподвижную зону, и/или сортировочную машину, и/или сито. Кроме того, ограниченное перемешивание через башню позволяет опустить обработку при более высоком содержании твердых веществ в нижнюю часть башни и разбавить сверху ограниченным обратным потоком разбавляющей воды, поступающей обратно в нижнюю часть башни в одну или более зон измельчения. Может быть добавлено любое подходящее количество воды, которое будет эффективным для разбавления вязкости готовой водной суспензии, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и необязательный неорганический материал в форме частиц. Воду можно добавлять непрерывно во время процесса измельчения или через равные промежутки времени или в случайные моменты времени.In one embodiment, water is added to the top of the mill directly to the fixed zone, or to the grading machine or sieve above one or more grinding zones, to reduce the viscosity of an aqueous slurry containing microfibrillated cellulose and an optional particulate inorganic material, specified areas of the mill. It has been found that by diluting the finished microfibrillated cellulose and the optional particulate inorganic material at this point in the mill, the prevention of carryover of the abrasive material into the fixed zone and/or grading machine and/or sieve is improved. In addition, limited mixing through the tower allows the higher solids treatment to be lowered to the bottom of the tower and diluted from above by a limited backflow of dilution water flowing back to the bottom of the tower to one or more grinding zones. Any suitable amount of water may be added that is effective to dilute the viscosity of the final aqueous suspension containing microfibrillated cellulose and optional particulate inorganic material. Water can be added continuously during the grinding process or at regular intervals or at random times.
Согласно другому варианту реализации воду можно добавлять в одну или более зон измельчения через одну или более точек нагнетания воды, расположенных вдоль длины башенной мельницы, или через каждую точку нагнетания воды, расположенную в месте, соответствующем одной или более зонам измельчения. Предпочтительно, чтобы возможность добавлять воду в различных точках вдоль башни позволяла дополнительно регулировать условия измельчения в любом или во всех местах вдоль мельницы.In another embodiment, water can be added to one or more grinding zones through one or more water injection points located along the length of the tower mill, or through each water injection point located at a location corresponding to one or more grinding zones. Preferably, the ability to add water at various points along the tower allows further adjustment of grinding conditions at any or all locations along the mill.
Башенная мельница может содержать вертикальный лопастной вал, оборудованный серией лопастных вращающихся дисков по всей его длине. Работа роторных лопастных вращающихся дисков создает ряд дискретных зон измельчения по всей мельнице.The tower mill may comprise a vertical paddle shaft equipped with a series of paddle rotating discs along its entire length. The operation of the rotary paddle rotating discs creates a series of discrete grinding zones throughout the mill.
Согласно другому варианту реализации измельчение осуществляют в измельчителе с сетчатым фильтром, таком как детритор с перемешиванием мелющей среды. Измельчитель с сетчатым фильтром может содержать одно или более сито(сит) с номинальным размером отверстий, составляющим по меньшей мере примерно 250 мкм, например, номинальный размер отверстий одного или более сит может составлять по меньшей мере примерно 300 мкм, или по меньшей мере примерно 350 мкм, или по меньшей мере примерно 400 мкм, или по меньшей мере примерно 450 мкм, или по меньшей мере примерно 500 мкм, или по меньшей мере примерно 550 мкм, или по меньшей мере примерно 600 мкм, или по меньшей мере примерно 650 мкм, или по меньшей мере примерно 700 мкм, или по меньшей мере примерно 750 мкм, или по меньшей мере примерно 800 мкм, или по меньшей мере примерно 850 мкм, или по меньшей мере примерно 900 мкм, или по меньшей мере примерно 1000 мкм.In another embodiment, grinding is carried out in a screened grinder, such as a stirred media detritor. The strainer grinder may comprise one or more sieve(s) with a nominal opening size of at least about 250 µm, for example, one or more sieves may have a nominal opening size of at least about 300 µm, or at least about 350 µm, or at least about 400 µm, or at least about 450 µm, or at least about 500 µm, or at least about 550 µm, or at least about 600 µm, or at least about 650 µm, or at least about 700 microns, or at least about 750 microns, or at least about 800 microns, or at least about 850 microns, or at least about 900 microns, or at least about 1000 microns.
Перечисленные только что выше размеры сита применимы к описанным выше вариантам реализации башенной мельницы.The screen sizes just listed above apply to the tower mill embodiments described above.
Как указано выше, измельчение можно осуществить в присутствии абразивного материала. Согласно одному из вариантов реализации абразивный материал представляет собой крупнозернистую среду, содержащую частицы со средним диаметром в диапазоне примерно от 1 мм до примерно 6 мм, например, примерно 2 мм, или примерно 3 мм, или примерно 4 мм, или примерно 5 мм.As mentioned above, grinding can be carried out in the presence of an abrasive material. In one embodiment, the abrasive material is a coarse media containing particles with an average diameter ranging from about 1 mm to about 6 mm, such as about 2 mm, or about 3 mm, or about 4 mm, or about 5 mm.
Согласно другому варианту реализации абразивный материал имеет удельный вес, составляющий по меньшей мере примерно 2,5, например, по меньшей мере примерно 3, или по меньшей мере примерно 3,5, или по меньшей мере примерно 4,0, или по меньшей мере примерно 4,5, или по меньшей мере примерно 5,0, или по меньшей мере примерно 5,5, или по меньшей мере примерно 6,0.In another embodiment, the abrasive has a specific gravity of at least about 2.5, such as at least about 3, or at least about 3.5, or at least about 4.0, or at least about 4.5, or at least about 5.0, or at least about 5.5, or at least about 6.0.
Согласно другому варианту реализации абразивный материал содержит частицы со средним диаметром в диапазоне от примерно 1 мм до примерно 6 мм и имеет удельный вес по меньшей мере примерно 2,5.In another embodiment, the abrasive material contains particles with an average diameter ranging from about 1 mm to about 6 mm and has a specific gravity of at least about 2.5.
Согласно другому варианту реализации абразивный материал содержит частицы со средним диаметром примерно 3 мм и имеет удельный вес примерно 2,7.In another embodiment, the abrasive material contains particles with an average diameter of about 3 mm and has a specific gravity of about 2.7.
Как описано выше, абразивный материал (или среда) может присутствовать в количестве, составляющем не более примерно 70% по объему относительно объема загрузки. Абразивный материал может присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере примерно 10% по объему относительно объема загрузки, например, по меньшей мере примерно 20% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 30% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 40% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 50% по объему относительно объема загрузки, или по меньшей мере примерно 60% по объему относительно объема загрузки.As described above, the abrasive material (or medium) may be present in an amount of no more than about 70% by volume relative to the volume of the load. The abrasive material may be present in an amount of at least about 10% by volume relative to the volume of the load, for example, at least about 20% by volume relative to the volume of the load, or at least about 30% by volume relative to the volume of the load, or at least at least about 40% by volume relative to the download volume, or at least about 50% by volume relative to the download volume, or at least about 60% by volume relative to the download volume.
Согласно одному из вариантов реализации абразивный материал присутствует в количестве, составляющем примерно 50% по объему относительно объема загрузки.In one embodiment, the abrasive material is present in an amount of about 50% by volume relative to the load volume.
Под «загрузкой» подразумевают композицию, представляющую собой сырье, подаваемое в сосуд измельчителя. Загрузка содержит воду, абразивный материал, волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу и необязательно неорганический материал в форме частиц, и любые другие необязательные добавки, описанные в настоящем документе.By "load" is meant the composition, which is the raw material fed into the grinder vessel. The load contains water, an abrasive material, a fibrous substrate containing cellulose and optionally particulate inorganic material, and any other optional additives described herein.
Преимущество применения относительно крупнозернистой и/или тяжелой среды состоит в улучшении (т.е. увеличении) скоростей осаждения и уменьшении уноса среды через неподвижную зону и/или сортировочную машину и/или сито(а).The advantage of using a relatively coarse and/or heavy medium is to improve (ie increase) settling rates and reduce entrainment of the medium through the fixed zone and/or grading machine and/or sieve(s).
Дополнительное преимущество от применения относительно крупнозернистого абразивного материала состоит в том, что средний размер частиц (d50) неорганического материала в форме частиц может и не уменьшаться в значительной степени во время процесса измельчения, так что энергия, передаваемая системе измельчения, будет в основном затрачиваться на микрофибриллирование волокнистого субстрата, содержащего целлюлозу.An additional advantage of using a relatively coarse abrasive material is that the average particle size (d 50 ) of the particulate inorganic material may not decrease significantly during the grinding process, so that the energy transferred to the grinding system will be mainly spent on microfibrillation of a fibrous substrate containing cellulose.
Еще одно преимущество от применения сит с относительно крупными отверстиями заключается в том, что на стадии микрофибриллирования можно использовать относительно крупнозернистый или тяжелый абразивный материал. Кроме того, применение сит с относительно крупными отверстиями (т.е. с номинальным отверстием, составляющим по меньшей мере примерно 250 мкм) позволяет обрабатывать и удалять из измельчителя продукт с относительно высоким содержанием твердых веществ, что позволяет обрабатывать сырье с относительно высоким содержанием твердых веществ (содержащее волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу и неорганический материал в форме частиц) в ходе экономически рентабельного процесса. Как обсуждается ниже, было обнаружено, что сырье с высоким исходным содержанием твердых веществ является оптимальным с точки зрения обеспеченности энергией. Кроме того, также было установлено, что продукт, полученный (при данной энергии) при меньшем содержании твердых веществ, характеризуется более крупным распределением частиц по размерам.Another advantage of using screens with relatively large openings is that a relatively coarse or heavy abrasive can be used in the microfibrillation step. In addition, the use of sieves with relatively large openings (i.e., a nominal opening of at least about 250 µm) allows relatively high solids content to be processed and removed from the grinder, thereby allowing relatively high solids content to be processed. (comprising a fibrous substrate containing cellulose and particulate inorganic material) in an economically viable process. As discussed below, feedstocks with a high initial solids content have been found to be optimal in terms of energy availability. In addition, it has also been found that a product obtained (at a given energy) at a lower solids content has a larger particle size distribution.
Измельчение можно осуществить в каскаде сосудов для измельчения, один или более из которых может содержать одну или более зон измельчения. Например, волокнистый субстрат, содержащий целлюлозу и неорганический материал в форме частиц, можно измельчать в каскаде из двух или более сосудов для измельчения, например, в каскаде из трех или более сосудов для измельчения, или в каскаде из четырех или более сосудов для измельчения, или в каскаде из пяти или более сосудов для измельчения, или в каскаде из шести или более сосудов для измельчения, или в каскаде из семи или более сосудов для измельчения, или в каскаде из восьми или более сосудов для измельчения, или в каскаде из девяти или более сосудов для измельчения, соединенных последовательно, или каскаде, содержащем до десяти сосудов для измельчения. Каскад сосудов для измельчения может быть последовательно или параллельно функционально связан или представлять собой комбинацию последовательных и параллельных соединений. Материал, выводимый и/или вводимый в один или более сосудов для измельчения в каскаде, может подвергаться одной или более стадиям просеивания и/или одной или более стадиям классификации частиц по крупности.Grinding can be carried out in a cascade of grinding vessels, one or more of which may contain one or more grinding zones. For example, a fibrous substrate containing cellulose and particulate inorganic material can be ground in a cascade of two or more grind vessels, such as a cascade of three or more grind vessels, or a cascade of four or more grind vessels, or in a cascade of five or more grinding vessels, or in a cascade of six or more grinding vessels, or in a cascade of seven or more grinding vessels, or in a cascade of eight or more grinding vessels, or in a cascade of nine or more grinding vessels connected in series, or a cascade containing up to ten grinding vessels. The cascade of grinding vessels may be operatively connected in series or parallel, or be a combination of series and parallel connections. Material withdrawn from and/or introduced into one or more cascaded grinding vessels may be subjected to one or more screening steps and/or one or more particle size classification steps.
Технологический цикл может включать комбинацию одного или более сосудов для измельчения и гомогенизатор.The process cycle may include a combination of one or more grinding vessels and a homogenizer.
Согласно одному из вариантов реализации измельчение осуществляют в замкнутом цикле. Согласно другому варианту реализации измельчение осуществляют в открытом цикле. Измельчение можно осуществлять в периодическом режиме. Измельчение можно осуществлять в периодическом режиме с рециркуляцией.According to one embodiment, grinding is carried out in a closed loop. According to another embodiment, grinding is carried out in an open circuit. Grinding can be carried out in batch mode. Grinding can be carried out in batch mode with recirculation.
Как описано выше, цикл измельчения может включать стадию предварительного измельчения, на которой крупнозернистые неорганические твердые частицы измельчают в сосуде измельчителя до обеспечения предварительно заданного распределения частиц по размерам, после чего волокнистый материал, содержащий целлюлозу, объединяют с предварительно измельченным неорганическим материалом в форме частиц и продолжают измельчение в том же или другом сосуде для измельчения до получения требуемого уровня микрофибриллирования.As described above, the pulverizing cycle may include a pre-pulverizing step in which the coarse inorganic solids are pulverized in a pulverizer vessel to a predetermined particle size distribution, after which the cellulose-containing fibrous material is combined with the particulate pre-pulverized inorganic material and continues. grinding in the same or another grinding vessel until the desired level of microfibrillation is obtained.
Поскольку суспензия измельчаемого материала может иметь относительно высокую вязкость, перед измельчением в суспензию можно добавить подходящий диспергирующий агент. Диспергирующий агент может представлять собой, например, водорастворимый конденсированный фосфат, поликремниевую кислоту или ее соль или полиэлектролит, например, водорастворимую соль поли(акриловой кислоты) или поли(метакриловой кислоты) со среднечисленной молекулярной массой не более 80000. Количество применяемого диспергирующего агента в общем случае будет составлять от 0,1 до 2,0% по массе в расчете на массу сухого неорганического твердого материала в форме частиц. Суспензию можно измельчить подходящим образом при температуре в диапазоне от 4°С до 100°С.Since the slurry of material to be ground may have a relatively high viscosity, a suitable dispersing agent may be added to the slurry prior to grinding. The dispersing agent may be, for example, a water-soluble condensed phosphate, polysilicic acid, or a salt or polyelectrolyte thereof, for example, a water-soluble salt of poly(acrylic acid) or poly(methacrylic acid) with a number average molecular weight of not more than 80,000. will be from 0.1 to 2.0% by weight, based on the weight of the dry inorganic solid material in the form of particles. The suspension can be crushed in a suitable way at a temperature in the range from 4°C to 100°C.
Другие добавки, которые могут быть введены на стадии микрофибриллирования, включают: карбоксиметилцеллюлозу, амфотерную карбоксиметилцеллюлозу, окислители, 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил (TEMPO), производные TEMPO и ферменты, разлагающие древесину.Other additives that can be added to the microfibrillation step include: carboxymethyl cellulose, amphoteric carboxymethyl cellulose, oxidizing agents, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO), TEMPO derivatives, and wood degrading enzymes.
Показатель рН суспензии измельчаемого материала может составлять примерно 7 или больше, чем примерно 7 (т.е. быть основным), например, показатель рН суспензии может составлять примерно 8, или примерно 9, или примерно 10, или примерно 11. Показатель рН суспензии измельчаемого материала может составлять менее примерно 7 (т.е. быть кислотным), например, показатель рН суспензии может составлять примерно 6, или примерно 5, или примерно 4, или примерно 3. Показатель рН суспензии измельчаемого материала можно регулировать путем добавления подходящего количества кислоты или основания. Подходящие основания включают гидроксиды щелочных металлов, такие как, например, NaOH. Другими подходящими основаниями являются карбонат натрия и аммиак. Подходящие кислоты включают неорганические кислоты, такие как соляная и серная кислота, или органические кислоты. Примером кислоты является ортофосфорная кислота.The pH of the slurry to be ground may be about 7 or greater than about 7 (i.e., basic), for example, the pH of the slurry may be about 8, or about 9, or about 10, or about 11. The pH of the slurry to be ground material may be less than about 7 (i.e., be acidic), for example, the pH of the slurry may be about 6, or about 5, or about 4, or about 3. The pH of the slurry of material to be ground can be adjusted by adding an appropriate amount of acid or grounds. Suitable bases include alkali metal hydroxides such as, for example, NaOH. Other suitable bases are sodium carbonate and ammonia. Suitable acids include inorganic acids such as hydrochloric and sulfuric acid, or organic acids. An example of an acid is phosphoric acid.
Количество неорганического материала в форме частиц, при наличии, и целлюлозной массы в совместно измельчаемой смеси можно варьировать для получения суспензии, которая подходит для сушки и повторного диспергирования и/или которая может быть дополнительно модифицирована, например, с помощью дополнительного неорганического материала в форме частиц и/или добавки, отличной от неорганического материала в форме частиц, с получением суспензии, подходящей для сушки или по меньшей мере частичной сушки, необязательной транспортировки в другое место, повторного диспергирования и применения для получения изделия, продукта или композиции.The amount of particulate inorganic material, if present, and pulp in the cogrind mixture can be varied to produce a slurry that is suitable for drying and redispersion and/or that can be further modified, for example, with additional inorganic particulate material and /or an additive other than particulate inorganic material to form a slurry suitable for drying or at least partial drying, optional transport to another location, redispersion and use to obtain an article, product or composition.
• гомогенизация• homogenization
Микрофибриллирование волокнистого субстрата, содержащего целлюлозу, можно осуществить во влажных условиях, необязательно, в присутствии неорганического материала в форме частиц, способом, в котором смесь целлюлозной массы и необязательного неорганического материала в форме частиц выдерживают под давлением (например, под давлением примерно 500 бар) и затем направляют в зону с более низким давлением. Скорость, с которой смесь проходит в зону низкого давления, является достаточно высокой, а давление в зоне низкого давления является достаточно низким, чтобы вызвать микрофибриллирование целлюлозных волокон. Например, может возникнуть перепад давления за счет нагнетания смеси через кольцеобразное отверстие, имеющее узкое входное устье и значительно большее выходное устье. Резкое снижение давления при ускоренном движении смеси в большой объем (то есть зону более низкого давления) индуцирует кавитацию, которая вызывает микрофибриллирование. Согласно одному из вариантов реализации микрофибриллирование волокнистого субстрата, содержащего целлюлозу, можно осуществить в гомогенизаторе во влажных условиях необязательно в присутствии неорганического материала в форме частиц. В гомогенизаторе целлюлозную массу и необязательный неорганический материал в форме частиц выдерживают под давлением (например, под давлением приблизительно 500 бар) и продавливают через небольшое сопло или устье. Смесь может быть под давлением, составляющим от примерно 100 до примерно 1000 бар, например, под давлением, равным или большим 300 бар, или равным или большим примерно 500, или равным или большим примерно 200 бар, или равным или большим примерно 700 бар. Гомогенизация подвергает волокна воздействию высоких значений усилий сдвига, так что по мере выхода находящейся под давлением целлюлозной массы из сопла или устья, кавитация приводит к микрофибриллированию целлюлозных волокон в целлюлозной массе. Для улучшения текучести суспензии через гомогенизатор можно добавить дополнительное количество воды. Полученную водную суспензию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу и необязательный неорганический материал в форме частиц, можно возвратить обратно во входное отверстие гомогенизатора для многократного прохождения через гомогенизатор. При наличии и когда неорганический материал в форме частиц представляет собой природный пластинчатый минерал, такой как каолин, гомогенизация не только облегчает микрофибриллирование целлюлозной массы, но также может способствовать расслоению пластинчатого материала в форме частиц.Microfibrillation of a fibrous substrate containing cellulose can be carried out under humid conditions, optionally in the presence of particulate inorganic material, in a manner in which a mixture of pulp and optional inorganic particulate material is held under pressure (for example, at a pressure of about 500 bar) and then sent to a zone with lower pressure. The rate at which the mixture passes into the low pressure zone is fast enough and the pressure in the low pressure zone is low enough to cause microfibrillation of the cellulose fibers. For example, a pressure drop can occur by forcing the mixture through an annular orifice having a narrow inlet and a much larger outlet. The sudden decrease in pressure as the mixture moves rapidly into a large volume (i.e., a zone of lower pressure) induces cavitation, which causes microfibrillation. In one embodiment, microfibrillation of the cellulose-containing fibrous substrate can be carried out in a homogenizer under humid conditions, optionally in the presence of particulate inorganic material. In the homogenizer, the pulp and optional particulate inorganic material are held under pressure (eg, about 500 bar) and forced through a small nozzle or orifice. The mixture may be at a pressure of from about 100 to about 1000 bar, for example, at a pressure equal to or greater than 300 bar, or equal to or greater than about 500, or equal to or greater than about 200 bar, or equal to or greater than about 700 bar. Homogenization exposes the fibers to high shear forces such that as the pressurized pulp exits the nozzle or orifice, cavitation results in microfibrillation of the cellulose fibers in the pulp. Additional water can be added to improve the fluidity of the slurry through the homogenizer. The resulting aqueous slurry containing microfibrillated cellulose and optional particulate inorganic material can be returned back to the homogenizer inlet for multiple passes through the homogenizer. When present and when the inorganic particulate material is a natural lamellar mineral such as kaolin, homogenization not only facilitates microfibrillation of the pulp, but can also promote delamination of the lamellar particulate material.
Примером гомогенизатора является гомогенизатор Manton Gaulin (APV).An example of a homogenizer is the Manton Gaulin (APV) homogenizer.
После выполнения стадии микрофибриллирования водную суспензию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу и необязательный неорганический материал в форме частиц, можно пропустить через сито для удаления волокна выше определенного размера и для удаления любого абразивного материала. Например, суспензию можно подвергнуть просеиванию с помощью сита с выбранным номинальным размером отверстий для удаления волокон, не проходящих через такое сито. Номинальный размер отверстий обозначает номинальное центральное расстояние между противоположными сторонами квадратного отверстия или номинальный диаметр круглого отверстия. Сито может представлять собой сито BSS (British standard sieve - стандартное сито британской гранулометрической шкалы) (согласно BS 1796), имеющее номинальный размер отверстий 150 мкм, например, 125 мкм, или 106 мкм, или 90 мкм, или 74 мкм, или 63 мкм, или 53 мкм, 45 мкм, или 38 мкм. Согласно одному из вариантов реализации водную суспензию пропускают через сито BSS с номинальным отверстием 125 мкм. Затем водная суспензия может быть необязательно обезвожена.Following the microfibrillation step, an aqueous slurry containing microfibrillated cellulose and an optional particulate inorganic material may be passed through a sieve to remove fibers above a certain size and to remove any abrasive material. For example, the slurry may be screened with a sieve having a selected nominal aperture size to remove fibers not passing through such a sieve. The nominal hole size refers to the nominal center distance between opposite sides of a square hole or the nominal diameter of a round hole. The sieve may be a BSS (British standard sieve) sieve (according to BS 1796) having a nominal opening size of 150 µm, such as 125 µm, or 106 µm, or 90 µm, or 74 µm, or 63 µm , or 53 µm, 45 µm, or 38 µm. In one embodiment, the aqueous slurry is passed through a BSS sieve with a nominal opening of 125 µm. The aqueous suspension may then optionally be dehydrated.
Поэтому понятно, что в случае, когда измельченную или гомогенизированную суспензию обрабатывают для удаления волокон с размерами, выше выбранного размера, количество (т.е. % по массе) микрофибриллированной целлюлозы в водной суспензии после измельчения или гомогенизации может быть меньше, чем количество сухого волокна в целлюлозной массе. Таким образом, относительные количества целлюлозной массы и необязательного неорганического материала в форме частиц, подаваемые в измельчитель или гомогенизатор, можно регулировать в зависимости от количества микрофибриллированной целлюлозы, которое требуется в водной суспензии после удаления волокон с размерами выше выбранного размера.Therefore, it is understood that in the case where the milled or homogenized suspension is processed to remove fibers larger than the selected size, the amount (i.e. % by weight) of microfibrillated cellulose in the aqueous suspension after grinding or homogenization may be less than the amount of dry fiber in pulp. Thus, the relative amounts of pulp and optional inorganic particulate material fed to the grinder or homogenizer can be adjusted depending on the amount of microfibrillated cellulose required in the aqueous slurry after removal of fibers larger than the selected size.
Согласно некоторым вариантам реализации микрофибриллированную целлюлозу можно получить способом, включающим стадию микрофибриллирования волокнистого субстрата, содержащего целлюлозу в водной среде, путем измельчения в присутствии абразивного материала (описанного в настоящем документе), при этом измельчение выполняют в отсутствии неорганического материала в форме частиц. Согласно некоторым вариантам реализации неорганический материал в форме частиц можно добавить после измельчения с получением суспензии для формирования покровного слоя или суспензии для формирования слоя.In some embodiments, microfibrillated cellulose can be produced by a process comprising the step of microfibrillating a fibrous substrate containing cellulose in an aqueous environment by grinding in the presence of an abrasive material (described herein), wherein the grinding is performed in the absence of particulate inorganic material. In some embodiments, the particulate inorganic material may be added after grinding to form a slurry to form a coating layer or a slurry to form a layer.
Согласно некоторым вариантам реализации после измельчения абразивный материал удаляют.In some embodiments, after grinding, the abrasive material is removed.
Согласно другим вариантам реализации абразивный материал сохраняется после измельчения и может служить в качестве неорганического материала в форме частиц или по меньшей мере его части. Согласно некоторым вариантам реализации после измельчения можно добавить дополнительное количество неорганических твердых частиц и/или добавки, отличной от неорганического материала в форме частиц.In other embodiments, the abrasive material is retained after grinding and may serve as particulate inorganic material, or at least a portion thereof. In some embodiments, additional inorganic solids and/or an additive other than particulate inorganic material may be added after grinding.
Для исследования распределений частиц по размерам в смесях неорганического материала в форме частиц (например, GCC или каолина) и волокон микрофибриллированной целлюлозной массы можно использовать следующую методику.The following procedure can be used to study particle size distributions in mixtures of particulate inorganic material (eg GCC or kaolin) and microfibrillated pulp fibers.
- карбонат кальция- calcium carbonate
Образец совместно измельченной суспензии, достаточный для получения 3 г сухого материала, взвешивают в стакане, разбавляют до 60 г деионизированной водой и смешивают с 5 см3 раствора полиакрилата натрия с концентрацией активного вещества 1,5 мас./об.%. Затем при перемешивании добавляют деионизированную воду до получения конечной массы суспензии 80 г.A sample of the co-milled suspension, sufficient to obtain 3 g of dry material, is weighed into a beaker, diluted to 60 g with deionized water and mixed with 5 cm 3 of a sodium polyacrylate solution with an active substance concentration of 1.5 wt./vol.%. Deionized water is then added with stirring until a final suspension mass of 80 g is obtained.
- каолин- kaolin
Образец совместно измельченной суспензии, достаточный для получения 5 г сухого материала, взвешивают в стакане, разбавляют до 60 г деионизированной водой и смешивают с 5 см3 раствора 1,0 мас.% карбоната натрия и 0,5 мас.% гексаметафосфата натрия. Затем при перемешивании добавляют деионизированную воду до получения конечной массы суспензии 80 г.A sample of the co-milled slurry sufficient to give 5 g of dry material is weighed into a beaker, diluted to 60 g with deionized water and mixed with 5 cm 3 of a solution of 1.0 wt% sodium carbonate and 0.5 wt% sodium hexametaphosphate. Deionized water is then added with stirring until a final suspension mass of 80 g is obtained.
Далее суспензию в виде 1 см3 аликвот добавляют в воду в установке для приготовления образцов, закрепленной на приборе Mastersizer S, до отображения оптимального уровня поглощения света (обычно от 10 до 15%). После этого выполняют анализ светорассеяния. Выбранный диапазон измерений был следующим: 300RF: 0,05-900, длина луча была установлена на 2,4 мм.The suspension is then added in 1 cm 3 aliquots to water in a sample preparation unit mounted on the Mastersizer S until the optimal light absorption level is displayed (typically 10 to 15%). After that, light scattering analysis is performed. The selected measurement range was: 300RF: 0.05-900, beam length was set to 2.4mm.
Для совместно измельченных образцов, содержащих карбонат кальция и волокно, использовали показатель преломления (RI) карбоната кальция (1,596). Для совместно измельченных образцов каолина и волокна использовали RI каолина (1,5295).For co-milled samples containing calcium carbonate and fiber, the refractive index (RI) of calcium carbonate (1.596) was used. For co-milled kaolin and fiber samples, the RI of kaolin (1.5295) was used.
Распределение частиц по размерам рассчитывали на основе теории Ми и получали результат в виде распределения на основе дифференциала объема. Наличие двух четко выраженных пиков интерпретировали как относящиеся к минералу (более тонкий пик) и к волокну (более грубый пик).The particle size distribution was calculated based on the Mie theory and the result was obtained as a distribution based on the volume differential. The presence of two distinct peaks was interpreted as being related to the mineral (thinner peak) and to the fiber (rougher peak).
Более тонкий пик минерала приводили в соответствие с точками экспериментальных данных и математически вычитали из распределения, чтобы оставить пик волокна, который преобразовывали в интегральную функцию распределения. Аналогичным образом, пик волокна математически вычитали из исходного распределения, чтобы оставить пик минерала, который также преобразовывали в интегральную функцию распределения. Затем обе указанные интегральные кривые можно использовать для расчета среднего размера частиц (d50) и крутизны распределения по размерам (d30/d70×100). Дифференциальную кривую можно использовать для нахождения модального размера частиц обоих минеральной и волокнистой фракций.The finer mineral peak was matched to the experimental data points and mathematically subtracted from the distribution to leave the fiber peak, which was converted to a cumulative distribution function. Similarly, the fiber peak was mathematically subtracted from the original distribution to leave the mineral peak, which was also converted to the cumulative distribution function. Then both of these integral curves can be used to calculate the average particle size (d 50 ) and the steepness of the size distribution (d 30 /d 70 ×100). The differential curve can be used to find the modal particle size of both the mineral and fibrous fractions.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Пример 1Example 1
Несколько водных композиций, содержащих микрофибриллированную целлюлозу и неорганический материал в форме частиц, были получены путем совместного измельчения целлюлозной массы Botnia в присутствии неорганических материалов в форме частиц, как подробно описано в других разделах в описании настоящего изобретения. Свойства каждой композиции суммированы в таблице 1. POP относится к «процентному содержанию целлюлозной массы», при этом POP представляет собой процентное содержание сухой массы в образце, представляющем собой целлюлозную массу или фибриллы, а не неорганический материал в форме частиц.Several aqueous compositions containing microfibrillated cellulose and particulate inorganic material have been prepared by co-milling Botnia pulp in the presence of particulate inorganic materials, as detailed elsewhere in the specification of the present invention. The properties of each composition are summarized in Table 1. POP refers to "pulp percentage", where POP is the percentage of dry matter in a sample that is pulp or fibrils rather than particulate inorganic material.
Пример 2Example 2
В каждую суспензию вводили добавку и перемешивали в течение 1 минуты. Смесь оставляли отстаиваться в течение 60 минут и затем отфильтровывали. Полученный в результате фильтровальный осадок помещали в лабораторную печь при 80°С до достижения сухого состояния (<1 мас.%, влаги).An additive was added to each suspension and mixed for 1 minute. The mixture was left to stand for 60 minutes and then filtered. The resulting filter cake was placed in a laboratory oven at 80°C until dry (<1 wt.%, moisture).
Затем высушенную композицию повторно диспергировали в лабораторном смесителе Silverson (разбавляли до 20 POP, 1 минутное перемешивание в Silverson).The dried composition was then redispersed in a Silverson laboratory mixer (dilute to 20 POP, 1 minute mixing in Silverson).
В каждую из композиций 1-4 добавляли разные добавки (хлорид натрия, гликоль, мочевину, карбоксиметилцеллюлозу, сахар и гуаровую камедь) при варьирующих концентрациях и определяли прочность на разрыв. Усредненные результаты суммированы в таблице 2.Different additives (sodium chloride, glycol, urea, carboxymethyl cellulose, sugar and guar gum) were added to each of compositions 1-4 at varying concentrations and the tensile strength was determined. The average results are summarized in Table 2.
Пример 3Example 3
Цель указанных исследований состояла в оценке эффективности повторного диспергирования композиции микрофибриллированной целлюлозы с высоким содержанием твердых веществ и карбоната кальция, содержащей 50 мас.% POP (процентное содержание целлюлозной массы), в форме карбонат кальция/целлюлозная масса Botnia (т.е. при массовом отношении микрофибриллированной целлюлозы к карбонату кальция 1:1) с применением однодискового рафинера, доступного на опытно-промышленном предприятии. Образец однодискового рафинера, подходящего для применения в настоящем изобретении, был произведен кампанией Sprout Waldron. Такой рафинер представлял собой однодисковый рафинер 12 на (30 см). Скорость вращения диска составляла 1320 об/мин. Окружная скорость составляла 21,07 м/сек. Проектная ширина ножа диска в рафинере составляла 1,5 мм; ширина канавки составляла 1,5 мм; длина режущей кромки ножа составляла 1,111 км/оборот ножа CEL @ 1320 об/мин 24,44 км/сек. Специалистам в данной области техники известны и другие подходящие рафинеры с эквивалентными техническими характеристиками.The purpose of these studies was to evaluate the redispersibility of a high solids microfibrillated cellulose/calcium carbonate composition containing 50 wt% POP (pulp percentage) as calcium carbonate/Botnia pulp (i.e. at a weight ratio microfibrillated cellulose to calcium carbonate 1:1) using a single disc refiner available from a pilot plant. An exemplary single disc refiner suitable for use in the present invention was manufactured by Sprout Waldron. This refiner was a 12 by (30 cm) single disc refiner. The disk rotation speed was 1320 rpm. The circumferential speed was 21.07 m/s. The design width of the disk knife in the refiner was 1.5 mm; the groove width was 1.5 mm; the length of the cutting edge of the knife was 1.111 km/revolution of the knife CEL @ 1320 rpm 24.44 km/s. Other suitable refiners with equivalent specifications are known to those skilled in the art.
Сырьевые материалыRaw materials
На опытно-промышленное предприятие транспортировали 100 кг осадка с ленточного пресса микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция (массовое отношение 1:1) и 100 кг четырех других сырьевых материалов, полученных с применением сушилки-измельчителя Atritor (который можно приобрести в компании Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Ковентри, Уэст-Мидлендс, Англия), представляющего собой продуваемую воздухом мельницу или сушилку, выполненную с возможностью введения потока горячего воздуха для сушки и измельчения материалов при обработке и сушки композиции микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция, применяемой в настоящих исследованиях. Специалисту в данной области техники известны и другие эквивалентные мельницы. Свойства продуктов на основе микрофибриллированной целлюлозы с высоким содержанием твердых веществ в форме карбонат кальция (IC60L)/Botnia, применяемых в настоящих исследованиях, показаны в таблице 3. Такие композиции микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция (массовое отношение 1:1) были получены на месте с применением сушилки Atritor с режекторными рукоятками и загружены при 20 Гц (медленная скорость загрузки).100 kg of microfibrillated cellulose and calcium carbonate belt press sludge (weight ratio 1:1) and 100 kg of four other raw materials were transported to the pilot plant using an Atritor dryer grinder (available from Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Coventry, West Midlands, England) which is an air-blown mill or dryer capable of introducing a stream of hot air to dry and grind materials while processing and drying the microfibrillated cellulose and calcium carbonate composition used in the present studies . Other equivalent mills are known to those skilled in the art. The properties of high solids microfibrillated cellulose products in the form of calcium carbonate (IC60L)/Botnia used in the present studies are shown in Table 3. using an Atritor dryer with notch handles and loaded at 20 Hz (slow loading speed).
Краткое описание исследованияBrief description of the study
Каждый материал «увлажняли» в большом в разбивателе целлюлозы для воспроизведения типичного времени/действий при работе целлюлозно-бумажного комбината.Each material was "moistened" in a large pulper to replicate typical times/actions in pulp and paper mill operation.
Превращенные в целлюлозную массу образцы пропускали через однодисковый рафинер, при этом указанные образцы были взяты при количествах подводимой энергии для рафинирования в диапазоне 0-20-40-60-80-100 кВтч/т всех сухих твердых веществ.The pulped samples were passed through a single disc refiner, these samples being taken at refining energy inputs in the range of 0-20-40-60-80-100 kWh/t total dry solids.
Результатыresults
1.Осадок с ленточного пресса, содержащий 50 мас.% POP, в форме карбонат кальция (IC60)/целлюлозная масса Botnia (31 мас.%, твердых веществ)1. Belt press sludge containing 50 wt% POP in the form of calcium carbonate (IC60)/Botnia pulp (31 wt% solids)
Такой полученный на ленточном прессе осадок с 30,5 мас.% содержанием твердых веществ композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), был вначале повторно диспергирован в разбивателе целлюлозы в течение 15 минут при 7 мас.% твердых веществ. Такая консистенция была слишком вязкой для закачивания насосом, поэтому материал разбавляли водой до содержания твердых веществ от 1% масс, до 6 мас.% Далее указанный материал пропускали через рафинер и отбирали образцы при различных значениях рабочей подводимой мощности.This belt press cake with a 30.5 wt.% solids content of a composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1) was first redispersed in a pulp breaker for 15 minutes at 7 wt.% solids . This consistency was too viscous to pump, so the material was diluted with water to a solids content of from 1% wt. to 6 wt.% Then the specified material was passed through the refiner and samples were taken at various values of the operating power input.
Ниже в таблице 4 продемонстрировано влияние однодискового рафинера на свойства полученного на ленточном прессе осадка, содержащего микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция. Значения, приведенные для материала в состоянии поставки, были получены для материала, который подвергали перемешиванию в течение 1 минуты в смесителе Silverson (Silverson Machines, Inc., 55 Chestnut St. East Longnieadow, МЛ 01028), что соответствует от 1000 до 2000 кВтч/т.Table 4 below shows the effect of a single disc refiner on the properties of a belt press sludge containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate. The values given for material as shipped were obtained from material that was mixed for 1 minute in a Silverson mixer (Silverson Machines, Inc., 55 Chestnut St. East Longnieadow, ML 01028), corresponding to 1000 to 2000 kWh/ T.
Как можно видеть, осадок с ленточного пресса может быть рафинирован при содержании твердых веществ 6 мас.%, при этом после подведения 20 кВтч/т показатель FLT восстановился. Показатель FLT представляет собой результат испытания на разрыв, разработанного для оценки качества микрофибриллированной целлюлозы и повторно диспергированной микрофибриллированной целлюлозы. POP исследуемого материала доводили до 20% путем добавления любых неорганических твердых частиц, используемых для получения композита, состоящего из микрофибриллированной целлюлозы/неорганического материала (в случае микрофибриллированной целлюлозы, не содержащей неорганических твердых частиц, использовали 60 мас.% < 2 мкм GCC карбоната кальция). Из такого материала получали 220 г/кв. см (г/м2) лист, используя произведенный на заказ фильтрационный аппарат с воронкой Бюхнера. Полученный в результате лист кондиционировали и измеряли его прочность на разрыв, используя промышленный стандартный прибор для испытания прочности на разрыв. Количество подводимой энергии до 100 кВтч/т может улучшить как показатель FLT, так и вязкость композиции микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция. «Сорность», составляющая 1 и ниже, является приемлемой и предполагает хорошее формирование бумажного листа. Как известно специалисту в данной области техники, подсчет сорности представляет собой испытание для оценки сорности бумаги (см., например, испытание для оценки сорности бумаги TAPPI) и указывает на то, что микрофибриллированная целлюлоза была полностью повторно диспергирована. В этом случае перед испытанием на разрушающий разрыв листы, полученные для измерения показателя FLT, подвергали подсчету сорности с применением просмотрового стола с подсветкой. Низкая сорность указывает на хорошее повторное диспергирование в любой водной среде.As can be seen, the belt press sludge can be refined at a solids content of 6 wt. %, with the FLT recovering after the addition of 20 kWh/t. The FLT is the result of a burst test designed to evaluate the quality of microfibrillated cellulose and redispersed microfibrillated cellulose. The POP of the test material was adjusted to 20% by adding any inorganic solids used to form the microfibrillated cellulose/inorganic material composite (in the case of microfibrillated cellulose containing no inorganic solids, 60 wt% < 2 µm GCC calcium carbonate was used) . From this material was obtained 220 g/sq. cc (g/m 2 ) sheet using a custom made Buchner filter apparatus. The resulting sheet was conditioned and its tensile strength measured using an industry standard tensile strength tester. Energy inputs up to 100 kWh/t can improve both the FLT and the viscosity of the microfibrillated cellulose/calcium carbonate composition. A "weediness" of 1 or less is acceptable and suggests good paper sheet formation. As known to one skilled in the art, the trash count is a paper trash test (see, for example, the TAPPI paper trash test) and indicates that the microfibrillated cellulose has been completely redispersed. In this case, the sheets obtained for the FLT measurement were subjected to a weed count using an illuminated viewing table prior to the breaking test. Low weediness indicates good redispersion in any aquatic environment.
В таблице 5 продемонстрировано влияние, которое однодисковый рафинер оказывал на размер частиц композиции микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция. Распределение частиц по размерам («PSD») было измерено на приборе Malvern Insitec (Malvern Instruments Ltd, Enigma Business Park, Grovewood Road, Malvern, WR14 1XZ, Соединенное Королевство), установленном в лабораторной установке контроля качества.Table 5 shows the effect that the single disc refiner had on the particle size of the microfibrillated cellulose and calcium carbonate composition. Particle size distribution ("PSD") was measured on a Malvern Insitec instrument (Malvern Instruments Ltd, Enigma Business Park, Grovewood Road, Malvern, WR14 1XZ, United Kingdom) installed in a laboratory quality control unit.
Как можно видеть из значений PSD, однодисковый рафинер является очень эффективным с точки зрения снижения количества крупных частиц в композиции микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция.As can be seen from the PSD values, the single disc refiner is very effective in reducing the amount of large particles in the composition of microfibrillated cellulose and calcium carbonate.
2. Композиция микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция, содержащая 50 мас.% POP, в форме карбонат кальция (IC60)/целлюлозная масса Botnia (массовое отношение 1:1), высушенная в сушилке Atritor (51,4 мас.% твердых веществ).2. Composition of microfibrillated cellulose and calcium carbonate containing 50 wt.% POP, in the form of calcium carbonate (IC60)/Botnia pulp (weight ratio 1:1), dried in the Atritor dryer (51.4 wt.% solids).
Такой продукт, содержащий 51,4 мас.% микрофибриллированной целлюлозы и карбонат кальция с массовым отношением 1:1, высушенный с применением сушилки Atritor, повторно диспергировали в разбивателе целлюлозы при содержании твердых веществ 7 мас.% Низкая вязкость указанного материала позволяла легко закачивать его насосом. Затем такой материал пропускали через рафинер и отбирали образцы при различных значениях рабочей подводимой мощности.This product, containing 51.4 wt% microfibrillated cellulose and 1:1 weight ratio calcium carbonate, dried using an Atritor dryer, was redispersed in a pulper at a solids content of 7 wt% The low viscosity of this material allowed it to be easily pumped . Then such material was passed through the refiner and samples were taken at various values of the operating power input.
Ниже в таблице 6 продемонстрировано влияние однодискового рафинера на свойства 51,4 мас.% композиции микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция. Значения, приведенные для материала в состоянии поставки, были получены для материала, который подвергали перемешиванию в течение 1 минуты с помощью смесителя Silverson, что соответствует от 1000 до 2000 кВтч/т.Table 6 below shows the effect of a single disc refiner on the properties of a 51.4 wt % composition of microfibrillated cellulose and calcium carbonate. The values given for material as delivered were obtained from material that was mixed for 1 minute with a Silverson mixer, corresponding to 1000 to 2000 kWh/t.
Такую 51,4 мас.% сухую композицию, высушенную в сушилке Atritor, можно полностью повторно диспергировать при применении 60 кВтч/т, при этом указанные свойства еще больше улучшаются при увеличении количества подводимой энергии. Указанный материал восстанавливает вязкость и показатель FLT, а также имеет относительно низкую сорность, аналогичную сорности осадка, полученного на ленточном прессе.This 51.4 wt % Atritor dry composition can be fully redispersed at 60 kWh/tonne, with these properties further improved with increasing energy input. This material restores viscosity and FLT, and also has a relatively low trash content, similar to that of the belt press sludge.
В таблице 7 продемонстрировано влияние, которое однодисковый рафинер оказывал на размер частиц композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1).Table 7 shows the effect that a single disc refiner had on the particle size of a composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1).
Как можно видеть из значений PSD, однодисковый рафинер является очень эффективным с точки зрения снижения количества крупных частиц в композиции микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция с массовым отношением 1:1.As can be seen from the PSD values, the single disc refiner is very effective in reducing the amount of coarse particles in the 1:1 weight ratio composition of microfibrillated cellulose and calcium carbonate.
3. Композиция микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция, содержащая 50 мас.% POP, в форме карбонат кальция (IC60)/целлюлозная масса Botnia с массовым отношением 1:1, высушенная в сушилке Atritor (58,1 мас.% твердых веществ).3. Composition of microfibrillated cellulose and calcium carbonate containing 50 wt.% POP, in the form of calcium carbonate (IC60)/Botnia pulp with a mass ratio of 1:1, dried in the Atritor dryer (58.1 wt.% solids).
Такая композиция с 58,1 мас.% содержанием твердых веществ, содержащая микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), оценивалась при содержании твердых веществ 7, 8 и 9 мас.% Поводом для такого исследования было то, что более высокие количества подводимой энергии было невозможно достигнуть, поскольку композиция, содержащая микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция, стала слишком «жидкой» по консистенции и металлический диск рафинера осуществлял растирание сам по себе. Ниже в таблице 8 показаны свойства всех продуктов при трех разных содержаниях твердых веществ. Значения, приведенные для материала в состоянии поставки и при 0 кВтч/т, были получены для материала, который подвергали перемешиванию в течение 1 минуты в смесителе Silverson, что соответствует от 1000 до 2000 кВтч/т.This composition with 58.1 wt.% solids content, containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1), was evaluated at a solids content of 7, 8 and 9 wt.% The reason for this study was that higher the amount of energy input could not be achieved because the composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate became too "thin" in consistency and the metal disk of the refiner performed the grinding by itself. Table 8 below shows the properties of all products at three different solids contents. The values given for material as delivered and at 0 kWh/t were obtained from material that was mixed for 1 minute in a Silverson mixer, corresponding to 1000 to 2000 kWh/t.
58,1 мас.% композиция, содержащая микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), может быть полностью повторно диспергирована при содержании твердых веществ 7, 8 и 9 мас.% При каждой консистенции контрольный показатель FLT был превышен, также как вязкость и сорность. При содержании твердых веществ 9 мас.% достигалось наибольшее улучшение.A 58.1 wt% composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1) can be completely redispersed at 7, 8 and 9 wt% solids. At each consistency, the FLT target was exceeded, as well as viscosity and weediness. At a solids content of 9% by weight, the greatest improvement was achieved.
В таблице 9 продемонстрировано влияние, которое однодисковый рафинер оказывал на размер частиц композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), при всех трех уровнях содержания твердых веществ.Table 9 shows the effect that the single disc refiner had on the particle size of a composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (1:1 weight ratio) at all three solids levels.
Как и в предыдущем случае, данные PSD свидетельствуют об эффективности однодискового рафинера при изменении размера целлюлозной массы крупного помола при всех трех консистенциях.As in the previous case, the PSD data show the effectiveness of the single disc refiner in changing the size of the coarse pulp at all three consistencies.
4. Композиция микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция, содержащая 50 мас.% POP, в форме карбонат кальция (IC60)/целлюлозная масса Botnia, высушенная в сушилке Atritor (70,1 мас.% твердых веществ).4. Composition of microfibrillated cellulose and calcium carbonate containing 50 wt.% POP, in the form of calcium carbonate (IC60)/Botnia pulp dried in the Atritor dryer (70.1 wt.% solids).
Такая содержащая 70,1 мас.% твердых веществ композиция микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция (массовое отношение 1:1) при каждой рабочей подводимой мощности приведена в таблице 10. Значения, приведенные для материала в состоянии поставки и при 0 кВтч/т, были получены для материала, который подвергали перемешиванию в течение 1 минуты в смесителе Silverson, что соответствует от 1000 до 2000 кВтч/т.This 70.1% by weight solids composition of microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1) at each operating power input is shown in Table 10. The values given for the material as shipped and at 0 kWh/t were obtained for material that was mixed for 1 minute in a Silverson mixer, corresponding to 1000 to 2000 kWh/t.
Как и в предыдущем случае можно видеть, что однодисковый рафинер является гораздо более эффективным при повторном диспергировании высушенной композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), по сравнению с применением смесителя Silverson. Количество подводимой энергии 100 кВтч/т позволяет повторно диспергировать композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), до той степени, при которой указанные свойства аналогичны свойствам осадка, полученного на ленточном прессе.As in the previous case, it can be seen that the single disc refiner is much more efficient at redispersing the dried composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (1:1 weight ratio) than using the Silverson mixer. An energy input of 100 kWh/t allows the composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1) to be redispersed to the extent that these properties are similar to those of a belt press sludge.
В таблице 11 продемонстрировано влияние, которое однодисковый рафинер оказывал на размер частиц композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), при этом, как и в предыдущем случае, показано, что указанный рафинер является очень эффективным.Table 11 shows the effect that a single disc refiner had on the particle size of a composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1), while, as in the previous case, this refiner is shown to be very effective.
5. Композиция, микрофибриллированной целлюлозы и карбоната кальция (массовое отношение 1:1), содержащая 50 мас.% POP, в форме карбонат кальция (IC60)/целлюлозная масса Botnia, высушенная в сушилке Atritor (86,2 мас.% твердых веществ).5. Composition, microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1), containing 50 wt.% POP, in the form of calcium carbonate (IC60)/Botnia pulp dried in the Atritor dryer (86.2 wt.% solids) .
Такой материал в композиции с содержанием твердых веществ 86,2 мас.%, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), считается очень сухим, поэтому композицию рафинировали в тех же условиях, что и остальные материалы (интенсивность 0,2 Дж/м), но также при интенсивности 0,1 Дж/м. 0,1 Дж/м соответствует меньшей интенсивности, поэтому достижение требуемой рабочей подводимой мощности занимает больше времени. См. таблицу 12.Such a material in a composition with a solids content of 86.2 wt.%, containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1), is considered very dry, so the composition was refined under the same conditions as the rest of the materials (intensity 0.2 J/m), but also at an intensity of 0.1 J/m. 0.1 J/m corresponds to a lower intensity, so it takes longer to reach the required operating power input. See table 12.
Значения, приведенные для материала в состоянии поставки и при 0 кВтч/т, были получены для материала, который подвергали перемешиванию в течение 1 минуты в смесителе Silverson, что соответствует от 1000 до 2000 кВтч/т. The values given for material as delivered and at 0 kWh/t were obtained from material that was mixed for 1 minute in a Silverson mixer, corresponding to 1000 to 2000 kWh/t.
Полученные результаты показывают, что композиция с таким очень высоким содержанием твердых веществ, содержащая микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), может быть повторно диспергирована с обеспечением тех же свойств, что и полученный на ленточном прессе осадок при использовании 100 кВтч/т. При изменении интенсивности указанные свойства могут восстанавливаться при применении энергии менее 80 кВтч/т.The results show that this very high solids composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1) can be redispersed with the same properties as belt press sludge using 100 kWh/ T. When the intensity changes, these properties can be restored when using energy less than 80 kWh/t.
В таблице 13 продемонстрировано влияние, которое однодисковый рафинер оказывал на размер частиц композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), при обоих значениях интенсивности.Table 13 shows the effect that a single disc refiner had on the particle size of a composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (1:1 weight ratio) at both intensities.
На фиг. 1 суммированы данные FLT, полученные в описанных выше исследованиях. Указанные данные показывают, что контрольный показатель FLT можно обеспечить во всех исследуемых образцах и что контрольный показатель FLT может быть превышен в промежуточных твердых продуктах.In FIG. 1 summarizes the FLT data from the studies described above. These data show that the FLT control can be achieved in all tested samples and that the FLT control can be exceeded in intermediate solids.
6. Дополнительная обработка рафинированных продуктов6. Additional processing of refined products
Для целого ряда продуктов, полученных на опытно-промышленном предприятии, дополнительное количество энергии было введено в образцы с помощью смесителя Silverson. Указанные эксперименты должны были исследовать возможность улучшения физических свойств композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), при применении дополнительной энергии. Результаты приведены в следующей таблице (таблица 14).For a range of pilot plant products, additional energy was injected into the samples using a Silverson mixer. These experiments were to explore the possibility of improving the physical properties of the composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (mass ratio 1:1), when using additional energy. The results are shown in the following table (Table 14).
Как можно видеть, полученные результаты являются неоднозначными. В некоторых случаях имеет место увеличение показателя FLT, а в других случаях нет. As can be seen, the results obtained are mixed. In some cases, there is an increase in FLT, and in other cases there is not.
Результатыresults
Полученные результаты свидетельствуют:The results obtained show:
• Однодисковый рафинер на опытно-промышленном предприятии представляет собой очень эффективный способ повторного диспергирования композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1).• The single disc refiner in the pilot plant is a very efficient way to redisperse a composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (1:1 weight ratio).
• Композицию, содержащую микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1), высушенную до содержания твердых веществ 86 мас.%, можно повторно диспергировать с обеспечением ее первоначальных характеристик прочности.• A composition containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (weight ratio 1:1), dried to a solids content of 86 wt.%, can be redispersed to ensure its original strength characteristics.
• Можно достигнуть улучшения прочности.• An improvement in strength can be achieved.
• Однодисковый рафинер обеспечивает повторное диспергирование при применении низких количеств подводимой энергии по сравнению с другими исследованными способами.• The single disc refiner provides redispersion with low energy input compared to other methods tested.
• Содержание твердых веществ является очень важным фактором при рафинировании и должно быть оптимизировано для всех образцов.• Solids content is a very important factor in refining and must be optimized for all samples.
• Снижение интенсивности рафинера обеспечивает улучшенные результаты.• Reducing the intensity of the refiner provides improved results.
• Однодисковый рафинер является очень эффективным в отношении изменения PSD композиции, содержащей микрофибриллированную целлюлозу и карбонат кальция (массовое отношение 1:1).• The single disc refiner is very effective in changing the PSD of a formulation containing microfibrillated cellulose and calcium carbonate (1:1 weight ratio).
Claims (33)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1607076.5 | 2016-04-22 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018132368A Division RU2697353C1 (en) | 2016-04-22 | 2017-04-21 | Recurrently dispersed microfibrillated cellulose |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2791167C1 true RU2791167C1 (en) | 2023-03-03 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014071523A1 (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-15 | Fpinnovations | Dry cellulose filaments and the method of making the same |
| WO2014091212A1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-19 | Imerys Minerals Limited | Cellulose-derived compositions |
| WO2014140275A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Imerys Minerals Limited | Process for treating microfibrillated cellulose |
| RU2535688C2 (en) * | 2009-02-13 | 2014-12-20 | Юпм-Киммене Ойй | Method of obtaining modified cellulose |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535688C2 (en) * | 2009-02-13 | 2014-12-20 | Юпм-Киммене Ойй | Method of obtaining modified cellulose |
| WO2014071523A1 (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-15 | Fpinnovations | Dry cellulose filaments and the method of making the same |
| WO2014091212A1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-19 | Imerys Minerals Limited | Cellulose-derived compositions |
| WO2014140275A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Imerys Minerals Limited | Process for treating microfibrillated cellulose |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7237126B2 (en) | Redispersion of microfibrillated cellulose | |
| AU2022342781A1 (en) | Mobile dispersion system and methods for the resuspension of dried microfibrillated cellulose | |
| RU2791167C1 (en) | Redispersed microfibrillated cellulose | |
| HK40080864A (en) | Method of improving the physical and/or mechanical properties of re-dispersed microfibrillated cellulose | |
| HK40034918A (en) | Re-dispersed microfibrillated cellulose | |
| HK40001288A (en) | Re-dispersed microfibrillated cellulose | |
| HK40001288B (en) | Re-dispersed microfibrillated cellulose |