具有矿物填料和小纤维素颗粒的聚乙烯醇纤维和薄膜制造技术

本发明专利技术涉及一种制品，其可以是纤维和或薄膜。在一个方面，所述纤维或薄膜包含聚乙烯醇(PVOH)和无机填料，该无机填料包含具有小于约20微米的平均直径的颗粒。所述PVOH具有大于约95％的水解度，并且以在约20wt.％和约99wt.％之间的范围内的量存在，基于总纤维重量计。制备所述纤维和薄膜的方法也被公开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请基于2014年4月11日提交的美国临时专利申请号61/978,336，该申请整体结合到本文中。
本专利技术总体涉及聚乙烯醇(PVOH)纤维和薄膜。更具体而言，本专利技术涉及包含填料的PVOH纤维和薄膜。专利技术背景聚乙烯醇(PVOH)粘结剂纤维可用于增加纸产品的强度，尽管对于许多应用来说纤维成本可能是令人不敢问津的。通过引入比PVOH便宜的填料可以降低纤维成本。然而，引入再循环材料如填料的替代性纤维可能不适合白色纸产品，因为所生产的纸的颜色是深的。明亮的填料如沉淀碳酸钙或其它矿物经常被与塑料如聚丙烯配混。与填料配混的聚合物可以要求低的湿含量，取决于聚合物/填料组合。例如，细的、明亮的纤维素颗粒通常需要是干的以与塑料相容。与塑料相比，PVOH对湿含量限制较少。在水中的填料可以被与PVOH合并并形成纤维和薄膜而不要求事先干燥。当PVOH是所述聚合物时，在混合和形成纤维和薄膜之前，细的纤维素颗粒通常不需要被预先干燥。由于上述原因，存在对可以被结合到白色纸产品中的成本有效的、水基的、含填料的PVOH纤维的需要。因此，本专利技术意图解决该需要和其它需要。专利技术概述本专利技术涉及制品。在一个方面，所述制品是纤维或薄膜。在另一方面，所述制品包括PVOH和无机填料，该无机填料包含具有小于约20微米的平均直径的颗粒。所述PVOH具有大于约95％的水解度，并且以在约20wt.％和约99wt.％之间的范围内的量存在，基于总制品重量计。在又一方面，所述制品包括PVOH和无机填料，该无机填料包含具有小于约20微米的平均直径的颗粒。所述PVOH具有大于约95％的水解度，在小于约95℃的温度下部分可溶于水中，并且以在约20wt.％和约99wt.％之间的范围内的量存在，基于总纤维重量计。在又一方面，制造所述制品的方法包括：混合PVOH和无机填料，该无机填料包含具有小于约20微米的平均直径的颗粒；和制备可挤出的纺丝物料。所述PVOH具有大于约95％的水解度，并且以在约20wt.％和约99wt.％之间的范围内的量存在，基于总纤维重量计。应该明白，本文中采用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应该被认为是限制性的。这样，本领域技术人员将理解，本公开所基于的概念可以被容易地用作用于实施本专利技术的其它结构、方法和系统的设计的基础。因此重要的是，权利要求书被认为包括这样的等价结构，只要它们不偏离本专利技术的精神和范围。从以下结合显示本专利技术一些方面的实施例所做的描述，本专利技术的其它优势和能力将是显而易见的。附图简要说明当考虑以下对本专利技术的详细描述时，本专利技术将被更好地理解并且上述目的以及除上面所述那些目的外的其它目的将变得显而易见。这样的描述参考了所附的附图，其中:唯一的图是按照本专利技术制备的聚乙烯醇薄膜的显微照片。本专利技术的详细描述为了更全面地理解本专利技术的性质和希望的目的，应参考上面和下面结合附图所做的详细描述。本文中使用的术语具有其普通含义，与下面所述的示例性定义一致；mg是指毫克和m2是指平方米等。除非另外指明，％是指百分重量。本文中使用的术语“制成品”或“制品”是指纤维、薄膜和其它成型的物品。所述制品包括粘结剂和填料。所述粘结剂是聚乙烯醇(PVOH)，纤维素微纤丝，或者PVOH和纤维素微纤丝的组合。所述填料是高亮度矿物填料和纤维素细粉的任何组合。本文中使用的术语“纤维”是指其中长度与直径比大于约10的制品。或者，纤维可以具有在约10和约300微米之间的范围内的平均直径。本文中使用的术语“薄膜”是指一种制品，它是薄的、柔性的条形物。薄膜可以具有在约10和约200微米之间的范围内的平均厚度。本文中使用的术语“无机填料”和“填料”是指具有小于约20微米的平均直径的任何颗粒、盐或矿物。本文中使用的术语“聚合度”(DP)是指聚合物中单体单元的数目。对于均聚物如PVOH来说，仅有一种类型的单体单元；这样，数均DP通过Mn/M0给出。Mn是所述聚合物的平均分子量，并且M0是单体单元的分子量。本文中使用的术语“水解度”是指聚乙酸乙烯基酯中已经被转化成醇基团以形成所述聚乙烯醇的乙酸酯基团的比例。本专利技术中使用的PVOH具有至少约95％的水解度，其是维持水溶解性所要求的最小阈值。本文中使用的术语“实质上可溶于水”是指在所提供的温度下实质上溶解在水中。最初，所使用的PVOH是实质上可溶的。本文中使用的术语“部分可溶于水”是指在所提供的温度下部分溶解在水中。在加工过程中和在最终的制品中，所述PVOH部分可溶于水。本文中使用的术语“木浆”和“纸浆”是指按照化学制浆方法生产的、由木材得到的纤维素材料，所述化学制浆方法包括但不限于亚硫酸盐制浆方法、硫酸盐制浆方法、多硫化物制浆方法和碱法制浆方法。木浆的非限制性实例包括阔叶木硫酸盐纸浆，针叶木硫酸盐纸浆，阔叶木亚硫酸盐纸浆，针叶木亚硫酸盐纸浆，或它们的任何组合。本专利技术的纤维素纤维可以衍生自任何类型的木浆。所述纸浆可以通过化学手段漂白，例如通过二氧化氯、氧气、碱性过氧化物等漂白。本文中使用的术语“造纸纤维”包括新鲜纸浆衍生的纤维、循环(二次)纤维素纤维和包含纤维素纤维的纤维混合物。合适的造纸纤维包括但不限于：非木材纤维，例如棉纤维或棉衍生物纤维，蕉麻纤维，洋麻纤维，印度草(sabai grass)纤维，竹纤维，亚麻纤维，针茅草(esparto grass)纤维，草纤维，黄麻纤维，甘蔗渣纤维，乳草绒纤维(milkweed floss fibers)和菠萝叶纤维；和木纤维，例如得自落叶和针叶树的那些，包括针叶木纤维如北方和南方针叶木硫酸盐纤维；阔叶木纤维如桉树纤维，枫树纤维，桦树纤维，杨树纤维,等等。硫酸盐针叶木纤维是通过牛皮纸浆(硫酸盐)制浆方法由针叶木材料制造的低收率纤维，并且包括北方和南方针叶木硫酸盐纤维、花旗松牛皮纸纤维等等。硫酸盐阔叶木纤维通过硫酸盐制浆法由阔叶木资源如桉树制造。天然存在的纸浆衍生的纤维在本文中被简称为“纸浆衍生的”造纸纤维。本专利技术的纤维、薄膜、纸和产品可以包括常规纤维(衍生自新鲜纸浆或再循环资源)的共混物。本文中使用的术语“薄纸配料”是指包含本专利技术的纤维、纤维素纤维、造纸纤维或它们的任何组合的水性组合物。任选地，薄纸配料包括用于制造纸产品的湿强度树脂、剥离剂、其它添加剂等。术语“薄纸配料”与“纤维淤浆”可互换使用。本文中使用的术语“废纸”是指纸或硬纸板，其在使用后被以再循环的纤维的形式回收和然后再次用于生产用于某些其它工业目的的纸、硬纸板或纸产品。“再循环的”纤维因此是指以前已经被用在纸或硬纸板产品中的纤维材料。本文中使用的术语“纤维素颗粒”是指纤维素微纤丝或纤维素细粉。纤维素细粉是小的纤维素颗粒，常见于木浆中。纤维素细粉可以具有在约1和约200微米之间的范围内的尺寸。本文中使用的术语“纤维素微纤丝”是指“微纤丝化的纤维素”(NFC)，“微纤化的纤维素”(MFC)，纤维素沉析纤维，原纤化的莱赛尔纤维，或它们的任何组合。本文中使用的术语NFC和MFC可互换使用。纤维素微纤丝衍生自植物细胞壁，其包含由纤维素链的小束构成的微纤维或微纤丝。所述微纤维或微纤丝可以以各个分离的纤维素微纤维或微纤丝的集合体或束的形式被分离(这在下面描述)。纤维素微纤丝可以包含阔叶木硫酸盐纸浆，针叶木硫酸盐纸浆，阔叶木本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含聚乙烯醇(PVOH)和无机填料的制品，该无机填料包含具有小于约20微米的平均直径的颗粒，所述PVOH具有大于约95％的水解度，并且以在约20wt.％和约99wt.％之间的范围内的量存在，基于总制品重量计。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.11 US 61/978,336;2015.04.02 US 14/677,0261.包含聚乙烯醇(PVOH)和无机填料的制品，该无机填料包含具有小于约20微米的平均直径的颗粒，所述PVOH具有大于约95％的水解度，并且以在约20wt.％和约99wt.％之间的范围内的量存在，基于总制品重量计。2.权利要求1的制品，其中所述制品是纤维或薄膜。3.权利要求2的制品，其中所述无机填料颗粒具有小于约3微米的平均直径。4.权利要求2的制品，其中所述无机填料以在约1wt.％和约50wt.％之间的范围内的量存在，基于总纤维重量计。5.权利要求2的制品，其中所述无机填料是沉淀碳酸钙，重质碳酸钙，石膏，二氧化钛，粘土，二氧化硅，或它们的任何组合。6.权利要求2的制品，其中所述PVOH以在约40wt.％和约60wt.％之间的范围内的量存在，基于纤维或薄膜的总重量计。7.权利要求2的制品，其中所述PVOH具有在约500和约3,000之间的范围内的聚合度。8.权利要求7的制品，其中所述聚合度在约1,000和约1,600之间的范围内。9.权利要求2的制品，其中所述水解度大于约98％。10.权利要求2的制品，还包含纤维素颗粒，其量在约1wt.％和约50wt.％之间的范围内，基于纤维或薄膜的总重量计。11.权利要求10的制品，其中所述纤维素颗粒是纤维素微纤丝或纤维素细粉。12.权利要求11的制品，其中所述纤维素颗粒是阔叶木硫酸盐纸浆颗粒、针叶木硫酸盐纸浆颗粒、阔叶木亚硫酸盐纸浆颗粒、针叶木亚硫酸盐纸浆颗粒、草类纸浆颗粒或它们的任何组合。13.权利要求1的制品，还包含加工助剂。14.权利要求13的制品，其中所述加工助剂以在约0.5wt.％和约10wt.％之间的范围内的量存在，基于总纤维重量计。15.权利要求13的制品，其中所述加工助剂是羧甲基纤维素，淀粉，乙二醛，戊二醛，二醛类硼酸碳酸酯，碳酸锆铵，乙二醛化的聚丙烯酰胺，聚酰胺-表氯醇，多胺-表氯醇，脲-甲醛，蜜胺-甲醛，聚乙烯亚胺，丙二醇，二乙二醇，三乙二醇，二丙二醇，甘油，或它们的任何组合。16.权利要求1的制品，其中所述PVOH在小于约98℃的温度下部分可溶于水中。17.权利要求16的制品，其中所述PVOH在约75℃和约95℃之间范围内的温度下部分可溶于水中。18.权利要求1的制品，其还包含产生二氧化碳的酸。19.权利要求1的制品，其还包含产生二氧化碳的碳酸氢钠。20.包含PVOH和无机填料的制品，所述无机填料包含具有小于约20微米的平均直径的颗粒，所述PVOH具有大于约95％的水解度，在小于约95℃的温度下部分可溶于水中，并且以在约20wt.％和约99wt.％之间的范围内的量存在，基于总纤维重量计。21.权利要求20的制品，其中所述制品是纤维或薄膜。22.权利要求21的制品，其中所述无机填料颗粒具有小于约3微米的平均直径。23.权利要求21的制品，其中所述无机填料以在约1wt.％和约50wt.％之间的范围内的量存在，基于总纤维重量计。24.权利要求21的制品，其中所述填料是沉淀碳酸钙，重质碳酸钙，石膏，二氧化钛，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·W·萨姆尼彻特，T·舒尔茨，FG·尼姆茨，
申请(专利权)人：佐治亚太平洋消费产品有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US