[发明专利]将高稠度纸浆纤维转化为预分散半干和干纤维材料的方法

说明书

本发明涉及一种将纸浆纤维转化成预分散的半干或干纤维材料的方法以及由此产生的材料。所述方法将输入纸浆的纤维材料开松、解缠结和原纤化。所述方法将输入纤维与化学品混合，同时在现代化机械盘磨机工艺中蒸发水分。磨浆机运转设置三个过程变量：1)施加的磨浆比能量；2)磨浆机间隙开度和3)磨浆机输出物稠度。根据进料纸浆的类型和稠度，磨浆机的输出物是具有30％至99％的固体以及70％至100％的分离纤维的预分散半干纤维材料，所述分离纤维根据化学处理是使用常用技术分散在水中的松散缠结的纤维。预分散的半干输出物可以在线或通过分批过程空气搅动在足以进一步分离纤维并解开纤维缠结的速度下进一步加工。

背景技术

技术领域

本说明书涉及允许将高稠度纸浆纤维转化成预分散半干和干燥形式的可分散纸浆纤维材料的方法，所述预分散半干和干燥形式的可分散纸浆纤维材料具有在潮湿、半干、干燥、含水和无水体系或组合物中有效使用的所需性质。

现有技术描述

机械、热机械、半化学热机械或全化学方法通常用于将木屑和许多韧皮和叶纤维转化成具有旨在用于各种应用的不同物理性质的经纤维分离的纤维。一块木屑是由许多纤维的聚集体组成，而这些聚集体又由若干层结合在一起并被半纤维素和木质素外薄层包围的纤维素的基原纤维构成[AP.Shchniewind in Concise Encyclopedia of WoodWood-Based Materials,Pergamon,Oxford,第63页(1989)]。在天然纤维素的超微结构中，基本的基原纤维具有横截面为2-4nm且长度为100nm的尺寸。这些基原纤维随机聚集成10-30nm宽的微纤维，它们自身分组成100-400nm宽的巨原纤维，其构造在不同的细胞壁层中。在不同分子或基原纤维的羟基的氧原子之间发生的氢键结合是纤维素纤维的超分子结构的基础。半纤维素和痕量木质素参与纤维素有序链的外围的微原纤组装。木材中纤维的平均尺寸为0.5mm长度5mm且10μm宽度45μm，这使得平均长径比为约50至110。一般来说，硬木纤维(白杨、桦木、枫木、桉树)更短、更细、更硬，而软木纤维(云杉、冷杉、松木)长、粗且更柔韧。木纤维比许多植物和种子的天然纤维短。

常用于制造纤维板产品如MDF(中密度纤维板)和其它木纤维板产品的木纤维被认为是最便宜等级的机械纤维。它们在加压高稠度盘磨机(HCR)上由湿木屑制成。由于施加的低能量，它们没有完全纤维化成单根纤维，因此是刚性束，所述刚性束如果从水浆干燥成产品，则不能很好地自粘。因此，它们可以容易地生产为分离或分散的干纤维束。在MDF板产品的制造中，加压高稠度移动纤维束通常在磨浆机的出口喷放管线上用热固性树脂(如脲醛)的溶液进行喷涂，然后进行温和管或快速干燥以除去高含量的水分且不使树脂过早交联。然后将树脂浸渍的木纤维形成非织造厚垫，然后在高温(高达260℃)下施加高压，以形成最终的MDF板。国际申请WO2006/001717和WO2011/002314教导了如何使用MDF喷放管线系统将包含热固性树脂、热塑性聚合物、单体或低聚物的溶液施加到由空气或蒸汽运送的移动的木纤维上。干燥的固结材料被转化成切粒，以便随后应用于热塑性复合材料。干燥的植物纤维和热机械木纤维已成功地用于制造木质聚合物复合材料、热塑性复合材料或热固性复合材料，并且为了改善加工性、均匀性和强化性能，它们需要良好的分散性、与聚合物或树脂的相容性和粘合性或反应性。例如，美国专利申请20090314442和美国专利3943079和4414267以及其中列出的许多参考文献描述了改善填充有木质纤维素纤维的热塑性复合材料的强度的方法。