[发明专利]纸产品以及用于制造该产品的方法和系统

说明书

本申请是申请日为2009年4月28日、申请号为200980122443.5、发明名称为“纸产品以及用于制造该产品的方法和系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于制备纸产品的方法和系统，以及通过该方法和系统生产的产品。

背景技术

本文中使用的术语“纸”指的是用于书写、印刷、包装和其它应用的很多种基于纤维素的片状材料。纸可以用于例如但不限于以下应用：作为纸币、银行票据、股票和债券、支票等；用于书籍、杂志、报纸和艺术品；用于包装，例如卡纸、瓦楞纸板、纸袋、信封、包装用薄页纸、盒子；用于家用产品例如卫生纸、薄纸、纸巾和餐巾纸；在复合材料中用作芯材的纸蜂窝；建筑材料；建筑用纸；一次性衣物；以及用于多种工业用途中，包括砂纸、沙纸、吸墨纸、石蕊试纸、通用试纸、纸色谱、电池隔板和电容器电介质。

纸通常通过如下方法生产：将纤维素材料制浆以形成含有纤维素纤维的纸浆，将纤维素纤维混合(amalgamate)以形成湿纸幅(wet web)，并将湿纸幅干燥。在成品纸中，纤维通过机械连结和氢键结合在一起。制浆可以通过多种方式完成，例如：使用化学方法(例如硫酸盐工艺)、机械方法(磨木浆)，或热机械方法(TMP)。混合和干燥步骤通常使用高速造纸机进行。

最常见的纤维素纤维来源是来自于树木的木浆。纸浆也来自于回收(“再循环”)的纸。也使用植物纤维材料，例如棉、大麻、亚麻(linen)和稻。其它非木纤维来源包括但不限于甘蔗、甘蔗渣、稻草、竹子、洋麻、黄麻、亚麻(flax)和棉。可以将多种合成纤维(例如聚丙烯和聚乙烯)以及其它成分例如无机填料加入纸中，作为赋予期望的物理性能的手段。

对于很多应用，期望的是纸具有高强度和抗撕性能，即使是很薄的纸张，例如当纸用于包装、用于工业应用、用作钞票以及用于需要强度和耐久性的其它应用中时。通常还期望纸具有良好的适印性特征，具体特征在某种程度上取决于其中将要使用纸的印刷方法。

发明内容

本发明部分地基于如下发现：通过以合适的水平照射纤维材料，可以有利地改变纤维材料的物理特征。例如，可以改变材料的至少纤维素部分的分子量、交联水平、接枝点和/或官能团。此外，可以有利地影响纤维材料的物理特性例如抗拉强度和剪切强度。相对较高的电离辐射剂量可以用于降低纤维材料的至少纤维素部分的分子量，帮助纤维材料向适合用于造纸的纸浆的转化。相对较低的电离辐射剂量可以用于提高纸产品的分子量，增强其抗拉强度和其它力学特性。电离辐射也可以用于控制纤维材料的官能化，即该材料上或材料中存在的官能团。

一方面，本发明在于用于造纸的纤维素或木质素纤维素材料的生产方法。一些方法包括用至少2.5MRad的电离辐射处理具有第一平均分子量的纤维素或木质素纤维素干原料以将该原料的平均分子量降低到预定水平。选择该预定水平以使得经处理的原料适合用作或者适合形成造纸工艺中的纸浆。

一些实施方案包括一个或多个以下特征。该方法进一步包括使经处理的原料经受制浆工艺。该方法进一步包括使经处理的原料经受机械分解工艺。该方法可以进一步包括向经处理的原料施加声能。

在某些实施方案中，原料可以包括木屑，并且电离辐射的剂量可以为约2.5至约10MRad。处理可以包括用γ射线照射和/或用电子束辐射照射。在某些实施方案中，电子束中的电子可以具有至少0.25MeV的能量。

另一方面，本发明在于经照射的纸产品的制造方法。一些方法包括用电离辐射处理纸产品，该纸产品包含具有第一分子量的第一含碳水化合物材料，以提供经照射的纸产品，该经照射的纸产品包含具有高于第一分子量的第二分子量的第二含碳水化合物材料。

另一方面，本发明在于将经照射的纸产品淬火。该纸产品包含第一含碳水化合物材料，其被至少0.10MRad的电离辐射照射以提高该纸产品的分子量。

再一方面，本发明包括用至少0.10MRad的电离辐射照射包含第一含碳水化合物材料的纸产品，以提高该纸产品的分子量，然后将经照射的纸产品淬火。

一些实施方案包括一个或多个以下特征。电离辐射的剂量可以为至少0.10MRad，例如至少0.25MRad。可以将电离辐射的剂量控制在约0.25至约5MRad的水平。处理可以包括用γ射线和/或用电子束辐射进行照射。电子束中的电子可以具有至少0.25MeV的能量，例如约0.25MeV至约7.5MeV。该方法可以进一步包括将经处理的纸产品淬火。例如，淬火可以在气体的存在下进行，选择该气体以与经处理的纸产品中存在的游离基(radical)反应。