来自哺乳动物毛发的颗粒状材料在制造纸张或纸板制品中的用途

摘要

本发明涉及来自哺乳动物毛发的颗粒状材料在制造纸张或纸板制品中的用途，其中所述颗粒状材料是利用包括以下步骤的方法制得的：(a)对哺乳动物毛发实施氧化处理，其中使毛发与含有漂白剂的溶液接触；(b)从所述溶液分离经氧化的毛发；(c)干燥经分离的毛发；及(d)对经干燥的毛发进行处理，其中使毛发形成平均粒径在0.5至4毫米范围内的颗粒状材料。本发明还涉及纸张或纸板制品，或包含所述颗粒状材料的纸浆。

说明书

技术领域

本发明涉及来自哺乳动物毛发的颗粒状材料在制造纸张或纸板制品中的用途，以及纸张或纸板制品，或包含所述颗粒状材料的纸浆。

背景技术

纸张及纸板制品是由包含来自树木的纤维素纤维的纸浆制成的。因为在全球范围内对纸张及纸板制品的需求急剧增加，砍伐森林的情况迅速加快，从而导致了主要的环境问题。为了解决砍伐森林的问题，许多国家采取措施，使旧纸能够在造纸过程中被再循环及使用。然而，纸张同样具有缺点，其仅能循环有限的次数，这是因为循环过程致使其内在及必需的特性变差。

发明内容

本发明的目的是提供纤维素纤维的廉价且有效的替代品，因此确保需要用于制造纸张及纸板制品的纤维素纤维明显更少。

现在惊人地发现可由哺乳动物毛发制造成本效益非常高且有效的替代品。

因此，本发明涉及来自哺乳动物毛发的颗粒状材料在制造纸张或纸板制品中的用途，其中所述颗粒状材料是利用包括以下步骤的方法制得的：

(a)对哺乳动物毛发实施氧化处理，其中使毛发与含有漂白剂的溶液接触；

(b)从所述溶液分离经氧化的毛发；

(c)干燥经分离的毛发；及

(d)对经干燥的毛发进行处理，其中使毛发形成平均粒径在0.5至4毫米范围内的颗粒状材料。

如此制得的颗粒状材料可以非常有利地用作纸张及纸板制品的制造中的纤维素纤维的替代品。

虽然不同类型的哺乳动物毛发可用于本发明的方法中，但是优选为家畜的毛发，一个原因是它们由于现在世界范围内肉类消耗量大而容易获得。另一个原因是家畜毛发的硬挺度结合了优异的混合特性。尤其是猪毛可以非常有利地用于根据本发明的方法。

可使用单独一种哺乳动物毛发，或使用各种不同种类的哺乳动物毛发的混合物。在实践中，优选使用一种哺乳动物毛发。

根据本发明，在步骤(a)中在含有漂白剂的溶液中对哺乳动物毛发实施氧化处理。该溶液包括具有碱性(pH大于7)或酸性(pH小于7)的溶液。所述溶液优选通过添加NaOH、KOH和/或NH₄OH而具有碱性或通过添加一种或更多种(有机)酸而具有酸性。可使用各种不同的(有机)酸，例如包括乙酸和甲酸。

用于步骤(a)中的碱性溶液的pH值优选在9至11的范围内，更优选在10至11的范围内，而酸性溶液的pH值优选在3至7的范围内，更优选在4至6的范围内。

合适的漂白剂包括有机及无机过氧化物。优选使用选自以下组中的漂白剂：次卤酸盐(hypohalide)、过硼酸盐、过碳酸盐、有机过氧化物或过氧化氢。漂白剂更优选包括过氧化氢。单独一种漂白剂或不同漂白剂的混合物可合适地用于碱性或酸性溶液。在碱性溶液中，优选使用一种或更多种无机过氧化物，而在酸性溶液中，优选使用一种或更多种有机过氧化物。基于所有的碱性或酸性溶液，漂白剂的合适的使用量在0.1％(w/w)至40％(w/w)的范围内，优选在0.3％(w/w)至30％(w/w)的范围内。

在步骤(a)中，毛发可合适地与碱性或酸性溶液接触5分钟至16小时，优选15分钟至10小时。步骤(a)中采用的温度合适地可在室温至100℃的范围内，优选在30℃至80℃的范围内。

对于有待在步骤(a)中被氧化的毛发，优选首先实施洗涤步骤，其中从毛发除去可溶性组分，如血、尿残余物及其他动物组分，然后对毛发实施步骤(a)的处理。

随后在步骤(b)中利用已知的技术从碱性或酸性溶液中分离在步骤(a)中获得的经氧化的毛发。为此目的，例如可使用传统的过滤系统。

在步骤(c)中干燥于步骤(b)中分离出的毛发。可通过已知的技术干燥毛发。例如可使用热空气或诸如乙醇的浑发性溶剂加以洗涤而干燥毛发。

在步骤(d)中，对经干燥的毛发进行处理，其中使毛发形成平均粒径在0.5至4毫米范围内的颗粒状材料。颗粒状材料可通过研磨或精制于步骤(c)中获得的毛发而制得。步骤(d)中的处理包括精制处理(refining treatment)，其中获得平均粒径在0.5至4毫米范围内的颗粒状材料。可合适地通过本领域技术人员已知的标准打浆及碾磨技术实施精制处理。

颗粒状材料的平均粒径优选在1至3毫米的范围内，更优选在1.5至2.5毫米的范围内。该颗粒状材料优选包括纤维。

根据本发明获得的颗粒状材料是独特的。因此，本发明还涉及由哺乳动物毛发制造的及通过本发明方法制造的颗粒状材料。

本发明还涉及纸张或纸板制品，其包括根据本发明的颗粒状材料。在这些制品中颗粒状材料合适地包括纤维。本发明还涉及包含颗粒状材料的纸浆。颗粒状材料合适地以纤维的形式存在。

在本发明的范畴内，术语“纸制品”意味着包括所有种类的纸，如印刷纸、纸巾/卫生纸、新闻纸、办公用纸、特种纸，以及诸如纸板、折叠板、盒纸板、波纹板及3D板的材料。

根据本发明的纤维可以非常有利地用于代替纸制品的制造中的纤维素纤维。在本发明的一个特别的具体实施方案中，将本发明的纤维连同旧的(回收的)纸张一起使用以制造纸制品或纸板制品。基于所有的纸或纸板制品，根据本发明的纸或纸板制品可有利地包含0.1至60重量％的根据本发明的纤维。基于所有的纸或纸板制品，根据本发明的纸或纸板制品优选包含1至50重量％的根据本发明的纤维。基于所有的制品，含量更优选为3至45重量％。

附图说明

图1所示为添加经氧化的毛发纤维对孔隙率的影响。

图2所示为作为纤维素纸浆中的添加剂的经氧化及经处理的毛发对SCT指数的影响。

图3所示为经漂白及经处理的毛发对Z方向抗拉强度的影响。

图4所示为当部分纤维素纤维被经氧化及经处理的毛发纤维代替时的结果。

图5所示为纸张在其断裂之前的伸长率的情况。

具体实施方式

实施例

制造毛发纤维

在250克毛发的混合物中添加9升水，随后将该混合物的pH调节至适合于氧化的水平。然后将该混合物的温度提高至65-70℃，并添加140毫升30％(w/w)的过氧化氢溶液(pH为11)或30毫升32％(w/w)的过乙酸(pH为5)。搅拌该混合物16小时，然后通过过滤分离经氧化的毛发，并在70℃下干燥。干燥之后，利用PFI碾磨机将毛发切割成纤维长度为0.5至4毫米的小纤维。

经氧化的毛发纤维的评定

以如下方式将经氧化及经处理的毛发纤维的不同样品(5、10、20及30％(w/w)的样品)与来自Eucalyptus的未经使用的纤维素纤维混合，所得的各混合物具有恒定的重量。为了进行比较，仅利用未经使用的Eucalyptus纤维素纤维制成片材，其评定结果被描述为0％。利用FRET(成型与保留性测试机Formation and Retention Tester)并施加0.5巴的真空而获得片材。在100℃下利用Rapid Kthen干燥元件干燥这些片材。各混合物均制成三个片材。

测定由各混合物获得的纸张的性能

单位质量的体积(cm³/g)：

通过将片材厚度除以重量每平方米而计算出单位质量的体积。表1给出了不同片材的结果。

表1：片材的单位质量的体积

  经漂白的毛发的百分率  (w/w)  单位质量的体积  (cm³/g)  0  1.52  5  1.58  10  1.64  20  1.66  30  1.83

由表1中所示的结果可以得出以下结论，单位质量的体积随着经氧化及经处理的毛发纤维的添加量的增加而上升。

孔隙率：

添加经氧化的毛发纤维对孔隙率的影响如图1所示。由图1可以得出以下结论，添加经氧化及经处理的毛发纤维对形成的片材的孔隙率没有明显的影响。

短压缩测试(Short Compression Test)：

作为纤维素纸浆中的添加剂的经氧化及经处理的毛发对SCT指数的影响如图2所示。从图2可以看出，含有经处理的毛发的片材的SCT指数性能与仅含有未经使用的纤维素纤维的片材没有区别。

Z方向的抗拉强度：

经漂白及经处理的毛发对Z方向抗拉强度的影响如图3所示。图3示出了在此情况下含有经漂白及经处理的毛发纤维的片材对Z方向的抗拉强度没有影响。毛发纤维很好地混入纤维素纤维中。

抗拉指数：

测量该参数以评定断裂时的拉力，并给出断裂之前所需纸张长度的情况。图4所示为当部分纤维素纤维被经氧化及经处理的毛发纤维代替时的结果。图4示出了断裂长度的一些变化，但可以得出以下结论，含有经处理的毛发纤维的片材对性能没有负面影响。

断裂伸长率：

该参数给出了纸张在其断裂之前的伸长率的情况。结果如图5所示。图5示出了用经氧化及经处理的毛发纤维代替最多10％的纤维素纤维并不会对性能产生明显变化，而含有20及30％的经处理的毛发纤维的片材则具有更高的断裂伸长率。