用于造紙方法的填料的制作方法

專利名稱：用于造紙方法的填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含粘土和纖維素衍生物的填料。本發(fā)明還涉及制備該填料的方法，該填料在造紙中的用途，在其中使用該填料作為添加劑的造紙方法，以及包含該填料的紙。
背景技術(shù)：
在加填料紙的生產(chǎn)中，被稱為紙料的包含纖維素纖維、填料和添加劑的含水懸浮液被提供到流漿箱中，該流漿箱將紙料噴射到成形網(wǎng)上。水經(jīng)該成形網(wǎng)從紙料中排出，從而在該成形網(wǎng)上形成濕紙幅，并且該紙幅在造紙機(jī)的干燥區(qū)中進(jìn)一步脫水和干燥。
高度加填料的紙是造紙工業(yè)中的既定趨勢，這不僅是由于在減少纖維使用方面的節(jié)省，而且也是由于提高的產(chǎn)品質(zhì)量，例如更高的不透明性和更好的可印刷性。對于超級壓光紙(SC紙)和許多包含機(jī)械纖維的紙張等級來說，高嶺土粘土是最常使用的填料。該粘土顆粒具有薄片或薄板的形狀，并且在壓光時(shí)薄片是均一取向的，這使得紙具有高的光澤度和平滑度。填料的量可高達(dá)30％或更多。
高填料含量導(dǎo)致紙的強(qiáng)度降低以及起毛和粘灰。在紙中使用填料的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是填料含量增加10％將使強(qiáng)度降低20％。由于小纖維碎片和填料不能合適地結(jié)合到紙中，因此出現(xiàn)起毛和粘灰的問題。這會(huì)在油墨在印刷網(wǎng)點(diǎn)上遺漏時(shí)引起SC紙的輪轉(zhuǎn)凹版印刷方面的特殊問題，被稱為漏點(diǎn)。
添加粘結(jié)劑可增加紙的強(qiáng)度，也可減少起毛和粘灰。在其它材料中，淀粉已被用作粘結(jié)劑。但是，在SC紙的制造中，紙的壓光是在100-350kN/m的荷載下進(jìn)行的。淀粉使得紙易碎，并且它在這種重荷載下會(huì)被破壞。淀粉也使得紙?jiān)趬汗庵耙呀?jīng)更加稠密了。因此，在SC紙的制造中不使用淀粉或少量添加(1-2Kg/噸干紙)。
常規(guī)CMC有時(shí)被添加到濕部作為強(qiáng)度添加劑。但是，然后的問題是脫水大大減慢了。第三種可能是可使用合成的強(qiáng)度添加劑，但是它們常常相當(dāng)昂貴。
對于所有具有高填料負(fù)載的紙張等級來說，紙強(qiáng)度、排水和填料留著性是重要的問題。有時(shí)加入施膠劑，則當(dāng)增加填料負(fù)載和/或當(dāng)不使用淀粉時(shí)，施膠劑消耗量也較高。
US5,759,346描述了在薄紙生產(chǎn)中提高強(qiáng)度和減少起毛和粘灰的方法。填料為已用陽離子淀粉預(yù)處理的高嶺土。
WO01/86067描述了用疏含水聚合物預(yù)處理填料的方法，該聚合物為包含丙烯酸酯和苯乙烯單體的合成聚合物。預(yù)處理填料的使用提高了濕強(qiáng)度并減少了紙的起毛。
而且，WO95/13324提到了用纖維素衍生物如取代度為0.70的羧甲基纖維素鈉(“CMC”)處理的碳酸鈣。將所述處理的碳酸鈣用作堿性造紙懸浮液中的填料，由此提高了紙的亮度。
仍需要一種填料，其提供改進(jìn)的造紙工藝和所生產(chǎn)紙的更好的性質(zhì)。期望提供一種填料，其使得可生產(chǎn)表現(xiàn)出優(yōu)良印刷和機(jī)械性質(zhì)的高度加填料的紙。也期望提供一種填料，其與排水和留著助劑相容，并由此導(dǎo)致良好的排水、留著性和造紙機(jī)可運(yùn)行性。也期望提供一種用于生產(chǎn)表現(xiàn)出上述特性的填料的簡單而有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般地涉及包含粘土和纖維素衍生物的填料。本發(fā)明還一般地涉及包含粘土和羧甲基纖維素衍生物的填料。本發(fā)明也一般地涉及通過將粘土與纖維素衍生物混合而制備填料的方法，該填料作為造紙?zhí)砑觿┑挠猛?，以及包含該填料的紙。本發(fā)明還一般地涉及在其中將該填料加入到含水纖維素懸浮液中的造紙方法。
更具體地，本發(fā)明涉及包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的凈陰離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料。本發(fā)明也涉及包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)填料的方法，其包括將粘土與具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物混合。本發(fā)明也涉及生產(chǎn)填料的方法，其包括將粘土與具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物混合。本發(fā)明還涉及可由這些方法獲得的填料。本發(fā)明還涉及造紙方法，其包括提供包含纖維素纖維的含水懸浮液，將包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料加入到該懸浮液中，并且使該懸浮液脫水以形成紙幅(web)或紙片(sheet)。本發(fā)明也涉及造紙方法，其包括提供包含纖維素纖維的含水懸浮液，將包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料加入到該懸浮液中，并且使該懸浮液脫水以形成紙幅或紙片。在該造紙方法中，可通過分別或作為單個(gè)組合物一起加入粘土和纖維素衍生物來將填料加入到纖維素懸浮液中。
本發(fā)明提供一種適合用于造紙的新填料。已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的填料可減少與造紙中通常使用的并結(jié)合到紙中的填料相關(guān)的一些問題。更具體地，通過在造紙方法中使用本發(fā)明的填料，可減少紙的起毛和粘灰并提供具有優(yōu)良印刷和機(jī)械性質(zhì)的紙。本發(fā)明表現(xiàn)出的其它優(yōu)點(diǎn)包括良好和/或提高的脫含水和細(xì)粒留著性，這產(chǎn)生造紙機(jī)可運(yùn)行性方面的益處。
當(dāng)在SC紙和新聞紙制造中使用該填料時(shí)，已經(jīng)觀察到，本發(fā)明可減少紙的起毛和粘灰，而不會(huì)有害地影響所生產(chǎn)的紙的機(jī)械性質(zhì)，并且不會(huì)降低造紙方法中的脫含水以及細(xì)粒和填料的留著性。
根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)觀察到，在簡單處理的過程中，纖維素衍生物可與粘土混合并且更有效地吸附或連接到粘土表面上。本發(fā)明的填料可被看作是改性的填料或者纖維素衍生物處理的填料。
根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過分別或以預(yù)混合或預(yù)處理的形式一起將粘土和纖維素衍生物加入到纖維素懸浮液中可以得到非常好的結(jié)果。用纖維素衍生物預(yù)處理粘土方便地提供了單獨(dú)處理纖維素懸浮液的僅一種組分以生產(chǎn)改性的填料，其可代替或部分代替常規(guī)填料使用。不受任何理論所限制，據(jù)認(rèn)為當(dāng)混合各組分時(shí)，纖維素衍生物被吸附到粘土上，當(dāng)分別加入各組分時(shí)，該吸附也可在纖維素懸浮液中原位發(fā)生。
本發(fā)明的填料包含粘土和纖維素衍生物。合適的粘土的例子包括具有薄片或板狀形狀的那些粘土。合適的粘土的例子包括滑石、水滑石、高嶺土、煅燒粘土、膨潤土或其混合物，優(yōu)選高嶺土、煅燒粘土或滑石，最優(yōu)選高嶺土和煅燒粘土。合適的粘土的例子包括比表面積為約2m2/g-約800m2/g，合適地約2m2/g-約600m2/g，最優(yōu)選約5m2/g-約20m2/g的那些粘土。顆粒尺寸通常為約0.1μm-約50μm，優(yōu)選約0.1μm-約5μm，最優(yōu)選約0.8μm-約3μm。
天然高嶺土粘土具有化學(xué)式Al2O3*2SiO2*2H2O。高嶺土粘土包括所謂的二八面體1∶1硅酸鋁。高嶺土粘土的顆粒尺寸通常為約1μm-約5μm，優(yōu)選約1μm-約3μm。高嶺土粘土的表面積通常為約3m2/g-約10m2/g，合適地約5m2/g-約8m2/g。
煅燒粘土具有化學(xué)式Al2O3*SiO2。煅燒粘土的比表面積通常為約10m2/g-約20m2/g，合適地約15m2/g-約17m2/g。煅燒粘土的顆粒尺寸通常為約0.8μm-約4μm，優(yōu)選約0.8μm-約2μm。
本發(fā)明的填料還包括纖維素衍生物。優(yōu)選纖維素衍生物是水溶性或至少部分水溶性或水可分散的，優(yōu)選地為水溶性或至少部分水溶性的。優(yōu)選地，纖維素衍生物是離子型的。纖維素衍生物可為陰離子型、陽離子型或兩性的，優(yōu)選為陰離子型或兩性的。合適的纖維素衍生物的例子包括纖維素醚，例如陰離子或兩性纖維素醚，優(yōu)選陰離子纖維素醚。纖維素衍生物優(yōu)選具有離子或帶電的基團(tuán)或取代基。合適的離子基團(tuán)的例子包括陰離子和陽離子基團(tuán)。合適的陰離子基團(tuán)的例子包括羧酸鹽基團(tuán)例如羧烷基，磺酸鹽基團(tuán)例如磺烷基，磷酸鹽和膦酸鹽基團(tuán)，其中烷基可為甲基、乙基、丙基及其混合物，合適地為甲基；合適地纖維素衍生物包含陰離子基團(tuán)，該陰離子基團(tuán)包含羧酸鹽基團(tuán)例如羧烷基基團(tuán)。陰離子基團(tuán)的抗衡離子通常為堿金屬或堿土金屬，合適地為鈉。
根據(jù)本發(fā)明的纖維素衍生物的合適陽離子基團(tuán)的例子包括胺鹽，合適地為叔胺的鹽和季銨基團(tuán)，優(yōu)選季銨基團(tuán)。連接到胺和季銨基團(tuán)的氮原子上的取代基可為相同或不同的，并可選自烷基、環(huán)烷基和烷氧基烷基基團(tuán)，并且一種、兩種或更多種取代基與氮原子一起可形成雜環(huán)。彼此獨(dú)立的取代基通常包括1-約24個(gè)碳原子，優(yōu)選1-約8個(gè)碳原子。陽離子基團(tuán)的氮可通過原子鏈連接至纖維素或其衍生物上，該原子鏈合適地包含碳和氫原子，以及任選的O和/或N原子。通常原子鏈為具有2-18個(gè)，合適地2-8個(gè)碳原子的亞烷基基團(tuán)，任選地被一個(gè)或多個(gè)雜原子例如O或N間隔開或取代，如亞烷基氧基基團(tuán)或羥基亞丙基基團(tuán)。優(yōu)選的包含陽離子基團(tuán)的纖維素衍生物包括通過使纖維素或其衍生物與季銨化劑反應(yīng)而獲得的那些，該季銨化劑選自2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、3-氯-2-羥基丙基三甲基氯化銨及其混合物。
本發(fā)明的纖維素衍生物可包含非離子基團(tuán)如烷基或羥基烷基基團(tuán)，例如羥基甲基、羥乙基、羥基丙基、羥基丁基及其混合物，例如羥乙基甲基、羥基丙基甲基、羥基丁基甲基、羥乙基乙基、羥基丙基等。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，纖維素衍生物包含離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)這兩種基團(tuán)。
根據(jù)本發(fā)明的合適的纖維素衍生物的例子包括羧烷基纖維素，例如羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、羧丙基纖維素、磺基乙基羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素(“CM-HEC”)、羧甲基纖維素，其中纖維素被一個(gè)或多個(gè)非離子取代基取代，優(yōu)選羧甲基纖維素(“CMC”)。合適的纖維素衍生物的例子和它們的制備方法包括美國專利4,940,785中公開的那些，其在此通過引用被引入到本文中。
如此處所用的，術(shù)語“取代度”或“DS”是指纖維素衍生物的β-葡糖酐環(huán)的取代的環(huán)位置的數(shù)目。由于在纖維素的每個(gè)葡糖酐環(huán)上有三個(gè)羥基基團(tuán)可被取代，因此DS的最大值為3.0。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，纖維素衍生物具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)的取代度(“DSNI”)，即纖維素衍生物具有每個(gè)葡萄糖單元最高達(dá)約0.65的平均凈離子取代度。凈離子取代可為凈陰離子、凈陽離子或凈中性的。當(dāng)凈離子取代為凈陰離子取代時(shí)，則存在凈過量的陰離子基團(tuán)(凈陰離子基團(tuán)＝每個(gè)葡萄糖單元中陰離子基團(tuán)的平均數(shù)減去陽離子基團(tuán)的平均數(shù)，如果存在的話)，并且DSNI與凈陰離子基團(tuán)取代度(“DSNA”)相同。當(dāng)凈離子取代為凈陽離子取代時(shí)，則存在凈過量的陽離子基團(tuán)(凈陽離子基團(tuán)＝每個(gè)葡萄糖單元中陽離子基團(tuán)的平均數(shù)減去陰離子基團(tuán)的平均數(shù)，如果存在的話)，并且DSNI與凈陽離子基團(tuán)的取代度(“DSNC”)相同。當(dāng)凈離子取代為凈中性取代時(shí)，每個(gè)葡萄糖單元中陰離子和陽離子基團(tuán)的平均數(shù)相同(如果存在的話)，并且DSNI以及DSNA和DSNC為0。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案，纖維素衍生物具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度(“DSCA”)，即纖維素衍生物具有每個(gè)葡萄糖單元最高達(dá)約0.65的平均羧烷基取代度。羧烷基基團(tuán)合適地為羧甲基基團(tuán)，則此處所指的DSCA與羧甲基基團(tuán)的取代度(“DSCM”)相同。根據(jù)本發(fā)明的這些實(shí)施方案，DSNI、DSNA、DSNC和DSCA彼此獨(dú)立地通常最高達(dá)約0.60，合適地最高達(dá)約0.50，優(yōu)選最高達(dá)約0.45，更優(yōu)選最高達(dá)約0.40，而DSNI、DSNA、DSNC和DSCA彼此獨(dú)立地通常為至少0.01，合適地至少約0.05，優(yōu)選至少約0.10，更優(yōu)選至少約0.15。DSNI、DSNA、DSNC和DSCA的范圍彼此獨(dú)立地通常為約0.01-約0.60，合適地約0.05-約0.50，優(yōu)選約0.10-約0.45，更優(yōu)選約0.15-約0.40。
陰離子或兩性的纖維素衍生物通常具有從0.01至約1.0的陰離子取代度(“DSA”)，只要DSNI和DSNA如此處所定義；合適地從大約0.05，優(yōu)選從大約0.10，更優(yōu)選從大約0.15至合適地最高達(dá)約0.75，優(yōu)選最高達(dá)約0.5，更優(yōu)選最高達(dá)約0.4。陽離子或兩性的纖維素衍生物可具有從0.01至約1.0的陽離子取代度(“DSC”)，只要DSNI和DSNC如此處所定義；合適地從大約0.02，優(yōu)選從大約0.03，更優(yōu)選從大約0.05至合適地最高達(dá)約0.75，優(yōu)選最高達(dá)約0.5，更優(yōu)選最高達(dá)約0.4。陽離子基團(tuán)合適地為季銨基團(tuán)，則此處所指的DSC與季銨基團(tuán)的取代度(“DSQN”)相同。對于本發(fā)明的兩性纖維素衍生物來說，DSA或DSC當(dāng)然可高于0.65，只要DSNA和DSNC分別如此處所定義。例如，如果DSA為0.75并且DSC為0.15，那么DSNA為0.60。
具有如上所定義的取代度的合適的纖維素衍生物的例子包括水溶性低DS羧烷基纖維素衍生物。水溶性纖維素衍生物合適地在水溶液中具有至少85重量％的溶解度，基于干纖維素衍生物的總重量，優(yōu)選至少90重量％，更優(yōu)選至少95重量％，最優(yōu)選至少98重量％。
纖維素衍生物通常具有至少20,000道爾頓的平均分子量，優(yōu)選至少50,000道爾頓，并且平均分子量通常高達(dá)1,000,000道爾頓，優(yōu)選高達(dá)500,000道爾頓。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的填料中，纖維素衍生物至少部分吸附或連接到粘土上。合適地，至少約10重量％，優(yōu)選至少約30重量％，更優(yōu)選至少約45重量％，最優(yōu)選至少約60重量％的纖維素衍生物被吸附或連接到粘土上。
本發(fā)明的填料通常具有至少0.0001重量％的粘土含量；粘土含量可為約0.0001-約99.5重量％，合適地為約0.1-約90重量％，優(yōu)選約60-約80重量％，基于填料的固體重量，即基于填料的干重。填料通常具有至少0.01重量％的纖維素衍生物含量；纖維素衍生物含量可為約0.01-約30重量％，合適地為約0.1-約20重量％，優(yōu)選約0.3-約10重量％，基于填料的固體重量。
本發(fā)明的填料能夠以可基本上不含水的固體材料的形式供應(yīng)。它也能夠以含水組合物的形式供應(yīng)。含水相或水的含量可根據(jù)生產(chǎn)方法和預(yù)期的用途在寬范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明也涉及制備填料的方法，其包括使纖維素衍生物，例如這里所定義的任何一種纖維素衍生物與粘土混合。纖維素衍生物和粘土合適地以一定的量使用，所述量使得提供具有如這里所定義的纖維素衍生物和粘土含量的填料。
所用的纖維素衍生物和粘土能夠以固體或含水組合物及其混合物的形式存在。粘土合適地以細(xì)碎的材料存在?？赏ㄟ^在間歇、半間歇或連續(xù)工藝中將纖維素衍生物加入到填料中或反之來實(shí)現(xiàn)混合。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，將纖維素衍生物以固體加入到粘土的含水組合物中，然后合適地對所得組合物進(jìn)行有效分散以溶解纖維素衍生物。優(yōu)選地，通過首先形成纖維素衍生物的中性至堿性含水相，合適地為水溶液，然后使之與粘土的含水組合物混合，從而來進(jìn)行該混合。在與粘土混合之前，可對纖維素衍生物的含水相進(jìn)行預(yù)處理，例如均化，離心和/或過濾，例如用于從含水相分離未溶解的纖維素衍生物(如果存在的話)。
優(yōu)選地，使纖維素衍生物與粘土混合，以使得至少部分纖維素衍生物吸附或連接到粘土上，優(yōu)選使得它難以通過水稀釋而從該材料中除去。這可通過在長度足以使得能夠吸附或者連接的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行混合來實(shí)現(xiàn)。合適的混合時(shí)間為至少約1分鐘，優(yōu)選至少約5分鐘，更優(yōu)選至少約10分鐘，最優(yōu)選至少約20分鐘。如果期望達(dá)到高度連接，則甚至幾小時(shí)(1-10h)的混合時(shí)間也是可能的。合適地，使至少約10重量％，優(yōu)選至少約30重量％，更優(yōu)選至少約45重量％，最優(yōu)選至少約60重量％的纖維素衍生物從含水相轉(zhuǎn)移并被吸附或連接到粘土上或粘土中存在的其它組分上。
對于所用特定纖維素衍生物的吸著來說，通常調(diào)節(jié)纖維素衍生物的含水相的pH值為約4-約13，優(yōu)選約6-約10，更優(yōu)選約7-約8.5的值。合適的堿或酸可用于調(diào)節(jié)該pH。合適的堿的例子包括堿金屬的碳酸氫鹽和碳酸鹽以及堿金屬氫氧化物，合適地為碳酸氫鈉、碳酸鈉和氫氧化鈉。合適的酸的例子包括無機(jī)酸、有機(jī)酸和酸式鹽，合適地為硫酸及其酸式鹽，如明礬。通常，在低pH即約4.0至中性的pH下，纖維素衍生物的吸附較高，但是溶解度降低，而在高pH下吸附減少，但是溶解度增加。
溫度不是關(guān)鍵的；在非加壓條件下的操作中，溫度通常為約10-約100℃，優(yōu)選約20-約80℃。但是，較高的溫度是更有利的，混合過程中含水組合物的溫度合適地為約30-約70℃，更優(yōu)選約40-約60℃。
由本發(fā)明方法獲得的填料可原樣用于例如造紙中。如果以含水組合物的形式存在，則它可直接使用，或者它可在需要時(shí)進(jìn)行干燥，以便例如簡化運(yùn)輸。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)紙的方法，其包括提供包含纖維素纖維的含水懸浮液(“纖維素懸浮液”)，向該纖維素懸浮液中加入填料，例如這里定義的填料中的任何一種，并使纖維素懸浮液脫水以形成紙幅或紙片。優(yōu)選地，通過以單個(gè)組合物的形式加入來將填料加入到纖維素懸浮液中?？晒┻x擇地，粘土和纖維素衍生物(例如在這里定義的纖維素衍生物中的任何一種)可分別加入到纖維素懸浮液中，并且在纖維素懸浮液中原位形成填料。
本發(fā)明的填料向纖維素懸浮液中加入的量可在寬范圍內(nèi)變化，這尤其取決于纖維素懸浮液的類型、所生產(chǎn)的紙的類型、加入點(diǎn)等。填料的加入量通常在1-約50重量％的范圍內(nèi)，合適地為約5-約40重量％，通常為約10-約30重量％，基于干纖維的重量。因此，根據(jù)本發(fā)明的紙通常具有的本發(fā)明填料的含量在1-約50重量％的范圍內(nèi)，合適地為約5-約40重量％，通常為約10-約30重量％，基于干纖維的重量。
在該方法中，當(dāng)然可向纖維素懸浮液中加入其它組分。這種組分的例子包括常規(guī)填料，光學(xué)增白劑，施膠劑，凝結(jié)絮凝劑，排水和留著助劑，干強(qiáng)度劑，濕強(qiáng)度劑等。合適的常規(guī)填料的例子包括高嶺土，瓷土，二氧化鈦，石膏，滑石，天然和合成碳酸鈣，例如白堊，研磨大理石和沉淀碳酸鈣，氫化氧化鋁(氫氧化鋁)，硫酸鈣，硫酸鋇，草酸鈣等。當(dāng)與常規(guī)填料一起使用本發(fā)明填料時(shí)，本發(fā)明填料存在的量可為至少1重量％，合適地為至少5重量％，優(yōu)選至少10重量％，更優(yōu)選至少約20重量％，并且合適地高達(dá)約99重量％，基于所有填料的干重。合適的施膠劑的例子包括非纖維素反應(yīng)性施膠劑，例如基于松香的施膠劑如基于松香的皂，基于松香的乳液/分散體，以及纖維素反應(yīng)性的施膠劑，例如酸酐如烯基丁二酸酐(ASA)，烯基和烷基烯酮二聚體(AKD)及多聚物的乳液/分散體。合適的排水和留著助劑的例子包括有機(jī)聚合產(chǎn)品，例如陽離子，陰離子和非離子聚合物，包括陽離子聚乙烯亞胺，陽離子，陰離子和非離子聚丙烯酰胺，陽離子聚胺，陽離子淀粉和陽離子瓜爾膠；無機(jī)材料如鋁化合物，陰離子微粒材料如基于膠態(tài)二氧化硅的顆粒，綠土類型的粘土例如膨潤土，蒙脫石；膠態(tài)氧化鋁，及其組合。排水和留著助劑的合適的組合實(shí)例包括陽離子聚合物和陰離子微粒材料，例如陽離子淀粉和陰離子的基于膠態(tài)二氧化硅的顆粒，陽離子聚丙烯酰胺和陰離子的基于膠態(tài)二氧化硅的顆粒，以及陽離子聚丙烯酰胺和膨潤土或蒙脫石。合適的濕強(qiáng)度劑的例子包括聚胺和聚氨基酰胺。包含本發(fā)明填料和陽離子淀粉的紙表現(xiàn)出非常好的強(qiáng)度性質(zhì)。
正如這里所用的，術(shù)語“紙”不僅包括紙及其生產(chǎn)，而且包括其它含纖維素纖維的薄片或網(wǎng)狀產(chǎn)品例如板材和紙板，及其生產(chǎn)。該方法可用于由不同類型的纖維素(含纖維素的)纖維的含水懸浮液生產(chǎn)紙，并且該懸浮液應(yīng)當(dāng)合適地包含至少25重量％，優(yōu)選至少50重量％的這種纖維，基于干物質(zhì)。纖維素纖維可基于原纖維和/或回用纖維，包括木材或一年生或多年生植物的纖維。纖維素懸浮液可以是包含木材或不含木材的，并且它可基于來自化學(xué)漿如硫酸鹽漿，亞硫酸鹽漿和有機(jī)溶劑漿，機(jī)械漿如熱機(jī)械漿，化學(xué)熱機(jī)械漿，精磨漿和磨木漿(來自硬木和軟木)的纖維，并且還可以基于回用纖維，非必要地來自脫墨紙漿，以及它們的混合物。纖維素懸浮液合適地具有酸性至中性至堿性范圍的pH值，例如約4-約10，優(yōu)選約5-約8。
具體實(shí)施例方式
在以下實(shí)施例中進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是實(shí)施例并不意圖限制本發(fā)明。除非另外說明，份數(shù)和％分別涉及重量份和重量％。
實(shí)施例1已經(jīng)通過用纖維素衍生物處理粘土制備了本發(fā)明的填料。使用的纖維素衍生物是羧甲基纖維素(“CMC”)和季銨羧甲基纖維素(“QN-CMC”)。CMC的摩爾重量＜200,000道爾頓。實(shí)施例中使用的粘土為高嶺土粘土。
用來處理粘土的CMC的類型如下CMC0.35DSCA＝0.35
CMC0.5Gabrosa PA 947 Akzo Nobel DSCA＝0.5QN-CMCDSCA＝0.4和DSQN＝0.17CMC改性粘土的制備首先將CMC溶于水中至0.5重量％的稠度。然后將CMC組合物加入到粘土填料漿料中，在約50℃的溫度下混合35-40分鐘。
實(shí)施例2在以下實(shí)施例中，使用羧甲基纖維素(CMC)處理的高嶺土粘土制備SC紙(超級壓光)。使用的CMC為如實(shí)施例1中所述的根據(jù)本發(fā)明的QN-CMC和CMC0.5。CMC改性粘土的制備如實(shí)施例1所述進(jìn)行。然后測試SC紙的灰分、總留著率和起毛。
由SC漿料配料生產(chǎn)紙片，該漿料配料由80％機(jī)械漿和20％化學(xué)漿組成。包含50％粘土填料的配料懸浮液具有0.5重量％的稠度、7.7的pH和0.3mS/cm的電導(dǎo)率。向紙漿懸浮液或向粘土漿料中加入用量為2％CMC/噸的干粘土。還加入包含陽離子聚合物(Eka留著聚合物PL1510)和二氧化硅顆粒(Eka留著二氧化硅NP442)的留著體系。聚合物和二氧化硅顆粒的加入量均為0.2kg/噸干纖維。添加順序如下當(dāng)使用時(shí)加入單獨(dú)的CMC0秒加入填料 15秒加入留著聚合物 30秒加入留著二氧化硅 45秒制造紙片 105秒。
在以下實(shí)施例中制備的紙片是根據(jù)使用動(dòng)態(tài)紙片成形器(Dynamical Sheet Former)(“Formette”，CTP Grenoble)的標(biāo)準(zhǔn)來制造的。
測試紙片的留著率和灰分，見表1。單獨(dú)的CMC0.5是指在未處理的粘土之前加入CMC0.5。
表1

還測試紙片的起毛，見表2。通過將明確限定的粘合帶粘在紙表面區(qū)域上，然后以特定的力和角度機(jī)械拉掉該帶來測定起毛。然后測量所述帶上存在的絨毛、纖維碎片和填料的量。也在將紙片壓光之后進(jìn)行這種測量。
表2

實(shí)施例3在此實(shí)施例中，使用CMC處理的粘土制備新聞紙。使用的CMC為如實(shí)施例1定義的CMC0.35和CMC0.5。使用的粘土為高嶺土粘土。CMC改性粘土的制備如實(shí)施例1所述進(jìn)行。測量紙的抗拉強(qiáng)度指數(shù)，結(jié)果如表3所示。
由新聞紙漿料配料生產(chǎn)紙片，該漿料配料由75％機(jī)械漿和25％脫墨新聞紙漿組成。包含10％煅燒粘土填料的配料懸浮液具有0.3％的稠度、7.2的pH和1.0mS/cm的電導(dǎo)率。向紙漿懸浮液或向粘土漿料中加入用量為2％CMC/噸的干粘土。添加順序如下當(dāng)使用時(shí)加入單獨(dú)的CMC0秒加入填料 15秒制造紙片 105秒。
在以下實(shí)施例中制備的紙片是根據(jù)使用動(dòng)態(tài)紙片成形器(“Formette”，CTP Grenoble)的標(biāo)準(zhǔn)來制造的。
單獨(dú)的CMC0.5是指在未處理的粘土之前加入CMC0.5。
表3

實(shí)施例4使用CMC處理的粘土制備SC紙配料。使用三種不同種類的CMC來制備填料，根據(jù)本發(fā)明的CMC0.35、CMC0.5和QNC-CMC。CMC的類型如實(shí)施例1所定義。CMC改性粘土的制備如實(shí)施例1所述進(jìn)行，但是CMC和粘土填料漿料分別混合15分鐘或4小時(shí)。
使用的SC紙配料由80％機(jī)械漿和20％化學(xué)漿組成。包含50％粘土填料的配料懸浮液具有0.25重量％的稠度、7.8的pH和0.3mS/cm的電導(dǎo)率。向粘土漿料中加入用量為2％CMC/噸的干粘土，并向紙漿懸浮液中加入包含陽離子聚合物(Eka留著聚合物PL1510)和二氧化硅顆粒(Eka留著二氧化硅NP780)的留著體系。聚合物和二氧化硅顆粒的加入量均為1kg/噸干纖維。添加順序如下加入CMC處理的填料0秒加入留著聚合物 15秒加入留著二氧化硅 30秒脫水 45秒。
脫水值如表4所示。
表4

權(quán)利要求
1.包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料。
2.包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料。
3.權(quán)利要求1或2的填料，其特征在于取代度為至少0.05。
4.權(quán)利要求1或2的填料，其特征在于取代度為約0.15-約0.40。
5.權(quán)利要求1、2或3的填料，其特征在于纖維素衍生物為纖維素醚。
6.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的填料，其特征在于纖維素衍生物包含羧甲基基團(tuán)。
7.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的填料，其特征在于纖維素衍生物包含季銨基團(tuán)。
8.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的填料，其特征在于纖維素衍生物是陰離子型的。
9.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的填料，其特征在于纖維素衍生物是兩性的。
10.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的填料，其特征在于纖維素衍生物是至少部分水溶性的。
11.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的填料，其特征在于填料具有0.3-10重量％的纖維素衍生物含量，基于填料的固體重量。
12.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的填料，其特征在于填料具有60-約80重量％的粘土含量，基于填料的固體重量。
13.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的填料，其特征在于粘土為高嶺土粘土。
14.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的填料，其特征在于粘土為煅燒粘土。
15.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的填料，其特征在于粘土為滑石。
16.包含權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)的填料的紙。
17.權(quán)利要求16的紙，其特征在于紙的總填料含量為5-40重量％，基于干紙。
18.制備填料的方法，該方法包括將粘土與具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物混合。
19.制備填料的方法，該方法包括將粘土與具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物混合。
20.可由權(quán)利要求1或19的方法獲得的填料。
21.生產(chǎn)紙的方法，該方法包括提供包含纖維素纖維的含水懸浮液，將權(quán)利要求1-16和20中任一項(xiàng)的填料加入到懸浮液中，并且使懸浮液脫水以形成紙幅或紙片。
22.權(quán)利要求21的方法，其特征在于通過向懸浮液中分別加入粘土和纖維素衍生物來將填料引入到懸浮液中。
23.權(quán)利要求21的方法，其特征在于通過向懸浮液中加入包含粘土和纖維素衍生物的單個(gè)組合物來將填料引入到懸浮液中。
24.權(quán)利要求21-23中任一項(xiàng)的方法，其特征在于填料的加入量為5-30重量％，基于干纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料。本發(fā)明也涉及包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)填料的方法，其包括將粘土與具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物混合。本發(fā)明也涉及生產(chǎn)填料的方法，其包括將粘土與具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物混合。本發(fā)明還涉及可由這些方法獲得的填料。本發(fā)明還涉及造紙方法，其包括提供包含纖維素纖維的含水懸浮液，將包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的凈離子基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料加入到該懸浮液中，并且使該懸浮液脫水以形成紙幅或紙片。本發(fā)明也涉及造紙方法，其包括提供包含纖維素纖維的含水懸浮液，將包含粘土和具有最高達(dá)約0.65的羧烷基基團(tuán)取代度的纖維素衍生物的填料加入到該懸浮液中，并且使該懸浮液脫水以形成紙幅或紙片。
文檔編號D21H17/68GK1965128SQ200580018472
公開日2007年5月16日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者E·圣尼, K·安德森, J·南德 申請人:阿克佐諾貝爾公司