為制造纖維網的配料提供填料的方法以及紙或紙板的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及制造纖維網的配料中的PCC (沉淀碳酸鈣）的制造和使用PCC作為填 料的紙或紙板。本發明尤其涉及碳酸鈣的制備和向制造紙或紙板的漿料中引入強度增強或 助留化學品。
【背景技術】
[0002] 由纖維懸浮液(所謂的造紙漿料或配料）通過經紙或紙板制造機的一個或多個絲 網從該纖維懸浮液中濾水來制造紙和紙板。該漿料可含有許多纖維組分，例如化學漿、化學 機械漿、機械漿和再生漿和各種添加劑，如填料、助留劑、施膠劑、紙染料、濕強度和干強度 增強化學品，僅舉幾例。
[0003] 填料通常是細碎礦物產品，通常在大約0. 5至5微米的尺寸范圍內。填料的主要功 能是降低紙的每單位質量的材料成本，因為填料明顯比造紙纖維便宜，其它功能是提高最 終產品的不透明度和提高其平滑度。要制造的紙或紙板的類型對填料、填料摻合物和它們 在該產品中的含量具有巨大影響。最重要的填料是碳酸鈣和高嶺土，又稱煅燒高嶺土。大 多數填料以干粉或淤漿形式送往造紙廠。一種形式的碳酸鈣，即沉淀碳酸鈣（PCC)通常在 造紙廠附近的工廠非現場（on-site)制備并以淤漿形式送往造紙機。最近，已經在造紙廠 規模(mill-scale)的用途中成功測試了 PCC的在線生產。PCC的在線生產是指其中在將漿 料或配料送往紙或紙板機流漿箱的管線中在該漿料存在下借助純二氧化碳或含二氧化碳 的氣體進行石灰乳（M0L)的碳酸化的方法。
[0004] 可以通過在高溫下煅燒石灰石(碳酸鈣）以釋放出co2并通過添加水消化所得石灰 (氧化鈣）以形成石灰懸浮液(氫氧化鈣）來制造石灰乳。
[0005] 填料使用中的缺點涉及下述事實，即盡管如上文已提到，填料提高不透明度(這是 紙或紙板所需的特征)，但填料也降低紙或紙板的強度。因此，造紙商不得不尋找不透明度 與強度之間的平衡。在良好的光學性質下保持良好的產品強度的一種方式是使用優質填 料。優質填料的一個好例子是煅燒高嶺土，其是通過在窯中將超細天然高嶺土加熱至高溫 產生的無水硅酸鋁。在該煅燒過程中，首先在500-700°C的溫度下作為蒸氣釋放出羥基化 的水。然后繼續加熱到l〇〇〇°C，此時超細粒子開始附聚成較大粒子。最終獲得具有相對較 大的內部孔隙體積的高嶺土-空氣界面。在煅燒后，將粘土粉碎以除去任何過大的附聚物。 最終產物通常具有極窄的粒度分布。煅燒高嶺土被指定為特種填料并主要用于提高光散射 和不透明度以及降低可能的油墨透印。但是，煅燒高嶺土的平均價格水平為PCC的大約3 倍。這在實踐中意味著造紙商可以使用比煅燒高嶺土多三倍的PCC。但是，PCC用量的這種 大的提高不可避免地意味著紙強度的急劇降低。
[0006] 填料使用中的另一缺點在于它們傾向于干擾纖維間粘結，以降低紙的強度。另一 缺點是小粒度的填料傾向于穿過造紙機絲網并到達濾液中。填料留著率是描述留在絲網上 的幅材中的填料比例。該值越低，留著越弱。另一缺點是填料傾向于形成附聚物以降低紙的 質量。因此對于填料的使用有若干傳統規則，即（a)確保填料材料在將其添加到造紙漿料 或配料中之前完全分散成單粒子。有時為上述目的使用特定化學品，即分散劑。（b)在不 會不利地影響其它添加劑的位置將其與該配料混合，和（C)使其留在造紙機絲網上的纖維 氈中。第一個和最后一個目標有時互相沖突，尤其是在已使用大量分散劑制造穩定懸浮液 的情況下。同樣顯而易見的是，材料越細，該填料越容易從幅材和絲網中濾出且留著越弱。 為了改進留著率，向該配料提供助留劑以使填料聚集到該配料中的纖維和其它固體上。由 上文應該理解，日常使用其它化學品，如分散劑、強度增強化學品和助留劑促進填料的更多 使用。
[0007] 此外，也使用增強紙強度，即內部粘結、耐破度、抗張強度等的化學品，它們包括各 種天然和人造或合成的聚合物。最廣泛使用的強度增強化學品之一是淀粉。該淀粉可以是 非離子、陰離子、陽離子或兩性淀粉或兩種或更多種所述淀粉的混合物。該淀粉可以是未改 性的、氧化的、交聯的、酯或醚形式的或以任何其它方式改性的。該淀粉可基于任何原材料， 例如馬鈴薯、玉米、小麥、木薯、大米、玉米、糯玉米或蠟質玉米。羧甲基纖維素（CMC)和瓜爾 膠衍生物是最受歡迎的天然聚合物。
[0008] PAAE (聚酰氨基胺-表氯醇)、c_PAM (陽離子聚丙烯酰胺聚合物)、a_PAM (陰離子 PAM)、硅酸鹽、納米粒子、聚乙烯胺和聚丙烯酸酯（PA)的共聚物、丙烯酰胺的陰離子共聚物 或其它丙烯酰胺聚合物是合成強度增強化學品的廣泛使用的實例。
[0009] 助留化學品和強度增強化學品之間的區別在實踐中可忽略不計，因為這兩種化學 品的工作原理相同，且它們幾乎同時被引入到該配料中，即在造紙機的流漿箱上游引入到 該配料中。
[0010] W0-A1-2007/067146論述了非現場生產用作紙或紙板制造中的填料的沉淀碳酸鈣 (PCC)的方法，其中在淀粉存在下進行氫氧化鈣的碳酸化。通過上述方法制成的沉淀碳酸鈣 在用作填料時降低紙的掉粉傾向并提高紙或紙板的強度。上述結果被認為歸因于淀粉粘結 小粒度填料粒子以使它們不會從紙中流失并因此無法造成掉粉。在該W0文獻中論述的方 法中，非現場生產PCC，因為纖維和細粒的存在被認為干擾淀粉并入PCC粒子中。借助栗送 或借助罐式車將PCC-淀粉混合物運往造紙廠使用。
[0011] US-2, 188, 494、US-3, 443, 890 和 US-B1-6, 294, 143 基本論述了在淀粉存在下或更 廣義地說，在碳水化合物存在下制造 PCC的類似方法。
[0012] 但是，當考慮現有技術公開中論述的在淀粉或碳水化合物存在下生產PCC時，例 如上文提到的W0文獻教導了沉淀碳酸鈣最優選不在纖維存在下生產，因為纖維和細粒可 以干擾淀粉和/或羧甲基纖維素并入PCC粒子中。此外，與造紙過程分開，即不在造紙過程 的現場（in-situ)進行的沉淀碳酸鈣的生產使得該方法更容易控制。換言之，在現有技術 中，一個明確的偏見在于，當存在纖維或細粒時，淀粉失去其粘結到PCC微粒上的能力，由 此可以預計，為了確保充分粘結到纖維上，即為了改進PCC的留著和紙或紙板的強度，應該 使用過量的助留/強度增強化學品。
[0013] W0-A2-2009103853論述了借助注射混合器將濃漿組分引入配料中。該文獻還提議 在注入濃漿的同時也與濃漿組分一起引入石灰乳之類的化學品。該文獻進一步教導在流漿 箱篩網前將石灰乳和二氧化碳引入配料中并在流漿箱篩網后與纖維回收過濾器的細粒級 一起引入助留化學品從而在注入該助留化學品之前已發生PCC的沉淀。該文獻進一步論述 了如何預先，即在配料中注入濃漿組分之前將各種添加劑與濃漿組分混合。
[0014] W0-A2-2009103854論述了在纖維網機器的短循環中沉淀PCC。該文獻提議在PCC 沉淀后將纖維網制造中所需的所有或至少基本所有化學品引入配料中。
[0015] DE-A1-102007029688論述了生產用于造紙的PCC的方法。該文獻教導了在單獨的 反應器中制備PCC，在其中引入水、石灰乳、二氧化碳和結晶核。該文獻教導了可以使用細 粒、細雜質、助留劑、淀粉等作為該結晶核。在PCC沉淀后，引入該懸浮液以與配料的纖維成 分，即例如造紙纖維混合。因此該文獻以更早論述的W0-A1-2007/067146的方式教導了在 淀粉或助留化學品等存在下沉淀PCC。但是，所論述的方法具有幾個缺點。首先，使PCC晶 體沉淀在細粒、細雜質等上會產生相對無活性并容易過濾到造紙白水中的小粒度粒子，除 非通過稍后添加到配料中的助留化學品粘結到纖維上。其次，如果結晶核由助留化學分子 構成，該分子在沉淀反應過程中會被PCC晶體包圍以致該分子在稍后與纖維接觸時沒有或 至少只有很少的可供附著到纖維上的自由表面。
[0016] 因此，現有技術的主要問題是 ?在非現場設施中的PCC生產中涉及高投資、能量、運行和維護成本， ?如果需要高不透明度和強度這二者，要增加優質昂貴填料的使用， ?如果需要高不透明度和強度這二者，要增加助留/強度增強化學品的使用，和 ? PCC晶體的不均勻同質性。
[0017] 發明概述 本發明的一個目的是開發一種制造 PCC的新型方法，其避免聯系上述現有技術的方法 論述的至少一些問題。
[0018] 本發明的另一目的是開發一種在助留/強度增強聚合物存在下制造 PCC的新型方 法。
[0019] 本發明的再一目的是開發一種不需要使用昂貴的優質填料的為紙或紙板，更籠統 而言纖維網提供高不透明度的新型方式。
[0020] 本發明的又一目的是開發一種制造 PCC的新型方法，借此提高PCC/填料在纖維網 中的留著率。
[0021] 本發明的再一目的是開發一種制造 PCC的新型方法，借此改進纖維網的強度性 質。
[0022] 本發明的再一目的是開發一種制造 PCC的新型方法，借此提高纖維網中的填料比 例。
[0023] 本發明的再一目的是開發一種制造 PCC的新型方法，借此降低對強度增強/助留 化學品的需求。
[0024] 在本發明中已經通過一種為制造纖維網的配料提供填料的方法實現至少一個上 述目的，所述方法包括步驟 a) 向通往纖