纸张涂布颜料制造技术

本发明专利技术涉及纸和其他基材的涂布组合物，特别是机械木浆纸，例如轻量涂布（ＬＷＣ）纸，所述涂布组合物含有微粒状颜料和粘合剂的水悬浮液，其中所述微粒状颜料含有：（ａ）第一组分和第二组分，所述第一组分为沉淀碳酸钙，所述沉淀碳酸钙主要由文石型或菱面体型颗粒组成，或者主要由文石∶菱面体重量比为约４０∶６０～约６０∶４０（例如约５０∶５０）的文石型和菱面体型颗粒组成，所述第二组分为经处理的水合微粒状高岭土，所述高岭土具有大于等于约２５的形状系数且大于等于约２０的陡度；或（ｂ）第一组分和第二组分，所述第一组分为细微粒状碳酸钙，所述碳酸钙主要由大体呈球形的颗粒组成，所述第二组分是经处理的微粒状水合高岭土，所述高岭土具有大于等于约４５的形状系数且平均等同颗粒直径（ｄ↓［５０］）小于约０．５μｍ；或（ｃ）第一组分和第二组分，所述碳酸钙主要由文石型和菱面体型颗粒组成，其中文石∶菱面体重量比为约４０∶６０～约６０∶４０（例如约５０∶５０），所述第二组分为经处理的微粒状水合高岭土，其形状系数为小于约２５。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纸张涂布颜料。更具体的说，本专利技术涉及包含经过加工(“设计”)的微粒状高岭土和微粒状碳酸钙的纸张涂布组合物、该组合物的制备方法、该组合物在纸张涂布中的应用以及用该组合物制备的涂布纸。在本说明书中，“纸”的概念包括纸、熟纸、卡片纸、纸板等。
技术介绍
涂布纸广泛应用于包括包装、铜版纸、小册子、杂志、目录和活页纸等产品。该涂布纸需要具有多种性质，其中包括亮度、不透光度、纸张光泽度和印刷性能。纸涂布组合物通常通过将微粒状颜料材料与粘合剂及其他任选组分一起混合形成流动的水悬浮液来制备。轻量涂布(LWC)纸通常在每个表面上以约5g/m2～13g/m2的涂布重量来涂覆，并且涂布纸的总克重，或单位面积的重量，通常在约49g/m2～约65g/m2的范围内。涂覆过程可以通过使用具有短停留时间涂布头的涂布机很方便的完成，所述涂布机为这样一种设备，其中在略微升高的压力下，将涂布组合物的截留池与运动的纸幅接触0.0004秒～0.01秒，随后用拖刀将过量的涂布组合物除去。然而其他类型的涂布设备也可以用来制造轻量涂布纸。轻量涂布纸通常用于印刷杂志、目录和广告或者宣传材料。涂布纸需要满足表面光泽度和平滑度的特定标准。例如，该纸张通常需要具有至少约32个，并一直到约70个TAPPI(美国制浆造纸工业技术协会)单位的光泽度值，并且Parker Print Surf(印刷表面粗糙度仪)值要在约0.5μm～约1.6μm的范围内。超轻量涂布(ULWC)纸(也称为轻轻量涂布(LLWC)纸)主要用于通过邮件方式寄送的目录、广告和宣传材料，以节省邮寄费用。每个面的涂布质量通常在5g/m2到7g/m2之间。克重通常在约35g/m2～约48g/m2之间。用于制备涂布组合物的一种非常重要的白色无机颜料为经加工的微粒状高岭土，所述组合物用于制备轻量纸和超轻量纸。在英格兰的德文郡和康沃尔郡，美国的乔治亚州以及南卡罗来州都有大储量的高岭土存在。重要储量的高岭土还出现于巴西，澳大利亚以及多个其他国家。高岭土主要由矿物高岭石以及较小比例的各种杂质组成。高岭石以六边形薄片形状的水合铝硅酸盐晶体的形式存在，但这些薄片趋向于彼此面对面地粘结在一起而形成叠层。单个薄片具有小于等于1μm平均直径，但是叠层形式的高岭石具有可达10μm或更大的等同球体直径(esd)。一般来说，具有2μm或更大等同球体直径的高岭土颗粒都是以高岭石薄片叠层的形式存在，而不是以单个薄片的形式存在。WO-A-99/51815中描述了一种含有经处理的微粒状高岭土的纸张涂布颜料，所述高岭土的颗粒(i)粒径分布为至少80重量％的颗粒的等同球体直径小于2μm，并且不少于8重量％的颗粒的等同球体直径小于0.25μm；(ii)形状系数至少为45，其中所披露的内容在此以参考的方式引入。已知在纸张涂布颜料中，可以用微粒状的碳酸钙部分替代经处理的高岭土。微粒状碳酸钙可以由自然资源或者通过人工合成而得到。人造碳酸钙通常通过水溶液沉淀来得到。沉淀碳酸钙(PCC)通常以三种不同的主要晶形而获得热力学不稳定的六方碳钙石晶形；方解石晶形，所述晶形最稳定并且在自然界中含量最丰富；文石晶形，所述晶形在正常环境温度和压力条件下是亚稳定的，但当温度升高时会转化为方解石。所述文石晶形通常会结晶成为长而细的针(针形)，其长度∶直径比通常为约10∶1，但方解石晶形则以多种不同的形态存在，其中最常见的是菱面体型，在其中晶体的长度和直径近似相等，并且晶体可以聚集也可以不聚集；斜三角面体型，在其中晶体类似于具有两个顶点的双棱锥，其长度∶直径比通常大约为4∶1，而且通常会发生聚集。所有的这些形态的碳酸钙都可以通过适当改变生产条件来对石灰水溶液进行碳酸化得到。通过本领域所熟知的方法将碳酸钙碾碎以制备微粒状研磨碳酸钙(GCC)。GCC颗粒通常为球形。将高岭土与文石形态的沉淀碳酸钙的混合物应用于纸涂层在本领域中是已知的。在20世纪60年代的早期，Hagemeyer针对不同的颜料混合物进行了研究，其中包括高岭土/文石混合物(TAPPI，1960年3月，第43卷，第3期，第277～288页；和TAPPI，1964年2月，第47卷，第2期，第75～77页)。Crawshaw等在1982 TAPPI Coating Conference Proceedings(1982年TAPPI涂料会议论文集)143～164(1982)中描述了沉淀碳酸钙的形状对于高岭土-沉淀碳酸钙纸涂布混合物的某些性质的影响。美国专利No.5833747(Bleakley等)同样描述了不同的高岭土/文石混合物，其中所述文石用特殊的方法来制备，在所述方法中将含有沉淀碳酸钙的悬浮液至少进行部分脱水，并使用研磨介质通过高剪切研磨将其粉碎。WO-A-00/66509和WO-A00/66510(Lyons等)描述了不同的高岭土/沉淀碳酸钙的混合物，在其中使用了“块状的”高岭土，所谓“块状的”是指形状系数小于20。所有这些参考文献所披露的内容在此以参考的方式引入。
技术实现思路
已经发现当用纸涂布组合物对纸进行涂覆之后，纸的性能将会得到改善，所述纸涂布组合物包括颜料，所述颜料含有选定的微粒状的经处理的水合高岭土和选定的微粒状碳酸钙。特别是，当与涂层颜料中只含有所述混合物中的单个组分的纸张相比较时，已经发现所述纸张对光泽度、不透光度、亮度和光滑度，或所述参数中的至少几个，具有协同的改善作用。依照本专利技术的第一方面，提供了一种用于在纸和其他基材上形成光泽涂层的涂料组合物，所述组合物含有微粒状颜料与粘合剂的水悬浮液，其中所述微粒状颜料含有(a)第一组分和第二组分，所述第一组分为沉淀碳酸钙，所述沉淀碳酸钙主要由文石型或菱面体型颗粒组成，或者主要由文石∶菱面体重量比为约40∶60～约60∶40(例如约50∶50)的文石型和菱面体型颗粒组成，所述第二组分为经处理的水合微粒状高岭土，所述高岭土具有大于等于约25的形状系数且大于等于约20的陡度；或(b)第一组分和第二组分，所述第一组分为细微粒状碳酸钙，其中主要含有大体呈球形的颗粒，所述第二组分是经处理的微粒状水合高岭土，所述高岭土具有大于等于约45的形状系数且平均等同颗粒直径(d50)小于约0.5μm；或(c)第一组分和第二组分，所述第一组分为沉淀碳酸钙，其中主要含有文石型和菱面体型颗粒，其中文石∶菱面体重量比为约40∶60～约60∶40(例如约50∶50)，所述第二组分为经处理的微粒状水合高岭土，其形状系数为小于约25。所述涂布组合物可以任选地包括其他组分，在下面将会进行详细的讨论。在微粒状颜料中，所述第一组分和第二组分适宜以至少为10∶90的第一组分∶第二组分的重量比而存在，优选高于约40∶60，例如约50∶50。优选第一组分∶第二组分的重量比不超过80∶20，更典型不要超过75∶25或60∶40。本专利技术还涉及制备本专利技术的所述涂布组合物的方法；用来制备所述涂布组合物的颜料混合物；制备涂覆有所述涂布组合物的纸的方法；用所述涂布组合物涂覆的纸。在一个优选的实施方式中，本专利技术的涂布纸是涂布机械木浆纸(或者木质纸)，特别是轻量涂布纸。具体实施例方式颗粒状颜料——第一组分(碳酸钙)本专利技术中所使用的碳酸钙组分可以很容易地通过商购得到，或可以通过本领域所熟知的本文档来自技高网...

【技术保护点】
纸和其他基材的涂布组合物，所述组合物含有由微粒状颜料和粘合剂所形成的水性悬浮液，其中所述微粒状颜料含有：（ａ）第一组分和第二组分，所述第一组分为沉淀碳酸钙，所述沉淀碳酸钙主要由文石型或菱面体型颗粒组成，或者主要由文石∶菱面体重量比为 约４０∶６０～约６０∶４０的文石型和菱面体型颗粒组成，所述第二组分为经处理的水合微粒状高岭土，所述高岭土具有大于等于约２５的形状系数且大于等于约２０的陡度；或（ｂ）第一组分和第二组分，所述第一组分为细微粒状碳酸钙，所述碳酸钙主要由大 体呈球形的颗粒组成，所述第二组分是经处理的微粒状水合高岭土，所述高岭土具有大于等于约４５的形状系数且平均等同颗粒直径ｄ↓［５０］小于约０．５μｍ；或（ｃ）第一组分和第二组分，所述第一组分为沉淀碳酸钙，所述碳酸钙主要由文石型和菱面体型 颗粒组成，其中文石∶菱面体重量比为约４０∶６０～约６０∶４０，所述第二组分为经处理的微粒状水合高岭土，其形状系数为小于约２５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多佛纳特比姆，大卫O卡明斯，约翰C赫斯本德，戴夫R斯丘斯，
申请(专利权)人：伊梅里斯矿物有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]