双重表面处理填料、其制备方法和在造纸中的应用技术

一种无机填料组分和使用它的方法，其中无机填料用阴离子处理剂和阳离子聚合物预处理，以制成一种双重处理过的无机填料。本发明专利技术的表面处理的无机填料是特别适合用在上胶和其它一些性能如强度和光学性能很重要的造纸工艺中。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组分和用它来改善造纸工艺和生产纸产品质量的方法。更具体地，本专利技术涉及上胶剂的利用。最具体地说，本专利技术涉及表面处理过的无机填料，它特别适合其中上胶和其它一些性能如强度和光学性能很重要的造纸工艺。上胶剂典型地利用在造纸工艺中，以减缓或阻止液体流过纸。上胶剂通常在造纸工艺中作内上胶剂或作表面处理上胶剂。内上胶剂加到造纸过程的湿部中，而表面上胶剂在上胶机中加入，使纸张的表面上胶剂性能生效。早期纤维素反应性类型的上胶剂发展中，为控制上胶，需要过量的上胶剂。目前使用的两种合成的上胶剂是烷基烯酮二聚物(AKD)和链烯基琥珀酸酐(ASA)。两者都是通过和纤维素纤维的羟基的化学反应(共价键)给纸上浆。然而，过量用纤维素反应性类型的上胶剂导致湿部沉淀、污点增加以及纸张表面的摩擦系数问题。这些问题对纸的生产和最终纸产品的质量有不利的影响。因此，从经济和技术观点看，过量用上胶物质仍然是造纸中的问题。在造纸工艺中，对控制上胶同样重要的是所用填料物质的类型。无机碱填料如粘土、二氧化钛和碳酸钙已知对上胶有有害的影响。在湿部造纸工艺中的填料及细粒，吸附上胶剂使它在上胶控制上成为无效。用不同类型的碳酸钙填充的碱性纸的研究展示了在每片纸的上胶值和填料的比表面积之间有反比关系。换句话说，填料物质的比表面积越大，对上胶的影响越有害。而且在纸的填料含量增加对造纸工艺和最终产品两者有利的情况下，会发生对纸的质量和机器的性能及生产的效率有负面影响的上胶问题。需要一种无机碱填料，它在使用时既不影响造纸工艺也不影响最终纸品的物理性质。因此本专利技术的一个目的是提供一种改善纸的上浆的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种能用在造纸工艺中改善上胶的无机碱填料组分。本专利技术的进一步目的是提供一种改善最终纸产品质量而对上胶没有不利影响的无机碱填料组分。正如在下面提供的详细说明书中，这些和另一些目的将变得更清楚。德国专利申请2,315,097公开了用在造纸中的填料，包括用阴离子合成聚合物树脂涂覆的碳酸钙，使得被涂覆的填料有0(零)电荷。建议用被涂覆的填料来最大地减少通常看到的由于在造纸中利用了填料造成的强度损失。优选的阴离子树脂是水基聚合物，例如苯乙烯丁二烯的共聚物。U.S.№.4,610,801提出了一种保持可泵送的矿物浆料的制备方法，其通过把阳离子材料加到矿物浆料中使得处理浆料不凝固或粘度不超过500c.p.s.m.和在稀释时起絮凝作用。该处理浆料被认为在污水处理及造纸中作为凝结剂是有用的。U.S.№5,147,507公开了一种改进造纸的方法，其通过减少所需的上胶，保持上胶量超过规定的时间，以及改进形成的纸卷的处理性能来达到，而纸卷的处理性能的改进是通过把约5到50重量％的填料供给加入到造纸设备中实现的，而填料是用约0.1到10.0重量％的阳离子聚合物表面处理过的，该阳离子聚合物已通过用已与环氧化的卤代醇化合物反应过的至少一种聚氨基酰胺和一种聚胺聚合物处理而在阳离子聚合物上形成叔胺和季胺的基团而成阳离子。已经公开的是一种无机填料组分和一种它的使用方法，其中所用的无机填料已经用阴离子处理剂和阳离子聚合物预处理过而产生一种双重处理过的无机填料，该填料对其中上胶、强度和光学性能很重要的造纸工艺特别有用。按照本专利技术的一个方面，已经发现是新的和没有被现有技术所预料的是一种双重处理过的无机填料如碳酸钙，或是磨细的石灰石或是人工制成的沉淀碳酸钙。此双重处理过的无机填料对其中上胶、强度和光学性能是重要的造纸工艺特别有用。本专利技术的另一方面提供了一种通过首先用阴离子化学处理剂，然后用阳离子聚合物对无机填料进行表面处理制造双重处理无机填料的方法。当本专利技术的双重处理无机填料用在造纸工艺中时，上胶性能有改进而对强度及光学性能没有不利的影响。阴离子化学剂发现的对第一次处理无机填料是有效的阴离子化学剂是选自玻璃态的磷酸钠、羧甲基纤维素、硅酸盐、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸钠、或另一些无机或有机的分散剂。玻璃态的磷酸钠，包括但不局限于四磷酸钠、焦磷酸四钠、六偏磷酸钠和酰氨基长链多磷酸盐。其中，磷酸四钠是优选的。聚丙烯酸钠包括分子量约低于4000的聚丙烯酸酯是特别优选的。由Rhone-Poulenc，Marietts，Georgia制造的商品名为Collids-211的聚丙烯酸酯是一种合适的聚丙烯酸酯。玻璃态的磷酸钠是优选的，磷酸四钠特别优选。按照本专利技术为改善纸的光学和物理性能所需阴离子化学剂的含量从基于无机填料重量的约0.01重量％至约1.0重量％。优选的阴离子化学剂的含量约为0.1重量％至0.5重量％。阳离子聚合物本专利技术双重处理无机填料所需的第二组分是一种阳离子聚合物。使用基于无机填料重量的约0.1％到约10.0％，优选为约0.25％到2％，以改善上胶性能而对使用填料的成品纸的光学和物理性能，特别是不透光性，和拉伸强度没有不利的影响。发现对无机填料表面处理有效的阳离子聚合物是有下面化学式的二聚体 式中，R是烃基团，从至少有8个碳原子的烷基、至少有6个碳原子的环烷基、芳基、芳烷基、烷芳基中选出。具体的二聚体是辛基-、癸基-、十二烷基-、十四烷基-、十六烷基-、十八烷基-、二十烷基-、二十二烷基-、二十四烷基-、苯基-、苯甲基-β-萘基-和环己基-二聚体。其它可用的二聚体可从矿用酸、环烷酸、δ9，10-癸二烯酸、棕榈烯酸、油酸、蓖麻油酸、亚油酸酯、亚油酸、十八烯酸和类似酸中生产，还可从天然的脂肪酸混合物如从椰子油、巴巴苏油、棕榈籽油、棕榈油、橄榄油、花生油、菜籽油、牛板油和猪油或类似物，包括上述油的混合物制造二聚体。通过用与环氧化卤代醇化合物如表氯醇反应的聚氨基酰胺和/或聚胺聚合物处理二聚体，而在二聚体表面形成叔胺和季胺基团，使聚合物成阳离子的。优选的是，在二聚体上的阳离子电荷主要从季胺基团衍生出。一种合适的这类聚合物是由Hercules，Inc.，wilmington，Delaware制造的，商品名为Hercon.无机碱填料适合在本专利技术中应用的无机填料可从下列选择碳酸钙、二氧化钛、滑石、和二氧化硅/硅酸盐填料。上述填料如不经过处理就使用对上胶有不利影响，但按照本专利技术首先用阴离子处理剂，然后用阳离子聚合物处理后，很方便地变为可利用的，并且事实上改善了造纸的工艺和最终的纸产品。对所有类型填料而言，已发现所需加入到含填料的浆料中的阳离子聚合物的量直接与填料的表面积相关。为了制造本专利技术的双重表面处理的无机填料，无机填料首先用阴离子化学剂处理，然后用阳离子聚合物处理。一般可用现有技术上已知的手段把阴离子和阳离子的处理剂加入到含无机填料的浆料中。阴离子化学剂可以湿态和干态加入，而阳离子处理剂典型地是以溶液形式加入。在25℃室温下在搅动浆料时加入处理剂是一种对填料进行表面处理的有效方法。本专利技术的双重表面处理的无机填料随后用在造纸工艺中时，上胶性能得到改善。在本专利技术实践中利用粘土作为无机碱填料时，已发现用约1.0到约2.0重量％的上述的阳离子聚合物表面处理粘土，在制造大大降低的上胶需要的填料粘土方面是有效的。为测量液体通过手抄纸的穿透性通过Hercule上胶试验(HST)试验上胶。HST是在本专利技术中用作确定纸的上胶度的试验方法。试验在型号为KA或KC的Hercule上胶试验机上进行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善上胶的方法，包括把用以填料重量为基的约０．１重量％至１．０重量％的阴离子剂和约从０．１重量％至约１０重量％的阳离子聚合物表面处理过的填料加到造纸体系中。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA吉尔，
申请(专利权)人：矿业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]