制备颜料-纤维复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备颜料-纤维素纤维复合材料的方法，其中，所述颜料包括包含局部阳离子电荷的无机颜料，所述方法包括使含水纤维素纤维悬浮液与无机颜料颗粒接触，使得所述颜料晶体附着于纤维表面，所述晶体具有至多5μm的尺寸。所制得的复合材料制品可以在生产纸张中用作填充颜料或涂层颜料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备颜料-纤维素纤维复合材料制品的方法。本专利技术还涉及颜料-纤维素纤维复合材料制品在生产纸张中作为填充颜料或涂层颜料的用途。
技术介绍
造纸工艺从纸浆的制备开始，其中，纤维素纤维与水和矿物填料(通常是粘土或碳酸钙或石膏)混合。所制得的淤浆通过流浆箱传输到成形织物或压制织物或线材上，在造纸机的成形区形成纤维素纤维的纤维纸幅。然后在排水区排水，将生成的纸幅引导至包括一系列辊压机的压缩区，在此除去多余的水。随后将纸幅引导至造纸机的干燥区，通常在此通过蒸汽加热干燥滚筒蒸发掉绝大部分剩余的水。干燥后的操作包括轧光，其中干燥的纸制品在压力下在辊之间通过，因此提高了表面平滑度和光泽度，使得全幅横向厚度更加均匀。 轧光机有很多种，例如辊通常为钢辊且包括加热辊(热辊)的机械轧光机。通常以分散填料的形式引入矿物填料。有用的分散剂如下木质磺酸盐，例如木质磺酸钠，芳族磺酸与甲醛的缩合产物，例如缩合的萘磺酸盐，分散阴离子聚合物，阴离子单体的共聚物或聚合后阴离子化的聚合物，包括具有阴离子电荷的重复单元的聚合物，如羧酸和磺酸，它们的盐或其组合。还可以使用磷酸盐、非离子和阳离子聚合物、多糖和表面活性剂。基于矿物填料的重量，通常分散剂的用量为O. 01-5. 0%，例如O. 05-3. 0%。石膏或硫酸钙二水合物CaSO4 □ 2H20适合作为用于涂层颜料和填料的材料，特别是在纸制品中。如果特殊的石膏具有高亮度、高光泽度和高不透明度，则可以得到特别优良的涂层颜料和填料。当颗粒足够小、平且宽(扁平)时，光泽度就会高。当颗粒具有折射性、小且尺寸均匀(颗粒尺寸分布窄)时，不透明度就会高。在下文中会讨论石膏颗粒的尺寸。然而，关于石膏的讨论也适合于其他颜料，例如碳酸钙和高岭土。通过观察扫描电子显微镜照片可以确定石膏产品颗粒的形态。有用的显微照片可以通过使用例如Philips FEI XL 30FEG型的扫描电子显微镜获得。石膏产品颗粒的尺寸以其中包含的颗粒的重均直径D5tl表示。更确切地说，D5tl为近似圆颗粒的直径，比构成50%总颗粒重量的颗粒的直径小。D5tl可以由合适的尺寸分析仪测定，如 Sedigraph 5100。晶体的平整是指晶体薄。平整晶体的形式适用于通过形态比SR表示。SR为晶体长度(最长尺寸)与晶体厚度(最短的横向尺寸)的比例。要求保护的石膏产品的SR是指其单个晶体的平均SR。晶体的平坦是指晶体宽。平坦适用于通过长宽比AR表示。AR为晶体长度(最长尺寸)与晶体宽度(最长的横向尺寸)的比例。要求保护的石膏产品的AR是指其单个晶体的平均AR。通过观察扫描电子显微镜照片可以估计石膏产品的SR和AR。合适的扫描电子显微镜为上述 Philips FEI XL 30FEG。相同的晶体粒径意味着晶体粒径分布窄。宽度用重量分布WPSD表示,其表示为(D75-D25) /D5tl，其中，D75, D25和D5tl为近似圆颗粒的直径，分别比构成75%、25%和50%颗粒总重量的颗粒的直径小。颗粒分布的宽度可以由合适的尺寸分析仪测定，如上述Sedigraph5100。石膏作为天然矿物存在，或作为化学过程的副产品生成，如作为磷石膏或脱硫石膏。为了通过进一步结晶将石膏精制为涂层颜料或填料，必须首先将其锻烧成硫酸钙半水合物(CaSO4 □ H2O)，随后可以将半水合物溶解在水中使其再次成为水合物并沉淀得到纯石膏。硫酸钙也可以以无结晶水硬石膏(CaSO4)的形式存在。根据石膏原料的煅烧条件，硫酸钙半水合物以两种形式存在α -和β -半水合物。β_型是大气压下通过热处理石膏原料得到，而α-型是在高于大气压的蒸汽压下通过处理石膏原料或在例如约45°C的温度下由盐或酸溶液的化学湿法煅烧得到。W088/05423公开了一种在其浆液中通过使硫酸钙半水合物生成水合物制备石膏的方法，其干物质含量为20-25wt%。所得的石膏的最大尺寸为100-450 μ m，第二大尺寸为 10-40 μ mDAU620857(EP0334292A1)公开了一种由含有不大于33. 33wt%的磨碎的半水合物的浆料制备石膏的方法，由此所得的针状晶体的平均尺寸为2-200 μ m，长径比为5-50。参见该文献的第15页，第5-11行，以及实施例。US2004/0241082描述了一种由干物质含量为5_25wt%的半水合物浆液制备针状小石膏晶体(长度为5-35 μπι,宽度为1-5 μπι)的方法。该美国文献的构想是为了阻止造纸过程中晶体溶解，采用添加剂降低石膏的水溶性。US5320677公开了一种复合材料，所述复合材料通过将石膏和宿主颗粒，尤其是木质纤维，以及足以制得稀释淤浆的水混合，随后在压力下加热淤浆使得石膏转化为硫酸钙α半水合物，然后分离大部分的水，随后将半水合物再水化生成石膏制备。复合材料可以用于制造建筑物和石膏产品，尤其是耐火性墙板。DE3223178C1公开了一种制备用一种或多种矿物质涂覆的有机纤维的方法。一个实施方案包括纤维素纤维、煅烧石膏和水的混合。压缩混合物得到塑料物质，然后将其干燥并机械粉碎得到细颗粒。所得产物可以在例如浙青物质或油灰中用作添加剂或填料。W02008/092990公开了一种由尺寸为O. 1-2. Oym的完整晶体组成的石膏产品。该晶体优选具有形态比SR至少为2. O,更优选2. 0-50，长径比ARl. 0-10,更优选为I. O-小于5. O。石膏产品可以在生产纸张中用作涂层颜料或填充颜料。W02008/092991公开了一种制备石膏产品的方法，其中硫酸钙半水合物和/或硫酸钙硬石膏和水接触使得硫酸钙半水合物和/或硫酸钙硬石膏和含水互反应，形成结晶石膏产品。形成的反应混合物的干物质含量为34-84wt%，优选50-84wt%。石膏产品可以在生产纸张中用作涂层颜料或填充颜料。本专利技术的目的是提供一种颜料-纤维素纤维复合材料，其中，颜料非常坚固地附着于纤维表面，所述复合材料可以在生产纸张中用作涂层颜料或填充颜料。专利技术概述根据本专利技术，令人吃惊地发现用于造纸过程中的填料可以由含水纤维素纤维悬浮液和未分散的或部分分散的石膏颗粒或其他未分散的或部分分散的颜料颗粒接触制备，所述接触是在包含局部阳离子电荷的颜料附着于纤维表面以生成颜料-纤维素纤维复合材料的状态下进行的。附图简要说明图I显示了现有技术中填充了石膏填料的纤维的扫描电子显微镜(SEM)显微照片;图2-13显示了不同初始纸浆浓度下，本专利技术的石膏/牛皮纸浆复合材料的SEM显微照片；附图说明图14显示了本专利技术的石膏/机械纸浆复合材料的SEM显微照片；图15-18显示了不同初始纸浆浓度下，本专利技术的PCC/牛皮纸浆复合材料的SEM显微照片；图19显示了本专利技术的高岭土 /牛皮纸浆复合材料的SEM显微照片； 图20显示了本专利技术的石膏+硫酸钙半水合物/牛皮纸浆复合材料的SEM显微照片;图21-22显示了本专利技术的二氧化钛/牛皮纸浆复合材料的SEM显微照片。专利技术详述根据本专利技术的一个方面，提供了一种制备颜料-纤维素纤维复合材料的方法，其中，所述颜料包括包含局部阳离子电荷的无机颜料，所述方法包括使含水纤维素纤维悬浮液与无机颜料颗粒接触，使得所述颜料晶体附着于纤维表面，所述晶体具有至多5 μ m的尺寸。颜料附着本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.10 FI 201051281.一种制备顔料-纤维素纤维复合材料的方法，其中，所述颜料包括包含局部阳离子电荷的无机颜料，所述方法包括使含水纤维素纤维悬浮液与无机颜料颗粒接触，使得所述颜料晶体附着于纤维表面，所述晶体具有至多5pm的尺寸。2.权利要求I所述的方法，其中，所述无机颜料颗粒包括石膏、碳酸钙、高岭土、ニ氧化钛、滑石、硅石或硅酸盐，优选石膏、碳酸钙或高岭土。3.权利要求2所述的方法，其中，所述无机顔料颗粒还包括硫酸钙半水合物或硫酸钙硬石膏，其转化为石膏晶体，附着于纤维表面，所述晶体具有至多5 的尺寸。4.权利要求1-3任一项所述的方法，其中，所述无机顔料的净电荷是阴离子。5.权利要求1-4任一项所述的方法，其中，所述纤维素纤维的净电荷是阴离子。6.权利要求1-5任一项所述的方法，其中，附着于纤维素纤维表面的颜料晶体具有0.1-5. Oiim 的尺寸。7.权利要求1-6任一项所述的方法，其中，所述颜料颗粒是以粉末形式或作为淤浆提供的。8.权利要求1-7任一项所述的方法，其中，所述含水纤维素纤维悬浮液和无机颜料颗粒是在高剪切力下接触的。9.权利要求1-8任一项所述的方法，其中，在所制备的复合材料中，顔料与纤维素纤维的重量比以干基计，为70:30-10:90，优选50:50-10:90，更优选40:60-20:80，最优选40:60-30:70。10.权利要求1-9任一项所述的方法，其中，在接触阶段，所述纤维素纤维的含量以干基计，为 0. l-15wt%,...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·图尔基，P·海斯卡，
申请(专利权)人：凯米罗总公司，
类型：发明
国别省市：