造纸中提高填料含量的方法技术

本发明专利技术提供一种相比其它可行方法通过预絮凝填料颗粒而未预期损失纸强度地具有较高比例矿物填料颗粒的造纸方法。所述方法通过用填料材料附着于强度添加剂的材料涂布填料颗粒的至少一部分而允许使用更大量的填料颗粒。该强度添加剂将纸纤维紧密地保持在一起，并且不浪费填料颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用无政府资助的研究或开发的声明无
技术介绍
本专利技术涉及ー种提高造纸方法中制得的纤维纸垫(paper mat)强度的方法。纸垫包含水和固体，且通常为4至8%的水。纸垫的固体部分包含纤维(通常为纤维素类纤维)，还可包含填料。提高纸垫的强度之一将提高固体比例，也就是填料含量。由于它降低了原材料的成本，減少了造纸方法中所需的能量，并提高了纸的光学性能而令人期待。现有技术中公开了具有10%至40%的填料的固体部分的纸垫。然而，现有技术中也公开了增加填料含量的同时发生最终纸的强度损失。填料为在造纸过程中向纸垫加入的矿物颗粒，以提高最终纸的不透明度和光反射性能。在美国专利号7，211，608中描述了ー些填料的实例。填料包括无机和有机颗粒或者顔料，用于增加不透明度或者亮度，或者降低纸或者纸板片的成本。一些填料的实例包含高岭粘土、滑石、ニ氧化钛、氢氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、颜料如碳酸钙等的ー种或者多种。英国专利 GB2016498、美国专利号 4，710，270,4, 181，567,2, 037，525,7, 211，608 和 6，190，663中描述了之前提高纸内填料含量而不损失纸强度的尝试。碳酸钙填料分为两种形式，GCC (研磨碳酸钙)和PCC (沉淀碳酸钙)。GCC天然存在于碳酸钙岩石，PCC为合成制得的碳酸钙。由于PCC具有较大的比表面积，所以PCC具有较强的光散射能力，能为最终纸提供较好的光学性能。然而由于同样的原因，PCC填充的纸垫制得比GCC填充的纸弱的 纸。纸强度是纸垫中交织纤维之间形成的结合的数量和強度的函数。具有较大表面积的填料颗粒更易干与上述纤维接合，并阻碍上述结合的数量和強度。由于其较大的表面积，PCC填料对那些结合的阻碍大于GCC。因此，造纸者被迫作出不期望的折衷。他们必须选择具有优异强度但光学性能差的纸张，或者必须选择具有优异光学性能但强度差的纸张。这样就明显需要使纸内具有大量填料的造纸方法、具有高不透明度的纸张以及具有高等级强度的填料纸。
技术实现思路
本专利技术至少ー个实施方式涉及ー种具有提高的填料含量的造纸方法。该方法包括以下步骤将第一絮凝剂以足以均匀地混合在分散体中而不引起填料颗粒明显絮凝的量加入到水分散体，在加入所述第一絮凝剂后将第二絮凝剂以足以引起所述填料颗粒在所述第一絮凝剂的存在下絮凝的量加入到所述分散体，所述第二絮凝剂具有与所述第一絮凝剂相反的电荷，将所述填料颗粒与纸纤维原料结合，用至少ー种強度添加剂处理结合体，并由所述结合体形成纸垫。所述纸纤维原料包括多种纤维和水，引起的絮凝提高了纸垫中強度添加剂的性能。本专利技术至少ー个实施方式涉及此方法，其中由所述造纸方法制得的纸的强度提高大于使用第一和第二絮凝剂的预絮凝方法所提供的强度提高以及强度添加剂本身所提供的强度提闻的总和。填料可以选自由碳酸钙、高岭粘土、滑石、ニ氧化钛、氢氧化铝、硫酸钡和氢氧化镁组成的组中。纸纤维可以是纤维素纤維。所述方法还可进一歩包括剪切所述分散体以获得预定絮凝物尺寸的步骤。所述填料絮凝物可具有10至100微米的中值粒径。第一和第二絮凝剂的RSV可为至少2dL/g。所述第一絮凝剂可为阴离子絮凝剂。所述强度添加剂可为こ醛酸丙烯酰胺/DADMAC共聚物。所述强度添加剂相对于所述纸垫的固体部分的比例可为每吨纸垫中的強度添加剂为0. 3到5千克。所述第一絮凝剂可为丙烯酰胺和丙烯酸钠的共聚物。所述强度添加剂可为阳离子淀粉。所述强度添加剂和所述第二絮凝剂可具有相同电荷。所述第二絮凝剂可选自由丙烯酰胺与DMAEM、DMAEA, DEAEA, DEAEM的共聚物组成的组中。所述第二絮凝剂可为用选自由硫酸ニ甲酷、甲基氯、苄基氯和它们的任意组合组成的组中的盐制得的季铵盐形式。所述填料可被阴离子分散，并且在向所述分散体加入所述第一絮凝剂之前加入低分子量阳离子凝结剂以至少部分中和其阴离子电荷。所述第二絮凝剂可具有与所述第一絮凝剂的电荷相反的电荷。所述填料絮凝物可具有10至100微米的中值粒径。所述填料可以选自由碳酸钙`、高岭粘土、滑石、ニ氧化钛、氢氧化铝、硫酸钡和氢氧化镁组成的组中。低分子量组合物可为阳离子凝结剂，所述第一絮凝剂可为阴离子凝聚齐U，第二絮凝剂可为阳离子凝聚剂，两种凝聚剂都可具有至少1，000，000的分子量。附图说明以下具体參照附图说明本专利技术的详细说明，其中图1是表示根据本专利技术制造的纸的强度提高的曲线图。具体实施例方式为了本申请，定义以下这些术语“凝结剂”是指与凝聚剂相比具有较高电荷密度和较低分子量的组合物，当向含有磨碎的悬浮颗粒的液体内加入该组合物时,通过离子电荷中和的机理使固体不稳定并聚ムロ o“DMAEM”是指美国专利5，338，816中描述和定义的甲基丙烯酸ニ甲氨基こ酷。“DMAEA”是指美国专利5，338，816中描述和定义的ニ甲氨基こ基丙烯酸酷。“DEAEA”是指美国专利6，733，674中描述和定义的ニこ氨基こ基丙烯酸酷。“DEAEM”是指美国专利6，733，674中描述和定义的ニこ氨基こ基甲基丙烯酸甲酷。“凝聚剂”是指具有低电荷密度和高分子量(超过1，000, 000)的组合物，当向含有磨碎的悬浮颗粒的液体内加入该组合物时,通过粒子间桥接的机理使固体不稳定并聚合。“絮凝剂”是指加入到液体吋，使液体内胶态的磨碎的悬浮颗粒不稳定并聚合成絮凝物的组合物。“GCC”是指研磨碳酸钙，通过研磨天然存在的碳酸钙岩石而制得。“PCC”是指合成制备的沉淀碳酸钙。“预絮凝”是指通过用基于絮凝剂将形成的絮凝物的粒度分布和稳定性而选择的特定絮凝剂处理使填料颗粒变成聚集体的改性。如果本申请中在他处陈述的上述定义或描述与字典中或通过引用合并于本申请的原文件所陈述的常用意思(清楚或模糊)不一致，则本申请特别是权利要求术语应理解为根据本申请中的定义或描述进行解释，而不是根据通常定义、字典定义或通过引用合并的定义来解释。本专利技术至少ー个实施方式为制造坚韧、填料含量高且具有优异的光学性能的纸的方法。在本专利技术至少ー个实施方式中，造纸方法包括以下步骤提供填料材料，通过减少强度添加剂吸附在填料材料上的预絮凝来预处理至少一部分填料材料，以及对纸垫同时加入上述预絮凝的填料共混物和強度添加剤。预絮凝是使用两种絮凝剂以絮凝剂加入造纸原料之前，在特定剪切カ下最优化絮凝物的粒度分布和稳定性的方式对材料进行处理的过程。存在于现代高速造纸业中的特定化学环境和高流体剪切速率要求填料絮凝物稳定且抗剪切。由预絮凝处理提供的絮凝物粒度分布应随着填料含量的增加而最小化纸张强度的降低，最小化来自填料颗粒的光学效率损失，并最小化对纸张均质性和适印性的负面影响。而且，整个系统必须经济合算。美国公开申请2009/0065162 Al和美国申请12/431356中描述了适用于本专利技术的预絮凝方法的实例。在一段时间内已知道向纸垫加入強度添加剂提高最終纸强度。美国专利号4，605，702中描述了强度添加剂的ー些实例。強度添加剂的ー些实例为阳离子淀粉，阳离子淀粉附着于纤维素纤维并使它们紧密结合在一起。遗憾的是，添加大量的強度添加剂来补偿由于在纸垫内使用大量填料而引起的缺点是不实际的。ー个原因是因为強度添加剂是昂贵的，而且使用大量的添加剂会产生商业上不能承受的生产成本。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.19 US 12/727,2991.一种具有提高的填料含量的造纸方法，所述方法包括以下步骤将第一絮凝剂以足以均匀地混合在分散体中而不引起填料颗粒明显絮凝的量加入到水分散体；在加入所述第一絮凝剂后，将第二絮凝剂以足以引起所述填料颗粒在所述第一絮凝剂的存在下絮凝的量加入到所述分散体，所述第二絮凝剂具有与所述第一絮凝剂相反的电荷;将所述填料颗粒与纸纤维原料结合；用选自由合成强度添加剂组成的组中的至少一种强度添加剂处理结合体；和由所述结合体形成纸垫，所述纸纤维原料包括多种纤维和水，和所述引起的絮凝提高了所述纸垫中的所述强度添加剂的性能，其中所述强度添加剂不为淀粉。2.如权利要求1所述的方法，其中由所述造纸方法制得的纸的强度提高大于使用所述第一絮凝剂和第二絮凝剂的预絮凝方法所提供的强度提高以及所述强度添加剂本身所提供的强度提闻的总和。3.如权利要求1所述的方法，其中所述填料选自由碳酸钙、高岭粘土、滑石、二氧化钛、 氢氧化铝、硫酸钡和氢氧化镁组成的组中。4.如权利要求1所述的方法，其中所述纸纤维为纤维素纤维。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括剪切所述分散体以获得10至100微米之间的预定絮凝物尺寸的步骤。6.如权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫国，罗丝·T·格雷，
申请(专利权)人：纳尔科公司，
类型：
国别省市：