制造紙和紙板的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制造紙和紙板的方法，該方法包括：(a)將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中以形成填料組合物；(b)借助泵將該填料組合物引入包含纖維素纖維的水性懸浮液中；和(c)對所獲得懸浮液進(jìn)行脫水。本發(fā)明還涉及一種制造填料組合物的方法，該方法包括：(a)將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中以形成填料組合物；(b)借助泵將該填料組合物引入儲存槽中。
【專利說明】制造紙和紙板的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種制造紙和紙板的方法。更具體地，本發(fā)明涉及制造適用于紙和紙板制造方法中的填料組合物的方法，和制造紙和紙板的方法，其中將填料組合物引入纖維素懸浮液中。
[0002]發(fā)明背景
[0003]填料和填料組合物為眾所周知的且廣泛用于造紙應(yīng)用中，以通過用較廉價填料代替相對昂貴的原生纖維素纖維來降低紙成本。填料還使得可改進(jìn)某些紙性質(zhì)，例如表面平滑度、適印性和光學(xué)性質(zhì)如不透明度和亮度。然而，可不利地影響其他紙性質(zhì)。例如，填料紙(filled paper)與無填料紙相比通常呈現(xiàn)較低強(qiáng)度性質(zhì)。
[0004]以常規(guī)方式制造填料紙以符合特定規(guī)格,例如抗張強(qiáng)度、抗張挺度、Scott內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(Scott Bond)、厚度、克重、填料含量等。當(dāng)以指定克重制造紙時，已觀察到當(dāng)填料含量增加時紙厚度降低。不合格的紙厚度可引起處理問題，例如高速轉(zhuǎn)換和最終用途操作中的處理問題。
[0005]填料紙的厚度減少可通過增加克重(即根據(jù)規(guī)格成比例增加該方法中所用纖維素纖維和填料的量)來補(bǔ)償，這意味著總制造成本將增加。厚度減少還可通過用松厚漿如BCTMP (松厚CTMP)代替常規(guī)硫酸鹽/亞硫酸鹽漿的一部分來補(bǔ)償。然而，可存在與使用這些楽相關(guān)的缺點(diǎn)和問題。
[0006]因此，仍需要制造具有經(jīng)改進(jìn)厚度控制、在高速轉(zhuǎn)換和最終用途操作中的經(jīng)改進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)性和經(jīng)改進(jìn)或維持的強(qiáng)度性質(zhì)的填料紙和紙板的方法。還需要制造賦予紙和紙板上述性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的填料組合物的方法。
[0007]發(fā)明概述
[0008]本發(fā)明的目的為提供制造尤其當(dāng)增加所制造的紙和紙板的填料含量時具有經(jīng)改進(jìn)厚度控制，即維持厚度或至少使厚度損失減少的紙和紙板的方法。本發(fā)明的另一目的為提供制造在高速轉(zhuǎn)換和最終用途操作中具有經(jīng)改進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)性的填料紙和紙板的方法。因此，可避免或至少減少任何由紙厚度不合格所造成的操作和運(yùn)轉(zhuǎn)性問題，例如復(fù)印機(jī)中的雙進(jìn)紙或卡紙、表格印刷機(jī)及其他轉(zhuǎn)換機(jī)中的降低操作速度以及印刷和信封折疊機(jī)上的套準(zhǔn)錯誤。
[0009]本發(fā)明的又一目的為提供制造尤其當(dāng)增加所制造的紙和紙板的填料含量時具有維持或改進(jìn)強(qiáng)度性質(zhì)的填料紙和紙板的方法。由本發(fā)明制造的填料紙和紙板的基本可維持或改進(jìn)的強(qiáng)度性質(zhì)包括抗張強(qiáng)度、抗張挺度、抗彎曲性、z強(qiáng)度、Scott內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和蠟粘性。
[0010]本發(fā)明的再一目的為提供制造紙和紙板的方法，其中可對應(yīng)于任意厚度偏差(例如偏離厚度規(guī)格的偏差)容易地調(diào)節(jié)填料含量和填料與填料組合物中存在的其他組分的比例，從而提供具有規(guī)格內(nèi)厚度和維持或改進(jìn)強(qiáng)度性質(zhì)的填料紙和紙板。
[0011]通過使用本發(fā)明，可降低纖維含量并增加紙和紙板的填料含量，同時獲得所制造的紙或紙板的經(jīng)改進(jìn)厚度控制和維持或增加的強(qiáng)度性質(zhì)。不合格的紙厚度可引起處理問題，例如高速轉(zhuǎn)換和最終用途操作中的處理問題。這些問題的實例包括復(fù)印機(jī)中的雙進(jìn)紙或卡紙、表格印刷機(jī)及其他轉(zhuǎn)換機(jī)中的降低操作速度以及印刷和信封折疊機(jī)上的套準(zhǔn)錯誤。
[0012]因此，可減少原生纖維素纖維使用、增加填料負(fù)載量同時維持強(qiáng)度性質(zhì)且提供經(jīng)改進(jìn)的紙和紙板的制造方法，這產(chǎn)生環(huán)境和經(jīng)濟(jì)益處。
[0013]本發(fā)明的再一目的為提供制造適用于紙和紙板制造方法中的填料組合物的方法，其中可容易地調(diào)節(jié)填料與填料組合物中存在的其他組分的比例。
[0014]因此，在一個方面中，本發(fā)明涉及一種制造紙和紙板的方法，該方法包括:
[0015](a)將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中以形成填料組合物；
[0016](b)借助泵將填料組合物引入包含纖維素纖維的水性懸浮液中；和
[0017](C)對所獲得懸浮液進(jìn)行脫水。
[0018]在另一方面中，本發(fā)明涉及一種制造填料組合物的方法，該方法包括:(a)將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中以形成填料組合物；
[0019](b)借助泵將填料組合物引入儲存槽中。
[0020]本發(fā)明的這些及其他目的和方面將進(jìn)一步詳細(xì)闡述于下文中。
[0021]發(fā)明詳述
[0022]本發(fā)明包括使用一種或多種填料。本文所用術(shù)語“填料”意欲包括合成和天然礦物填料和顏料，包括多孔、松厚、塑料和可發(fā)泡的填料和顏料。根據(jù)本發(fā)明，合適填料的實例包括娃灰石、高嶺石(kaolinite)(例如高嶺土(kaolin)、瓷土(china clay)、煅燒的粘土)、二氧化鈦、石膏、塊滑石(talcite)(例如滑石(talc)、水滑石、水碳鋁鎂石、菱水碳鐵鎂石、水碳鐵鎂石、菱水碳鉻鎂石、水碳鉻鎂石、水鋁鎳石、水碳鐵鎳石、羥碳錳鎂石、硫碳鋁鎂石、羥鋁鎂鈣石、羥鎂鋁石、片碳鎂石、鎂鉻鐵礦(chlOTomagalumite)、鎳鋁礬、鐵鎳礬、水銅鋁礬、水氯鐵鎂石、水鐵鎳礬和莫特克石)、硅石(例如沉淀硅石和沉淀硅酸鋁)、綠土(例如蒙脫石/膨潤土、鋰皂石、貝得石、綠脫石和皂石)、氫化鋁氧化物(三氫氧化鋁)、硫酸鈣、硫酸鋇、草酸鈣以及天然和合成碳酸鈣。合適天然和合成碳酸鈣的實例包括白堊、磨碎的大理石(ground marble)、重質(zhì)碳酸I丐(GCC)和沉淀碳酸I丐(PCC),包括存在的多種結(jié)晶形式或形態(tài)中的任一種，例如菱形、柱狀、板狀、立方體和偏三角面體形式的方解石和針狀形式的文石。所述一種或多種填料合適地選自高嶺土、碳酸鈣如重質(zhì)碳酸鈣和沉淀碳酸鈣，及其混合物。所述一種或多種填料合適地以水性淤漿形式使用。
[0023]本發(fā)明包括使用一種或多種陰離子多糖。合適的一種或多種陰離子多糖為水分散性的或水溶性的，優(yōu)選水溶性的或至少部分水溶性的。所述一種或多種陰離子多糖合適地以水性組合物形式使用。所述一種或多種陰離子多糖含有陰離子基團(tuán)，其可為天然的和/或通過化學(xué)處理多糖而引入。天然陰離子多糖的實例包括天然馬鈴薯淀粉，其含有顯著量共價鍵合磷酸鹽單酯(phosphate monoester)基團(tuán)。所述一種或多種陰離子多糖還可含有陽離子基團(tuán)，只要多糖為凈陰離子或具有凈陰離子電荷，即陰離子基團(tuán)數(shù)高于陽離子基團(tuán)數(shù)或陰離子基團(tuán)的取代度高于陽離子基團(tuán)的取代度。優(yōu)選地，所述一種或多種陰離子多糖不含或基本不含陽離子基團(tuán)。[0024]可存在于所述一種或多種陰離子多糖中的合適陰離子基團(tuán)的實例包括羧酸根(例如羧基烷基)、硫酸根、磺酸根(例如磺基烷基)、磷酸根和膦酸根，其中烷基可為甲基、乙基、丙基及其混合物，合適地為甲基；所述一種或多種陰離子多糖合適地含有包含羧酸根(例如羧基烷基)的陰離子基團(tuán)。陰離子基團(tuán)的抗衡離子通常為堿金屬或堿土金屬，合適地為鈉。陰離子基團(tuán)還可以其酸形式存在，由此在水性環(huán)境中形成相應(yīng)陰離子基團(tuán)。
[0025]可存在于所述一種或多種陰離子多糖中的合適陽離子基團(tuán)的實例包括胺鹽，合適地為叔胺鹽和季銨基團(tuán)，優(yōu)選季銨基團(tuán)。含有陽離子基團(tuán)的合適陰離子多糖的實例包括通過使陰離子多糖與選自2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨及其混合物的季銨化試劑反應(yīng)所獲得的那些。
[0026]本發(fā)明的一種或多種陰離子多糖可含有非離子基團(tuán)，例如烷基或羥基烷基(例如羥甲基、羥乙基、羥丙基、羥丁基)及其混合物，例如羥乙基甲基、羥丙基甲基、羥丁基甲基、羥乙基乙基、羥丙基等。在一個本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，陰離子多糖含有陰離子和非離子基團(tuán)二者。
[0027]本發(fā)明的合適陰離子多糖的實例包括葡聚糖(glucan)(例如右旋糖酐(dextran)和纖維素)、半乳甘露聚糖(例如瓜耳膠)、幾丁質(zhì)、聚氨基葡糖、聚糖、半乳聚糖、黃原膠、果膠、甘露聚糖、糊精、海藻酸鹽和角叉菜聚糖(carragenane)。合適淀粉的實例包括馬鈴薯、玉米、小麥、木薯、大米、糯玉米(waxy maize)等。優(yōu)選地，陰離子多糖選自纖維素衍生物，優(yōu)選陰離子纖維素醚。合適陰離子多糖和纖維素衍生物的實例包括羧基烷基纖維素，例如羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、羧丙基纖維素、磺基乙基羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素(“CM-HEC”)、其中纖維素由一種或多種非離子取代基取代的羧甲基纖維素，優(yōu)選羧甲基纖維素(“CMC”)。合適纖維素衍生物的實例包括公開于美國專利4，940，785中的那些，該專利以引用方式并入本文中。
[0028]所述一種或多種陰離子多糖的陰離子基團(tuán)的取代度通常為至少約0.001或至少約0.01，合適地為至少約0.05或至少約0.10，優(yōu)選至少約0.15 ;且陰離子基團(tuán)的取代度通常為至多約1.0或至多約0.75，合適地為至多約0.65或至多約0.50，優(yōu)選至多約0.45。
[0029]所述一種或多種陰離子多糖的重量平均分子量通常為至少2，000道爾頓或至少約5，000道爾頓，合適地為至少50，000道爾頓或至少約100，000道爾頓；且平均分子量通常為至多約30，000, 000道爾頓或至多約25，000, 000道爾頓，合適地為至多約1，000, 000道爾頓或至多約500，000道爾頓。
[0030]本發(fā)明包括使用一種或多種陽離子試劑。本文所用術(shù)語“陽離子試劑”意欲包括任意陽離子有機(jī)和無機(jī)化合物。本文所用術(shù)語“陽離子有機(jī)化合物”也稱為第一陽離子試劑。本文所用術(shù)語“陽離子無機(jī)化合物”也稱為第二陽離子試劑。
[0031]合適陽離子有機(jī)化合物或第一陽離子試劑包括水溶性和水分散性，優(yōu)選水溶性陽離子有機(jī)化合物。一種或多種陽離子試劑合適地以水性組合物形式使用。陽離子有機(jī)化合物可為合成的或衍生自天然來源且使得其為陽離子性的。合適陽離子有機(jī)化合物的實例包括陽離子有機(jī)聚合物，例如縮聚物，如陽離子聚胺、陽離子聚酰胺胺、陽離子聚乙烯亞胺和陽離子雙氰胺聚合物；烯屬不飽和陽離子單體或包含至少一種陽離子單體的單體摻合物的陽離子乙烯基加聚物，如基于丙烯酰胺的陽離子聚合物、基于丙烯酸酯的陽離子聚合物、基于乙烯基胺/乙烯基甲酰胺的陽離子聚合物和基于二烯丙基二烷基氯化銨的陽離子聚合物。合適烯屬不飽和陽離子單體的實例包括(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯和二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺(優(yōu)選呈季銨化形式)和二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)。通常由約10摩爾％至100摩爾％的陽離子單體和O摩爾％至90摩爾％的其他單體(百分比的總和為100)制備烯屬不飽和單體的陽離子聚合物。陽離子單體的量通常為至少80摩爾％，合適地為100摩爾％。合適地，一種或多種陽離子試劑包含陽離子縮聚物，優(yōu)選陽離子聚胺。
[0032]陽離子有機(jī)化合物的重量平均分子量通常為至少約1，000，合適地為至少約2，000，優(yōu)選至少約5，000。通常，重量平均分子量為至多約4，000，000，合適地為至多約2，000, 000，優(yōu)選至多約700，000。陽離子有機(jī)化合物的電荷密度通常為至少約0.2meq/g,合適地為至少約lmeq/g ;且電荷密度通常為至多約15meq/g,合適地為至多約10meq/g。
[0033]合適陽離子無機(jī)化合物或第二陽離子試劑的實例包括無機(jī)一價、二價和多價陽離子和聚電解質(zhì)，例如鋁化合物。合適鋁化合物的實例包括明礬(硫酸鋁)、鋁酸鹽(例如鋁酸鈉和招酸鉀)和聚合招化合物(polyaluminum compound)(例如聚合氯化招、聚合硫酸招、聚合娃酸硫酸招(polyaluminum silicate sulphate))及其混合物。合適地，一種或多種陽離子試劑包含聚合鋁化合物，優(yōu)選聚合氯化鋁。
[0034]本發(fā)明的一種或多種陽離子試劑合適地包含至少一種陽離子有機(jī)化合物或第一陽離子試劑(如上所定義)和一種陽離子無機(jī)化合物或第二陽離子試劑(如上所定義)。陽離子有機(jī)和無機(jī)化合物的合適組合的實例包括陽離子有機(jī)聚合物和聚合鋁化合物，合適地為陽離子縮聚物和聚合鋁化合物，優(yōu)選陽離子聚胺和聚合氯化鋁。
[0035]本發(fā)明的方法包括將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中以形成填料組合物，和然后將填料組合物泵送至包含纖維素纖維的水性懸浮液(下文還稱為“纖維素懸浮液”)中，或?qū)⑻盍辖M合物泵送至儲存槽中。
[0036]混合區(qū)可為適用于混合的泵、靜態(tài)混合器、罐，例如紙或紙板制造機(jī)的混合箱或填料、陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑的料流匯聚的區(qū)。優(yōu)選地，混合區(qū)為泵或混合槽。若混合區(qū)為泵，則優(yōu)選使用所述泵來將所獲得填料組合物泵送至紙或紙板制造方法中的纖維素懸浮液中或儲存槽中。若混合區(qū)為混合槽(例如混合箱)，則借助泵將所獲得填料組合物合適地弓I入紙或紙板制造方法中的纖維素懸浮液中或儲存槽中。儲存槽可為填料組合物在運(yùn)送至紙或紙板制造機(jī)之前儲存的任意罐，或填料組合物借助泵由其引入紙或紙板制造方法中的纖維素懸浮液中的任意罐。
[0037]該方法可通過將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑以任意順序且以任意預(yù)混合形式進(jìn)料至混合區(qū)以形成填料組合物來實施。例如，可在混合區(qū)中混合一種或多種填料和一種或多種陰離子多糖以形成填料預(yù)混物，且然后可將一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中，以與其中存在的填料預(yù)混物混合以形成填料組合物。
[0038]該方法還可通過以下來實施:在填料預(yù)混合區(qū)中混合一種或多種填料和一種或多種陰離子多糖以形成填料預(yù)混物，且然后將填料預(yù)混物引入混合區(qū)中。填料預(yù)混合區(qū)可為適用于混合的泵、靜態(tài)混合器、罐，例如紙或紙板制造機(jī)的混合箱或填料料流和一種或多種陰離子多糖料流匯聚的區(qū)，例如通過合適地布置管道，這些料流經(jīng)由這些管道進(jìn)料。優(yōu)選地，填料預(yù)混合區(qū)為泵或靜態(tài)混合器。若填料預(yù)混合區(qū)為混合槽(例如混合箱)，則借助泵將填料預(yù)混物合適地弓I入混合區(qū)中。
[0039]當(dāng)兩種或更多種陽離子試劑(例如第一和第二陽離子試劑)用于該方法中時，該方法可通過以下來實施:在陽離子試劑預(yù)混合區(qū)中混合第一陽離子試劑和第二陽離子試劑以形成陽離子試劑預(yù)混物，且然后將陽離子試劑預(yù)混物引入混合區(qū)中。陽離子試劑預(yù)混合區(qū)可為適用于混合的泵、靜態(tài)混合器、罐，例如紙或紙板制造機(jī)的混合箱或第一陽離子試劑料流和第二陽離子試劑料流匯聚的區(qū)。優(yōu)選地，陽離子試劑預(yù)混合區(qū)為泵或第一和第二陽離子試劑料流匯聚的區(qū)，例如通過合適布置管道，這些料流經(jīng)由這些管道進(jìn)料。若陽離子試劑預(yù)混合區(qū)為混合槽(例如混合箱)，則借助泵將陽離子試劑預(yù)混物合適地引入混合區(qū)中。
[0040]本發(fā)明優(yōu)選包括使用泵。本文所用術(shù)語“泵”意指任意泵或具有泵作用的設(shè)備。使用如上所述的一種或多種泵提供許多益處，且使得可容易地調(diào)節(jié)至混合區(qū)中的填料、陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑的劑量、至纖維素懸浮液中的填料組合物的劑量，且由此調(diào)節(jié)制造的紙或紙板的各種性質(zhì)，尤其是紙和紙板厚度和填料含量。合適地，一種或多種具有可調(diào)節(jié)泵容量的泵用于該方法中，尤其是用于將填料組合物引入纖維素懸浮液中的步驟中。
[0041]該方法還合適地包括提供要制造的紙或紙板的厚度規(guī)格；(例如)在制造期間在線或制造后人工測量所制造紙或紙板的厚度；比較所測量厚度與厚度規(guī)格以確定任何厚度差；和任選地通過調(diào)節(jié)填料組合物的劑量且由此調(diào)節(jié)紙或紙板的填料含量來減少厚度差以提供符合厚度規(guī)格的紙或紙板。合適地，一個或多個計算機(jī)和計算機(jī)程序用于測量厚度，比較所測量厚度與厚度規(guī)格，且通過調(diào)節(jié)填料含量來減少厚度差以提供符合厚度規(guī)格的紙或紙板。
[0042]在該方法中，一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖、一種或多種陽離子試劑、填料組合物、填料預(yù)混物和陽離子試劑預(yù)混物優(yōu)選為水性的，即其優(yōu)選地含有水。其他組分(例如，生物殺傷劑；防腐劑；填料、陰離子多糖和陽離子試劑的生產(chǎn)方法的副產(chǎn)物)當(dāng)然還可存在于一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖、一種或多種陽離子試劑、填料組合物、填料預(yù)混物和陽離子試劑預(yù)混物中。
[0043]一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑在本文中還統(tǒng)稱為“組分”，其可用于該方法中且存在于填料組合物、填料預(yù)混物和陽離子試劑預(yù)混物中，其量尤其可取決于組分類型和數(shù)量、預(yù)期用途、期望填料含量、期望成本節(jié)省、期望紙強(qiáng)度等而在寬范圍內(nèi)變化。
[0044]若使用，則一種或多種填料通常以如下量存在于填料組合物和填料預(yù)混物中:相應(yīng)地基于填料組合物或填料預(yù)混物的總重量為至少約I重量％，合適地為至少約2重量％或至少約5重量％，優(yōu)選至少約10重量％。若使用，則一種或多種填料通常以如下量存在于填料組合物和填料預(yù)混物中:相應(yīng)地基于填料組合物或填料預(yù)混物的總重量為至多99重量％，合適地為至多約75重量％或至多約50重量％，優(yōu)選至多約45重量％。
[0045]若使用，則一種或多種陰離子多糖通常以如下量存在于填料組合物和填料預(yù)混物中:基于一種或多種填料的重量為至少約Ikg/噸，合適地為至少約2kg/噸或至少約3kg/噸，優(yōu)選至少約5kg/噸。若使用，則一種或多種陰離子多糖通常以如下量存在于填料組合物和填料預(yù)混物中:基于填料的重量為至多約IOOkg/噸，合適地為至多約50kg/噸或至多約30kg/噸,優(yōu)選至多約20kg/噸。
[0046]若使用，則一種或多種陽離子試劑(例如第一和第二陽離子試劑)通常以如下量存在于填料組合物和陽離子試劑預(yù)混物中:基于該方法中所用的填料的重量為至少約0.0Olkg/噸,合適地為至少約0.0lkg/噸或至少約0.1kg/噸,優(yōu)選至少約1.0kg/噸；且其通常以如下量存在:基于一種或多種填料的重量為至多約30kg/噸，合適地為至多約15kg/噸或至多約IOkg/噸，優(yōu)選至多約5kg/噸。當(dāng)陽離子試劑為鋁化合物時，基于一種或多種填料的重量按Al2O3計算本文中所定義的量。
[0047]填料組合物的陽離子試劑與一種或多種陰離子多糖的重量比通常為約10:1至約1:1000，合適地為約2:1至約1:100，優(yōu)選約1:1至約1:40。
[0048]若使用，則水通常以如下量存在于填料組合物和填料預(yù)混物中:基于相應(yīng)填料組合物或填料預(yù)混物的總重量為從約I重量％，合適地為至少約25重量％或至少約50重量％，優(yōu)選至少約55重量％。水通常以如下量存在于填料組合物和填料預(yù)混物中:基于相應(yīng)填料組合物或填料預(yù)混物的總重量為至多99重量％，合適地為至多約98重量％或至多約95重量％，優(yōu)選至多約90重量％，百分比總計為100。
[0049]根據(jù)本發(fā)明，可將填料組合物引入纖維素懸浮液中，其量尤其可取決于纖維素懸浮液類型、填料類型、陰離子多糖類型、陽離子試劑類型、所制造紙的類型、添加點(diǎn)等而在寬范圍內(nèi)變化。通常將填料組合物以如下量加入纖維素懸浮液中:基于干纖維素纖維按干填料計算為至少約Ikg/噸,合適地為至少約IOkg/噸或至少約50kg/噸,優(yōu)選至少IOOkg/噸。通常將填料組合物以如下量加入纖維素懸浮液中:基于干纖維素纖維按干填料計算為至多2000kg/噸，合適地為至多1500kg/噸，優(yōu)選至多IOOOkg/噸或750kg/噸。本發(fā)明的紙的填料含量通常在I重量°/。至約67重量％,合適地為約5重量％至約50重量％,或約10重量％至約40重量％,優(yōu)選約20重量％至約35重量％,或約25重量％至約35重量％的范圍內(nèi)。
[0050]優(yōu)選地，在混合區(qū)中混合該方法中所用的各組分，將所得填料組合物泵送并引入纖維素懸浮液中，其中混合填料組合物的組分與纖維素纖維，將所獲得懸浮液進(jìn)料至流漿箱，該流漿箱將懸浮液噴射至成形網(wǎng)上，由此對懸浮液進(jìn)行濾水以提供含有填料組合物的固體組分的濕纖維素幅或板，然后對幅或板進(jìn)一步進(jìn)行脫水并在紙或紙板制造機(jī)的干燥區(qū)域中進(jìn)行干燥以提供填料紙或紙板。優(yōu)選在紙或紙板制造機(jī)中連續(xù)實施本發(fā)明的方法。
[0051]在本發(fā)明的方法中，當(dāng)然還可通過引入纖維素懸浮液中或施加至所獲得的紙或紙板的幅或板使用其他添加劑。這些添加劑的實例包括常規(guī)填料、光學(xué)增白劑、施膠劑、干強(qiáng)度劑、濕強(qiáng)度劑、陽離子凝結(jié)劑、助濾劑和助留劑等。
[0052]合適常規(guī)填料的實例包括上文所提及的填料，合適地高嶺土、瓷土、二氧化鈦、石膏、滑石、天然和合成碳酸鈣(例如白堊)、磨碎的大理石、重質(zhì)碳酸鈣和沉淀碳酸鈣、氫化鋁氧化物(三氫氧化鋁)、硫酸鈣、硫酸鋇、草酸鈣等。合適濕強(qiáng)度劑的實例包括陽離子聚胺和聚氨基酰胺，包括通過使聚胺和聚氨基酰胺與表氯醇反應(yīng)所獲得的產(chǎn)物。
[0053]合適施膠劑的實例包括非纖維素反應(yīng)性施膠劑，例如基于松香的施膠劑(如基于松香的皂、基于松香的乳液/分散體)；纖維素反應(yīng)性施膠劑，例如酸酐乳液/分散體如烷基和鏈烯基琥珀酸酐(ASA);鏈烯基和烷基烯酮二聚體(AKD)和多聚體；以及烯屬不飽和單體的陰離子型、陽離子型和兩性聚合物，例如苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物?？蓪⒁环N或多種施膠劑加入纖維素懸浮液，在表面施膠施加時施加至紙，或二者。在一個優(yōu)選實施方案中，將至少一種施膠劑加入纖維素懸浮液中且將至少一種施膠劑施加至紙。
[0054]合適陽離子凝結(jié)劑的實例包括陽離子有機(jī)聚合凝結(jié)劑和陽離子無機(jī)凝結(jié)劑。合適陽離子有機(jī)聚合凝結(jié)劑的實例包括上文所提及的陽離子有機(jī)聚合物。合適陽離子無機(jī)凝結(jié)劑的實例包括上文所提及的陽離子無機(jī)化合物。
[0055]合適助濾劑和助留劑的實例包括有機(jī)聚合物、無機(jī)材料(例如陰離子微顆粒狀狀材料，例如硅質(zhì)材料如基于二氧化硅的膠態(tài)顆粒)、蒙脫石/膨潤土及其組合。本文所用術(shù)語“助濾劑和助留劑”是指一種或多種添加劑，當(dāng)其加入纖維素懸浮液中時與當(dāng)未添加所述一種或多種添加劑時的所獲得的相比，其得到更好的濾水和/或留著。可在將本發(fā)明的填料組合物引入纖維素懸浮液中之前、同時、期間和之后，優(yōu)選在將填料組合物引入纖維素懸浮液中之后，將助濾劑和助留劑加入纖維素懸浮液。
[0056]合適有機(jī)聚合物的實例包括陰離子、兩性和陽離子淀粉；基于丙烯酰胺的陰離子、兩性和陽離子聚合物，包括基于丙烯酰胺的基本線性、支化和交聯(lián)的陰離子和陽離子聚合物；以及陽離子聚(二烯丙基二甲基氯化銨)；陽離子聚乙烯亞胺；陽離子聚胺；陽離子聚酰胺胺和基于乙烯基酰胺的聚合物、蜜胺-甲醛和脲-甲醛樹脂。合適地，助濾劑和助留劑包含至少一種陽離子聚合物或兩性聚合物，優(yōu)選陽離子聚合物。陽離子淀粉和陽離子聚丙烯酰胺為特別優(yōu)選的聚合物，且其可單獨(dú)使用、彼此一起使用或與其他聚合物(例如其他陽離子和/或陰離子聚合物)一起使用。聚合物的重量平均分子量合適地在約1，000，000以上，優(yōu)選在約2，000, 000以上。聚合物的重量平均分子量的上限并不重要；其可為約50，000, 000，通常為約30，000, 000，合適地為約25，000, 000。然而，由天然來源衍生的聚合物的重量平均分子量可更高。
[0057]基于二氧化硅的顆粒(即基于SiO2或硅酸的顆粒)通常以水性膠態(tài)分散體(即所謂的溶膠)形式提供?；诙趸璧暮线m顆粒的實例包括膠態(tài)二氧化硅和不同類型(均聚或共聚)的聚硅酸?；诙趸璧娜苣z可經(jīng)改性且含有其他元素，例如鋁、硼、氮、鋯、鎵、鈦等，其可存在于水相和/或基于二氧化硅的顆粒中。這種類型的基于二氧化硅的合適顆粒的實例包括鋁改性的膠態(tài)二氧化硅和硅酸鋁。還可使用這些基于二氧化硅的合適顆粒的混合物。基于二氧化硅的合適陰離子顆粒的實例包括平均粒度在約IOOnm以下，優(yōu)選在約20nm以下，更優(yōu)選地在約Inm至約IOnm的范圍內(nèi)的那些。如二氧化硅化學(xué)中所常見的一樣，粒度指初級顆粒的平均大小，這些顆?？删奂蚍蔷奂；诙趸璧念w粒的比表面積合適地在約50m2/g以上，優(yōu)選在約100m2/g以上。通常，比表面積可為至多約1700m2/go比表面積借助用NaOH滴定以眾所周知的方式來測量,例如如G.W.Sears, AnalyticalChemistry28(1956): 12，1981-1983和美國專利5，176,891中所述。因此，所給面積表示顆粒的平均比表面積?；诙趸璧暮线m顆粒的其他實例包括在具有5%至50%范圍內(nèi)的S值的溶膠中存在的那些。S值可如Iler和Dalton, J.Phys.Chem.60 (1956)，955-957中所述來測量并計算。S值表示聚集或微凝膠形成的程度，且較低S值表示較高的聚集程度。
[0058]助濾劑和助留劑的合適組合的實例包括陽離子聚合物和陰離子微顆粒狀材料(如硅質(zhì)材料)，例如陽離子淀粉和基于二氧化硅的陰離子膠態(tài)顆粒；基于丙烯酰胺的陽離子聚合物和基于二氧化硅的陰離子膠態(tài)顆粒；基于丙烯酰胺的陽離子聚合物、基于丙烯酰胺的陰離子聚合物和基于二氧化硅的陰離子膠態(tài)顆?；蚺驖櫷粒缓突诒０返年栯x子聚合物和膨潤土。
[0059]當(dāng)在該方法中使用其他添加劑時，可將這些組分加入纖維素懸浮液中或施加至紙，其量尤其可取決于組分的類型和數(shù)量、纖維素懸浮液類型、填料含量、所制造的紙類型、添加點(diǎn)等而在寬范圍內(nèi)變化。通常將施膠劑以如下量引入纖維素懸浮液中和/或施加至紙:基于干纖維的重量為至少約0.0l重量％，合適地為至少約0.1重量％，且上限通常為約2重量％，合適地為約0.5重量％。通常，將助濾劑和助留劑以與當(dāng)不使用這些助劑時所獲得的相比得到更好的濾水和/或留著的量引入纖維素懸浮液中。通常彼此獨(dú)立地引入如下量的助濾劑和助留劑、干強(qiáng)度劑和濕強(qiáng)度劑:基于干纖維的重量為至少約0.001重量％，通常地至少約0.005重量％，且上限通常為約5重量％，合適地為約1.5重量％。
[0060]該方法可用于由不同類型的纖維素纖維的水性懸浮液制造紙和紙板，且懸浮液應(yīng)合適地含有基于干物質(zhì)為至少約25重量％，優(yōu)選至少約50重量％的這些纖維。懸浮液可基于來自以下的纖維:化學(xué)衆(zhòng)，例如硫酸鹽、亞硫酸鹽和有機(jī)溶劑衆(zhòng)(organosolv pulp);機(jī)械漿，例如熱法機(jī)械漿、化學(xué)熱法機(jī)械漿、精磨漿和磨木漿(來自硬木和軟木)；且還可基于任選地來自脫墨漿的再循環(huán)纖維；及其混合物。本發(fā)明的紙和紙板可用于多種應(yīng)用中，且該紙適合用作書寫和印刷紙。
實施例
[0061]在以下實施例中進(jìn)一步闡釋本發(fā)明，然而，其并非意欲限制本發(fā)明。除非另有說明，否則份數(shù)和％分別是指重量份數(shù)和重量％，且所有懸浮液均為水性的。
[0062]除非另有說明，否則實施例中使用以下組分。
[0063]GCC:重質(zhì)碳酸|丐(Hydrocarb60, Omya)
[0064]PAC:聚合氯化鋁(Eka ATC8210)
[0065]PA:陽離子聚胺(Eka ATC4150)
[0066]CMC:竣甲基纖維素，陰離子基團(tuán)的 DS 為 0.3-0.4 (Gabrosa947, AkzoNobel)
[0067]C-淀粉:陽離子淀粉(Perlbond970, Lyckeby)
[0068]C-PAM:陽離子聚丙烯酰胺(Eka PL1510)
[0069]二氧化硅:基于二氧化硅的陰離子顆粒的水性溶膠(Eka NP442)
[0070]在由法國Techpap SAS供應(yīng)的動態(tài)紙頁成形器(Formette Dynamique)中制造紙頁。用于實施例中的紙配料基于針葉木漂白牛皮漿(NBKP)和闊葉漂白牛皮漿(leafbleached kraft pulp) (LBKP)。水性纖維素懸浮液的濃度為0.5重量％,且通過添加磺酸鈉將導(dǎo)電率調(diào)節(jié)至0.5mS/cm。以700rpm的速度攪拌纖維素懸浮液，且將其加入存在于動態(tài)紙頁成形器的混合箱中的纖維素懸浮液中，隨后攪拌。
[0071]在該方法中，將GCC填料淤漿進(jìn)料至混合槽，向其中引入水性CMC溶液(I重量％CMC)并混合以形成均勻填料預(yù)混物。將PAC、PA和水平行加入預(yù)混合槽中以形成陽離子試劑預(yù)混物，然后將其引入混合槽中，隨后借助具有可調(diào)節(jié)泵容量的泵將固體含量為20重量％的所得填料組合物引入纖維素懸浮液中，105s后濾水。在濾水之前將助濾劑和助留劑以以下順序、劑量和時間加入所獲得纖維素懸浮液中:添加C-淀粉(基于干紙頁，8kg/噸)，45s后濾水；添加C-PAM(基于干紙頁,(λ 2kg/噸)，15s后濾水；添加二氧化娃(按SiO2計算且基于干紙頁，0.5kg/噸)，5s后濾水。紙頁通過以下形成:將纖維素懸浮液由混合箱通過橫向噴嘴泵送至回轉(zhuǎn)式鼓中，至網(wǎng)頂部上的水膜上，對漿料進(jìn)行濾水以形成紙頁，將紙頁進(jìn)行壓制并干燥。根據(jù)IS0187:1990在氣候室中對填料紙試樣進(jìn)行調(diào)節(jié)，且此后根據(jù)IS0536:1995通過測量克重對其進(jìn)行評價，根據(jù)IS01924-2和IS01924-3:2005借助瑞典Lorenzen&Wettre的Alwetron THl測量厚度、抗張強(qiáng)度和抗張挺度，且根據(jù)TappiT833pm_94 借助 Scott 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測試機(jī)(Scott Internal bond tester)測量 Scott 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。
[0072]下表顯示當(dāng)將填料組合物以不同的量加入纖維素懸浮液中而得到不同填料含量的紙試樣時所獲得的結(jié)果。在測試編號1-3中，未添加填料組合物。CMC、PAC和PA的劑量均基于干GCC填料。GSM意指克重，MD意指紙機(jī)縱向，且⑶意指橫向。
[0073]表
[0074]
【權(quán)利要求】
1.一種制造紙和紙板的方法，包括: (a)將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中以形成填料組合物； (b)借助泵將所述填料組合物引入包含纖維素纖維的水性懸浮液中；和 (C)對所獲得懸浮液進(jìn)行脫水。
2.一種制造填料組合物的方法，包括: (a)將一種或多種填料、一種或多種陰離子多糖和一種或多種陽離子試劑引入混合區(qū)中以形成填料組合物； (b)借助泵將所述填料組合物引入儲存槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中其進(jìn)一步包括: (i)提供要制造的紙或紙板的厚度規(guī)格； (?)測量所制造的紙或紙板的厚度， (iii)比較所測量厚度與所述厚度規(guī)格以確定任何厚度差；和 (iv)任選地通過調(diào)節(jié)填料組合物的劑量且由此調(diào)節(jié)所述紙或紙板的填料含量來減少所述厚度差，以提供符合所述厚度規(guī)格的紙或紙板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中其包括在所述混合區(qū)中混合所述一種或多種填料和所述一種或多種陰離·子多糖以形成填料預(yù)混物，和然后將所述一種或多種陽離子試劑引入所述混合區(qū)中以形成所述填料組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其中其包括在填料預(yù)混合區(qū)中混合所述一種或多種填料和所述一種或多種陰離子多糖以形成填料預(yù)混物，和然后將所述填料預(yù)混物引入所述混合區(qū)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中所述混合區(qū)為泵、靜態(tài)混合器或混合槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述填料預(yù)混合區(qū)為泵、靜態(tài)混合器或混合槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的方法，其中所述泵具有可調(diào)節(jié)的泵容量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的方法，其中所述一種或多種填料包含礦物填料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項的方法，其中所述一種或多種填料選自碳酸鈣，優(yōu)選沉淀碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣，及其混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項的方法，其中所述一種或多種陰離子多糖選自陰離子淀粉、陰離子纖維素衍生物及其混合物，優(yōu)選纖維素衍生物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項的方法，其中所述一種或多種陰離子多糖包含羧甲基纖維素。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中所述一種或多種陰離子多糖具有至多0.65的陰離子基團(tuán)取代度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項的方法，其中所述一種或多種陽離子試劑包含兩種或更多種陽離子試劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項的方法，其中所述一種或多種陽離子試劑包含陽離子有機(jī)聚合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項的方法，其中所述一種或多種陽離子試劑包含陽離子無機(jī)化合物，優(yōu)選聚合鋁化合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項的方法，其中其包括在陽離子試劑預(yù)混合區(qū)中混合第一陽離子試劑和第二陽離子試劑以形成陽離子試劑預(yù)混物，和將所述陽離子試劑預(yù)混物引入所述混合區(qū)中。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一項的方法，其中所述一種或多種陽離子試劑選自陽離子聚胺、陽離子聚酰胺胺、陽離子聚乙烯亞胺、陽離子雙氰胺聚合物、基于丙烯酰胺的陽離子聚合物、基于丙烯酸酯的陽離子聚合物、基于乙烯基胺/乙烯基甲酰胺的陽離子聚合物、基于二烯丙基二甲基氯化銨的聚合物、硫酸鋁、鋁酸鈉、鋁酸鉀、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硅酸硫酸鋁及其混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項的方法，其中其進(jìn)一步包括在脫水之前將一種或多種助濾劑和助留劑加入包含纖維素纖維的所述水性懸浮液中。
20.根據(jù)權(quán) 利要求1-19中任一項的方法，其中其包括將所述填料組合物引入所述纖維素懸浮液中，和然后在脫水之前將一種或多種助濾劑和助留劑加入所述纖維素懸浮液中。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的方法，其中所述一種或多種助濾劑和助留劑包含硅質(zhì)材料，優(yōu)選基于二氧化硅的顆粒。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-21中任一項的方法，其中所述一種或多種助濾劑和助留劑包含陽離子聚合物，優(yōu)選基于丙烯酰胺的陽離子聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求19-22中任一項的方法，其中所述一種或多種助濾劑和助留劑包含陰離子聚合物，優(yōu)選基于丙烯酰胺的陰離子聚合物。
【文檔編號】D21H17/25GK103547734SQ201280024788
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月8日
【發(fā)明者】P·西蒙森 申請人:阿克佐諾貝爾化學(xué)國際公司