[发明专利]表面矿化的有机纤维

说明书

本发明涉及表面矿化的有机纤维，该表面矿化的有机纤维包含长度在毫米范围内的有机纤维，其表面通过粘合剂至少部分地涂有纳米范围内的细分散碱土碳酸盐颗粒，涉及一种生产所述表面矿化的有机纤维的方法、其含水浆体，涉及其在造纸中、在纸张的表面精加工中、在塑料、水泥和粘土表面内和/或表面上的用途，在漆和油墨中的用途，以及本发明粘合剂在用碱土碳酸盐纳米颗粒涂覆有机纤维中的用途。

基于纳米范围内(称为“纳米颗粒”)的碳酸钙颗粒的颜料和/或填充剂是已知的，并且被用于多种应用中，包括纸张、油墨及塑料应用中。这类细小的颜料和填充剂可在分散剂的存在下通过湿研磨而经济地制备。任选地也可在下游接连通过例如离心机进行一个或多个分级步骤。分散剂和研磨助剂包括例如强阴离子多磷酸盐和聚丙烯酸钠。

可再生原料中的纤维，即所称的“可持续”有机纤维，例如木纤维、纤维素纤维、棉纤维，也是已知的并被用于相同或相似的应用中。将所述纤维的结合以混合物的形式用在造纸中也是已知的。

还已知，极细小的纳米范围的颜料或填充剂，例如纳米级碱土碳酸盐，与纤维的混合物会发生显著离析，尤其在流动的影响下。术语“离析”是指在观测范围内不同元素倾向于根据某些性能进行空间分布的分离过程。例如，在纤维和纳米级碱土碳酸盐的混合物的筛分过程中，纤维材料从纳米级碱土碳酸盐中分离出。存在一种分离——纳米级碱土碳酸盐或其一部分从整体中“离析”出。

该离析导致填充剂例如在纸张Z轴或多孔表面涂层中的不均匀分布，而这是纸张打印中的一个不利之处。待达到的填充剂含量还极大地取决于造纸过程中两种组分的离析情况。

例如在造纸过程中，颜料和/或填充剂纤维混合物的离析还导致得到不同的纸张填充剂含量以及不同的纸张孔体积，这是因为游离的纳米颗粒从所述纤维中离析出并被洗去，从而改变了纸张的孔，这在当纸张应该在随后的印刷操作中在一段时间内从印刷油墨中吸收一定体积的液体时特别重要。

许多所述混合物，它们的制备及在造纸中的用途是已知的并在现有技术中有描述。已知，可使用基于乙烯基聚合物的助留剂，例如聚丙烯酰胺，其主要用作絮凝剂。其中将膨胀性粘土矿物例如膨润土或硅酸盐与聚丙烯酰胺结合使用的双重体系也是已知的。

根据WO 97/32934，改进白度的一种方法包括将颜料颗粒涂覆以其他颜料颗粒例如细分散的沉淀碳酸钙颗粒，但是在不具有粘合剂的情况下使用该其他颜料颗粒，这会导致上述问题。此外，内部的颗粒由通过煅烧碳酸钙和高岭土形成的一种长石的极特别的矿物组合物组成。

EP 0 403 849 A2描述了一种由于引入了膨胀纤维和一种不透明矿物颜料(例如二氧化钛或碳酸钙)而具有高不透明度和高拉伸强度的纸张结构。通过向纸张结构中添加膨胀纤维，可由于使用常规矿物颜料而增加纸张的不透明度，但对该纸张的拉伸强度没有负作用。但是，无论是在具有或不具有粘合剂的情况下，都没有描述通过颜料对纤维进行表面矿化。在造纸过程中是将纤维和颜料相互独立地添加到纸浆中，并由此产生离析效应。

WO 97/01670 A1涉及一种在造纸中使用并且主要由碳酸钙构成的填充剂及其制备方法。所述填充剂由碳酸钙颗粒的多孔聚集物组成，该聚集物沉淀在纤维例如纤维素纤维的表面。此处描述的填充剂是基于，碳酸钙可沉淀于极细小的纤维上并从而粘附于纤维上这样一个事实。这尤其是由于纤维细度极大，所述纤维长度最大为400μm。此处没有提及将填充剂粘合至纤维上的粘合剂。

EP 0 930 345 A2和EP 0 935 020 A1描述了与WO 97/01670 A1中所述类似的填充剂，但是此处的碳酸钙未沉淀于纤维表面，而是与其进行混合，其中不仅可使用之前的沉淀碳酸钙，而且可使用天然的重质碳酸钙。所述纤维的细度与上述细度相近，即至多为P50的筛分(screen fraction)，即最大长度为约300μm。此处也没有使用或提及用于形成表面矿化的纤维的粘合剂。将纤维和颜料相互独立地添加到纸浆中，这会使纸浆中的组分相互发生很大程度的分离，其具有与离析有关的缺点。

WO 2007/063182 A2涉及在造纸过程中对不同纤维部分的控制，并描述了由纤维原料来制备纸张：所述纤维原料被分级成长纤维部分和短纤维部分，并与添加剂进行混合，再合并，然后供应到造纸过程中。所述添加剂包括填充剂、俘获阴离子干扰物的物质、助留剂等。此处提及了，可通过将填充剂与细纤维部分混合并添加助留剂例如淀粉来增加填充剂的保留量，因为细纤维能与填充剂形成凝聚物。但未提及使用粘合剂能使填充剂在纤维表面均匀分布并防止形成凝聚物。