[发明专利]石膏-纤维复合产品和含有它的纸张

说明书

发明目的

本发明涉及石膏-纤维复合产品。石膏-纤维复合产品可在纸张的生产中用作涂布用颜料或填料颜料。本发明还涉及制备石膏-纤维复合产品的方法。在生产纸张中，可获得填料颜料改进的保留率和均匀的填料分布。

发明背景

造纸工艺始于浆料(stock)制备，其中纤维素纤维与水和矿物填料(通常粘土或碳酸钙或石膏)混合。所得淤浆通过在成形织物或压制(press)织物或线材上的流料箱传输，在造纸机的成形部分处形成纤维素纤维的纤维网。然后在排水部分内排放水，并将成形的纤维网传递到含一系列辊压机的挤压机部分内，在此除去额外的水。然后将该纤维网传递到造纸机的干燥部分内，在此典型地通过蒸汽加热的干燥器转鼓，蒸发大多数残留的水。干燥后操作包括压延，其中干燥的纸产品在压力下在辊之间穿过，从而改进表面光滑度和光泽并使得卡钳(caliper)/厚度更加均匀。存在许多压延机，例如机械压延机，其中辊通常是钢辊且包括加热辊(热辊)。

石膏或二水合硫酸钙CaSO₄·2H₂O适合作为涂布用颜料和填料二者的材料，特别是在纸产品中。若特殊的石膏具有高的亮度、光泽和不透明度，则将获得特别良好的涂布用颜料和填料。当颗粒足够小、平坦和宽(板状)时，光泽高。当颗粒具有折射性、小且相同尺寸(窄的粒度分布)时，不透明度高。

可通过检验扫描电镜图，建立石膏产品颗粒的形貌。例如采用Philips FEIXL30 FEG型扫描电镜，获得有用的显微图。

石膏产品颗粒的尺寸以在其内包含的颗粒的重均直径D₅₀表示。更精确地，D₅₀是大致圆形颗粒的直径，它小于占颗粒总重量50％的颗粒的直径。可采用合适的粒度分析仪，例如Sedigraph 5100，测量D₅₀。

平坦的晶体意味着它薄。平坦的晶体形式合适地通过形状比SR表达。SR是晶体长度(最长的尺寸)与晶体厚度(最短的横向尺寸)之比。要求保护的石膏产品的SR是指其单个晶体的平均SR。

扁平的晶体是指它宽。扁平合适地通过长径比AR表达。AR是晶体长度(最长尺寸)与晶体宽度(最长横向尺寸)之比。要求保护的石膏产品的AR是指其单个晶体的平均AR。

可通过检验其扫描电镜图，估计石膏产品的SR和AR二者。合适的扫描电镜是以上提及的Philips FEIXL30 FEG。

相等的晶体粒度(particle size)是指晶体的粒度分布窄。宽度用测定重量的重量分布WPSD形式表达且用(D₇₅-D₂₅)/D₅₀形式表达，其中D₇₅、D₂₅和D₅₀是大致圆形颗粒的直径，它分别小于占颗粒总重量75、25和50％的颗粒的直径。采用合适的粒度分析仪，例如以上提及的型号Sedigraph 5100，获得颗粒分布的宽度。

石膏以天然矿物形式存在，或者它以化学工艺的副产物形式，例如以磷石膏或烟道气石膏形式形成。为了进一步通过将其结晶成涂布用颜料或填料，净化(refine)石膏，必须首先将石膏煅烧成半水硫酸钙(CaSO₄·1/2H₂O)，之后可通过将该半水合物溶解在水中和沉淀，得到纯石膏，从而水合它。也可以缺少结晶水的无水石膏(CaSO₄)形式存在硫酸钙。

取决于石膏原材料的煅烧条件，硫酸钙半水合物可以以两种形式：α-和β-半水合物存在。通过在大气压下热处理石膏原材料，获得β-形式，而通过在比大气压高的蒸汽压下或者通过在例如约45℃下从盐或酸溶液中化学湿煅烧，处理石膏原材料，获得α-形式。

WO88/05423公开了通过在其含水淤浆(它的干物质含量为20-25wt％)内水合硫酸钙半水合物，制备石膏的方法。获得石膏，其中最大尺寸为100-450微米，和第二大尺寸为10-40微米。

AU620857(EP0334292A1)公开了由含不大于33.33wt％粉碎的半水合物的淤浆制备石膏的方法，从而得到平均大小为2-200微米和长径比为5-50的针状晶体。参见这一文献的第15页第5-11行和实施例。

US2004/0241082公开了由干物质含量为5-25wt％的半水合物的含水淤浆制备小的针状石膏晶体(长度5-35微米，宽度1-5微米)的方法。在这一US文献中的观点是，通过添加剂，降低石膏的水溶解度，以便防止该晶体在造纸过程中溶解。