[发明专利]填料组合物以及制备复合材料的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为非临时专利申请，且要求相同发明人于2010年10月15日提交的美国临时专利申请61/393,373的优先权。该在先申请的全部内容通过引入本文。

本发明的背景技术

1.本发明的技术领域

本发明涉及一种材料组合物。特别地，本发明涉及与其他材料组合以形成组合物的填料物质。仍更特别地，本发明涉及填料基组合物以及制备用于造纸工业(但不限于此)的该类材料的方法。

2.现有技术描述

通常将填料或颜料掺入复合材料如纸、纸板或塑料中以改善所述材料的物理或光学性质和/或降低成本。通常将填料，更特别地为无机颜料添加至纸复合材料中以改善表面光滑度、印刷品质、不透明度和亮度，并代替更为昂贵的纤维且由此降低这类产品的生产成本。然而，众所周知的是填料也降低了纸的强度，且由于其相对于常规造纸纤维的小物理尺寸而难以保留在纸幅形成工艺中。这些限制通常使得可掺入纸配制剂中的填料量受到限制。

已付出了很大的努力以制备能赋予纸和纸板以所需的光学性质，同时使由此制备的纸或纸板强度损失最小化的填料。已描述了一种涉及用于造纸工艺中的改性填料的生产方法、改性填料以及用其制备的纸。所述方法包括通过将淀粉施加至包含至少一种脂肪酸、松香酸或硫酸铵的反应混合物，并将填料施加至所述混合物中由此形成改性填料而制备改性填料。

另一种方法可用于制备含填料的纸和含填料的纸产品，其包括将至少一种细碎的聚合物-颜料杂化物的含水悬浮液添加至纸浆中，并将所述纸浆滤水以形成纸张。所述聚合物-颜料杂化物通过在至少一种粘合剂存在下研磨至少一种无机颜料的含水悬浮液，且合适的话将可由此获得的含水悬浮液干燥并将所述干燥的聚合物-颜料杂化物在分散于水中而获得。应理解的是，所述聚合物-颜料杂化物可用作用于制备含填料的纸或含填料的纸产品的填料。

尽管这些实例表明已考虑将改性填料用于造纸中，然而持续需要可用于制备含填料的纸和其他类型的最终产品的填料，所述填料具有该类产品所需的光学性质，同时以经济可行的成本保持合适的强度性质。迄今为止，用于纸和其他产品中的填料导致完全不令人满意的强度损失和其他性能保持缺陷，且因此不能以有意义的方式使用可节约成本的填料和填料基组合物。

需要与结构性原材料组合使用且不将所述原材料的所需光学、物理和加工性能降至使得包含该原材料的最终产品不适于其预期目的的水平的填料材料或填料基组合物。还需要的是能降低最终产品的总成本或至少不使其增加的该类填料材料和/或填料基组合物。

发明简述

本发明的目的在于提供一种与结构性原材料组合使用且不将所述原材料的所需光学、物理和加工性能降至使得包含该原材料的最终产品不适于其预期目的的水平的改性填料组合物。本发明的目的还在于提供可降低最终产品的总成本或至少不使其增加的该改性填料组合物。此外，本发明的目的还在于提供一种或多种制备该改性填料组合物的方法。此外，本发明的目的还在于提供一种或多种使用所述改性填料组合物的应用场合。

本发明的这些和其他目的通过形成可用于纸产品、其他形式的纤维素基产品和需要填料材料的其他产品中且不显著降低含有其的产品的所需性质、降低与该产品有关的成本和/或可掺入现有造纸工艺中的改性填料组合物而实现。所述改性填料组合物构成所述产品的可行组分。其包括将所选填料材料与粘合剂和反应物质和可能的话一种或多种具有所需性质的其他组分组合。例如，对纸基产品而言，所述填料可为纤维且所述粘合剂可为淀粉。所述反应物质充分改性所述填料材料，以使其与所述粘合剂、结构性原材料和/或与一种或多种其他组分有效组合。因此，更多的填料材料可与结构性原材料一起使用，而不导致所述结构性原材料的所需性质的不合适的降低，所述性质包括但不限于最终产品的强度。本发明包括建立一组加工步骤以制备所述改性填料组合物、包含所述改性填料组合物和/或包含所述改性填料组合物的复合材料的复合材料和最终产品。

使用本发明的改性填料组合物能以降低的成本生产可行的最终产品。在阅读下文详述、附图和所附的权利要求书后，将更清楚本发明的这些以及其他优点。

附图简介

图1为显示本发明第一实施例的通过掺入改性填料所提供的纸产品的拉伸强度结果的图，其中将所述纸产品中的填料重量含量称为灰分，所述灰分为常规填料碳酸钙或包含产品的本发明改性填料。