[发明专利]耐酸碳酸钙组合物及其应用

说明书

本发明一般涉及用于造纸和相关工业的碳酸钙，更具体涉及具有耐酸特性的碳酸钙。

传统上，在生产中性至弱酸性纸张时，已将二氧化钛和煅烧粘土用作填料，以便改进所制得产品的光学特性特别是亮度。然而，这些物料特别是二氧化钛具有价格昂贵的缺点，导致较高的生产成本和价格上无竞争力的纸产品。

在生产不含木浆的碱性纸张中，已将碳酸钙特别是沉淀碳酸钙用作填料。这种做法可增强纸张的光学特性特别是高亮度和不透明性，而不会因使用氧化钛填料而招致巨额花费，从而可获得价格更便宜的产品。然而，在用机制浆粕配料生产酸性纸张时，一般不能将碳酸钙用作填料，这是因为它在酸性介质中会分解。由于机制浆粕纸张和新闻纸都是在酸性范围生产的，因而长期以来需要开发一种在低pH下是酸性稳定的和抗分解的碳酸钙组合物，这样，在采用碱性填料会对成品纸的特性产生负面影响的场合，就可以将其用作生产这类纸张例如细磨木浆纸时的填料。

由于pH升高时会发生“纤维碱性致黑”，因此，由机制浆粕制得的纸张传统上都是在酸性造纸条件下生产的。这意味着在含木质体系中，当pH由酸性升高到碱性时，纸张的亮度会降低(回色)。在任何含有大量木质素的木浆中都会在某种程度上发生碱性致黑。致黑的程度取决于特定的纸浆、pH和水质。通常，重质碳酸钙粉和沉淀碳酸钙填料在pH 7.5-8.2的湿端可起缓冲作用。由于耐酸碳酸钙组合物具有保持pH稳定的能力，因此为降低纤维碱性致黑和回色的程度提供了一种手段。

美国专利5,043,017公开和申请了一种在轻度酸性介质中耐降解的酸稳定的碳酸钙，该碳酸钙包括钙-螯合剂或共轭碱以及弱酸的混合物，这样，该碳酸钙就被钙-螯合剂或共轭碱以及弱酸涂覆或与之平衡。优选碳酸钙组合物含有六偏磷酸钠和磷酸。

在纸张的生产中已采用铝酸钠，它主要用来替代明矾或和明矾一起用来固定胶料。业已指出，铝酸钠并非经济的pH控制化学品，因为仅有小部分碱度可作为游离苛性碱利用，参阅佐治亚州亚特兰大，纸浆和造纸工业股份有限公司技术协会出版的1979年保持和脱水座谈会记录中Thomas的“造纸生产中的铝酸钠”(“Sodium Aluminate in PaperManufacture”1979 Retention and Drainage Seminar Notes,publishedby Technical Association of the Pulp and Paper Industry Inc,AtlantaGa)。

本发明的一个目的是提供一种特别适用于各种造纸用途的耐酸碳酸钙组合物。

本发明的另一个目的是提供一种生产上述碳酸钙组合物的方法。

本发明的第三个目的是提供一种采用本发明的碳酸钙组合物生产的具有增强了光学特性的纸张。

本发明涉及一种改进型的碳酸钙，该碳酸钙是耐酸的，因而使其能用作生产中性至弱酸性纸张的填料，本发明还涉及生产这种耐酸碳酸钙的方法。更具体而言，本发明涉及一种耐酸碳酸钙组合物，该组合物包括碳酸钙与至少约0.1％(以该碳酸钙的干重计)的铝酸钠以及至少约0.1％(以该碳酸钙的干重计)的一种或多种弱酸的混合物。已意外地发现，包含铝酸钠以及一定量的足以中和该组合物的弱酸，可使该碳酸钙组合物在纤维浆体存在下比现有技术的酸-稳定了的碳酸钙组合物具有更高度的耐酸性和更长时间的pH稳定性。在一个任选的实施方案中，该弱酸可以包括磷酸以及有机的聚合物酸的混合物。

图1是用不同量的未经处理的碳酸钙组合物(称之为un-PCC)制得的便笺纸(pads)的亮度与用不同量的耐酸沉淀碳酸钙/铝酸钠/磷酸组合物(称之为ECCI-ATPCC)制得的便笺纸的亮度的比较曲线图。

图2是用不同量的未经处理的碳酸钙组合物(称之为un-PCC)制得的便笺纸的pH与用不同量的耐酸沉淀碳酸钙/铝酸钠/磷酸组合物(称之为ECCI-ATPCC)制得的便笺纸的pH的比较曲线图。

图3是在所希望的pH(6.5或7.0)下，“缓冲”该体系所需的不同磷酸量的比较曲线图。

图4是用不同量的未经处理的沉淀碳酸钙组合物(称之为un-PCC)制得的便笺纸的亮度和用不同量的耐酸沉淀碳酸钙/铝酸钠/磷酸组合物(称之为ECCI-ATPCC)制得的便笺纸的亮度的比较曲线图。

图5是用不同量的未经处理的沉淀碳酸钙组合物(称之为un-PCC)制得的便笺纸的亮度和用不同量的耐酸沉淀碳酸钙/铝酸钠/磷酸组合物(称之为ECCI-ATPCC)制得的便笺纸的亮度的比较曲线图。