[发明专利]矿物填料填充造纸用纤维素纤维细胞腔的方法

说明书

发明领域

本发明涉及矿物质加填纸张和其制备方法，其中填料分散在纸浆纤维的细胞腔中并且在该配料中加入化学絮凝剂以便粘结细胞腔中的填料。通过使用本发明的方法，填料保留在细胞腔中，甚至在稀释、高剪切的造纸条件下。

发明背景

在造纸中可以使用任何纤维状原材料例如木材、稻草、竹子、麻、甘蔗渣、剑麻、亚麻、棉花、黄麻和苎麻。这些材料纤维的分离被称为制浆。分离的用于造纸的纤维被称作纸浆。由于木材丰富和易于获取的事实，纸张主要包括木材纸浆纤维和不溶性的颗粒状矿物填料。大多数填料与纤维相比相当便宜，因此在造纸过程中加入填料以降低整个造纸成本。在纸浆纤维中加入填料同样可以赋予纸张一定的机械性能例如松厚度、和挺度，以及光学性能例如亮度和不透明度。在造纸中通常使用高岭土、白垩、滑石、二氧化钛、碳酸钙(包括沉淀碳酸钙(PPC)和重质碳酸钙(GCC))作为矿物填料。

在近十年来，沉淀碳酸钙(PCC)被广泛地用作优选的纸张加填矿物。例如，可以制备各种不同颗粒尺寸和晶体形状或形态的PCC。PCC通常表现出高的亮度，导致高的纸张亮度。在提高纸张不透明度时，一些PCC形态是特别有效的，而提高纸张不透明度在纸张双面印刷时是所希望的。其它PCC形态在控制纸张厚度(其涉及到纸张挺度)方面是有效的。PCC同样也影响纸张的透气度，而透气度又影响造纸期间物理处理纸张的某种气控设备的能力。在造纸中使用PCC也具有其它的优点。

通常随着加填纸张中矿物填料含量提高，造纸中的材料成本成正比地下降。因此，纸张中矿物填料含量的最大化是造纸商的主要目标。通过提高填料的含量也可以改善加填纸张的光学性能例如亮度和不透明度。然而，这些优点被随着纸张中矿物填料水平的提高而引起的机械强度的降低抵消。纸张的强度来自于相邻纸浆纤维之间的粘结。分散在整个纸浆纤维中的填料将破坏使相邻纸浆纤维之间粘结的紧密接触。纸张中填料的含量越高，纤维和纤维之间的粘结越容易被破坏，从而导致较低的纸张强度。

已经提供了几种方法用于解决由于填充料增多而引起的纸张强度降低的问题。这些手段中一些涉及使用通常作为助留剂的试剂来化学改性填料表面。这些通常是在絮凝作用机理中起主要作用的多电子合成聚合物。最常用的是聚酰胺和聚丙烯酰胺。

众所周知辅助粘结剂也可以作为改善填料加填纸张强度的手段。这些粘结剂可以是天然或合成聚合物，它们在造纸机的湿部加入以改善风干纸的机械强度。这些材料一般是从各种植物例如玉米、木薯淀粉、土豆和小麦中获得的淀粉，从刺槐豆或木瓜籽中获得的胶。在使用前，“蒸煮”或相反预水化这些胶或淀粉以促进溶胀。胶和淀粉通常也在造纸中作为表面涂层使用以改善纸张的施胶度(即抗水渗透的能力)。

其它改善加填纸张强度的手段是称为细胞腔填充的技术。其包括将填料直接放置在纸浆纤维的空腔(即细胞腔)中。保留在纸浆纤维细胞腔中的填料不会干扰纤维间的粘结，并且因此对加填纸张的机械强度产生较小的副影响。细胞腔填充可以提供简单的机械混合来实现。然而，正当填料将要迁移到这些细胞腔中时，它们可以扩散出。使用已知的技术，在造纸过程中细胞腔的填充和填充细胞腔的填料的扩散对造纸商来说仍然成问题。已经发现一种新的现有技术中不能预料的产品和细胞腔填充纸浆纤维的方法，其中可以在细胞腔中填充相当高含量的填料，同时使纸张强度的降低降至最低。

因此，本发明的目的是提供一种提高纸张中矿物含量的方法。本发明的又一目的是通过提高矿物填料水平来降低获得质量相同的纸张所必需的纸浆量从而降低造纸成本的方法。本发明的目的是提高纸张中填料含量，这样在造纸机上形成纸张期间随污水(也被称为“白水”)损失的填料非常少。本发明的最后目的是生产一种在机械和/或光学性能方面无缺陷的加填纸张。

U.S.专利号5,223,990公开了一种在纤维素纤维材料存在下通过氢氧化钙与二氧化碳反应向纤维素纤维中填充碳酸钙的方法。

U.S.专利号5,096,539公开了制备加填纸张的方法，其中填料包括一种就地沉淀在纤维细胞壁中的不溶性沉淀物。

U.S.专利号4,510,020公开了一种制备加填纸张的方法，其中基本上所有的填料均在纤维素纤维的细胞腔中。

相关文献单独或者组合均没有公开本发明新的产物和提高纸张中填料含量的方法。

发明概述