[发明专利]在造纸中提高填料含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及提高在造纸工艺中所生产的纤维纸板(paper mat)的强度的方法。 

发明背景 

纸板包括水和固体，并且一般是4％到8％的水。纸板的固体部分包括纤维(通常纤维素纤维)，并且还可包括填料。提高纸板的强度将容许提高固体比例，即填料含量。由于这样降低了原材料成本，减少了在造纸工艺中所需的能量，并且提高了纸的光学性能，所以这是所期望的。现有技术公开了具有介于10%与40%填料的固体部分的纸板。然而，现有技术还公开了提高填料含量同时发生了所得纸的强度损失。 

填料是在造纸工艺期间被添加到纸板以增强所得纸的不透明性和反光性的矿物颗粒。在美国专利第7,211,608号中描述了填料的一些例子。填料包括用来增加不透明性或亮度、减少孔隙率或降低纸或纸板片的成本的无机颗粒和有机颗粒或颜料。填料的一些例子包括下列中的一个或多个：高岭土、滑石、二氧化钛、三水合氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、颜料例如碳酸钙、及类似物。先前提高纸中的填料含量而不损失纸强度的尝试描述在英国专利GB2016498和美国专利第4,710,270、4,181,567、2,037,525、7,211,608和6,190,663号中。 

碳酸钙填料采用两种形式：GCC(研磨碳酸钙)和PCC(沉淀碳酸钙)。GCC是天然存在的碳酸钙岩石，而PCC是合成生产的碳酸钙。由于PCC具有较大的比表面积，所以PCC具有较好的光散射性能并且给所得纸提供较好的光学性能。然而，由于同样的原因，PCC填充的纸板所生产的纸比GCC填充的纸强度差。 

纸强度是纸板的交织纤维之间所形成的键的数量和强度的函数。具有更大表面积的填料颗粒更可能变得与那些纤维结合并且影响那些键的数量和强度。由于PCC填料的更大的表面积，所以PCC填料比GCC填料对那些键影响更大。 

结果，造纸者被迫进行不期望的权衡。他们必须决定选择具有较好强度但较差光学性能的纸，或者他们必须选择具有较好光学性能但较差强度的纸。因而，对促进在纸中更高填料含量的造纸方法、具有高不透明性的纸、以及具有高强度的填充纸，有明显的需求。 

发明简述 

本发明的至少一种实施方案涉及具有不会同时发生所得纸的强度损失的增加的填料含量的造纸方法。该方法包括下列步骤：提供填料颗粒的共混料、至少一种强度添加剂和纤维素纤维原料；用材料组合物处理填料颗粒；使填料颗粒与纤维素纤维原料混合；以及通过从混合物中除去一些水来形成纸板。填料颗粒的至少10%是沉淀形式的碳酸钙(PCC)并且填料颗粒的至少10%是研磨形式的碳酸钙(GCC)。纤维素纤维原料包括多种纤维素纤维和水。材料组合物抑制强度添加剂粘附到填料颗粒。在至少一种实施方案中，使纤维素纤维原料和填料颗粒混合以形成配料，并且随后用材料组合物处理填料颗粒。 

本发明的至少一种实施方案涉及一种方法，其中填料颗粒的共混料进一步包括选自由以下组成的物质的一种：碳酸钙、有机颜料、无机颜料、粘土、滑石、二氧化钛、三水合氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁及其任意组合。 

本发明的至少一种实施方案涉及一种方法，其中材料组合物是AcAm/DADMAC共聚物。本发明的至少一种实施方案涉及一种方法，其中强度添加剂是乙醛酸化丙烯酰胺/DADMAC共聚物。本发明的至少一种实施方案涉及一种方法，其中强度添加剂和材料组合物带有相同的电荷。 

本发明的至少一种实施方案涉及一种方法，其中碳酸钙是以选自由以下组成的物质的一种形式存在：无水碳酸钙、分散浆料碳酸钙(dispersedslurry calcium carbonate)、白垩及其任意组合。碳酸钙中的至少一部分可 以是以分散浆料碳酸钙的形式存在，分散浆料碳酸钙进一步包括选自以下的至少一种：聚丙烯酸聚合物分散剂、聚磷酸钠分散剂、高岭土浆料及其任意组合。填料颗粒的共混料可以是50%GCC和50%PCC。材料组合物可以是凝结剂，并且可选自由以下组成的物质：无机凝结剂、有机凝结剂、缩聚凝结剂及其任意组合。凝结剂可具有介于200与1,000,000范围之间的分子量。