[发明专利]用于纸张涂料中的包含细碳酸钙颗粒的水性浆料

说明书

涂布纸张生产者现今面对寻求商业盈利性同时经历激烈市场情况的巨大挑战。近年来，已经显著简化了涂料制剂，基料含量已降低到极低水平。

涂布色料的固体含量总体上被视为进一步改进生产成本的一项重要选择。就品质、环境方面和经济情况而言，较高干固含量的潜在优势众多：

-当干燥容量有限时，可以显著节约干燥能量或较高涂布机速度。随着固体含量增加例如3％，已经可以实现干燥能量的显著节约。

-当将100％天然研磨碳酸钙(GCC)用于颜料体系中时，较好地保持涂层将改进纸张的光学特性，尤其是纤维覆盖率和纸片光泽度。涂层的快速固化促成优良的覆盖率。

-较高的固有保水性允许添加剂、增稠剂等减少。

-由于向原纸的迁移降低和温和的干燥引起的更均匀的基料分布有助于较好的适印性。

出于上文概述的原因，涂布纸张的生产者不断优化其制剂以使固含量最大化。然而，如果固体含量上升超出某些极限，其将对工艺效率和纸张品质具有不利影响。流变学极限或弱刮刀走纸性可引起刮痕、流胶性或起毛性。此外，用于控制目标涂胶量的过度刮刀载荷引起卷筒纸断裂数量变高且刮刀磨损增加。涂布颜料浆液的浓度经常不足以产生高固含量色料，则其他组分(主要是基料)的浓度显著稀释。此外，浆料的较高浓度引起运输成本、储存容量的实质性节约且降低杀微生物剂的加入量。

对于每一涂布色料，存在所谓的“不动点”，其为涂布色料已丧失任何“可塑性”或变形能力且其粘度突然“无限”增加的给定的固含量点。

在刮涂中，存在固体含量的三种可能的情形。在情形1中，固体含量太低且由低色料浓度产生数个缺点，诸如弱保持性、涂层收缩性和轮廓不稳定性。情形2为其中固含量已经优化的窄操作窗口。最后，情形3说明其中关于机器走纸性将预期有严重的缺点的太高的固体含量。一般来讲，希望尽可能地扩展不动点。

如上文所讨论，涂布组合物的固体含量应该尽可能高，同时仍然保持粘度在可接受的水平上，以避免对刮刀涂布机走纸性的不利影响。然而，当设法改进在高固体含量和粘度之间的平衡时，重要的是认为这些措施不应该损害最终纸张涂层的光学性质。

光泽纸等级需要极细的颜料，以生产具有高镜面光泽度的不间断的表面。

US 3,714,107公开了一种具有至少70wt％的固体含量的水性纸张涂布组合物，所述固体包括粗磨颜料、细分散颜料和涂料基料，其中该粗磨颜料占总颜料含量的25-90wt％。

DE 2943653公开了一种基于碳酸钙的高固含量涂料，其中该碳酸钙具有100％的重量百分数的直径小于2μm的粒子。

DE 3924846A1公开了一种水性纸张涂布组合物，其包含由以下制成的颜料共混物：60-95wt％的具有至少2μm的平均粒径的粗糙碳酸钙和5-40wt％的具有小于0.8μm的平均粒径的合成有机颜料。

通常，用于纸张涂布方法中的诸如碳酸钙颜料的颜料由颜料生产者(例如，碳酸钙生产者)以水性浆料形式提供。涂布纸张生产者随后在纸张涂布设施处制备最终组合物。对于上文已经概述的相同的原因，这些浆料的固体含量应该尽可能高，同时仍然保持粘度在可接受的水平上。最大化的固体含量意味着使不必要的水的运输最小化且降低用于干燥的能量消耗。例如，仍然具有可接受的粘度且能够制备光泽纸的目前使用的水性碳酸钙浆料可对于粗糙至极细BPSD(“广泛粒度分布”)的GCC(60-95％＜2μm)以78wt％的最大固体含量得到。特细GCC(99％＜2μm)可以最大75％输送，且NPSD(“窄粒度分布”)GCC仅以72％输送。

本发明的一个目标在于提供水性矿物浆料，诸如碳酸钙浆料，其可用于制备高固含量涂料制剂以及能够生产光泽纸。所述水性矿物(例如，碳酸钙)浆料将提供在高固体含量、仍处于可接受水平且不损害加工性能的粘度以及诸如高光泽度的优良光学性质之间的优化平衡。

所述目标通过提供包含矿物材料的水性浆料来解决，所述矿物材料具有98.5％-90％的直径小于5.0μm的粒子的重量百分数P₅、96％-80％的直径小于2.0μm的粒子的重量百分数P₂，其中P₂/P₅的比率为0.98-0.85，且其中所述浆料具有大于78wt％的固体含量。

在本发明中，认识到诸如具有特定百分数的很粗的粒子与主要部分的精细或极细粒子的组合的碳酸钙的矿物材料可用于制备仍具有处于可接受水平下的粘度的高固含量浆料。此外，虽然矿物材料包含很粗的粒子，但本发明的水性浆料仍然能够制造高光泽纸。

在本发明中，术语“浆料”是指具有分散在其中的颜料粒子的悬浮液。