[发明专利]在造纸中增强脱水、纸片湿纸幅强度和湿强度的方法

说明书

相关应用的交叉引用

本申请是2010年3月19日递交的美国专利申请12/727,299的部分延续申请。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

无。

背景技术

本发明涉及在造纸过程中改进脱水效率、增加纸片湿纸幅强度、增加纸片湿强度并提高填料留着率的方法。通常，造纸过程中在湿部加入化学制品以帮助浆料脱水并改进湿纸片强度和干纸片强度。造纸过程的湿部是指在造纸过程中填料以浆料形式分散在水中的阶段。之后该填料-水浆料经过排水和脱水过程形成湿纸。该湿成形过程后固体含量为约50%。之后将该湿纸干燥并形成纸垫干片。该纸垫包含水和固体，且通常为4至8%的水。纸垫的固体部分包含纤维（通常为纤维素类纤维），也可包含填料。

填料为在造纸过程中被加入到纸垫中以提高所得纸张的不透明度和光反射特性的矿物颗粒。美国专利号7,211,608中描述了填料的一些实例。填料包括用于增加不透明度或亮度、或减少纸张或纸板片的成本的无机和有机颗粒或颜料。填料的一些实例包含一种或多种：高岭粘土、滑石、二氧化钛、氢氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、颜料如碳酸钙等。

碳酸钙填料以两种形式出现，GCC（研磨碳酸钙）和PCC（沉淀碳酸钙）。GCC为天然存在的碳酸钙岩石，而PCC为合成产生的碳酸钙。由于具有更大的比表面积，PCC具有更强的光散射能力并为所得纸张提供更好的光学性能。然而由于相同的原因，PCC填料的纸张在干强度、湿强度和湿纸幅强度上弱于GCC填料的纸张。通常填料比纤维小很多，因此，填料比纤维具有更大的比表面积。为了增加纸张中的填料含量，人们发现增加纸片中的填料含量的挑战之一在于高填料含量降低了湿部化学制品如脱水助剂的效率。本发明提供了新的填料预絮凝以减少湿部化学制品吸附于填料表面，因此增加了湿部化学制品如脱水助剂的效率。

造纸湿纸幅强度为从未干燥过的纸张的抗张强度。造纸湿纸幅强度对纸张生产商来说非常重要，因为增加的造纸湿纸幅强度会提高机器运行性能并减少纸张破裂和停机时间。造纸湿纸幅强度为在纸垫的交织纤维间形成的键的数量和强度的功能。具有更大表面积的填料颗粒更可能与这些纤维结合并影响这些键的数量和强度。由于其更大的表面积，PCC填料比GCC对这些键具有更多的影响。

纸张脱水效率对纸张生产上来说也非常重要，因为在湿部的脱水效率的降低会增加干燥操作的气流需求、降低机器速度和生产效率。脱水助剂被广泛使用以为了减少能耗、增加机器速度和生产效率来改进脱水效率。

纸片湿强度为当纸张被再湿时的抗张强度。纸片湿强度不仅是重要的纸张性能之一，还对具有施胶压榨的精细造纸机的机器运行性能来说很重要。纸张在施胶压榨后被再湿，并且如果纸片湿纸幅强度较低则容易破裂。与纸张干强度和湿纸幅强度相同，由于填料与纤维-纤维键的相互作用，纸片湿强度会随着纸张中的填料强度降低。

因此有对在造纸过程中改进脱水效率、增强纸片湿纸幅强度、增强纸片湿强度和提高填料留着率的明确需求和动机。除非特别指明，本节中描述的技术并不是要承认此处引用的任何专利、出版物或其它信息是相对于本发明的“现有技术”。另外，本节不应解释为表明已经进行了研究或者没有37C.F.R.§1.56(a)中定义的其它相关信息存在。

发明内容

本发明的至少一个实施方式涉及通过结合填料预絮凝和脱水助剂而具有改进的纸片湿强度或湿纸幅强度或增强的排水性能的造纸方法。所述方法包括以下步骤：以足以在分散中混合均匀而不引起填料颗粒明显絮凝的量将第一絮凝剂加入到水性分散体中，在加入第一絮凝剂后以足以在第一絮凝剂的存在下引发填料颗粒絮凝的量向分散体中加入第二絮凝剂，所述第二絮凝剂与第一絮凝剂具有相反的电荷，使填料颗粒与纸纤维原料结合，使用至少一种脱水助剂处理所述结合物，并通过将一些水从结合物中除去来形成纸垫。纤维素纤维原料包含多种纤维素纤维和水。第二絮凝剂抑制脱水助剂粘附于填料颗粒。

本发明的至少一个实施方式涉及一种方法，其中造纸过程中进行的纸张脱水以大于使用单独加入第一和第二絮凝剂和脱水剂时的絮凝过程提供的脱水增加的总和的量增加。