[发明专利]可膨胀的微球及其制造和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求2008年8月28日提交的、名称为“可膨胀的微球及其制造和使用方法”的美国临时专利申请第61/190,354号的国内优先权，上述临时专利申请的全部内容在此通过引用特别地并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于造纸工艺的可膨胀微球，更加具体而言，本发明涉及利用注入生长(shot growth)技术通过悬浮聚合形成的热可膨胀微球。本发明还提供包括可膨胀微球在内的组合物和纸张基材。

背景技术

存在于纸张基材中的昂贵的纤维素纤维的量部分决定了纸张基材的密度。因此，纸张基材中存在的大量的这些昂贵的纤维素纤维以高成本生成了更加致密的纸张基材，而纸张基材中存在的少量的纤维素纤维以低成本生成了较低密度的纸张基材。降低涂覆和/或未涂覆的纸产品、纸板和/或纸张基材的密度不可避免地使得产品成本降低。这种相互关系对于所有纸产品和纸张基材产品及其应用都是准确的，但是，在例如用于信封、折叠纸盒以及其他包装应用中的纸张基材方面尤其准确。用于这些封装和包装应用的基材具有特定的厚度或纸厚度(caliper)。

通过设定目标厚度来降低纸张基材的密度，只需要较少的纤维素纤维来实现目标厚度。除了降低生产成本之外，当纸张基材的密度降低时，实现并提高生产效率。这种生产效率至少部分由于降低了生产过程中对纸张基材的干燥要求(例如，时间、劳动力、资金等等)。

降低基底纸张基材的密度的例子包括使用下列方法：

●具有蓬松纤维的多部机器，例如BCTMP和在纸板层的中心的其他机械纤维；

●扩大压辊压力区用于降低除水过程中的致密化；和

●替换压光(calendering)技术，例如热软压光、热钢压光、蒸汽、靴式压光(shoe nip calendering)等等。

然而，这些潜在的方案所需的资金多成本高。因此，它们在经济方面是不可行的。

而且，即使实现了降低密度来降低上述方法的成本，从而生产具有目标厚度的纸张基材，那么仅当这些方法生产出具有可接受的光滑且可压缩的表面的纸张基材时，这些纸张基材才有用。目前，几乎没有潜在的低成本的方案来降低具有可接受的光滑度和可压缩性的纸张基材的密度以使得所述纸张基材显著降低了印刷墨斑并且具有可接受的光滑度。

低密度涂覆的和未涂覆的纸品、纸板和/或纸张基材从美学角度和经济学角度而言是极为理想的。不幸地是，目前的方法生产的基材印刷质量和/或可印刷性较差。此外，使用常规方法难以达到可接受的光滑度目标。

以较低的成本解决上述问题的一个方法是在纸张基材中利用可膨胀的微球。在下列美国专利和美国专利申请中发现了部分这些方法：第6,846,529号；第6,802,938号；第5,856,389号；第5,342,649号；第2008/0017338号；第2007/0044929号；第2007/0208093号；第2006/0000569号；第2006/0102307号；第2004/0065424号；第2004/0052989号；第2004/02749005号和第2001/0038893号。这些专利和专利申请中的每一个的内容在此通过引用特别地完整并入本文。

当将微球用于造纸工艺时，发现许多微球在得到的纸张基材中具有相对低的保留率。这就导致在造纸工艺中可膨胀微球随水流失，将可膨胀微球引入所得到的纸张基材中的效率较低。美国专利公开第2007/0044929号尝试通过生产相对于先前已知的基本可膨胀微球组合物具有少得多的负电荷的组合物来提高微球的保留率。

尽管尝试生产了较低密度且更蓬松的纸张基材，但是本领域中仍然需要更低成本且更有效的方案来降低密度并增加体积同时保持良好的性能特征，例如纸张基材的光滑度和印刷墨斑。

发明内容