[發明專利]用于沉淀碳酸鈣和木聚糖的方法、由該方法制備的產品及其用途

有效

• 申請號: 201080046501.3
• 申請日: 2010-10-07
• 公開（公告）號: CN102725447A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: P·索利斯馬;E·庫卡馬基
• 申請（專利權）人: 芬歐匯川集團公司
• 主分類號: D21H17/70
• 分類號: D21H17/70;D21H17/69;C08L5/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進;林森

發明領域

本發明涉及一種用于沉淀碳酸鈣和木聚糖的方法。本發明還涉及PCC/木聚糖復合材料和含有所述PCC/木聚糖復合材料的產品以及PCC/木聚糖復合材料的用途。

發明背景

PCC為化學沉淀碳酸鈣CaCO₃。其例如由生石灰CaO制備，生石灰通過與水反應而熟化。當通過熟化反應得到的氫氧化鈣Ca(OH)₂與沉淀劑(例如二氧化碳)反應時，產生沉淀碳酸鈣(PCC)。通過變化工藝條件，可改變例如PCC的結晶和粒狀形式。

碳酸鈣的沉淀通常在分批方法中進行，做法是向氫氧化鈣在水中的懸浮液(即，石灰乳)中引入二氧化碳，以沉淀碳酸鈣。通常，反應進行約1-4小時。沉淀碳酸鈣(PCC)還可在連續方法中在纖維或水流中制備，做法是向流中引入石灰乳和二氧化碳。

PCC常用于造紙，作為填料和作為涂布顏料兩者，例如，用于改進紙的許多性質，例如光學性質和印刷性質。加入填料還使得能在造紙中使用較少量的纖維材料。采用這種方式得到的成本節約通常顯著大于加入填料所引起的成本。因此，通常的目標是向用于造紙的纖維懸浮液中加入盡可能多的填料。然而，提高填料含量引起紙的強度性質劣化等。

用于在紙的纖維原料中沉淀碳酸鈣的方法尤其公開于美國專利US?5,679,220和US?5,731,080以及歐洲專利EP?1?297?220。

發明概述

本發明的一個目標是公開一種用于沉淀碳酸鈣的新的方法，其方式使得木聚糖也可在碳酸鈣中沉淀，其中所述方法能在簡單的工藝設置中快速沉淀碳酸鈣和木聚糖。因此，本發明方法的一個目標是制備一種新型PCC/木聚糖復合材料，其可用作造紙中的填料等，其方式使得可提高紙中的填料含量，而沒有削弱紙的強度性質。現在，由于其賦予的意外的性質，例如保水性，還發現本發明的PCC/木聚糖復合材料同樣可在其他產品中用作填料。

用于沉淀碳酸鈣和木聚糖的本發明方法的主要特征在于，所述方法包括：

-將其中纖維的比表面積已提高的樺木漿料(birch?pulp)加入氫氧化鈣的水溶液中，

-使木聚糖從纖維溶解于氫氧化鈣的水溶液中，和

-隨后使氫氧化鈣的含水溶液與二氧化碳接觸，用于沉淀碳酸鈣和木聚糖。

繼而，本發明的PCC/木聚糖復合材料的特征在于其通過權利要求1-6的方法制備。

繼而，本發明的紙和產品的特征在于它們含有PCC/木聚糖復合材料作為填料、作為涂布顏料或作為另一種添加劑。

本發明基于以下的事實：在沉淀碳酸鈣的制備中，不但碳酸鈣而且木聚糖可同時沉淀，發現其與沉淀碳酸鈣(PCC)形成所謂的復合結構。在本發明的方法中，在石灰乳與用于沉淀碳酸鈣的二氧化碳反應之前，將精細研磨的樺木漿料加入到石灰乳(氫氧化鈣在水中的懸浮液)中。向石灰乳中加入樺木漿料引起木聚糖從纖維溶解于石灰乳中。出于該原因，在本發明的方法中，二氧化碳不但沉淀碳酸鈣而且還沉淀木聚糖，當沉淀時，木聚糖在PCC顆粒的周圍形成紗狀/膜狀結構，并由此使PCC顆粒彼此粘合。在本申請中，所形成的化合物稱為PCC/木聚糖復合材料。

將相對于初始漿料的纖維其比表面積已提高的纖維加入到石灰乳中。將由常規的樺木漿料精細研磨的樺木漿料，優選由樺木漿料制備的納米原纖化纖維素(NFC)，加入到石灰乳中。

本發明的特別基本的特性是向石灰乳中加入具有大比表面積的樺木漿料，以及其在用二氧化碳沉淀之前在石灰乳中足夠的保留時間，使得足夠量的木聚糖可溶解于石灰乳中。木聚糖從纖維溶解于石灰乳中是基于石灰乳的pH(pH為約11-12)適于溶解木聚糖的事實。當將二氧化碳引入到石灰乳中時，pH降低，已溶解的木聚糖可沉淀。

關于木聚糖在石灰乳中的溶解度的基本因素是纖維的打漿度(degree?of?beating)。纖維的比表面必須使得在溶解步驟期間足夠量的木聚糖從纖維溶解于石灰乳中，或者在沉淀之前纖維在石灰乳中的保留時間必須足夠長，使得所需量/足夠量的木聚糖溶解。因此，在將纖維加入石灰乳中和用二氧化碳沉淀之間的時間延遲將實質上取決于纖維的打漿度。優選，在本發明的方法中，使用納米尺寸的纖維素纖維，這是由于它們的大比表面能容易和快速地使木聚糖從纖維溶解于石灰乳中。或者，還可使用精細研磨的樺木漿料，其不一定是納米尺寸的。

關于碳酸鈣和木聚糖的沉淀的另一個基本因素是二氧化碳在氫氧化鈣的水溶液中的混合，該混合應快速和有效地發生。有利地，通過注射將物質混合，以致該強混合使得在幾秒內能幾乎完全混合。