[發明專利]填料懸浮液及其在造紙中的應用

在審

• 申請號: 201380052234.4
• 申請日: 2013-10-03
• 公開（公告）號: CN104781469A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: L·K·希爾維科斯基;A-P·J·拉克索
• 申請（專利權）人: 特種礦物（密歇根）有限公司
• 主分類號: D21H17/25
• 分類號: D21H17/25;D21H17/28;D21H17/29;D21H17/34;D21H17/41;D21H17/42;D21H17/63;D21H17/67;D21H17/68;D21H17/00
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 黃澤雄

技術領域

本發明涉及一種含有填料顆粒、離子淀粉和互補離子共添加劑的填料懸浮液。還提供了使用所述懸浮液制備紙配料的方法及由所述配料造紙的方法。

背景技術

在填料紙的制造中，在將填料漿料轉移到造紙機的成形部之前，常規地將其添加到紙漿懸浮液中。通常將助留劑或含有幾個組分的助留劑體系添加到紙漿/填料懸浮液來形成造紙領域中所稱的“配料”，從而將填料留著在所得到的紙張中。

向紙添加填料可以使紙張性能得到許多改善，包括改善的不透明度、亮度、質感和印刷清晰度。另外，當填料比紙漿便宜時，添加填料至紙張使成本節約。當使用低成本填料(例如沉淀碳酸鈣(PCC))替代昂貴的化學紙漿纖維時，這種節約可以很大。此外，填料紙可以比不含填料的紙更容易干燥，結果是造紙機可以運行得更快，消耗更少的蒸汽，這可進一步降低成本和改善生產力。

然而，對于一個給定的紙張重量，對可添加的填料量有多種限制。得到的紙的強度是主要因素，加上造紙機的效率，一起限制了填料含量，盡管也要考慮其它因素，例如留著率、脫水率(drainage)和施膠。

制造具有高填料含量的紙需要一個有效的助留體系。助流劑應該在造紙過程中發生的高剪切以及紊流下提供良好的填料留著率，并應改善脫水率而不損害構成。通常在造紙機的流漿箱的入口之前或在造紙機的流漿箱的入口處，將助留劑化學物質添加到配料中。所述助留劑典型地是通過橋接和/或絮凝機理改善填料和細小纖維留著率的一種、兩種或三種組分化學添加劑。所述化學物質有助于將填料顆粒和細小纖維(小纖維碎片)附著到長纖維或引起它們聚集成更容易留著于網中的較大絮凝顆粒。為了產生所述附著和絮凝，所述化學物質必須吸附在填料、細小纖維和纖維的表面上。所述化學物質的吸附度和附著力受許多因素影響，包括配料清潔度和配料化學特征、所添加化學物質的性質、在造紙過程中的剪切程度以及助留劑和配料組分之間的接觸時間。

現行的行業趨勢是增加紙中的填料含量從而進一步降低成本。但是，由于用填料代替了纖維，紙張強度被降低，這不僅是因為紙張中有更少的纖維從而降低了纖維-纖維結合的數目，還因為所述填料的存在降低了剩余的纖維之間的接觸。填料顆粒本身之間不發生結合，并且它們在纖維-纖維結合區域中的位置阻止了紙漿纖維之間產生氫鍵結合。其結果是，高量的填料會產生在造紙機、施膠機(size?press)、涂布機、絡筒機和印刷機上可能更容易斷裂的較弱的紙張。較弱的纖維-纖維結合也降低了紙張的表面強度，導致抗剝性的降低和紙毛脫落的增加。纖維結構中的填料顆粒的不良結合也可能增加印刷車間內的粉塵。

一般而言，已知通常用于造紙的所有無機填料例如但不限于粘土、研磨碳酸鈣(GCC)、沉淀碳酸鈣(PCC)、白堊、滑石、二氧化鈦、研磨硫酸鈣(GCS)和沉淀硫酸鈣(PCS)都會損害紙張的強度并增加對化學物質的需求。具有高表面積的填料對強度具有實質性的負面影響，并增加對用于強度、施膠和留著的添加劑的化學要求。由于其形狀和窄粒度分布，PCC具有以下趨勢：比其它普通造紙填料(例如白堊、GCC和粘土)更多地減少紙張中的結合，并且還給予紙張使其可滲透或多孔的開放結構。當配料中填料含量增加時，對施膠化學物質例如烷基烯酮二聚物(AKD)和鏈烯基琥珀酸酐(ASA)的需求增加以保持所需的施膠度/疏水性。這是因為一部分不成比例的施膠化學物質被吸附在填料顆粒上。近年來，許多制造含木紙等級用紙的造紙廠已經轉變為中性造紙，以允許使用亮的碳酸鈣填料，例如GCC和PCC。但是，在這些等級的紙張中使用碳酸鈣的主要顧慮仍在于(尤其是)留著率、紙張強度和打印操作方面。

另一個現行的行業趨勢是減少紙張克重從而降低成本。遺憾的是，隨著克重下降，幾乎所有紙張性能都會惡化，包括不透明度、抗彎剛度和滲透率的限制因素。減少克重也可能降低造紙過程中填料的留著率，并增加紙張在造紙機上及在轉變和印刷過程中破損的頻率。為克服紙張不透明度的損失，造紙者可以添加更多的不透明度高的填料，但這可能導致紙張強度進一步惡化。行業需要有成本效益的技術來生產具有良好填料留著率和脫水率以及可接受的強度、構成、光學性能和印刷性能的輕質等級用紙。

發明內容

因此，本發明的一個方面是一種用于造紙的填料懸浮液，其包括填料顆粒、離子淀粉和互補離子共添加劑。

在本發明的一個方面，所述填料顆粒選自由以下組成的組：粘土、滑石、合成硅酸鹽、硅鋁酸鈉鎂、硅鋁酸鈉、研磨碳酸鈣(GCC)、白堊、沉淀碳酸鈣(PCC)、研磨硫酸鈣(GCS)、沉淀硫酸鈣(PCS)、二氧化鈦及它們的組合。

在本發明的一個方面，所述離子淀粉是生淀粉。