制备纸产品的方法以及纸产品的制作方法
【专利说明】制备纸产品的方法以及纸产品发明领域
[0001 ] 本发明涉及一种由包含纤维和填料的水性配料为原料制备纸产品的方法。本发明还涉及一种由配料制备且包含纤维和填料的纸产品。
[0002]发明背景
[0003]人们希望提高纸产品中填料的比例，从而减少纤维的使用。除了价格低并且容易获得，填料还能提高纸的可印刷性和光学性质。但是，将纸产品中的填料含量提高到高于30重量％是有挑战性的，特别是当纸产品是低重量纸级别时。填料在纸中较差的保留性造成造纸工艺循环水中填料的含量升高，这可能导致工艺中出现问题。化学助留剂如c_PAM(阳离子聚丙烯酰胺)的使用也有其上限。
[0004]关于较高填料比例的另一个问题是会减弱纸产品的机械性质，这是因为填料会干扰纤维之间的结合，而纤维之间的结合主要通过纤维素分子之间的氢键产生纸产品的结构完整性。填料的差保留性和削弱的纸产品机械性质都是由于纤维网络中纤维-填料之间的结合较差造成的。
【发明内容】
[0005]因此，需要一种新颖的方法，通过提高填料对纤维网络的亲合力，使得填料的比例提高，同时填料颗粒仍然保留在纤维网络中，并且不会过多地影响纸产品的强度性质。
[0006]依据一种方法满足了所述需要，该方法中将带阴离子电荷的纳米原纤纤维素和阳离子强度添加剂加入到水性配料中。通过对这样获得的含有纤维、填料、阳离子强度添加剂和带阴离子电荷的纳米原纤纤维素的水性配料进行脱水而由该配料制成纸产品。由该配料经过脱水制备的纸产品具有目标基重，并且含有纤维、填料、阳离子强度添加剂和带阴离子电荷的纳米原纤纤维素。
[0007]通过在添加阳离子强度添加剂的同时或之后向配料中加入带阴离子电荷的纳米原纤纤维素，可以观察到纸产品中填料含量的增加。可以从造纸工艺的循环水中收集填料，并固定到纸产品中，由此得到更清澈的循环水。可以对填料和带阴离子电荷的纳米原纤纤维素的用量进行调节，使得填料的保留最大化，也就是说尽可能减少最终循环水中填料的量。配料中填料的用量应使得基于未涂覆的纸产品的重量，填料含量大于35重量％，优选大于40重量％。
[0008]依据该方法的一个实施方式，还可以向配料中加入助留剂。可以在带阴离子电荷的纳米原纤纤维素添加后，向配料中加入助留剂。助留剂可以是c_PAM(阳离子聚丙烯酰胺)或其他助留剂。
[0009]依据一个实施方式，阳离子强度添加剂是阳离子聚合物(聚合电解质)。阳离子淀粉是广泛用于造纸中的干强度添加剂，可依据该方法的一个实施方式使用。
[0010]带阴离子电荷的纳米原纤纤维素是其中纤维素分子经过改性使得它们含有阴离子基团的纳米原纤纤维素。例如，纤维素的羟基可以氧化为羧酸根基团。可使用的带阴离子电荷的纳米原纤纤维素的一个例子是其中羧酸根基团是由于催化N-氧基介导氧化得到的纳米原纤纤维素，例如纤维素的2,2,6,6-四甲基-1-哌啶N-氧化物介导(“TEMPO”介导)氧化。通过氧化得到的羧酸根基团还能使纤维素不稳定，以至于在较低的能量下纤维就可以分裂为原纤。另一种可选的带阴离子电荷的纳米原纤纤维素是其中纤维素被羧甲基化的纳米原纤纤维素。该原纤纤维素也可以通过纤维的化学改性(羧甲基化)以及随后纤维分裂为原纤而制得。
[0011]依据一个实施方式，添加到配料中的带阴离子电荷的纳米原纤纤维素的量是未涂覆纸产品干重的0.1-5重量％，优选0.5-2.0重量％。
[0012]依据一个实施方式，基于未涂覆纸的干重，纸产品含有超过35重量％的填料，特别是超过40重量％的填料。填料量例如可以在40-50重量％的范围内。
[0013]依据一个实施方式，由该配料制备的未涂覆纸的基重为30_80g/m2，优选为40-70g/m2。因此，该方法可特别用于其中填料负载难度最大的低基重级别。因为改善的保留性，这些低重量纸级别可以具有上述填料量。
[0014]形成纸结构体的配料中的纤维网络形式的纤维组分(造纸纤维)可以是原生纸浆或循环纸浆。在后一种情况中，配料还可以包含制成循环纸浆的纸或废纸中存在的物质。
[0015]除了上述材料以外，配料以及由该配料制备的纸产品还可以包含其他添加剂。这些添加剂包括明矾，膨润土和胶体氧化硅。
[0016]在该方法中，带阴离子电荷的纳米原纤纤维素作为一种将填料结合到造纸纤维的纤维网络中的原纤助留剂，它们是正常尺寸的纤维，可由各种浆料制成，因此可以基于许多纤维素原料。纳米原纤纤维素的特征是与造纸纤维相比明显更小的尺寸，以及由于阴离子基团(特别是羧酸根)导致的原纤表面上的阴离子电荷。
[0017]该方法与之前填料颗粒的表面被原纤纤维素改性的技术的不同之处在于，纳米原纤纤维素是直接加入到含纤维、阳离子强度添加剂和填料的混合物的水性配料中，不需要对填料进行预处理以提高其保留性。
【附图说明】
[0018]参考附图，更详细地描述所述方法，其变体以及由其制备的纸产品，其中:
[0019]图1示意性地示出制备纸产品的方法。
[0020]发明详述
[0021]在图1所示的方法中，用箭头I表示来自备料系统的配料。配料在线坑(wire pit)中用水稀释，然后在造纸机器的短循环中在所谓的工艺流系统(approach flow system)中流动。工艺系统的泵和筛网未示出。水性配料中的纤维和填料可以是在典型造纸厂工艺中常用于造纸和制造纸板的填料和纤维，将配料供应到进料装置2，该装置将配料均匀地铺展在多孔移动支承件3上(成形织物)，在该支承件3上开始进行脱水，开始形成纤维网W。在脱水和干燥步骤后，得到纸产品。在成形过程中，最初从网中排出的水用向下的箭头D表示。可以使用该方法减少该循环回备料系统的水D中的填料含量。
[0022]图1仅是造纸开始阶段的示意图。成形器可具有两个相对的多孔支承件，将配料供应到这两个支承件之间，通过这两个支承件在两个方向上进行脱水(称为双网成形器)。
[0023]沿着工艺系统随后的加料点如图所示。阳离子强度添加剂在位置A加入配料中，然后阴离子纳米原纤纤维素在位置B加入，然后助留剂在位置C加入。在第一加料位置之前，配料已经按照调节的比例含有纤维和填料。
[0024]加料顺序可以改变。还可以将阳离子强度添加剂和阴离子纳米原纤纤维素同时加入配料流中，或者先加入阴离子纳米原纤纤维素再加入阳离子强度添加剂。还可以在两个不同的位置分批加入阴离子纳米原纤纤维素。例如，第一部分可以在添加阳离子强度添加剂之前加入，第二部分可以与阳离子强度添加剂同时加入或者在阳离子强度添加剂之后加入。助留剂最后加入配料流中。
[0025]一部分阳离子强度添加剂可以已经添加到包含纤维和填料的原始配料中，余下的阳离子强度添加剂如图1所示加入工艺流系统中。
[0026]添加阴离子纳米原纤纤维素，使得其在脱水和纸幅开始形成之前在料流中的保留时间较短。与所预期的相反，阴离子纳米原纤纤维素不是开始就与纤维和填料混合而是当配料在工艺流系统中流动时将阴离子纳米原纤纤维素加入配料中时，阴离子纳米原纤纤维素表现出最佳的效果，脱水开始的延迟(图1中B点-支承件3)较短，小于I分钟。
[0027]通过该方法生产的纸产品可以是纸或纸板。该方法特别适用于制备重量较轻的印刷纸级别，例如WFC原纸和SC纸。印刷纸级别的优选基重为30-80g/m2未涂敷纸，优选40-70g/m2未涂敷纸。
[0028]将带阴离子电荷的纳米原纤纤维素或“阴离子纳米原纤纤维素”加入配料中