含有无木浆的纸张和纸板的制造
【专利说明】含有无木浆的纸张和纸板的制造
[0001] 本发明设及一种制造包含无木浆和机械浆的混合物的纸张或纸板的方法。该方法 包括渗入避免不良纸页成形风险的额外填料的新体系。
[0002] 全化浆纸是通常对主要由无木浆制备的纸张所给术语。无木浆通常是指化学浆而 不是机械浆。该类无木浆或化学浆通常由制浆用木材制备，但不认为是木材，因为在化学加 工过程中从纤维素纤维中除去大部分木素。相反，机械浆主要W物理方式处理并且保留大 部分木材组分，因此仍可W作为木材描述。
[0003] 与化学法制浆仅为45%相比，机械制浆产生85-95%的高得率纸浆。该方法使用非 常少的化学品或不使用化学品，但相当耗能。将木材分解成纤维可W通过贴着旋转的磨耗 表面(通常是石头)研磨木材原木W得到磨木浆而进行，或者通过使木片在一个旋转(转子） 和一个静止(定子)金属盘之间通过而进行。该方法称为磨浆并产生通常称为盘磨机械浆的 纸浆。在机械法制浆中也可W使用热W产生热法机械浆(TMP)。可W使用热法机械浆(TMP) 的有限化学处理来产生化学热磨机械浆(CTMP)。若随后漂白化学热磨机械浆，则所得纸浆 称为漂白的化学热磨机械浆(BCTMP)。该纸浆基本保留了热法机械浆的物理性能，但得率降 低。然而，BCTMP具有的优点是它比热法机械浆(TMP)更干净且更显亮。
[0004] 不含磨木浆或化学法制浆可W描述为使用化学品和热而不是机械作用的制浆法。 无木浆可W通过硫酸盐法或亚硫酸盐法生产。硫酸盐法在170-176°c下使用氨氧化钢和硫 化钢。亚硫酸盐法在130-160°C下使用亚硫酸盐或亚硫酸氨盐。在加压蒸煮器中在运些条件 下蒸煮通过使木素和半纤维素可溶而从纤维中除去它们。
[0005] 全化浆纸相对于由高浓度机械浆制造的纸张具有的优点是它不易泛黄。因此，通 常主要由无木浆制造高级纸和其他高质量纸张。然而，通常基于总纤维素纤维将至多10重 量％机械浆渗入全化浆纸中W改善形成的纸张的某些物理特性，如改善纸张的挺度或松厚 度。为了在最终纸张中提供至多10重量％机械浆，通常必要的是基于干重在造纸浆料中渗 入至多20%，例如15-20%的机械浆。
[0006] 制造主要含有无木浆的纸张通常使用诸如填料和助留剂的添加剂W促进在机器 的移动网/筛上的纸页成形。
[0007] 填料是加入纸张中增加不透明度、平滑度和适印性但也降低所生产纸张的成本的 无机颗粒。填料的实例包括高岭上、二氧化铁、沉淀碳酸巧(PCC)和重质碳酸巧(GCC)。
[000引助留剂(通常)为将小填料颗粒絮凝于造纸纤维上，从而将填料保留在纸页中的聚 合物添加剂。
[0009] 留着体系是其中将一种或多种助留剂用于产生所要求的整体留着效果。
[0010] 通常将该填料加入合并的中浓浆料流或低浓料流中。
[0011] 众所周知的是通过如下一种方法制造纸张，该方法包括通过加入聚合物助留剂絮 凝通常称为纤维素稀浆料的低浓浆，然后通过通常称为抄纸网的网或筛将絮凝的悬浮液滤 水，W及随后形成湿纸页，然后干燥。
[0012] WO 93 22499描述了一种使用由再循环纤维构成的漂白纤维素纸浆纤维制造全化 浆白纸制品的方法。提供全化浆纸的其他公开包括JP 2005240227、肝2005 240249、肝 2005 336678、CN 102493258和WO 2012163787。
[0013] 全化浆纸生产商，如高级纸生产商，通常渴望提高纸制品的填料含量W降低成本。 然而，保留该额外的填料可能是困难、昂贵的且可能引起不良纸页成形的问题。此外，提高 全化浆纸的填料含量倾向于降低纸页松厚度并降低纸页挺度。为了对抗该缺点，许多全化 浆纸的生产商将至多10重量％机械纤维，尤其是漂白化学热磨机械浆(BCTMP)渗入纸页中。 然而，将该机械纤维渗入无木浆中不会改善填料留着且事实上甚至在某些情况下可能对填 料留着有害。
[0014] 理想的是提供一种当主要使用含有至多10重量％机械浆的无木浆时在纸张或纸 板制造中提供在纸液中增加的填料留着的方法。
[0015] 按照本发明，提供了一种制造纸张或纸板的方法，包括：
[0016] 提供(a)机械浆和(b)无木浆，
[0017] 将(a)机械浆和(b)无木浆合并而形成包含总干重不超过20%的机械浆纤维的混 合浆，
[0018] 使该混合浆作为中浓浆流动并将该中浓浆与稀释水合并而形成低浓浆，
[0019] 通过网或筛将该低浓浆滤水而形成纸页，将后者干燥，其中将填料和阳离子聚合 物加入机械浆中。
[0020] 将机械浆和无木浆合并是指将运两种纸浆混合在一起。适当的是运可W通过揽 动，例如在100-60化pm的速率下揽拌实现，或者通过其他揽动方式实现。通常可W在造纸机 中通过使机械浆料流流动且使无木浆料流流动W使得运两种料流例如在混合槽中结合在 一起W形成混合浆而将运两种纸浆合并。通常而言，在造纸机中自然发生的端流足W允许 运两种纸浆相互贯穿地分布而形成混合浆。通常在造纸机中该混合浆可W作为可W被认为 是上中浓料流的中浓浆流动。该中浓浆或料流可W通过加入水而稀释W形成当在造纸系统 中流动时可W被认为是低浓料流的低浓浆。低浓浆或料流通过的网或筛可W是通常用于纸 张工业中W将造纸浆料滤水而形成纸页的合适网或筛。通常在造纸机中该网或筛为移动网 或筛，低浓浆或料流其上流动并滤水形成纸页。纸页通常被压棒，然后在造纸机的干燥段中 干燥。
[0021] 干造纸固体通过将100mL稀浆料滤过预先干燥且称重的纤维素滤纸，在105°下干 燥至恒重并W %计算干固体而测定。将预先干燥（在l〇5°C下）且预先称重的滤纸放入 化的1巧漏斗、Buchner漏斗或类似装置中，将后者置于真空烧瓶上。在量筒中量取100mL浆 料或者将100g称入烧杯中并倾于滤纸上。对该烧瓶施加真空W除去游离水，然后将滤纸取 出，在105°C下干燥2小时并再称重。
[0022] 根据本发明，将额外填料加入机械浆中并使用阳离子聚合物固定，然后将机械浆 与其他纸浆混合而形成中浓浆。
[0023] 理想的是，渗入例如作为机械浆料流的机械浆中的填料量为机械浆干重的至少 1%。加入例如作为机械浆料流的机械浆中的填料量通常应为机械浆干重的至少2%，常常 是至少5%。适当的是加入例如作为机械浆料流的机械浆中的填料量可W显著更高，例如为 机械浆干重的至多20%或25%。然而，加入的填料量通常倾向于低于机械浆干重的20%，例 如至多15%或16%。
[0024] 基于浆料干重的填料量可W由下列方法测定。通过上述方法将该浆料过滤，在105 °C下干燥，然后称重而得到浆料的干重。然后将该干浆料放入50(TC的炉中2小时并W重量 测定灰分含量。更高或更低溫度可W用于该目的。填料含量可W由填料在所选溫度下的已 知灰分含量计算。在许多造纸厂中，对于造纸浆料W及还有成品纸页均使用测量的灰分含 量值而不是真实的填料含量。
[0025] 该方法通常还可W包括与纸张和纸板制造方法中的常规填料加入点一致地将填 料加入该方法中。因此，还可W将填料加入混合浆、中浓浆或料流和/或低浓浆或料流中的 任一种中，运是加入填料的正常造纸实践。因为在该阶段加入的填料量倾向于比加入械浆 或料流中的填料要高，该随后加入填料被认为是主填料加入。
[0026] 适合加入机械浆或机械浆料流中或适合主填料加入的填料可W是任何传统上用 于纸张和纸板制造方法中的常规填料。理想填料的实例选自沉淀碳酸巧、重质碳酸巧、高岭 上和二氧化铁。
[0027] 在本发明方法中，将阳离子聚合物加入例如作为机械浆料流的机械浆中。阳离子 聚合物的量通常应为至少100g聚合物/吨干机械浆。对于作为固体级供应的聚合物，运W接 收的聚合物克数/吨干造纸固体计算。对于作为溶液、乳液或液态分散体供应的聚合物，运 活性聚合物克数/吨造纸固体计算。更有益的结果通常可W在使用更高剂量的阳离子聚合 物，例如至少200g聚合物/吨干机械浆，优选至少500g/吨时见到。阳离子聚合物的量通常可 W高得多，例如至多2.5或3.Okg/吨干机械浆。加入的阳离子聚合物量通常应为至多2.Okg/ 吨，例如至多1.5或1.化g/吨且在一些情况下为至多1.0、1.1或1.化g/吨。
[00%]任何常规阳离子聚合物，尤其是用于纸张工业的那些，可W用作按照本发明加入 机械浆或机械浆料流中的阳离子聚合物。运些聚合物可W是天然或合成的。合适的天然聚 合物包括阳离子淀粉。合适的合成阳离子聚合物包括水溶性締属不饱和单体或其中至少一 种单体为阳离子性的水溶性締属不饱和单体共混物的聚合物。当聚合物由不止一种单体形 成时，其他单体可W是阳离子性或非离子性的或混合物。
[0029] 阳离子单体包括（甲基)丙締酸二烷基氨基烷基醋，二烷基氨基烷基（甲基)丙締酷 胺，包括其酸加成盐和季锭盐，二締丙基二甲基氯化锭。优选的阳离子单体包括丙締酸二甲 氨基乙醋和甲基丙締酸二甲氨基乙醋的甲基氯季锭盐。合适的非离子单体包括不饱和非离 子单体，例如丙締酷胺、甲基丙締酷胺、丙締酸径基乙醋、N-乙締基化咯烧酬。特别优选的聚 合物包括丙締酷胺与丙締酸二甲氨基乙醋的甲基氯季锭盐的共聚物。
[0030] 该阳离子聚合物优选含有至少5mol %阳离子单体单元和至多SOmol %阳离子单体 单元，更优选5-40mol%阳离子单体单元，尤其是5-20mol%。特别优选的第一聚合物助留剂 还是阳离子聚丙締酷胺，其包含丙締酷胺和至少一种水溶性締属不饱和阳离子单体，优选 (甲基)丙締酸二烷基氨基烷基醋或N-取代的丙締酷胺的季锭盐，尤其是丙締酸二甲基氨基 乙基醋的甲基氯季锭盐。
[0031 ] 运些阳离子聚合物通常倾向于具有高分子量，通常超过500，OOODa且常常为至少 1，000,0000曰。合适的是聚合物呈现的特性粘度为至少3(11/旨，优选至少4(11八。在一些情况 下，聚合物可能呈现的特性粘度为至少5dl/g，常常是至少6dl/g。在许多情况下，它可W为 至少7dl/g或甚至至少8.5dl/g或9dl/g，常常是至少lOdl/g，更优选至少12dl/g，特别是至 少14dl/g或15dl/g。对于组分(b)的该阳离子聚合物不必存在最大分子量，因此特性粘度没 有特定上限值。事实上，特性粘度甚至可W高达30dl/g或更高。然而，第一聚合物助留剂通 常具有的特性粘度为至多25dl/g，例如至多20dl/g。
[0032] 聚合物的特性粘度可W通过基于聚合物的活性物含量制备聚合物水溶液(0.5-1 重量％ )而测定。在容量瓶中将2g该0.5-1%聚合物溶液用50ml缓冲至抑7.0(每升去离子 水使用1.56g憐酸二氨钢和32.26g憐酸氨二钢）的2M氯化钢溶液稀释至100mL并用去离