涂布纤维素颗粒的方法、涂布的纤维素颗粒及其在纸和纸板制造中的用途的制作方法

专利名称：涂布纤维素颗粒的方法、涂布的纤维素颗粒及其在纸和纸板制造中的用途的制作方法
涂布纤维素颗粒的方法、涂布的纤维素颗粒 及其在纸和纸板制造中的用途发明领域本发明涉及涂布纤维素颗粒的方法、涉及例如在纸和纸板制造中 有用的涂布的纤维素颗粒。本发明还涉及制造纸和纸板的方法，进一 步涉及涂布紙和纸板的方法。现有技术涂布的目的在于为纸和纸板的表面提供最高质量的平滑度和均匀 性，用来改进其光学性能和印刷适应性。涂料包括颜料，例如，高岭土、重质碳酸钩(GCC)和滑石，并进一步包括粘合剂如胶乳和淀粉， 此外，所述涂料还包括添加剂如分散剂、pH调节剂、润滑剂和抗菌剂。 颜料通常构成涂料重量的80~95%，因此，颜料在涂料的光学性能如 不透明度、亮度和光泽度中起重要的作用。亮度可以通过低的光吸收 和高的光散射系数得到改进，不透明度也可以通过后者得到改进。光 泽度例如受颜料的粒度和涂后处理(post-coating treatment)例如 所述纸和纸板压光的影响。在纸和纸板的制造中，要把填料加到纸浆中。填料的量依所制造 的产品而变化，其比例范围以原纸重量为基准，通常对LWC纸的范围 在4~10%，而对化学纸浆纸的范围在15~ 30%。填料包括例如高岭土、 碳酸钙和二氧化钛。另外填料对纸和纸板的光学性能和印刷适应性有 影响。纸和纸板的光学性能可以通过提高颜料在涂料中的比例，以及填 料在原纸中的量得到改进。然而，这一点导致纸和涂料的强度性能显 著地受损。纸的强度性能还可以通过纸浆的精磨和细小纤维的加入得到改进，然而，这样做经常会损害不透明度。US 6, 080, 277公开了 一种制备含阳离子基团的纤维素颗粒的方 法，所述纤维素颗粒在造纸工业中作为紙巻材(web)的粘结千扰剂是 有用的。存在于颗粒中的纤维素可以是未被取代的或取代的纤维素， 如纤维素酯或醚，或碱纤维素，纤维素例如使用粘胶法，N-甲基吗啉 N-氧化物，或氯化锂二甲基乙酰胺溶解，另一方面，纤维素衍生物溶 于水，优选由粘胶法制备，用水溶解。往溶解的纤维素中添加阳离子 化试剂，在有沉淀剂如硫酸的情况下，通过沉淀可以获得阳离子纤维 素颗粒。JP 4041289公开了一种涂布纸页，其至少在原料的一侧上的粘合 剂中具有含纤维素颗粒的层。纤维素颗粒是由使用粘胶的方法制备的， 用两个颗粒喷嘴或类似装置喷雾并通过热空气干燥形成颗粒，通过酸 或类似物质处理来再生纤维素。如此形成的具有0.1 ~ lOOOiam粒径的 纤维素颗粒中，优选使用粒径在1 20jum范围内的那些颗粒。要求结 晶度低，低于40%，因此，能形成溶胀度高，吸墨性能优异，而且发 色浓度(color forming density)高的涂层。GB 1 574 068提供一种涂布颗粒或纤维材料的方法、使用所迷方 法涂布的材料、以及制造含所述涂布材料的纸的方法。在该涂布方法 中，先使颗粒或纤维任选在有分散剂的情况下，于可再生纤维素衍生 物如黄原酸纤维素的稀水溶液中制成浆料，继之向该浆料添加沉淀剂 如含硫酸钠和锌的硫酸，结果导致各个被再生纤维素的离散涂料围绕 的颗粒生成。要涂布的材料可以是高岭土、石骨、二氧化钛或碳酸钙。 借助所述方法涂布的材料，可以用在适合制造纸的填料组合物中。光学性能和经常称之为ScottBond值的结合强度，这是印刷纸的 一些最关键的性能。通常对于纸板和紙，特别是对绘图纸来说，需要 改进强度性能而对光学性能无任何有害作用。用于能源生产而焚烧含无机矿物颜料的废纸，导致大量的灰烬， 其排放会引起一系列的难题。在欧盟范围以内，规定了 2010年前要达 到生物能量在整个能量生产中的比例目标。为达到这些目标，也希望在纸和纸板中尽可能多地使用可再生的有机材料。无机矿物颜料是有磨蚀性的，因此导致设备的加速磨损。它们还 增加了纸和纸板的重量。对用于杂志、产品样本等越来越轻然而能提 供高质量的印刷性能的纸张的需要一直在增加。正如基于上述讨论所见，考虑到改进纸和纸板的强度性能而对其 光学性能无任何有害影响，另外，考虑到提高其中可再生和可燃烧有 机材料的比例，并降低设备磨损，对纸和纸板用新型更轻的填料和涂 布颜料的需要是显而易见的。发明的目的本发明的目的是提供一种用于涂布纤维素颗粒的方法。 另一个目的是提供一种新型的涂布的纤维素颗粒。此外，本发明的目的是提供一种涂布的纤维素颗粒在纸和纸板中 作为填料，和在纸和纸板的制造中作为涂布用颜料的用途。本发明还有另外一个目的是提供一种制造纸和纸板的方法。 本发明的又一目的是提供一种涂布纸和纸板的方法。 本发明的用于纤维素颗粒的涂布方法、涂布的纤维素颗粒、涂布 的纤维素颗粒的用途，以及用于涂布和制造纸和纸板的方法，其特征规定于权利要求书中。 发明的概述在本发明的涂布纤维素颗粒的方法中，使纤维素颗粒与光散射材 料接触，以使所述光散射材料附着于所述纤维素颗粒上。该光散射材料这里指二氧化硅、硅酸盐、沉淀碳酸钙(PCC)、石骨、草酸钙、二氧化钛、氬氧化铝、硫酸钡、氧化锌、其改性物或其组合物，或者任何其它光散射材料。涂布的纤维素颗粒包含用上述定义的光散射材料涂布的纤维素颗粒，所述光散射材料和纤维素颗粒分别包含5~95%重量，和95 ~ 5% 重量的涂布的颗粒。使用本发明方法涂布的纤维素颗粒，可用作紙和纸板的填料，用 来改进产品的强度性能而对光学性能无任何有害作用。借助本发明方 法获得的涂布的纤维素颗粒，可以进一步作为纸和纸板的涂布颜料使 用。现采用下列附图、详细的说明以及不希望对本发明起限制作用的 实施例对本发明进行举例说明。


图1表示按实施例2制备的并涂布二氧化硅的本发明的纤维素颗 粒的电子显微照片(放大倍数x 3000 )。图2表示按实施例3制备的并涂布二氧化硅的本发明的纤维素颗 粒的电子显微照片(放大倍数x 10000 )。图3a和3b表示按实施例4制备的并涂布二氧化硅的本发明的纤 维素颗粒的电子显微照片(放大倍数x 10000 )。图4a和4b是分别表示实施例6的纸张的作为填料含量的函数的 ISO亮度和光散射系数的图解表示，所述纸张含有6%~14%重量的涂布 本发明硅酸盐的纤维素颗粒。使用含等量未涂布纤维素颗粒(REF未 涂布)的纸张，和没有填料的纸张作为对照物。本发明的详细说明意外地发现采用本发明的方法可以避免或至少显著减少现有技术 的解决方案中所遇到的难题。本发明基于下述发现，即在纸和纸板制 造中有用的涂布纤维素颗粒，可借助用光散射材料涂布纤维素颗粒获 得，所述纤维素颗粒是通过沉淀由溶解的纤维素制备的。在用于涂布纤维素颗粒的本发明的方法中，使所述纤维素颗粒与 光散射材料接触以便于所述材料附着于所述纤维素颗粒上。所迷纤维 素颗粒的涂布可通过沉淀、吸附、气相涂布或旋转涂布法或类似的方 法完成。因此，可通过所述涂布方法的变形，如通过变形的气相涂布 法，例如原子层外延、ALE法涂布所述纤维素颗粒。在本发明的方法中，可以通过任何的已知方法制备所述要被涂布的纤维素颗粒，如通过由粘胶法或叔N-氧化物(tertiary N-oxide) 溶解的纤维素的再生法。要被溶解的纤维素材料例如可以是漂白针叶 木浆、来自农业或林业等行业的纤维素废物。纤维素颗粒也可以借助 下述方法制备。由要溶解的纤维素材料制成水悬浮液，所述悬浮液至少含有0.1% 重量的纤维素；调节悬浮液的pH值至3~7,优选4 6的范围；向悬 浮液中添加具有内切葡聚糖酶活性的酶，用来产生在20~ 2000 xio3 IU/kg千纤维素，优选100 ~ 600 x io3 IU/kg干纤维素的内切葡聚糖酶 活性；含酶的悬浮液在40 65X:，优选45 60r的温度下加热，获得 其聚合度下降至不超过数值100的纤维素；继之以添加15%重量的碱 或碱土金属氢氧化物至酶处理过的悬浮液中；之后在15 501C的温 度，优选20 451C的温度下加热，用来溶解至少50°/。的纤维素，然后， 把如此获得的纤维素溶液喷洒或混合到再生的溶液中，以沉淀纤维素 颗粒。可优选除去溶解的纤维素中的空气。还可例如通过过滤除去固 体。再生溶液优选是酸，更优选的是稀硫酸。尽管形成的颗粒会滞留 在用于任何直接后处理如涂布的所述再生溶液中，但它们也可以被回 收和洗涤。在制备用于涂布的纤维素颗粒中，在纤维素在溶液中或仅在纤维 素颗粒再生之后，使用已知的方法可使纤维素借助其转化改性，产生 衍生物如醋酸纤维素。纤维素颗粒还可以经干燥或用甲醛处理以改进 其结构的刚性。例如，通过把空气通入溶解的纤维素中，可提高纤维 素颗粒的空隙率，并接着除去固体物质、即溶解于再生条件下的物质 例如淀粉和碱或碱土金属盐例如氢氧化物。要涂布的纤维素颗粒的粒径， 一般在0. 05和10inm之间。用于本发明涂布方法的光散射物质可包括二氧化硅、硅酸盐、沉 淀碳酸钙(PCC)、石骨、草酸钙、二氧化钛、氢氧化铝、硫酸钡、氧 化锌等类似物，其变体或其组合物。用于所述涂布方法的硅酸盐，选自金属硅酸盐如碱土金属硅酸盐、碱金属硅酸盐、碱土和碱金属硅酸铝盐及其变体，所述变体包括具有 碱土金属的盐和氬氧化物的混合盐，以及所述化合物的混合盐和组合 物。硅酸盐优选硅酸钾、硅酸镁、硅酸铝钠、硅酸镁钠、硅酸钠或硅 酸铝、特别优选硅酸铝钠。在本发明的涂布方法中，还期待涂料材料的各种组合。二氧化硅的沉淀可使二氧化硅或硅石(Si02)例如按下列反应方程式(1)沉淀。使沉淀的合适物质，即，碱金属硅酸盐，例如硅酸钠(水玻璃)的水溶液与沉淀化合物这里是矿物酸，典型地是1^04起反应。 [Na20: xSi02]+H2S04 —xSi02+Na2S04+H20 (1)通过碱金属硅酸盐与硫酸或与二氧化硫反应同样可以获得沉淀的 二氧化硅。另外，形成碱金属亚硫酸盐或亚硫酸氢盐水溶液。珪酸盐的沉淀合成的硅酸盐可以通过起要沉淀物质作用的硅化合物与沉淀化合 物反应获得。沉淀化合物也可以在反应过程中就地产生。硅酸盐如硅 酸铝钠、硅酸钙和硅酸铝作为产品获得。其中，特别是硅酸铝钠是造纸中使用最为广泛的硅酸盐。要沉淀的合适物质包括沉淀的二氧化硅(silicas)、金属珪酸盐如碱土金属硅酸盐和碱金属硅酸盐、碱土和碱金属硅酸铝盐及其变体 如具有碱土金属的盐和氢氧化物的混合盐，以及所述化合物的混合盐 和组合物。可使硅酸盐如硅酸钠，按照下列反应方程式(2)沉淀。使硫酸铝， 或硫酸钾铝，与硅酸钠的水溶液起反应。[Na20: xSi02]+Al2 (S04) 3 —Na20 . A1203 4[xSi02] . 4-6H20+Na2S04 ( 2 ) 用另一种方法，使碱金属硅酸盐与亚硫酸铝的水溶液起反应产生 沉淀的碱金属硅酸铝盐和依赖于最终反应阶段的PH,产生含碱金属亚 硫酸盐或亚硫酸氢盐的水相。沉淀的碱金属硅酸铝盐也可以通过用碱金属铝酸盐在二氧化石克、 亚疏酸溶液或硫酸溶液存在的情况下处理碱金属硅酸盐溶液获得。另 外，荻得含碱金属亚硫酸盐的水相。在这种情况下，沉淀亚硫酸铝试 剂可在反应过程中就地形成。硅酸锌可通过硅酸钠溶液与氯化锌溶液混合加以沉淀，在反应终 点时用硫酸溶液代替氯化锌溶液。碳酸钧的沉淀沉淀的碳酸钩或PCC，是例如按照下列反应方程式(3) ~ (5)获得的。CaC03+能量—Ca0+C02 (3)CaO+H20 —Ca(0H)2+能量 (4)Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20+能量 (5 )在反应(3)中，加热石灰石，这样使其分解产生石灰，CaO，和 二氧化碳。接着，在反应(4)中使石灰与水混合，这样获得了熟石灰， Ca(0H)2。在这个步骤中，任何杂质都可以通过例如婶选除去。碳酸钙 在碳化步骤中沉淀，其中在反应(5)中向熟石灰的水性浆料通入二氧 化碳。在该步骤中，沉淀的碳酸钙的粒径和粒径分布，另外，这些颗 粒的形状、和表面性能都受调节反应条件的影响。碳酸钓按照反应方程式(6)也可以沉淀。在该反应方程式中，熟 石灰与碳酸钠反应。反应中产生的碱性溶液在造纸中使用CaC03之前 先中和。Ca (OH) 2+Na2C03 — CaC03+2NaOH ( 6 )碳酸钩还可以按照方程式(7 )通过使碳酸钠与氯化钙反应来沉淀 Na2C03+CaCl2 —CaC03+2NaCl ( 7 )石骨的沉淀现已发现硫酸钙可有各种水合和无水的形式，其中硫酸钙二水合 物，CaS04 . 2H20， 一般称为石骨。这种二水合物是硫酸钙最稳定的形式，因此，它被用于涂料用颜料中。在锅炉沉积物的情况下，二水合物形式的自发沉淀是普通的现象，在过饱和溶液中按照反应方程式(8 ) 产生沉淀。Ca2++S042-+2H20 —CaS04 2H20 ( 8 )二水合物也可以按照反应方程式(9)，在半水合硫酸钾 CaS04 .1/21120于水中形成浆料的情况下从其中沉淀出来。沉淀石貪的 粒径分布和颗粒形状会受到调节沉淀条件的影响。 2CaS04 1/2H20+3H20 —2CaS04 . 2H20 ( 9 )按照反应方程式(10),当磷酸钩与硫酸在水溶液中进行反应的 情况下，同样可使二水合物型沉淀。另外，在反应中形成礴酸。 Ca3 (P04) 2+3H2S04+6H20 — 3CaS04 2H20+2H3P04 (10 )作为原料磷酸盐，Ca^POJA,在水溶液中与疏酸反应，按照反 应方程式(11)形成二水合物型硫酸钙、磷酸和氢氟酸。 Can(PO4)6F2+10H2SO4+20H2O-l9CaSO4 . 2H20+6H3P04+2HF (11)按照反应方程式(12)，当亚硫酸氢钙在水溶液中与氧反应时，同 样可使二水合物型的硫酸钙沉淀。Ca(HS03)2(l)+02(g)+2H20(l) — CaS04 , 2H20 (s)+H2S04 (12) 草酸钾的沉淀草酸钙在含钙化合物存在的情况下，可以通过由草酸沉淀的方法 制备。含钙的化合物例如可以是碳酸钙、氢氧化钙或氯化钙。在反应 方程式(13) ~ (l4)中，给出了由碳酸钙和草酸制备草酸钙。 CaC03+2HCl — CaCl2+H20+C02 (13 )CaCl2+H2C204 —CaC204+2HCl (14)二氧化钬的沉淀二氧化钛例如可釆用已知的硫酸盐法制备，即，借助使用浓硫酸 溶解干燥的和粉碎的钛铁矿，或钛浆料，并加热产生固体反应产物饼。 使反应产物饼溶解于水或稀硫酸中，并进一步，例如通过过滤法从硫酸钛溶液中除去固体杂质。溶液中的铁含量可通过冷却，进而将铁沉 淀成可通过过滤除去的七水合硫酸铁而进一步减少。浓缩溶液使钛沉淀成为羟基氧化钬(IV) (titanium (IV) oxyhydroxide)，继之以 过滤，洗涤，并且如有必要，通过焙烧转化成预定的晶体尺寸和形状。 之后使用例如吸附法，或旋转涂布法使纤维素颗粒涂布上如此获得的 二氧化钛。二氧化钛还可以釆用文献US 6， 001， 326中公开的方法制备，也就 是说通过添加由蒸馏水制造的水块，或水蒸馏水至未稀释的四氯化钛 溶液中，稀释如此获得的氯化氧钛(titanyl chloride)水溶液形成 预定的浓度，其后通过加热使细碎的二氧化钛沉淀形成。氢氧化铝的沉淀氬氧化铝，还称作三水合铝，可以由铝土矿通过溶解其中所含的 铝制备，然后分离其它矿物。溶液中的铝化合物用氢氧化钠萃取，然 后通过沉积和过滤分离不溶的杂质。把清透的铝酸钠滤液加以冷却， 继之加入细的、尤其是，如有必要，为此目的作为晶种制备的氢氧化 铝晶体，以及纤维素颗粒。滤液中所含有的铝酸盐，在添加的晶种和 纤维素颗粒上沉淀。石危酸钡的沉淀使用含硫酸盐基团并可溶于水的化合物，可使疏酸钡从溶于水的 钡化合物中沉淀。所述钡化合物例如可以是硝酸钡、硫化钡、氢氧化 钡、或氯化钡，而该含有硫酸盐基团的化合物是硫酸钠或硫酸镁或硫 酸。从氯化钡和硫酸钠制备硫酸钡，通过反应方程式U5)举例说明。 BaCl2 (水溶液)+Na2S04 (水溶液)—BaS04 (固态)+2NaCl2 (水溶液)(15)氧化锌的沉淀氧化锌通过加热硝酸锌可以沉淀，结果产生氧化锌、二氧化氮和 氧。氧化锌通过加热碳酸锌也可以沉淀，这样产生氧化锌和二氧化碳。另外，使用氧化钙，或使用氢氧化钾可以使氧化锌从含锌离子的溶液 中沉淀，或使用醇或醇/水溶液中的氢氧化锂，或四甲基氢氧化铵，通 过醋酸锌的水解使氧化锌沉淀可通过把要沉淀的物质加到含纤维素颗粒的水悬浮液中，并且进一步，任意地调节pH和温度至合适的范围，进行纤维素颗粒的涂布。 任选地，使含纤维素颗粒的悬浮液与沉淀化合物的水溶液混合，并且可 在添加要沉淀的物质前，与辅助剂盐混合。如有必要，添加要沉淀物 质后，接着添加作为水溶液、醇溶液、或醇/水溶液、或以气体形式的 沉淀化合物、和/或加入酸或沉淀物质的晶种。对于硅酸盐和二氧化硅的沉淀，沉淀化合物选自无机酸、二氧化 硫、以及碱土金属、碱金属、土金属、锌和铝的盐，优选硫酸盐、亚 疏酸盐、硝酸盐和-危酸铵盐。特別优选在二氧化^琉、亚硫酸、或硫酸 存在的情况下，使用硫酸铝、亚硫酸铝或碱金属铝酸盐完成沉淀。替 代地，也可以用氯化锌完成沉淀，在反应最终阶段，用硫酸溶液代替 氯化锌。对于碳酸钙的沉淀，沉淀化合物例如可以是气态的二氧化碳，或在石骨从磷酸锔或从原磷酸盐(raw phosphate)沉淀的情况下，沉淀化合物将是石危酸。在水溶液中从亚硫酸氢钙沉淀石骨的情况下，把气态氧用作沉淀化合物。在过饱和溶液中进行沉淀的情况下，当溶 解于水中时，能释放硫酸盐离子的任何化合物都可作为沉淀化合物使用。用另一种方法，在从半水合物的含水浆料中沉淀二水合硫酸钙的 情况下，无须沉淀化合物。对于沉淀草酸钾，沉淀化合物是草酸。对于二氧化钛的沉淀，加热要沉淀的物质而不是添加沉淀化合物， 这样将产生细碎的二氧化钛。在沉淀氢氧化铝的情况下，如有必要的话，添加氢氧化铝晶种而不 是添加沉淀化合物。对于硫酸钡的沉淀，沉淀化合物是含硫酸盐基团的化合物，如硫13酸钠、或硫酸镁、或硫酸。对于氧化锌的沉淀，沉淀化合物例如是钾的氧化物、氢氧化物、 氢氧化锂、或四甲基氢氧化铵。在使用硝酸锌、或碳酸锌作为要沉淀 的物质情况下，添加沉淀化合物可以是不必要的。对于硅酸盐和二氧化硅的沉淀，起辅助剂作用的盐选自碱土金属 盐和氢氧化物。合适的盐包括碱土金属如镁、或钙的氯化物、硫酸盐、 和碳酸盐。优选使用氢氧化镁。对于硅酸盐的沉淀，要沉淀的物质选自沉淀的二氧化硅、碱金属 和碱土金属硅酸盐、碱金属和碱土金属硅酸铝盐，及其包括具有碱土 金属盐和氢氧化物的混合盐变体，以及另外，所述化合物的混合盐和 组合物。对于硅酸盐的沉淀，要沉淀的物质选自碱金属和碱土金属硅酸盐。 对于碳酸钙的沉淀，要沉淀的物质例如是氢氧化钙、或氯化钙。氢氧化钙是通过在水中混合煅石灰获得的，所述石灰如此反应产生氢氧化钙。对于石骨的沉淀，要沉淀的物质是磷酸钙、半水合硫酸钙、原磷 酸盐、亚硫酸氢钙、或当溶解于水中时能释放钙离子的任何化合物。对于草酸钙的沉淀，要沉淀的物质是含钙的任何化合物，例如氯化 钙、碳酸钩、或氢氧化钙。对于二氧化钛的沉淀，要沉淀的物质是例如氯化氧钛。对于氢氧化铝的沉淀，要沉淀的物质是铝酸钠。对于硫酸钡的沉淀，要沉淀的物质是钡化合物，例如钡的硝酸盐、 疏化物、氢氧化物、或氯化物。对于氧化锌的沉淀，要沉淀的物质可以是例如硝酸锌、碳酸锌、 或醋酸锌。在根据本发明的纤维素颗粒的涂布方法的优选实施方案中，在混 合的同时，使通过在稀硫酸溶液中喷洒已溶解的纤维素沉淀的纤维素在本发明的涂布纤维素颗粒的方法中，所述纤维素颗粒还可以通 过在所述纤维素颗粒上吸附光散射材料来涂布。在本发明的涂布纤维素颗粒的方法中，纤维素颗粒还可以使用气 相涂布法、或变形的气相涂布法，例如原子层外延涂布光散射材料。在气相涂布中，涂层是在化学反应的情况下借助使要涂布的材料 与气态原料接触，借助便于气相状态原料解离和/或化学反应，继之以 在所述要涂布的材料上形成固体涂层而形成的。反应可以包括例如热 解、还原、氧化、水解、或合成。卤化物、氢化物、金属羰基化合物、 有机金属化合物等可作为前体使用。对于使用气相涂布技术的涂布来 说，光散射材料优选是氧化锌、氧化硅、或二氧化钛，这些化合物通过气相涂布技术的制备，可由反应方程式(16)举例说明TiCl4+202 —Ti02+2C12 (16) 此外，在本发明涂布纤维素颗粒的方法中，可使用旋转涂布法或 类似的方法，通过形成纤维素颗粒和光散射材料的含水层，使所述纤 维素颗粒涂布上光散射材料。所述层可按照任何顺序沉积，其数量没 有限制。所述层一旦固化，即可按照预定的用途将其粉碎至预定的粒 径。本发明的涂布的纤维素颗粒，包含涂布有光散射材料的纤维素颗 粒。涂布所述纤维素颗粒的材料在光散射材料当中选择。合适的光散 射材料包括二氧化硅、硅酸盐、沉淀碳酸钙(PCC)、石骨、草酸钙、二氧化钛、氢氧化铝、硫酸钡、氧化锌等，此外，其变体及其组合物。 用于涂布纤维素颗粒的硅酸盐，选自金属硅酸盐如碱土金属和碱 金属硅酸盐、碱土金属和碱金属硅酸铝盐及其变体，例如具有碱土金 属的盐和氢氧化物的混合盐，以及所述化合物的混合盐与组合物。硅 酸盐优选是硅酸钙、硅酸镁、硅酸铝钠、硅酸镁钠、硅酸钠或硅酸铝， 特别优选硅酸铝钠。按照本发明，也可以使用不同组合的涂布材料。 本发明的涂布的纤维素颗粒，含有按涂布的纤维素颗粒的重量计，5~95%，优选5~20%，或50~80%范围的量的涂布材料。在包含所述组成的产品的处置靠焚烧来完成的情况下，涂布材料的比例，按涂布的纤维素颗粒的重量计，特别优选5~20%。因此，灰烬的形成达到最 小量。涂布的纤维素颗粒尺寸在0. 05 10jLim，优选在0. 2~2. Ojum的 范围。、凃层厚度在lnm和5 pm之间。本发明的涂布纤维素颗粒，可作为纸和纸板中的填料使用。用作 填料的涂布的纤维素颗粒的粒径优选l~2jum。本发明的涂布的纤维 素颗粒，对于高档纸和含机械浆的紙是合适的填料，其例子包括LWC、 ULWC、 MWC和SC。本发明的涂布的纤维素颗粒，还可作为含机械浆的纸如LWC印刷 纸的涂布用颜料，另外，还可作为纸板，例如FBB纸板的涂布用颜料 使用。作为涂布用颜料使用的涂布的纤维素颗粒的粒径优选0. 2 ~ 1 ja m。在用于造纸或纸板的本发明的方法中，在纸或纸板的制造过程中 把涂布的纤维素颗粒加入纸浆中，其加入位置在压榨部(press section)之前的系统的 一合适点上，优选在短程循环中并且特别优选 在流浆箱附近，如在混合泵的吸入侧，或流浆箱的加料泵附近，按导 致纸或纸板中的填料含量，即涂布的纤维素颗粒量为1~50%重量加 入，继之以用常规方法制造纸或纸板。在用于涂布纸的本发明的方法中，施用涂布的纤维素颗粒，既可 以照原样使用上述悬浮液或也可以作为与用于涂布用颜料中的已知粘 合剂如淀粉或乳胶，增稠剂例如羧甲基纤维素，或其它添加剂的混合 物使用，其使用量按导致涂布的纤维素颗粒在涂布用糊中的含量一般 为80~95%重量计。可使用任何已知的涂布方法，完成对紙或纸板巻 材的施用。本发明的涂布的纤维素颗粒，与现有技术的填料和涂布用颜料比 较具有一些优点。纸和纸板的关键性能，特别是强度性能例如结合强 度和抗张强度指数可受到涂布的纤维素颗粒的有益影响，而对其光学 性能无显著有害影响。另外，通过使用所述的涂布的纤维素颗粒，纸和纸板的克重下降，机械磨损减轻。借助于使用本发明的涂布的纤维素颗粒的制备和涂布纸和纸板的 方法，可以提高纸和纸板中可再生有机材料的比例，因此，可以改进 靠焚烧法从循环系统中除去的纸和纸板的利用率。在欧盟范围内，今 后将禁止填埋处理混合涂料的材料，这样焚烧将成为废弃物处置的重 要的替代方法之一。实施例实施例1.纤维素颗粒的制备由通过粘胶法溶解的纤维素制备5%重量的稀释液，所述稀释液相 当于约0.45%重量的纤维素含量，把900g的这种稀释液喷射到l升的 1M硫酸中，于是，纤维素沉淀产生小颗粒。使所述纤维素颗粒沉积并 留在用于随后涂布二氧化硅的硫酸溶液中。 实施例2.给纤维素颗粒涂布二氧化硅在混合的同时，对实施例i中制备的纤维素颗粒在2or;下通过把硅酸钠滴加到334. 4g含纤维素颗粒(浓度0. 43%重量)的浆料中进行 涂布。所加硅酸钠的量总计为1. 68ml ( 1. 095g)。使二氧化硅沉淀在 纤维素颗粒上，这样产生了含最高达35%重量二氧化硅的涂布的纤维 素颗粒。如此涂布的纤维素颗粒，在纸和紙板的生产中用作填料，如 图1所示。实施例3.给纤维素颗粒涂布硅酸盐纤维素颗粒是按实施例1所述制备的，过滤掉大部分的硫酸，在 混合浆料的同时，在1.5分钟的过程中，把36. 6g浓度为15%重量的 硫酸铝溶液和60. 3g浓度为21. 2%重量的硅酸钠同时加入到1166. 5g 的含纤维素颗粒(浓度为0. 2%重量)的浆料中，该浆料的温度为20. 3 匸，pH为1.77。测量如此获得的复合物的硅酸盐含量约为4%重量。 如此涂布的纤维素颗粒，在纸和纸板生产中作填料和涂布用颜料用， 如图2所示。实施例4.给纤维素颗粒涂布硅酸盐纤维素颗粒是按实施例1所述制备的，过滤掉大部分的疏酸。在混合浆料的同时，在2分钟的过程中，把89.2g浓度为20%重量的疏 酸铝溶液和180. 9g浓度为22. 2%重量的硅酸钠同时加入到1170g含纤 维素颗粒(浓度为0. 2%重量)的浆料中，该浆料的温度为20. 5X:， pH 值为3. 3。最后，还要添加硫酸铝以调节最终pH至7. 5。测定如此获 得的复合物的硅酸盐含量约为70%重量。如此涂布的纤维素颗粒，作 为纸和纸板生产中的填料和涂布用颜料用，如图3a和3b所示。 实施例5.涂布二氧化硅的纤维素颗粒在纸中作为填料的用途纸张是由70%漂白桦木浆和30%漂白针叶木浆组成的纸浆制造 的，该纸张含有作为填料的按实施例3制备的本发明的涂布二氧化硅 的纤维素颗粒。没有任何填料的纸张和含有作为填料的未涂布的纤维 素颗粒的纸张分别作为对照物。具有60g/m2克重的纸张按标准SCAN-C 26: 76制造。填料含量约为6%和14%重量。使用根据SCAN-P 8: 93、 TAPPI T 569和SCAN-P 67: 93的方法，测量纸张的光散射系数、作 为Scott Bond值的结合强度以及抗张指数。对于含有作为填料的涂布的纤维素颗粒的纸张，光散射系数与起对照物作用的纸张相似，但是，结合强度显著地高，即高于含有作填 料的未涂布的纤维素颗粒的纸张1. 5倍，而比不含填料的纸张高2倍 以上。实施例6.涂布硅酸盐的纤维素颗粒在纸中作为填料的用途纸张是由70%漂白桦木浆和30%漂白针叶木浆組成的纸浆制造 的，该紙张含有作为填料的按实施例4制备的本发明的涂布硅酸盐的 纤维素颗粒。含有作为填料的未涂布的纤维素颗粒的纸张和没有任何 填料的纸张作为对照物。具有60g/n^克重的纸张是按标准SCAN-C 26: 76制造的。填料含量约为6°/ 和14°/。重量。使用按照SCAN-P 3: 93和 SCAN-P 8: 93的方法，测定ISO亮度和光散射系数。纸张的ISO高度和光散射系数分别图示于图4a和4b中。正如从 图4a和4b中所见，使用本发明的涂布的纤维素颗粒比使用未涂布的 纤维素颗粒获得的光学性能明显地好。
权利要求
1.一种涂布纤维素颗粒的方法，其特征在于，所述纤维素颗粒与光散射材料接触，继之以所述光散射材料附着于所述纤维素颗粒的表面上。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素颗粒通 过沉淀、吸附、气相涂布或旋转涂布法涂布有光散射材料。
3. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纤维素颗 粒是通过沉淀法由溶解的纤维素制备的。
4. 按照权利要求1~3中任一项所述的方法，其特征在于，所迷纤 维素颗粒的尺寸为0， 05 ~ 10 jii m。
5. 按照权利要求1~4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述 光散射材料选自二氧化硅、硅酸盐、PCC、石骨、草酸钙、二氧化钛、 氢氧化铝、硫酸钡、氧化锌、其变体或其组合物。
6. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光散射材料是 二氧化硅。
7. —种涂布的纤维素颗粒，其特征在于，所述颗粒包含涂布有光散射材料的纤维素颗粒。
8. 按照权利要求7所述的涂布的纤维素颗粒，其特征在于，所述 光散射材料选自二氧化硅、硅酸盐、PCC、石骨、草酸钙、二氧化钛、 氢氧化铝、硫酸钡、氧化锌、其变体或其组合物。
9. 按照权利要求7或8所述的涂布的纤维素颗粒，其特征在于， 所述颗粒含有5~95%,优选5~20%，或50~80%重量的光散射材料。
10. 按照权利要求7~9中的任一项所述的涂布的纤维素颗粒，其 特征在于，所述涂布的纤维素颗粒的尺寸为0.05~10nm,优选0. 2~ 2. 0 jum。
11. 按照权利要求7~10中的任一项所述的涂布的纤维素颗粒作 为纸或纸板填料的用途。
12. 按照权利要求7~10中的任一项所述的涂布的纤维素颗粒作为纸和纸板涂布用颜料的用途。
13. —种制造纸或纸板的方法，其特征在于，把按权利要求7~10 中的任一项所述的涂布的纤维素颗粒加到纸浆中，继之以采用常规方 法制造纸。
14. 一种涂布紙或纸板的方法，其特征在于，使用已知方法把按权 利要求7~10中的任一项所述的涂布的纤维素颗粒作为悬浮液或作为 与涂布辅助剂的混合物，施用在纸或纸板巻材上。
全文摘要
本发明涉及给纤维素颗粒涂布光散射材料的方法，涉及涂布的纤维素颗粒，涉及其在纸和纸板中作填料和涂布用颜料的用途，另外，涉及制造涂布纸和纸板的方法。
文档编号D21HGK101218395SQ200680023549
公开日2008年7月9日 申请日期2006年6月27日 优先权日2005年7月1日
发明者J·莱恩, K·科伊武南, P·西莱纽斯, T·沃里宁 申请人:M-雷尔有限公司