制造纸和纸板的方法

制造纸和纸板的方法
【专利摘要】本发明涉及一种制造纸和纸板的方法，该方法包括：(a)将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂引入混合区中以形成填料组合物；(b)借助泵将该填料组合物引入包含纤维素纤维的水性悬浮液中；和(c)对所获得悬浮液进行脱水。本发明还涉及一种制造填料组合物的方法，该方法包括：(a)将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂引入混合区中以形成填料组合物；(b)借助泵将该填料组合物引入储存槽中。
【专利说明】制造纸和纸板的方法
发明领域
[0001]本发明涉及一种制造纸和纸板的方法。更具体地，本发明涉及制造适用于纸和纸板制造方法中的填料组合物的方法，和制造纸和纸板的方法，其中将填料组合物引入纤维素悬浮液中。
[0002]发明背景
[0003]填料和填料组合物为众所周知的且广泛用于造纸应用中，以通过用较廉价填料代替相对昂贵的原生纤维素纤维来降低纸成本。填料还使得可改进某些纸性质，例如表面平滑度、适印性和光学性质如不透明度和亮度。然而，可不利地影响其他纸性质。例如，填料纸(filled paper)与无填料纸相比通常呈现较低强度性质。
[0004]以常规方式制造填料纸以符合特定规格,例如抗张强度、抗张挺度、Scott内结合强度(Scott Bond)、厚度、克重、填料含量等。当以指定克重制造纸时，已观察到当填料含量增加时纸厚度降低。不合格的纸厚度可引起处理问题，例如高速转换和最终用途操作中的处理问题。
[0005]填料纸的厚度减少可通过增加克重(即根据规格成比例增加该方法中所用纤维素纤维和填料的量)来补偿，这意味着总制造成本将增加。厚度减少还可通过用松厚浆如BCTMP (松厚CTMP)代替常规硫酸盐/亚硫酸盐浆的一部分来补偿。然而，可存在与使用这些楽相关的缺点和问题。
[0006]因此，仍需要制造具有经改进厚度控制、在高速转换和最终用途操作中的经改进运转性和经改进或维持的强度性质的填料纸和纸板的方法。还需要制造赋予纸和纸板上述性质和优点的填料组合物的方法。
[0007]发明概述
[0008]本发明的目的为提供制造尤其当增加所制造的纸和纸板的填料含量时具有经改进厚度控制，即维持厚度或至少使厚度损失减少的纸和纸板的方法。本发明的另一目的为提供制造在高速转换和最终用途操作中具有经改进运转性的填料纸和纸板的方法。因此，可避免或至少减少任何由纸厚度不合格所造成的操作和运转性问题，例如复印机中的双进纸或卡纸、表格印刷机及其他转换机中的降低操作速度以及印刷和信封折叠机上的套准错误。
[0009]本发明的又一目的为提供制造尤其当增加所制造的纸和纸板的填料含量时具有维持或改进强度性质的填料纸和纸板的方法。由本发明制造的填料纸和纸板的基本可维持或改进的强度性质包括抗张强度、抗张挺度、抗弯曲性、z强度、Scott内结合强度和蜡粘性。
[0010]本发明的再一目的为提供制造纸和纸板的方法，其中可对应于任意厚度偏差(例如偏离厚度规格的偏差)容易地调节填料含量和填料与填料组合物中存在的其他组分的比例，从而提供具有规格内厚度和维持或改进强度性质的填料纸和纸板。
[0011]通过使用本发明，可降低纤维含量并增加纸和纸板的填料含量，同时获得所制造的纸或纸板的经改进厚度控制和维持或增加的强度性质。不合格的纸厚度可引起处理问题，例如高速转换和最终用途操作中的处理问题。这些问题的实例包括复印机中的双进纸或卡纸、表格印刷机及其他转换机中的降低操作速度以及印刷和信封折叠机上的套准错误。
[0012]因此，可减少原生纤维素纤维使用、增加填料负载量同时维持强度性质且提供经改进的纸和纸板的制造方法，这产生环境和经济益处。
[0013]本发明的再一目的为提供制造适用于纸和纸板制造方法中的填料组合物的方法，其中可容易地调节填料与填料组合物中存在的其他组分的比例。
[0014]因此，在一个方面中，本发明涉及一种制造纸和纸板的方法，该方法包括:
[0015](a)将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂引入混合区中以形成填料组合物；
[0016](b)借助泵将填料组合物引入包含纤维素纤维的水性悬浮液中；和
[0017](C)对所获得悬浮液进行脱水。
[0018]在另一方面中，本发明涉及一种制造填料组合物的方法，该方法包括:(a)将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂引入混合区中以形成填料组合物；
[0019](b)借助泵将填料组合物引入储存槽中。
[0020]本发明的这些及其他目的和方面将进一步详细阐述于下文中。
[0021]发明详述
[0022]本发明包括使用一种或多种填料。本文所用术语“填料”意欲包括合成和天然矿物填料和颜料，包括多孔、松厚、塑料和可发泡的填料和颜料。根据本发明，合适填料的实例包括娃灰石、高岭石(kaolinite)(例如高岭土(kaolin)、瓷土(china clay)、煅烧的粘土)、二氧化钛、石膏、块滑石(talcite)(例如滑石(talc)、水滑石、水碳铝镁石、菱水碳铁镁石、水碳铁镁石、菱水碳铬镁石、水碳铬镁石、水铝镍石、水碳铁镍石、羟碳锰镁石、硫碳铝镁石、羟铝镁钙石、羟镁铝石、片碳镁石、镁铬铁矿(chlOTomagalumite)、镍铝矾、铁镍矾、水铜铝矾、水氯铁镁石、水铁镍矾和莫特克石)、硅石(例如沉淀硅石和沉淀硅酸铝)、绿土(例如蒙脱石/膨润土、锂皂石、贝得石、绿脱石和皂石)、氢化铝氧化物(三氢氧化铝)、硫酸钙、硫酸钡、草酸钙以及天然和合成碳酸钙。合适天然和合成碳酸钙的实例包括白垩、磨碎的大理石(ground marble)、重质碳酸I丐(GCC)和沉淀碳酸I丐(PCC),包括存在的多种结晶形式或形态中的任一种，例如菱形、柱状、板状、立方体和偏三角面体形式的方解石和针状形式的文石。所述一种或多种填料合适地选自高岭土、碳酸钙如重质碳酸钙和沉淀碳酸钙，及其混合物。所述一种或多种填料合适地以水性淤浆形式使用。
[0023]本发明包括使用一种或多种阴离子多糖。合适的一种或多种阴离子多糖为水分散性的或水溶性的，优选水溶性的或至少部分水溶性的。所述一种或多种阴离子多糖合适地以水性组合物形式使用。所述一种或多种阴离子多糖含有阴离子基团，其可为天然的和/或通过化学处理多糖而引入。天然阴离子多糖的实例包括天然马铃薯淀粉，其含有显著量共价键合磷酸盐单酯(phosphate monoester)基团。所述一种或多种阴离子多糖还可含有阳离子基团，只要多糖为净阴离子或具有净阴离子电荷，即阴离子基团数高于阳离子基团数或阴离子基团的取代度高于阳离子基团的取代度。优选地，所述一种或多种阴离子多糖不含或基本不含阳离子基团。[0024]可存在于所述一种或多种阴离子多糖中的合适阴离子基团的实例包括羧酸根(例如羧基烷基)、硫酸根、磺酸根(例如磺基烷基)、磷酸根和膦酸根，其中烷基可为甲基、乙基、丙基及其混合物，合适地为甲基；所述一种或多种阴离子多糖合适地含有包含羧酸根(例如羧基烷基)的阴离子基团。阴离子基团的抗衡离子通常为碱金属或碱土金属，合适地为钠。阴离子基团还可以其酸形式存在，由此在水性环境中形成相应阴离子基团。
[0025]可存在于所述一种或多种阴离子多糖中的合适阳离子基团的实例包括胺盐，合适地为叔胺盐和季铵基团，优选季铵基团。含有阳离子基团的合适阴离子多糖的实例包括通过使阴离子多糖与选自2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵及其混合物的季铵化试剂反应所获得的那些。
[0026]本发明的一种或多种阴离子多糖可含有非离子基团，例如烷基或羟基烷基(例如羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基)及其混合物，例如羟乙基甲基、羟丙基甲基、羟丁基甲基、羟乙基乙基、羟丙基等。在一个本发明的优选实施方案中，阴离子多糖含有阴离子和非离子基团二者。
[0027]本发明的合适阴离子多糖的实例包括葡聚糖(glucan)(例如右旋糖酐(dextran)和纤维素)、半乳甘露聚糖(例如瓜耳胶)、几丁质、聚氨基葡糖、聚糖、半乳聚糖、黄原胶、果胶、甘露聚糖、糊精、海藻酸盐和角叉菜聚糖(carragenane)。合适淀粉的实例包括马铃薯、玉米、小麦、木薯、大米、糯玉米(waxy maize)等。优选地，阴离子多糖选自纤维素衍生物，优选阴离子纤维素醚。合适阴离子多糖和纤维素衍生物的实例包括羧基烷基纤维素，例如羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧丙基纤维素、磺基乙基羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素(“CM-HEC”)、其中纤维素由一种或多种非离子取代基取代的羧甲基纤维素，优选羧甲基纤维素(“CMC”)。合适纤维素衍生物的实例包括公开于美国专利4，940，785中的那些，该专利以引用方式并入本文中。
[0028]所述一种或多种阴离子多糖的阴离子基团的取代度通常为至少约0.001或至少约0.01，合适地为至少约0.05或至少约0.10，优选至少约0.15 ;且阴离子基团的取代度通常为至多约1.0或至多约0.75，合适地为至多约0.65或至多约0.50，优选至多约0.45。
[0029]所述一种或多种阴离子多糖的重量平均分子量通常为至少2，000道尔顿或至少约5，000道尔顿，合适地为至少50，000道尔顿或至少约100，000道尔顿；且平均分子量通常为至多约30，000, 000道尔顿或至多约25，000, 000道尔顿，合适地为至多约1，000, 000道尔顿或至多约500，000道尔顿。
[0030]本发明包括使用一种或多种阳离子试剂。本文所用术语“阳离子试剂”意欲包括任意阳离子有机和无机化合物。本文所用术语“阳离子有机化合物”也称为第一阳离子试剂。本文所用术语“阳离子无机化合物”也称为第二阳离子试剂。
[0031]合适阳离子有机化合物或第一阳离子试剂包括水溶性和水分散性，优选水溶性阳离子有机化合物。一种或多种阳离子试剂合适地以水性组合物形式使用。阳离子有机化合物可为合成的或衍生自天然来源且使得其为阳离子性的。合适阳离子有机化合物的实例包括阳离子有机聚合物，例如缩聚物，如阳离子聚胺、阳离子聚酰胺胺、阳离子聚乙烯亚胺和阳离子双氰胺聚合物；烯属不饱和阳离子单体或包含至少一种阳离子单体的单体掺合物的阳离子乙烯基加聚物，如基于丙烯酰胺的阳离子聚合物、基于丙烯酸酯的阳离子聚合物、基于乙烯基胺/乙烯基甲酰胺的阳离子聚合物和基于二烯丙基二烷基氯化铵的阳离子聚合物。合适烯属不饱和阳离子单体的实例包括(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯和二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺(优选呈季铵化形式)和二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)。通常由约10摩尔％至100摩尔％的阳离子单体和O摩尔％至90摩尔％的其他单体(百分比的总和为100)制备烯属不饱和单体的阳离子聚合物。阳离子单体的量通常为至少80摩尔％，合适地为100摩尔％。合适地，一种或多种阳离子试剂包含阳离子缩聚物，优选阳离子聚胺。
[0032]阳离子有机化合物的重量平均分子量通常为至少约1，000，合适地为至少约2，000，优选至少约5，000。通常，重量平均分子量为至多约4，000，000，合适地为至多约2，000, 000，优选至多约700，000。阳离子有机化合物的电荷密度通常为至少约0.2meq/g,合适地为至少约lmeq/g ;且电荷密度通常为至多约15meq/g,合适地为至多约10meq/g。
[0033]合适阳离子无机化合物或第二阳离子试剂的实例包括无机一价、二价和多价阳离子和聚电解质，例如铝化合物。合适铝化合物的实例包括明矾(硫酸铝)、铝酸盐(例如铝酸钠和招酸钾)和聚合招化合物(polyaluminum compound)(例如聚合氯化招、聚合硫酸招、聚合娃酸硫酸招(polyaluminum silicate sulphate))及其混合物。合适地，一种或多种阳离子试剂包含聚合铝化合物，优选聚合氯化铝。
[0034]本发明的一种或多种阳离子试剂合适地包含至少一种阳离子有机化合物或第一阳离子试剂(如上所定义)和一种阳离子无机化合物或第二阳离子试剂(如上所定义)。阳离子有机和无机化合物的合适组合的实例包括阳离子有机聚合物和聚合铝化合物，合适地为阳离子缩聚物和聚合铝化合物，优选阳离子聚胺和聚合氯化铝。
[0035]本发明的方法包括将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂引入混合区中以形成填料组合物，和然后将填料组合物泵送至包含纤维素纤维的水性悬浮液(下文还称为“纤维素悬浮液”)中，或将填料组合物泵送至储存槽中。
[0036]混合区可为适用于混合的泵、静态混合器、罐，例如纸或纸板制造机的混合箱或填料、阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂的料流汇聚的区。优选地，混合区为泵或混合槽。若混合区为泵，则优选使用所述泵来将所获得填料组合物泵送至纸或纸板制造方法中的纤维素悬浮液中或储存槽中。若混合区为混合槽(例如混合箱)，则借助泵将所获得填料组合物合适地弓I入纸或纸板制造方法中的纤维素悬浮液中或储存槽中。储存槽可为填料组合物在运送至纸或纸板制造机之前储存的任意罐，或填料组合物借助泵由其引入纸或纸板制造方法中的纤维素悬浮液中的任意罐。
[0037]该方法可通过将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂以任意顺序且以任意预混合形式进料至混合区以形成填料组合物来实施。例如，可在混合区中混合一种或多种填料和一种或多种阴离子多糖以形成填料预混物，且然后可将一种或多种阳离子试剂引入混合区中，以与其中存在的填料预混物混合以形成填料组合物。
[0038]该方法还可通过以下来实施:在填料预混合区中混合一种或多种填料和一种或多种阴离子多糖以形成填料预混物，且然后将填料预混物引入混合区中。填料预混合区可为适用于混合的泵、静态混合器、罐，例如纸或纸板制造机的混合箱或填料料流和一种或多种阴离子多糖料流汇聚的区，例如通过合适地布置管道，这些料流经由这些管道进料。优选地，填料预混合区为泵或静态混合器。若填料预混合区为混合槽(例如混合箱)，则借助泵将填料预混物合适地弓I入混合区中。
[0039]当两种或更多种阳离子试剂(例如第一和第二阳离子试剂)用于该方法中时，该方法可通过以下来实施:在阳离子试剂预混合区中混合第一阳离子试剂和第二阳离子试剂以形成阳离子试剂预混物，且然后将阳离子试剂预混物引入混合区中。阳离子试剂预混合区可为适用于混合的泵、静态混合器、罐，例如纸或纸板制造机的混合箱或第一阳离子试剂料流和第二阳离子试剂料流汇聚的区。优选地，阳离子试剂预混合区为泵或第一和第二阳离子试剂料流汇聚的区，例如通过合适布置管道，这些料流经由这些管道进料。若阳离子试剂预混合区为混合槽(例如混合箱)，则借助泵将阳离子试剂预混物合适地引入混合区中。
[0040]本发明优选包括使用泵。本文所用术语“泵”意指任意泵或具有泵作用的设备。使用如上所述的一种或多种泵提供许多益处，且使得可容易地调节至混合区中的填料、阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂的剂量、至纤维素悬浮液中的填料组合物的剂量，且由此调节制造的纸或纸板的各种性质，尤其是纸和纸板厚度和填料含量。合适地，一种或多种具有可调节泵容量的泵用于该方法中，尤其是用于将填料组合物引入纤维素悬浮液中的步骤中。
[0041]该方法还合适地包括提供要制造的纸或纸板的厚度规格；(例如)在制造期间在线或制造后人工测量所制造纸或纸板的厚度；比较所测量厚度与厚度规格以确定任何厚度差；和任选地通过调节填料组合物的剂量且由此调节纸或纸板的填料含量来减少厚度差以提供符合厚度规格的纸或纸板。合适地，一个或多个计算机和计算机程序用于测量厚度，比较所测量厚度与厚度规格，且通过调节填料含量来减少厚度差以提供符合厚度规格的纸或纸板。
[0042]在该方法中，一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖、一种或多种阳离子试剂、填料组合物、填料预混物和阳离子试剂预混物优选为水性的，即其优选地含有水。其他组分(例如，生物杀伤剂；防腐剂；填料、阴离子多糖和阳离子试剂的生产方法的副产物)当然还可存在于一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖、一种或多种阳离子试剂、填料组合物、填料预混物和阳离子试剂预混物中。
[0043]一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂在本文中还统称为“组分”，其可用于该方法中且存在于填料组合物、填料预混物和阳离子试剂预混物中，其量尤其可取决于组分类型和数量、预期用途、期望填料含量、期望成本节省、期望纸强度等而在宽范围内变化。
[0044]若使用，则一种或多种填料通常以如下量存在于填料组合物和填料预混物中:相应地基于填料组合物或填料预混物的总重量为至少约I重量％，合适地为至少约2重量％或至少约5重量％，优选至少约10重量％。若使用，则一种或多种填料通常以如下量存在于填料组合物和填料预混物中:相应地基于填料组合物或填料预混物的总重量为至多99重量％，合适地为至多约75重量％或至多约50重量％，优选至多约45重量％。
[0045]若使用，则一种或多种阴离子多糖通常以如下量存在于填料组合物和填料预混物中:基于一种或多种填料的重量为至少约Ikg/吨，合适地为至少约2kg/吨或至少约3kg/吨，优选至少约5kg/吨。若使用，则一种或多种阴离子多糖通常以如下量存在于填料组合物和填料预混物中:基于填料的重量为至多约IOOkg/吨，合适地为至多约50kg/吨或至多约30kg/吨,优选至多约20kg/吨。
[0046]若使用，则一种或多种阳离子试剂(例如第一和第二阳离子试剂)通常以如下量存在于填料组合物和阳离子试剂预混物中:基于该方法中所用的填料的重量为至少约0.0Olkg/吨,合适地为至少约0.0lkg/吨或至少约0.1kg/吨,优选至少约1.0kg/吨；且其通常以如下量存在:基于一种或多种填料的重量为至多约30kg/吨，合适地为至多约15kg/吨或至多约IOkg/吨，优选至多约5kg/吨。当阳离子试剂为铝化合物时，基于一种或多种填料的重量按Al2O3计算本文中所定义的量。
[0047]填料组合物的阳离子试剂与一种或多种阴离子多糖的重量比通常为约10:1至约1:1000，合适地为约2:1至约1:100，优选约1:1至约1:40。
[0048]若使用，则水通常以如下量存在于填料组合物和填料预混物中:基于相应填料组合物或填料预混物的总重量为从约I重量％，合适地为至少约25重量％或至少约50重量％，优选至少约55重量％。水通常以如下量存在于填料组合物和填料预混物中:基于相应填料组合物或填料预混物的总重量为至多99重量％，合适地为至多约98重量％或至多约95重量％，优选至多约90重量％，百分比总计为100。
[0049]根据本发明，可将填料组合物引入纤维素悬浮液中，其量尤其可取决于纤维素悬浮液类型、填料类型、阴离子多糖类型、阳离子试剂类型、所制造纸的类型、添加点等而在宽范围内变化。通常将填料组合物以如下量加入纤维素悬浮液中:基于干纤维素纤维按干填料计算为至少约Ikg/吨,合适地为至少约IOkg/吨或至少约50kg/吨,优选至少IOOkg/吨。通常将填料组合物以如下量加入纤维素悬浮液中:基于干纤维素纤维按干填料计算为至多2000kg/吨，合适地为至多1500kg/吨，优选至多IOOOkg/吨或750kg/吨。本发明的纸的填料含量通常在I重量°/。至约67重量％,合适地为约5重量％至约50重量％,或约10重量％至约40重量％,优选约20重量％至约35重量％,或约25重量％至约35重量％的范围内。
[0050]优选地，在混合区中混合该方法中所用的各组分，将所得填料组合物泵送并引入纤维素悬浮液中，其中混合填料组合物的组分与纤维素纤维，将所获得悬浮液进料至流浆箱，该流浆箱将悬浮液喷射至成形网上，由此对悬浮液进行滤水以提供含有填料组合物的固体组分的湿纤维素幅或板，然后对幅或板进一步进行脱水并在纸或纸板制造机的干燥区域中进行干燥以提供填料纸或纸板。优选在纸或纸板制造机中连续实施本发明的方法。
[0051]在本发明的方法中，当然还可通过引入纤维素悬浮液中或施加至所获得的纸或纸板的幅或板使用其他添加剂。这些添加剂的实例包括常规填料、光学增白剂、施胶剂、干强度剂、湿强度剂、阳离子凝结剂、助滤剂和助留剂等。
[0052]合适常规填料的实例包括上文所提及的填料，合适地高岭土、瓷土、二氧化钛、石膏、滑石、天然和合成碳酸钙(例如白垩)、磨碎的大理石、重质碳酸钙和沉淀碳酸钙、氢化铝氧化物(三氢氧化铝)、硫酸钙、硫酸钡、草酸钙等。合适湿强度剂的实例包括阳离子聚胺和聚氨基酰胺，包括通过使聚胺和聚氨基酰胺与表氯醇反应所获得的产物。
[0053]合适施胶剂的实例包括非纤维素反应性施胶剂，例如基于松香的施胶剂(如基于松香的皂、基于松香的乳液/分散体)；纤维素反应性施胶剂，例如酸酐乳液/分散体如烷基和链烯基琥珀酸酐(ASA);链烯基和烷基烯酮二聚体(AKD)和多聚体；以及烯属不饱和单体的阴离子型、阳离子型和两性聚合物，例如苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物。可将一种或多种施胶剂加入纤维素悬浮液，在表面施胶施加时施加至纸，或二者。在一个优选实施方案中，将至少一种施胶剂加入纤维素悬浮液中且将至少一种施胶剂施加至纸。
[0054]合适阳离子凝结剂的实例包括阳离子有机聚合凝结剂和阳离子无机凝结剂。合适阳离子有机聚合凝结剂的实例包括上文所提及的阳离子有机聚合物。合适阳离子无机凝结剂的实例包括上文所提及的阳离子无机化合物。
[0055]合适助滤剂和助留剂的实例包括有机聚合物、无机材料(例如阴离子微颗粒状状材料，例如硅质材料如基于二氧化硅的胶态颗粒)、蒙脱石/膨润土及其组合。本文所用术语“助滤剂和助留剂”是指一种或多种添加剂，当其加入纤维素悬浮液中时与当未添加所述一种或多种添加剂时的所获得的相比，其得到更好的滤水和/或留着。可在将本发明的填料组合物引入纤维素悬浮液中之前、同时、期间和之后，优选在将填料组合物引入纤维素悬浮液中之后，将助滤剂和助留剂加入纤维素悬浮液。
[0056]合适有机聚合物的实例包括阴离子、两性和阳离子淀粉；基于丙烯酰胺的阴离子、两性和阳离子聚合物，包括基于丙烯酰胺的基本线性、支化和交联的阴离子和阳离子聚合物；以及阳离子聚(二烯丙基二甲基氯化铵)；阳离子聚乙烯亚胺；阳离子聚胺；阳离子聚酰胺胺和基于乙烯基酰胺的聚合物、蜜胺-甲醛和脲-甲醛树脂。合适地，助滤剂和助留剂包含至少一种阳离子聚合物或两性聚合物，优选阳离子聚合物。阳离子淀粉和阳离子聚丙烯酰胺为特别优选的聚合物，且其可单独使用、彼此一起使用或与其他聚合物(例如其他阳离子和/或阴离子聚合物)一起使用。聚合物的重量平均分子量合适地在约1，000，000以上，优选在约2，000, 000以上。聚合物的重量平均分子量的上限并不重要；其可为约50，000, 000，通常为约30，000, 000，合适地为约25，000, 000。然而，由天然来源衍生的聚合物的重量平均分子量可更高。
[0057]基于二氧化硅的颗粒(即基于SiO2或硅酸的颗粒)通常以水性胶态分散体(即所谓的溶胶)形式提供。基于二氧化硅的合适颗粒的实例包括胶态二氧化硅和不同类型(均聚或共聚)的聚硅酸。基于二氧化硅的溶胶可经改性且含有其他元素，例如铝、硼、氮、锆、镓、钛等，其可存在于水相和/或基于二氧化硅的颗粒中。这种类型的基于二氧化硅的合适颗粒的实例包括铝改性的胶态二氧化硅和硅酸铝。还可使用这些基于二氧化硅的合适颗粒的混合物。基于二氧化硅的合适阴离子颗粒的实例包括平均粒度在约IOOnm以下，优选在约20nm以下，更优选地在约Inm至约IOnm的范围内的那些。如二氧化硅化学中所常见的一样，粒度指初级颗粒的平均大小，这些颗粒可聚集或非聚集。基于二氧化硅的颗粒的比表面积合适地在约50m2/g以上，优选在约100m2/g以上。通常，比表面积可为至多约1700m2/go比表面积借助用NaOH滴定以众所周知的方式来测量,例如如G.W.Sears, AnalyticalChemistry28(1956): 12，1981-1983和美国专利5，176,891中所述。因此，所给面积表示颗粒的平均比表面积。基于二氧化硅的合适颗粒的其他实例包括在具有5%至50%范围内的S值的溶胶中存在的那些。S值可如Iler和Dalton, J.Phys.Chem.60 (1956)，955-957中所述来测量并计算。S值表示聚集或微凝胶形成的程度，且较低S值表示较高的聚集程度。
[0058]助滤剂和助留剂的合适组合的实例包括阳离子聚合物和阴离子微颗粒状材料(如硅质材料)，例如阳离子淀粉和基于二氧化硅的阴离子胶态颗粒；基于丙烯酰胺的阳离子聚合物和基于二氧化硅的阴离子胶态颗粒；基于丙烯酰胺的阳离子聚合物、基于丙烯酰胺的阴离子聚合物和基于二氧化硅的阴离子胶态颗粒或膨润土；和基于丙烯酰胺的阳离子聚合物和膨润土。
[0059]当在该方法中使用其他添加剂时，可将这些组分加入纤维素悬浮液中或施加至纸，其量尤其可取决于组分的类型和数量、纤维素悬浮液类型、填料含量、所制造的纸类型、添加点等而在宽范围内变化。通常将施胶剂以如下量引入纤维素悬浮液中和/或施加至纸:基于干纤维的重量为至少约0.0l重量％，合适地为至少约0.1重量％，且上限通常为约2重量％，合适地为约0.5重量％。通常，将助滤剂和助留剂以与当不使用这些助剂时所获得的相比得到更好的滤水和/或留着的量引入纤维素悬浮液中。通常彼此独立地引入如下量的助滤剂和助留剂、干强度剂和湿强度剂:基于干纤维的重量为至少约0.001重量％，通常地至少约0.005重量％，且上限通常为约5重量％，合适地为约1.5重量％。
[0060]该方法可用于由不同类型的纤维素纤维的水性悬浮液制造纸和纸板，且悬浮液应合适地含有基于干物质为至少约25重量％，优选至少约50重量％的这些纤维。悬浮液可基于来自以下的纤维:化学衆，例如硫酸盐、亚硫酸盐和有机溶剂衆(organosolv pulp);机械浆，例如热法机械浆、化学热法机械浆、精磨浆和磨木浆(来自硬木和软木)；且还可基于任选地来自脱墨浆的再循环纤维；及其混合物。本发明的纸和纸板可用于多种应用中，且该纸适合用作书写和印刷纸。
实施例
[0061]在以下实施例中进一步阐释本发明，然而，其并非意欲限制本发明。除非另有说明，否则份数和％分别是指重量份数和重量％，且所有悬浮液均为水性的。
[0062]除非另有说明，否则实施例中使用以下组分。
[0063]GCC:重质碳酸|丐(Hydrocarb60, Omya)
[0064]PAC:聚合氯化铝(Eka ATC8210)
[0065]PA:阳离子聚胺(Eka ATC4150)
[0066]CMC:竣甲基纤维素，阴离子基团的 DS 为 0.3-0.4 (Gabrosa947, AkzoNobel)
[0067]C-淀粉:阳离子淀粉(Perlbond970, Lyckeby)
[0068]C-PAM:阳离子聚丙烯酰胺(Eka PL1510)
[0069]二氧化硅:基于二氧化硅的阴离子颗粒的水性溶胶(Eka NP442)
[0070]在由法国Techpap SAS供应的动态纸页成形器(Formette Dynamique)中制造纸页。用于实施例中的纸配料基于针叶木漂白牛皮浆(NBKP)和阔叶漂白牛皮浆(leafbleached kraft pulp) (LBKP)。水性纤维素悬浮液的浓度为0.5重量％,且通过添加磺酸钠将导电率调节至0.5mS/cm。以700rpm的速度搅拌纤维素悬浮液，且将其加入存在于动态纸页成形器的混合箱中的纤维素悬浮液中，随后搅拌。
[0071]在该方法中，将GCC填料淤浆进料至混合槽，向其中引入水性CMC溶液(I重量％CMC)并混合以形成均匀填料预混物。将PAC、PA和水平行加入预混合槽中以形成阳离子试剂预混物，然后将其引入混合槽中，随后借助具有可调节泵容量的泵将固体含量为20重量％的所得填料组合物引入纤维素悬浮液中，105s后滤水。在滤水之前将助滤剂和助留剂以以下顺序、剂量和时间加入所获得纤维素悬浮液中:添加C-淀粉(基于干纸页，8kg/吨)，45s后滤水；添加C-PAM(基于干纸页,(λ 2kg/吨)，15s后滤水；添加二氧化娃(按SiO2计算且基于干纸页，0.5kg/吨)，5s后滤水。纸页通过以下形成:将纤维素悬浮液由混合箱通过横向喷嘴泵送至回转式鼓中，至网顶部上的水膜上，对浆料进行滤水以形成纸页，将纸页进行压制并干燥。根据IS0187:1990在气候室中对填料纸试样进行调节，且此后根据IS0536:1995通过测量克重对其进行评价，根据IS01924-2和IS01924-3:2005借助瑞典Lorenzen&Wettre的Alwetron THl测量厚度、抗张强度和抗张挺度，且根据TappiT833pm_94 借助 Scott 内结合强度测试机(Scott Internal bond tester)测量 Scott 内结合强度。
[0072]下表显示当将填料组合物以不同的量加入纤维素悬浮液中而得到不同填料含量的纸试样时所获得的结果。在测试编号1-3中，未添加填料组合物。CMC、PAC和PA的剂量均基于干GCC填料。GSM意指克重，MD意指纸机纵向，且⑶意指横向。
[0073]表
[0074]
【权利要求】
1.一种制造纸和纸板的方法，包括: (a)将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂引入混合区中以形成填料组合物； (b)借助泵将所述填料组合物引入包含纤维素纤维的水性悬浮液中；和 (C)对所获得悬浮液进行脱水。
2.一种制造填料组合物的方法，包括: (a)将一种或多种填料、一种或多种阴离子多糖和一种或多种阳离子试剂引入混合区中以形成填料组合物； (b)借助泵将所述填料组合物引入储存槽中。
3.根据权利要求1的方法，其中其进一步包括: (i)提供要制造的纸或纸板的厚度规格； (?)测量所制造的纸或纸板的厚度， (iii)比较所测量厚度与所述厚度规格以确定任何厚度差；和 (iv)任选地通过调节填料组合物的剂量且由此调节所述纸或纸板的填料含量来减少所述厚度差，以提供符合所述厚度规格的纸或纸板。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中其包括在所述混合区中混合所述一种或多种填料和所述一种或多种阴离·子多糖以形成填料预混物，和然后将所述一种或多种阳离子试剂引入所述混合区中以形成所述填料组合物。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中其包括在填料预混合区中混合所述一种或多种填料和所述一种或多种阴离子多糖以形成填料预混物，和然后将所述填料预混物引入所述混合区中。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述混合区为泵、静态混合器或混合槽。
7.根据权利要求5的方法，其中所述填料预混合区为泵、静态混合器或混合槽。
8.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中所述泵具有可调节的泵容量。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中所述一种或多种填料包含矿物填料。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中所述一种或多种填料选自碳酸钙，优选沉淀碳酸钙和重质碳酸钙，及其混合物。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中所述一种或多种阴离子多糖选自阴离子淀粉、阴离子纤维素衍生物及其混合物，优选纤维素衍生物。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中所述一种或多种阴离子多糖包含羧甲基纤维素。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中所述一种或多种阴离子多糖具有至多0.65的阴离子基团取代度。
14.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中所述一种或多种阳离子试剂包含两种或更多种阳离子试剂。
15.根据权利要求1-14中任一项的方法，其中所述一种或多种阳离子试剂包含阳离子有机聚合物。
16.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中所述一种或多种阳离子试剂包含阳离子无机化合物，优选聚合铝化合物。
17.根据权利要求1-16中任一项的方法，其中其包括在阳离子试剂预混合区中混合第一阳离子试剂和第二阳离子试剂以形成阳离子试剂预混物，和将所述阳离子试剂预混物引入所述混合区中。
18.根据权利要求1-17中任一项的方法，其中所述一种或多种阳离子试剂选自阳离子聚胺、阳离子聚酰胺胺、阳离子聚乙烯亚胺、阳离子双氰胺聚合物、基于丙烯酰胺的阳离子聚合物、基于丙烯酸酯的阳离子聚合物、基于乙烯基胺/乙烯基甲酰胺的阳离子聚合物、基于二烯丙基二甲基氯化铵的聚合物、硫酸铝、铝酸钠、铝酸钾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸硫酸铝及其混合物。
19.根据权利要求1-18中任一项的方法，其中其进一步包括在脱水之前将一种或多种助滤剂和助留剂加入包含纤维素纤维的所述水性悬浮液中。
20.根据权 利要求1-19中任一项的方法，其中其包括将所述填料组合物引入所述纤维素悬浮液中，和然后在脱水之前将一种或多种助滤剂和助留剂加入所述纤维素悬浮液中。
21.根据权利要求19或20的方法，其中所述一种或多种助滤剂和助留剂包含硅质材料，优选基于二氧化硅的颗粒。
22.根据权利要求19-21中任一项的方法，其中所述一种或多种助滤剂和助留剂包含阳离子聚合物，优选基于丙烯酰胺的阳离子聚合物。
23.根据权利要求19-22中任一项的方法，其中所述一种或多种助滤剂和助留剂包含阴离子聚合物，优选基于丙烯酰胺的阴离子聚合物。
【文档编号】D21H17/25GK103547734SQ201280024788
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年6月5日 优先权日:2011年6月8日
【发明者】P·西蒙森 申请人:阿克佐诺贝尔化学国际公司