專利名稱：紙制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括作為涂布用顏料或填料用顏料的石膏-纖維復(fù)合制品的超級壓光紙制品。本發(fā)明還涉及制備超級壓光紙制品的方法以及在制備超級壓光紙制品中使用石膏-纖維復(fù)合材料制品作為涂布用顏料或填料用顏料。
背景技術(shù)：
造紙工藝首先是紙漿的制備，其中纖維素纖維與水和礦物填料(通常是粘土或碳酸鈣或石膏)混合。所得漿料通過流漿箱輸送到成形織物或壓榨織物或線上，在紙成形區(qū)形成纖維素纖維的纖維紙幅。然后在排水區(qū)排水，將形成的所述紙幅引導(dǎo)至包括一系列滾筒壓機的壓縮區(qū)，在壓縮區(qū)中去除額外的水。然后將所述紙幅引導(dǎo)至造紙機的干燥區(qū)，通常在那里通過蒸汽加熱的滾筒干燥機蒸發(fā)掉絕大部分剩余的水。干燥后的操作包括壓光，其中干燥紙制品在壓力下在滾筒間通過，因此提高了表面平滑度和光澤度，使得全幅橫向厚度更均勻。壓光機有很多種，例如滾筒一般為鋼滾筒且包括加熱滾筒(熱滾筒)的機械壓光機和使用軟硬交替的加熱滾筒的超級壓光機。超級壓光機是一組軟硬交替的滾筒，紙制品通過該滾筒以增加它的密度、平滑度和光澤度。石膏或硫酸鈣二水合物CaSO4 ·2Η20適合作為用于涂布用顏料和填料的材料，特別是在紙制品中。如果特殊的石膏具有高亮度、高光澤度和高不透明度，會得到特別好的涂布用顏料和填料。當(dāng)顆粒足夠小、平和寬(片狀)時，光澤度高。當(dāng)顆粒為折射的、小且尺寸均勻(顆粒尺寸分布窄)時，不透明度高。通過觀察掃描電子顯微照片可以確定石膏制品顆粒的形態(tài)。用例如Wiilips FEI XL 30 PEG型的掃描電子顯微鏡可以獲得有用的顯微照片。石膏制品的顆粒尺寸以其中包含的顆粒的重量平均直徑D5tl表示。更確切的說，D5tl 為近似圓顆粒的直徑，比構(gòu)成50%總顆粒重量的顆粒的直徑小。D5tl可以用合適的設(shè)備如由顯微鏡測定。晶體的平整意味著它是薄的。平整晶體的形式適于用形態(tài)比SR的方式表示。SR 為晶體長度(最長尺寸)與晶體厚度(最短的橫向尺寸)的比例。石膏制品的SR由它的單個晶體的平均SR表示。晶體的平坦意味著它是寬的。平坦適于用長寬比AR的方式表示。AR為晶體長度 (最長尺寸)和晶體寬度(最長的橫向尺寸)之間的比例。石膏制品的AR由其單個晶體的平均AR表示。通過觀察掃描電子顯微照片可以估計出石膏制品顆粒的SR和AR。合適的掃描電子顯微鏡是上面提到的Wiilips FEI XL 30 FEG0相同的晶體粒徑意味著晶體粒徑分布窄。寬度表示了重量分布WPSD，其被表示為 (D75-D25) /D5tl，其中D75、D25和D5tl為近似圓顆粒的直徑，分別比構(gòu)成75、25和50%顆?？傊亓康念w粒的直徑小。顆粒分布的寬度由合適的粒徑分析儀如上面提到Wkdigraph 5100型
3得到。石膏作為天然礦物存在或者它作為化學(xué)過程的副產(chǎn)品如作為磷石膏或排煙脫硫石膏形成。為了通過進(jìn)一步結(jié)晶將石膏精制為涂布用顏料或填料，必須首先將其煅燒成硫酸鈣半水合物(CaSO4 · 1/2H20)，此后可以將半水合物溶解在水中使其再次成為水合物并沉淀得到純石膏。硫酸鈣也可以以無結(jié)晶水硬石膏(CaSO4)的形式存在。根據(jù)石膏原料的煅燒條件，硫酸鈣半水合物以兩種形式存在α -和β -半水化合物。形式是常壓下通過熱處理石膏原料得到的，而α-形式是在高于常壓的蒸汽壓力下通過處理石膏原料或在例如約45°C下由鹽或酸溶液的化學(xué)濕煅燒的方式得到。WO 88/05423公開了一種在其漿液中通過使硫酸鈣半水合物成為水合物制備石膏的工藝，其干物質(zhì)含量在20-25重量％之間。所得石膏的最大尺寸為100-450μπι且其第二大尺寸為10-40 μ m。AU 620857 (EP 0334292 Al)公開了一種由含有不大于33. 33重量％的磨碎的半水化合物的漿料制備石膏的工藝，因此所得針狀晶體的平均尺寸為2-200 μ m，長徑比為 5-50。見該文獻(xiàn)的第15頁，第5-11行，以及實施例。US2004/0241082描述了一種由干物質(zhì)含量為5_25重量％之間的半水化合物漿液制備針狀小石膏晶體(長度為5-35 μ m，寬度為1-5μπι)的工藝。該美國文獻(xiàn)的構(gòu)想是為了阻止造紙過程中晶體溶解，采用添加劑降低石膏的水溶性。DE3223178C1公開了一種生產(chǎn)用一種或多種礦物質(zhì)涂覆的有機纖維的工藝。一個實施方案包含混合纖維素纖維、石膏和水。壓縮混合物得到塑料物質(zhì)，然后將其干燥并機械粉碎得到細(xì)顆粒。所得產(chǎn)物在浙青物質(zhì)或油灰中可以用作添加劑或填料。WO 2008/092990公開了一種由尺寸為0. 1-2. 0 μ m的完整晶體組成的石膏制品。 該晶體的形態(tài)比SR至少為2. 0，優(yōu)選2. 0-50，長徑比AR為1. 0_10，優(yōu)選為1. 0到小于5. 0。WO 2008/092991公開了一種制備石膏制品的工藝，其中硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏和水接觸使得硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏和水相互反應(yīng)，形成結(jié)晶石膏制品。形成的反應(yīng)混合物的干物質(zhì)含量為34-84重量％。WO 2007/003697公開了一種涂覆纖維素顆粒的方法，由以下方法制備將溶解的纖維素沉淀，使纖維素顆粒與光散射材料接觸，然后在纖維素顆粒表面上附著光散射材料。 所述纖維素顆粒的尺寸為0. 05-10 μ m。所述光散射材料包含二氧化硅、硅酸鹽、PCC、石膏、 草酸鈣、二氧化鈦、氫氧化鋁、硫酸鋇或氧化鋅。涂覆的纖維素顆?？梢杂米骷埢蚣埌宓奶盍匣蛲坎加妙伭?。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供具有改善的性能，例如高亮度、高白度、低黃度、高光散射度、 高不透明度、低粗糙度、高光澤度和高密度的超級壓光紙制品。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特殊的石膏-纖維復(fù)合制品(其中石膏在纖維表面結(jié)晶并相當(dāng)牢固地附著在纖維上)可以在超級壓光紙制品的生產(chǎn)中用作填料用顏料或涂布用顏料， 在紙的性能，例如高亮度、高白度、低黃度、高光散射度、高不透明度、低粗糙度、高光澤度和高密度方面得到出乎意料的改善。在超級壓光紙的生產(chǎn)中，可以獲得改善的填料用顏料的保留和均勻的填料分布。也可以獲得較高的填料載荷。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面提供了一種包含第一纖維素纖維和石膏-纖維復(fù)合制品作為填料用顏料或涂布用顏料的超級壓光紙制品，其中石膏-纖維復(fù)合制品的石膏在纖維表面上作為晶體出現(xiàn)，其中通過使硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏與水性第二纖維懸浮液接觸得到石膏晶體。所述石膏-纖維復(fù)合制品可以類似于2008年8月11日提交的專利申請F(tuán)I 20085767中描述的。所述石膏是附著在纖維上的，因此絕大多數(shù)測量方法中石膏-纖維復(fù)合物顯示為一片?？梢酝ㄟ^顯微圖像的方式粗略的估計石膏的形狀和尺寸。附著在纖維上的石膏晶體可以具有WO 2008/0擬990和冊2008/0擬991中描述的形狀和尺寸。然而，根據(jù)本發(fā)明所述結(jié)晶的石膏也可以是針狀的。在纖維表面上形成的石膏晶體的尺寸優(yōu)選為0. 1_5.(^!11，更優(yōu)選0. 1_4.0μπι，最優(yōu)選0.2-4. 0 μ m。然而，在超級壓光紙制品成品中，可以增加石膏晶體的尺寸。第一纖維素纖維優(yōu)選包含常用的造紙紙漿纖維，其包括化工、機械、化工-機械或脫墨紙漿纖維?；ぜ垵{包括硫酸鹽紙漿和亞硫酸鹽紙漿。機械紙漿包括磨石磨木漿 (SGW)、盤磨機械漿(RMP)、壓力磨木漿(PGW)、熱磨機械漿(TMP)以及還有化學(xué)熱處理的高產(chǎn)率紙漿，例如化學(xué)熱磨機械漿(CTMP)。脫墨紙漿可以用混合辦公廢紙(MOW)、新聞紙 (ONP)、雜志(OMG)等制造。也可以使用不同紙漿的混合物。第一纖維素纖維的平均長度優(yōu)選為0. 5_5mm。得自軟木的纖維素纖維的平均長度通常為l_5mm，優(yōu)選2-4mm。得自硬木的纖維素纖維的平均長度通常為0. 5_3mm，優(yōu)選l_2mm。石膏-纖維復(fù)合制品的第二纖維優(yōu)選包含第二纖維素纖維，例如化工、機械、化工-機械或脫墨紙漿纖維或者合成纖維，例如聚烯烴，如聚丙烯?；ぜ垵{包括硫酸鹽紙漿和亞硫酸鹽紙漿。機械紙漿包括磨石磨木漿(SGW)、盤磨機械漿(RMP)、壓力磨木漿(PGW)、 熱磨機械漿(TMP)以及還有化學(xué)熱處理的高產(chǎn)率紙漿，例如化學(xué)熱磨機械漿(CTMP)。脫墨紙漿可以用混合辦公廢紙(MOW)、新聞紙(ONP)、雜志(OMG)等制造。也可以使用不同紙漿的混合物。第二纖維的平均長度優(yōu)選為0. 5_5mm。得自軟木的纖維素纖維的平均長度通常為 l-5mm,優(yōu)選2-4mm。得自硬木的纖維素纖維的平均長度通常為0. 5_3mm，優(yōu)選l_2mm。所述第一纖維素纖維和所述第二纖維素纖維可以類似或不同，優(yōu)選類似。在干燥的基礎(chǔ)上，石膏-纖維復(fù)合制品中的石膏與纖維的重量比優(yōu)選在 95 5-50 50 的范圍內(nèi)，更優(yōu)選 75 25-50 50。根據(jù)本發(fā)明所述超級壓光紙制品可以另外包含一種或多種以下物質(zhì)天然或合成聚合物粘結(jié)劑、熒光增白劑、流變改性劑和上漿劑?？梢詫⑦@些物質(zhì)或這些物質(zhì)的某些引入到石膏-纖維復(fù)合制品中。上漿劑可以是松香膠或反應(yīng)性膠，例如烷基烯酮二聚體(AKD) 或烯基琥珀酸酐(ASA)。在干燥的基礎(chǔ)上，超級壓光紙制品中的石膏-纖維復(fù)合制品的含量優(yōu)選為10-60 重量％，更優(yōu)選20-50重量％。相應(yīng)地，在干燥的基礎(chǔ)上，紙制品中第一纖維素纖維的含量優(yōu)選40-90重量％，更優(yōu)選50-80重量％。當(dāng)用作涂布用顏料時，石膏-纖維復(fù)合制品包含尺寸優(yōu)選為0. 1-1. 0 μ m,更優(yōu)選 0. 5-1. 0 μ m的石膏晶體。當(dāng)用作填料時，石膏-纖維復(fù)合制品包含尺寸優(yōu)選為1. 0-5. 0 μ m，更優(yōu)選1. 0-4. 0 μ m的石膏晶體。如上所述，超級壓光紙制品成品中的石膏晶體的尺寸可以增加。在所述晶體中，硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏與水的重量比優(yōu)選在 0.03-0.6 1 的范圍內(nèi)，更優(yōu)選 0. 05-0. 5 1。所述晶體中纖維含量優(yōu)選為3-30重量％。所述晶體中硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏的含量為10-57重量％。另外可以使得到的石膏-纖維復(fù)合制品均勻以形成均勻的制品或?qū)⒌玫降氖?纖維復(fù)合制品干燥并研成粉末以形成干燥顆粒形式的石膏-纖維復(fù)合制品。第二纖維可以在其上結(jié)晶石膏之前被研成粉末。然而，更優(yōu)選將石膏-纖維復(fù)合制品研成粉末。石膏-纖維復(fù)合制品可以在紙漿廠制備，也可以在造紙廠就地制備。后一種情況中，石膏-纖維復(fù)合制品需要優(yōu)選至少15分鐘的保留時間?？梢詫⒐躺珓┮胨鼍w中。固色劑可以選自由聚氯化鋁、聚二烯丙基二甲基氯化銨(聚DADMAC)、陰離子和陽離子聚丙烯酸酯組成的組。所述結(jié)晶可以在缺少晶習(xí)改變劑的情況下進(jìn)行。所述結(jié)晶也可以在晶習(xí)改變劑存在的情況下進(jìn)行。所述晶習(xí)改變劑可以先于硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏加入水或水性纖維懸浮液中。反應(yīng)混合物中的水溫可以是0-100°C中的任何溫度。優(yōu)選所述溫度為0_80°C，更優(yōu)選0-50°C，甚至更優(yōu)選0-40°C，最優(yōu)選0-25°C。所述晶習(xí)改變劑可以是無機酸、氧化物、堿或鹽。有用的無機氧化物、堿和鹽的實例為 AlF3、Al2(S04)3、CaCl2、Ca(0H)2、H3B04、NaCl、Na2S04、Na0H、NH40H、(NH4) 2S04、MgCl2、MgSO4 禾口 MgO0所述晶習(xí)改變劑也可以是有機化合物，其為醇、酸或鹽。合適的醇為甲醇、乙醇、 1- 丁醇、2- 丁醇、1-己醇、2-辛醇、甘油、i-丙醇和基于C8-Cltl-脂肪醇的烷基糖苷。所述晶習(xí)改變劑優(yōu)選為其分子中具有一個或幾個羧酸或磺酸酸性基團(tuán)的化合物或者這類化合物的鹽。其中有機酸可以提到的是羧酸，例如乙酸、丙酸、琥珀酸、檸檬酸、 酒石酸、乙二胺琥珀酸(EDDS)、亞胺二琥珀酸(ISA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、次氮基三乙酸(NTA)、N-雙42-(1,2-二甲氧基乙氧基)乙基天門冬氨酸) (AES)和磺酸，例如氨基-1-萘酚-3，6- 二磺酸、8-氨基-1-萘酚-3，6- 二磺酸、2-氨基苯酚-4-磺酸、蒽醌-2，6-二磺酸、2-巰基乙磺酸、聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯基磺酸)以及二 _、四-和六-氨基二苯乙烯磺酸。其中有機鹽可以提到的是羧酸鹽如甲酸鎂、乙酸鈉和乙酸銨、馬來酸二鈉、檸檬酸銨、琥珀酸二鈉、油酸鉀、乙二胺四乙酸二鈉(Na2-EDTA)、門冬酰胺乙氧基琥珀酸六鈉 (Na6-AES)和氨基三乙氧基琥珀酸六鈉(Na6-TCA)。 磺酸鹽也是有用的，例如n- (C10-C13)-烷基苯磺酸鈉、Cltl-C16-烷基苯磺酸鹽、1_辛基磺酸鈉、1-十二烷基磺酸鈉、1-十六烷基磺酸鈉、脂肪酸磺酸鉀、C14-C16-烯烴磺酸鈉、具有陰離子或非離子表面活性劑的烷基萘磺酸鈉、二 -油酸磺酸鉀以及二 -、四-和六-氨基二苯乙烯磺酸鹽。含硫的有機酸中還應(yīng)該提到硫酸鹽如C12-C14-脂肪醇醚硫酸鹽、2-乙基己基硫酸鈉、η-十二烷基硫酸鈉和十二烷基硫酸鈉以及磺基琥珀酸鈉如磺基琥珀酸鈉、二辛基磺基琥珀酸鈉和二烷基磺基琥珀酸鈉的單烷基聚乙二醇醚。也可以使用磷酸鹽，例如壬基苯基-和二壬基苯基乙氧基化磷酸鈉、芳醚磷酸鉀以及聚烷基聚醚磷酸酯的三乙醇胺鹽。作為晶習(xí)改變劑也可以使用陽離子表面活性劑，例如辛基胺、三乙醇胺、二(氫化動物脂肪烷基)二甲基氯化銨和非離子表面活性劑，例如各種改性的乙氧基脂肪醇。其中有用的聚合酸、鹽、酰胺和醇也可以提到的是聚丙烯酸和聚丙烯酸酯、丙烯酸酯-馬來酸共聚物、聚丙烯酰胺、聚O-乙基-2-唑啉)、聚乙烯基磷酸、丙烯酸和烷基羥丙基磺酸鹽聚合物(AA-AHPS)、聚-α -羥基丙烯酸(PHAS)、聚乙烯醇和聚(甲基乙烯基醚-alt-馬來酸)。特別優(yōu)選晶習(xí)改變劑為乙二胺琥珀酸(EDDS)、亞胺二琥珀酸(ISA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、次氮基三乙酸(NTA)、N-雙42-(1,2-二甲氧基乙氧基)乙基天門冬氨酸)(AEQ、二 _、四-和六-氨基二苯乙烯磺酸及其鹽，例如氨基三乙氧基琥珀酸鈉(Na6-TCA)以及烷基苯乙烯磺酸鈉。基于硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏的重量，晶習(xí)改變劑的用量可以為 0. 01-5. 0%，最優(yōu)選 0. 02-1. 78%。在結(jié)晶中，通常使用β-硫酸鈣半水合物。其可以通過加熱石膏原料至 140-300°C，優(yōu)選150-200°C來制備。在較低的溫度下，石膏原料不能充分脫水，在較高溫度下其過分脫水為硬石膏。煅燒的硫酸鈣半水合物通常含有少量硫酸鈣二水合物和/或硫酸鈣硬石膏形式的雜質(zhì)。優(yōu)選使用快速煅燒，例如流化床煅燒得到的硫酸鈣半水合物，其中盡可能快得地將石膏原料加熱至所需溫度。然而，在結(jié)晶中也可以使用α-硫酸鈣半水合物。也可以使用硫酸鈣硬石膏作為起始物。通過煅燒石膏原料得到硬石膏。有三種形式的硬石膏第一種，所謂硬石膏I，不能通過與水反應(yīng)形成石膏，類似于不溶性硬石膏 II-U和ΙΙ-Ε。另一種形式，所謂硬石膏III，作為已知可溶性硬石膏具有三種形式β-硬石膏III、β-硬石膏III’和α-硬石膏III以及硬石膏II_s，一旦與水接觸形成純石膏。在硫酸鈣半水合物和/硫酸鈣硬石膏之后，水性纖維懸浮液和任選的晶習(xí)改變劑已經(jīng)接觸，允許它們反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鈣即石膏。例如通過將所述物質(zhì)混合在一起足夠長時間發(fā)生該反應(yīng)，優(yōu)選強烈混合，其很容易通過實驗確定。干物質(zhì)含量高的情況下，強烈混合是必要的，因為漿料稠，試劑不容易相互接觸。優(yōu)選在上述針對水給出溫度下混合半水合物和 /或硬石膏、水性纖維懸浮液和任選的晶習(xí)改變劑。初始PH通常為酸性，優(yōu)選3-7，更優(yōu)選 3-6。如果有必要，用NaOH和/或H2SO4水溶液調(diào)節(jié)pH，通常為10%的NaOH和/或H2SO4溶液。因為石膏在水中的溶解度比半水合物和可溶性硬石膏的溶解度低，所以通過半水合物和/或硬石膏與水反應(yīng)形成的石膏立即傾向于從水介質(zhì)中結(jié)晶到第二纖維上?？梢酝ㄟ^上述晶習(xí)改變劑調(diào)節(jié)結(jié)晶，以便得到有用的石膏-纖維復(fù)合制品。也可以用其它添加劑處理該石膏-纖維復(fù)合制品。典型的添加劑為抗微生物劑， 當(dāng)儲存或使用該制品時，其可以阻止微生物的活性。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種如上定義的生產(chǎn)超級壓光紙制品的工藝，其包含提供原料，其中第一纖維素纖維與水和石膏-纖維復(fù)合制品混合，將得到的漿料運送至造紙機的成形區(qū)，然后在排水區(qū)排水，將形成的紙幅引導(dǎo)至壓縮區(qū)，在壓縮區(qū)中去除額外的水，然后將所述紙幅引導(dǎo)至干燥區(qū)，在那里蒸發(fā)掉絕大部分剩余的水，最后超級壓光該紙以提高紙的表面平滑度和光澤度?？梢砸运灾破返男问交蚋稍锏男问交蛘呷芜x地研磨成顆粒的形式引入石膏-纖維復(fù)合制品?？梢栽谠诰€壓光機上或在離線壓光機上進(jìn)行紙的超級壓光。在后一種情況中，壓光機從實際的造紙機上分離。超級壓光機的輥可以是加熱的熱輥。此外，本發(fā)明涉及石膏-纖維復(fù)合制品的用途，其中石膏作為晶體在纖維表面上出現(xiàn)，其中通過使硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏和纖維懸浮液接觸得到石膏晶體， 作為生產(chǎn)超級壓光紙制品中的填料用顏料或涂布用顏料。在干燥的基礎(chǔ)上，超級壓光紙制品中的石膏-纖維復(fù)合制品的含量優(yōu)選為10-60 重量％，優(yōu)選20-50重量％。相應(yīng)地，在干燥的基礎(chǔ)上，紙制品中所述纖維素纖維含量優(yōu)選為40-90重量％，更優(yōu)選50-80重量％。附圖簡要說明

圖1-8顯示了實施例1-8的硫酸鈣二水合物-纖維復(fù)合制品的電子顯微鏡顯微照片，圖9-17顯示了超級壓光(SC)紙樣品的各種性能，其中填料為硫酸鈣二水合物-纖維復(fù)合制品、沉淀硫酸鈣(PCQ或高嶺土。圖Ia顯示了半水合物固含量為18% (ΗΗΛΗΗ+水))的硫酸鈣二水合物/TMP復(fù)合材料的SEM顯微照片，圖Ib顯示了與圖Ia中相同的復(fù)合物在飽和硫酸鈣溶液中清洗后的SEM顯微照片，圖加顯示了半水合物固含量為42% (ΗΗΛΗΗ+水))的硫酸鈣二水合物/TMP復(fù)合材料的SEM顯微照片，圖2b顯示了圖加中相同復(fù)合物在飽和硫酸鈣溶液中洗滌后的SEM顯微照片，圖3顯示了半水合物固含量為6. 25% (HH/(HH+水))的硫酸鈣二水合物/桉屬植物牛皮紙漿復(fù)合物的SEM顯微照片，圖4顯示了半水合物固含量為7. 5% (HH/(HH+水))的硫酸鈣二水合物/桉屬植物牛皮紙漿復(fù)合物的SEM顯微照片，圖fe顯示了聚氯化鋁作為固定劑，用飽和硫酸鈣溶液洗滌的硫酸鈣二水合物/松樹牛皮紙漿復(fù)合物的SEM顯微照片，圖恥顯示了圖fe中相同復(fù)合物用Heidolph實驗室用攪拌機在350rpm下攪拌2 分鐘后的SEM顯微照片，圖6a顯示了聚DADMAC作為固定劑，用飽和硫酸鈣溶液洗滌的硫酸鈣二水合物/ 松樹牛皮紙漿復(fù)合物的SEM顯微照片，圖6b顯示了圖6a中相同復(fù)合物用Heidolph實驗室用攪拌機在350rpm下攪拌2 分鐘后的SEM顯微照片，圖7顯示了用飽和硫酸鈣溶液洗滌后的硫酸鈣半水合物/樺樹牛皮紙漿復(fù)合物的 SEM顯微照片，
圖8顯示了用飽和硫酸鈣溶液洗滌后的硫酸鈣半水合物/塑料纖維復(fù)合物的SEM 顯微照片，圖9顯示了 SC紙樣品的ISO亮度，圖10顯示了 SC紙樣品的CIE白度，圖11顯示了 SC紙樣品的黃度，圖12顯示了 SC紙樣品的光散射度，圖13顯示了 SC紙樣品的不透明度，圖14顯示了 SC紙樣品的PPS粗糙度，圖15顯示了 SC紙樣品的光澤度，圖16顯示了 SC紙樣品的光澤與體積的對比，以及圖17顯示了 SC紙樣品的空氣滲透率(Bendtsen孔隙率)。
實施例在下文，將通過實施例的方式詳細(xì)說明本發(fā)明。實施例的目的不是限制權(quán)利要求的范圍。除非另有說明，本說明書中的百分?jǐn)?shù)是指重量％。首先公開了有關(guān)合成和產(chǎn)物分析的一般介紹。然后，列出了每個實施例的數(shù)據(jù)。合成首先給出了一般介紹。進(jìn)行紙顏料的優(yōu)化。參數(shù)是HH(初始半水合物，)5-57纖維濃度(w%)3-30添加劑濃度(w% DH( 二水合物))0. 100-1反應(yīng)在體系pH下進(jìn)行。晶習(xí)改性劑化學(xué)品的量以沉淀的硫酸鈣二水合物的百分?jǐn)?shù)DH)計算。所述實驗用下列設(shè)備進(jìn)行。反應(yīng)器是Hobart型N50CE。將半水合物和化學(xué)品間歇地添加到水性纖維懸浮液相中，得到具有5-57w%初始固體的半水合物漿料?；旌纤俣却蠹s為250-500rpm。反應(yīng)在體系PH下進(jìn)行。分析硫酸鈣二水合物的形態(tài)用FEI XL 30 FEG掃描電子顯微鏡進(jìn)行研究。半水合物到二水合物的轉(zhuǎn)化率用Mettler Toledo TGA/SDTA 851/1100熱重分析儀(TG)分析。晶體結(jié)構(gòu)用Wiilips V pert X射線粉末衍射計(X射線衍射)測定。實施例11、將800g水放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。加入兩滴殺菌劑(Fennosan IT 21)。2、將固含量為36%的200克TMP(熱機紙漿)加入所述反應(yīng)器中。3、流化床鍛燒(以安裝在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是200克(假設(shè)18重量％的HH/ (HH+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。4、等待1小時形成硫酸鈣二水合物。
所得顏料-纖維復(fù)合物如圖Ia所示，用飽和硫酸鈣水溶液洗滌后如圖Ib所示。實施例21、將430g水放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。加入兩滴殺菌劑(Fennosan IT 21)。2、將固含量為36%的570克TMP(熱機紙漿)加入所述反應(yīng)器中。3、流化床鍛燒(以設(shè)置在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是570克(假設(shè)42重量％的ΗΗ/(ΗΗ+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。4、等待1小時形成硫酸鈣二水合物。所得顏料-纖維復(fù)合物如圖加所示，用飽和硫酸鈣水溶液洗滌后如圖2b所示。實施例31、將固含量為17. 7%的456. 5g桉屬植物牛皮紙漿放入Hobart N50CE實驗室用混合機。2、流化床鍛燒(以設(shè)置在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是25克(假設(shè)6.25重量％的!1!1/0^+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。3.等待1小時形成硫酸鈣二水合物。所得顏料-纖維復(fù)合物用飽和硫酸鈣水溶液洗滌后如圖3所示。實施例41、將47g水放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。加入2滴殺菌劑(i^ennosan IT 21)。2、將固含量為17. 7%的四5.58桉屬植物牛皮紙漿放入Hobart N50CE實驗室用混合機。3、流化床鍛燒(以設(shè)置在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是25克(假設(shè)7. 5重量％的HH/ (HH+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。4、等待1小時形成硫酸鈣二水合物。所得纖維產(chǎn)品如圖4所示。實施例51、將44. 8g水放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。加入1. 6g聚氯化鋁和兩滴殺菌齊[J (Fennosan IT 21)。2、將固含量為7%的640g松樹植物牛皮紙漿放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。3、流化床鍛燒(以設(shè)置在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是160克(假設(shè)20重量％的HH/ (HH+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。4、等待1小時形成硫酸鈣二水合物。所得顏料-纖維復(fù)合物用飽和硫酸鈣水溶液洗滌后如圖5所示。實施例6
1、將15. 8g水放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。加入0. 6g聚DADMAC和兩滴殺菌齊[J (Fennosan IT 21)。2、將固含量為7%的226g松樹植物牛皮紙漿放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。3、流化床鍛燒(以設(shè)置在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是300克(假設(shè)57重量％的ΗΗ/(ΗΗ+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。4、等待1小時形成硫酸鈣二水合物。所得顏料-纖維復(fù)合物用飽和硫酸鈣水溶液洗滌后如圖6所示。實施例71、將116g水放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。加入兩滴殺菌劑(Fennosan IT 21)。2,800克樺樹牛皮紙漿(固含量14. 5% )被添加到所述反應(yīng)器。3、流化床鍛燒(以設(shè)置在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是200克(假設(shè)20重量％的HH/ (HH+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。4、等待1小時形成硫酸鈣二水合物。所得顏料-纖維復(fù)合物用飽和硫酸鈣水溶液洗滌后如圖7所示。實施例81、將600g水放入Hobart N50 CE實驗室用混合機。加入兩滴殺菌劑(Fennosan IT 21)。2、10克的合成聚丙烯纖維被添加到所述反應(yīng)器。3、流化床鍛燒(以設(shè)置在位置1的攪拌器的速度將β -硫酸鈣半水合物均勻地加入反應(yīng)器中。半水合物的加入量是300克(假設(shè)34重量％的ΗΗ/(ΗΗ+水))。加入后，攪拌器的運行速度提升到位置2。復(fù)合物攪拌5分鐘。4、等待1小時形成硫酸鈣二水合物。所得顏料-纖維復(fù)合物用飽和硫酸鈣水溶液洗滌后如圖8所示。實施例9用纖維固含量為8%的熱機紙漿(TMP)如實施例1中描述的制備顏料-填料復(fù)合物。鍛燒(以假設(shè)20 %的HH/ (HH+水)的量加入β -硫酸鈣半水合物)。在無涂層的超級壓光紙上進(jìn)行如下應(yīng)用測試。復(fù)合物樣品用Hollander精制機打碎。在制備復(fù)合物的片材中，與未經(jīng)處理的纖維碎屑混合，與傳統(tǒng)的高嶺土和PCS(沉淀硫酸鈣)填料進(jìn)行比較。所用填料水平是30% (對于該復(fù)合物，填料水平是指石膏的水平)，目標(biāo)紙張重量是60士2g/m2。填料水平通過改變復(fù)合物和未經(jīng)處理的纖維之間的比率來調(diào)節(jié)。樣品用2+2夾區(qū)在100、175和250kN/m的線載荷下壓延。輥溫度是80°C，相對的濕度是85%，壓延速度是30m/min。紙樣品的ISO亮度在R457處測定。結(jié)果如圖9所示。結(jié)果表明PCS和本發(fā)明的復(fù)合物在紙亮度方面的效果類似，而高嶺土給出了低于PCS和復(fù)合物約4%單位的亮度。測定紙樣品的CIE白度。結(jié)果如圖10所示。結(jié)果表明填料-纖維復(fù)合物比PCS和高嶺土賦予了紙張明顯更高的亮度。測定了紙張的黃度(CIE黃色坐標(biāo)b*(C/2° ))。結(jié)果如圖11所示。結(jié)果表明填料-纖維復(fù)合物比PCS和高嶺土賦予了紙張明顯更低的黃度。測定紙樣品的光散射度。結(jié)果如圖12所示。結(jié)果表明與PCS和高嶺土相比，填料-纖維復(fù)合物改進(jìn)了約5-10單位的光散射。測定紙樣品的不透明度。結(jié)果如圖13所示。從該結(jié)果可以推斷出光散射方面的改進(jìn)也對不透明度值有積極影響。在較低線載荷下，填料-纖維復(fù)合物的不透明度比高嶺土高約1個單位，比PCS高約2個單位。在更高線載荷下，差距增大，分別比高嶺土和PCS 高約2和3個單位。測定紙樣品的PPS粗糙度。結(jié)果如圖14所示。結(jié)果表明高嶺土和填料-纖維復(fù)合物具有類似的粗糙度，而PCS具有高約0. 1 μ m的粗糙度。填料-纖維復(fù)合物在上部(TS) 和線側(cè)(WS)也具有更低的粗糙度差別。測定紙樣品的75°的光澤。結(jié)果如圖15所示。結(jié)果表明填料-纖維復(fù)合物的壓延光澤比PCS高約4個單位，比高嶺土高約1個單位。圖16中顯示了壓光光澤與紙體積的對比。從該結(jié)果可以看出在相同光澤值下，填料-纖維復(fù)合物的體積比高嶺土高約0.1個單位。用Bendtsen法測定了紙樣品的孔隙率。該方法測定在設(shè)定壓力下空氣穿過一片紙的比率。高孔隙率表明允許空氣相對容易地穿過紙。結(jié)果如圖17所示。結(jié)果表明填料-纖維復(fù)合物具有較低的孔隙率，即比PCS更高的密度。高嶺土樣品具有最高的密度。
權(quán)利要求
1.一種超級壓光紙制品，包含第一纖維素纖維和石膏-纖維復(fù)合制品作為填料用顏料或涂布用顏料，其中石膏-纖維復(fù)合制品中的石膏在纖維表面上作為晶體出現(xiàn)，其中通過使硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏與水性第二纖維懸浮液接觸得到石膏晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級壓光紙制品，其中第一纖維素纖維包含化工、機械、化工-機械或脫墨紙漿纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超級壓光紙制品，其中石膏-纖維復(fù)合制品的第二纖維包含第二纖維素纖維，例如化工、機械、化工-機械或脫墨紙漿纖維或者合成纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超級壓光紙制品，其中石膏-纖維復(fù)合制品的第二纖維的平均長度為0. 5-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的超級壓光紙制品，其中在干燥的基礎(chǔ)上，石膏-纖維復(fù)合制品中的石膏與纖維的重量比在95 5-50 50的范圍內(nèi)，優(yōu)選75 25-50 50。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的超級壓光紙制品，另外包含一種或多種以下物質(zhì) 天然或合成聚合物粘結(jié)劑、熒光增白劑、流變改性劑和上漿劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的超級壓光紙制品，在干燥的基礎(chǔ)上，超級壓光紙制品中的石膏-纖維復(fù)合制品的含量為10-60重量％，優(yōu)選20-50重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的超級壓光紙制品，其中在硫酸鈣半水合物的晶體中包含α-硫酸鈣半水合物或β-硫酸鈣半水合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的超級壓光紙制品，其中在所述晶體中，硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏與水的重量比在0.03-0. 6 1的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.05-0. 5 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的超級壓光紙制品，其中在所述晶體中，干燥的第二纖維含量為3-30重量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的超級壓光紙制品，其中在所述晶體中，硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏的含量為5-57重量％。
12.—種制備如權(quán)利要求1-11任一項所定義的超級壓光紙制品的方法，包含提供原料，其中第一纖維素纖維與水和石膏-纖維復(fù)合制品混合，將得到的漿料運送至造紙機的成形區(qū)，然后在排水區(qū)排水，將形成的紙幅引導(dǎo)至的壓縮區(qū)，在壓縮區(qū)中去除額外的水，然后將所述紙幅引導(dǎo)至干燥區(qū)，在那里蒸發(fā)掉絕大部分剩余的水，最后超級壓光該紙以提高紙的表面平滑度和光澤度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中石膏-纖維復(fù)合制品以水性制品的形式或干燥的形式或者任選地研磨成顆粒的形式引入。
14.一種石膏-纖維復(fù)合制品的用途，其中石膏作為晶體在纖維表面上出現(xiàn)，其中通過使硫酸鈣半水合物和/或硫酸鈣硬石膏和水性纖維懸浮液接觸得到石膏晶體，用作生產(chǎn)超級壓光紙制品中的填料用顏料或涂布用顏料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的用途，其中在干燥的基礎(chǔ)上，超級壓光紙制品中的石膏-纖維復(fù)合制品的含量為10-60重量％，優(yōu)選20-50重量％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含第一纖維素纖維和作為填料用顏料或涂布用顏料的石膏-纖維復(fù)合制品的超級壓光紙制品，其中在所述石膏-纖維復(fù)合制品以晶體的形式出現(xiàn)在纖維表面上，其中所述石膏晶體通過接觸硫酸鈣半水合物和/或無水硫酸鈣和水性第二纖維懸浮液接觸得到。本發(fā)明還涉及一種超級壓光紙制品的制備方法。
文檔編號D21H17/66GK102405319SQ201080017360
公開日2012年4月4日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者M·沃塔南, T·圖爾基 申請人:凱米羅總公司