CN100585074C

CN100585074C - 纸和纸板制造方法

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Publication number: CN100585074C
Application number: CN200380101752A
Authority: CN
Inventors: P·西勒纽斯; R·克基
Original assignee: M Real Oyj
Current assignee: Min Tech Uk Ltd; Sappi Netherlands Services BV
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: JP5143339B2; US20060060318A1; FI20021900A0; AU2003274190A1; CA2497846A1; FI115475B; JP2006503996A; US8491755B2; CN1705796A; WO2004038100A1; FI20021900L; EP1560983A1

Abstract

填料用于制造其透气性实质上不随填料量变化而变化的纸和纸板产品的用途，该填料是至少部分地由已经有光散射材料微粒沉积于其上的纤维素或木质纤维素原纤构成的，该光散材料微粒的比例是该填料的67～85wt%、较好大约70～82wt%。

Description

纸和纸板制造方法

本发明涉及至少部分地由已经有光散射材料微粒沉积于其上的纤维素或木质纤维素原纤维组成的填料用于制造其透气性实质上不随填料量变化而变化的纸和纸板产品的用途，其中，光散射材料微粒的比例是该填料的67～85wt％。

就产品的最终使用性能而言，纸和纸板的孔隙度和透气性是重要的数量。这些数量在诸如纸的涂层中也是重要的。进而，在最终用途的某些领域，这些数量应当是尽可能恒定的。

惯常填料，即粒状形式的矿物质产品，其缺点是它们增加基纸的透气性和孔隙度。因此，填料比例增大也增加该纸的透气性。透气性一般是用所谓格利值(Gurley number)表征的，它指出预定量空气穿透测试层的时间(例如用秒表示)。格利值越大，透气阻力就越低，纸的孔隙度就越高。因此，当使用惯常填料时，若希望增加填料比例同时保持恒定量级的透气性/孔隙度，就有必要通过诸如增加微细纤维的数量来改变基纸纤维材料的组成。然而，打浆度的提高使所制造的产品的光学性能减弱。

本发明的一个目的是消除与当前成熟技术相联系的缺点，并为透气性和孔隙度与填料量无关的纸的制造提供一种新解决办法。

本发明是以如下设想为基础的：用于纸或纸板的基础纸幅的填料至少部分地、较好主要地是一种复合填料，该填料包含分散于纤维原纤上的光散射矿物质微粒。已经意外地观察到，这种类型的填料当以预定的矿物质微粒负荷因子掺入基础纸或纸板中时给出了其量级实质上与该填料含量无关的透气阻力。换言之，通过适当选择填料中矿物质微粒的负荷因子，得到了一种可以以所希望数量添加到该纸幅中而不改变该纸幅的透气性和/或空隙度的产品。

更具体地说，本发明方法的主要特征是将至少部分地由已经有光散射材料微粒沉积于其上的纤维素或木质纤维素原纤维组成的填料用于制造其透气性实质上不随填料量变化而变化的纸和纸板产品的用途，其中，光散射材料微粒的比例是该填料的67～85wt％。

该填料包含从植物纤维通过打浆和过筛制备的纤维素或木质纤维素原纤维，该原纤维的平均粗度小于5μm。该填料重量中光散射材料微粒的比例是75～85wt％。

所述光散射材料微粒是碳酸钙、草酸钙、硫酸钙、硫酸钡、或其混合物，其沉积于相当于能通过50目筛网和/或平均粗度为0.1～10μm且平均长度为10～1500μm的级分的原纤维上。

本发明提供了颇多的优点。因此，本发明使得纸和纸板产品的透气阻力能以一种比以前更准确和受控的方式加以标准化，而与其它因素无关。在制造某些最终使用领域的不同填料含量的纸且其中透气阻力及其恒定性又十分重要的造纸厂中，这是特别有意义的。这样的用途包括信封纸-对于这种纸来说，理想的是提高矿物质填料的含量以增加不透明度-以及各种等级的纸板、尤其印刷纸板。

进而，已经观察到，由原纤维和矿物质颜料构成的复合填料给出了就可涂布性而言比用目前商业上可得的填料可以达到的那些更好的基础纸性能。由于已经令人惊讶地发现利用本发明中使用的复合填料可以显著改善纸幅的形成而无保留率的恶化，因而本发明产生了非常均匀的涂布基础。表面的光滑性也会得到改善。此外，该填料的微细纤维系载体部分密封了该基础纸的表面，使得该涂料不会太多地渗透进该纸幅络中。由于这些理由，即使少量涂料也能提供良好的覆盖和良好的涂布质量，从而提高了成本效率。

由于本发明提供了与填料量无关的空隙度，因而，即使当该基础纸或纸板的等级改变时涂料浆的组成也无需改变。这是工业规模作业上的一个显著优点。

其次，本发明将借助于详细描述而更密切地加以考察。附图显示各种填料的透气阻力作为矿物质颜料含量的函数的图示表述。

FI专利公报No.100729公开了一种用于造纸的填料，该填料包含从沉积在微细纤维表面上的碳酸钙微粒形成的多孔性聚集体。按照该专利公报，这种新型填料的特征在于该微细纤维是由从纤维素纤维和/或机械浆纤维打浆制备的微细原纤维构成的。该微细纤维级分的粒度分布主要对应于金属丝筛网级分P100。这种填料以下也用商品名“SuperFill”称呼。

根据所述专利公报，纸中碳酸钙的浓度可以使用所述填料来提高，从而可以降低该纸的单位面积克数而不改变该纸的“其它重要”性能。该公报中的结果是以通过分别用标准SCAN-C 26:76和SCAN-M 5:76从实验室片材测定的结果为基础的。在该公报中未能找到对纸的透气性或空隙度或者这些的标准化的提及。

按照本发明，现已意外地发现，纸的透气性可以独立于其它因子地进行标准化。我们注意到，在SuperFill填料的某一原纤比例(换言之，碳酸钙比例)上，纸的透气性不依赖于填料含量，如同当使用惯常填料时一样。一般来说-当该作业按照本发明进行时-，纸或纸板的透气性在以矿物质成分的重量和纸幅的重量为基准填料量从约10wt％增加到约30wt％时改变最多10％。

在本发明中已经进一步观察到，作为填料，甚至可以使用至少部分地由已经有光散射材料微粒沉积于其上的纤维素或木质纤维素原纤维构成的其它填料。这些微粒典型地是在水相中沉淀的无机盐，例如碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、和草酸钙。

图1显示纸的透气阻力与其填料含量的函数关系。参数是SuperFill填料的碳酸钙比例。如同从该图显而易见的，在低碳酸钙比例时，透气阻力随填料含量增加而增加，与高碳酸钙比例时的情况相反。从该结果可以得出结论，在某些碳酸钙比例上，透气阻力是不依赖于填料含量的。根据该试验结果，这个比例在65～80wt％、尤其大约67～78wt％SuperFill填料体(纤维+矿物质颜料)的碳酸钙。以下，这个比例也称为“负荷因子”(loading factor)。

在上面提到的极限以上，SuperFill的行为方式同惯常矿物质粉末状填料一样。然而，在这种情况下(在负荷因子为80～90wt％矿物质颜料、尤其最大约85wt％时)，可以利用SuperFill赋予纸和纸板以非常良好机械性能的能力。纸的密度可以用惯常方法、例如通过增加微细纤维量予以改善而不使强度性能恶化。

放在信封内的信件越少，就能越好地经由该信封显示出来。在本发明中，所使用的填料提供了增加基础纸中填料的比例而不增加透气阻力的可能性，如同使用惯常填料时的情况一样。然而，该填料本身也改善了该基础纸或纸板的不透性和形成，如同我们在我们以前的专利申请20010846中已经显示的那样。

往往，也理想的是改善信封的可印刷性，以使发送人能将品牌名称和商标及其它图示符号印刷在信封上。在这种情况下，该纸或纸板的光滑性和可涂布性有很大意义。关于这些基准的满足，也有利的是使用本发明中所述的填料。

此外，还要求信封纸有良好的劲度和机械强度。如以上注意到的，用SuperFill和对应的复合填料可以改善纸和纸板的机械性能。

当希望制造有恒定量级的预定透气性的纸或纸板产品时，可以遵循以下程序：

-选择填料中微细纤维的打浆程序，

-制备有不同CaCO₃/微细纤维比的SuperFill填料，

-制备试片，

-测定性能，和

-从这些结果内推不同填料含量时能得到恒定透气性的CaCO₃/微细纤维比。

根据所公开的程序，可以选择能用于填充纸或纸板的适用填料，以期使其透气性和/或空隙度标准化。以下更详细地考察填料和纸幅的制备：

填料制备

本发明中使用的填料是以从化学浆得到的原纤维为基础的。所谓化学浆，在本发明范畴内，系指用蒸煮化学品处理进行纤维素纤维脱木质素的一种浆粕。按照一种较好实施方案，该原纤维是通过使一种用硫酸盐工艺或某种其它碱性工艺制备的浆粕打浆得到的。本发明适用于不仅从化学浆得到的原纤维、而且也从化学机械浆和机械浆得到的原纤维的改性。典型地说，纤维素或木质纤维素原纤维的平均粗度小于5μm、通常小于1μm。该原纤维是用下列一项或两项基准表征的：

a.它们对应于通过50(或较好100)目筛网的部分；和

b.其平均粗度是0.01～10μm(较好最大5μm、尤其好最大1μm)且其平均长度是10～1500μm。

原纤维即基于纤维素纤维或其它纤维的微细纤维的源材料是通过用一台浆粕精磨机将其打浆而原纤化的。所希望的级分必要时可以用筛网分离，但微细纤维不需要总是过筛。适用的原纤维级分包括金属丝筛网级分P50-P400。较好使用有带沟槽桨叶的精磨机。

该填料中的光散射材料微粒是可以从其源材料通过在水性介质中沉淀生成的无机盐或有机盐。这样的化合物包括碳酸钙、草酸钙、硫酸钙、硫酸钡、及其混合物。使该材料微粒沉积在该原纤维上。与该原纤维数量成比例的无机盐化合物的数量，当从填料数量计算时是大约0.0001～95wt％、较好大约0.1～90wt％、尤其大约60～80wt％，而且是纸的大约0.1～80wt％、较好大约0.5～50wt％。

以下，在按照FI专利公报No.100729的产品的基础上具体地描述本发明，但清楚的是，本发明可以通过适当改变光散射颜料的源材料而应用于以上提到的其它产品。

该填料是通过使一种矿物质沉积在从纤维素纤维和/或机械浆纤维制备的微细原纤维的表面上制备的。例如，碳酸钙的沉淀可以通过向水性原纤维浆中进料一种可能含有固体氢氧化钙的水性氢氧化钙混合物和一种含有碳酸根离子而且至少部分地溶解于水中的化合物来进行。也可以向该水相中导入二氧化碳气体，后者在氢氧化钙的存在下产生碳酸钙。在此形成由原纤维即微细线材固定在一起且其中碳酸钙微粒沉积到该微细原纤维上并附着于其上的珠串状碳酸钙晶体聚集体。该微细原纤维连同碳酸钙一起形成珠串状线材，后者犹如成堆的珠串一般。在水(浆状物)中，该聚集体与该浆粕的有效体积比，与作为填料使用的惯常碳酸钙的对应比值相比，是非常高的。所谓“有效体积”系指该颜料所需要的体积。

该聚集体中碳酸钙微粒的直径是大约0.1～5μm、典型地约0.2～3μm。该原纤维具体地对应于金属丝网级分P50(或P100)～P400。该填料中沉淀光散射颜料微粒的至少80％、较好可高达90％附着到原纤维上。

按照本发明，该颜料微粒的负荷因子是(该填料重量的)至少67wt％、较好70wt％或更大，但低于85wt％。在这个范围内，在纸或纸板机中达到了良好的脱水，且在该纸幅中达到了恒定量级的透气性。

纸幅的制备

纸浆粕以本身已知的方式配浆达到适用稠度(典型地达到大约0.1～1％的固体含量)并铺展到金属丝网上。较好在纸或纸板机的高位调浆箱中，向纤维浆中添加以上提到的填料，一般是该纤维浆粕中纤维重量的大约1～100wt％。换言之，填料数量甚至可以等于-或大于-实际纤维浆粕的数量。原则上，也可以制备一种其纤维材料完全由填料原纤维构成的基础纸幅，因此，一般来说，本发明填料可以占该基础纸幅的纤维材料的1～100wt％。

在纸或纸板机中，使该纤维浆粕成形的纸或纸板纸幅。使该纸幅干燥和涂布，并诸如通过压光进行选择性后处理。也可以制造一种尤其在产品的表面层中含有本发明填料的多层产品。可以应用多层纸幅形成技术来制造这样的产品。适用的浆粕进料安排详见诸如FI专利公报No.105118和EP专利申请公报No.824,157。

最好将多层高位调浆箱连同所谓间隙形成器一起使用。在这样一种装置中，由高位调浆箱形成的片状出料喂进两个金属丝网之间，并在两个不同方向上经由金属丝网脱除浆粕中的水。通过使用间隙形成器，可以使微细纤维积累在该层的表面上，填料分布将呈“微笑”状。当将多层高位调浆箱与间隙形成器一起使用时，只要将成层的纸或纸板浆粕以上述方式喂进金属丝网之间，就得到所希望的多层结构。用这种技术，也可以制造其层厚小于惯常多层技术的产品。

在实施中，程序也可以是EP专利申请公报No.824157中所述的那种，在这种情况下，浆粕是以能使复合填料掺入导向表面层的浆粕流中这样一种方式在多层高位调浆箱中分层的。淀粉衍生物等添加剂以及可能的保留剂也可以掺入其中。然而，如同在我们的平行申请中已经显示的，新型复合填料的保留率是如此之高，以致通过使用它们就可以达到高保留率而无需单独的保留剂；这改善了表面层的形成。这些浆粕流是作为彼此分离的两股、三股或更多股由诸如塑料分离片导向片唇(slice lip)，在此，它们合并成一种分层的浆粕流。来自该片唇的浆粕喂进由诸如间隙形成器形成的间隙中，从这里引导它经由金属丝网脱水装置到达纸机的压力脱水段。此后，使浆粕从压力脱水段导向干燥机段，在此，以本身已知的方式使其干燥。

涂布可以作为单涂层或双涂层进行，在这种情况下，涂料浆可以用来作为单一涂料浆和作为所谓预涂层浆和表面涂层浆。三种涂层也是可以的。一般来说，按照本发明的涂料混合物含有10～100重量份至少一种颜料或颜料混合物、0.1～30重量份至少一种粘结剂、和1～10重量份其它本身已知的添加剂。可以提到的颜料的一些实例是沉淀的碳酸钙、研磨的碳酸钙、硫酸钙、草酸钙、硅酸铝、高岭土(水合硅酸铝)、氢氧化铝、硅酸镁、滑石(水合硅酸镁)、二氧化钛和硫酸钡、以及这些的混合物。合成颜料也是可以的。以上提到的颜料中，主颜料是高岭土、碳酸钙、沉淀的碳酸钙、和石膏，这些通常占该涂料混合物的干物质的50％以上。焙烧的高岭土、二氧化钛、缎光白、氢氧化铝、硅铝酸钠、和塑性颜料是额外的颜料，其数量通常在该混合物的干物质的25％以下，特别颜料的实例包括特别种类的高岭土和碳酸钙，以及硫酸钡和氧化锌。

该涂料混合物可以用本身已知的方式施用到材料纸幅上。按照本发明的纸和/纸板涂布工艺可以用惯常涂布装置即用刮涂、或用膜涂或喷涂进行。

涂布期间，在纸纸幅的至少一个表面上、较好在两个表面上形成克数为5～30g/m²的涂层。无涂层的一侧可以通过诸如表面施胶来处理。

借助于本发明，就可以生产有优异的可印性性能、良好的光滑性、和高的不透明性和光亮度的涂布以及也选择性压光的含纤维素材料纸幅。所谓“含纤维素材料”在此一般系指从含木质纤维素原材料尤其木材或者一年生或多年生植物衍生的纸或纸板或对应含纤维素材料。所述材料可以是含木材的或无木材的，而且可以从机械浆、半机械浆(化学机械浆)或化学浆制备。该化学浆和机械浆可以是漂白的或未漂白的。该材料也可以包括再循环纤维、尤其再循环纸或再循环纸板。该材料纸幅的克数范围典型地是35～500g/m²、尤其大约50～450g/m²。

一般来说，该基础纸的克数是20～250g/m²、较好30～80g/m²。通过用2～20g/m²/侧的涂料涂布克数为大约50～79g/m²的这种类型的基础纸并将这种纸压光，得到克数为50～110g/m²、亮度为至少90％、不透明度为至少90％的产品。

本发明填料在该基础纸幅中的比例可以是该基础纸幅重量的大约5～50wt％、典型地是大约10～30wt％。

以下非限制性实施例说明本发明。

这些实施例中指出的纸性能测定结果是使用下列标准方法测定的：

表面糙度：SCAN-P76：95

透气阻力：SCAN-M8，P19

实施例

使用不同填料制备手抄纸

在这个试验系列中，使用标准片料模和不同填料制作手抄纸。该片料的目标克数是62g/m²，有2个不同的填料浓度10％和20％。所使用的填料是一种商品PCC级、Albacar LO、和4种不同的SuperFill填料。在这些SuperFill填料中，PCC浓度是56、67、78、和82％。

SuperFill填料是按照FI专利公报No.1000729的实施例1适当改变源材料数量制备的。

结果显示于附图中。

观察到的是，完成的SuperFill片材比PCC片材更致密。此外，该SuperFill片材甚至随着该片材中PCC浓度的增加而变得更致密。

SuperFill产生更紧密结构的能力当向着有较低PCC含量的SuperFill级别移动时增大。

如同从该实施例显而易见的，负荷因子为67～82％的填料的使用产生了有恒定空隙度的表面，在这种情况下，不改变涂料浆的组成，纸或纸板的涂层就有可能与PCC浓度无关。

Claims

1.至少部分地由已经有光散射材料微粒沉积于其上的纤维素或木质纤维素原纤维组成的填料用于制造其透气性实质上不随填料量变化而变化的纸和纸板产品的用途，其中，该光散射材料微粒是碳酸钙、草酸钙、硫酸钙、硫酸钡、或其混合物，且光散射材料微粒的比例是该填料的67～85wt％。

2.按照权利要求1的用途，其特征在于该填料包含从植物纤维通过打浆和过筛制备的纤维素或木质纤维素原纤维，该原纤维的平均粗度小于5μm。

3.按照权利要求2的用途，其特征在于该光散射材料微粒沉积于相当于能通过50目筛网和/或平均粗度为0.1～10μm且平均长度为10～1500μm的级分的原纤维上。

4.按照以上权利要求中任何一项的用途，其特征在于该填料重量中光散射材料微粒的比例是75～85wt％。

5.按照权利要求1-3中任何一项的用途，其特征在于当以该光散射材料微粒的重量和该纸幅的重量为基准该填料的含量从约10wt％增加到30wt％时，该纸或纸板的透气性变化最多10％。

6.按照权利要求1-3中任何一项的用途，其特征在于制造有涂层的纸或纸板。

7.按照权利要求6的用途，其特征在于制造其涂层克数为5～30g/m²/侧的涂层纸或纸板。

8.按照权利要求1-3中任何一项的用途，其特征在于制造信封纸。