通过在湿部使用天然树胶和干强度试剂增加纸强度的方法

通过在湿部使用天然树胶和干强度试剂增加纸强度的方法
【专利说明】通过在湿部使用天然树胶和干强度试剂増加纸强度的方法
[0001] 发明背景
[0002] 本发明涉及一种在造纸过程中增加纸张的湿纸幅强度、增加纸张的湿强度并且增 强填充剂保持的方法。通常在造纸过程中在湿部添加化学品以辅助使浆料脱水、增加保持 并且改进湿或干纸张强度。造纸过程的湿部指的是造纸过程中的其中纤维以浆料的形式被 分散在水中的阶段。然后纤维-水浆料经历排水和脱水过程以形成湿纸幅。在此湿纸幅形 成过程后固体含量是约50%。湿纸幅被进一步干燥且形成干燥的纸垫纸张。纸垫包含水和 固体且通常具有4%到8%的水。纸垫的固体部分包含纤维（通常基于纤维素的纤维）且 还可以包含填充剂。
[0003] 填充剂是在造纸过程期间被添加到纸垫以增强产生的纸的不透明度（opacity) 和光反射性质的矿物颗粒。在美国专利5, 458, 679、5, 104, 487、7, 211，608、8, 088, 250和欧 洲专利说明书0470871B1中描述填充剂的某些实例。填充剂包括被用于增加不透明度或亮 度、减少多孔性或减少纸或纸板纸张的成本的无机和有机的颗粒或颜料。填充剂的某些实 例包括以下中的一种或更多种：高岭土、滑石粉、二氧化钛、三水合氧化铝、硫酸钡、氢氧化 镁、颜料比如碳酸钙、以及类似物。
[0004] 碳酸钙填充剂以两种形式即GCC(重质碳酸钙）和PCC(沉淀碳酸钙）出现。GCC是天然存在的碳酸钙岩石并且PCC是合成地产生的碳酸钙。因为PCC具有较大的比表面积， PCC具有较大的光散射能力且向产生的纸提供较好的光学性质。然而，由于相同的原因，PCC 填充的纸垫产生在干强度、湿强度和湿纸幅强度上比GCC填充的纸更弱的纸。
[0005] 填充剂通常比纤维远远更小，因此填充剂具有比纤维远远更大的比表面积。人们 发现的增加纸张中的填充剂含量的挑战中的一个是高的填充剂含量减小湿部化学品例如 脱水助剂、湿纸幅强度助剂和湿强度助剂的效率。本发明将提供新颖的填充剂预处理，以便 其减少将湿部化学品吸附到填充剂表面上，因此增加湿部化学品比如脱水助剂、湿纸幅强 度助剂和湿强度助剂的效率。
[0006] 纸的湿纸幅强度对于纸生产商是非常关键的，因为增加纸的湿纸幅强度将增加机 器的运转性能（runnability)且减少纸张的破损和机器停机时间。纸的湿纸幅强度是在 纸垫中的交织的纤维之间形成的结合（bond)的数目和强度的函数。具有较大表面积的填 充剂颗粒更可能变成被接合到那些纤维且干扰那些结合的数目和强度。因为其较大的表面 积，PCC填充剂比GCC更多地干扰那些结合。
[0007]纸的脱水效率对纸生产商也是非常关键，因为在湿纸幅中减小的脱水效率将增加 用于干燥操作的蒸气需求，减少机器速度和生产效率。脱水助剂被广泛地使用以改进脱水 效率用于减少能量消耗、增加机器速度和生产效率。
[0008] 因此，存在对用于在造纸过程的湿部中增加纸强度的改进的方法和组合物的清楚 的需求并且用于在造纸过程的湿部中增加纸强度的改进的方法和组合物有实用性。在这部 分中描述的技术不被意图构成对任何专利、出版物或在本文中提到的其他信息相对于本发 明是"现有技术"的承认，除非如此特别地指定。此外，这部分不应该被解释为意指已经进 行检索或没有如在37C.F.R. §1.56 (a)中定义的其他的相关信息存在。
[0009] 发明简述
[0010] 本发明的至少一个实施方案是涉及包括填充剂的造纸方法。所述方法包括以下的 步骤：提供填充剂颗粒和纤维素纤维备料、用包含至少一种天然树胶的组合物处理填充剂 颗粒或纤维素纤维备料、用湿纸幅强度添加剂处理纤维素纤维备料、组合填充剂颗粒和纤 维素纤维备料，以及从组合形成纸垫。纤维素纤维备料包含多个纤维素纤维和水。产生的 纸具有比天然树胶组合物和湿纸幅强度添加剂单独赋予的强度改进的总和更大的强度。
[0011] 天然树胶组合物可以在其被添加到纤维素纤维备料之前被添加到填充剂颗粒中。 天然树胶组合物可以被添加到纤维素纤维备料中。湿纸幅强度添加剂可以包括GPAM。方 法还可以包括将排水助剂添加到纤维素纤维备料中的步骤。填充剂颗粒中的至少某些可以 是以选自由以下组成的清单的一种形式的碳酸钙：非分散的碳酸钙、分散的浆料碳酸钙、白 垩、PCC、GCC及其任何组合。碳酸钙中的至少一部分可以呈分散的浆料碳酸钙的形式，所述 分散的浆料碳酸钙还包含选自以下的至少一项：聚丙烯酸聚合物分散剂、多聚磷酸钠分散 剂、高岭土浆料及其任何组合。湿纸幅强度添加剂可以是选自由以下组成的清单的凝结剂： 无机凝结剂、有机凝结剂、缩合聚合凝结剂及其任何组合。
[0012] 发明详述
[0013] 以下的定义被提供以确定如何解释在本申请中使用的术语且特别地如何解释权 利要求。定义的组织仅是为了方便并且不被意图将定义中的任何一个限制为任何特定的类 别。
[0014] "AcAm"意指由聚合的丙烯酸单体单元和聚合的丙烯酰胺单体单元构建的共聚物 并且可以包含或可以不包含其他的单体单元。
[0015] "凝结剂"意指具有比絮凝剂更高的电荷密度和更低的分子量的物质组合物，当被 添加到含有细碎的悬浮颗粒的液体中时，所述物质组合物通过离子电荷中和机理使固体不 稳定并且聚集。
[0016] "DADMAC"意指二烯丙基二甲基氯化铵的单体单元，DADMAC可以以均聚物或以包含 其他单体单元的共聚物存在。
[0017] "絮凝剂"意指具有低电荷密度和高分子量（超过1，〇〇〇, 〇〇〇)的物质组合物，当被 添加到含有细碎的悬浮颗粒的液体中时，所述絮凝剂通过颗粒间桥接的机理使固体不稳定 并且聚集。
[0018] "絮凝化试剂"意指当被添加到液体中时使液体中的胶体和细碎的悬浮颗粒不稳 定并且聚集的物质组合物，絮凝剂和凝结剂可以是絮凝化试剂。
[0019] "GCC"意指通过研磨天然存在的碳酸钙岩石制造的重质碳酸钙填充剂颗粒。
[0020] "GPAM"意指作为从聚合的丙烯酰胺单体制成的聚合物（也可以是或可以不是包 含一种或更多种其他单体的共聚物）的乙醛酸化聚丙烯酰胺，且在所述乙醛酸化聚丙烯酰 胺中丙烯酰胺聚合物单元已经与乙二醛基团反应，在美国公布专利申请2009/0165978中 描述GPAM的代表性实例。
[0021] "天然树胶"意指被表征为最初属于天然起源并且当被放置于溶液中时在所述溶 液中施加大的粘度增加（甚至当以小浓度时）的多糖，天然树胶包含大量的植物树脂且包 括但不限于：海藻聚电解质，比如琼脂、海藻酸、藻酸钠、卡拉胶；植物学聚电解质，比如来 自金合欢树树液的阿拉伯树胶、来自榆木树(Anogeissustree)树液的印度树胶、来自黄耆 灌木树液的黄蓍胶、来自榆木树树液的刺梧桐树胶、来自黄耆灌木树液的黄蓍胶、来自苹婆 树树液的刺梧桐树胶；不带电荷的植物制品，比如来自瓜尔豆的瓜尔豆胶、来自角豆树种子 的槐豆胶、来自燕麦和大麦糠的0 -葡聚糖、来自糖胶树胶树的糖胶树胶、来自龙脑香科树 树液的达玛树胶、来自魔芋植物的葡甘露聚糖、来自乳香黄连木的乳香黄连木树胶、来自车 前属植物的车前子皮、来自云杉树的云杉树胶、来自塔拉树的塔拉树胶；和细菌发酵产物， 比如结冷胶和黄原胶，"天然树胶"还包括天然树胶衍生物。
[0022] "天然树胶衍生物"意指在多糖骨架中的单体单元中的一个、某些或全部中已经经 历子基团（subgroup)(例如羧甲基、轻丙基）中的一个或更多个的某些化学取代措施的天 然树胶多糖，取代成分通常包括一种或更多种的硫酸盐、羧酸（在角叉莱胶、海藻酸盐、果 胶中发现）、羧酸酯、丙酮酸（在果胶、黄原胶、zooglan、和methylan中发现）、羧甲基、羟丙 基、甲基、甲基乙基、羟乙基、羟乙基甲基以及类似物。
[0023] "PCC"意指合成地产生的沉淀碳酸钙填充剂颗粒。
[0024]"多糖"意指具有包含单糖的多个重复单元的聚合物碳水化合物，在多糖链中在两 个此类连接单糖单元之间形成的c-0-c连接基被称为糖苷键，并且单糖单元的继续缩合将 导致多糖，常见的多糖是直链淀粉和纤维素，两 者皆由葡萄糖单体组成，多糖可以具有包含 一个或更多个糖单体的直链或支链聚合物骨架，在多糖中常见的糖单体包括葡萄糖、半乳 糖、阿拉伯糖、甘露糖、果糖、鼠李糖和木糖。
[0025]"预絮凝"意指在其以实际的絮凝未发生的这样的量添加到纸料之前通过用凝结 剂和/或絮凝剂处理来修改填充剂颗粒，预絮凝不在纸料的存在下进行，通常在预絮凝之 后，较多的相同或不同种类的凝结剂和/或絮凝剂随后被添加到预絮凝的填充剂颗粒中以 引发实际的絮凝。
[0026] 如果上文的定义或在本申请的其他地方陈述的描述与通常使用的、在词典中的、 或在通过引用被并入到本申请中的来源中陈述的含义（明确的或隐含的）不一致，本申请 和权利要求的术语特别地被理解为根据本申请中的定义或描述被解释且不根据常用的定 义、词典的定义、或通过引用被并入的定义被解释。根据上文，如果术语仅仅可以在其通过 词典被解释的情况下被理解，如果该术语通过Kirk-OthmerEncyclopediaofChemical Technology,第5版，（2005)，（由Wiley,John&Sons,Inc出版）定义，此定义应当控制该术 语在权利要求中被如何定义。
[0027] 在本发明的至少一个实施方案中是制造包括填充剂的纸的方法。在本发明的至 少一个实施方案中，造纸方法包括将至少一种天然树胶添加到填充剂颗粒和/或包含填充 剂颗粒的纸垫的步骤。在至少一个实施方案中，还将湿纸幅强度添加剂或排水助剂或湿强 度助剂添加到填充剂颗粒和/或纸垫中。在至少一个实施方案中，湿纸幅强度添加剂包括 GPAM〇
[0028] 湿纸幅强度添加剂与天然树胶的组合导致惊人的协同效应，所述协同效应将产 生的纸的强度增加了比单独添加的两者中的任一个的总和更多。本发明的组合还解决在 造纸中使用湿纸幅强度添加剂中以及在使用天然树胶中的某些内在问题。长期以来已知 的是，将湿纸幅强度添加剂或排水助剂或湿强度助剂添加到纸垫增加产生的纸的湿纸幅 强度或增强排水或改进机器速度和运转性能或增强纸张湿强度。在美国专利7, 125, 469、 7, 615, 135和7, 641，776中描述湿强度助剂、湿纸幅强度添加剂和排水助剂的某些实例。
[0029] 不幸地，添加大量的湿强度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水助剂以补偿由于纸垫 中的大量填充剂的弱点是不实际的。一个原因是因为那些添加剂是昂贵的且使用大量的添 加剂将导致在商业上是不可行的生产成本。此外，添加太多的添加剂负面地影响造纸过程 并且抑制多种形式的造纸设备的可操作性。此外，纤维素纤维仅仅能够吸附有限量的湿强 度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水助剂。这对可以使用多少添加剂施加限制。为什么这是 如此的一个原因是因为湿强度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水助剂倾向于中和阴离子型 纤维/填充剂电荷，且当这些电荷被中和时抑制那些添加剂的进一步吸附。
[0030] 将填充剂添加到纸垫还减少湿强度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水助剂的有效 性。那些添加剂具有涂覆填充剂颗粒的倾向。存在的填充剂颗粒越多，越多的添加剂涂覆 填充剂颗粒，并且因此存在较少的可用于将纤维素纤维结合在一起的湿强度助剂或湿纸幅 强度添加剂或排水助剂。因为存在可以被添加的湿强度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水助 剂的最大量，较多的填充剂通常意味着较少有效的强度添加剂。这种效果在PCC下比在GCC 下更严重，因为PCC的较高的表面积变得比GCC更多地被添加剂涂覆。
[0031] 美国专利5, 458, 679描述用多糖处理添加剂颗粒。然而，其没有描述使用多 糖以改变填充剂颗粒的粘度将如何增强产生的纸的强度性质。关于天然树胶的粘度赋 予效果的细节可以在以下的科学论文中发现：Alternanandhighlybranchedlimit dextrans:Low-viscositypolysaccharidesaspotentialnewfoodingredients.由 GregoryL.Cote等人，在：SpanierA.M?等人（编辑）ChemistryofNovelFoods,Carol Stream, 111.:AlluredPublishingCorp,第 95-110 页（1997)中；其讨论此类天然树胶如 alternan和阿拉伯树胶（特别地图2和3)。在至少一个实施方案中，包含填充剂的组合物 (其稍后将被添加到纸垫中）的粘度通过天然树胶与填充剂颗粒的存在被增加了 10-100% 之间。
[0032] 在本发明的至少一个实施方案中，填充剂颗粒中的至少某些用包含至少一种天然 树胶的预处理组合物预处理以至少部分地防止将湿强度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水 助剂粘附到填充剂颗粒。预处理可以包括用天然树胶完全涂覆一种或更多种填充剂颗粒中 的某些或全部。在替代方案中，预处理预期将天然树胶应用到填充剂颗粒中的一种或更多 种的仅仅一部分，或完全涂覆某些填充剂颗粒并且将天然树胶应用到某些其他颗粒的仅仅 一部分。天然树胶可以在其他填充剂预处理中的一个或更多个步骤之前、之后或同时被应 用到填充剂颗粒。
[0033] 在至少一个实施方案中，除了用天然树胶接触填充剂颗粒之外，填充剂颗粒还根 据在标题为METHODOFINCREASINGFILLERCONTENTINPAPERMAKING的美国专利申请 12/323,976中描述的方法和组合物中的至少一种来处理。在至少一个实施方案中，处理 物质组合物是在美国专利6, 592, 718中描述的物质组合物中的任一种或组合。特别地，其 中详细描述的AcAm/DADMAC共聚物组合物中的任何一种作为处理物质组合物是适当的。 AcAm/DADMAC共聚物组合物的实例是来自NalcoCompanyofNaperville,Illinois的产品 alco-4690 (在下文中被称为4690)。
[0034] 处理物质组合物可以是凝结剂。被包括在本发明中的凝结剂是众所周知的且是 可商购的。它们可以是无机或有机的。代表性的无机凝结剂包括明矾、铝酸钠、聚氯化 错或PAC(其也被称为碱式氯化错、氢氧化错氯化物（aluminiumhydroxidechloride) 和聚羟基氯化错（polyaluminumhydroxychloride))、硫酸化的聚氯化错、聚硫酸错娃(polyaluminumsilicasulfate)、硫酸铁、氯化铁、以及类似物及其掺合物。
[0035] 适合作为处理物质组合物的某些有机凝结剂通过缩合聚合形成。这类型的聚合物 的实例包括环氧氯丙烷-二甲胺（EPI-DMA)和（EPI-DMA)氨交联聚合物。
[0036] 适合作为处理物质组合物的另外的凝结剂包括二氯乙烯和氨的聚合物或二氯乙 烯和二甲胺的聚合物（有或没有添加氨）、多官能的胺比如二亚乙基三胺、四亚乙基五胺、 己二胺以及类似物与二氯乙烯的缩合聚合物和通过缩合反应制成的聚合物比如三聚氰胺 甲醛树脂。
[0037] 适合作为处理物质组合物的另外的凝结剂包括带阳离子电荷的乙烯基加成聚合 物比如（甲基）丙烯酰胺、二烯丙基-N，N_二取代卤化铵、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯及其 季铵盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯及其季铵盐、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵、二烯丙基 甲基（0-丙酰氨基）氯化铵、（0-甲基丙烯酰基氧基乙基）三甲基硫酸甲酯铵、季铵化的 聚乙烯基内酰胺（quaternizedpolyvinyllactam)、乙稀胺和已经被反应以产生曼尼希或 季铵化曼尼希衍生物的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的聚合物、共聚物、和三元共聚物。优选的 季铵盐可以使用甲基氯、硫酸二甲酯或苄基氯形成。三元共聚物可以包括阴离子型单体比 如丙烯酸或2-丙烯酰氨基2-甲基丙磺酸，只要聚合物上的总电荷是阳离子的。这些聚合 物（乙烯基加成和缩合两者）的分子量范围从低至几百到高达几百万。优选地，分子量范 围应该从约20, 000到约1，000, 000。在至少一个实施方案中，预处理通过组合被描述作为 用于预处理填充剂颗粒的适当的物质组合物的任何物质组合物中的一种、某些或全部来预 形成。
[0038] 虽然预处理填充剂颗粒在本领域中是已知的，预处理填充剂颗粒的现有技术方法 不涉及影响湿强度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水助剂对填充剂颗粒的粘附。实 际上，多 种现有技术预处理增加强度添加剂对填充剂颗粒的粘附。例如，美国专利第7, 211，608号 描述用疏水性聚合物预处理填充剂颗粒的方法。然而，这种预处理对强度添加剂和填充剂 颗粒之间的粘附不起作用并且仅仅排斥水以平衡由强度添加剂吸收的过量的水。相比之 下，本发明减小湿强度助剂或湿纸幅强度添加剂或排水助剂和填充剂颗粒之间的相互作用 并且导致在纸强度、纸张脱水和机器运转性能上的出乎意料地巨大的增加。
[0039] 在至少一个实施方案中，除了使填充剂颗粒与天然树胶接触之外，填充剂颗粒还 根据利用在美国专利第8, 172, 983号中描述的方法和组合物中的至少一种预絮凝。在至少 一个实施方案中，制备用于造纸过程的具有特定的粒度分布的絮凝的填充剂颗粒的稳定分 散体的方法包括以下的步骤：a)提供填充剂颗粒的含水分散体；b)将至少一种天然树胶添 加到分散体；c)将以足以在分散体中均匀混合而不引起填充剂颗粒的明显絮凝的量的第 一絮凝剂添加到分散体；d)将以足以在第一絮凝剂的存在下引发填充剂颗粒的絮凝的量 的第二絮凝剂添加到分散体；和e)任选地剪切絮凝的分散体以提供具有期望的粒度的填 充剂絮凝物的分散体。
[0040] 被本发明包括的填充剂中的至少某些是众所周知的且是可商购的。其包括被用于 增加不透明度或亮度、减少多孔性、或减少纸或纸板纸张的成本的任何无机或有机的颗粒 或颜料。最常见的填充剂是碳酸钙和黏土。然而，滑石、二氧化钛、三水合氧化铝、硫酸钡和 氢氧化镁也是适当的填充剂。碳酸钙包括以干燥或分散浆料形式的重质碳酸钙（GCC)、白 垩、任何形态学的沉淀碳酸钙（PCC)、以及以分散浆料形式的沉淀碳酸钙。GCC或PCC的分 散浆料形式通常使用聚丙烯酸聚合物分散剂或多聚磷酸钠分散剂产生。这些分散剂中的每 种赋予碳酸钙颗粒明显的阴离子电荷。高岭土浆料也使用聚丙烯酸聚合物或多聚磷酸钠被 分散。
[0041] 在至少一个实施方案中，被本发明包括的湿强度助剂、湿纸幅强度添加剂、干强 度添加剂或排水助剂包括在美国专利4,605,702和美国专利申请2005/016118认1中描 述的物质组合物中的任一种和特别地其中描述的乙醛酸化丙烯酰胺/DADMAC共聚物组 合物。乙醛酸化丙烯酰胺/DADMAC共聚物组合物的实例是产物#Nalco63700(由Nalco Company,Naperville,Illinois制造）。另外的实例是包含胺的聚合物，包括稀丙胺/丙稀 酰胺共聚物和聚乙烯胺；又一个实例是聚酰胺-聚胺-环氧氯丙烷（PAE)。
[0042] 在至少一个实施方案中，使用的填充剂是PCC、GCC、和/或高岭土。在至少一个实 施方案中，使用的填充剂是PCC、GCC、和/或具有聚丙烯酸聚合物分散剂的高岭土或其掺合 物。湿强度添加剂或湿纸幅强度助剂或排水添加剂相对于固体纸垫的比率可以是3kg添加 剂每吨纸垫。
[0043] 在至少一个实施方案中，从纸浆制造纸产品的方法包括以下的步骤：形成含水的 纤维素造纸配料；与将天然树胶和湿纸幅强度试剂、湿强度试剂、干强度试剂或排水助剂 添加到配料中组合地添加填充剂浆料的含水分散体；使配料排水以形成纸张；以及干燥纸 张。形成造纸配料、排水和干燥的步骤可以以本领域技术人员通常已知的任何常规方式进 行。
[0044] 在至少一个实施方案中，从纸浆制造纸产品的方法包括以下的步骤：形成含水的 纤维素造纸配料；与将天然树胶和湿纸幅强度试剂、湿强度试剂、干强度试剂或排水助剂添 加到配料中组合地、根据在美国专利申请12/323,976中描述的方法和组合物中的至少一 种预处理填充剂浆料或根据在美国专利第8, 172, 983号中描述的方法和组合物中的至少 一种预絮凝；使配料排水以形成纸张；以及干燥纸张。形成造纸配料、排水和干燥的步骤可 以以本领域技术人员通常已知的任何常规方式进行。 实施例
[0045] 前述内容通过参考以下的实施例可以被更好地理解，所述实施例被呈现用于例证 的目的并且不被意图限制本发明的范围。
[0046] 除非另有说明，否则以下是被用于所有手抄纸研宄的一般程序。填充剂备料使用 作为填充剂的AlbacarHOPCC制备。纤维备料是75/25HWK/SWK掺合物。纸张基重被保持 在大约80g/m2。对于每种实验条件，产生六张复制手抄纸。用于每批手抄纸的薄坯在动态 排水罐中以800rpm混合。对于基础纸张，期望的量的PCC、天然树胶/GPAM、阳离子型淀粉、 烯基琥珀酸酐和阳离子型絮凝剂以15秒的间隔被添加。在混合之后，基础纸张在使用80 目筛网的手抄纸模具中形成。一旦形成，纸张将在以〇. 565MPa的静压下被压持续5分钟且 然后在鼓式干燥器中在210°F下干燥1分钟。纸张强度测量在50%相对湿度下在23°C下 进行。
[0047]TSI意指以N?m/g测量的抗张强度指数。ABL是磨损量的量度，所述磨损量根据 测量表面强度的TAPPI测试方法T476测量。ABL以mg/1000转数的单位测量。磨损量越 低，表面越强。
[0048] 实施例1
[0049] 此研宄被设计以示出当天然树胶在添加到纤维素浆料之前被用于处理填充剂并 且强度助剂被添加到湿部时的天然树胶的强度性能。表1概括实验设计和测量结果。
[0050] 表1.实验设计和结果
[0053] 这个实施例的结果证实天然树胶（其代表性实例是黄原胶但被设想适用于多种 或所有的天然树胶）与强度添加剂（其代表性实例是GPAM但被设想适用于多种或所有的 天然树胶）的组合导致出乎意料的协同效应。当两者都被应用于配料时，效果比如果单独 添加任一种的效果更好。在湿部单独添加GPAM几乎不产生有益的效果。在湿部单独添加 黄原胶产生小的益处。然而，GPAM与黄原胶的组合产生与任一种的单独的贡献远远不成比 例的大的效果。此大的效果证实来自它们的组合的新颖的出乎意料的协同结果。
[0054] 实施例2
[0055] 此研宄被设计以示出独立于天然树胶的进料点的天然树胶和强度助剂的性能。表 2概括条件和结果。TSI意指以N*111/^测量的抗张强度指数。在最后的列中的ABL是磨损 量的量度。ABL根据测量表面强度的TAPPI测试方法T476来测量。TSI以mg/1000转数测 量。磨损量越低，表面越强。真灰分是多少添加的填充剂实际上终结在产生的纸张中的量 度。
[0056] 表2.实验设计和结果
[0057]
[0058] 此实施例证实对于具有相似的真灰分水平的纸张，如果天然树胶在其接触纸材料 之前或在造纸过程中的湿部之内被添加到填充剂中，天然树胶-强度添加剂的协同作用显 现。
[0059] 实施例3
[0060] 以下研宄被设计以对比两种不同的天然树胶即黄原胶和瓜儿胶的性能。在每种情 况下，当天然树胶在湿部被添加时，强度助剂立即被添加。表3概括实验设计和结果。
[0061] 表3.实验设计和结果
[0063] 这个实施例的结果示出通过黄原胶显示的协同作用是多种或所有天然树胶共有 的代表性性质。
[0064] 实施例4
[0065] 此研宄被设计以绘制作为两种化学性质的函数的天然树胶-强度助剂的性能。表 4概括实验设计和结果。
[0066] 表4.实验设计和结果
[0067]
[0068] 实施例5.
[0069] 此研宄被设计以示出瓜尔胶添加到备料中然后添加强度助剂的性能。表5概括实 验设计和结果。
[0070] 表5.实验设计和结果
[0072] 本领域普通技术人员将认识到所有先前描述的方法也可适用于包含其他的基于 非纤维素的纤维材料的纸垫、包含基于纤维素和基于非纤维素的纤维材料、和/或基于合 成纤维的材料的混合物的纸垫。
[0073] 虽然本发明可以以多种不同形式体现，本文详细地描述了本发明的特定的优选的 实施方案。本公开内容是本发明的原理的示例并且不被意图将本发明限制于例证的特定的 实施方案。所有专利、专利申请、科学论文、以及本文提到的任何其他的参考材料都通过引 用以其整体并入。此外，本发明包括本文描述和/或本文包含的各种实施方案中的某些或 全部的 任何可能的组合。此外，本发明包括还特别地排除本文描述和/或本文包含的各种 实施方案中的任何一个或更多个的任何可能的组合。
[0074] 上文的公开内容被意图是例证性的并且不是详尽无遗的。此描述将对本领域普通 技术人员暗示多种变型和替代方案。本文公开的组合物和方法可以包括列出的组分或步 骤、由列出的组分或步骤组成、或基本上由列出的组分或步骤组成。如本文使用的术语"包 括"意指"包括但不限于"。如本文使用的术语"基本上由…组成"指的是包括公开的组分 或步骤、以及没有在实质上影响组合物或方法的新颖和基本的特征的任何其他的组分或步 骤的组合物或方法。例如，基本上由列出的成分组成的组合物不包含将影响该组合物的性 质的另外的成分。熟悉本领域的人员可以认识到本文描述的特定的实施方案的其他的等效 物，所述等效物也被意图被权利要求包括。
[0075] 本文公开的全部范围和参数被理解为包括其中包括的任何和全部的子范围、以及 在端点之间的每个数。例如，陈述的"1至10"的范围应当被认为包括在最小值1和最大值 10之间（以及包括首尾）的任何和全部的子范围；即以最小值1或更多（例如1至6. 1)开 始并且以最大值10或更少（例如2. 3至9. 4、3至8、4至7)结束的全部子范围、并且最终 地包括被包含于该范围内的每个数1、2、3、4、5、6、7、8、9、和10。
[0076] 全部数值在本文中被设想由术语"约"修饰，无论是否明确地指示。术语"约"通常 指的是本领域技术人员将认为与叙述的值等效（即具有相同的功能或结果）的数的范围。 在多种情况下，术语"约"可以包括被四舍五入至最接近的有效数字的数。重量百分比、按 重量计的百分比、按重量计的％、wt%及类似的是同义词，指的是作为该物质的重量除以组 合物的重量并且乘以1〇〇的物质的浓度。
[0077] 如在本说明书和所附的权利要求中所使用，除非内容清楚地另外指定，否则单数 形式的"一（a) "、"一（an)"、和"所述（the)"包括复数的指示物。因此，例如，提到的包含 "一种化合物"的组合物包括两个或更多个化合物的混合物。如在本说明书和所附的权利要 求中所使用，除非内容清楚地另外指定，否则术语"或"通常以其包括"和/或"的意义被利 用。
[0078] 这完成本发明的优选的和替代的实施方案的描述。本领域技术人员可以认识到本 文描述的特定的实施方案的其他的等效物，所述等效物被意图被附于此的权利要求包括。
【主权项】
1. 一种造纸方法，包括填充剂，所述方法包括以下的步骤： 提供填充剂颗粒和纤维素纤维备料、用包含至少一种天然树胶的组合物处理所述填充 剂颗粒或所述纤维素纤维备料、用湿纸幅强度添加剂处理所述纤维素纤维备料、组合所述 填充剂颗粒和所述纤维素纤维备料、以及从所述组合形成纸垫； 其中所述纤维素纤维备料包含多个纤维素纤维和水，且产生的纸具有比所述天然树胶 组合物和所述湿纸幅强度添加剂单独赋予的强度改进的总和更大的强度。2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述天然树胶组合物在其被添加到所述纤维素纤 维备料之前被添加到所述填充剂颗粒。3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述天然树胶组合物被添加到所述纤维素纤维备 料中。4. 如权利要求1所述的方法，其中，所述湿纸幅强度添加剂包括GPAM。5. 如权利要求1所述的方法，还包括将排水助剂添加到所述纤维素纤维备料的步骤。6. 如权利要求1所述的方法，其中，所述填充剂颗粒中的至少某些是以选自由以下组 成的清单的一种形式的碳酸钙：非分散的碳酸钙、分散的浆料碳酸钙、白垩、PCC、GCC及其 任何组合。7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述碳酸钙中的至少一部分呈分散的浆料碳酸钙 的形式，所述分散的浆料碳酸钙还包含选自以下的至少一项：聚丙烯酸聚合物分散剂、多聚 磷酸钠分散剂、高岭土浆料及其任何组合。8. 如权利要求1所述的方法，其中，所述填充剂颗粒的掺合物是10-80%重质碳酸钙和 10-80 %沉淀碳酸钙。9. 如权利要求1所述的方法，其中，所述湿纸幅强度添加剂是凝结剂。10. 如权利要求1所述的方法，其中，所述湿纸幅强度添加剂是选自由以下组成的清单 的凝结剂：无机凝结剂、有机凝结剂、缩合聚合凝结剂及其任何组合。11. 如权利要求1所述的方法，其中，所述湿纸幅强度添加剂是选自由以下组成的清单 的凝结剂：明矾、铝酸钠、聚氯化铝、碱式氯化铝、氢氧化铝氯化物、聚羟基氯化铝、硫酸化 的聚氯化铝、聚硫酸铝硅、硫酸铁、氯化铁、环氧氯丙烷-二甲胺（EPI-DM)、EPI-DMA氨交联 聚合物、二氯乙烯和氨的聚合物、二氯乙烯的聚合物、二甲胺的聚合物、多官能的二亚乙基 三胺缩合聚合物、多官能的四亚乙基五胺的缩合聚合物、多官能的己二胺的缩合聚合物、多 官能的二氯乙烯的缩合聚合物、三聚氰胺聚合物、甲醛树脂聚合物、带阳离子电荷的乙烯基 加成聚合物及其任何组合。12. 如权利要求1所述的方法，其中，所述湿纸幅强度添加剂是AcAm/DADMAC共聚物。13. 如权利要求1所述的方法，其中，所述湿纸幅强度添加剂是选自以下的清单的湿纸 幅强度添加剂：乙醛酸化丙烯酰胺/DADMAC共聚物、聚乙烯胺、聚乙烯酰胺、聚二烯丙基胺 及其任何组合。14. 如权利要求1所述的方法，其中，排水添加剂或湿纸幅强度添加剂或湿强度助剂相 对于所述纸垫中的固体部分的比率是〇. 3kg到5kg强度添加剂每吨纸垫。15. 如权利要求1所述的方法，其中，所述纸垫具有固体部分，并且所述纸垫中的所述 填充剂颗粒组成所述纸垫的所述固体部分的组合的质量的多达50%。16. 如权利要求1所述的方法，其中，所述天然树胶是天然树胶衍生物。17. 如权利要求5所述的方法，其中，所述排水添加剂或所述湿纸幅强度添加剂或所述 湿强度助剂和物质组合物携带相同的电荷。18. -种造纸方法，具有增加的填充剂含量，所述方法包括以下的步骤： 提供填充剂颗粒、至少一种强度添加剂和纤维素纤维备料的掺合物， 用物质组合物并且用至少一种天然树胶预处理所述填充剂颗粒， 在所述填充剂颗粒已经被预处理之后，组合所述填充剂颗粒与所述纤维素纤维备料， 用至少一种强度添加剂处理所述组合，和 从所述组合形成纸垫， 其中所述填充剂颗粒中的至少10%是沉淀碳酸钙且所述填充剂颗粒中的至少10%是 重质碳酸钙， 所述纤维素纤维备料包含多个纤维素纤维和水，并且 所述物质组合物增强所述纸垫中的所述强度添加剂的性能。19. 一种制备用于造纸过程的絮凝的填充剂颗粒的稳定分散体的方法，所述絮凝的填 充剂颗粒具有特定的粒度分布，所述方法包括： a) 提供填充剂颗粒的含水分散体； b) 将以足以在所述分散体中均匀混合而不引起所述填充剂颗粒的明显絮凝的量的第 一絮凝剂添加到所述分散体，所述第一絮凝剂是阴离子型的且具有至少3dL/g的RSV ; c) 将以足以在所述第一絮凝剂的存在下引发所述填充剂颗粒的絮凝的量的第二絮凝 剂添加到所述分散体，其中所述第二絮凝剂是阳离子型的； d) 将至少一种天然树胶添加到所述填充剂颗粒中，此步骤在步骤b或c中的任一个之 前或之后发生。 e) 剪切所述絮凝的分散体以提供具有期望的粒度的填充剂絮凝物的分散体。 f) 在将所述填充剂颗粒添加到纸料之前，使所述填充剂颗粒絮凝，并且其中在所述絮 凝期间没有纸料存在。
【专利摘要】本发明提供一种在造纸过程中改进脱水效率、增加纸张的湿纸幅强度、增加纸张的湿强度并且增强填充剂保持的方法。方法通过用天然树胶并且用防止填充剂材料以免粘附到那些添加剂的材料涂覆填充剂颗粒中的至少某些来改进排水助剂或湿纸幅强度助剂或湿强度助剂的效率。排水添加剂或湿纸幅强度添加剂或湿强度助剂将纤维素纤维紧密地保持在一起且不被浪费在填充剂颗粒上。
【IPC分类】D21H17/33, D21H17/31, D21H17/67
【公开号】CN104884706
【申请号】CN201380068675
【发明人】大卫·J·卡斯特罗, 程卫国
【申请人】纳尔科公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月16日
【公告号】EP2938783A1, US9181657, US20140182800, WO2014105479A1