通過在濕部使用天然樹膠和干強度試劑增加紙強度的方法
【專利說明】通過在濕部使用天然樹膠和干強度試劑増加紙強度的方法
[0001] 發(fā)明背景
[0002] 本發(fā)明涉及一種在造紙過程中增加紙張的濕紙幅強度、增加紙張的濕強度并且增 強填充劑保持的方法。通常在造紙過程中在濕部添加化學品以輔助使?jié){料脫水、增加保持 并且改進濕或干紙張強度。造紙過程的濕部指的是造紙過程中的其中纖維以漿料的形式被 分散在水中的階段。然后纖維-水漿料經(jīng)歷排水和脫水過程以形成濕紙幅。在此濕紙幅形 成過程后固體含量是約50%。濕紙幅被進一步干燥且形成干燥的紙墊紙張。紙墊包含水和 固體且通常具有4%到8%的水。紙墊的固體部分包含纖維（通常基于纖維素的纖維）且 還可以包含填充劑。
[0003] 填充劑是在造紙過程期間被添加到紙墊以增強產(chǎn)生的紙的不透明度（opacity) 和光反射性質的礦物顆粒。在美國專利5, 458, 679、5, 104, 487、7, 211，608、8, 088, 250和歐 洲專利說明書0470871B1中描述填充劑的某些實例。填充劑包括被用于增加不透明度或亮 度、減少多孔性或減少紙或紙板紙張的成本的無機和有機的顆?；蝾伭?。填充劑的某些實 例包括以下中的一種或更多種：高嶺土、滑石粉、二氧化鈦、三水合氧化鋁、硫酸鋇、氫氧化 鎂、顏料比如碳酸鈣、以及類似物。
[0004] 碳酸鈣填充劑以兩種形式即GCC(重質碳酸鈣）和PCC(沉淀碳酸鈣）出現(xiàn)。GCC是天然存在的碳酸鈣巖石并且PCC是合成地產(chǎn)生的碳酸鈣。因為PCC具有較大的比表面積， PCC具有較大的光散射能力且向產(chǎn)生的紙?zhí)峁┹^好的光學性質。然而，由于相同的原因，PCC 填充的紙墊產(chǎn)生在干強度、濕強度和濕紙幅強度上比GCC填充的紙更弱的紙。
[0005] 填充劑通常比纖維遠遠更小，因此填充劑具有比纖維遠遠更大的比表面積。人們 發(fā)現(xiàn)的增加紙張中的填充劑含量的挑戰(zhàn)中的一個是高的填充劑含量減小濕部化學品例如 脫水助劑、濕紙幅強度助劑和濕強度助劑的效率。本發(fā)明將提供新穎的填充劑預處理，以便 其減少將濕部化學品吸附到填充劑表面上，因此增加濕部化學品比如脫水助劑、濕紙幅強 度助劑和濕強度助劑的效率。
[0006] 紙的濕紙幅強度對于紙生產(chǎn)商是非常關鍵的，因為增加紙的濕紙幅強度將增加機 器的運轉性能（runnability)且減少紙張的破損和機器停機時間。紙的濕紙幅強度是在 紙墊中的交織的纖維之間形成的結合（bond)的數(shù)目和強度的函數(shù)。具有較大表面積的填 充劑顆粒更可能變成被接合到那些纖維且干擾那些結合的數(shù)目和強度。因為其較大的表面 積，PCC填充劑比GCC更多地干擾那些結合。
[0007]紙的脫水效率對紙生產(chǎn)商也是非常關鍵，因為在濕紙幅中減小的脫水效率將增加 用于干燥操作的蒸氣需求，減少機器速度和生產(chǎn)效率。脫水助劑被廣泛地使用以改進脫水 效率用于減少能量消耗、增加機器速度和生產(chǎn)效率。
[0008] 因此，存在對用于在造紙過程的濕部中增加紙強度的改進的方法和組合物的清楚 的需求并且用于在造紙過程的濕部中增加紙強度的改進的方法和組合物有實用性。在這部 分中描述的技術不被意圖構成對任何專利、出版物或在本文中提到的其他信息相對于本發(fā) 明是"現(xiàn)有技術"的承認，除非如此特別地指定。此外，這部分不應該被解釋為意指已經(jīng)進 行檢索或沒有如在37C.F.R. §1.56 (a)中定義的其他的相關信息存在。
[0009] 發(fā)明簡述
[0010] 本發(fā)明的至少一個實施方案是涉及包括填充劑的造紙方法。所述方法包括以下的 步驟：提供填充劑顆粒和纖維素纖維備料、用包含至少一種天然樹膠的組合物處理填充劑 顆粒或纖維素纖維備料、用濕紙幅強度添加劑處理纖維素纖維備料、組合填充劑顆粒和纖 維素纖維備料，以及從組合形成紙墊。纖維素纖維備料包含多個纖維素纖維和水。產(chǎn)生的 紙具有比天然樹膠組合物和濕紙幅強度添加劑單獨賦予的強度改進的總和更大的強度。
[0011] 天然樹膠組合物可以在其被添加到纖維素纖維備料之前被添加到填充劑顆粒中。 天然樹膠組合物可以被添加到纖維素纖維備料中。濕紙幅強度添加劑可以包括GPAM。方 法還可以包括將排水助劑添加到纖維素纖維備料中的步驟。填充劑顆粒中的至少某些可以 是以選自由以下組成的清單的一種形式的碳酸鈣：非分散的碳酸鈣、分散的漿料碳酸鈣、白 堊、PCC、GCC及其任何組合。碳酸鈣中的至少一部分可以呈分散的漿料碳酸鈣的形式，所述 分散的漿料碳酸鈣還包含選自以下的至少一項：聚丙烯酸聚合物分散劑、多聚磷酸鈉分散 劑、高嶺土漿料及其任何組合。濕紙幅強度添加劑可以是選自由以下組成的清單的凝結劑： 無機凝結劑、有機凝結劑、縮合聚合凝結劑及其任何組合。
[0012] 發(fā)明詳述
[0013] 以下的定義被提供以確定如何解釋在本申請中使用的術語且特別地如何解釋權 利要求。定義的組織僅是為了方便并且不被意圖將定義中的任何一個限制為任何特定的類 別。
[0014] "AcAm"意指由聚合的丙烯酸單體單元和聚合的丙烯酰胺單體單元構建的共聚物 并且可以包含或可以不包含其他的單體單元。
[0015] "凝結劑"意指具有比絮凝劑更高的電荷密度和更低的分子量的物質組合物，當被 添加到含有細碎的懸浮顆粒的液體中時，所述物質組合物通過離子電荷中和機理使固體不 穩(wěn)定并且聚集。
[0016] "DADMAC"意指二烯丙基二甲基氯化銨的單體單元，DADMAC可以以均聚物或以包含 其他單體單元的共聚物存在。
[0017] "絮凝劑"意指具有低電荷密度和高分子量（超過1，〇〇〇, 〇〇〇)的物質組合物，當被 添加到含有細碎的懸浮顆粒的液體中時，所述絮凝劑通過顆粒間橋接的機理使固體不穩(wěn)定 并且聚集。
[0018] "絮凝化試劑"意指當被添加到液體中時使液體中的膠體和細碎的懸浮顆粒不穩(wěn) 定并且聚集的物質組合物，絮凝劑和凝結劑可以是絮凝化試劑。
[0019] "GCC"意指通過研磨天然存在的碳酸鈣巖石制造的重質碳酸鈣填充劑顆粒。
[0020] "GPAM"意指作為從聚合的丙烯酰胺單體制成的聚合物（也可以是或可以不是包 含一種或更多種其他單體的共聚物）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單元已經(jīng)與乙二醛基團反應，在美國公布專利申請2009/0165978中 描述GPAM的代表性實例。
[0021] "天然樹膠"意指被表征為最初屬于天然起源并且當被放置于溶液中時在所述溶 液中施加大的粘度增加（甚至當以小濃度時）的多糖，天然樹膠包含大量的植物樹脂且包 括但不限于：海藻聚電解質，比如瓊脂、海藻酸、藻酸鈉、卡拉膠；植物學聚電解質，比如來 自金合歡樹樹液的阿拉伯樹膠、來自榆木樹(Anogeissustree)樹液的印度樹膠、來自黃耆 灌木樹液的黃蓍膠、來自榆木樹樹液的刺梧桐樹膠、來自黃耆灌木樹液的黃蓍膠、來自蘋婆 樹樹液的刺梧桐樹膠；不帶電荷的植物制品，比如來自瓜爾豆的瓜爾豆膠、來自角豆樹種子 的槐豆膠、來自燕麥和大麥糠的0 -葡聚糖、來自糖膠樹膠樹的糖膠樹膠、來自龍腦香科樹 樹液的達瑪樹膠、來自魔芋植物的葡甘露聚糖、來自乳香黃連木的乳香黃連木樹膠、來自車 前屬植物的車前子皮、來自云杉樹的云杉樹膠、來自塔拉樹的塔拉樹膠；和細菌發(fā)酵產(chǎn)物， 比如結冷膠和黃原膠，"天然樹膠"還包括天然樹膠衍生物。
[0022] "天然樹膠衍生物"意指在多糖骨架中的單體單元中的一個、某些或全部中已經(jīng)經(jīng) 歷子基團（subgroup)(例如羧甲基、輕丙基）中的一個或更多個的某些化學取代措施的天 然樹膠多糖，取代成分通常包括一種或更多種的硫酸鹽、羧酸（在角叉萊膠、海藻酸鹽、果 膠中發(fā)現(xiàn)）、羧酸酯、丙酮酸（在果膠、黃原膠、zooglan、和methylan中發(fā)現(xiàn)）、羧甲基、羥丙 基、甲基、甲基乙基、羥乙基、羥乙基甲基以及類似物。
[0023] "PCC"意指合成地產(chǎn)生的沉淀碳酸鈣填充劑顆粒。
[0024]"多糖"意指具有包含單糖的多個重復單元的聚合物碳水化合物，在多糖鏈中在兩 個此類連接單糖單元之間形成的c-0-c連接基被稱為糖苷鍵，并且單糖單元的繼續(xù)縮合將 導致多糖，常見的多糖是直鏈淀粉和纖維素，兩