制備配料和紙制品的方法
【專利說明】制備配料和紙制品的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種制備用于制造紙制品的水性配料的方法。本發(fā)明還涉及紙制品。本發(fā)明還涉及改善的助留系統(tǒng)(retent1n system)。
【背景技術(shù)】
[0002]紙張中差的填料保留會導(dǎo)致在造紙工藝的循環(huán)水中的填料含量增加，這會引起加工中的問題?；瘜W(xué)助留劑(例如c-PAM(陽離子聚丙烯酰胺)的使用也有其限制。cPAM是強效的絮凝聚合物，其可容易地因為強烈的絮凝而導(dǎo)致形成問題。
[0003]另一個與高填料比例有關(guān)的問題是紙制品的機械性能的減弱，因為所述填料干擾纖維之間的鍵，所述纖維主要通過纖維素分子之間的氫鍵產(chǎn)生紙制品的結(jié)構(gòu)完整性。cPAM對紙性質(zhì)也不具有任何增強或致密化效果。
[0004]紙制品中填料的差保留性和減弱的機械性能都是由于在纖維網(wǎng)絡(luò)中差的纖維-填料鍵造成的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，需要一種新穎的方法，其中通過增加填料與纖維網(wǎng)絡(luò)的親和性，以通過使填料顆粒保留在纖維網(wǎng)絡(luò)中的方式增加填料比例，同時不過多影響紙制品的強度性質(zhì)。總體來說，也需要一種新穎的不使用cPAM的改善助留體系的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種新穎的制備用于造紙和生產(chǎn)紙板的水性配料的方法，其中由所述配料生產(chǎn)的紙制品具有高填料含量并具有良好機械強度。本發(fā)明的目的還在于提供一種新穎的用于制備配料的方法，以改善纖維和填料之間的相互作用并解決由于添加cPAM而引起的問題?？傮w來說，本發(fā)明的目的還在于開發(fā)造紙的助留體系，無論是否使用填料。
[0007]根據(jù)所述方法，將陽離子天然聚合物、明礬和陰離子納米原纖纖維素(NFC)加入配料中。所述配料包含纖維，其也可包含填料。
[0008]明礬(硫酸鋁)、陽離子天然聚合物和陰離子納米原纖纖維素形成有效的助留體系，其中所述硫酸鋁用作凝結(jié)劑，所述陰離子納米原纖纖維素用作微顆粒。所述陽離子天然聚合物用作陽離子保留劑以及干強度添加劑。
[0009]所述陽離子天然聚合物包括未改性的天然聚合物和天然聚合物的衍生物。所述衍生物通過對聚合物鏈的官能團進行化學(xué)改性而制得。所述衍生物可以是陽離子化改性的多糖，例如陽離子淀粉和陽離子納米原纖化的纖維素。殼聚糖是另一個陽離子化改性的多糖的例子。不同陽離子天然聚合物可混合使用，例如在同一配料中可一起使用陽離子淀粉。
[0010]根據(jù)所述方法的一個方面，用于紙制品制造的水性配料是通過在水中制備纖維懸浮液來制備的，并在所述水性配料中加入明礬、陰離子納米原纖纖維素和陽離子天然聚合物。將這些物質(zhì)在造紙機的短循環(huán)中加入到所述纖維懸浮液(可能含有填料)中。在將所述水性配料轉(zhuǎn)移到造紙機的流漿箱(head box)中之前，將所述明礬、陰離子納米原纖纖維素和陽離子天然聚合物加入到水性配料流中。
[0011]在優(yōu)選的實施方式中，在加入陰離子納米原纖纖維素之前將明礬和陽離子天然聚合物加入到配料中。
[0012]較佳的是，在將水性配料轉(zhuǎn)移到造紙機的輸送栗之前將明礬和陽離子天然聚合物加入到短循環(huán)中，在所述水性配料通過壓力篩之后將陰離子納米原纖纖維素加入到水性配料中。
[0013]或者，在加入陰離子納米原纖纖維素之前在短循環(huán)中加入陽離子天然聚合物，隨后加入明礬。
[0014]在優(yōu)選的實施方式中，在將水性配料轉(zhuǎn)移到造紙機的輸送栗之前將陽離子天然聚合物加入到短循環(huán)中，在所述水性配料通過造紙機的壓力篩之后將明礬和陰離子納米原纖纖維素加入到水性配料中。
[0015]紙制品由配料制備，所述配料至少包含纖維、明礬、陽離子天然聚合物和陰離子納米原纖纖維素。通過從纖維懸浮液中去除水來制造紙制品，所述纖維懸浮液包含以本文所述的任何順序添加的上述添加劑和可能的填料。這樣制備的紙制品至少包含纖維、明礬、陽離子天然聚合物和陰離子納米原纖纖維素，也可能包含填料。在本申請中，術(shù)語“紙制品”應(yīng)理解為還包括通常稱為“紙板”或“板”的制品，也就是說，該術(shù)語不局限于具體基準重量。同樣，本文中所用的術(shù)語“造紙機”是也應(yīng)解釋為包括造板機(board machines)。
[0016]在一個實施方式中，所述配料可包含0.1-30公斤/噸，優(yōu)選0.5-15公斤/噸(干重，以配料的總干重為基準計)的陰離子NFC ,0.1-30,優(yōu)選1-15，最優(yōu)選1.5_10公斤/噸的陽離子天然聚合物、以及0.1-5，優(yōu)選0.5-3，最優(yōu)選0.6-2.5公斤/噸的明礬。
[0017]因此，本發(fā)明提供了一種用于制造紙制品的助留體系，其中使用陽離子天然聚合物、明礬和陰離子納米原纖纖維素。
【附圖說明】
[0018]圖1說明了本發(fā)明方案的示例性方法，其中附圖標記F表示陰離子納米原纖纖維素(NFC)，附圖標記S表示陽離子天然聚合物(在實施例中為陽離子淀粉或陽離子NFC)，附圖標記A表示明礬(硫酸鋁)。箭頭表示用白水稀釋后，將配料從機器室中轉(zhuǎn)移到造紙機的形成部分的過程，即它表示造紙機的短循環(huán)。
[0019]圖2顯示了用含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料制備的紙制品的克重性質(zhì)。“FSA”在本圖和其它圖中表示新的助留體系。
[0020]圖3顯示了將用含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料制備的紙樣品燃燒后測定的灰含量。
[0021]圖4顯示了含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料的總保留量。
[0022]圖5顯示了含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料中納米原纖纖維素(“生物原纖(b1fibrils )”)的保留量。
[0023]圖6顯示了含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料制備的紙的內(nèi)部鍵強。
[0024]圖7顯示了含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料制備的紙的拉伸強度指數(shù)。
[0025]圖8顯示了含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料制備的紙在機械加工方向(md)上的斷裂應(yīng)變。
[0026]圖9顯示了含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料制備的紙的形成。
[0027]圖10顯示了含有如圖下方表格中所示的各種成分的配料制備的紙的本特生法(Bendtsen)的空氣滲透。
[0028]圖11顯示了紙中納米原纖纖維素含量與本特生法空氣滲透(上圖)之間的線性關(guān)系，以及紙中納米原纖纖維素含量與內(nèi)部鍵強(下圖)之間的線性關(guān)系，以及
[0029]圖12和13顯示了測試中線保留和灰保留，其中在配料中用陽離子NFC取代陽離子淀粉用作陽離子天然聚合物。
[0030]發(fā)明詳述
[0031]在下面的公開中，如果沒有另外說明，所有的百分數(shù)值是以重量計。另外，如果沒有另外說明，所有給定的數(shù)字范圍包括該范圍的上限值和下限值。
[0032]造紙機中傳統(tǒng)的助留體系是基于陽離子聚合物，例如c-PAM以及可能的一種或多種其它組分的。通常，其它組分是陰離子型的，例如膨潤土或二氧化硅。
[0033]c-PAM是強效的絮凝聚合物，其可容易地因為強烈的絮凝而導(dǎo)致形成問題。且C-PAM對于紙性質(zhì)沒有任何增強或致密化作用。
[0034]在本發(fā)明的方法中，陽離子聚合物和其陰離子對應(yīng)物可用明礬和陰離子微顆粒(其是陰離子納米原纖纖維素)替代，這種替代通過仍然加入陽離子天然聚合物，例如陽離子化改性的多糖(可以是陽離子淀粉和/或陽離子納米原纖纖維素)進行。
[0035]換而言之，長期存在的由于使用c-PAM作為助留劑而引起的問題通過本發(fā)明的方法得以解決。此外，加入陽離子天然聚合物，例如陽離子化改性的多糖，以及明礬和陰離子納米原纖纖維素對紙性質(zhì)具有協(xié)同作用。
[0036]納米原纖纖維素(NFC)
[0037]術(shù)語納米原纖纖維素表示源自纖維素原材料的分離的纖維素微原纖或微原纖束的集合。
[0038]納米原纖纖維素具有特別高的縱橫比:其長度可超過I微米而其數(shù)均直徑通常低于200nm。納米原纖束的直徑也可以更大，但通常小于5μπι。最小的納米原纖類似