TW201311969A - 製造紙及紙板的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種製造紙及紙板的方法，其包含：(a)將填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑引入至混合區中以形成填料組合物；(b)藉助幫浦將該填料組合物引入至包含纖維素纖維之水性懸浮液中；及(c)對該所獲得懸浮液進行脫水。本發明亦係關於一種製造填料組合物之方法，其包含：(a)將填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑引入至混合區中以形成填料組合物；(b)藉助幫浦將該填料組合物引入至儲存槽中。

Description

製造紙及紙板的方法
本發明係關於製造紙及紙板的方法。更特定而言，本發明係關於製造適用於紙及紙板製造方法中之填料組合物之方法，及製造紙及紙板之方法，其中將填料組合物引入至纖維素懸浮液中。
填料及填料組合物已眾所周知且廣泛用於造紙應用中，以藉由用較低廉填料代替相對昂貴之原生纖維素纖維來降低紙成本。填料亦使得可改良某些紙性質，諸如表面平滑度、可印刷性及諸如不透明性及亮度等光學性質。然而，可不利地影響其他紙性質。舉例而言，填料紙與無填料紙相比通常呈現較低強度性質。
以習用方式製造填料紙以符合特定規格，例如抗張強度、抗張挺度、Scott內結合強度(Scott Bond)、厚度、克重、填料含量等。當以指定克重製造紙時，已觀察到，當填料含量增加時紙厚度降低。不合格之紙厚度可引起(例如)高速轉換及最終用途操作中之處置問題。
填料紙之厚度減少可藉由增加克重(即，根據規格成比例增加該製程中所用纖維素纖維及填料之量)來補償，此意味著總製造成本將增加。厚度減少亦可藉由用膨鬆漿(例如BCTMP，鬆散CTMP)代替常用硫酸鹽/亞硫酸鹽漿之一部分來補償。然而，可存在與使用該等漿相關之缺點及問題。
因此，業內仍需要製造具有經改良厚度控制、在高速轉換及最終用途操作中之經改良流動性及經改良或維持之強度性質的填料紙及紙板之方法。業內亦需要製造賦予紙及紙板上述性質及優點之填料組合物之方法。
本發明之目的係提供製造尤其當增加所製造之紙及紙板之填料含量時具有經改良厚度控制(即，維持厚度或至少使厚度損失減少)之紙及紙板之方法。本發明之另一目標係提供製造在高速轉換及最終用途操作中具有經改良流動性之填料紙及紙板之方法。因此，可避免或至少減少任何由紙厚度不合格所造成之操作及流動性問題，例如複印機中之雙進紙或卡紙、表格印刷機及其他轉換機中之降低操作速度及印刷及信封摺疊機上之註冊錯誤。
本發明之又一目標係提供製造尤其當增加所製造之紙及紙板之填料含量時具有維持或改良強度性質之填料紙及紙板之方法。由本發明製造之填料紙及紙板之實質上可維持或改良之強度性質包括抗張強度、抗張挺度、抗彎曲性、z強度、Scott內結合強度及蠟黏性。
本發明之再一目標係提供製造紙及紙板之方法，其中可因應於任一厚度偏差(例如偏離厚度規格之偏差)容易地調節填料含量及填料與存於填料組合物中之其他組份之比例，從而提供具有規格內厚度及維持或改良強度性質之填料紙及紙板。
藉由使用本發明，可降低纖維含量並增加紙及紙板之填 料含量，同時獲得所製造之紙或紙板之經改良厚度控制及維持或增加之強度性質。不合格之紙厚度可引起(例如)高速轉換及最終用途操作中之處置問題。該等問題之實例包括複印機中之雙進紙或卡紙、表格印刷機及其他轉換機中之降低操作速度及印刷及信封摺疊機上之註冊錯誤。
因此，可減少原生纖維素纖維使用、增加填料載量同時維持強度性質且提供經改良之紙及紙板之製造方法，此產生環境及經濟益處。
本發明之再一目標係提供製造適用於紙及紙板製造方法中之填料組合物之方法，其中可容易地調節填料與存於填料組合物中之其他組份之比例。
因此，在一個態樣中，本發明係關於製造紙及紙板之方法，其包含：(a)將填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑引入至混合區中以形成填料組合物；(b)藉助幫浦將填料組合物引入至包含纖維素纖維之水性懸浮液中；及(c)對所獲得懸浮液進行脫水。
在另一態樣中，本發明係關於製造填料組合物之方法，其包含：(a)將填料陰離子多醣及一或多種陽離子試劑引入至混合區中以形成填料組合物；(b)藉助幫浦將填料組合物引入至儲存槽中。
本發明之該等及其他目標及態樣將進一步詳細闡述於下 文中。
本發明包含填料之用途。如本文所用，術語「填料」意欲包括合成及天然礦物填料及顏料。本發明之適宜填料之實例包括矽灰石、高嶺石(kaolinite)(例如高嶺土(kaolin)、瓷土(china clay)、煅燒之黏土)、二氧化鈦、石膏、塊滑石(例如滑石粉、水滑石、水鎂鋁石、碳鎂鐵礦、水碳鎂鐵石(sjögrenite)、菱水鉻鎂石、水碳鉻鎂石、水鋁鎳石、水碳鐵鎳石、水碳錳鎂石、碳鋁鎂鈉礬、水鋁鎂鈣石、透鎂鋁石、片碳鎂石、鎂鉻鐵礦、鎳鋁礬、鎳鐵礬、水銅鋁礬、水氯鐵鎂石、水鐵鎳礬及鉻鎳鎂礬)、矽石(例如沈澱矽石及沈澱矽酸鋁)、膨潤石(例如蒙脫石(montmorillonite)/膨潤土、鋰膨潤石、鋁膨潤石、鐵膨潤石及鎂膨潤石)、氫化鋁氧化物(三氫氧化鋁)、硫酸鈣、硫酸鋇、草酸鈣以及天然及合成碳酸鈣。適宜天然及合成碳酸鈣之實例包括白堊、磨碎的大理石(ground marble)、磨碎的碳酸鈣(GCC)及沈澱碳酸鈣(PCC)，包括存在之多種結晶形式或形態中之任一種，例如菱形、柱狀、板狀、立方體及偏三角面體形式之方解石及針狀形式之霰石。填料適宜地係高嶺土或諸如磨碎的碳酸鈣及沈澱碳酸鈣等碳酸鈣。填料適宜地以水性漿液形式使用。
本發明包含陰離子多醣之用途。陰離子多醣適宜係水可分散性的或水溶性的，較佳係水溶性的或至少部分水溶性的。陰離子多醣適宜地以水性組合物形式使用。陰離子多 醣含有陰離子基團，其可係天然的及/或藉由化學處理多醣而引入。天然陰離子多醣之實例包括天然馬鈴薯澱粉，其含有大量共價結合磷酸鹽單酯基團。陰離子多醣亦可含有陽離子基團，只要多醣係淨陰離子或具有淨陰離子電荷即可，即，陰離子基團數量高於陽離子基團數量或陰離子基團之取代度高於陽離子基團之取代度。較佳地，陰離子多醣不含或實質上不含陽離子基團。
可存於陰離子多醣中之適宜陰離子基團之實例包括羧酸根基(例如羧基烷基)、硫酸根基、磺酸根基(例如磺基烷基)、磷酸根基及膦酸根基，其中烷基可係甲基、乙基、丙基及其混合物，適宜地甲基；陰離子多醣適宜地含有包含羧酸根基(例如羧基烷基)之陰離子基團。陰離子基團之相對離子通常係鹼金屬或鹼土金屬，適宜地鈉。陰離子基團亦可以其酸形式存在，藉此在水性環境中形成相應陰離子基團。
可存於陰離子多醣中之適宜陽離子基團之實例包括胺鹽，適宜地三級胺鹽及四級銨基團，較佳係四級銨基團。含有陽離子基團之適宜陰離子多醣之實例包括彼等藉由使陰離子多醣與選自2,3-環氧丙基三甲基氯化銨、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨及其混合物之四級銨化試劑反應所獲得者。
本發明之陰離子多醣可含有非離子基團，例如烷基或羥基烷基(例如羥甲基、羥乙基、羥丙基、羥丁基)及其混合物，例如羥乙基甲基、羥丙基甲基、羥丁基甲基、羥乙基 乙基及諸如此類。在本發明之較佳實施例中，陰離子多醣含有陰離子及非離子基團二者。
本發明之適宜陰離子多醣之實例包括葡聚糖(例如右旋糖酐及纖維素)、半乳甘露聚糖(例如瓜耳膠，guar gum)、幾丁質、聚葡萄胺糖、聚糖、半乳聚糖、黃原膠、果膠、甘露聚糖、糊精、海藻酸鹽及鹿角菜膠(carragenane)。適宜澱粉之實例包括馬鈴薯、玉米、小麥、樹薯、粳米、糯玉米等。較佳地，陰離子多醣係選自纖維素衍生物，較佳陰離子纖維素醚。適宜陰離子多醣及纖維素衍生物之實例包括羧基烷基纖維素(例如羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、羧丙基纖維素、磺乙基羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素(「CM-HEC」)、羧甲基纖維素)，其中纖維素由一或多種非離子取代基取代，較佳係羧甲基纖維素(「CMC」)。適宜纖維素衍生物之實例包括彼等揭示於美國專利第4,940,785號中者，該專利以引用方式併入本文中。
陰離子多醣之陰離子基團之取代度通常為至少約0.001或至少約0.01，適宜地為至少約0.05或至少約0.10且較佳為至少約0.15；且陰離子基團之取代度通常至多約1.0或至多約0.75，適宜地為至多約0.65或至多約0.50且較佳為至多約0.45。
陰離子多醣之重量平均分子量通常為至少2,000道爾頓(Dalton)或至少約5,000道爾頓，適宜地為至少50,000道爾頓或至少約100,000道爾頓；且平均分子量通常至多約 30,000,000道爾頓或至多約25,000,000道爾頓，適宜地為至多約1,000,000道爾頓或至多約500,000道爾頓。
本發明包含一或多種陽離子試劑之用途。如本文所用，術語「陽離子試劑」意欲包括任一陽離子有機及無機化合物。如本文所用，術語「陽離子有機化合物」亦係指第一陽離子試劑。如本文所用，術語「陽離子無機化合物」亦係指第二陽離子試劑。
適宜陽離子有機化合物或第一陽離子試劑包括水溶性及水可分散性、較佳為水溶性陽離子有機化合物。一或多種陽離子試劑適宜地以水性組合物形式使用。陽離子有機化合物可係合成的或衍生自天然源且使得為陽離子性。適宜陽離子有機化合物之實例包括陽離子有機聚合物，例如縮聚物，如陽離子聚胺、陽離子聚醯胺胺、陽離子聚乙亞胺及陽離子二氰基二醯胺聚合物；烯系不飽和陽離子單體或包含至少一種陽離子單體之單體摻合物之陽離子乙烯加成聚合物，如基於丙烯醯胺之陽離子聚合物、基於丙烯酸酯之陽離子聚合物、基於乙烯基胺/乙烯基甲醯胺之陽離子聚合物及基於二烯丙基二烷基氯化銨之陽離子聚合物。適宜烯系不飽和陽離子單體之實例包括(甲基)丙烯酸二烷基胺基烷基酯及二烷基胺基烷基(甲基)丙烯醯胺(較佳呈四級銨化形式)及二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)。通常自約10莫耳%至100莫耳%之陽離子單體及0莫耳%至90莫耳%之其他單體(百分比之總和為100)製備烯系不飽和單體之陽離子聚合物。陽離子單體之量通常係至少80莫耳%，適宜 地為100莫耳%。適宜地，一或多種陽離子試劑包含陽離子縮聚物，較佳為陽離子聚胺。
陽離子有機化合物之重量平均分子量通常為至少約1,000，適宜地為至少約2,000且較佳為至少約5,000。通常，重量平均分子量至多約4,000,000，適宜地為至多約2,000,000且較佳為至多約700,000。陽離子有機化合物之電荷密度通常係至少約0.2 meq/g，適宜地係至少約1 meq/g；且電荷密度通常至多約15 meq/g，適宜地係至多約10 meq/g。
適宜陽離子無機化合物或第二陽離子試劑之實例包括無機單價、二價及多價陽離子及聚電解質，例如鋁化合物。適宜鋁化合物之實例包括明礬(硫酸鋁)、鋁酸鹽(例如鋁酸鈉及鋁酸鉀)及聚合鋁化合物(例如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合矽酸硫酸鋁)及其混合物。適宜地，一或多種陽離子試劑包含聚合鋁化合物，較佳為聚合氯化鋁。
本發明之一或多種陽離子試劑適宜包含至少一種陽離子有機化合物或第一陽離子試劑(如上所界定)及一種陽離子無機化合物或第二陽離子試劑(如上所界定)。陽離子有機及無機化合物之適宜組合之實例包括陽離子有機聚合物及聚合鋁化合物，適宜地為陽離子縮聚物及聚合鋁化合物，且較佳為陽離子聚胺及聚合氯化鋁。
本發明之方法包含將填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑引入至混合區中以形成填料組合物，及然後將填料組合物泵送至水性懸浮液(包含纖維素纖維，下文亦稱作 「纖維素懸浮液」)中，或將填料組合物泵送至儲存槽中。
混合區可係適用於混合之幫浦、靜態混合器、罐，例如紙或紙板製造機之混合箱或填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑流彙聚之區。較佳地，混合區係幫浦或混合槽。若混合區係幫浦，則較佳使用該幫浦來將所獲得填料組合物泵送至紙或紙板製程中之纖維素懸浮液中或儲存槽中。若混合區係混合槽(例如混合箱)，則藉助幫浦將所獲得填料組合物適宜地引入至紙或紙板製程中之纖維素懸浮液中或儲存槽中。在製造方法中，儲存槽可係填料組合物在運送至紙或紙板製造機之前儲存之任一罐，或填料組合物藉助幫浦自其引入至紙或紙板製程中之纖維素懸浮液中的任一罐。
該方法可係藉由將填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑以任一次序且以任一預混合形式進料至混合區以形成填料組合物來實施。舉例而言，可在混合區中混合填料及陰離子多醣以形成填料預混物，且然後可將一或多種陽離子試劑引入至混合區中，以與存於其中之填料預混物混合以形成填料組合物。
該方法亦可藉由以下來實施：在填料預混合區中混合填料及陰離子多醣以形成填料預混物，且然後將填料預混物引入至混合區中。填料預混合區可係適用於混合之幫浦、靜態混合器、罐，例如紙或紙板製造機之混合箱或填料流及陰離子多醣流彙聚之區，例如藉由適宜地佈置管道，該 等流經由該等管道進料。較佳地，填料預混合區係幫浦或靜態混合器。若填料預混合區係混合槽(例如混合箱)，則藉助幫浦將填料預混物適宜地引入至混合區中。
當兩種或更多種陽離子試劑(例如第一及第二陽離子試劑)用於該方法中時，該方法可藉由以下來實施：在陽離子試劑預混合區中混合第一陽離子試劑及第二陽離子試劑以形成陽離子試劑預混物，且然後將陽離子試劑預混物引入至混合區中。陽離子試劑預混合區可係適用於混合之幫浦、靜態混合器、罐，例如紙或紙板製造機之混合箱或第一陽離子試劑流及第二陽離子試劑流彙聚之區。較佳地，陽離子試劑預混合區係幫浦或第一及第二陽離子試劑流彙聚之區，例如藉由適宜佈置管道，該等流經由該等管道進料。若陽離子試劑預混合區係混合槽(例如混合箱)，則藉助幫浦將陽離子試劑預混物適宜地引入至混合區中。
本發明較佳包含幫浦之用途。如本文所用，術語「幫浦」意指任一幫浦或具有幫浦效應之設備。使用如上所述之一或多種幫浦提供若干益處，且使得可容易地調節至混合區中之填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑之劑量、至纖維素懸浮液中之填料組合物之劑量，且由此調節製造之紙或紙板之各種性質、具體而言紙及紙板厚度及填料含量。適宜地，一或多種具有可調節幫浦容量之幫浦用於該方法中，具體而言用於將填料組合物引入至纖維素懸浮液中之步驟中。
該方法亦適宜包含以下：提供欲製造之紙或紙板之厚度 規格；(例如)在製造期間在線或製造後人工量測所製造紙或紙板之厚度；比較所量測厚度與厚度規格以鑑別任何厚度差；及視情況藉由調節填料組合物之劑量且藉此調節紙或紙板之填料含量來減少厚度差以提供符合厚度規格之紙或紙板。適宜地，一或多個電腦及電腦程式用於量測厚度，比較所量測厚度與厚度規格，且藉由調節填料含量來減少厚度差以提供符合厚度規格之紙或紙板。
在該方法中，填料、陰離子多醣、一或多種陽離子試劑、填料組合物、填料預混物及陽離子試劑預混物較佳係水性的，即其較佳地含有水。其他組份(例如，殺生物劑；防腐劑；填料、陰離子多醣及陽離子試劑之製程之副產物)當然亦可存於填料、陰離子多醣、一或多種陽離子試劑、填料組合物、填料預混物及陽離子試劑預混物中。
填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑在本文中亦統稱為「組份」，其可用於該方法中且存於填料組合物、填料預混物及陽離子試劑預混物中，其量尤其可端視組份類型及數量、預期用途、期望填料含量、期望成本節省、期望紙強度等而在寬範圍內變化。
若使用，填料通常以如下量存於填料組合物及填料預混物中：各別地基於填料組合物或填料預混物之總重量，至少約1重量%，適宜地為至少約2重量%或至少約5重量%，且較佳為至少約10重量%。若使用，填料通常以如下量存於填料組合物及填料預混物中：各別地基於填料組合物或填料預混物之總重量，至多99重量%，適宜地為至多約75 重量%或至多約50重量%，且較佳為至多約45重量%。
若使用，陰離子多醣通常以如下量存於填料組合物及填料預混物中：基於填料之重量，至少約1 kg/ton，適宜地為至少約2 kg/ton或至少約3 kg/ton，且較佳為至少約5 kg/ton。若使用，陰離子多醣通常以如下量存於填料組合物及填料預混物中：基於填料之重量，至多約100 kg/ton，適宜地為至多約50 kg/ton或至多約30 kg/ton，且較佳為至多約20 kg/ton。
若使用，一或多種陽離子試劑(例如第一及第二陽離子試劑)通常以如下量存於填料組合物及陽離子試劑預混物中：基於本方法中所用之填料之重量，至少約0.001 kg/ton，適宜地為至少約0.01 kg/ton或至少約0.1 kg/ton，且較佳為至少約1.0 kg/ton；且其通常以如下量存在：基於填料之重量，至多約30 kg/ton，適宜地為至多約15 kg/ton或至多約10 kg/ton，且較佳為至多約5 kg/ton。當陽離子試劑係鋁化合物時，基於填料之重量，按Al2O3計算本文中所界定之量。
填料組合物之陽離子試劑與陰離子多醣之重量比通常為自約10：1至約1：1000，適宜地為自約2：1至約1：100，且較佳為自約1：1至約1：40。
若使用，水通常以如下量存於填料組合物及填料預混物中：基於各別填料組合物或填料預混物之總重量，自約1重量%，適宜地為至少約25重量%或至少約50重量%，且較佳為至少約55重量%。水通常以如下量存於填料組合物 及填料預混物中：基於各別填料組合物或填料預混物之總重量，至多99重量%，適宜地為至多約98重量%或至多約95重量%，且較佳為至多約90重量%，百分比總計為100。
根據本發明，可將填料組合物引入至纖維素懸浮液中，其量尤其可端視纖維素懸浮液類型、填料類型、陰離子多醣類型、陽離子試劑類型、所製造紙之類型、添加點等而在寬範圍內變化。通常將填料組合物以如下量添加至纖維素懸浮液中：基於乾纖維素纖維按乾填料計算，至少約1 kg/ton，適宜地為至少約10 kg/ton或至少約50 kg/ton，較佳為至少100 kg/ton。通常將填料組合物以如下量添加至纖維素懸浮液中：基於乾纖維素纖維按乾填料計算，至多2000 kg/ton，適宜地為至多1500 kg/ton，且較佳為至多1000 kg/ton或750 kg/ton。本發明之紙之填料含量通常在自1重量%至約67重量%、適宜地為自約5重量%至約50重量%或自約10重量%至約40重量%之範圍內。
較佳地，在混合區中混合該方法中所用之各組份，將所得填料組合物泵送並引入至纖維素懸浮液中，其中混合填料組合物之組份與纖維素纖維，將所獲得懸浮液進料至流漿箱，該流漿箱將懸浮液噴射至形成絲網上，藉此對懸浮液進行排洩以提供含有填料組合物之固體組份之濕纖維素漿板或板片，然後對漿板或板片進一步進行脫水並在紙或紙板製造機之乾燥區中進行乾燥以提供填料紙或紙板。較佳地在紙或紙板製造機中連續實施本發明之方法。
在本發明之方法中，當然亦可藉由引入至纖維素懸浮液 中或施加至所獲得之紙或紙板之漿板或板片使用其他添加劑。該等添加劑之實例包括習用填料、光學增白劑、上漿劑、乾增強劑、濕增強劑、陽離子凝結劑、助洩劑及助留劑等。
適宜習用填料之實例包括上文所提及之填料，適宜地高嶺土、瓷土、二氧化鈦、石膏、滑石粉、天然及合成碳酸鈣(例如白堊)、磨碎的大理石、磨碎的碳酸鈣及沈澱碳酸鈣、氫化鋁氧化物(三氫氧化鋁)、硫酸鈣、硫酸鋇、草酸鈣等。適宜濕增強劑之實例包括陽離子聚胺及聚胺基醯胺，包括藉由使聚胺及聚胺基醯胺與表氯醇反應所獲得之產物。
適宜上漿劑之實例包括非纖維素反應上漿劑，例如基於松香之上漿劑(如基於松香之肥皂、基於松香之乳液/分散液)；纖維素反應上漿劑，例如諸如烷基及烯基琥珀酸酐(ASA)等酸酐乳液/分散液；烯基及烷基烯酮二聚體(AKD)及多聚體；以及烯系不飽和單體之陰離子型、陽離子型及兩性聚合物，例如苯乙烯及丙烯酸酯之共聚物。可將一或多種上漿劑添加至纖維素懸浮液，在表面上漿施加時施加至紙，或二者。在較佳實施例中，將至少一種上漿劑添加至纖維素懸浮液中且將至少一種上漿劑施加至紙。
適宜陽離子凝結劑之實例包括陽離子有機聚合凝結劑及陽離子無機凝結劑。適宜陽離子有機聚合凝結劑之實例包括上文所提及之陽離子有機聚合物。適宜陽離子無機凝結劑之實例包括上文所提及之陽離子無機化合物。
適宜助洩劑及助留劑之實例包括有機聚合物、無機材料(例如陰離子微粒材料，例如諸如基於二氧化矽之膠體粒子等矽質材料)、蒙脫石/膨潤土及其組合。如本文所用，術語「助洩劑及助留劑」係指一或多種添加劑，當其添加至纖維素懸浮液中時與當未添加該一或多種添加劑時之所獲得者相比，其給出較佳排洩及/或保留。可在將本發明之填料組合物引入至纖維素懸浮液中之前、同時、期間及之後，較佳在將填料組合物引入至纖維素懸浮液中之後，將助洩劑及助留劑添加至纖維素懸浮液。
適宜有機聚合物之實例包括陰離子、兩性及陽離子澱粉；基於丙烯醯胺之陰離子、兩性及陽離子聚合物，包括基於丙烯醯胺之基本上直鏈、具支鏈及交聯陰離子及陽離子聚合物；以及陽離子聚(二烯丙基二甲基氯化銨)；陽離子聚乙亞胺；陽離子聚胺；陽離子聚醯胺胺及基於乙烯醯胺之聚合物、三聚氰胺甲醛及脲甲醛樹脂。適宜地，助洩劑及助留劑包含至少一種陽離子聚合物或兩性聚合物，較佳為陽離子聚合物。陽離子澱粉及陽離子聚丙烯醯胺係尤佳聚合物，且其可單獨使用、彼此一起使用或與其他聚合物(例如其他陽離子及/或陰離子聚合物)一起使用。聚合物之重量平均分子量適宜地高於約1,000,000，且較佳為高於約2,000,000。聚合物之重量平均分子量之上限並不重要；其可係約50,000,000，通常係約30,000,000且適宜地係約25,000,000。然而，自天然源衍生之聚合物之重量平均分子量可更高。
基於二氧化矽之粒子(即基於SiO2或矽酸之粒子)通常以水性膠體分散液(即，所謂的溶膠)形式提供。基於二氧化矽之適宜粒子之實例包括膠體二氧化矽及不同類型(均聚或共聚)之聚矽酸。基於二氧化矽之溶膠可經改質且含有其他元素，例如鋁、硼、氮、鋯、鎵、鈦及諸如此類，其可存於水相及/或基於二氧化矽之粒子中。此種類型之基於二氧化矽之適宜粒子之實例包括鋁改質之膠體二氧化矽及矽酸鋁。亦可使用該等基於二氧化矽之適宜粒子之混合物。基於二氧化矽之適宜陰離子粒子之實例包括彼等平均粒徑低於約100 nm、較佳係低於約20 nm且更佳地在自約1 nm至約10 nm之範圍內者。如二氧化矽化學中所習用，粒徑係指主要粒子之平均大小，該等粒子可聚集或非聚集。基於二氧化矽之粒子之比表面積適宜高於約50 m2/g且較佳高於約100 m2/g。通常，比表面積可至多約1700 m2/g。比表面積係藉助用NaOH滴定以眾所周知之方式來量測，例如如G.W.Sears在Analytical Chemistry 28(1956)：12,1981-1983及在美國專利第5,176,891號中所闡述。因此，所給面積表示粒子之平均比表面積。基於二氧化矽之適宜粒子之其他實例包括彼等在溶膠中具有自5%至50%範圍內之S值存在者。S值可如Iler及Dalton在J.Phys.Chem.60(1956),955-957中所闡述來量測並計算。S值指示聚集或微凝膠形成之程度，且較低S值指示較高之聚集程度。
助洩劑及助留劑之適宜組合之實例包括陽離子聚合物及陰離子微粒材料(如矽質材料)，例如陽離子澱粉及基於二 氧化矽之陰離子膠體粒子；基於丙烯醯胺之陽離子聚合物及基於二氧化矽之陰離子膠體粒子；基於丙烯醯胺之陽離子聚合物、基於丙烯醯胺之陰離子聚合物及基於二氧化矽之陰離子膠體粒子或膨潤土；及基於丙烯醯胺之陽離子聚合物及膨潤土。
在本方法中使用其他添加劑時，可將該等組份添加至纖維素懸浮液中或施加至紙，其量尤其可端視組份類型及數量、纖維素懸浮液類型、填料含量、所製造之紙類型、添加時刻等而在寬範圍內變化。通常將上漿劑以如下量引入至纖維素懸浮液中且/或施加至紙：基於乾纖維之重量，至少約0.01重量%，適宜地係至少約0.1重量%，且上限通常係約2重量%，適宜地係約0.5重量%。通常，將助洩劑及助留劑以與當不使用該等助劑時所獲得者相比給出較佳之過濾及/或留著之量引入至纖維素懸浮液中。通常彼此獨立地引入至如下量之助洩劑及助留劑、乾增強劑及濕增強劑：基於乾纖維之重量，至少約0.001重量%，經常地至少約0.005重量%，且上限通常係約5重量%，且適宜地約1.5重量%。
該方法可用於自不同類型之纖維素纖維之水性懸浮液製造紙及紙板，且基於乾物質，懸浮液應適宜地含有至少約25重量%且較佳至少約50重量%之該等纖維。懸浮液可基於來自以下之纖維：化學漿，例如硫酸鹽、亞硫酸鹽及有機溶媒漿(organosolv pulp)；機械漿，例如熱磨機械漿、化學熱磨機械漿、精磨漿及磨木漿(來自闊葉樹材及針葉 樹材二者)；且亦可基於視情況來自脫墨漿之再循環纖維；及其混合物。本發明之紙及紙板可用於多種應用中，且該紙適宜用作書寫及印刷紙。
實例
在以下實例中進一步闡釋本發明，然而，其並非意欲限制本發明。除非另有說明，否則份數及%分別係指重量份數及重量%，且所有懸浮液均係水性的。
除非另有說明，否則實例中使用以下組份。
GCC：磨碎的碳酸鈣(Hydrocarb 60,Omya)
PAC：聚合氯化鋁(Eka ATC 8210)
PA：陽離子聚胺(Eka ATC 4150)
CMC：羧甲基纖維素，陰離子基團之DS為0.3-0.4(Gabrosa 947,Akzo Nobel)
C-澱粉：陽離子澱粉(Perlbond 970,Lyckeby)
C-PAM：陽離子聚丙烯醯胺(Eka PL 1510)
二氧化矽：基於二氧化矽之陰離子粒子之水性溶膠(Eka NP 442)
在由Techpap SAS,France供應之動態紙頁成形器(Formette Dynamique)中製造紙片。用於實例中之紙配料係基於針葉木漂白硫酸鹽漿(NBKP)及短纖維漂白硫酸鹽漿(LBKP)。水性纖維素懸浮液之稠度係0.5重量%，且藉由添加磺酸鈉將導電率調節至0.5 mS/cm。以700 rpm之速度攪拌纖維素懸浮液，且將其添加至存於動態紙頁成形器之混合箱中之纖維素懸浮液中，隨後攪拌。
在該方法中，將GCC填料漿液進料至混合槽，向其中引 入水性CMC溶液(1重量% CMC)並混合以形成均質填料預混物。將PAC、PA及水並行添加至預混合槽中以形成陽離子試劑預混物，然後將其引入至混合槽中，隨後藉助具有可調節幫浦容量之幫浦將固體含量為20重量%之所得填料組合物引入至纖維素懸浮液中，105 s後排洩。在排洩之前將助洩劑及助留劑以以下順序、劑量及時間添加至所獲得纖維素懸浮液中：添加C-澱粉(基於乾紙片，8 kg/ton)，45 s後排洩；添加C-PAM(基於乾紙片，0.2 kg/ton)，15 s後排洩；添加二氧化矽(按SiO2計算且基於乾紙頁，0.5 kg/ton)，5 s後排洩。紙片係藉由以下形成：將纖維素懸浮液自混合箱泵送穿過橫向噴嘴至旋轉輥筒中，進而至絲網頂部上之水膜上，對漿料進行排洩以形成紙片，將紙片進行壓製並乾燥。根據ISO 187：1990在氣候室中對填料紙試樣進行處理，且此後根據ISO 536：1995藉由量測克重對其進行評價，根據ISO 1924-2及ISO 1924-3：2005藉助Lorenzen & Wettre,Sweden之Alwetron TH1量測厚度、抗張強度及抗張挺度，且根據Tappi T 833 pm-94藉助Scott內結合強度測試機(Scott Internal bond tester)量測Scott內結合強度。
下表展示當將填料組合物以不同之量添加至纖維素懸浮液中而得到不同填料含量之紙試樣時所獲得之結果。在第1-3號測試中，未添加填料組合物。CMC、PAC及PA之劑量均基於乾GCC填料。GSM意指克重，MD意指機器方向，且CD意指橫向方向。
該表展示，本發明使得可增加紙及紙板之填料含量，同時實質上維持厚度且實質上維持或增加強度性質。

Claims (23)

  1. 一種製造紙及紙板之方法，其包含：(a)將填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑引入至混合區中以形成填料組合物；(b)藉助幫浦將該填料組合物引入至包含纖維素纖維之水性懸浮液中；及(c)對該所獲得懸浮液進行脫水。
  2. 一種製造填料組合物之方法，其包含：(a)將填料、陰離子多醣及一或多種陽離子試劑引入至混合區中以形成填料組合物；(b)藉助幫浦將該填料組合物引入至儲存槽中。
  3. 如請求項1之方法，其中其進一步包含：(i)提供欲製造之紙或紙板之厚度規格；(ii)量測所製造之紙或紙板之厚度，(iii)比較所量測厚度與該厚度規格以鑑別任何厚度差；及(iv)視情況藉由調節填料組合物之劑量且藉此調節該紙或紙板之填料含量來減少該厚度差，以提供符合該厚度規格之紙或紙板。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中其包含在該混合區中混合該填料及該陰離子多醣以形成填料預混物，及然後將該一或多種陽離子試劑引入至該混合區中以形成該填料組合物。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中其包含在填料預混 合區中混合該填料及該陰離子多醣以形成填料預混物，及然後將該填料預混物引入至該混合區中。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該混合區係幫浦、靜態混合器或混合槽。
  7. 如請求項5之方法，其中該填料預混合區係幫浦、靜態混合器或混合槽。
  8. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該幫浦具有可調節之幫浦容量。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中該填料係礦物填料。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該填料係選自碳酸鈣，較佳係沈澱碳酸鈣及磨碎的碳酸鈣及其混合物。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該陰離子多醣係選自陰離子澱粉、陰離子纖維素衍生物及其混合物，較佳係纖維素衍生物。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中該陰離子多醣係羧甲基纖維素。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中該陰離子多醣具有至多0.65之陰離子基團取代度。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中該一或多種陽離子試劑包含兩種或更多種陽離子試劑。
  15. 如請求項1至14中任一項之方法，其中該一或多種陽離子試劑包含陽離子有機聚合物。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其中該一或多種陽離 子試劑包含陽離子無機化合物，較佳係聚合鋁化合物(polyaluminum compound)。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中其包含在陽離子試劑預混合區中混合第一陽離子試劑及第二陽離子試劑以形成陽離子試劑預混物，及將該陽離子試劑預混物引入至該混合區中。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中該一或多種陽離子試劑係選自陽離子聚胺、陽離子聚醯胺胺、陽離子聚乙亞胺、陽離子二氰基二醯胺聚合物、基於丙烯醯胺之陽離子聚合物、基於丙烯酸酯之陽離子聚合物、基於乙烯胺/乙烯甲醯胺之陽離子聚合物、基於二烯丙基二甲基氯化銨之聚合物、硫酸鋁、鋁酸鈉、鋁酸鉀、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合矽酸硫酸鋁及其混合物。
  19. 如請求項1至18中任一項之方法，其中其進一步包含在進行脫水之前將一或多種助洩劑及助留劑添加至包含纖維素纖維之該水性懸浮液中。
  20. 如請求項1至19中任一項之方法，其中其包含將該填料組合物引入至該纖維素懸浮液中，及然後在進行脫水之前將一或多種助洩劑及助留劑添加至該纖維素懸浮液中。
  21. 如請求項19或20之方法，其中該一或多種助洩劑及助留劑包含矽質材料，較佳係基於二氧化矽之粒子。
  22. 如請求項19至21中任一項之方法，其中該一或多種助洩劑及助留劑包含陽離子聚合物，較佳係基於丙烯醯胺之 陽離子聚合物。
  23. 如請求項19至22中任一項之方法，其中該一或多種助洩劑及助留劑包含陰離子聚合物，較佳係基於丙烯醯胺之陰離子聚合物。
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