[发明专利]纤维产品的制造中沉淀碳酸盐的使用

说明书

技术领域

本发明涉及一种填料或填料混合物，其含有碳酸盐，并涉及一种用于通过将填料直接沉淀到纸浆中制造其的方法，或一种不存在特别是来自纸张或纸板制造业的白水的纤维的单独方法。本发明还涉及含有所述填料的纤维产品，例如纸张纸板产品，或塑料、橡胶、混凝土或油漆产品。

现有技术描述

过去几十年内，对沉淀碳酸钙的需求一直已迅猛增长，尤其是在纸张和纸板制造，橡胶和塑料的加工和印刷油墨、油漆和粘合剂的制造中。沉淀碳酸钙具有优良亮度和散射能力，以及低价格。此外，当用于上述应用中时，沉淀碳酸钙可以增加机械强度。

这些碳酸钙具有通常呈方解石、霰石或球霰石形式的晶体结构。方解石通常发现呈晶体形式，例如偏三角面体、菱形、立方体、和棱柱形式。霰石为斜方晶，并且其通常发现呈细长形式。在正常温度和压力下，球霰石为不稳定，易变为方解石和霰石。一般来说，球霰石具有球形形状。通过改变反应条件例如熟石灰的浓度和反应温度，晶体形式可以转变为针状、立方体、球形和许多其他晶体形式。

由于氢键，主要在纤维与细粒的带电基团之间发展出纸张和纸板的强度。这些带电基团特别包括羟基和羧基。当改善强度时，主要通过研磨纤维以机械方式来改善，从而尝试增加纤维的纤化。该强度取决于个体纤维等级的强度，纤维之间的强度，纤维键的数量，以及成品纸张或纸板中纤维和键的分布。

通常，纸张和纸板的制造中所用的填料或颜料具有小于5 μm的平均粒度，并且它们具有浅色。最典型的填料包括高岭土、滑石粉、研磨碳酸钙(GCC)和沉淀碳酸钙(PCC)。另外，存在更昂贵的特殊颜料，例如沉淀硅酸铝、缎光白和二氧化钛。填料和涂层颜料之间划分确切界限很困难，但大体上填料具有比涂层所用颜料更大的粒度和更粗糙的形状。理论上，从最大光散射的角度来看，最常用填料和涂层颜料的最佳粒度为约0.4至0.5 μm。然而，通常来说，涂层颜料的平均粒度为0.5至1 μm，并且填料的平均粒度为1.5至4 μm。

使用填料和颜料以及其他填料的最大缺点是当特别是用填料置换化学物质时削弱纸张或纸板结构的强度。这是由使填料附接至纤维的表面而阻止纤维之间氢键的生成所导致。然而，研磨形式(GCC)和沉淀形式(PCC)的碳酸钙广泛使用，因为特别是在化学纸浆的纤维的置换中，它们价格低且光散射性质良好。由再循环、去油墨和机械纸浆制造的纸张和纸板可能由碳酸钙置换，但碱导致的机械木浆颜色变深常常限制其在由这些纸浆制造的纸张和纸板等级的制造中的使用。

历史上，已特别通过将单个填料粒子附聚成较大附聚体减少了添加填料所致的强度降低问题。除了别的以外，这已示于US专利说明书4 225 383、4 115 187、4 445 970、5 514 212和4 710 270中以及GB公布2 016 498和1 505 641中。通常，这些中的阴离子填料粒子已用混合物中的阳离子添加剂附聚成较大聚集体。已观察到以此方式已改善了强度特性和填料保持，但同时光学性质下降。

还有一些公布，其中使用胶乳来减小填料添加所致的强度降低。除了别的以外，这示于US专利说明书4 178 205、4 189 345、4 187 142、4 710 270和7 074 845中。

当纤维被填料置换时纸张或纸板产品的强度和刚度的降低主要由填料削弱纤维之间氢键的生成所导致，因为填料的表面不形成氢键。目前，该填料一般被直接加入纸浆。在金属丝（wire）段中，仅一部分的添加填料附接到成品纸张或纸板卷材。无论如何，其余部分的填料通过白水系统引导以形成成品纸张或纸板结构的一部分，但主要由于各种疏水性物质附接至白水系统的填料，各种运行性问题的风险已增加。一般来说，纸张或纸板机器中的这些运行性问题例作为金属丝和毡圈的污染以及最终作为断裂物出现。白水系统的填料的一部分还最终增加污水处理厂负担，因为不是所有材料都随成品纸张或纸板一起被携带出该工艺。填料导致的纸张或纸板的表面上的较弱纤维-纤维键还可能导致印刷期间表面的粉尘形成增加。

因此，需要一种纤维产品，其中填料将附接至纤维并且其他填料更有效地并同时地将提供具有与已知解决方案相比进一步提高的有利强度性质的产品。

本发明的简要说明

本发明的一个目的为提供一种新纤维产品，例如纸张或纸板产品，其具有高强度、亮度、油墨密度和不透明度。