[发明专利]含有沉淀碳酸盐的复合结构的制备和用途

说明书

发明领域

本发明涉及具有多糖体和包含沉淀碳酸盐的表面的复合结构。具体来讲，本发明涉及一类碳酸盐多糖结构，所述碳酸盐多糖结构在关于蒸煮淀粉或稀释熟淀粉、形成纳米纤维或冷可溶性淀粉尤其以构成纸或纸板制品的填料的造纸厂或纸板厂的过程中制备。该结构增加成品纸或纸板的强度、不透明度和光亮度，和油墨的光密度。为有效沉淀碳酸盐，有可能利用pH的优化。

现有技术的说明

通常，用于制备纸和纸板的填料或颜料具有小于5 μm的平均直径并具有浅色。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)。此外，有更昂贵的特殊颜料，例如沉淀硅酸铝、缎光白和二氧化钛。在填料与涂层颜料之间难以划出明确界限；但是，大致来讲，与用于涂层的颜料相比填料的大小更粗糙。从最大光散射方面来看，理论上，最常见的填料和涂层颜料的最佳粒度为约0.4-0.5μm。通常，涂层颜料的平均粒度是0.5-1μm，填料的平均粒度是1.5-4μm。因此，在本申请中，这些概念无区别，而将颜料和填料统称为填料。在制备纸和纸板时，优选使用填料，因为它们代替更昂贵的纤维，并改善印刷油墨的光学性质和凝固(可印刷性)。通过使用它们，还可减小纸或纸板的基重，从而在不损害质量的情况下相同重量提供增加的印刷或包装表面。

使用填料和颜料及其它填料的最大缺点是纸或纸板结构的干强度减弱，特别是当化学质量被填料代替时。这是因填料通过将其自身附着于纤维表面防止纤维之间形成氢键这一事实所致。但是，研磨(GCC)和沉淀(PCC)两种碳酸钙都得到广泛应用，因为它们价格低且光散射性好，特别在代替化学纸浆纤维时。当然，用再循环、脱墨和机械纸浆制备的纸和纸板可用碳酸钙代替，但机械纸浆的碱致暗经常限制它们用于制备用这些纸浆制备的纸和纸板等级中的用途。当用填料代替纤维时，纸或纸板制品的强度和硬度下降，主要归因于因为填料表面不形成氢键，填料削弱纤维之间的氢键形成这一事实。在相同的基重下，填料含量增加导致纸的密度增加和纸的厚度减小。后者导致纸或纸板的硬度下降。目前，填料通常直接添加至纸浆中。在网部(wire section)中，只有部分添加的填料附着于成品纸或纸板网。其余填料穿过白水系统以最终构成纸或纸板结构的部分。因为并非所有材料都总是与成品纸或纸板一起携带出该工艺，部分白水系统的填料最终还成了污水处理厂的负担。当表面强度减弱时，由纸或纸板表面上的填料所引起的较弱的纤维-纤维键还可导致表面在印刷时形成的灰尘增加。

沉淀碳酸钙(PCC)可在单独的工厂制备，因而成品PCC以浆料或干制品形式运送至消费者。但是，目前，PCC工厂通常建在造纸厂或纸板厂附近，从而PCC以浆料形式通过管道运送至消费者的贮存容器。这些“实地工厂”的一个优点是，在PCC的沉淀时，可随后利用在化学纸浆制备过程中释放的二氧化碳。

这些PCC沉淀过程的特点是通过依靠酸性CO₂降低碱性Ca(OH)₂溶液的pH，使pH从碱性范围降低至中性范围(通常是pH 7-8.5)。近年来，制备过程已推向市场，在造纸厂或纸板厂将PCC直接沉淀在纤维泥浆上。当将Ca(OH)₂和CO₂混合至纤维时这些沉淀过程经常采用剧烈搅拌或注射压力。在这种情况下，沉淀pH通常从碱性降低至中性范围(pH 7-8.5)，或者通过改变Ca(OH)₂和CO₂相互的剂量使其基本保持中性。因此，对于上文提到的过程通常在沉淀之前碳酸盐溶液的pH是碱性的，所以它们不适合用作制造纸或纸板的一部分。

干强度是纸或纸板的结构特性，主要在通过过滤、压榨和干燥从纤维泥浆除去水、湿纤维网络的干物质含量增加时产生。成品纸和纸板的强度在于单纤维强度、纤维之间的键、键的数量以及键和纤维在纤维网络中的分布。分布基本受构造的影响。

各种力影响纤维网络的强度。这些中最重要的包含氢键，即使共价键、离子键和范德华力对网络强度具有特殊影响。氢键的数量大，并且它们靠近纤维表面发挥作用。

干强度剂增强网络中其它特性的强度，但它们不影响单纤维的强度。已知的事实是通过在水中研磨纤维还在机械上增加纤维网络的强度。在那种情况下，纤维表面上微纤丝的数量增长，增加纤维键的数量，并使纤维更均匀地分布。

通过增加长纤维在纤维组合物中的份额、降低使用的填料量或者将干强度剂添加至纤维泥浆，可增加纸或纸板的强度。可用于强化纤维网络的方法改变包括提高湿部的pH (从酸性至中性)、改善构造和压榨部中更强的湿压。