CN102149872B

CN102149872B - 用于纸张配方的展示透印降低的碳酸钙/颜料的组合物

Info

Publication number: CN102149872B
Application number: CN2009801350550A
Authority: CN
Inventors: P·A·C·甘恩; J·舍尔科普夫; M·拉夫曼; M·波尔
Original assignee: Omya SAS
Current assignee: Omya Development AG
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: EP2326770B1; WO2010029403A1; JP5703222B2; KR20110050737A; DK2326770T3; EP2326770A1; ES2526757T3; CA2736515C; RU2499859C2; TW201013018A; JP2012502193A; CN102149872A; RU2011113771A; KR101633529B1; CA2736515A1; SI2326770T1; US8580082B2; US20110146931A1

Abstract

本发明涉及两种不同的多孔稳定性团聚体、且更确切地讲粗糙PCC(沉淀的)碳酸钙颜料(诸如包含两种B级或C级PCC中的一种与第二特定S-PCC(S＝偏三角面体型PCC)颜料以在90/10至10/90干重％、特别是80/20至20/80之间适当选择的比率组合的共混物或混合物以及更粗糙的第三组分的组合物，所述第三组分可为颜料和/或填料，诸如天然(研磨)碳酸钙或(最优选)PCC(沉淀碳酸钙)，根据两种细微PCC的粒度测定，可以省去第三更粗糙组分。选择所述“更粗糙”颜料的主要标准在于其特点应该是当与B级PCC(或C级PCC)与S-PCC的共混物混合时，不显著影响所述共混物的粒度测定数据的最细部分的粒度测定，且具体地说在于其对＜0.2μm的粒子的量不会产生任何显著影响、优选对＜0.3μm的粒子的量没有影响、更优选对＜0.5μm的粒子的量没有影响、最优选对＜1μm的粒子的量没有影响。

Description

用于纸张配方的展示透印降低的碳酸钙/颜料的组合物

本发明涉及两种不同的多孔稳定性团聚体且更确切地讲粗糙PCC(沉淀的)碳酸钙颜料与更粗糙的第三组分的混合物，第三组分可为颜料或填料，诸如天然(研磨)碳酸钙或(最优选)PCC(沉淀碳酸钙)，或任选的但是优选性差很多的滑石、高岭土、二氧化钛TiO₂、粘土和纸工业中使用的且本领域技术人员通常已知的其它颜料或装料。根据两种PCC的粒度测定，可以省去第三更粗糙组分。

技术问题

在造纸工业中明确需要包含以特定组合且可能与其它颜料或填料组合的碳酸钙的颜料组合物，以改善最终纸张的复杂或细致微调且精密的技术性质，诸如纸张应用如报纸、轻质高级纸或无木轻质纸、特别光洁的杂志等等中的“印刷透视(print show through)”或“印刷透墨(print strike through)”。

本领域技术人员熟知那些性质，且细节将在报纸领域中的所附ANNEX A中见到。

具体地说，提供给该工业将改善那些性质且如有可能以较低成本来改善的这类制剂将具有高度重要性。

本发明优选模式的概述

在第一实施方案中，本发明由包含两种多孔的稳定性团聚体、且更确切地讲称为B级或C级PCC的粗糙(2-10μm)PCC中的一种与如下文描述的第二特定S-PCC(S-PCC＝偏三角面体型PCC)颜料组合的共混物或混合物的组合物组成。还可以使用R-或A-PCC以及第三组分。

根据本发明，所述比率可以在90/10至10/90百分率(干重％)，特别是80/20至20/80之间适当选择。

最佳的代表性实例为，如下文所例示：

C级PCC/S-PCC(比率＝50/50)；

B级PCC/S-PCC(比率＝70/30)；和

B级PCC/S-PCC(比率＝50/50)

(其中比率是以干重％计算)。

在本申请和权利要求中，除非另有说明，否则“包含”是指组合物、制剂、混合物或共混物可含有不显著影响本发明所用的主要组分的功能的常用添加剂。

各本发明制剂可包含该造纸工业中已知并使用的不显著影响结果的常用添加剂。

本领域技术人员熟知这类常规添加剂的清单。

在最佳模式下，本发明由包含比率为90/10至10/90(干重)的A级PCC或B级PCC与如上所述的第二颜料S-PCC、以及第三更粗糙的特定颜料的组合物组成。

本发明的颜料共混物总干重的百分比优选选自最终纸制品干重的0.3-5％、最优选为0.5％-3％、且更优选为1.0％-2.0％。在实验室测试中，出于实际原因，百分比选择为2％和各4％。

关于更粗糙颜料与三种(B级或C级PCC)+(S-PCC)+(更粗糙颜料)总量的比例，必须保持低于10w％(w％＝重量％)，且优选范围为0.1-10w％、优选为0.5至7-10w％、最优选在2至7w％之间。

本领域技术人员将能够使那些实例适于其它制剂。

在下文中，且具体地说在表中，根据本发明的两组分或三组分共混物将命名为“初级”，因为这些实例已经用基于再循环纸的报纸供应进行，且它们是新鲜使用的填料。

其余颜料，诸如由基于再循环纸的报纸供应产生的任一类碳酸钙、粘土等，将被命名为“次级”。

在以下非限定性实施例中将更好地理解本发明，其汇总在附表中。

如下文将说明，选择所述“更粗糙”颜料的主要标准在于其特点应该是当与B级PCC(或C级PCC)与S-PCC(全都在下文和表1中例示)的共混物混合时，所述共混物的粒度测定数据的最细部分的粒度测定没有受到显著影响，且具体地说在于其应该对＜0.2μm的粒子的量不会产生任何显著影响、优选对＜0.3μm的粒子的量没有影响、更优选对＜0.5μm的粒子的量没有影响、最优选对＜1μm的粒子的量没有影响

匹配以上标准的任何填料或颜料都可以接受，且可由本领域技术人员在纸工业或类似工业中所用的那些填料或颜料之中(诸如PCC、GCC(重质碳酸钙、天然)、粘土、高岭土、白云石、氧化钛(TiO₂)等)进行常规测试。

表1展示实验中所提及的“颜料数据”：

在左列中，所有测量和性质都是标准的，为本领域技术人员所熟知，诸如根据I SO标准9277测量的BET比表面积，或在由Micromeritics^TM制造的Sedigraph^TM 5100设备中确立的粒度分布。

粘度B是指用Brookfield粘度计在25℃下且以适当转子和速度测量的Brookfield粘度。

表面电荷根据已知方法测量且不是特别用于本发明的规定的。然而，技术人员应理解，当考虑包括带电染料的水基油墨时，其将非常有用，除非不希望默认牵涉到水基喷墨，尽管柔版印刷(现在常用于报纸)也可应用这类油墨。

技术人员还知道亮度R-457，且所述亮度R-457是使用设备DATACOLOR ELREPHO^TM 3300根据DIN标准53140测量。

分散剂选自该造纸工业中已知并使用的常用试剂，诸如聚羧酸盐等等。其不是特别用于本发明的规定的。然而，如果聚合物提供促进某些油墨染料吸附的某一表面电荷，则其将高度切合该规定；此外，以上评述适用。

油吸附根据已知方法测量且不是特别用于本发明的规定的。

HYDREX(TM)P为商业产品，其是硅酸钠且代表着众所周知的标准。当分析表，即表1“颜料数据”时，令人惊奇地注意到本发明组合物的特点为具有比HYDREX P低得多的BET值，具有更好或类似的性质，如表中可见。

测试1涉及H₃PO₄-处理过的白垩，其具有38重量％的固体含量。

测试2涉及用H₃PO₄处理过的大理石，其也具有38重量％的固体含量。

测试“C 3”涉及“C级PCC”产物。

测试“INV 4”为本发明的优选组合物，其为C级PCC/S-PCC 50/50(干重百分数)的共混物。

测试“B 5”涉及“B级PCC”产物。

测试“S 6”涉及“S-PCC”(S代表“偏三角面体”)。

实验(实验)1和2为根据本发明实施的实验。

实验1对应50/50干重％的B级PCC/S-PCC的本发明共混物。

实验2对应70/30干重％的C级PCC/S-PCC的本发明共混物。

实验3对应比较性产品，即50/50重量％的B级PCC和白垩的共混物。

测试7为用天然(研磨)碳酸钙(其为100％白垩)实施的对比性实验。

测试8为用重质碳酸钙实施的另一对比性实验。

表2测试条件

实验室纸生产测试的条件汇总于表2中。

DIP是指已知的脱墨纸浆。

助留剂可以不同于所用的Polymin^TM且可非限制性地为单组分或所谓的“双重”系统，诸如特别是丙烯酸(共)聚合物(丙烯酰胺)和第二助留剂如斑脱土或者淀粉或淀粉衍生物等，如本领域技术人员所熟知的。

表3填料含量(次级/初级)

次级(即，传统的)颜料/填料共混物为3.5重量％CaCO₃和7.5重量％粘土的混合物，其形成11％的S-水平(被认为是可接受的最低值)。

比较而言，除此之外，11w％的传统填料已加入了对应表1的测试和实验在表底部指示的2w％总共混物(左列)或各4w％(右列)填料。

表3中的百分数涉及纤维纸浆+填料总量中颜料的总重量百分数。

关于用于将填料引入纤维纸浆或原料的工艺，加入顺序并不重要；然而，优选在已经含有至少11％或更多的最低S-水平的纸浆中引入两种或三种颜料的本发明“初级”共混物。应全面注意，初级填料的影响与次级填料的量无关，其也用不带次级颜料的100％新鲜纸浆操作。

可以在一次操作或注入中或在线路的不同点处的数次注入中加入本发明的颜料共混物。还可以制备各种填料的预混物，包括传统(“次级”)填料的一部分与本发明(“初级”)填料的一部分或总量的预混物。可在沿线路的不同点处引入数种这类预混物。在DIP中预混初级填料与次级填料并不实际可行，因为次级颜料处于DIP纤维配比内，不过是可以使用的。

在该工业中应该熟知，本领域技术人员可鉴于现有设备、所要剪切度、接触时间等来修改那些注入点。

表4光学密度“印刷透墨”

该表展示在上述造纸测试中用以上制剂得到的结果。

“印刷透墨”是一种性质，在ANNEX A和EP 1 712 597中详细描述了其测量。

表5“印刷透视”

该表展示在上述造纸测试中用以上制剂得到的结果。

“印刷透视”是一种已知性质，根据ANNEX A的方法进行其测量。

本发明还涵盖用于制造纸张(即在造纸设备中)的含纤维的纸浆或原料，其特征在于其含有有效量的如上所述的本发明的颜料共混物的组合物，有效量也如上所述。

本发明还涵盖由以上纸浆或原料制成的纸制品，如所提到，其还用100％机械纤维、机械纤维和DIP/DIP的共混物、很可能还用100％新鲜化学纸浆来操作。

报纸中的透印 ANNEX A

报纸中的透印结果与纸的不透明性、孔隙度、灰分含量、粗糙度和表面重量有关。

因为报纸印刷油墨通过完全物理方法干燥，而不是通过像曲版印刷一样的氧化，或像滚轮/加热胶版印刷一样的挥发物质蒸发来干燥，发生诸如矿物和植物油之类的流动物质到纸内的迁移，且这些物质被纸纤维和填料吸收。如果迁移油的比例变得太大(印刷油墨含量的比例太高)，且纸的内表面层太薄，则一部分油将到达纸的另一侧并导致透明性增加。(1)

用该测试方法，可进行造纸的生产控制。可以在生产中得到关于变化的良好指示，因为油墨的量和印刷压力如此之高，使得必定显露出印刷的清晰透印，且因此还可以看出微弱或强烈的透印。

该方法不能用作我们测试实验室的标准测试，因为我们并不指望控制生产质量，而是以尽可能最客观的方式相互比较来自不同制造商的各种表面质量的纸。另外，我们必须用最常实施的油墨量和印刷压力来操作。⁽²⁾

虽然我们期待得到对于各种报纸的常规实践最真实的指示，但是该方法对于所需要的光学密度设定符合常规实践印刷压力的油墨量。

用这种方法，任何透印都因为所使用的纸，而不是因为油墨的量。

如果使用太高的油墨量和太高的印刷压力，会将较低表面重量的纸自动置于不利情况下。

条件：油墨：Rollo-Temp Black“Hit”29C0262.000报纸印刷

油墨，得自Stehlin & Hostag，Lachen

弹簧加载的张力：70kgf(35kp/cm²)

在印刷侧使用实验室纸张的3个测试片条

每侧使用常规实践报纸的3个测试片条

选样：在确定各样品纸(尤其是实验室纸张)的各自重量之后，该测试仅使用那些表面重量彼此最接近的纸。这适用于整个范围的待测试的纸。

进行测试：沉积1.0cm³油墨

在油墨中摩擦8分钟

给压盘涂墨(ink up the pressure disks)1分钟

得到两种印刷品(一种在顶侧，一种在底侧)

再加入0.060cm³油墨

摩擦4分钟

给压盘涂墨1分钟

对于12种印刷品继续且随后再次涂墨

在已印刷片条的对侧见到的透印仅仅在至少6小时

后通过密度测定法测量到。测量循18cm的已印刷表

面横穿片条的宽度进行。确定3次单个斑点测量的平

均值。

结果：三次测量的平均值取自片条的顶侧和底侧(实验室测试的纸张除外，其仅在一侧测量)，结果作为光学密度值给出，包括取得测量的那一侧的指示(顶侧“O”或底侧“U”)

特别注意事项：测试装置(印刷滚筒)必须在各次印刷后用汽油彻底清洁。必须释放张力弹簧。

透明性测定：100/印刷密度×透印密度＝印刷透视

评价：＜5：优良

＞5：临界

如果使用太高的油墨量和太高的印刷压力，则将较低表面重量的纸自动置于不利情况。

备注：

(1)然而，该文献没有考虑现在使用柔版印刷印刷的大尺寸报纸，该柔版印刷可以是基于水的且也可以采用氧化工艺。

(2)在实验室中的这类测试不是想要成为绝对的标准，只是设计用来比较已知可接受地进行的纸与不可接受地进行的纸的性能。因而，根据纸重量和应用标准调整油墨的量和印刷压力，但保持与实践中所用的油墨量和印刷压力尽可能地接近。

Claims

1.用于纸张配方的包含碳酸钙的组合物，其展示包括“印刷透视”或“印刷透墨”在内的透印降低，其特征在于其包含B级PCC或C级PCC中的一种与S-PCC即偏三角面体型PCC颜料的共混物或混合物，

且所述B级PCC或C级PCC/S-PCC的比率在90/10至10/90干重%之间选择,

且所述颜料共混物总干重量百分比为最终纸制品干重的0.3-5%，

且所述B级PCC、C级PCC或S－PCC的特征在于以下性质：

其中所述粒径分布是由Micromeritics^TM制造的Sedigraph^TM5100设备测量的。

2.根据权利要求1的组合物，其特征在于其包含C级PCC与S－PCC的50/50干重比的共混物或混合物，所述组合物呈现以下性质：

3.根据权利要求1的组合物，其特征在于其包含B级PCC与S－PCC的50/50干重比的共混物或混合物，所述组合物呈现以下性质：

4.根据权利要求1的组合物，其特征在于其包含C级PCC与S－PCC的70/30干重比的共混物或混合物，所述组合物呈现以下性质：

5.权利要求1的组合物，其特征在于所述两种不同的PCC即颜料B级PCC或C级PCC与S-PCC的混合物包含更粗糙的第三组分，所述第三组分为颜料或填料。

6.权利要求5的组合物，其特征在于所述第三更粗糙组分选自天然研磨碳酸钙、或PCC即沉淀碳酸钙、或任选地滑石、高岭土、二氧化钛TiO₂、粘土或白云石。

7.根据权利要求6的组合物，其特征在于所述第三更粗糙组分是PCC。

8.权利要求1的组合物，其特征在于所述B级PCC或C级PCC/S-PCC的比率在80/20至20/80干重%之间选择。

9.权利要求1的组合物，其特征在于所述颜料共混物总干重量百分比为最终纸制品干重的0.5%-3%。

10.权利要求1的组合物，其特征在于所述颜料共混物总干重量百分比为最终纸制品干重的1.0%-2.0%。

11.权利要求9的组合物，其特征在于所述百分数为2.0%。

12.权利要求1的组合物，其特征在于所述百分数为4.0%。

13.权利要求1的组合物，其特征在于所述组合物进一步包含更粗糙颜料，选择所述更粗糙颜料的主要标准在于其特点应该是当与B级PCC或C级PCC与S-PCC的共混物混合时，不显著影响所述共混物的粒度测定数据的最细部分的粒度测定，且它对<0.2μm的粒子的量不会产生任何显著影响。

14.权利要求13的组合物，其特征在于所述更粗糙颜料不会对<0.3μm的粒子的量产生任何显著影响。

15.权利要求13的组合物，其特征在于所述更粗糙颜料不会对<0.5μm的粒子的量产生任何显著影响。

16.权利要求13的组合物，其特征在于所述更粗糙颜料不会对<1 μm的粒子的量产生任何显著影响。

17.权利要求1的组合物，其特征在于所述组合物进一步包含更粗糙颜料，所述更粗糙颜料与三种（B级或C级PCC）+（S-PCC）+（更粗糙颜料）总量的比例必须保持低于10w%。

18.权利要求17的组合物，其特征在于所述更粗糙颜料与三种（B级或C级PCC）+（S-PCC）+（更粗糙颜料）总量的比例为0.1至10w%。

19.权利要求17的组合物，其特征在于所述更粗糙颜料与三种（B级或C级PCC）+（S-PCC）+（更粗糙颜料）总量的比例为0.5至7-10w%。

20.权利要求17的组合物，其特征在于所述更粗糙颜料与三种（B级或C级PCC）+（S-PCC）+（更粗糙颜料）总量的比例为2至7w%。

21.用于制造纸张的含纤维的纸浆或原料，其特征在于其含有有效量的权利要求1的组合物，该有效量是，最终纸制品干重的0.3至5%。

22.用于制造纸张的含纤维的纸浆或原料，其特征在于其含有有效量的权利要求1的组合物，该有效量是，最终纸制品干重的0.5%至3%。

23.用于制造纸张的含纤维的纸浆或原料，其特征在于其含有有效量的权利要求1的组合物，该有效量是，最终纸制品干重的1.0%至2.0%。

24.由权利要求21的纸浆或原料制成的纸制品。