ПРИМЕНЕНИЕ ПОДВЕРГШЕГОСЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ В ТОНКОЙ БУМАГЕ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТА ТОНКОЙ БУМАГИ УЛУЧШЕННОЙ МЯГКОСТИ И ПОЛУЧЕННЫЕ ПРОДУКТЫ ТОНКОЙ БУМАГИ УЛУЧШЕННОЙ МЯГКОСТИ
USING SURFACE-TREATED CALCIUM CARBONATE IN TISSUE PAPER, METHOD OF OBTAINING TISSUE PAPER PRODUCT HAVING IMPROVED SOFTNESS AND OBTAINED TISSUE PAPER PRODUCTS HAVING IMPROVED SOFTNESS

Данное изобретение относится к применению подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция как наполнителя в продуктах тонкой бумаги, способу получения продуктов тонкой бумаги и продукту тонкой бумаги, имеющему улучшенную мягкость.
Обычные продукты тонкой бумаги представляют собой продукты массового спроса и включают косметическую салфетку, туалетную бумагу, декоративную бумагу и бумагу подарочной упаковки, такую как крепированная бумага, бытовые и промышленные полотенца из тонкой бумаги, салфетки из тонкой бумаги и бумажные ткани, такие как скатерти из тонкой бумаги.
2
2
2
Тонкие бумаги в основном характеризуются и отличаются от стандартных копировальных или печатных бумаг тем, что их можно сравнить с текстильными материалами и они должны соответствовать конкретной высокой мягкости, легкой возможности удаления, низкому весу (плотность менее чем 65 г/м, или в некоторых случаях менее чем 40 г/м, или даже менее чем или равная 32 г/м) и в некоторых случаях особым требованиям влагостойкости. Они также отличаются тем, что часто составлены из многочисленных наслоений тонкой бумаги, называемых "слоями". Более того, тонкие бумаги в основном изготовляют с помощью способа, упомянутого в уровне техники как способ бумажного производства крепированной тонкой бумаги, несмотря на то, что существуют другие, менее распространенные способы изготовления.
2
Туалетная бумага в основном имеет плотность бумаги 14-22 г/м и сформирована из одного или многих, например четырех, слоев.
2
Косметические салфетки часто имеют слегка низшую плотность бумаги 14-18 г/м и в основном включают от двух до трех слоев.
2
Бытовые полотенца из тонкой бумаги, также известные как кухонные полотенца, имеют несколько высшую плотность бумаги 20-24 г/м и редко характеризуются более чем двумя слоями.
2
2
Однослойные промышленные полотенца из тонкой бумаги обычно имеют плотность бумаги 33-50 г/м, тогда как их двухслойные аналоги имеют плотность бумаги 22-24 г/м.
Данные тонкие бумаги могут, кроме того, отличаться между собой природой источника волокна (и особенно количеством целлюлозы и вторичных волокон в них), а также присутствием дополнительных добавок, таких как влагостойкие смолы.
Для всех этих типов тонкой бумаги, но особенно для косметической салфетки, салфеток из тонкой бумаги, туалетной бумаги и тканей из тонкой бумаги, мягкость представляет одну из наиболее важных рыночных характеристик.
Мягкость в основном определяется в выражениях поверхностной мягкости и мягкости основной массы и должна рассматриваться как функция гладкости, прессуемости, жесткости и "хрустящих свойств". Традиционно, степень мягкости тонкой бумаги оценивали с помощью пробы на ощупь, но в последнее время стали доступными методы количественного измерения.
Для целей данной заявки мягкость тонкой бумаги оценивают, применяя технологию анализатора мягкости тонкой бумаги Emtec, как описано ниже.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Был предложен ряд решений для удовлетворения потребности повышенной мягкости тонкой бумаги.
Первый класс решений включает добавление синтетических гигроскопических веществ во время изготовления тонкой бумаги. Международная заявка WO 96/25557, например, описывает нанесение растворимого полигидроксисоединения на влажное полотно тонкой бумаги перед сушкой и крепирование данного полотна для формирования конечной тонкой бумаги. Патент США 4764418 обеспечивает добавление гигроскопических веществ, таких как полиэтиленгликоль к сухому полотну.
Второй подход включает добавление особых масел и/или восков к тонкой бумаге, таких как описанные в международных заявках WO 96/24723, WO 97/30216, WO 02/057547 и европейском патенте 1029977. Тем не менее, оба из вышеупомянутых подходов могут привести к развитию нежелательного запаха, связанного с конечным продуктом тонкой бумаги, и представляют относительно дорогие средства повышения мягкости тонкой бумаги.
Третий подход требует обеспечение особых поверхностно-активных веществ, возможно в комбинации со дополнительными добавками, как описано, среди прочего, в патентах США №4940513, 4351699 и 4441962.
Четвертый подход связан с обеспечением особых химических разрыхлителей, как описано, среди прочего, в патентах США №5217576, 5223096, 5240562, 5262007 и 5279767.
Обеспечение химических добавок вышеупомянутых двух групп в продуктах тонкой бумаги снова представляет относительно дорогие средства улучшения мягкости продукта топкой бумаги.
Другой подход включает модификацию отдельных аспектов способа производства тонкой бумаги, например, с помощью дополнительных этапов в способе, таких как каландрирование после сушки полотна топкой бумаги и/или модификация применяемого оборудования производства тонкой бумаги. В своем поиске улучшенной мягкости специалист данной области также может сделать особые выборы относительно природы и/или степени очистки волокон, применяемых для формирования полотна тонкой бумаги. Тем не менее, во всех этих подходах специалист данной области будет нуждаться в простом, рентабельном решении, которое можно легко обеспечить в широком диапазоне способов производства тонкой бумаги, и применяя широкий диапазон дополнительных веществ, и включая стандартные волокна.
Учитывая недостатки известных решений проблемы обеспечения мягкости тонкой бумаги, упомянутой выше, объектом данного изобретения является обеспечение нового решения данной проблемы.
Объект, изложенный выше, как ни удивительно был решен применением подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция как наполнителя в продукте тонкой бумаги, при этом подвергшийся поверхностной обработке природного карбонат кальция является продуктом реакции природного карбоната кальция с кислотой и двуокисью углерода, которую формируют in situ с помощью обработки кислотой и/или обеспечивают снаружи, и при этом подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция получают как водную суспензию, имеющую pH выше чем 6,0, измеренное при 20°С.
Что касается наполнителей на основе карбоната кальция для продуктов тонкой бумаги, специалисту данной области известна международная заявка WO 98/28491, которая раскрывает, что прочную, мягкую, наполненную тонкую бумагу с низким содержанием хлопка-волокна и пыли можно получить с помощью формирования наполненной тонкой бумаги с измененными поверхностными характеристиками. Хотя предпочтительные наполнители включают неорганические материалы, такие как глину и карбонат кальция, более предпочтительные варианты осуществления сосредотачиваются исключительно на глине. Не обеспечено никаких деталей относительно природы карбоната кальция.
Родственная международная заявка WO 97/17494 подобным образом относится к потребности в измененных поверхностно-связующих свойствах у тонкой бумаги, которая включает наполнитель в форме частиц, который может включать карбонат кальция.
Международная заявка WO 97/37081 относится к способу включения мелкого нецеллюлозного наполнителя в форме частиц в крепированную тонкую бумагу, где указанный способ характеризуется тем, что включает следующие этапы:
контактирование водной дисперсии иецеллюлозного наполнителя в форме частиц с водной дисперсией полимера анионного полиэлектролита,
смешивание водной дисперсии наполнителя, проконтактировавшего с полимером, с волокнами бумажного производства с формированием водной композиции бумажного производства, включающей наполнитель, проконтактировавший с полимером, и волокна бумажного производства,
(a) контактирование указанной водной композиции бумажного производства с катионной удерживающей добавкой,
(b) формирование незрелого бумажного полотна из водной композиции бумажного производства на перфорированном сукне бумажного производства,
(c) удаление воды из указанного незрелого полотна для формирования полусухого полотна бумажного производства,
(d) прилепление полусухого полотна бумажного производства к Янки-цилиндру и сушка указанного полотна до значительно сухого состояния,
(е) крепирование значительно сухого полотна из Янки-цилиндра с помощью средств гибкого крепирующего лезвия, тем самым формируя крепированную гонкую бумагу.
Среди других вариантов данный нецеллюлозный наполнитель в форме частиц может быть карбонатом кальция. Кроме описания предпочтительного наполнителя, который имеет средний эквивалентный сферический диаметр между 0,5 мкм и 5 мкм, никакой дополнительной информации не предоставляется относительно наполнителя или более конкретно - карбоната кальция.
Международная заявка WO 98/13549 относится к способу изготовления некрепированного, прочного, мягкого и с низким содержанием пыли полотна тонкой бумаги, включающего удерживающий наполнитель. Указанный способ включает следующие этапы:
(a) обеспечение водной суспензии композиции бумажного производства, включающей волокна бумажного производства и нецеллюлозный наполнитель в форме частиц, при этом указанный наполнитель в форме частиц предпочтительно включает от приблизительно 1% до приблизительно 50% общего веса указанной тонкой бумаги, указанный наполнитель в форме частиц выбран из группы, включающей, среди множества других вариантов, карбонат кальция, хотя указано, что каолиновая глина является предпочтительной;
(b) помещение указанной водной суспензии композиции бумажного производства на поверхность двигающейся перфорированной формующей сетки для формирования влажного незрелого полотна бумажного производства;
(c) перемещение указанного влажного незрелого полотна бумажного производства из формующей сетки на первую сетку переноса, двигающуюся на скорости от приблизительно 5% до приблизительно 75% медленнее, чем формующая сетка; и
(d) перемещение влажного незрелого полотна бумажного производства с первой сетки переноса посредством, по меньшей мере, одного дополнительного перемещения на сушильную сетку, после чего указанное влажное незрелое полотно бумажного производства несжимаемо сушится.
Патент США 5672249 относится к подобному способу включения мелкого нецеллюлозного наполнителя на основе частиц в крепированную тонкую бумагу, где, в частности, обеспечивается крахмал, и где указанный наполнитель в форме частиц включает от приблизительно 1% до приблизительно 50% общего веса указанной крепированной тонкой бумаги, при этом указанный наполнитель в форме частиц выбирают из большой группы вариантов наполнителя, включающей карбонат кальция. Вновь не предоставляется никакой информации относительно природы карбоната кальция.
Международная заявка WO 01/44571 предоставляет относительно мягкий, прочный, непрозрачный продукт тонкой бумаги и способ его изготовления, включая включение алкиламида или алкиламидного мягчителя вместе с наполнителями в форме частиц во время процесса несжимаемого формирования тонкой бумаги. Указанный наполнитель в форме частиц может, среди прочего, быть карбонатом кальция. Вновь не предоставлено никаких деталей относительно данного карбоната кальция.
Патент США 2004/118534 сообщает о крепированной композиции, включающей сшиваемый полимер, способный формировать формальдегид с помощью реакции конденсации при сшивании, материал наполнитель (который может быть карбонатом кальция) и водорастворимое соединение гликоля. Среди характеристик полученных продуктов топкой бумаги есть ощущение мягкости. Вновь не предоставляется никакого указания относительно любых преимущественных характеристик карбоната кальция.
Наконец, патент США 6706148 раскрывает способ прикрепления минерального наполнителя, который может быть, среди прочего, карбонатом кальция, на водную суспензию целлюлозного волокна, которая может в конечном счете сформировать тонкую бумагу. В данном способе соответствующий гидроксид минерального наполнителя добавляют к реакционной среде, которая включает целлюлозные волокна, и данный гидроксид впоследствии оседает на волокна, таким образом формируя минеральный наполнитель.
Как можно видеть, применение карбоната кальция как наполнителя для тонкой бумаги, тогда как иногда упоминается в известном уровне техники, всегда упоминается а) среди других наполнителей или других вариантов и b) без единого намека относительно необходимых свойств данного карбоната кальция, и особенно не в отношении специфической поверхностной обработки, так что известный уровень техники в целом не обеспечивает указание, руководство или предложение специалисту данной области в этом отношении.
Применение подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция согласно данному изобретению неожиданно, как обнаружили, приводит к продукту тонкой бумаги улучшенной мягкости по сравнению с продуктами тонкой бумаги, включающими стандартные наполнители карбоната кальция известного уровня техники. Кроме того, решение согласно данному изобретению может быть обеспечено в широком диапазоне способов производства тонкой бумаги, и оно обеспечивает улучшенную мягкость без необходимости в дополнительных добавках или особых сложных этапах способа изготовления тонкой бумаги.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция
Подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция, применяемый как наполнитель в продуктах тонкой бумаги согласно данному изобретению, получают с помощью реакции природного карбоната кальция с кислотой и с двуокисью углерода, где двуокись углерода формируется in situ с помощью обработки кислотой и/или поставляется из внешнего источника.
Предпочтительно природный карбонат кальция выбирают из мрамора, мела, кальцита, доломита, известняка или их смесей. В предпочтительном варианте осуществления природный карбонат кальция перемалывают до обработки кислотой и двуокисью углерода. Этап перемалывания можно выполнить любым обычным перемалывающим устройством (таким, как мельница), известным специалисту данной области.
Подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция, который следует применять в данном изобретении, получают как водную суспензию, имеющую pH, измеренное при 20°С, выше чем 6,0, предпочтительно выше чем 6,5, более предпочтительно выше чем 7,0, еще более предпочтительно выше чем 7,5.
В предпочтительном способе получения водной суспензии, природный карбонат кальция, или измельченный (например, перемалыванием), или нет, взвешен в воде. Предпочтительно взвесь имеет содержание природного карбоната кальция в пределах диапазона от 1 вес.% до 80 вес.%, более предпочтительно от 3 вес.% до 60 вес.% и даже более предпочтительно от 5 вес.% од 40 вес.% на основе веса взвеси.
a
a
a
2
3
4
3
4
-
На следующем этапе (первый этап обработки) кислоту добавляют к водной суспензии, включающей природный карбонат кальция. Предпочтительно кислота имеет pK при 25°С 2,5 или менее. Если pK при 25°С равняется 0 или менее, кислоту предпочтительно выбирают из серной кислоты, соляной кислоты или их смесей. Если pK при 25°С равняется 0-2,5, кислоту предпочтительно выбирают из HSO, HSO , HPO, щавелевой кислоты или их смесей. Одну или более кислот можно добавить к суспензии как концентрированный раствор или более разбавленный раствор. Предпочтительно молярное отношение кислоты к природному карбонату кальция составляет от 0,05 до 4, более предпочтительно от 0,1 до 2.
Как альтернатива также возможно добавление кислоты к воде до суспендирования природного карбоната кальция.
На следующем этапе (второй этап обработки) природный карбонат кальция обрабатывают двуокисью углерода. Если сильную кислоту, такую как серная кислота или соляная кислота, применяют для кислотной обработки природного карбоната кальция, автоматически формируется двуокись углерода. Альтернативно или дополнительно двуокись углерода поставляют из внешнего источника.
a
Кислотную обработку и обработку двуокисью углерода можно выполнить одновременно в случае, когда применяют сильную кислоту. Также возможно сначала выполнить кислотную обработку, например, среднесильной кислотой, имеющей pK в диапазоне 0-2,5, с последующей обработкой двуокисью углерода, поставленной из внешнего источника.
2
Предпочтительно концентрация газообразной двуокиси углерода в суспензии, в объемном выражении, такая, что отношение (объем суспензии):(объем газообразного СО) составляет от 1:0,05 до 1:20, даже более предпочтительно от 1:0,05 до 1:5.
В предпочтительном варианте осуществления этап кислотной обработки и/или этап обработки двуокисью углерода повторяют, по меньшей мере, один раз, более предпочтительно несколько раз.
В предпочтительном варианте осуществления кислотная обработка и/или обработка двуокисью углерода проходит при температуре взвеси выше чем, по меньшей мере, 60°С.
После кислотной обработки и обработки двуокисью углерода pH водной суспензии, измеренное при 20°С, естественно достигает величины выше чем 6,0, предпочтительно выше чем 6,5, более предпочтительно выше чем 7,0, даже более предпочтительно выше чем 7,5, таким образом получая подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция как водную суспензию, имеющую pH выше чем 6,0, предпочтительно выше чем 6,5, более предпочтительно выше чем 7,0, даже более предпочтительно выше чем 7,5. Если водной суспензии позволить достигнуть состояния равновесия, pH составит выше чем 7. pH выше чем 6,0 можно регулировать без добавления основания, когда перемешивание водной суспензии продолжается достаточно долгий период времени, предпочтительно от 1 часа до 10 часов, более предпочтительно 1-5 часов.
Альтернативно, до достижения состояния равновесия, которое возникает при pH выше чем 7, pH водной суспензии можно увеличить до величины, большей чем 6, с помощью добавления основания после обработки двуокисью углерода. Можно применять любое общепринятое основание, такое как гидроксид натрия или гидроксид калия.
С помощью этапов способа, описанных выше, то есть кислотной обработки, обработки двуокисью углерода и регулирования pH, получают подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция, который придает мягкость при обеспечении в тонкой бумаге.
Дальнейшие детали о получении подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция раскрыты в международной заявке WO 00/39222 и патенте США 2004/0020410 А1, содержание данных ссылок настоящим включается в данную заявку. Согласно данным документам подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция применяют как наполнитель, повышающий объемность, для изготовления бумаги.
В предпочтительном варианте осуществления получения подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция, природный карбонат кальция реагирует с кислотой и/или двуокисью углерода в присутствии, по меньшей мере, одного соединения, выбранного из группы, включающей силикат, диоксид кремния, гидроксид алюминия, алюминат щелочноземельного металла, такой как натрия или калия алюминат, оксид магния или их смеси. Предпочтительно, по меньшей мере, один силикат выбран из алюминия силиката, кальция силиката или силиката щелочноземельного металла. Данные компоненты можно добавить к водной суспензии, включающей природный карбонат кальция, перед добавлением кислоты и/или двуокиси углерода. Альтернативно, компонент(ы) силиката и/или диоксида кремния, и/или гидроксида алюминия, и/или алюмината щелочноземельного металла, и/или оксида магния можно добавить к водной суспензии природного карбоната кальция, несмотря на то, что реакция природного карбоната кальция с кислотой и двуокисью углерода уже началась. Дальнейшие детали о получении подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция в присутствии, по меньшей мере, одного компонента(компонентов) силиката и/или диоксида кремния, и/или гидроксида алюминия, и/или алюмината щелочноземельного металла раскрыты в международной заявке WO 2004/083316, содержание данной ссылки настоящим включается в данную заявку.
В другом предпочтительном варианте осуществления получения подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция, природный карбонат кальция реагирует с кислотой и/или двуокисью углерода и обрабатывается до и/или во время и/или после данной реакции кислотой и/или двуокисью углерода, соединением или соединениями формулы R-X, где радикал R представляет углеродный радикал, насыщенный или нет, имеющий 8-24 атома углерода, такой как линейный или разветвленный алкил, алкиларил, арилалкил, арил, полиарил или же циклические группы, или их сочетания, и где группа X представляет группы, такие как карбоксильная, аминная, гидроксильная, фосфиновая или их сочетания. Конкретнее, R-X может быть выбран из числа жирных кислот, жирных аминов или жирных спиртов, или насыщенных или нет, имеющих предпочтительно 8-24 атома углерода, таких как, в частности, стеаринового, олеинового, линолевого, миристинового, каприлового типа или их собственные сочетания, и очень предпочтительно 16-18 атомов углерода, или их сочетания, с синтетическими или природными жирными соединениями, предпочтительно соединениями растительного происхождения, такими как кокосовое масло, или животного происхождения, такими как жир, и очень предпочтительно растительного происхождения. Обработка гидрофобизирующим средством может в некоторых случаях быть преимущественной в том, что она может позволить избирательное поглощение тонкой бумагой такое, при котором, например, тонкая бумага предусматривает поглощение масла, а не воды при контакте со смесью данных жидкостей.
Подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция можно хранить в суспензии, факультативно дополнительно стабилизированной диспергирующим веществом. Можно применять обычные диспергирующие вещества, известные специалисту данной области. Диспергирующее вещество может быть анионным или катионным.
Альтернативно, водную суспензию, описанную выше, можно высушить, таким образом получая подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция в форме гранул или порошка.
2
2
2
2
2
2
В предпочтительном варианте осуществления подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция имеет удельную площадь поверхности от 5 м/г до 200 м/г, более предпочтительно от 20 м/г до 80 м/г и даже более предпочтительно от 30 м/г до 60 м/г, измеренную с применением азота и метода БЭТ (Брунауэра-Эммета-Теллера) согласно ISO 9277.
Кроме того, предпочтительно, чтобы подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция имел весовой медианный диаметр зерна 0,1-50 мкм, более предпочтительно 0,5-25 мкм, даже более предпочтительно 0,7-7 мкм, измеренный согласно методу осаждения. Измерение весового медианного диаметра зерна выполнили на приборе Sedigraph™ 5120, как описано детально в дальнейшей экспериментальной части ниже.
2
2
2
В предпочтительном варианте осуществления подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция имеет удельную площадь поверхности в пределах диапазона 15-200 м/г и весовой медианный диаметр зерна в пределах диапазона 0,1-50 мкм. Более предпочтительно удельная площадь поверхности находится в пределах диапазона 20-80 м/г, и весовой медианный диаметр зерна находится в пределах диапазона 0,5-25 мкм. Даже более предпочтительно удельная площадь поверхности находится в пределах диапазона 30-60 м/г и весовой медианный диаметр зерна находится в пределах диапазона 0,7-7 мкм.
В предпочтительном варианте осуществления подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция имеет яркость 75-97% ISO яркости, как измерено согласно методам, также описанным в части с примерами ниже.
В предпочтительном варианте осуществления подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция имеет истирание менее чем 3 мг, предпочтительно менее чем или равное 2 мг и более предпочтительно менее чем или равное 1 мг, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже.
Способ, в котором обеспечивается подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция
В способе производства тонкой бумаги согласно данному изобретению подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция вводят в тонкую бумагу во время способа производства тонкой бумаги с помощью любых обычных средств, известных специалисту данной области, или с помощью любых новых средств, которые будут разработаны в будущем в области техники, с целью формирования продукта тонкой бумаги.
Подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция можно добавить во время способа производства тонкой бумаги как водную суспензию, например суспензию, описанную выше, который подвергают или нет дальнейшему растворению или частичному повышению концентрации. Альтернативно его можно добавить в течение способа производства тонкой бумаги в любой подходящей твердой форме, например в форме порошка или в форме кека. В пределах контекста данного изобретения также возможно обеспечение неподвижной фазы, например, в форме кека или наслоения, включающего подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция.
В одном варианте осуществления подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция добавляют в течение способа производства тонкой бумаги дополнительно к другим минеральным наполнителям, таким как один или более из карбоната кальция (такой как перемолотый природный карбонат кальция на основе известняка, мрамора, мела и/или доломита, и/или осевший карбонат кальция), талька, двуокиси титана и каолиновой глины.
При добавлении подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция в форме суспензии (или "взвеси") с или без дополнительных других минеральных наполнителей указанная суспензия предпочтительно имеет общее содержание твердых веществ минерального наполнителя 1-80% твердых веществ, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже.
При добавлении подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция в форме суспензии (или "взвеси") с или без дополнительных других минеральных наполнителей указанная суспензия предпочтительно имеет вязкость 1-3000 мПа*с, предпочтительно 1-1000 мПа*с и более предпочтительно 1-500 мПа*с, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже.
В общих процедурах производства тонкой бумаги полотно тонкой бумаги сначала формуют с помощью обезвоживания взвеси волокон производства тонкой бумаги (возможно включающей другие добавки, эта общая взвесь называется "композиция"), добавленной в механизм производства тонкой бумаги с помощью напорного ящика, на перфорированную поверхность, такую как проволочная сетка. Волокна бумажного производства, наиболее часто применяемые в тонких бумагах, представляют собой чистую древесную целлюлозу, тем не менее также применяются бумажная масса макулатуры (также называемая "макулатурная масса") и примеси с древесной массой. Обеспечиваются в значительной мере отбеленный сульфит и сульфатная целлюлоза. Данные волокна производства тонкой бумаги могут в некоторых случаях быть предварительно подвергнуты различным степеням очистки для отделения волокон данной желаемой тонины.
В одном варианте осуществления данного изобретения подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция добавляют к и смешивают с суспензией волокон производства тонкой бумаги (и возможно дополнительных обычных добавок) для формирования композиции до введения в механизм производства тонкой бумаги и в значительной мере до обезвоживания.
В другом варианте осуществления данного изобретения многочисленные накладывающиеся наслоения композиции добавляют к перфорированной поверхности для формования наслоенного полотна тонкой бумаги. Данные наслоения могут отличаться строением, но, по меньшей мере, один из них включает подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция согласно данному изобретению.
Обезвоживание данного полотна тонкой бумаги затем в основном продолжается для формирования полусухого полотна тонкой бумаги, например, на прессовой части с помощью механического сжимания полотна тонкой бумаги или с помощью сквозной сушки полотна тонкой бумаги горячим воздухом при прохождении, например, через одну или более перфорированную переносную сетку или при свойлачивании. В одном варианте осуществления способ производства тонкой бумаги согласно данному изобретению осуществляет такой этап механического сжимания или сквозной сушки полотна тонкой бумаги, или осуществляет любые традиционные способы обезвоживания полотна тонкой бумаги, которые известны специалисту данной области. Следует отметить, что любой или все этапы обезвоживания может осуществлять дальнейшее применение вакуума или других средств, известных для удаления воды из полотна тонкой бумаги.
Наконец, данное полусухое полотно тонкой бумаги высушивают дополнительно или полностью для формирования тонкой бумаги, например, с помощью помещения его на поверхность Янки-цилиндра. Янки-цилиндр представляет собой большой, в основном стальной цилиндр, где нагнетаемый пар применяют для обеспечения горячей поверхности, на которой, в конечном счете, сушат полотно тонкой бумаги. В одном варианте осуществления способ производства тонкой бумаги согласно данному изобретению осуществляет такой этап выдерживания полотна тонкой бумаги на поверхности Янки-цилиндра или осуществляет любые традиционные средства, известные специалисту данной области для дополнительной или полной сушки полотна тонкой бумаги для формирования тонкой бумаги, как, например, с применением горелки с воздушной подушкой или с помощью сквозной сушки.
Общей практикой является «крепироваиие» тонкой бумаги или полусухого полотна тонкой бумаги, хотя некрепированные тонкие бумаги также существуют. Крепирование включает механическое сжимание тонкой бумаги в машинном направлении и в основном выполняется с помощью применения упругой лопасти, или "лезвия шабера", в отличие от Янки-цилиндра. Крепирование можно выполнить на сухой или влажной тонкой бумаге или полотне тонкой бумаги. В одном варианте осуществления способ производства тонкой бумаги согласно данному изобретению может осуществлять такой этап крепирования влажной или сухой тонкой бумаги или полотна тонкой бумаги, например, с помощью применения упругой лопасти или "лезвия шабера", по сравнению с Янки-цилиндром, или с помощью любых традиционных средств, известных специалисту данной области, для крепирования тонкой бумаги.
Небольшие количества функциональных химических средств, таких как влагостойкие или прочные в сухом состоянии смолы, гигроскопические вещества, масла, воски, удерживающие добавки, бактерициды, поверхностно-активные вещества, замасливатели, разрыхлители, смягчители, композиции, облегчающие крепирование, крахмалы и различные полимеры полиэлектролита, часто добавляют во время способа производства тонкой бумаги, или к сформированной тонкой бумаге, хотя типично только в небольших количествах. В одном варианте осуществления способ производства тонкой бумаги согласно данному изобретению может осуществлять добавление одного или более вышеупомянутых функциональных химических средств. Выбор природы и количеств таких средств так, чтобы они были совместимы с композицией или тонкой бумагой и друг с другом, и их осуществление в способе производства тонкой бумаги известны специалисту данной области.
После формирования тонкую бумагу (слой) затем можно разрезать и наслоить для формирования продукта тонкой бумаги, имеющего многочисленные слои. В одном варианте осуществления способ производства тонкой бумаги согласно данному изобретению осуществляет один или более этапов разрезания тонкой бумаги. Способ согласно данному изобретению может также включать один или более этапов наслаивания двух или более слоев тонкой бумаги для формирования продукта тонкой бумаги, где, по меньшей мере, один слой формируется согласно способу производства тонкой бумаги данного изобретения.
Способ производства тонкой бумаги может дополнительно включать этапы каландрирования и/или покрытия, и/или тиснения (простежка и/или волнистость), и/или пропитки жидкостью, такой как лосьон, и/или печатания на тонкой бумаге с целью формирования продукта тонкой бумаги. В одном варианте осуществления способ производства тонкой бумаги согласно данному изобретению может осуществлять один или более из этих дополнительных этапов.
Полученный продукт тонкой бумаги
Продукт тонкой бумаги данного изобретения является таковым, полученным с помощью способа производства тонкой бумаги, как описано выше.
Продукт тонкой бумаги данного изобретения альтернативно характеризуется тем, что он включает подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция, полученный с помощью реакции природного карбоната кальция с кислотой и с двуокисью углерода, где двуокись углерода формируется in situ с помощью обработки кислотой и/или поставляется из внешнего источника.
В предпочтительном варианте осуществления продукт тонкой бумаги данного изобретения в значительной мере содержит 2-20% по весу подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция относительно общего веса продукта тонкой бумаги. Более предпочтительно содержит 3-15% по весу подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция относительно общего веса продукта тонкой бумаги.
При наличии дополнительных минеральных наполнителей в продукте тонкой бумаги в дополнение к подвергшемуся поверхностной обработке природному карбонату кальция общее содержание минерального наполнителя бумаги составляет предпочтительно 1-50% по весу, более предпочтительно 1-25% по весу и наиболее предпочтительно 1-15% по весу относительно веса продукта тонкой бумаги.
2
В предпочтительном варианте осуществления продукт тонкой бумаги согласно данному изобретению имеет плотность бумаги на слой 5-50 г/м, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже. В другом предпочтительном варианте осуществления продукт тонкой бумаги включает от 1 до 3 слоев тонкой бумаги, хотя специалист данной области примет во внимание, что выбор числа слоев, формирующих продукт тонкой бумаги, будет зависеть от конечного применения данного продукта тонкой бумаги.
В предпочтительном варианте осуществления продукт тонкой бумаги согласно данному изобретению имеет мягкость менее чем 6,0 TSA, предпочтительно менее чем 5,5 TSA и более предпочтительно менее чем 3,5 TSA, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже.
Альтернативно, в другом предпочтительном варианте осуществления, при эквивалентной загрузке наполнителя в тонкую бумагу другой эквивалентной композиции, продукт тонкой бумаги согласно данному изобретению имеет мягкость, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже, которая, по меньшей мере, на 2 квадратичных отклонения меньше чем TSA величина эквивалентного продукта тонкой бумаги, где подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция замещается стандартным карбонатом кальция, который имеет весовой медианный диаметр, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже, в пределах 10% весового медианного диаметра подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже, и где плотность продукта тонкой бумаги, включающего стандартный карбонат кальция, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже, находится в пределах 5% плотности продукта тонкой бумаги, включающего подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция.
Альтернативно, в другом предпочтительном варианте осуществления продукт тонкой бумаги согласно данному изобретению имеет мягкость, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже, которая, по меньшей мере, на 2 квадратичных отклонения меньше чем TSA величина эквивалентного продукта тонкой бумаги, который не содержит какой-либо наполнитель, и где плотность продукта тонкой бумаги, не содержащего наполнитель, как измерено согласно методу, описанному в разделе Примеры ниже, находится в пределах 5% плотности продукта тонкой бумаги, включающей подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция.
Наконец, продукт тонкой бумаги согласно данному изобретению представляет собой предпочтительно косметическую салфетку, туалетную бумагу, декоративную бумагу и/или бумагу подарочной упаковки, бытовые и/или промышленные полотенца из тонкой бумаги, салфетки из топкой бумаги или ткани из тонкой бумаги.
ПРИМЕРЫ
Методы измерения
Следующие методы измерения применяют для оценки параметров, представленных в следующих примерах и формуле изобретения.
Относительно минерального наполнителя в форме взвеси:
Содержание твердых веществ
Содержание твердых веществ взвеси (так же известное, как "сухой вес") определяют с применением анализатора влажности HR73 производства Mettler-Toledo со следующими параметрами: температура 120°С, автоматическое выключение 3, стандартная сушка, 5-20 г взвеси.
Вязкость
Измеренная вязкость представляет собой вязкость по Брукфильду, измеренная с применением прибора Brookfield RVTDV-II при 100 rpm (оборотов в минуту), и выбранным шпинделем так, что % коэффициента эффективности передачи крутящего момента от шпинделя к жидкости находится в пределах 20-80.
pH
pH водной суспензии измеряют с применением стандартного pH-метра при приблизительно 22°С.
Удельная площадь поверхности
Удельную площадь поверхности измеряют с помощью метода БЭТ согласно ISO 9277 с применением азота, выдерживая условия для образца нагреванием при 250°С в течение периода 30 минут.
50
Распределение размера частиц (мас.% частиц с диаметром < X) и весовой медианный диаметр зерна (d)
Весовой медианный диаметр зерна и массовое распределение диаметра зерна определяют с помощью метода осаждения, то есть анализа поведения осадка в гравиметрическом поле. Измерение проводят на Sedigraph™ 5120.
4
2
7
Метод и прибор известны специалисту данной области и широко применяются для определения размера зерна наполнителей и красителей. Измерение проводят в водном растворе 0,1 вес.% NaPO. Образцы диспергировали с применением высокоскоростной мешалки и ультразвука.
ISO яркость R-457
R-457 ISO яркость определяют согласно ISO 2469 с применением прибора Elrepho 3300.
Истирание
Истирание измеряли с применением прибора AT 2000 (А тип 871001 Nr. 8602 (прототип), С серийный номер 9560-9501) компании Einlehner с применением РК 2069 тестовых тел и 1 кг эталонной взвеси ЕМХ-20 порошка, имеющего содержание твердых веществ 0,7-0,9% по весу, калиброванного так, что эталон обеспечивает величину истирания 15,5-17,5 мг.
Относительно листа бумаги ручного отлива, включающего минеральный наполнитель:
Плотность бумаги
Плотность листа бумаги ручного отлива определяют согласно DIN EN ISO 536, выдерживая условия для листа бумаги ручного отлива в течение 48 часов в окружающей среде, имеющей 50% относительную влажность и температуру 23 +/- 1°С.
Толщина
2
Толщину листа бумаги ручного отлива определяют согласно SN EN ISO 534, выдерживая условия для листа бумаги ручного отлива в течение 48 часов в окружающей среде, имеющей 50% относительную влажность и температуру 23 +/- 1°С, и с применением микрометра с тестовым давлением 10 Н/см.
Мягкость
Мягкость листа бумаги ручного отлива без применения каких-либо условий оценивают с применением прибора анализатора мягкости тонкой бумаги (номер оборудования 01-01-26) компании Emtec (Paper Testing Technology (технология тестирования бумаги)).
Пухлость
Пухлость листа бумаги ручного отлива, зависящая от объема, который занимает грамм листа бумаги ручного отлива, определяют с помощью деления толщины листа бумаги ручного отлива на массу на единицу планарной области листа бумаги ручного отлива, используя подходящие единицы.
Пример 1: Получение взвесей минеральных наполнителей
Тест 1:
Данный тест иллюстрирует получение водной взвеси природного карбоната кальция известного уровня техники, называемого взвесь А.
Для данного теста взвесь перемолотого мрамора, произведенного компанией OMYA под коммерческим названием Hydrocarb 60 МЕ-78%, разводят для формирования 65% взвеси твердых веществ.
Полученная взвесь природного карбоната кальция, называемая взвесь A, имеет характеристики, представленные в таблице 1.
Таблица 1.
Тесты
Единица
Взвесь A
Содержание твердых веществ
%
65
Вязкость
мПа*с
250
pH
8,5
Природный карбонат кальция в водной взвеси А имеет характеристики, представленные в таблице 2.
Таблица 2.
Тесты
Единица
Взвесь A
Удельная площадь поверхности
м<sup>2</sup>/г
6,8
Sedigraph™ 5120
<2 мкм
вес.%
61
<1 мкм
вес.%
37
Весовой медианный диаметр частицы
мкм при 50 вес.%менее чем
1,5
Истирание
мг
17-18
Тест 2:
Данный тест иллюстрирует получение водной взвеси подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция, называемой взвесью В.
2
Мелко измельченный природный карбонат натрия, происходящий из Австрии, суспендировали для получения суспензии приблизительно 65% по весу сухого вещества. Взвесь, сформированную таким образом, затем обрабатывают медленным добавлением фосфорной кислоты при температуре приблизительно 60°С, достаточной для обеспечения продукта, имеющего удельную площадь поверхности по БЭТ 80 м/г и весовой медианный диаметр 1,5 мкм.
Полученная взвесь подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция имеет характеристики, представленные в таблице 3.
Таблица 3.
Тесты
Единица
Взвесь B
Содержание твердых веществ
%
10,6
Вязкость
мПа*с
121
pH
7,2
Подвергшийся поверхностной обработке природный карбонат кальция в водной взвеси имеет характеристики, представленные в таблице 4.
Таблица 4.
Тесты
Единица
Взвесь B
Удельная площадь поверхности
м<sup>2</sup>/г
80
Sedigraph™ 5120
<2 мкм
%
91,0
<1 мкм
%
6,3
Весовой медианный диаметр частиц
мкм при 50 вес.%менее чем
1,52
ISO яркость
%
94,0
Истирание
мг
0,7
Фигура 1 иллюстрирует SEM (сканирующая электронная микроскопия) изображение данного подвергшегося поверхностной обработке природного карбоната кальция.
Пример 2: Получение листов тонкой бумаги ручного отлива
2
Листы бумаги ручного отлива, имеющие плотность бумаги 20-30 г/м, получили, обеспечивая взвеси минерального наполнителя тестов 1 и 2. Листы бумаги ручного отлива получили так, что они имели загрузку сухого минерального наполнителя 3, 6 и 10% по весу на общий вес листа бумаги ручного отлива. Композиция волокна, применяемая для формирования листов бумаги ручного отлива, состоит из волокон 100% отбеленного сульфита, имеющих 17°SR. Листы бумаги ручного отлива получили с применением листовой машины Rapid-Köthen.
Пример 3: Анализ листа бумаги ручного отлива
Листы бумаги ручного отлива, сформированные в Примере 2, затем анализируют согласно методам измерения, описанным выше. Результаты представлены в таблице 5.
Таблица 5.
Только масса
Масса + взвесь А
Масса + взвесь B
Вес CaCO<sub>3</sub> на общий вес листа бумаги ручного отлива (%)
0
3
6
10
3
6
10
Измерения листа бумаги ручного отлива
Плотность бумаги (г/м<sup>2</sup>)
30,9
30,9
31,7
29,9
31,7
31,6
31,1
Толщина (мкм)
65,2
65,2
65,4
65,3
70,0
70,2
70,6
Мягкость (TSA)
7,77
д/о*
6,46
5,90
5,95
4,09
3,15
Пухлость (см<sup>3</sup>/г)
2,13
2,21
2,22
2,15
2,21
2,25
2,35
Яркость R-457+УФ (%)
72,8
74,7
76,4
78,0
74,8
74,7
78,3
* д/о = данные отсутствуют
Листы бумаги ручного отлива, сформированные с обеспечением подвергшегося поверхностной обработке карбоната кальция согласно данному изобретению, имеют значительное улучшение в мягкости при равной загрузке наполнителя относительно листов бумаги ручного отлива, сформированных с обеспечением стандартного карбоната кальция.