CN111501400A

CN111501400A - 纸和纸板产品

Info

Publication number: CN111501400A
Application number: CN202010003791.9A
Authority: CN
Inventors: P·斯文丁; J·S·菲尔普斯; J·克里琴格; T·拉尔森; T·塞莉娜; D·斯丘斯
Original assignee: Fibrin Technology Co ltd
Current assignee: Fibrin Technology Co ltd
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: CN109072551B; EP3828339A1; EP4303361A2; WO2017175062A1; US20220154408A1; KR102269338B1; AU2022252721A1; AU2021201286A1; AU2017247687B2; AU2017247687A1; PL3440259T3; DK3828339T3; ES2857512T3; CN109072551A; JP2020045603A; JP6656405B2; RU2694038C1; JP7267478B2; CN111501400B; EP4303361A3

Abstract

本发明涉及产品，例如纸和纸板产品，其包含含纤维素的基材和包含微纤维化纤维素和无机颗粒的顶层片，涉及制造这种纸和纸板产品的方法，以及这种纸和纸板产品的相关用途。在当湿基材处于在造纸机电线上形成的过程中时的阶段施加微纤维化纤维素和无机颗粒材料，从而避免了更广泛的设备和机械以及单独干燥涂层的额外成本。当如此施加时，通过将无机颗粒捕获在基材表面上并通过给予复合物足够的强度和合适的孔结构，微纤维化纤维素有助于将无机颗粒施加到湿纸或纸板基材的表面上以使其适合印刷和其它最终用途需求。

Description

纸和纸板产品

本申请是申请号为201780021868.1、申请日为2017年3月31日、发明名称为“纸和纸板产品”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及纸或纸板产品，其包含基材和至少一个顶层片，所述顶层片包含微纤维化纤维素和至少一种无机颗粒材料的复合物，其量适合于赋予这种纸或纸板产品改善的光学、表面和/或机械性能而使它们适合印刷和其它最终用途需求，还涉及通过将微纤维化纤维素和至少一种无机颗粒材料的复合物施加到造纸机湿端的电线上的湿基材上的过程来制造纸或纸板产品的方法，以及这种纸或纸板产品的相关用途。

背景技术

纸和纸板产品种类繁多。一直需要对具有光学、表面和/或机械性能的纸和纸板产品进行质量改善，这使得它们适合于印刷和其它最终用途需求，并且改善制造这种具有改善的可印刷性和表面性能的纸和纸板产品的方法，例如通过降低成本，以使该方法更节能和环境友好，和/或改善纸产品的可再生性。

通常在多型造纸机上制造白色顶部衬里板。白色顶部衬里板的顶层通常包含轻度精制的漂白硬木牛皮纸(短)纤维，其含有的填料量可高达约20重量％。顶层通常用于覆盖具有一层的基底以改善衬里板的光学外观并获得适合于印刷的高亮度表面或作为涂层的基底。通常使用纸浆基底层，因为基底层通常包含未漂白的牛皮纸浆或再生纸板(“OCC”，旧瓦楞纸箱)，因此非常粗糙并且不适合用常规设备涂覆。尽管使用了一些胶版印刷，但白色顶部衬里板通常以柔性版印刷，并且喷墨技术的重要性日益增加。

随着传统印刷和书写等级的下降，许多工厂一直在寻求将其图形纸机转换为制造衬里板或其它包装产品。将单层机器转换为多层机器需要大量的重建和投资，如果没有这个，机器将仅限于制造简单的衬里板等级。通过在造纸机的湿端操作的合适涂覆设备应用合适的涂层复合物以生产白色顶部衬里板产品将为机器经济地生产白色顶部衬里板产品提供简单且低成本的可能性。在衬里板生产过程的此时将微纤维化纤维素和有机颗粒材料的低固体含量浆料施加到衬里板基材的表面上将允许使用现有的排水元件排出白色顶部衬里板，并且所得到的白色顶部衬里板被压制并且作为常规片材干燥。

在湿润的新形成基材上的涂覆存在挑战。在这些挑战中，事实上湿基材的表面比压制和干燥的片材更粗糙。由于这个原因，微纤维化纤维素和有机颗粒材料的复合物的顶层片浆料必须以合适的流速产生复合物材料的均匀流动或帘幕。此外，必须将顶层片浆料均匀地引入到湿纸幅上以获得轮廓涂层。一旦压制和干燥，顶层片必须呈现适合直接印刷或单涂层的表面。因此，低孔隙率和良好的表面强度对于成品白色顶部衬里板是非常重要的性质。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种纸或纸板产品，其包含：

(i)含纤维素的基材；和

(ii)顶层片，基于顶层片的总重量，其包含无机颗粒材料和至少约5重量％的微纤维化纤维素；

其中，顶层片中无机颗粒材料与微纤维化纤维素的重量比为约20：1至约3：1，并且其中，根据ISO标准11475，顶层片具有至少约65％的亮度。

在某些实施方式中，纸板产品是白色顶部纸板或白色顶部衬里板。

根据本发明的第二方面，提供了一种纸或纸板产品，其包含：

(i)含纤维素的基材；和

(ii)顶层片，基于顶层片的总重量，其包含在约67重量％至约90重量％范围内的无机颗粒材料和为至少约10重量％的微纤维化纤维素，其中，顶层片在纸或纸板产品中的存在量范围为约15g/m²至约40g/m²。

在第二方面的某些实施方式中，顶层片在产品中的存在量范围为约20g/m²至约30g/m²，特别是至少约30g/m²。

在第一和第二方面的某些实施方式中，与在相对于顶层片的表面上的基材上测量的亮度(根据ISO标准11475(F8；D65-400nm))相比，在顶层片上测量的亮度增加。

有利地，在某些实施方式中，顶层片在深色基材上提供良好的光学和物理覆盖，例如，亮度为15-25的基材，在涂层重量为约30g/m²时，有可能产生至少约65％、至少约70％或至少约80％的改善亮度。

在某些实施方式中，产品包含或是纸板产品，并且在一些实施方式中，产品是白色顶部纸板、容器板或衬里板产品。此外，与在通常为5-15重量％的较低填料载量下通常需要50-60g/m²的常规白色顶部涂层相比，可以利用第一和第二方面在约30g/m²的覆盖下实现亮度的改善以达到80％或更高的亮度水平。

根据第三方面，提供了一种纸或纸板产品，其包含：

(i)含纤维素的基材；和

(ii)顶层片，基于顶层片的总重量，其包含在约67重量％至约92重量％范围内的无机颗粒材料和在5重量％至约30重量％范围内的微纤维化纤维素。

在某些实施方式中，顶层片中无机颗粒与微纤维化纤维素的重量比为约8：1至约1：1、或约6：1至约3：1、或约5：1至约2：1、或约5：1至约3：1、或约4：1至约3：1。

根据本发明的第四方面，提供了一种制造纸或纸板产品的方法，该方法包含：(a)提供纸浆的湿纸幅；(b)在纸浆的湿纸幅上提供顶层片浆料，其中：(i)以15g/m²至40g/m²范围的量提供顶部浆料，和(ii)顶层片浆料包含足够量的微纤维化纤维素以获得具有顶层片的产品，基于顶层片的总重量，所述顶层片包含至少约5重量％微纤维化纤维素；(iii)并且顶部浆料包含无机颗粒材料和微纤维化纤维素。在另外的实施方式中，基于顶层片的总重量，顶层片包含至少约10重量％、至少约20重量％、或高达约30重量％。

根据第五方面，本发明涉及包含基于顶层片的总重量为至少约20重量％微纤维化纤维素的顶层片作为纸板基材上的白色顶层的用途。在另外的实施方式中，本发明涉及包含基于顶层片的总重量为至多约30重量％微纤维化纤维素的顶层片作为纸板基材上的白色顶层的用途。在某些实施方式中，本发明涉及包含基于顶层片总重量在约67重量％至约92重量％范围内的无机颗粒材料和在约5重量％至约30重量％范围内的微纤维化纤维素的顶层片的用途。

根据第六方面，本发明涉及通过在造纸机湿端的电线上的湿基材顶部上的非加压或加压槽开口形成帘幕或膜以将顶层片施加到基材上以制造第一至第三方面的纸或纸板产品。

在某些另外的实施方式中，可以施加微纤维化纤维素和无机颗粒材料的复合物作为白色顶层或其它顶层。有利地，与将常规的二次纤维层或涂层施加到干燥纸或半干燥纸或纸板产品上相比，该方法可以利用低成本设备进行应用，例如帘幕涂覆机、加压挤出涂覆机、二次流浆箱或加压或不加压槽式涂覆机。此外，造纸机的现有排水元件和压榨部分如长网成型机的排水台可用于除水。微纤维化纤维素和无机颗粒材料的顶层片能够保持在基材的顶部并在纸或纸板产品的低基重下提供良好的光学和物理覆盖。

附图说明

图1显示了根据实施例1在不同克重下生产的片材的形成。

图2是总结根据实施例1在不同克重下生产的片材的亮度的图。

图3是总结根据实施例1在不同克重下生产的片材的PPS粗糙度的图。

图4是实施例2的试验1-4的亮度与涂层重量水平的关系图。

图5是涂覆有35g/m²顶层片的基材的扫描电子显微镜图像，在试验点T2，该顶层片包含施加到85g/m²基材上的20重量％微纤维化纤维素和80重量％重质碳酸钙。

图6是涂覆有48g/m²顶层片的基材的扫描电子显微镜图像，在试验点T4，该顶层片包含施加到85g/m²基材上的20重量％微纤维化纤维素、20重量％重质碳酸钙和60重量％滑石。

图7显示了柔性版印刷样品的横截面。

具体实施方式

令人惊讶地发现，在湿线形成后，可以立即将包含无机颗粒材料和微纤维化纤维素的复合物的层片添加到造纸机(例如长网成型机)湿端的纸幅上，并且其中，纸幅的固体量仍低于10-15重量％。通过所公开的方法制造的顶层片纸或纸板提供用于最终用途用途的有利光学性质(例如亮度)以及轻量化和/或表面改善(例如光滑度和低孔隙率)，同时保持合适的机械性能(例如强度)。

“顶”层片是指顶层片被施加在或到基材上，该基材可在顶层片下方具有中间层片或中间层。在某些实施方式中，顶层片是外层片，即在顶上没有另一层片。在某些实施方式中，顶层片具有至少约15g/m²至约40g/m²的克重。

“微纤维化纤维素”是指纤维素组合物，其中，与预微纤维化纤维素的纤维相比，纤维素的微纤作为单独物质或作为较小聚集体被释放或部分释放。微纤维化纤维素可通过微纤维化纤维素获得，包括但不限于本文所述的方法。适用于造纸的典型纤维素纤维(即预微纤维化纸浆或尚未纤维化的纸浆)包括数百或数千个单独纤维素微纤维的较大聚集体。通过微纤维化纤维素，赋予微纤维化纤维素和包括微纤维化纤维素的组合物特定的特性和性质，包括但不限于本文所述的特性和性质。

使用所公开的微纤维化纤维素和无机颗粒材料的组合物以及通过本文所述的制造方法可以制造多种类型的纸或纸板。纸和纸板产品之间没有明确的界限。后者往往是较厚的具有增加克重的纸基材料。纸板可以是单层片，可以在其上施加微纤维化纤维素和无机颗粒材料的复合物的顶层片，或者纸板可以是多层片基材。本发明涉及多种形式的纸板，包括作为示例而非限制性的制箱板或纸箱板，包括折叠纸箱和刚性装配盒和折叠制箱板；例如液体包装板。纸板可以是硬纸板或白色衬里硬纸板。纸板可以是牛皮纸板、层压板。纸板可以是固体漂白板或固体未漂白板。各种形式的容器板包含在本发明的纸板产品中，例如瓦楞纸纤维板(其为建筑材料而非纸或纸板产品本身)、衬里板或粘合剂板。本文所述的纸板可适用于包裹和包装各种最终产品，包括例如食品。

在某些实施方式中，产品是或包含容器板，并且基材和顶层片适用于或作为容器板。在某些实施方式中，产品是或包含棕色牛皮纸衬里、白色顶部牛皮纸衬里、测试衬里、白色顶部测试衬里、棕色轻质再生衬里、斑驳测试衬里和白色顶部再生衬里中的一种。

在某些实施方式中，产品是或包含纸箱板。

在某些实施方式中，产品是或包含牛皮纸。

在某些实施方式中，基材包含纸板产品或适用于或作为纸板产品。在某些实施方式中，基材适用于白色顶部纸板产品，例如作为衬里板。在某些实施方式中，产品包含或是纸板产品，例如衬里板。在某些实施方式中，产品包含或是白色顶部纸板产品，例如衬里板。在这样的实施方式中，纸板产品可以是瓦楞纸板，例如具有包含基材和顶层片作为衬里板的产品。在某些实施方式中，纸板产品是瓦楞状的单面、单壁、双壁或三壁。

除非另有说明，否则量基于顶层片和/或基材的总干重。

除非另有说明，否则本文提及的无机颗粒材料的粒径性质是以公知方式通过使用由Micromeritics Instruments Corporation，Norcross,Georgia,USA(电话：+1 770 6623620；网站：www.micromeritics.com)提供的Sedigraph 5100机器在含水介质中以完全分散的条件沉降颗粒材料来测量的，在此称为“Micromeritics Sedigraph 5100单位”。这种机器提供了测量值和具有尺寸的颗粒的累积重量百分比图，在本领域中称为“等效球直径”(e.s.d)，小于给定的e.s.d值。平均粒径d₅₀是以这种方式测定的颗粒e.s.d的值，其中有50重量％的颗粒具有小于d₅₀值的等效球直径。

或者，在所述的情况下，本文中提及的无机颗粒材料的粒径性质是通过激光散射领域中使用的公知常规方法并使用由Malvern Instruments Ltd提供的MalvernMastersizer S机器(或通过其它方法得到基本相同的结果)测量的。在激光散射技术中，基于Mie理论的应用，可以使用激光束的衍射来测量粉末、悬浮液和乳液中的颗粒尺寸。这种机器提供了测量值和具有尺寸的颗粒的累积体积百分比图，在本领域中称为“等效球直径”(e.s.d)，小于给定的e.s.d值。平均粒径d₅₀是以这种方式测定的颗粒e.s.d的值，其中有50体积％的颗粒具有小于d₅₀值的等效球直径。

除非另有说明，否则微纤维化纤维素材料的粒径性质是通过激光散射领域中使用的公知常规方法并使用由Malvern Instruments Ltd提供的Malvern Mastersizer S机器(或通过其它方法得到基本相同的结果)测量的。

下面提供了使用Malvern Mastersizer S机器用于表征无机颗粒材料和微纤维化纤维素的混合物的粒径分布的程序的细节。

顶层片

在某些实施方式中，基于顶层片总重量，顶层片包含至少约5重量％微纤维化纤维素。在某些实施方式中，基于顶层片总重量，顶层片包含约5重量％至约30重量％微纤维化纤维素，例如5重量％至约25重量％、或约10重量％至约25重量％、或约15重量％至约25重量％、或约17.5重量％至约22.5重量％微纤维化纤维素。

在某些实施方式中，基于顶层片总重量，顶层片包含至少约67重量％无机颗粒材料、或至少约70重量％无机颗粒材料、或至少约75重量％无机颗粒材料、或至少约80重量％无机颗粒材料、或至少约85重量％无机颗粒材料、或至少约90重量％无机颗粒材料，并且任选地，0至3重量％其它添加剂。

在某些实施方式中，微纤维化纤维素和无机颗粒材料提供了约15g/m²至约40g/m²的顶层片克重。在该实施方式和其它实施方式中，顶层片中无机颗粒与微纤维化纤维素的重量比为约20：1、或约10：1、或约5：1、或约4：1、或约3：1或约2：1。

在某些实施方式中，基于顶层片总重量，顶层片包含约70重量％至约90重量％无机颗粒材料和约10重量％至约30重量％微纤维化纤维素，并且任选地，至多3重量％其它添加剂。

在某些实施方式中，顶层片可任选地含有另外的有机化合物，即除微纤维化纤维素之外的有机化合物。

在某些实施方式中，顶层片可任选地含有阳离子聚合物、阴离子聚合物和/或多糖水胶体。

在某些实施方式中，顶层片可任选地含有蜡、聚烯烃和/或硅酮。

在某些实施方式中，顶层片不含荧光增白剂。

在某些实施方式中，顶层片基本上由无机颗粒材料和微纤维化纤维素组成，并且因此包含不超过约3重量％，例如不超过约2重量％、或不超过约1重量％、或不超过约0.5重量％的除无机颗粒材料和微纤维化纤维素之外的添加剂。在这样的实施方式中，顶层片可包含至多约3重量％添加剂，该添加剂选自絮凝剂、形成/排水助剂(例如聚(丙烯酰胺-共二烯丙基二甲基氯化铵，

))、水溶性增稠剂、淀粉(例如阳离子淀粉)、施胶剂(例如松香)、烷基烯酮二聚体(“AKD”)、烯基琥珀酸酐(“ASA”)或类似材料及其组合，例如，至多约2重量％的这种添加剂，或至多约1重量％的这种添加剂，或至多约0.5重量％的这种添加剂。

在某些实施方式中，我们发现与在正常造纸中使用的更大量相反，添加少量的保留/排水助剂例如聚(丙烯酰胺-共二烯丙基二甲基氯化铵)溶液

降低的保留量助剂提供了微量絮凝，对基材的形成没有明显的负面影响，但对脱水产生积极影响。这导致脱水速度的显著改善。

在某些实施方式中，顶层片由无机颗粒材料和微纤维化纤维素组成，并且因此包含小于约0.25重量％的无机颗粒材料，例如小于约0.1重量％，或不含除无机颗粒材料和微纤维化纤维素之外的添加剂，即该添加剂选自絮凝剂、形成/排水助剂(如聚(丙烯酰胺-共二烯丙基二甲基氯化铵)溶液

)、水溶性增稠剂、淀粉(例如阳离子淀粉)及其组合。

微纤维化纤维素可以来源于任何合适的来源。

在某些实施方式中，通过激光散射测量的微纤维化纤维素的d₅₀为约5μm至约500μm。在某些实施方式中，微纤维化纤维素的d₅₀等于或小于约400μm，例如等于或小于约300μm、或等于或小于约200μm、或等于或小于约150μm、或等于或小于约125μm、或等于或小于约100μm、或等于或小于约90μm、或等于或小于约80μm、或等于或小于约70μm、或等于或小于约60μm、或等于或小于约50μm、或等于或小于约40μm、或等于或小于约30μm、或等于或小于约20μm、或等于或小于约10μm。

在某些实施方式中，微纤维化纤维素的模态纤维粒径为约0.1-500μm。在某些实施方式中，微纤维化纤维素的模态纤维粒径为至少约0.5μm，例如至少约10μm、或至少约50μm、或至少约100μm、或至少约150μm、或至少约200μm、或至少约300μm、或至少约400μm。

另外或可替代地，通过Malvern测量的微纤维化纤维素可具有等于或大于约10的纤维陡度。纤维陡度(即纤维粒度分布的陡度)由下式确定：

陡度＝100x(d₃₀/d₇₀)

微纤维化纤维素可具有等于或小于约100的纤维陡度。微纤维化纤维素的纤维陡度可等于或小于约75、或等于或小于约50、或等于或小于约40、或等于或小于约30。微纤维化纤维素的纤维陡度可为约20至约50、或约25至约40、或约25至约35、或约30至约40。

无机颗粒材料可以是例如碱土金属碳酸盐或硫酸盐如碳酸钙、碳酸镁、白云石、石膏，含水的钙铁矾粘土如高岭土、埃洛石或球粘土，无水(煅烧)高岭石粘土如偏高岭土或完全煅烧的高岭土，滑石，云母，碳酸镁石，水菱镁矿，磨砂玻璃，珍珠岩或硅藻土，或硅灰石，或二氧化钛，或氢氧化镁，或三水合铝，石灰，石墨或其组合。

在某些实施方式中，无机颗粒材料包含或者是碳酸钙、碳酸镁、白云石、石膏、无水高岭石粘土、珍珠岩、硅藻土、硅灰石、氢氧化镁或三水合铝、二氧化钛或其组合。

用于本发明的示例性无机颗粒材料是碳酸钙。在下文中，本发明可倾向于以碳酸钙的形式讨论，并且涉及加工和/或处理碳酸钙的方面。不应将本发明解释为限于这些实施方式。

用于本发明的颗粒碳酸钙可以通过研磨从天然来源获得。重质碳酸钙(GCC)通常通过粉碎然后研磨矿物源如白垩、大理石或石灰石而获得，然后可以进行粒径分级步骤以获得具有所需细度的产品。其它技术如漂白、浮选和磁力分离也可用于获得具有所需细度和/或颜色的产品。即通过固体材料本身颗粒之间的磨损，或者可替代地在颗粒研磨介质存在下，颗粒固体材料可以自生研磨，所述颗粒研磨介质包含与待研磨的碳酸钙不同的材料的颗粒。可以在存在或不存在分散剂和杀生物剂的情况下进行这些方法，所述分散剂和杀生物剂可以在该方法的任何阶段添加。

沉淀碳酸钙(PCC)可以用作本发明中的颗粒碳酸钙来源，并且可以通过本领域可用的任何已知方法生产。TAPPI Monograph Series No 30，“Paper Coating Pigments”，第34-35页描述了制备沉淀碳酸钙的三种主要商业方法，该方法适用于制备用于造纸工业的产品，但也可用于本发明的实践中。在所有三种方法中，首先将碳酸钙原料如石灰石煅烧以产生生石灰，然后将生石灰在水中熟化以产生氢氧化钙或石灰乳。在第一种方法中，石灰乳直接用二氧化碳气体碳酸化。该方法的优点是不形成副产物，并且相对容易控制碳酸钙产品的性质和纯度。在第二种方法中，将石灰乳与苏打灰接触通过双重分解以生产碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液。如果该方法在商业上使用，则氢氧化钠可以基本上完全与碳酸钙分离。在第三种主要的商业方法中，首先将石灰乳与氯化铵接触以得到氯化钙溶液和氨气。然后将氯化钙溶液与苏打灰接触通过双重分解以产生沉淀的碳酸钙和氯化钠溶液。根据所使用的具体反应过程，可以以各种不同的形状和尺寸生产晶体。PCC晶体的三种主要形式是文石、菱形和偏三角面体(例如方解石)，它们都适用于本发明，包括其混合物。

在某些实施方式中，可以在生产微纤维化纤维素的过程中形成PCC。

湿法研磨碳酸钙涉及形成碳酸钙的含水悬浮液，然后可任选地在合适的分散剂存在下将其研磨。关于碳酸钙的湿法研磨的更多信息可以参考例如EP-A-614948(其内容通过引用整体并入)。

当从天然存在的来源获得本发明的无机颗粒材料时，可能一些矿物杂质会污染研磨材料。例如，天然存在的碳酸钙可以与其它矿物结合存在。因此，在一些实施方式中，无机颗粒材料包括一定量的杂质。然而，通常，用于本发明的无机颗粒材料含有少于约5重量％，或少于约1重量％的其它矿物杂质。

无机颗粒材料可具有粒径分布，其中至少约10重量％的颗粒具有小于2μm的e.s.d，例如，至少约20重量％、或至少约30重量％、或至少约40重量％、或至少约50重量％、或至少约60重量％、或至少约70重量％、或至少约80重量％、或至少约90重量％、或至少约95重量％、或约100％的颗粒具有小于2μm的e.s.d。

在另一种实施方式中，如使用Malvern Mastersizer S机器测量的，无机颗粒材料具有粒径分布，其中至少约10体积％的颗粒具有小于2μm的e.s.d，例如，至少约20体积％、或至少约30体积％、或至少约40体积％、或至少约50体积％、或至少约60体积％、或至少约70体积％、或至少约80体积％、或至少约90体积％、或至少约95体积％、或约100体积％的颗粒具有小于2μm的e.s.d。

下面提供了使用Malvern Mastersizer S机器表征无机颗粒材料和微纤维化纤维素的混合物的粒度分布的程序的细节。

在某些实施方式中，无机颗粒材料是高岭土粘土。在下文中，本说明书的该部分可能倾向于以高岭土的形式讨论，并且涉及加工和/或处理高岭土的方面。不应将本发明解释为限于这些实施方式。因此，在一些实施方式中，高岭土以未加工的形式使用。

用于本发明的高岭土粘土可以是来源于天然来源的加工材料，即原始天然高岭土粘土矿物。加工的高岭土粘土通常可含有至少约50重量％的高岭石。例如，大多数商业加工的高岭土粘土含有大于约75重量％的高岭石，并且可含有大于约90％，在一些情况下大于约95重量％的高岭石。

用于本发明的高岭土粘土可以通过本领域技术人员公知的一种或多种其它方法由原始天然高岭土粘土矿物而制备，例如通过已知的精制或选矿步骤。

例如，可以用还原漂白剂如连二亚硫酸钠漂白粘土矿物。如果使用连二亚硫酸钠，可任选地脱水漂白的粘土矿物，并且在连二亚硫酸钠漂白步骤之后任选地洗涤并再次任选地脱水。

可以处理粘土矿物以除去杂质，例如通过本领域公知的絮凝、浮选或磁分离技术。或者，可以以固体或水悬浮液的形式未处理本发明第一方面中使用的粘土矿物。

制备用于本发明的颗粒高岭土粘土的方法还可包括一个或多个粉碎步骤，例如研磨或磨碎。粗糙高岭土的轻微粉碎用于使其适当分层。可以通过使用塑料(例如尼龙)、砂或陶瓷研磨或磨碎助剂的珠粒或颗粒进行粉碎。可以使用公知的方法精制粗糙高岭土以除去杂质并改善物理性质。可以通过已知的粒度分级方法处理高岭土粘土，例如筛分和离心(或两者)以获得具有所需d₅₀值或粒径分布的颗粒。

基材

基材(和微纤维化纤维素)可以来源于含纤维素的纸浆，其可以通过本领域已知的任何合适的化学或机械处理或其组合而制备。纸浆可以来源于任何合适的来源，例如木材、草(例如甘蔗、竹子)或碎布(例如纺织废料、棉花、大麻或亚麻)。可以按照本领域技术人员公知的方法漂白纸浆，并且适用于本发明的那些方法将是显而易见的。在某些实施方式中，纸浆是未漂白的。漂白或未漂白的纤维素纸浆可以被打浆、精制或两者以达到预定的游离度(在本领域中报道为加拿大标准游离度(CSF)，单位为cm³)。然后由漂白或未漂白和打浆的纸浆制备合适的原料。

在某些实施方式中，基材包含或来源于牛皮纸浆，其是天然(即未漂白的)着色的。在某些实施方式中，基材包含或来源于深色牛皮纸浆、再生纸浆或其组合。在某些实施方式中，基材包含或来源于再生纸浆。

制备基材的原料可含有本领域已知的其它添加剂。例如，原料含有非离子、阳离子或阴离子保留剂或微粒保留体系。它还可含有施胶剂，其可以是例如长链烷基烯酮二聚体(“AKD”)，蜡乳液或琥珀酸衍生物如烯基琥珀酸酐(“ASA”)，松香加明矾或阳离子松香乳液。基材组合物的原料也可含有染料和/或荧光增白剂。原料还可包含干和湿强度助剂，例如淀粉或表氯醇共聚物。

产品

在某些实施方式中，基材具有适用于或作为容器板产品的克重，例如，克重范围为约50g/m²至约500g/m²。在该实施方式和其它实施方式中，顶层片可具有约10g/m²至约50g/m²，特别是约15g/m²至40g/m²，更特别是约20g/m²至30g/m²范围的克重。

在某些实施方式中，基材的克重为约75g/m²至约400g/m²，例如，约100g/m²至约375g/m²、或约100g/m²至约350g/m²、或约100g/m²至约300g/m²、或约100g/m²至约275g/m²、或约100g/m²至约250g/m²、或约100g/m²至约225g/m²、或约100g/m²至约200g/m²。在该实施方式和其它实施方式中，顶层片可具有约15g/m²至40g/m²、或约25g/m²至35g/m²范围的克重。

在某些实施方式中，顶层片的克重等于或小于40g/m²、或等于或小于约35g/m²、或等于或小于约30g/m²、或等于或小于25g/m²、或等于或小于22.5g/m²、或等于或小于20g/m²、或等于或小于18g/m²、或等于或小于15g/m²。

有利地，包含无机颗粒材料和微纤维化纤维素的顶层片的应用使得能够制造具有所需光学、表面和机械性能的组合的产品，例如纸板或容器板，其可在使用相对少量的具有高填料含量的顶层片时是可获得的，从而与常规的顶层片/基材构造相比提供了产品的轻量化。此外，在施加顶层片之后可能发生的机械性能的任何降低可以通过增加基材的克重来抵消，基材是相对便宜的材料。

因此，在某些实施方式中，产品具有以下一种或多种：

(i)与没有顶层片的基材相比在顶层片上测量的亮度(根据ISO标准11475(F8；D65-400nm))增加或在相对于顶层片的表面上的基材上测量的亮度和/或根据ISO标准11475(F8；D65-400nm)在顶层片上测量的亮度至少为约60.0％；

(ii)在顶层片上测量的PPS粗糙度(@1000kPa)不大于约6.0μm和/或在顶层片上测量的PPS粗糙度(@1000kPa)比没有顶层片的基材的PPS粗糙度小至少2.0μm。

在某些实施方式中，在顶层片上测量的亮度为至少约70.0％，例如，至少约75.0％、或至少约80.0％、或至少约81.0％、或至少约82.0％、或至少约83.0％、或至少约84.0％、或至少约85.0％。可以使用Elrepho分光光度计测量亮度。

在某些实施方式中，产品的在顶层片上测量的PPS粗糙度(@1000kPa)小于约5.9μm，例如，小于约5.8μm、或小于约5.7μm、或小于约5.6μm、或小于约5.5μm。在某些实施方式中，PPS粗糙度为约5.0μm至约6.0μm，例如，约5.2μm至约6.0μm、或约5.2μm至约5.8μm、或约5.2μm至约5.6μm。

在某些实施方式中，顶层片具有约30至50g/m²的克重，至少约65.0％的亮度，并且任选地，PPS粗糙度小于约5.6μm。

在某些实施方式中，产品包含在该层片上的一个另外的层或层片，或多个另外的层或层片，该层片包含至少约50重量％微纤维化纤维素。例如，一个或多个层或层片，或至少两个另外的层或层片，或至多约五个另外的层或层片，或至多约四个另外的层或层片，或至多约三个另外的层或层片。

在某些实施方式中，多个另外的层或层片中的一个或至少一个是阻挡层或层片，或蜡层或层片，或硅层或层片，或这些层中的两个或三个的组合。

所公开的包含微纤维化纤维素和无机颗粒材料的顶层片涂覆基材的另一个有利特征是改善顶层片上的印刷。常规的白色顶部衬里通常具有白色表面，该白色表面由具有相对低填料含量的白纸组成，通常在5-15％填料范围内。因此，这种白色顶部衬里倾向于非常粗糙和开放，且具有粗糙的孔结构。这不适合接收印刷油墨。

下面的图6说明了通过应用包含微纤维化纤维素和有机颗粒材料的本发明顶层片而实现的印刷改善。总的来说，这种层片的使用可以提供“更绿色”的包装产品，因为层片的低孔隙率可以允许改善的阻隔性应用性能，其使得不可再生的蜡、PE和硅等涂层能够被替换为可再生的制剂以获得与不可再生的同类产品相等或改善的整体性能。

制造方法

提供了一种制造纸产品的方法。它包含：

(a)提供纸浆的湿纸幅；和

(b)在纸浆的湿纸幅上提供顶层片浆料。

(i)以15g/m²至40g/m²范围的量提供顶层片浆料，和(ii)顶层片浆料包含足够量的微纤维化纤维素以获得具有包含至少约5重量％微纤维化纤维素的顶层片的产品，以及(iii)顶层片浆料包含至少约67重量％无机颗粒材料。

该方法是“湿碰湿”方法，其不同于其中将含水涂层施加到基本上干燥的纸产品上的常规纸涂覆方法(即“湿碰干”)。

在某些实施方式中，顶部浆料以15g/m²至40g/m²范围的量提供。

在某些实施方式中，顶层片浆料包含足量的微纤维化纤维素以获得具有满足最终用途要求所需的强度性质的产品。通常这意味着包含基于顶层片总重量(即纸产品顶层片的总干重)为至少约5重量％的微纤维化纤维素的顶层片。

可以通过任何合适的施加方法施加顶层片浆料。在一种实施方式中，通过非加压或加压的狭缝涂抹器施加顶层片浆料，该涂抹器具有位于造纸机湿端的电线上的湿基材顶部上的开口。可以使用的已知涂抹器的实例包括但不限于气刀涂覆机、刮刀涂覆机、杆涂覆机、棒涂覆机、多头涂覆机、辊涂覆机、辊涂覆机或刮刀涂覆机、铸涂覆机、实验室涂覆机、凹版涂覆机、吻合涂覆机、槽模涂抹器(包括例如非接触式计量槽模喷涂涂覆机、液体施加系统、逆辊涂覆机、流浆箱、二级流浆箱、帘幕涂覆机、喷涂涂覆机和挤出涂覆机)。

在某些实施方式中，使用帘幕涂覆机施加顶层片浆料。此外，在其中顶层片浆料作为白色顶部衬里层施加的某些实施方式中，使用帘幕涂覆机可以消除对双流浆箱造纸机的需要以及相关的成本和能量。

在某些实施方式中，通过喷涂施加顶层片浆料，例如使用喷涂涂覆机。

在该方法中需要使用高固体组合物，因为它留下较少的水来排出。然而，如本领域所公知的，固体水平不应太高以至于引入高粘度和整平问题。

施加方法可以使用合适的涂抹器进行以将顶层片浆料施加到基材上，例如气刀涂覆机、刮刀涂覆机、杆涂覆机、棒涂覆机、多头涂覆机、辊涂覆机、辊涂覆机或刮刀涂覆机、铸涂覆机、实验室涂覆机、凹版涂覆机、吻合涂覆机、槽模涂抹器(包括例如非接触式计量槽模涂抹器和非加压或加压槽式涂抹器)、喷涂涂覆机、液体施加系统、逆辊涂覆机、流浆箱、二级流浆箱、帘幕涂覆机、喷涂涂覆机或挤出涂覆机。

在一种实施方式中，通过在造纸机的湿端(例如长网造纸机)的电线上的湿基材顶部上的非加压或加压槽开口将顶层片浆料涂层施加到基材上。

在某些实施方式中，基于纸浆湿纸幅总重量，纸浆湿纸幅包含大于约50重量％的水，例如基于纸浆湿纸幅总重量，至少约60重量％，或至少约70重量％，或至少约80重量％，或至少约90重量％的水。通常，纸浆湿纸幅包含约85-95重量％的水。

在某些实施方式中，顶层片浆料包含无机颗粒材料和足量的微纤维化纤维素以获得具有顶层片的纸产品，所述顶层片包含基于顶层片总重量为至少约5重量％微纤维化纤维素，并且使得纸产品具有足够的微纤维化纤维素以获得具有其最终用途所需的强度性能的纸产品。在某些实施方式中，顶层片浆料包含足量的无机颗粒材料以获得具有顶层片的纸产品，所述顶层片包含基于纸产品的顶层片总重量为至少约67重量％无机颗粒材料。在这样的实施方式中，目的是在基材材料的表面上掺入尽可能少的微纤维化纤维素和尽可能多的无机颗粒材料作为顶层片。因此，优选顶层片中无机颗粒材料与微纤维化纤维素的比例为4：1或更大。

在某些实施方式中，顶层片浆料具有至多约20重量％的总固体含量，例如，至多约15重量％，或至多12重量％，或至多约10重量％，或约1重量％至约10重量％，或约2重量％至12重量％，或约5重量％至约10重量％，或约1重量％至约20重量％，或约2重量％至约12重量％。无机颗粒材料和微纤维化纤维素的相对量可以根据最终产品中所需的每种组分的量而变化。

在施加顶层片浆料和适当的停留时间之后，使用任何合适的方法压制和干燥纸产品。

制造微纤维化纤维素和无机颗粒材料的方法

在某些实施方式中，可以在无机颗粒材料存在下或不存在下制备微纤维化纤维素。

微纤维化纤维素来源于包含纤维素的纤维基材。包含纤维素的纤维基材可以来源于任何合适的来源，例如木材、草(例如甘蔗、竹子)或碎布(例如纺织废料、棉花、大麻或亚麻)。包含纤维素的纤维基材可以是纸浆的形式(即，纤维素纤维在水中的悬浮液)，其可以通过任何合适的化学或机械处理或其组合而制备。例如，纸浆可以是化学纸浆、或化学热机械纸浆、或机械纸浆、或再生纸浆、或造纸厂破碎物、或造纸厂废物流、或来自造纸厂的废物、或溶解纸浆、洋麻纸浆、市售纸浆、部分羧甲基化纸浆、蕉麻纸浆、铁杉纸浆、桦木纸浆、草纸浆、竹子纸浆、棕榈纸浆、花生壳或其组合。纤维素纸浆可以打浆(例如，在Valley打浆机中)和/或以其它方式精制(例如，在锥形或板式精制机中加工)至任何预定的游离度，在本领域中报道为加拿大标准游离度(CSF)，单位为cm³。CSF是指通过纸浆悬浮液可以排出的速率测量的纸浆游离度或排出速率的值。例如，纤维素纸浆在微纤维化之前可具有约10cm³或更大的加拿大标准游离度。纤维素纸浆可具有约700cm³或更小的CSF，例如，等于或小于约650cm³、或等于或小于约600cm³、或等于或小于约550cm³、或等于或小于约500cm³、或等于或小于约450cm³、或等于或小于约400cm³、或等于或小于约350cm³、或等于或小于约300cm³、或等于或小于约250cm³、或等于或小于约200cm³、或等于或小于约150cm³、或等于或小于约100cm³、或等于或小于约50cm³。

然后可以通过本领域公知的方法将纤维素纸浆脱水，例如，可以通过筛网过滤纸浆以获得包含至少约10％固体，例如至少约15％固体，或至少约20％固体，或至少约30％固体，或至少约40％固体的湿片材。可以以未精制的状态使用纸浆，也就是说不经过打浆或脱水，或以其它方式精制。

在某些实施方式中，可以在无机颗粒材料如碳酸钙的存在下打浆纸浆。

为了制备微纤维化纤维素，可以将包含纤维素的纤维基材添加到干燥状态的研磨容器或均化器中。例如，可以将干燥纸破碎物直接添加到研磨容器中。然后研磨容器中的含水环境将促进纸浆的形成。

可以在任何合适的装置中进行微纤维化步骤，包括但不限于精制机。在一种实施方式中，在湿研磨条件下在研磨容器中进行微纤维化步骤。在另一种实施方式中，在均化器中进行微纤维化步骤。以下更详细地描述这些实施方式中的每一种。

湿研磨

研磨适合以常规方式进行。研磨可以是在颗粒研磨介质存在下的磨损研磨过程，或者可以是自生研磨过程，即不存在研磨介质的过程。研磨介质是指除无机颗粒材料之外的介质，在某些实施方式中，所述介质可与包含纤维素的纤维基材共研磨。

当存在时，颗粒研磨介质可以是天然或合成材料。研磨介质可以例如包含任何硬矿物、陶瓷或金属材料的球、珠或小球。这些材料可包括，例如氧化铝、氧化锆、硅酸锆、硅酸铝或富含莫来石的材料，它是通过在约1300℃至约1800℃的温度范围下煅烧高岭土粘土来制备的。例如，在一些实施方式中，使用Carbolite研磨介质。或者，可以使用合适粒径的天然砂颗粒。

在其它实施方式中，可以使用硬木研磨介质(例如木材粉)。

通常，选择用于本发明的研磨介质的类型和粒径可取决于性质，例如待研磨材料的进料悬浮液的粒径和化学组成。在一些实施方式中，颗粒研磨介质包含具有平均直径在约0.1mm至约6.0mm范围内的颗粒，例如在约0.2mm至约4.0mm范围内。研磨介质(或介质)以装料体积的至多约70％的量存在。研磨介质以装料体积的至少约10％，例如装料体积的至少约20％，或装料体积的至少约30％，或装料体积的至少约40％，或装料体积的至少约50％，或装料体积的至少约60％的量存在。

可以在一个或多个阶段中进行研磨。例如，可以将粗糙无机颗粒材料在研磨容器中研磨至预定的粒径分布，之后添加包含纤维素的纤维材料并继续研磨直至获得所需的微纤维化水平。

在不存在或存在研磨介质的情况下，可以将无机颗粒材料湿研磨或干研磨。在湿研磨阶段的情况下，粗糙无机颗粒材料在研磨介质存在下在含水悬浮液中研磨。

在一种实施方式中，在共研磨过程中降低无机颗粒材料的平均粒度(d₅₀)。例如，无机颗粒材料的d₅₀可以降低至少约10％(通过Malvern Mastersizer S机器测量)，例如，无机颗粒材料的d₅₀可以降低至少约20％、降低至少约30％、或降低至少约50％、或降低至少约50％、或降低至少约60％、或降低至少约70％、或降低至少约80％、或降低至少约90％。例如，在共研磨之前具有2.5μm的d₅₀和在共研磨之后具有1.5μm的d₅₀的无机颗粒材料将经历40％的粒径降低。

在某些实施方式中，在共研磨过程中，无机颗粒材料的平均粒径没有显著降低。“未显著降低”是指无机颗粒材料的d₅₀降低小于约10％，例如，无机颗粒材料的d₅₀降低小于约5％。

可以任选地在无机颗粒材料的存在下微纤维化包含纤维素的纤维基材以获得通过激光散射测量的具有在约5μm至约500μm范围内的d₅₀的微纤维化纤维素。可以任选地在无机颗粒材料的存在下微纤维化包含纤维素的纤维基材以获得具有等于或小于约400μm，例如等于或小于约300μm，或等于或小于约200μm，或等于或小于约150μm，或等于或小于约125μm，或等于或小于约100μm，或等于或小于约90μm，或等于或小于约80μm，或等于或小于约70μm，或等于或小于约60μm，或等于或小于约50μm，或等于或小于约40μm，或等于或小于约30μm，或等于或小于约20μm，或等于或小于约10μm的d₅₀的微纤维化纤维素。

可以任选地在无机颗粒材料的存在下微纤维化包含纤维素的纤维基材以获得具有模式纤维粒径范围为约0.1-500μm且模式无机颗粒材料粒径范围为0.25-20μm的微纤化纤维素。可以任选地在无机颗粒材料的存在下微纤维化包含纤维素的纤维基材以获得具有至少约0.5μm，例如至少约10μm、或至少约50μm、或至少约100μm、或至少约150μm、或至少约200μm、或至少约300μm、或至少约400μm的模式纤维粒径的微纤维化纤维素。

可以任选地在无机颗粒材料的存在下微纤维化包含纤维素的纤维基材以获得具有纤维陡度的微纤维化纤维素，如上所述。

可以在研磨容器中进行研磨，例如滚磨碎机(例如棒、球和自生)，搅拌磨碎机(例如SAM或Isa Mill)，塔式磨碎机，搅拌介质研磨机(SMD)，或一种包含旋转的平行研磨板的研磨容器，待研磨的进料在所述研磨板之间进料。

在一种实施方式中，研磨容器是塔式磨碎机。塔式磨碎机可包含在一个或多个研磨区域上方的静止区。静止区是朝向塔式磨碎内部顶部的区域，其中发生最小研磨或不研磨，并且包含微纤维化纤维素和任选的无机颗粒材料。静止区是研磨介质颗粒沉降到塔式磨碎机的一个或多个研磨区中的区域。

塔式磨碎机可包含在一个或多个研磨区上方的分级器。在一种实施方式中，顶部安装分类器并且位于静止区附近。分级器可以是水力旋流器。

塔式磨碎机可包含在一个或多个研磨区上方的筛网。在一种实施方式中，筛网位于静止区和/或分类器附近。筛网的尺寸可以设定为将研磨介质与包含微纤维化纤维素和任选的无机颗粒材料的产品含水悬浮液分离，并增强研磨介质的沉降。

在一种实施方式中，在活塞流条件下进行研磨。在活塞流条件下，通过塔的流动使得研磨材料通过塔的混合有限。这意味着在沿塔式研磨机长度的不同点处，含水环境的粘度将随着微纤维化纤维素的细度增加而变化。因此，实际上，塔式研磨机中的研磨区可以被认为包含一个或多个具有特征粘度的研磨区。本领域技术人员将理解，相对于粘度，相邻研磨区之间没有明显的边界。

在一种实施方式中，在一个或多个研磨区上方的靠近静止区或分级器或筛网的磨碎机顶部添加水以在磨碎机中的那些区中降低包含微纤维化纤维素和任选无机颗粒材料的含水悬浮液的粘度。通过在磨碎机中的该点处稀释产品微纤维化纤维素和任选的无机颗粒材料，已经发现防止研磨介质带到静止区和/或分级器和/或筛网得到改善。此外，通过塔的有限混合允许在塔下方较高固体处理并在顶部稀释，稀释水的回流有限地沿塔返回到一个或多个研磨区。可以添加任何合适量的水，其可有效稀释包含微纤维化纤维素和任选的无机颗粒材料的产品含水悬浮液的粘度。可以在研磨过程中连续添加，或者以规则的间隔或不规则的间隔添加水。

在另一种实施方式中，可以将水通过沿着塔式磨碎机的长度定位的一个或多个注水点或者位于对应于一个或多个研磨区的位置的每个注水点添加到一个或多个研磨区。有利地，沿塔的不同点添加水的能力允许在沿着磨碎机的任何或所有位置进一步调节研磨条件。

塔式磨碎机可包含在其整个长度上配备有一系列叶轮转子盘的垂直叶轮轴。叶轮转子盘的作用在整个磨碎机中产生一系列离散的研磨区。

在另一种实施方式中，在筛分的研磨机中进行研磨，例如搅拌的介质研磨机。筛分的研磨机可以包含一个或多个具有至少约250μm的标称孔径尺寸的筛网，例如，一个或多个筛网可以具有至少约300μm、或至少约350μm、或至少约400μm、或至少约450μm、或至少约500μm、或至少约550μm、或至少约600μm、或至少约650μm、或至少约700μm、或至少约750μm、或至少约800μm、或至少约850μm、或至少约900μm、或至少约1000μm的标称孔径尺寸。

上面刚刚提到的筛网尺寸适用于上述塔式磨碎机实施方式。

如上所述，可以在研磨介质的存在下进行研磨。在一种实施方式中，研磨介质是粗糙介质，其包含平均直径为约1mm至约6mm范围的颗粒，例如约2mm、或约3mm，或约4mm，或约5mm。

在另一种实施方式中，研磨介质具有至少约2.5的比重，例如至少约3、或至少约3.5、或至少约4.0、或至少约4.5、或至少约5.0、或至少约5.5、或至少约6.0。

在另一种实施方式中，研磨介质包含具有平均直径在约1mm至约6mm范围内的颗粒，并且具有至少约2.5的比重。

在另一种实施方式中，研磨介质包含具有平均直径为约3mm且比重为约2.7的颗粒。

如上所述，研磨介质(或介质)以装料体积的至多约70％的量存在。研磨介质以装料体积的至少约10％，例如装料体积的至少约20％，或装料体积的至少约30％，或装料体积的至少约40％，或装料体积的至少约50％，或装料体积的至少约60％的量存在。

在一种实施方式中，研磨介质以装料体积的约50％的量存在。

术语“装料”是指进料到研磨机容器的进料的组合物。该装料包括水、研磨介质、包含纤维素和任选无机颗粒材料的纤维基材以及如本文所述的任何其它任选的添加剂。

使用相对粗糙和/或致密的介质具有改善(即更快)沉积速率和降低通过静止区和/或分级器和/或筛网的携带介质的优点。

使用相对粗糙的研磨介质的另一个优点是在研磨过程中可能不会显著降低无机颗粒材料的平均粒径(d₅₀)，使得赋予研磨系统的能量主要用于微纤维化包含纤维素的纤维基材。

使用相对粗糙的筛网的另一个优点是可以在微纤维化步骤中使用相对粗糙或致密的研磨介质。此外，使用相对粗糙的筛网(即具有至少约250μm的标称孔径)允许相对较高固体的产品被加工并从研磨机中移除，这允许相对较高的固体进料(包括包含纤维素和无机颗粒材料的纤维基材)以经济可行的方法被加工。如下所述，就能量充足而言，已经发现具有较高初始固体含量的进料是理想的。此外，还发现以较低固体产生(在给定能量下)的产品具有较粗糙的粒径分布。

研磨可以在级联的研磨容器中进行，其中一个或多个研磨容器可以包含一个或多个研磨区。例如，可以在两个或更多个研磨容器的级联中研磨包含纤维素和无机颗粒材料的纤维基材，例如，三个或更多个研磨容器的级联、或四个或更多个研磨容器的级联、或者五个或更多个研磨容器的级联、或六个或更多个研磨容器的级联、或七个或更多个研磨容器的级联、或八个或更多个研磨容器的级联、或串联的九个或更多个研磨容器的级联、或包含多达十个研磨容器的级联。可以以串联或并联或串联和并联的组合可操作地连接研磨容器的级联。可以对级联中的一个或多个研磨容器的输出和/或输入进行一个或多个筛分步骤和/或一个或多个分级步骤。

该回路可包含一个或多个研磨容器和均化器的组合。

在一种实施方式中，在闭合回路中进行研磨。在另一种实施方式中，在开路中进行研磨。可以以分批模式进行研磨。可以以再循环分批模式进行研磨。

如上所述，研磨回路可包括预研磨步骤，其中在研磨容器中将粗糙无机颗粒研磨至预定的粒径分布，之后将包含纤维素的纤维材料与预研磨的无机颗粒材料组合并且研磨在相同或不同的研磨容器中继续，直至获得所需的微纤维化水平。

由于待研磨材料的悬浮液可具有相对较高的粘度，因此可在研磨之前将合适的分散剂添加到悬浮液中。分散剂可以是例如水溶性缩合磷酸盐、聚硅酸或其盐、或聚电解质，例如具有多个平均分子量不大于80000的聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)的水溶性盐。基于干燥无机颗粒固体材料的重量，所用分散剂的量范围通常为0.1-2.0重量％。可适当地在4℃至100℃的温度范围内研磨悬浮液。

在微纤维化步骤中可包括的其它添加剂包括：羧甲基纤维素、两性羧甲基纤维素、氧化剂、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)、TEMPO衍生物和木材降解酶。

待研磨材料悬浮液的pH可为约7或大于约7(即碱性)，例如，悬浮液的pH可为约8、或约9、或约10、或约11。待研磨材料悬浮液的pH可小于约7(即酸性)，例如，悬浮液的pH可为约6、或约5、或约4、或约3。可以通过添加适量的酸或碱来调节待研磨材料的悬浮液的pH。合适的碱包括碱金属氢氧化物，例如NaOH。其它合适的碱是碳酸钠和氨。合适的酸包括无机酸，例如盐酸和硫酸、或有机酸。示例性的酸是正磷酸。

当存在时，待共研磨的混合物中的无机颗粒材料和纤维素纸浆的量可以变化以产生适合用作顶层片浆料或层片浆料的浆料，或者将其进一步改进，例如，通过添加另外的无机颗粒材料以产生适合用作顶层片浆料或顶层浆料的浆料。

均质

可以在潮湿条件下，任选地，在无机颗粒材料的存在下，通过其中纤维素纸浆和任选的无机颗粒材料的混合物被加压(例如，压力为大约500巴)并然后通过一个低压区的方法实现包含纤维素的纤维基材的微纤维化。混合物通过低压区的速率足够高，低压区的压力足够低，从而引起纤维素纤维的微纤维化。例如，可以通过迫使混合物通过环形开口实现压降，该环形开口具有窄入口孔，该窄入口孔具有大得多的出口孔。当混合物加速到较大体积(即低压区)时，压力的急剧下降包括引起微纤维化的空化。在一种实施方式中，可以在均化器中在湿条件下，任选地在无机颗粒材料的存在下实现包含纤维素的纤维基材的微纤维化。在均化器中，将纤维素纸浆和任选的无机颗粒材料加压(例如至约500巴的压力)，并迫使其通过小喷嘴或口孔。可以将混合物加压至约100至约1000巴的压力，例如加压至等于或大于300巴、或等于或大于约500、或等于或大于约200巴、或等于或大于约700巴的压力。均质化使纤维经受高剪切力，使得当加压纤维素纸浆离开喷嘴或口孔时，空化引起纸浆中纤维素纤维的微纤维化。可以添加额外的水以改善悬浮液通过均化器的流动性。所得的包含微纤维化纤维素和任选的无机颗粒材料的含水悬浮液可以被送回均化器的入口以多次通过均化器。当存在时，并且当无机颗粒材料是天然板状矿物如高岭土时，均质化不仅促进纤维素纸浆的微纤维化，而且还可以促进板状颗粒材料的分层。

示例性均化器是Manton Gaulin(APV)均化器。

在进行微纤维化步骤之后，可以筛分包含微纤维化纤维素和任选的无机颗粒材料的含水悬浮液以除去超过一定尺寸的纤维并除去任何研磨介质。例如，可以使用具有选定标称孔径尺寸的筛子对悬浮液进行筛分以除去不通过筛子的纤维。标称孔径尺寸是指方孔的相对侧的标称中心间距或圆孔的标称直径。筛子可以是具有150μm标称孔径尺寸的BSS筛子(根据BS1796)，例如，标称孔径尺寸为125μm、或106μm、或90μm、或74μm、或63μm、或53μm、45μm或38μm。在一种实施方式中，使用具有125μm标称孔径的BSS筛子筛分含水悬浮液。然后可任选将含水悬浮液脱水。

因此，应理解，如果将经过研磨或均质化的悬浮液处理以除去超过选定尺寸的纤维，研磨或均质化后含水悬浮液中微纤维化纤维素的量(即重量％)可小于纸浆中干燥纤维的量。因此，可以根据在除去超过选定尺寸的纤维之后含水悬浮液中所需的微纤维化纤维素的量来调节进料到研磨机或均化器的纸浆和任选的无机颗粒材料的相对量。

在某些实施方式中，可以通过包含通过在研磨介质(如本文所述)存在下研磨含水环境中的包含纤维素的微纤维化纤维基材的步骤的方法制备微纤维化纤维素，其中，在不存在无机颗粒材料的情况下进行研磨。在某些实施方式中，可在研磨后添加无机颗粒材料以产生顶层片浆料或层片浆料。

在某些实施方式中，在研磨后除去研磨介质。

在其它实施方式中，在研磨后保留研磨介质，并且可以用作无机颗粒材料或其至少一部分。在某些实施方式中，可在研磨后添加另外的无机颗粒以产生顶层片浆料或层片浆料。

以下步骤可用于表征无机颗粒材料(例如GCC或高岭土)和微纤维化纤维素纸浆纤维混合物的粒径分布。

-碳酸钙

将足以得到3g干物质的共研磨浆料样品称入烧杯中，用去离子水稀释至60g，并与5cm³ 1.5w/v％活性的聚丙烯酸钠溶液混合。在搅拌下添加另外的去离子水至最终浆料重量为80g。

-高岭土

将足以得到5g干物质的共研磨浆料样品称入烧杯中，用去离子水稀释至60g，并与5cm³ 1.0重量％碳酸钠和0.5重量％六偏磷酸钠的溶液混合。在搅拌下添加另外的去离子水至最终浆料重量为80g。

然后将浆料以1cm³的等分试样添加到与Mastersizer S连接的样品制备单元的水中，直到显示出最佳的遮蔽水平(通常为10-15％)。然后进行光散射分析程序。选择的仪器范围为300RF：0.05-900，光束长度设置为2.4mm。

对于含有碳酸钙和纤维的共研磨样品，使用碳酸钙的折射率(1.596)。对于高岭土和纤维的共研磨样品，使用高岭土的RI(1.5295)。

粒径分布根据米氏理论计算，并将输出作为基于差分体积的分布。两个不同峰的存在被解释为来自矿物(更精细的峰)和纤维(更粗糙的峰)。

将更精细的矿物峰拟合到测量数据点并从分布中数学地减去以留下纤维峰，其被转换为累积分布。类似地，从原始分布数学地减去纤维峰以留下矿物峰，其也被转换成累积分布。然后可以使用这两个累积曲线来计算平均粒径(d₅₀)和分布的陡度(d₃₀/d₇₀×100)。差分曲线可用于找到矿物和纤维部分两者的模态粒径。

实施例

实施例1

1、在手抄纸机中生产150g/m²的棕色片材。基于最终手抄纸的总固体，Percol(RTM)292用作600ppm的保留助剂。

2、一旦形成棕色片材，通过用三个吸墨纸手动压制片材除去一些保留的水。在吸墨纸和片材之间未观察到粘合。

3、然后将棕色基底片材倒置，以使其更光滑的一面在顶部。

4、测量在总固体含量为7.88重量％(18％微纤维化纤维素)下的特定量的微纤维化Botnia Pine和漂白牛皮纸浆和碳酸钙(Intracarb 60)以获得白色顶层的所需克重(以20g/m²、25g/m²、30g/m²、40g/m²和50g/m²制备片材)。然后使用自来水将微纤维化纤维素/碳酸钙样品稀释至最终体积为300ml。

5、将样品倒在棕色片材上并施加真空。Polydadmac(1ml的0.2％溶液)用于帮助形成白色顶层。

6、然后收集废弃的水并将其加回到形成的片材中，其中施加真空1分钟。

7、将两层片材转移至Rapid Kothen干燥器(～89℃，1巴)15分钟。

8、在滤纸上收集剩余在残留水中的样品(参见步骤6)并用于计算每个单独片材的白色顶层的实际克重。

9、然后在测试之前将每个片材在条件实验室中放置过夜。

结果：

在不同克重下产生的片材的形成如图1所示。在相同条件下使用常规扫描仪通过反射扫描获得图像，因此它们可以直接相互比较。

所生产的片材的亮度如图2所示。亮度随着白色顶部衬里的g/m²的增加而增加。两层片材的棕色面的亮度测量表明没有发生白色顶层穿过棕色片材的渗透。

PPS粗糙度随着白色顶层的克数的增加而降低(参见图3)。单独棕色片的粗糙度值为7.9μm。这表明随着顶层的克重增加，表面变得更光滑。

实施例2

试验1-4

Fourdrinier机器以60英尺/分钟(18米/分钟)运行。使用“二级流浆箱”来施加涂层。这是一种定制设备，其中配料流入一系列“池塘”，然后流过堰并进入纸幅上。定制的二级流浆箱不需要与GL&V水化器一样高的流速以形成帘幕，因此可以增加所使用的微纤维化纤维素和无机颗粒材料固体并仍然达到目标涂层重量。在较高固体含量下工作意味着二级流浆箱可以远离主流浆箱定位在片材更加固结的位置，然而作为顶层片施加的微纤维化纤维素和无机颗粒材料浆料仍然可以在压制之前充分脱水。

在湿线之后的短距离处使用二次流浆箱，施加1：1的微纤维化纤维素与有机颗粒材料的比例以探索该过程的边界。显然，1：1比例的微纤维化纤维素与有机颗粒材料浆料比1：4比例的微纤维化纤维素与有机颗粒材料排出更快，即使施加到基材上的微纤维化纤维素的克重更高。最初以15g/m²施加涂层，然后逐渐增加至30g/m²而没有问题。虽然覆盖良好，但微纤维化纤维素与有机颗粒材料的比例为1：1时，填料含量不足以产生所需的亮度。

以下列方式完成从片材重量和灰分含量的顶层g/m²的计算。

W＝重量，A＝灰分含量

下标t＝顶层，b＝底层，s＝双层片。

片材的总灰分是灰分含量和每层重量的乘积之和除以总片材重量。

在未涂覆的对照片材上测量底层的灰分含量，顶层的灰分含量与微纤维化和无机颗粒物质浆料重量百分比直接相关。因为对片材和SEM横截面的观察表明，微纤维化和无机颗粒物质的顶层片浆料复合物不会发生渗透到基底中，从而实现100％的保留。可以从上面的等式中消除底层的重量，因为W_b＝W_s-W_t

因此，可以重新排列它以已知量的方式给出顶层的重量。

试验1-4

使用试验1中使用的装置进行一系列另外的试验。利用Fourdrinier造纸机使得在100％软木未漂白牛皮纸基底的顶部具有不同涂层重量，精制至约500ml CSF。顶层片由20％微纤维化纤维素、80％矿物质和少量絮凝剂组成。

结果：

结果报告在表1中。表1中使用以下缩写。

BP：没有涂层的基底纸

T1：Ca 28g/m²复合物顶涂层，20％微纤维化纤维素，80％GCC。

T2：Ca 35g/m²复合物顶涂层，20％微纤维化纤维素，80％GCC。

T3：Ca 42g/m²复合物顶涂层，20％微纤维化纤维素，80％GCC。

T4：Ca 48g/m²复合物顶涂层，20％微纤维化纤维素，20％GCC，60％滑石。

表1

试验表明，不同涂层重量的亮度、孔隙率和光滑度的结果范围为28g/m²至48g/m²。对Scott键没有影响，因为z方向强度测试中的断裂总是发生在基底片材中，即顶层片比基底强。亮度与涂层重量的关系绘制在图4中。

在点T2处扫描涂覆的基材的电子显微成像描绘于图5中。以35g/m²施加顶层，其由施加到85g/m²基材上的20重量％微纤维化纤维素和80重量％重质碳酸钙组成。从图5中显而易见地看出，顶层片形成为独特的顶层而没有[渗入基底基材]。在图6中，描绘了试验点4处的SEM图像。以48g/m²施加涂层，顶层片包含施加到85g/m²基材上的20重量％的微纤维化纤维素和20重量％的重质碳酸钙和60重量％的滑石(即1：4的微纤维化纤维素和无机颗粒材料的比例)。图6清楚地表明顶层片被施加为理想地保持在基材表面上的层。

比较试验：

下面的表2给出了在类似造纸机上生产的常规白色顶部衬里板的数据，但是使用施加到82g/m²的基底基材上的常规顶层片。基底由未漂白的软木牛皮纸纤维制成，白色顶层由漂白的硬木(桦木)牛皮纸纤维制成，在典型的填料加载量范围内可高达20％。基底的目标是80g/m²，白色层的目标是60g/m²。表2显示了没有微纤维化纤维素的典型结果，其中，在白色层中使用15重量％负载量的偏三角面体PCC(光学HB)。基底比上面的试验1-4更强，但可以看出，顶层添加引起的机械性能指数下降也非常大。鉴于试验1-4顶层片可以在比常规白色顶部基材更低的克重下达到目标亮度，对于固定的总克重，使用FiberLean应该允许板制造商在产品中使用更高比例的未漂白长纤维，从而实现更强、更硬的产品。

下表2列出了各种常规衬里板等级的典型纸性能。

表2

衬里板等级的典型纸性能

为了证明本发明的白色顶部衬里板的印刷性能。图7显示了柔版印刷样品的横截面。墨水位于顶层片的顶部，其应该如此。

实施例3

根据实施例1和2中所述的设置和参数，研究了具有不同涂层重量和基底基材的涂覆基材的连续生产。试验5-7利用由70％硬木和30％软木制成的基底纸(BP)，一起精制至ca.400ml CSF，目标克重为70g/m²。在试验5-7中施加于BP的涂层被识别为：

T5，在基底纸BP上的ca.20g/m²复合物涂层(20％MFC、80％GCC、无添加剂)

T6，在基底纸BP上的ca.30g/m²复合物涂层(20％MFC、80％GCC、无添加剂)

T7，在基底纸BP上的ca.40g/m²复合物涂层(20％MFC、80％GCC、无添加剂)。

表3列出了试验5-7中获得的数据。

表3

从表4中所示的数据可以明显看出，在所有试验5-7试验中都实现了涂覆在深色基材上的顶层片的目标亮度。

实施例4

表4列出了顶层片涂覆的衬里板基材的印刷性能。

对比参考1和2分别包含商业涂覆的喷墨纸和商业未涂覆的喷墨纸。打印样品包含：在多孔基底(70％硬木和30％软木，ca.400ml CSF、70g/m²)上的30g/m²复合物涂层(20％MFC、80％GCC)。在连续生产过程中获得的纸。印刷样品根据实施例3制备。以50m/min施加卷对卷喷墨印刷。

表4列出了对比参考样品1(特种喷墨纸，涂覆和压延)和2(适用于喷墨的未涂覆纸)与本发明实施方式的印刷样品的印刷结果。

表4

	参考1	参考2	印刷样品
				光学密度，黑色	1.29	0.94	1.07
光密度，青色	0.98	0.96	0.98
				光学密度，品红	1.07	0.98	0.87

Claims

1.一种纸或纸板产品，其包含：

(i)含纤维素的基材，其中所述含纤维素的基材包含深色牛皮纸浆、再生纸浆或其组合或者是所述深色牛皮纸浆、再生纸浆或其组合；和

(ii)顶层片，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含无机颗粒材料和至少5重量％至30重量％的微纤维化纤维素，其中基于所述顶层片的总重量，所述无机颗粒材料含量为67重量％至92重量％，其中所述无机颗粒材料具有粒径分布，其中至少20重量％到至少95重量％的颗粒具有小于2μm的等效球直径，并且进一步地，其中所述顶层片上根据ISO标准11475以F8、D65-400nm测量的亮度为至少65％，并且其中所述顶层片具有15g/m²至40g/m²的克重；进一步地，其中所述微纤维化纤维素来源于包含纤维素的纤维基材，所述纤维素获自原始纸浆或再生纸浆、造纸厂破碎物、造纸厂废流、或来自造纸厂的废物。

2.根据权利要求1所述的产品，其中，所述含纤维素的基材包含未漂白的牛皮纸浆或再生纸浆。

3.根据权利要求2所述的产品，其中，所述再生纸浆是旧瓦楞纸板。

4.根据权利要求1所述的产品，其中，所述产品包含或是白色顶部容器板产品。

5.根据权利要求4所述的产品，其中，所述基材具有适用于容器板产品的克重，所述产品包含50g/m²至500g/m²范围的克重。

6.根据权利要求1所述的产品，其中，基于所述顶层片的总重量，所述无机颗粒材料和所述微纤维化纤维素包含大于所述顶层片的95重量％。

7.根据权利要求1所述的产品，其中，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少70重量％无机颗粒材料。

8.根据权利要求1所述的产品，其中，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少80重量％无机颗粒材料。

9.根据权利要求1所述的产品，其中，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少10重量％至20重量％微纤维化纤维素。

10.根据权利要求1所述的产品，其中，所述顶层片包含选自由以下组成的组中的至少一种无机颗粒材料：碳酸钙、碳酸镁、白云石、石膏、无水高岭石粘土、高岭土、珍珠岩、硅藻土、硅灰石、滑石、氢氧化镁、二氧化钛、或三水合铝或其组合。

11.根据权利要求10所述的产品，其中，所述无机颗粒材料包含或是碳酸钙。

12.根据权利要求1所述的产品，其中，所述产品的在所述顶层片上在1000kPa下测量的PPS粗糙度不大于6.0μm和/或在所述顶层片上在1000kPa下测量的PPS粗糙度比没有所述顶层片的所述基材的PPS粗糙度小至少2.0μm。

13.根据权利要求1所述的产品，其中，所述顶层片包含总计至多2重量％的添加剂，所述添加剂选自由以下组成的组：絮凝剂、形成/排水助剂、水溶性增稠剂、淀粉、保留助剂及其组合。

14.根据权利要求1所述的产品，其中，所述顶层片不含另外的有机化合物。

15.根据权利要求14所述的产品，其中，所述顶层片不含阳离子聚合物、阴离子聚合物或多糖水胶体。

16.根据权利要求1所述的产品，其中，所述顶层片不含蜡、聚烯烃和硅酮。

17.根据权利要求1所述的产品，其中，基于所述基材的总重量，所述基材包含至多1重量％保留助剂。

18.根据权利要求1所述的产品，其中，所述顶层片基本上由无机颗粒和微纤维化纤维素组成。

19.根据权利要求1所述的产品，其在所述顶层片上包含一个另外的层或层片，或者多个另外的层或层片，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少5重量％至30重量％微纤维化纤维素。

20.根据权利要求19所述的产品，其中，所述多个另外的层或层片中的至少一个是阻挡层或层片，或蜡层或层片，或硅层或层片。

21.一种制造纸或纸板产品的方法，该方法包括：

(a)提供纸浆的湿纸幅，其中所述纸浆的湿纸幅包含深色牛皮纸浆、再生纸浆或其组合或者是所述深色牛皮纸浆、再生纸浆或其组合；

(b)使用适于通过在造纸机湿端电线上的湿基材顶部上的非加压或加压槽开口形成膜的涂抹器在所述纸浆的湿纸幅上提供顶层片浆料；

其中，(i)以15g/m²至40g/m²范围的量提供所述顶层片浆料；(ii)所述顶层片浆料包含足够量的微纤维化纤维素以获得具有顶层片的产品，基于所述顶层片总重量，所述顶层片包含至少5重量％至30重量％微纤维化纤维素，其中所述微纤维化纤维素来源于包含纤维素的纤维基材，所述纤维素获自原始纸浆或再生纸浆、造纸厂破碎物、造纸厂废流、或来自造纸厂的废物；以及(iii)所述顶层片浆料包含足够量的无机颗粒材料以获得具有顶层片的产品，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少67重量％无机颗粒材料，其中，所述无机颗粒材料具有粒径分布，其中至少20重量％到至少95重量％的颗粒具有小于2μm的等效球直径。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述纸浆的湿纸幅包含未漂白的牛皮纸浆或再生纸浆。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述再生纸浆是旧瓦楞纸板。

24.根据权利要求21所述的方法，其中，基于所述纸浆的湿纸幅总重量，所述纸浆的湿纸幅包含大于50重量％水。

25.根据权利要求21所述的方法，其中，基于所述纸浆的湿纸幅总重量，所述纸浆的湿纸幅包含至多1重量％保留助剂。

26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述顶层片浆料包含无机颗粒材料和足量的微纤维化纤维素以获得具有顶层片的纸产品，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少15重量％微纤维化纤维素。

27.根据权利要求21所述的方法，其中，使用在造纸机湿端电线上的湿基材顶部上的加压槽开口施加所述顶层片浆料。

28.根据权利要求21所述的方法，其中，使用帘幕涂覆机施加所述顶层片浆料。

29.根据权利要求21所述的方法，其中，所述纸板产品是白色顶部容器板产品。

30.根据权利要求21所述的方法，其中，所述基材具有适用于容器板产品的克重，所述产品包含50g/m²至500g/m²范围的克重。

31.根据权利要求21所述的方法，其中，基于所述顶层片的总重量，所述无机颗粒材料和所述微纤维化纤维素包含大于所述顶层片的95重量％。

32.根据权利要求21所述的方法，其中，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少70重量％无机颗粒材料。

33.根据权利要求21所述的方法，其中，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少80重量％无机颗粒材料。

34.根据权利要求21所述的方法，其中，基于所述顶层片的总重量，所述顶层片包含至少10重量％至20重量％微纤维化纤维素。

35.根据权利要求21所述的方法，其中，所述顶层片包含选自由以下组成的组中的至少一种无机颗粒材料：碳酸钙、碳酸镁、白云石、石膏、无水高岭石粘土、高岭土、珍珠岩、硅藻土、硅灰石、滑石、氢氧化镁、二氧化钛、或三水合铝或其组合。

36.根据权利要求21所述的方法，其中，所述无机颗粒材料包含或是碳酸钙。

37.根据权利要求21所述的方法，其中，所述顶层片包含总计至多2重量％的添加剂，所述添加剂选自由以下组成的组：絮凝剂、形成/排水助剂、水溶性增稠剂、淀粉、保留助剂及其组合。

38.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶层片不含另外的有机化合物。

39.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶层片不含阳离子聚合物、阴离子聚合物或多糖水胶体。

40.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶层片是外层片。

41.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶层片不含蜡、聚烯烃和硅酮。

42.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶层片基本上由无机颗粒和微纤维化纤维素组成。