CN1954120A - 含水滑石的纸板 - Google Patents

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CN1954120A CNA200580015800XA CN200580015800A CN1954120A CN 1954120 A CN1954120 A CN 1954120A CN A200580015800X A CNA200580015800X A CN A200580015800XA CN 200580015800 A CN200580015800 A CN 200580015800A CN 1954120 A CN1954120 A CN 1954120A
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M·托卡兹
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Abstract

本发明涉及一种用于生产纸板的方法，该方法包括提供包含纤维素纤维的含水悬浮液；添加水滑石至该悬浮液中；使所获得的悬浮液脱水，以提供(i)单层纸板；或者(ii)包含纤维素纤维和水滑石的层，并且将所述层连接到一个或多个含纤维素纤维的层上，以提供包含两层或者更多层的多层纸板。本发明还涉及包括一个或多个含纤维素纤维的层的纸板，其中该纸板进一步包含贯穿于所述一个或多个层中的至少一个层分布的水滑石。本发明还涉及一种用于生产包装材料的方法，该包装材料本身以及包装材料的用途，该包装材料包含纸板，该纸板包括一个或者更多个含纤维素纤维和水滑石的层。本发明还涉及一种用于生产包装的方法和该包装本身，该包装包含纸板，该纸板包括一个或者更多个含纤维素纤维和水滑石的层。

Description

含水滑石的纸板
技术领域
本发明一般涉及含纤维素纤维和水滑石的纸板(board)及其生产方法；包括该纸板的包装材料和包装及其生产方法以及该包装材料用于包装食品、饮料、药物、化妆品和烟草的用途。
背景技术
包装是在世界范围内被广泛采用的，例如用于运输物品和保护包装的内容物。已经证明特别困难地是设计用于保持内容物如食品、饮料、药物和香烟的原有性能的包装。内容物的质量可能会由于下面的原因而下降：内容物本身随时间而发生变化，或者由该包装或经过该包装提供了降低质量的物质。可对内容物进行处理，例如巴氏法灭菌(如对牛奶)，或者干燥(如对面粉)。通常，包装被设计为具有通过由不同材料制成的几叠(plies)或几层(layers)。因此，每一叠和每种材料在该包装中具有特定的性质和用途，如防止氧、水或者水蒸汽转移到包装的内容物中。
包装材料常被用于包装固体和液体食品和饮料，如谷物、牛奶、汁液、葡萄洒和水。这些包装材料通常由纸板制成，所述纸板包括结合有一个或多个直接接触食品或饮料的塑料材料层的几层或者几叠纤维素纤维。尽管使用了包括几种材料组合的包装，但在一段时间后内容物可能会有不希望的气味和/或味道。引起不希望的气味和味道的物质通常是在纸板的生产和存储过程中形成的氧化产物。由于包装坯料(blank)通常是平展开运输并且在准备充填时被打开，因此氧化产物可能会转移到包装材料的塑料涂覆的内侧面。
因此希望能够提供具有较少的不希望或者令人不快的气味和/或味道的纸板和包含纸板的包装材料以及包装。因此还希望能够提供用于生产这些产品的改进方法。
发明内容
本发明一般地涉及一种用于生产纸板的方法，包括：
(i)提供包含纤维素纤维的含水悬浮液；
(ii)添加水滑石至该悬浮液中；
(iii)使所获得的悬浮液脱水，以提供单层纸板。
本发明另外一般地涉及一种用于生产纸板的方法，包括：
(i)提供包含纤维素纤维的含水悬浮液；
(ii)添加水滑石至该悬浮液中；
(iii)使所获得的悬浮液脱水，以提供包含纤维素纤维和水滑石的层；并且
(iv)将所述层连接到一个或多个含纤维素纤维的层上，以提供包含两层或者更多层的多层纸板。
本发明还一般地涉及包括一个或多个含纤维素纤维的层的纸板，其中该纸板进一步包含贯穿于所述一个或多个层中的至少一个层分布的水滑石。
本发明另外一般地涉及一种用于生产包装材料的方法，包括：
(i)提供包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层的纸板；和
(ii)使该纸板经受一个或多个加工(converting)操作，该操作选自印刷，上清漆，涂覆，层压，金属化，模切，压线(scoring)，压折痕(creasing)，烫金，压花和折叠。
本发明还一般地涉及包含纸板的包装材料，该纸板包括一个或者更多个含纤维素纤维和水滑石的层，其中它进一步包含一种或多种沟槽、折痕或划线。
本发明另外一般地涉及一种用于生产包装的方法，包括：
(i)提供包含纸板的包装材料的坯料，该纸板包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层；
(ii)利用固体或者液体内容物充填该包装坯料，以形成未密封的包装；并且
(iii)密封所获得的包装。
本发明还一般地涉及包括含纤维素纤维和水滑石的纸板的包装，其中它进一步包括固体或者液体内容物。
本发明进一步地涉及包括纸板的包装材料用于包装固体或者液体食品、饮料、药物、化妆品、巧克力、香烟或者烟草的用途，其中该纸板包括一个或者更多个含纤维素纤维和水滑石的层。
具体实施方式
根据本发明，已经发现由纸板和包含纸板的包装材料和包装的不希望或者令人不快的气味和/或味道所带来的问题可以通过在其生产中使用水滑石作为含水纤维素悬浮液的添加剂来降低。还发现，本发明降低了由于在含水纤维素悬浮液中存在干扰或者有害物质而对纸板制造过程产生的不利影响，特别是由沥青、粘稠物质(stickies)和阴离子低分子量有机物质引起的问题。还发现，在结合生产纸板用的添加剂的情况下添加水滑石与不添加水滑石的情况相比可以提高这些添加剂的性能。可观察到性能得到提高的这些添加剂的例子包括滤水和留着助剂，施胶剂等。优选地，该水滑石与一种或者多种包含至少一种阳离子聚合物的滤水和留着助剂一起使用。因此，本发明能够减少纸板和包含纸板的包装材料的不希望或者令人不快的气味和/或味道，改善滤水(脱水)和留着性能并改善纸板生产过程中的施胶，同时减少纤维素悬浮液中干扰或者有害物质的含量。
水滑石属于被称作粘土一类的物质。这里使用的术语“水滑石”是指水滑石或者类水滑石粘土，包括层状双氢氧化物化合物，例如水镁铝石、碳酸镁铁矿、磷铜铁矿、铬磷镁矿、水镁铬矿、水铝镍石、陨菱铁镍矿、羟碳锰镁石、硫碳铝镁石、水铝镁钙石、羟镁铝石、片碳镁石、chloromagalumite、镍铝矾、镍铁矾、水铜铝钒、水氯铁镁石、水铁镍矾、莫特克石等。本发明水滑石可以来源于天然存在的水滑石、合成水滑石和化学和/或物理改性的天然存在和合成的水滑石。天然存在的水滑石通常具有基本上结晶的结构。
但是，合成得到的水滑石还可包含与结晶结构具有基本相同的化学组成的无定形物质。在合成水滑石粘土中存在的无定形物质的量主要取决于所使用的反应参数。这里使用的术语“粘土”是指具有基本上结晶的结构的粘土，并且还指同时具有结晶和无定形结构的粘土。
粘土是以层状结构为特征的，其中层(薄片)中的分子通过化学键交联，而相邻层的原子主要通常物理力相互作用。根据层中存在的原子的类型，粘土的层可以是不带电的或者带电的。如果这些层带电，则这些层之间的空间(也被称作层间空间)包含相对于层电荷具有相反电荷的离子。这里使用的术语“阳离子粘土”是指具有带正电荷的层并且阴离子存在于层间空间中的粘土。这里使用的“阴离子粘土”是指具有带负电荷的层并且阳离子存在于层间空间中的粘土。通常在层间空间中的离子是可交换的。优选地，本发明的水滑石是阳离子的，即阳离子粘土。
本发明的水滑石实际上可具有存在于层间空间中的任何阴离子，非必需地还带有水分子。可存在于层间空间中的常见阴离子的例子包括NO3 -、OH-、Cl-、Br-、I-、CO3 2-、SO4 2-、SiO3 2-、CrO4 2-、BO3 2-、MnO4 -、HGaO3 2-、HVO4 -和ClO4 -，以及柱状(pillaring)或者插层阴离子如V10O28 6-和MO7O24 6-，单羧酸根如乙酸根，二羧酸根如草酸根，以及烷基磺酸根如月桂基磺酸根；通常是氢氧根和碳酸根。本发明的天然存在的水滑石通常在层间空间中具有碳酸根阴离子。
水滑石的层或者薄片合适地包含至少两种具有不同价的不同金属原子。合适地，一种金属原予为二价，而另一种金属原子合适地为三价。但是，该层还可以包含多于两种的金属原子。该层的电荷由具有不同价的金属原子的比率来控制。例如，较大量的三价金属将导致正电荷密度升高的层。合适地，本发明的水滑石包含层，这些层包含二价和三价金属，它们的比率要使得这些层的总电荷为阳离子，并且层间包含阴离子。优选地，这些层基本上由二价和三价金属以这些层的总电荷为阳离子的比率来构成。
根据本发明的合成产生和天然存在的水滑石可以用下述通式来表征：
[Mm 2+Mn 3+(OH)2m-2n]Xn/z Z-·bH2O
其中m和n彼此独立地是整数，它们的值要使得m/n的范围为1-10，优选1-6，更优选2-4，最优选的值为大约3；b是整数，其数值范围是0-10，合适地是2-6，通常是约4的值；Xn/z Z-是阴离子，其中z是1-10的整数，优选1-6，合适地，Xn/z Z-包括NO3 -、OH-、Cl-、Br-、I-、CO3 2-、SO4 2-、SiO3 2-、CrO4 2-、BO3 2-、MnO4 -、HGaO3 2-、HVO4 -、ClO4 -，柱状或者插层阴离子如V10O28 6-和MO7O24 6-，单羧酸根如乙酸根，二羧酸根如草酸根、以及烷基磺酸根如月桂基磺酸根；M2+是二价金属原子，合适地是包括Be、Mg、Cu、Ni、Co、Zn、Fe、Mn、Cd和Ca，优选Mg的二价金属原子；M3+是三价金属原子，合适地是包括Al、Ga、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti和In，优选Al的三价金属原子。
优选地，二价金属是镁，而三价金属是铝，从而得到下述通式：
[Mgm 2+Aln 3+(OH)2m+2n]Xn/z Z-·bH2O
根据本发明的水滑石可以通过含铝源和镁源的淤浆的水热处理(溶剂热)来制备。本发明合适的水滑石的实例和它们的制备方法包括国际专利申请公开No.WO01/12550中公开的那些，其公开的内容通过引用而结合到本文中。
在本发明的优选实施方式中，水滑石具有3R2堆叠(stacking)。在本发明的另一个优选实施方式中，水滑石具有不同于3R2堆叠的堆叠，例如3R1堆叠。水滑石3R1和3R2堆叠之间的不同在国际专利申请公开No.WO01/12550中公开，其公开的内容通过引用而结合到本文中。
优选地，根据本发明，水滑石以下述形式使用：淤浆(悬浮液)或者粉末，该粉末可以容易地分散在水中。水滑石的悬浮液或者粉末还可以进一步地包含其它成分如分散和/或保护剂，其可有助于水滑石的整体效果。这种试剂可以是非离子，阴离子或者阳离子性质的。合适的保护剂或者胶体的例子包括水溶性纤维素衍生物，如羟乙基-和羟丙基-，甲基羟丙基-和乙基羟乙基-纤维素，甲基-和羧甲基纤维素，明胶，淀粉，瓜尔胶，黄原胶，聚乙烯醇等。合适的分散剂的例子包括非离子试剂，如乙氧基化的脂肪酸，脂肪酸，烷基酚或者脂肪族酰胺，乙氧基化或非乙氧基化甘油酯，脂肪酸的脱水山梨糖醇酯，非离子表面活性剂，多元醇和/或它们的衍生物；阴离子试剂，如烷基或烷基芳基硫酸酯，磺酸酯，醚磺酸酯，聚丙烯酸；以及阳离子试剂，例如通过烷醇胺与脂肪酸和二羧酸的混合物反应，任选地烷氧基化所得到的酯并使产物季铵化所得到的酯季铵盐(esterquats)，季铵化的脂肪族酰胺，甜菜碱，二甲基二烷基或者二烷基芳基铵盐，以及阳离子二聚分散剂。
根据本发明，通过包括下述步骤的方法生产纸板：添加水滑石至含水纤维素悬浮液中，然后使所获得的悬浮液脱水，形成所述纸板。在本发明的优选实施方式中，该方法产生包含水滑石的单层纸板，所述水滑石优选贯穿分布于所述纸板中，更优选基本上均匀地贯穿分布于所述纸板中。单层纸板只包含一个含纤维素纤维的叠或层。
在本发明的另一个优选实施方式中，该方法产生多层纸板，该多层纸板包含两个或更多个含纤维素纤维的叠或层，其中所述两个或者更多个叠或层中的至少一个叠或层包含水滑石。优选地，水滑石贯穿分布于所述两个或更多个层中的至少一个层中，更优选地基本上均匀地贯穿分布于所述两个或更多个层中的至少一个层中，最优选分布在外层的至少一个层中。本发明的多层纸板可以通过以下操作步骤来产生：形成至少一个包含纤维素纤维和水滑石的层，将所述至少一个层连接到一个或多个包含纤维素纤维的层上，以形成多层纸板。例如，多层纸板可以通过下述操作步骤产生：在一个或几个网络形成单元中独立地形成单个的叠或层，然后在湿状态下将它们结合在一起。本发明多层纸板的合适的等级的例子包括含3-7个含纤维素纤维的叠或层并且所述叠或层中的至少一个叠或层含水滑石的那些多层纸板。
在本发明的方法中，所述纸板(例如单层和多层纸板等级)可以进行进一步的处理步骤。合适的处理步骤的例子包括涂覆，如淀粉涂覆和颜料涂覆，印刷和切割。相应地，本发明合适的纸板的例子包括涂覆的纸板，例如淀粉和/或颜料涂覆的纸板，和印刷的纸板。
水滑石可以在纸板生产过程中的任一点添加，该生产过程从木片碎裂的点开始一直到在该过程中发生纤维素悬浮液脱水的点。
根据本发明的优选实施方式，水滑石被添加到纸浆生产过程的纤维素悬浮液中。可以在制浆过程之前或者之后添加水滑石，该制浆工艺可以是硫酸盐法，机械，热机械，化学机械，化学-热-机械制浆工艺。水滑石可以就在该制浆过程之前添加或者直接添加到制浆过程中，如添加到蒸解锅中。但是，优选地，在化学蒸煮之后，例如在粗浆洗涤机之后，或者在(化学-)机械浆的匀浆之后，水滑石被添加到纤维素悬浮液中。通常，纤维素浆在包括不同漂白步骤的多步骤漂白工艺中进行漂白，并且水滑石可被添加到任一漂白序列中。合适的漂白步骤的例子包括氯漂白步骤，如元素氯和二氧化氯漂白步骤，非氯漂白步骤如过氧化物漂白步骤，如利用臭氧，过氧化氢和过乙酸，以及氯和非氯漂白和氧化步骤的组合，非必要地结合有还原步骤如利用连二亚硫酸盐进行的处理。可直接在漂白步骤，优选在漂白塔之前的混合器中(在漂白和洗涤步骤之间的任一点)，将水滑石添加到纤维素悬浮液中，并且还可以在洗涤步骤中添加，在该洗涤步骤中，水滑石可被部分除去，例如在置换段中。优选地，当添加水滑石至制浆过程的纤维素悬浮液中时，所获得的纸浆随后被用于纸板生产过程中。
根据本发明的另一个优选实施方式，水滑石被添加到纸板生产过程的纤维素悬浮液中。可以在纸板生产过程中的任一点将水滑石添加到纤维素悬浮液中，如添加到浓浆、稀浆或者被再利用之前的白水中，例如在稀浆供料箱之前。优选地，水滑石被添加到浓浆中。也可以在制浆和/或纸板生产过程中的不止一点添加水滑石。例如，在结合在一起的纸浆和纸板厂中，可以在纸浆生产的过程中，和非必要地在纸板生产的过程中添加水滑石，并且一种或者多种滤水和留着助剂可以在纸板生产的过程中添加。这些过程可包括使含水滑石的纤维素悬浮液脱水，稀释所获得的悬浮液，向稀释的悬浮液中添加一种或多种滤水和留着助剂，并且使含滤水和留着助剂的悬浮液脱水。
这里使用的术语“纸板”是指含纤维素纤维的纸板，包括固体纸板如单一漂白硫酸盐纸板(SBS)和单一非漂白硫酸盐纸板(SUS)；纸板，盒用纸板，例如折叠箱用纸板(FBB)，折叠纸盒用纸板，液体包装纸板(LPB)，包括三角顶，无菌，砖形和非无菌包装纸板；挂面白纸板(WLC)，未漂白牛皮纸板，灰粗纸板和再利用纸板；挂面纸板和容器用纸板，包括白硫酸盐牛皮挂面纸板，完全漂白牛皮挂面纸板，全废纸挂面箱纸板，白硫酸盐全废纸挂面箱纸板，未漂白牛皮挂面纸板，未漂白全废纸挂面箱纸板和再利用挂面纸板；瓦楞纸和波纹纸。优选地，该纸板具有的克重为至少130g/m2，更优选140-600g/m2，最优选150-450g/m2。优选地，该纸板具有的松厚度为120-1200kg/m3，更优选150-800kg/m3，最优选200-600kg/m3。该方法可被用于由不同类型的含纤维素纤维的含水悬浮液或者含水纤维素悬浮液生产纸板。优选地，该悬浮液包含至少25重量％，更优选至少50重量％的这种纤维，基于干物质计。纤维素纤维可以基于漂白和未漂白纸浆，它们可以基于原浆和/或再利用浆，并且该悬浮液可基于来自化学浆如硫酸盐浆，亚硫酸盐浆和有机溶剂浆，机械浆如热机械浆(TMP)，化学热机械浆(CTMP)，精磨浆和磨木浆(来自硬木和软木)的纤维，并且还可以基于再利用纤维，非必要地来自脱墨纸浆(DIP)，以及它们的混合物。在多层纸板等级中，这些层可以由不同类型的纸浆制成。具有漂白纤维素纤维的合适的多层组合的实例包括漂白化学浆顶部/DIP，CTMP或者机械浆中间/漂白化学浆底部；和漂白化学浆顶部/DIP，CTMP或机械浆中间/机械浆底部；顶部侧非必要地被涂覆并且底部侧非必要地被涂覆。
纤维素悬浮液还可以包含常规类型的矿物填料，例如高岭土，陶土，二氧化钛，石膏，滑石和天然和合成碳酸钙如白垩，研磨大理石和沉淀碳酸钙。
优选地，水滑石以约0.01重量％至约10重量％，更优选约0.05重量％至高达约5重量％的量被添加到纤维素悬浮液中，以基于干纤维素悬浮液的干水滑石计算。
在本发明的方法中，通过在脱水之前添加到含水纤维素悬浮液中，水滑石优选与一种或多种另外的添加剂结合使用。合适的另外的添加剂的实例包括滤水和留着助剂，阳离子凝结剂，施胶剂如松香基施胶剂和纤维素反应性施胶剂，例如乙烯酮二聚物和琥珀酸酐，干强度剂，湿强度剂如由多胺或聚酰胺-胺与表氯醇反应形成的聚合物，荧光增白剂，染料等。
合适的滤水和留着助剂的实例包括有机聚合物，其可以选自阴离子，两性，非离子和阳离子聚合物，硅质材料，以及它们的混合物。使用硅质材料和有机聚合物作为滤水和留着助剂或者作为絮凝剂在本领域中是众所周知的。在这里使用的术语“滤水和留着助剂”是指这样的一种成分(试剂，添加剂)，当将其添加到含水纤维素悬浮液中时，将提供比未添加所述成分时所获得的更好的滤水和/或留着性能。优选地，水滑石与至少一种阳离子聚合物结合使用。在这里使用的术语“阳离子聚合物”是指具有一种或多种阳离子基团的有机聚合物，优选整体阳离子电荷的有机聚合物。阳离子聚合物还可以包含阴离子基团，并且这种聚合物通常也被称作两性聚合物。
合适用于该方法的聚合物可以由天然或者合成来源衍生而来，并且它们可以是线性的，支化的或者交联的。合适的聚合物的实例包括阴离子，两性和阳离子多糖，优选淀粉；阴离子，两性和链增长聚合物，优选阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物，包括基本上线性的，支化和交联的阴离子和阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物；以及阳离子聚(二烯丙基二甲基氯化铵)；阳离子聚乙烯亚胺；阳离子多胺；阳离子聚酰胺-胺和基于乙烯基酰胺的聚合物，阴离子逐步增长聚合物，优选阴离子的基于萘的缩合聚合物。阳离子淀粉和阳离子聚酰胺是特别优选的聚合物，并且它们可以单独使用，彼此一起使用或者与其它聚合物一起使用，其它聚合物例如是其它阳离子和/或阴离子聚合物。该聚合物的分子量合适地大于1,000,000，优选大于2,000,000。其上限并不是关键因素；它可以是大约50,000,000，通常为30,000,000，并且合适地为25,000,000。然而，由天然来源衍生的聚合物的分子量可以更高。
合适的硅质材料的实例包括阴离子二氧化硅基颗粒和绿土类型的阴离子粘土。优选地，硅质材料具有颗粒尺寸在胶体范围内的颗粒。阴离子二氧化硅基颗粒(即基于SiO2或者硅酸的颗粒)被优选使用，并且这种颗粒通常以含水胶体分散体(所谓的溶胶)的形式提供。合适的二氧化硅基颗粒的实例包括胶体二氧化硅和不同类型的聚硅酸，该聚硅酸要么是均聚的，要么是共聚的。该基于二氧化硅的溶胶可以被改性，并且包含其它元素如铝、硼、氮、锆、镓、钛等，它们可以存在于含水相中和/或二氧化硅基颗粒中。这种类型的合适的二氧化硅基颗粒的实例包括胶态铝改性的二氧化硅和铝硅酸盐。也可以使用这种合适的二氧化硅基颗粒的混合物。包含阴离子二氧化硅基颗粒的合适滤水和留着助剂的实例包括在下述美国专利中描述的那些：4,388,150；4,927,498；4,954,220；4,961,825；4,980,025；5,127,994；5,176,891；5,368,833；5,447,604；5,470,435；5,543,014；5,571,494；5,573,674；5,584,966；5,603,805；5,688,482；和5,707,493；它们通过引用而被结合到本文中。
合适的二氧化硅基颗粒的实例包括那些平均颗粒尺寸小于大约100nm，优选小于大约20nm，更优选约1nm至约10nm的颗粒。常规地，在二氧化硅化学中，颗粒尺寸是指可以是聚集或者未聚集的初级粒子的平均尺寸。二氧化硅基颗粒的比表面积合适地大于50m2/g，优选大于100m2/g。通常，该比表面积可以高达约1700m2/g，优选高达1000m2/g。如G.W.Sears在Analytical Chemistry 28(1956)：12，1981-1983中和在美国专利No.5,176,891中所述的，以众所周知的方法采用NaOH滴定来测量该比表面积。所给出的面积因而表示颗粒的平均比表面积。
优选地，合适的二氧化硅基颗粒具有50-1000m2/g的比表面积，更优选100-950m2/g。这些类型的二氧化硅基颗粒的溶胶还涉及到改性，例如用上述的任意元素改性。优选地，二氧化硅基颗粒以溶胶的形式存在，该溶胶具有8-50％，优选10-40％的S值，包含比表面积为300-1000m2/g，合适地为500-950m2/g，优选750-950m2/g的二氧化硅基颗粒，该溶胶可如上所述被改性。S值的测量和计算如Iler & Dalton在J.Phys.Chem.60(1956)，955-957中所述。S值表示聚集或微凝胶形成的程度，较低的S值表示较高的聚集程度。
在本发明的另一个优选实施方案中，该二氧化硅基颗粒选自均聚或者共聚的聚硅酸，其具有高比表面积，合适地大于约1000m2/g。该比表面积可以为1000-1700m2/g，优选1050-1600m2/g。改性或者共聚的聚硅酸的溶胶可以包含如上所述的其它元素。在本领域中，聚硅酸也被称作聚合硅酸，聚硅酸微凝胶，聚硅酸盐和聚硅酸盐微凝胶，它们均包括在了本文使用的术语聚硅酸中。这种类型的含铝化合物通常也被称作聚硅铝酸盐和聚硅铝酸盐微凝胶，它们均包括在了本文使用的术语胶态铝改性二氧化硅和铝硅酸盐中。
绿土类型的合适的阴离子粘土实例包括蒙脱石/膨润土，锂蒙脱石，贝得石，绿脱石，皂石，锂皂石，优选膨润土。合适的阴离子膨润土粘土的实例包括在下面的美国专利中公开的那些：4,753,710；5,071,512；和5,607,552，它们通过引用被结合到本文中。
合适的阳离子凝结剂(也被称作废料捕集剂和固定剂)的实例包括水溶性有机聚合物凝结剂和无机凝结剂。阳离子凝结剂可以单个使用或一起使用，即，聚合物凝结剂可以与无机凝结剂组合使用。合适的水溶性有机聚合物阳离子凝结剂的实例包括阳离子多胺、聚酰胺-胺、聚乙烯亚胺、双氰胺缩合聚合物和水溶性烯属不饱和单体或由50-100摩尔％阳离子单体和0-50摩尔％其它单体形成的单体共混物的聚合物。阳离子单体的量通常为至少80摩尔％，合适地为100％。合适的烯属不饱和阳离子单体的实例包括二烷基氨基烷基(甲基)-丙烯酸酯和-丙烯酰胺，优选季铵化的形式，以及二烯丙基二烷基氯化铵，例如二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)，优选DADMAC的均聚物和共聚物。有机聚合物阳离子凝结剂通常具有1,000-700,000的分子量，合适地为10,000到500,000。合适的无机凝结剂的实例包括铝化合物，例如明矾和聚铝化合物，例如聚氯化铝、聚硫酸铝、聚铝硅酸盐硫酸盐以及它们的混合物。
本发明优选的滤水和留着系统的实例包括：
(i)阴离子二氧化硅基颗粒与阳离子多糖，优选淀粉，或者与阳离子链增长聚合物，优选阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物组合，任选地与阳离子凝结剂组合；
(ii)阴离子二氧化硅基颗粒与阴离子的基于丙烯酰胺的聚合物组合，任选地与阳离子有机聚合物和/或阳离子凝结剂组合；
(iii)膨润土与阳离子链增长聚合物，优选阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物组合，任选地与阳离子凝结剂组合；
(iv)阳离子多糖，优选阳离子淀粉，与阴离子逐步增长聚合物，优选阴离子的基于萘的缩合聚合物组合，任选地与阳离子凝结剂组合；
(v)阳离子链增长聚合物，优选阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物，与阴离子的逐步增长聚合物，优选阴离子的基于萘的缩合聚合物组合，任选地与阳离子凝结剂组合；
(vi)阳离子链增长聚合物，优选阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物，与阳离子凝结剂组合；和
(vii)阳离子链增长聚合物，优选阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物，与交联的阴离子和阳离子的基于丙烯酰胺的聚合物组合。
可以将滤水和留着助剂的成分以传统的方式和以任意的顺序添加到纤维素悬浮液中。当使用硅质材料时，即使也可以使用相反的添加顺序，但优选在添加硅质材料之前将阳离子聚合物添加到悬浮液中。进一步优选地，在剪切步骤之前添加阳离子聚合物，该剪切步骤可以选自泵送、混合、清洁等等，并且在剪切步骤之后添加硅质材料。当使用阳离子凝结剂时，优选地在引入阳离子聚合物和硅质材料(如果使用的话)之前将其引入到悬浮液中。另外可选地，阳离子凝结剂和阳离子聚合物可以基本上同时，或者分别或者以混合物的形式被引入到悬浮液中，这正如美国专利5,858,174所公开的，该专利通过引用被结合到本文中。
如果本发明的水滑石与滤水和留着助剂一起使用，则水滑石可以在添加该滤水和留着助剂之前或者之后被添加到该悬浮液中。优选地，可以在添加一种或多种滤水和留着助剂之前添加水滑石。优选地，水滑石被添加到浓浆中，或者添加到稀浆中，并且滤水和留着助剂被添加到稀浆中。也可以将水滑石添加到再利用的白水中。如果使用两种或更多种的滤水和留着助剂，即阳离子聚合物结合硅质材料，如二氧化硅基颗粒，和任选的阴离子有机聚合物，则可以在添加滤水和留着助剂之前，之后或者之间，或者与任意的滤水和留着助剂一起将水滑石添加至纤维素悬浮液(纸料)中。也可以在该方法的几个位置添加水滑石，例如添加到浓浆中和在添加滤水和留着助剂之前再添加到稀浆中。
根据本发明的一种或者多种滤水和留着助剂可被添加至将被脱水的纸料中，添加量可以在很宽的范围内变化，这尤其取决于组分的类型和数目，纤维素悬浮液的类型，盐含量，盐的类型，填料含量，填料类型，添加点，白水封闭的程度，等等。通常，该一种或多种滤水和留着助剂以比不添加这些组分得到更好的滤水和/或留着性能的量进行添加。阳离子聚合物通常的添加量为至少大约0.001重量％，经常为至少0.005重量％，以干纤维素悬浮液计，并且其上限值通常为约3重量％，合适地为1.5重量％。阳离子聚合物通常所施以的添加量是约0.01重量％直到大约0.5重量％。阴离子材料，如硅质材料，即阴离子二氧化硅基颗粒和绿土类型的阴离子粘土，以及阴离子有机聚合物，通常的添加量为至少大约0.001重量％，常常为至少大约0.005重量％，基于干纤维素悬浮液计，并且其上限值通常为大约1.0重量％，合适地为大约0.6重量％。
当在该方法中使用阳离子凝结剂时，它可以按照基于干纤维素悬浮液的干凝结剂计算为至少0.001％的量添加。合适地，该量为大约0.05％直至大约3.0％，优选为大约0.1直至大约2.0％。
而且，该方法还可以被用于由具有高电导率的纤维素悬浮液生产纸板。在这种情况下，在导线上的被脱水的悬浮液的电导率通常为至少1.0mS/cm，合适地为至少2.0mS/cm，并且优选为至少3.5mS/cm。电导率可以由标准设备如Christian Berner提供的WTW LF539仪器来测定。可以通过测量提供到或者存在于纸板机的流浆箱中的纤维素悬浮液的电导率，或者另外可选地，通过测量由悬浮液脱水所获得的白水的电导率来确定以上所涉及的数值。
本发明进一步包括纸板生产方法，其中白水被大量地再利用或者再循环，即具有高的白水封闭程度，例如所生产的每吨干纸板使用0-30吨淡水，通常小于20，合适地小于15，优选小于10，特别是小于5吨淡水/吨纸板。
本发明还涉及一种用于生产包装材料的方法，该方法包括提供如本文中所定义的包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层的纸板，和使该纸板经受一个或多个加工操作，该操作选自印刷，上清漆，涂覆如塑料涂覆，挤出涂覆，隔离涂覆，层压如塑料膜层压和金属箔层压如铝箔层压，金属化，模切，即压印坯料，压折痕，压线，剥离，即除去纸屑，空白印，即坯料的分离，烫金，压花和折叠。这里使用的术语“压折痕”也被称作压线和刻槽。优选地，该方法包括一个或多个加工操作，该加工操作包括压线或者压折痕，更优选两个或更多个操作，包括压线或者压折痕，例如切割和压线或者压折痕。
本发明还涉及包装材料，该包装材料包括本文所定义的包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层的纸板，其中该包装材料进一步包括一种或多种折痕。该折痕也被称作划线，沟槽或者折线，其使得在充填之前更容易折叠或者竖立起包装材料。本发明的包装材料可以具有一个或多个塑料膜，金属箔例如铝箔的层，和/或隔离涂层。
本发明进一步涉及用于生产包装的方法，该方法包括提供包装材料的坯料，该包装材料包括在本文中定义的包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层的纸板；利用固体或者液体内容物充填该坯料，以获得未密封的包装；然后密封所获得的包装。优选地，该包装材料包含一种或多种沟槽、折痕或者划线。这里使用的术语“坯料”是指未充填的包装或者包装材料。优选地，该坯料在充填之前被折叠和竖立。用于密封的合适的方法实例包括胶粘和热封。
合适的固体和液体内容物的实例包括固体和液体食品如番茄产品，汤或膏；饮料例如牛奶，果汁，葡萄酒和水；药物；化妆品；巧克力；香烟和烟草。在一个优选的实施方案中，本发明进一步包括使该包装和/或内容物杀菌。这里使用的术语“杀菌”是指减少微生物的数目。用于杀菌的合适的方法和措施包括热，例如快速加热和冷却，化学品如过氧化氢，辐射，例如IR和UV辐射。该充填可以在无菌条件下进行。
本发明还涉及一种包装，该包装包括在本文中定义的包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层的纸板，其中它进一步包含固体或者液体内容物。本发明进一步地涉及包装材料用于包装固体或液体食品，饮料，药物，化妆品，巧克力，香烟或烟草的用途，该包装材料包括在本文中定义的包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层的纸板。
本发明合适的包装的实例包括食品包装，饮料包装，无菌包装和防腐包装。
具体实施方式
下面的实施例将进一步说明本发明，但是所述实施例并不意味着限制本发明。除非另有说明，份数和％分别是指重量份数和重量％。
实施例1
本实施例将评价本发明减少纸板所不希望和/或令人不快的味道，气味和/或臭味的效果。
选择存在于纸板中并且引起不希望和/或令人不快的味道，气味和/或臭味的化学物质正已醛作为有气味的模型物质，下文将其称作“有气味物质”。有气味物质的含量通过所谓的热方法来确定，在该方法中，由2.5g包装材料构成的样品被置于随后被密封的容器中。在摇动5分钟并且随后在100℃下恒温40分钟后，提取在样品上方的一定量的气体并且立即在气相色谱仪中进行分析。在所述量的气体中的有气味物质的含量由色谱图的顶部区域计算。不希望的味道，气味和/或臭味的程度以有气味物质残余物的方式给出，其为从含水滑石的纸片或者纸浆传送的有气味物质的含量相对于从无添加剂的纸片或者纸浆传送的的相应含量的百分比。因此要计算未添加任何水滑石或纸化学品的纸片或者纸浆传送的有气味物质的含量。
在试验机上生产含有和不含水滑石的纸板的层。使用的浓纤维素悬浮液(浓纸料)以来自液体包装纸板厂的配料为基础，该配料由30％漂白软木浆和70％漂白硬木浆组成。浓悬浮液用来自漂白硬木浆的加压水稀释，以获得15g/l的稠度。所述的悬浮液具有的pH值为7，电导率为0.8mS/cm。将该悬浮液搅拌并加热到50℃。在一个试验中，将50kg/t的水滑石(CC-22，Akzo Nobel Catalyst B.V.)被添加到悬浮液中。将该悬浮液搅拌30分钟。
在纸片形成之前，以下面的顺序向悬浮液中添加下面的添加剂：8％煅烧粘土；1kg/t的硫酸铝；4kg/t的阳离子淀粉(Perlbond 970)；1.6kg/t松香基施胶剂(Eka Composize L44HT)；1.5kg/t硫酸铝；1.5kg/t的基于烯基乙烯酮二聚物的施胶剂(Eka Keydime 28HF)；5kg/t的阳离子淀粉(Perlbond 970)和2.5kg/t二氧化硅溶胶(Eka NP 442)。将该悬浮液脱水，以形成具有纸张定量为大约90g/m2的纸片。
直接在生产之后，将A4尺寸的纸片卷在铝箔中并密封在气密塑料袋中。在两个星期后，利用气相色谱法分析该纸片的有气味物质。表1示出了在储存两个星期后的有气味物质的量。
表1
    试验号      水滑石[kg/t]       有气味物质[ng/ml]
    1      0       168
    2      50       110
实施例1表明，本发明使气相中的挥发性有气味物质的含量下降35％。
实施例2
如实施例1所述来生产纸板，不同之处在于所添加的水滑石的量不同。分析所获得的纸板的填料含量，其也被称作灰分留着量。表2示出了结果。
表2
  试验号    水滑石[kg/t]    填料[％]
  1    0    7.6
  2      10    8.2
表2显示出，当在该方法中添加水滑石时，填料量更高。
实施例3
本实施例评价施胶性能。分别利用具有3R2堆叠的水滑石(CC-22，Akzo Nobel Catalyst B.V.)和滑石(Finntalc P05，Omya)处理来自液体包装纸板厂的纤维素悬浮液。添加施胶，滤水和留着助剂，并且制造手抄纸(SCAN-C26：76)。所述纸的施胶以Cobb 60值(SCAN-P12：64)来测定。
使用的浓纤维素悬浮液(浓纸料)以来自液体包装纸板(LPB)厂的配料为基础，该配料由漂白软木和硬木浆组成。将该悬浮液搅拌并加热到50℃。将水滑石或滑石添加至该悬浮液中，该悬浮液被搅拌30分钟。随后用自来水稀释该浓悬浮液至5g/l的稠度。所获得的悬浮液的pH为8，且电导率为0.7mS/cm。在制造纸片之前，添加0.3kg/ton的AKD干浆(Keydime C223，Eka Chemicals)，8kg/ton的阳离子淀粉干浆(Perlbond 970)和0.5kg/ton的二氧化硅基颗粒的干浆(Eka NP 590，Eka Chemicals)。该纸片具有大约73g/m2的纸张定量。表3示出了通过添加不同量的滑石和水滑石到液体包装纸板配料中所获得的施胶结果。
表3
   试验号    滑石[kg/t]     CC-22[kg/t]     Cobb 60
   1    0     0     40
   2    1     44
   3    5     60
   4     1     35
   5     5     34
相比于滑石，当使用水滑石时施胶性能得到提高。含漂白纸浆和水滑石的纤维素纸片可被用作单层纸板或者多层纸板的层，如顶和/或底层。
实施例4
利用分别更高添加的水滑石(CC-22，Akzo Nobel Catalyst B.V.)和滑石(Finntalc P05，Omya)来评价施胶性能。制造手抄纸并且施胶性能以Cobb 60(SCAN-P 12：64)值来测定。
使用的浓纤维素悬浮液以来自LPB厂的配料为基础，该配料由过氧化氢漂白的软木和硬木硫酸盐纸浆组成，稠度为～4％。将该悬浮液搅拌并加热到50℃。将水滑石或滑石添加到该悬浮液中，该悬浮液被放置20分钟。随后用漂白滤液稀释该浓悬浮液至～3.9g/l的稠度。在生产手抄纸(Rapid-K_then former)之前，向配料AKD中添加1.6kg/t的松香施胶剂，1.6kg/t明矾，5.0kg/t的阳离子淀粉和0.35kg/t的二氧化硅基颗粒(Eka NP 590，Eka Chemicals)。该纸片具有大约100g/m2的纸张定量。表4示出了通过施胶液体包装纸板配料所获得的施胶结果。
表4
   试验号   AKD[kg/t]    滑石[kg/t]    CC-22[kg/t]     COBB 60
   1   0    0    0     258
   2   0.5    0    0     250
   3   0.8    0    0     131
   4   1    0    0     59
   5   1.4    0    0     39
   6   0.5    5    0     211
   7   0.8    5    0     115
   8   1    5    0     61
   9   1.4    5    0     39
   10   0.5    0    10     198
   11   0.8    0    10     87
   12   1    0    10     45
   13   1.4    0    10     33
相比于滑石，当使用水滑石时施胶性能得到提高(较低的Cobb 60值)。含漂白纸浆和水滑石的纤维素纸片可被用作单层纸板或者多层纸片的层，如顶和/或底层。
实施例5
本实施例是在脱墨纸浆(DIP)厂中进行的。利用水滑石(CC-22，Akzo Nobel Catalyst B.V.)处理来自DIP厂的含水纸浆悬浮液。然后测定纸浆滤液的浑浊度。
在DIP厂的盘式过滤机和螺旋压榨机之间提取所使用的纸浆悬浮液。该纸浆悬浮液具有～7％的稠度，并且用自来水稀释到～4.2％。将该悬浮液搅拌并加热到50℃。将水滑石添加到该纸浆悬浮液中，该悬浮液被放置30分钟。随后用GF/A玻璃纤维过滤器(～2μm孔径)过滤该纸浆悬浮液。在Hach 2100P浑浊度仪中分析滤液的浑浊度。表5示出了结果。
表5
   试验号     CC-22[kg/t]     浑浊度[NTU]
   1     0     71.8
   2     2     63.5
   3     5     42.3
当在过滤之前混合脱墨纸浆与水滑石时，滤液的浑浊度得到改善(下降)。含DIP和水滑石的纤维素纸片可被用作多层纸板的层，如顶层下的层和/或中间层。

Claims (22)

1.一种用于生产纸板的方法，该方法包括：
(i)提供包含纤维素纤维的含水悬浮液；
(ii)添加水滑石至该悬浮液中；
(iii)使所获得的悬浮液脱水，以提供单层纸板。
2.一种用于生产纸板的方法，该方法包括：
(i)提供包含纤维素纤维的含水悬浮液；
(ii)添加水滑石至该悬浮液中；
(iii)使所获得的悬浮液脱水，以提供包含纤维素纤维和水滑石的层；并且
(iv)将所述层连接到一个或多个含纤维素纤维的层上，以提供包含两层或者更多层的多层纸板。
3.权利要求1或2的方法，其中它进一步包括向该悬浮液中添加阳离子聚合物。
4.上述权利要求中任一项的方法，其中它进一步包括向该悬浮液中添加硅质材料。
5.上述权利要求中任一项的方法，其中它进一步包括向该悬浮液中添加施胶剂。
6.包括一个或多个含纤维素纤维的层的纸板，其中该纸板进一步包含贯穿于所述一个或多个层中的至少一个层分布的水滑石。
7.一种用于生产包装材料的方法，该方法包括：
(i)提供包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层的纸板；和
(ii)使该纸板经受一个或多个加工操作，该操作选自印刷，上清漆，涂覆，层压，金属化，模切，压线，压折痕，烫金，压花和折叠。
8.包含纸板的包装材料，该纸板包括一个或者更多个含纤维素纤维和水滑石的层，其中该包装材料进一步包含一种或多种沟槽、划线或折痕。
9.一种用于生产包装的方法，该方法包括：
(i)提供包含纸板的包装材料的坯料，该纸板包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层；
(ii)利用固体或者液体内容物充填该坯料，以形成未密封的包装；并且
(iii)密封所获得的包装。
10.包含纸板的包装，该纸板包括一个或多个含纤维素纤维和水滑石的层，其中该包装进一步包括固体或者液体内容物。
11.权利要求1-5中任一项的方法；权利要求6的纸板；权利要求7的方法；权利要求8的包装材料；权利要求9的方法；或者权利要求10的包装；其中该水滑石具有3R1堆叠。
12.权利要求1-5中任一项的方法；权利要求6的纸板；权利要求7的方法；权利要求8的包装材料；权利要求9的方法；或者权利要求10的包装；其中该水滑石具有3R2堆叠。
13.权利要求1-5，11和12中任一项的方法；权利要求6，11和12中任一项的纸板；权利要求7，11和12中任一项的方法；权利要求8，11和12中任一项的包装材料；权利要求9，11和12中任一项的方法；或者权利要求10-12中任一项的包装；其中该纸板包括一个含纤维素纤维的层。
14.权利要求1-5，11和12中任一项的方法；权利要求6，11和12中任一项的纸板；权利要求7，11和12中任一项的方法；权利要求8，11和12中任一项的包装材料；权利要求9，11和12中任一项的方法；或者权利要求10-12中任一项的包装；其中该纸板包括两个或更多个含纤维素纤维的层。
15.权利要求1-5和11-14中任一项的方法；权利要求6和11-14中任一项的纸板；权利要求7和11-14中任一项的方法；权利要求8和11-14中任一项的包装材料；权利要求9和11-14中任一项的方法；或者权利要求10-14中任一项的包装；其中该水滑石基本上均匀地贯穿分布于所述纸板的至少一个层中。
16.权利要求1-5和11-15中任一项的方法；权利要求6和11-15中任一项的纸板；权利要求7和11-15中任一项的方法；权利要求8和11-15中任一项的包装材料；权利要求9和11-15中任一项的方法；或者权利要求10-15中任一项的包装；其中该纸板具有的克重为至少130g/m2。
17.权利要求1-5和11-16中任一项的方法；权利要求6和11-16中任一项的纸板；权利要求7和11-16中任一项的方法；权利要求8和11-16中任一项的包装材料；权利要求9和11-16中任一项的方法；或者权利要求10-16中任一项的包装；其中该纸板具有的克重为150-450g/m2。
18.权利要求1-5和11-17中任一项的方法；权利要求6和11-17中任一项的纸板；权利要求7和11-17中任一项的方法；权利要求8和11-17中任一项的包装材料；权利要求9和11-17中任一项的方法；或者权利要求10-17中任一项的包装；其中该纸板包含至少50％重量的纤维素纤维。
19.权利要求1-5和11-18中任一项的方法；权利要求6和11-18中任一项的纸板；权利要求7和11-18中任一项的方法；权利要求8和11-18中任一项的包装材料；权利要求9和11-18中任一项的方法；或者权利要求10-18中任一项的包装；其中该纸板具有的松厚度为200-600kg/m3。
20.权利要求9和11-19中任一项的方法；或者权利要求10-19中任一项的包装；其中固体或者液体内容物是食品、饮料、药物、化妆品、巧克力、香烟或者烟草。
21.权利要求9和11-19中任一项的方法；其中它进一步包括杀菌。
22.权利要求8和11-19中任一项的包装材料用于包装固体或者液体食品、饮料、药物、化妆品、巧克力、香烟或者烟草的用途。
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