TWI500837B - 水性懸浮劑及其製備方法和用途、造紙組成物、紙製品及其製程、紙類塗佈組成物、紙板、整合性紙製品之製程、部份乾的紙製品以及實質上全乾的紙製品 - Google Patents

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水性懸浮劑及其製備方法和用途、造紙組成物、紙製品及其製程、紙類塗佈組成物、紙板、整合性紙製品之製程、部份乾的紙製品以及實質上全乾的紙製品
本發明係有關一種水性懸浮劑的製備方法，該水性懸浮劑包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料，適用於造紙或塗佈紙類之方法，及由該水性懸浮劑製成之填充及塗佈紙類。
無機粒狀材料，例如鹼土金屬碳酸鹽(例如碳酸鈣)或高嶺土係廣泛用於許多用途。這些包含含有用在紙類製造或紙類塗佈的組成物之礦物的生產。紙製品中，此種填料通常被添加以替換紙製品的其他價格昂貴的成分的一部分。填料也可能係為了改變紙製品之物理、機械及/或光學上的要求的目的而被添加。顯然，含有填料的量越大，節省成本的可能性也就越大。但是，填料的添加量及相關的節省成本必須與最終紙製品的物理、機械和光學上的要求取得平衡。因此，可在高裝料水準而不產生對於紙製品的物理、機械及/或光學上的要求有不利影響的紙類填料的發展有一持續之需求。對於可經濟地製備此種填料之方法的發展也有一需求。
本發明尋求提供替代及/或改良用於紙製品之填料，其可以相當高裝料水準併入紙製品中，而仍可保持或甚至改良紙製品的物理、機械及/或光學性質。本發明亦尋求提供此種填料的經濟製備方法。依此，本發明人出乎預料地發現可以經濟的方法製備包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料的填料，且可裝料於紙製品中，而仍可保 持或甚至改良最終紙製品的物理、機械及/或光學性質。
此外，本發明尋求解決如何以工業規模經濟地製備微纖維化纖維素的問題。部分由於起始材料與微纖維化產品之相當高的黏度，目前微纖維化纖維素材料的方法需要大量的能量，而且以工業規模製備微纖維化纖維素的商業可實施之製程，在此之前仍難以理解。
本發明之第一態樣係有關一種水性懸浮劑的製備方法，該水性懸浮劑包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料，該方法包含微纖維化纖維基質之步驟，該纖維基質包含存在有無機粒狀材料之水性環境中的纖維素。
本發明之第二態樣係有關一種水性懸浮劑，其係依據第一態樣之方法獲得，適用於造紙或塗佈紙類作為填料。
本發明之第三態樣係有關一種水性懸浮劑，適用於造紙或塗佈紙類作為填料，此水性懸浮劑包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料。
本發明之第四態樣係有關一種造紙組成物，包含第二與三態樣之水性懸浮劑。
本發明之第五態樣係有關一種紙製品，其係由第四態樣之造紙組成物製備。
本發明之第六態樣係有關一種紙類塗佈組成物，包含第二與三態樣之水性懸浮劑及其他選用的添加物。
本發明之第七態樣係有關一種紙製品，例如塗佈第 六態樣之紙類塗佈組成物的紙板。
本發明之第八態樣係有關一種紙製品的製程，包含：(i)獲得或製備一包含適用於做成紙製品的紙漿形式之纖維素的纖維基質；(ii)由步驟(i)之紙漿、本發明第二或三態樣之水性懸浮劑及其他選用的添加劑，製備一造紙組成物；及(iii)由該造紙組成物形成一紙製品。
本發明之第九態樣係有關一種紙製品之整合性製程，包含：(i)獲得或製備一包含適用於做成紙製品的紙漿形式之纖維素的纖維基質；(ii)依照本發明第一態樣之方法微纖維化一部份含有纖維素的該纖維基質，以製備一包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑；(iii)由步驟(i)之紙漿、步驟(ii)製備之水性懸浮劑及其他選用的添加劑，製備一造紙組成物；及(iv)由該造紙組成物形成一紙製品。
本發明之第十態樣係有關一種依據本發明之第二與三態樣之水性懸浮劑在造紙組成物中作為填料的用途。
本發明之第十一態樣係有關一種依據本發明之第二與三態樣之水性懸浮劑在紙類塗佈組成物中的用途。
(包含纖維素的纖維基質)
包含纖維素的纖維基質可由任何適當來源得到，諸如木材、草本植物(例如甘蔗、竹子)或破布(例如，紡織廢料、棉、麻或亞麻)。含有纖維素的纖維基質可為任何紙漿形式(即，水中纖維素纖維的懸浮劑)，其可以任何 適當的化學或機械處理，或其之組合。例如，紙漿可為化學紙漿、化學熱機械紙漿、機械紙漿、回收紙漿、碎紙漿、造紙廠的廢水、造紙廠的廢棄物或其之組合。纖維素紙漿可經(例如以瓦利打漿機(Valley beater))打漿及/或其他的精製(例如，錐狀或板式精製器處理)至任何預定的游離度，如發表於本領域之以立方公分為單位的加拿大標準游離度(CSF)。加拿大標準游離度表示紙漿之游離度或排水率的值，係量測紙漿懸浮劑可被排水的比例。例如，纖維素紙漿在微纖維化之前可具有加拿大標準游離度大約或大於10cm3。纖維素紙漿可具有CSF大約或小於700cm3，例如等於或小於大約650cm3、等於或小於大約600cm3、等於或小於大約550cm3、等於或小於大約500cm3、等於或小於大約450cm3、等於或小於大約400cm3、等於或小於大約350cm3、等於或小於大約300cm3、等於或小於大約250cm3、等於或小於大約200cm3、等於或小於大約150cm3、等於或小於大約100cm3、或等於或小於大約50cm3。接著纖維素紙漿可以本領域之為人熟知的方法脫水，例如紙漿可藉由篩子過濾以便得到濕紙張，其包含至少大約10%固體物，例如至少大約15%固體物、至少大約20%固體物，至少大約30%固體物，或至少大約40%固體物。紙漿可以未精製狀態使用，即未經打漿或脫水或其他方法精製。
包含纖維素之纖維基質可以乾的狀態添加至研磨容器或均質器中。例如，乾的碎紙可直接加至研磨容器中。接著研磨容器中的水性環境將有助於紙漿的形成。
(無機粒狀材料)
無機粒狀材料，可為例如鹼土金屬碳酸鹽或硫酸鹽，諸如碳酸鈣、碳酸鎂、白雲岩、石膏、含水高嶺石族黏土，諸如高嶺土、多水高嶺土、球黏土、無水(煆燒)高嶺石族黏土，諸如偏高嶺土、完全煆燒高嶺土、滑石、雲母、珍珠岩、矽藻土、氫氧化鎂、三水合氧化鋁(aluminium trihydrate)，或其組合。
用於本發明第一態樣的方法之較佳無機粒狀材料為碳酸鈣。本發明以下傾向於使用碳酸鈣及有關進行及/或處理碳酸鈣的態樣來討論。本發明不應作限定於該等實施例之解釋。
使用於本發明之粒狀碳酸鈣可取自天然來源藉由研磨獲得。研磨碳酸鈣(GCC)通常藉由壓碎及接著研磨礦物來源，諸如白堊土、大理石或石灰石獲得，接著可藉由粒徑分級步驟，以便獲得具有所需細度的製品。其它諸如漂白、浮選和磁分離技術也可用於獲取所需的細度和/或顏色的製品。粒狀固體材料可能是自體研磨，亦即藉由固體材料本身的顆粒之間的摩擦，或者包含來自碳酸鈣的不同材料之顆粒的粒狀研磨介質存在下研磨。這些程序可在程序中任何階段添加的分散劑及殺蟲劑存在或不存在下進行。
可使用沈澱碳酸鈣(PCC)作為本發明之粒狀碳酸鈣的來源，及可藉由本領域可得之任何已知方法製造。〔美國〕紙漿與造紙工業技術協會(Technical Association of the Pulp and Paper Industry，TAPPI)專題叢書第30號， 「紙類塗佈顏料」，第34至35頁描述三個商業製程用於製備沈澱碳酸鈣，適用於製備用於造紙工業的製品，但也可用於本發明之實施。在全部三個製程中，碳酸鈣填充物質，諸如石灰石首先經過煆燒以產生生石灰(quicklime)，接著生石灰在水中熟化，產生氫氧化鈣或石灰乳。第一製程中，石灰乳直接以二氧化碳氣體碳酸化。這一製程具有不會形成副產品，且相對容易控制碳酸鈣產品之性質和純度的優點。第二製程中，石灰乳接觸蘇打灰藉由複分解，產生碳酸鈣的沈澱和氫氧化鈉溶液。氫氧化鈉溶液可實質上完全從碳酸鈣分離，假如此一製程係在商業上使用。在第三個主要的商業製程中，石灰乳首先接觸氯化銨，產生氯化鈣溶液和氨氣體。接著氯化鈣溶液接觸蘇打灰藉由複分解，產生沈澱碳酸鈣和氯化鈉溶液。晶體可以各種不同的形狀和大小產生，取決於所使用的特定反應製程。沈澱碳酸鈣晶體三種主要形式為文石(aragonite)、菱形六面體(rhombohedral)和偏三角面體(scalenohedral)，所有這些包括其混合物都適用於本發明。
碳酸鈣之濕磨涉及碳酸鈣水性懸浮劑的形成，及接著其選擇性地在適當分散劑存在下被研磨。可參考例如EP-A-614948(其內容整體併入參考)作為碳酸鈣之濕磨的更多資料。
一些情形下，可能包含其他礦物少量添加，例如一或多個高嶺土、煆燒高嶺土、矽灰石、鋁土礦、滑石粉或雲母也可存在。
當本發明的無機粒狀材料係取自天然產生的來源，其可能發生一些礦物雜質會污染該研磨材料。例如，天然產生碳酸鈣能與其他礦物一起存在。因此，一些實施例，無機粒狀材料含有一定量的雜質。然而，用於本發明之一般無機粒狀材料將含有低於大約5%重量，較佳低於大約1%重量其他礦物雜質。
本發明之方法於微纖維化步驟中使用的無機微粒材料，較佳是具有粒徑分佈至少大約10%重量粒子具有等效球直徑小於2微米，例如至少大約20%重量、至少大約30%重量、至少大約40%重量、至少大約50%重量、至少大約60%重量、至少大約70%重量、至少大約80%重量、至少大約90%重量、至少大約95%重量或大約100%重量粒子具有等效球直徑小於2微米。
除非另有說明，否則此處提及的無機粒狀材料之粒徑性質，係使用由美國喬治亞州諾克羅斯的Micromeritics儀器公司(Micromeritics Instruments Corporation)提供的Sedigraph 5100粒徑分析儀，藉由無機粒狀材料在水性介質中完全分散狀態下沈降之眾所周知的方式量測，此處稱作Micromeritics Sedigraph 5100單元。此一儀器提供量測及以粒子大小的累積重量百分比的圖表，作為本領域低於給定等效球直徑數值之「等效球直徑(e.s.d)」。平均粒徑d50係以此粒子e.s.d方法量測的數值，其中50%重量的粒子具有等效球直徑低於d50數值。
或者，此處所說明的無機粒狀材料之粒徑性質，係使用由馬爾文儀器有限公司提供的馬爾文熟練選別器S 系列粒徑分析儀(Malvern Mastersizer S machine)，使用雷射光散射技術領域之眾所周知的傳統方法(或藉由可以給出基本上相同結果之其他方法)量測。雷射光散射技術中，粉末、懸浮劑及乳化劑可基於米氏理論(Mie theory)之應用，使用雷射光束折射量測。此一儀器提供量測及以粒子大小的累積體積百分比的圖表，作為本領域低於給定等效球直徑數值之「等效球直徑(e.s.d)」。平均粒徑d50係以此粒子e.s.d方法量測的數值，其中50%重量的粒子具有等效球直徑小於d50數值。
另一實施例中，本發明之方法於微纖維化步驟中使用的無機微粒材料，使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀量測，較佳是具有粒徑分佈至少大約10%體積粒子具有等效球直徑低於2微米，例如至少大約20%體積、至少大約30%體積、至少大約40%體積、至少大約50%體積、至少大約60%體積、至少大約70%體積、至少大約80%體積、至少大約90%體積、至少大約95%體積或大約100%體積粒子具有等效球直徑小於2微米。
除非另有說明，否則此處提及的微纖維化纖維素材料之粒徑性質，係使用馬爾文儀器有限公司提供的馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀，使用雷射光散射技術領域之眾所周知的傳統方法(或藉由可以給出基本上相同結果之其他方法)量測。
以下提供使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀特徵化無機粒狀材料與微纖維化纖維素的混合物之粒徑分佈的程序細節。
另一用於依據本發明之第一態樣的方法之較佳無機粒狀材料係高嶺土黏土。以下，說明書之此部份傾向於以高嶺土及有關進行及/或處理高嶺土的態樣來討論。本發明不應做限定於該等實施例解釋。因此，高嶺土在一些實施例係以未處理的形式使用。
用於此發明之高嶺土黏土可來自天然來源的經處理材料，亦即原始天然高嶺土黏土礦物。經處理的高嶺土黏土通常含有至少大約50%重量的高嶺石。例如大部份商業上處理的高嶺土黏土包含大於大約75%重量的高嶺石，且可包含大於大約90%重量的高嶺石，一些情況下可大於大約95%重量的高嶺石。
用於本發明之高嶺土黏土可從原始天然高嶺土黏土礦物，藉由具有熟習本領域技術者所熟知的一或多個其他製程，例如已知的精製或選礦步驟製備。
例如，可以使用還原性漂白劑，諸如亞硫酸鈉，漂白黏土礦物。如果使用亞硫酸鈉，則漂白的黏土礦物可在亞硫酸鈉漂白步驟之後，選擇性地脫水，及選擇性地清洗且再次選擇性地脫水。
黏土礦物可經處理而去除雜質，例如藉由在本領域熟知的絮凝、浮選或磁分離技術。或者，使用於本發明的第一態樣的黏土礦物可以是未處理的固體形式或水性懸浮劑。
製備使用於本發明的粒狀高嶺土黏土可包含一或多個粉碎步驟，例如，研磨或製粉。粗高嶺土之輕粉碎用於給其適當的分層。粉碎可使用塑膠(例如，尼龍)珠 子或顆粒、沙或陶瓷研磨或製粉助劑進行。該粗高嶺土可被精製而去除雜質及使用眾所周知的程序改善物理性質。高嶺土黏土可以已知的粒徑分類程序，例如過篩及離心(或兩者)，以獲得所需的d50值或粒徑分佈處理。
(微纖維化製程)
根據本發明之第一態樣，提供一種用於作為紙類填料或紙類塗佈之組成物的製備方法，包含微纖維化纖維基質之步驟，纖維基質包含在無機粒狀材料存在下的纖維素。依據本方法之一特別實施例，微纖維化步驟係在作為微纖維化製劑的無機粒狀材料存在下進行。
關於微纖維化是指相較於微纖維化之前的紙漿纖維，纖維素的微纖維被解放或部分解放出來作為個別形式或較小集合物的過程。典型適用於造紙的纖維素纖維(即微纖維化之前的紙漿)包含成千上百個個別纖維素微纖維的較大集合物。藉由微纖維化纖維素，此處所描述的特徵與性質是給予至微纖維化纖維素和包括該微纖維化纖維素的組成物中。
根據本發明之方法製備之示範微纖維化纖維素係顯示於第一圖中。第一圖係微纖維化纖維素(具有d50為80微米)之掃描式顯微鏡的影像，該微纖維化纖維素由GCC(以Sedigraph量測，60wt%小於2微米粒徑)在總乾重5.0%紙漿下製備。介質(卡包塑料(Carbolite)16/20)體積濃度(MVC)係50%。能量輸入為2500千瓦小時/噸纖維。
微纖維化步驟可在任何合適的器具中進行。在一實 施例，微纖維化步驟係在濕磨條件下的研磨容器中進行。在另一實施例，微纖維化步驟係在均質器進行。以下將更詳細地說明該等實施例。
(濕磨)
研磨係以傳統方式適當進行。研磨可以是粒狀研磨介質存在下的磨擦研磨過程，或是自體研磨過程，即未有研磨介質之情況下。關於研磨介質是指不同於與包括纖維素的纖維基質共磨的無機粒狀材料之介質。
粒狀研磨介質可能是以天然或合成的材料存在。研磨介質，例如可包括球、珠或任何硬的礦物、陶瓷或金屬材料的顆粒。這種材料例如可包括氧化鋁、氧化鋯、矽酸鋯、矽酸鋁或富含莫來石(mullite-rich)材料所產生的煆燒高嶺石黏土在從有關的1300℃到1800℃的範圍內的溫度。例如，在一些實施例中，卡包塑料(Carbolite®)研磨介質較佳。或者，可以使用適當粒徑的天然砂粒子。
一般而言，選用於本發明中的研磨介質之類型和粒子大小可能由以下性質決定，例如，待研磨物質之粒徑和化學組成物、進料懸浮劑。較佳，粒狀的研磨介質包括有平均直徑約0.1毫米到約6.0毫米範圍，及更佳從約0.2毫米到約4.0毫米範圍的粒子。研磨介質(或介質)可以高達約70%進料體積的量存在。研磨介質可以至少約10%進料體積的量存在，例如至少約20%進料體積、至少約30%進料體積、至少約40%進料體積、至少約50%進料體積，或至少約60%進料體積。
研磨可以一或多個階段進行。例如，粗無機粒狀材 料可在一研磨容器中研磨至預定的粒徑分佈，之後添加包括纖維素的纖維材料，及持續研磨直到已經得到所需的微纖維化程度。用於本發明第一態樣之粗無機粒狀材料最初可具有一粒徑分佈，其中具有e.s.d小於2微米的粒子少於約20%重量，例如具有e.s.d小於2微米的粒子少於約15%重量，或少於約10%重量。另一實施例中，用於本發明第一態樣之粗無機粒狀材料最初可具有一粒徑分佈，其係使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀量測，其中具有e.s.d小於2微米的粒子少於約20%體積，例如具有e.s.d小於2微米的粒子少於約15%體積，或少於約10%體積。
粗無機粒狀材料可在研磨介質不存在或存在下濕磨或乾磨。濕磨階段的情況下，粗無機粒狀材料較佳在研磨介質存在下，於一水性懸浮劑中研磨。在此一懸浮劑中，粗無機粒狀材料較佳以約5%至85%重量懸浮劑的量存在；更佳以約20%至80%重量懸浮劑的量存在。最佳，粗無機粒狀材料可以約30%至75%重量懸浮劑存在。如上所述，粗無機粒狀材料可研磨至一粒徑分佈，使得具有e.s.d小於2微米的粒子至少約10%重量，例如具有e.s.d小於2微米的粒子至少約20%重量、至少約30%重量、至少約40%重量、至少約50%重量、至少約60%重量、至少約70%重量、至少約80%重量、至少約90%重量、至少約95%重量、或約100%，之後添加纖維素紙漿，且兩種成分共磨，以微纖維化該纖維素紙漿的纖維。
在另一實施例，粗無機粒狀材料可研磨至一粒徑分 佈，其係使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀量測，使得具有e.s.d小於2微米的粒子至少約10%體積，例如具有e.s.d小於2微米的粒子至少約20%體積、至少約30%體積、至少約40%體積、至少約50%體積、至少約60%體積、至少約70%體積、至少約80%體積、至少約90%體積、至少約95%體積、或約100%體積，之後添加纖維素紙漿，且兩種成分共磨，以微纖維化該纖維素紙漿的纖維。
一實施例中，無機粒狀材料的平均粒徑(d50)在共磨過程中減少。例如，無機粒狀材料的d50可能減少至少約10%(使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀量測)，例如，無機粒狀材料的d50可能減少至少約20%、減少至少約30%、減少至少約40%、減少至少約50%、減少至少約60%、減少至少約70%、減少至少約80%、減少至少約90%。例如，無機粒狀材料在共磨之前具有d50為2.5微米，共磨之後的d50為1.5微米，粒徑減少40%。在一些實施例中，無機粒狀材料的平均粒徑於共磨過程中不顯著減少。關於「不顯著減少」是指無機粒狀材料的d50減少小於約10%，例如，無機粒狀材料的d50減少小於約5%。
包括纖維素的纖維基質可在無機粒狀材料存在下被微纖維化，而獲得以雷射光散射測量之具有d50從約5微米至約500微米的微纖維化纖維。包括纖維素的纖維基質可在無機粒狀材料存在下被微纖維化，而獲得具有d50等於或小於約400微米的微纖維化纖維，例如等於或 小於約300微米、等於或小於約200微米、等於或小於約150微米、等於或小於約125微米、等於或小於約100微米、等於或小於約90微米、等於或小於約80微米、等於或小於約70微米、等於或小於約60微米、等於或小於約50微米、等於或小於約40微米、等於或小於約30微米、等於或小於約20微米、等於或小於約10微米。
包括纖維素的纖維基質可在無機粒狀材料存在下被微纖維化，而獲得具有粒徑分佈自約0.1至500微米範圍之木代爾(modal)纖維及粒徑分佈自約0.25至20微米範圍之形式無機粒狀材料的微纖維化纖維。包括纖維素的纖維基質可在無機粒狀材料存在下被微纖維化，而獲得具有粒徑分佈至少約0.5微米，例如至少約10微米、至少約50微米、至少約100微米、至少約150微米、至少約200微米、至少約300微米、或至少約400微米之木代爾纖維的微纖維化纖維。
包括纖維素的纖維基質可在無機粒狀材料存在下被微纖維化，而獲得具有使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀量測之纖維斜度等於或大於10的微纖維化纖維。纖維斜度(即纖維粒徑分佈之斜度)係以以下公式計算：斜度=100x(d30/d70)
微纖維化纖維可具有纖維斜度等於或小於約100。微纖維化纖維可具有纖維斜度等於或小於約75、等於或小於約50、等於或小於約40，或等於或小於約30。微纖維化纖維可具有纖維斜度自約20至約50、自約25至約40、 自約25至約35，或自約30至約40。
研磨可在一研磨容器適當進行，諸如在滾筒磨(例如桿、球及自體)、攪拌磨(例如莎拉攪拌磨(Sala AgitatedMill，SAM)或愛莎磨(IsaMill))、塔式磨、攪拌介質沈砂池(StirredMediaDetritor，SMD)中進行或在包含旋轉平行研磨板之研磨容器中進行，欲研磨的原料係從研磨板之間進料。
一實施例中，研磨容器係一塔式磨。塔式磨可包含靜止區在一或多個研磨區之上。靜止區係位於朝向塔式磨內部的頂部，其中極微或沒有研磨發生，且含有微纖維化纖維素及無機粒狀材料之區域。靜止區係其中研磨介質之粒子沈降至塔式磨之一或多個研磨區之區域。
塔式磨係包含一選別器在一或多個研磨區之上。一實施例中，該選別器係安裝在鄰近於靜止區之頂部。該選別器可以是一水力旋流器(hydrocyclone)。
塔式磨可包含一篩網在一或多個研磨區之上。在一實施例，篩網係位於鄰近靜止區及/或選別器。篩網大小可適合自包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之產品水性懸浮劑分離出研磨介質，及可增強研磨介質的沈降。
在一實施例，研磨係在柱塞流(plug flow)狀態下進行。在柱塞流狀態下，經過塔式磨的流動會限制經過塔式磨的研磨材料的混合。此意味沿著塔式磨長度之不同點，水性環境的黏度將會隨微纖維化纖維素的細度增加而不同。因此，實際上，在塔式磨中的研磨區可被視為包含具有一特徵黏度之一或多個研磨區。在該領域具有 通常知識者將可了解在鄰近研磨區之間對於黏度無急遽變化的邊界。
在一實施例，在塔式磨的頂部靠近靜止區或在一或多個研磨區之上的選別器或篩網之處添加水，降低在塔式磨之該等研磨區的包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑的黏度。藉由在塔式磨此點上稀釋微纖維化纖維素及無機粒狀材料之產品，發現避免研磨介質溢流靜止區及/或選別器及/或篩網的情形可被改善。此外，經過塔式磨之限制混合，允許處理較高固體物降下至塔式磨，及在具有限制稀釋水返回下至塔式磨進入該一或多個研磨區的回流之頂部稀釋。可有效稀釋包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑產品的黏度的任何合適水量可被添加。水可於研磨程序期間連續或規則間隔或不規則間隔地添加。
在另一實施例，水係藉由一或多個位於沿著該塔式磨長度的注水點添加至一或多個研磨區，或每一注水點位於對應至一或多個研磨區之位置。有利地，在沿著塔式磨之不同點添加水的能力允許進一步調整在任何或所有沿著塔式磨之位置的研磨條件。
塔式磨可包含一垂直葉輪軸，其整個長度配備有一系列的葉輪轉子圓盤。葉輪轉子圓盤的動作產生整個塔式磨之一系列分離的研磨區。
另一實施例中，該研磨係在一篩網研磨器進行，較佳係一攪拌介質沈砂池。該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約250微米的篩網，例如一或多個 具有標稱孔徑大小至少約300微米的篩網，或至少約350微米，或至少約400微米，或至少約450微米，或至少約500微米，或至少約550微米，或至少約600微米，或至少約650微米，或至少約700微米，或至少約750微米，或至少約800微米，或至少約850微米，或至少約900微米，或至少約1000微米。
上述篩網大小可利用於上述塔式磨之實施例。
如上所述，研磨可於研磨介質存在下進行。在一實施例，研磨介質係一包含具有平均粒徑為約1毫米至約6毫米範圍之粒子的粗介質，例如約1毫米至約2毫米、約1毫米至約3毫米、約1毫米至約4毫米、約1毫米至約5毫米。
在另一實施例，研磨介質具有比重至少約2.5，例如至少約3、至少約3.5、至少約4.0、至少約4.5、至少約5.0、至少約5.5或至少約6.0。
在另一實施例，研磨介質包含具有平均粒徑為約1毫米至約6毫米範圍之粒子，及具有比重至少約2.5。
在另一實施例，研磨介質包含具有平均粒徑為約3毫米之粒子，及具有比重約2.7。
如上所述，該研磨介質(介質)係以體積百分比上至70%的量存在。該研磨介質係以體積百分比至少約10%填料的量存在，例如體積百分比至少約20%填料、體積百分比至少約30%填料、體積百分比至少約40%填料、體積百分比至少約50%填料或體積百分比至少約60%填料。
在一實施例，該研磨介質係以體積百分比約50%填料的量存在。
對於「填料」係意味填入研磨容器的進料之組成物。填料包含水、研磨介質、包含纖維素的纖維基質及無機粒狀材料，以及任何其他在此處提及的選用添加劑。
使用較粗及/或較密的介質具有改良(亦即較快)沈降速率及降低介質通過靜止區及/或選別器及/或篩網的溢流的優點。
使用較粗研磨介質之另一優點係無機粒狀材料的平均粒徑(d50)可在研磨程序期間不明顯降低，如此輸入研磨系統的能量主要花費在微纖維化包含纖維素的纖維基質上。
使用較粗篩網之另一優點係較粗或較密的研磨介質可用於微纖維化步驟。此外，使用較粗篩網(即，具有標稱孔徑大小至少約250微米)允許較高的固體產品被處理及自允許較高固體進料(包含含有纖維素的纖維基質及無機粒狀材料)以經濟可實施程序處理之研磨器移除。如以下討論，發現由能量充足的觀點來說，係希望具有高的起始固體含量之進料。另外，亦發現在低固體量時產生的產品(在一給定的能量)具有較粗的粒徑分佈。
如在上述「先前技術」部分所討論，本發明係尋求解決如何以工業規模經濟地製備微纖維化纖維素的問題。
因此，根據一實施例，該包含纖維素之纖維基質及 無機粒狀材料係以起始固體量至少4wt%存在水性環境中，其中至少2wt%為含有纖維素的纖維基質。起始固體量可為至少10wt%、至少20wt%、至少30wt%或至少40wt%。至少5wt%該起始固體量可為包含纖維素的纖維基質，例如至少約10%、至少約15%、至少約20%該起始固體量可為包含纖維素的纖維基質。
另一實施例中，該研磨係在級聯(cascade)研磨容器下進行，其中一或多個研磨容器可包含一或多個研磨區。例如，該包含纖維素之纖維基質及無機粒狀材料可在級聯二或多個研磨容器下研磨，例如級聯三或多個研磨容器、級聯四或多個研磨容器、級聯五或多個研磨容器、級聯六或多個研磨容器、級聯七或多個研磨容器、級聯八或多個研磨容器、級聯九或多個研磨容器或級聯包含上達十個研磨容器。級聯研磨容器係可操作地串聯或並聯或串並聯之組合方式。級聯一或多個研磨容器之輸出及/或輸入可使用於一或多個篩選步驟及/或一或多個選別步驟。
花費在微纖維化程序之總能量可按等比例分攤至級聯之每一研磨容器。或者，能量輸入可介於一些或所有級聯研磨容器而不同。
熟悉本領域技藝者將會明瞭，級聯容器之間每一容器花費能量之不同會視在每一容器中纖維基質被纖維化的量，及選擇性地每一容器之研磨速率、每一容器中研磨歷程、每一容器中研磨介質的型式及無機粒狀材料的量而定。級聯每一容器中之研磨條件可不同，以便控制 微纖維化纖維素及無機粒狀材料兩者之粒徑分佈。例如研磨介質大小可介於級聯中連續的容器之間而不同，以便降低無機粒狀材料之研磨及以包含纖維素之纖維基質的研磨為對象。
一實施例中，該研磨係在一密閉迴路中進行。另一實施例中，該研磨係在一開放迴路中進行。研磨可以批次模式進行。研磨可以再循環批次模式進行。
如上所述，研磨迴路可包含一預研磨步驟，其中粗的無機粒狀材料在研磨容器中研磨至預定的粒徑分佈，之後將包含纖維素之纖維材料與該預研磨的無機粒狀材料混合，及在相同或不同的研磨容器中持續研磨，直到所欲微纖維化的程度已獲得為止。
待研磨材料懸浮劑可能具有一相對高的黏度，較佳在研磨之前添加適當分散劑至懸浮劑。分散劑可能是，例如水可溶性濃縮的磷酸鹽、聚矽酸或其鹽類，或例如具有數目平均分子量不大於80,000的聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)之水可溶鹽類的聚電解質。分散劑的使用量通常基於乾的無機粒狀固體材料的重量自0.1至2.0%重量的範圍。懸浮劑可適當地在溫度自4℃到100℃的範圍研磨。
可被包含在微纖維化步驟中的其它添加劑包括：羧甲基纖維素、兩性羧甲基纖維素(amphoteric carboxymethyl cellulose)、氧化劑、2,2,6,6-四甲基吡啶-1-氧基(TEMPO)、TEMPO衍生物及木材降解酶。
待研磨材料懸浮劑的pH可約為7或大於7(即為鹼 性)，例如，懸浮劑的pH可約為8、9、10或11。待研磨材料懸浮劑的pH可小於約7(即為酸性)，例如，懸浮劑的pH可約為6、5、4或3。待研磨材料懸浮劑的pH可藉由添加適當量的酸或鹼調整。合適的鹼包含鹼金屬氫氧化物，諸如，例如氫氧化鈉。其他合適的鹼為碳酸鈉及氨。合適的酸包含無機酸，諸如鹽酸及硫酸，或有機酸。一種示範的酸為正磷酸。
無機粒狀物質和纖維素紙漿混合共磨的量，可基於無機粒狀材料乾重和紙漿中乾纖維的量自約99.5：0.5至約0.5：99.5的比率變化，例如基於無機粒狀材料乾重和紙漿中乾纖維的量自約99.5：0.5至約50：50的比率。例如，無機粒狀材料和乾纖維的含量比例可自約99.5：0.5至70：30。一實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的比率約為80：20，或例如約為85：15、90：10、91：9、92：8、93：7、94：6、95：5、96：4、97：3、92：8或99：1。一較佳實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為95：5。另一實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為90：10。另一實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為85：15。另一較佳實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為80：20。
在典型的研磨製程，獲取所需水性懸浮劑組成物的總能量輸入通常可介於基於無機粒狀填料總乾重約100至1500kWht-1。總能量輸入可少於約1000kWht-1，例如少於約800kWht-1，少於約600kWht-1，少於約500kWht-1，少於約400kWht-1，少於約300kWht-1或少於 約200kWht-1。為此，本發明人出乎意料地發現，在無機粒狀材料存在下，當纖維素紙漿一起被研磨時，纖維素紙漿可以在相當低的能量輸入而被微纖維化。明顯地，每噸包含纖維素的纖維基質中的乾纖維的總能量輸入將少於10,000kWht-1，例如，少於9000kWht-1，少於8000kWht-1，少於7000kWht-1，少於6000kWht-1，少於5000kWht-1，少於4000kWht-1，少於3000kWht-1，少於2000kWht-1，少於1500kWht-1，少於1200kWht-1，少於1000kWht-1，少於800kWht-1。總能量輸入係取決於纖維基質被微纖維化之乾纖維的量及選擇性的研磨速度和研磨的歷程而有所不同。
(均質化)
包含纖維素的纖維基質之微纖維化在無機粒狀材料存在、濕式條件下，可能受到以下方法的影響，其中纖維素紙漿和無機粒狀材料的混合物被加壓(例如，約500巴的壓力)，然後通過至低壓區。此混合物通過低壓區的速度足夠高，及低壓區的壓力足夠低，使得纖維素纖維之微纖維化可以發生。例如，壓力降可能受強制混合物通過具有大很多的出口孔板與狹窄入口孔板的環形開口的影響。當混合物加速進入一較大的體積(即，一低壓區)之壓力急劇減少，將引發發生微纖維化之空腔(cavitation)。在一實施例，包括纖維素的纖維基質之微纖維化在無機粒狀材料存在、濕式條件下，在一均質器中可能受到影響。在一均質器中，纖維素紙漿與無機粒狀材料之混合物被加壓(例如，約500巴的壓力)，及強 制通過一小噴嘴或孔板。此混合物可被加壓自壓力約100至1000巴，例如壓力等於或大於約300巴、等於或大於約500巴、等於或大於約200巴，或等於或大於約700巴。均質化施加高剪力至纖維，如此當經加壓的纖維素紙漿自噴嘴或孔板噴出，空腔引起紙漿中纖維素纖維的微纖維化。可添加額外的水以改善懸浮劑通過均質器的流動性。所獲得包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料的水性懸浮劑可回饋進入均質器的入口，用於多重通過均質器。一較佳實施例，無機粒狀材料係天然板狀礦物，諸如高嶺土。為此，均質化不僅有助於纖維素紙漿之微纖維化，而且有助於板狀粒狀材料之粉碎。
板狀粒狀材料，諸如高嶺土，係被認為具有形狀因子至少約10，例如，至少約15、至少約20、至少約30、至少約40、至少約50、至少約60、至少約70、至少約80、至少約90，或至少約100。用於此處之形狀因子係粒徑與粒子厚度之比例的度量單位，所量測不同尺寸與形狀的粒子總數，係使用美國專利第5,576,617號描述的導電性方法、設備及方程式，其在此併入參考。
諸如高嶺土之板狀無機粒狀材料的懸浮劑，可於未存在包含纖維素的纖維基質下，在均質器中處理至預定的粒徑分佈，之後將包含纖維素之纖維材料添加至無機粒狀材料之水性漿料，及混合的懸浮劑在上述的均質器中處理。繼續均質化過程，包括通過均質器一或多次，直到已獲得所需的微纖維化程度。同理，板狀無機粒狀材料可在一研磨器處理至預定的粒徑分佈，然後與包含 纖維素的纖維材料混合，隨後在均質器中處理。一示範的均質器是曼頓高林(MantonGaulin(APV公司出品))均質器。
微纖維化步驟進行後，包含微纖維化的纖維素和無機粒狀材料之水性懸浮劑可過篩，以去除超過一定大小以上的纖維，並去除任何研磨介質。例如，懸浮劑可使用具有選定標稱孔徑大小的篩子實施過篩，以便去除未通過篩子的纖維。標稱孔徑大小意味著方形孔洞對邊之標稱中央分隔或圓形孔洞之標稱直徑。篩子可以是英國標準規格(BSS)的篩子(根據英國標準1796)具有標稱孔徑150微米，例如，標稱孔徑大小125微米、106微米、90微米、74微米、63微米、53微米、45微米或38微米。一實施例中，水性懸浮劑係使用具有標稱孔徑125微米的BSS篩子過篩。接著，水性懸浮劑可被選擇性地脫水。
(水性懸浮劑)
根據上述方法所製造的本發明水性懸浮劑係適用於造紙或塗佈紙類之方法。
為此，本發明係有關一種水性懸浮劑，其包含、由以下所組成或實質上由以下所組成，微纖維化纖維素及無機粒狀材料和其他可選用的添加劑。水性懸浮劑係適用於造紙或塗佈紙類之方法。其他可選用的添加劑，包括分散劑、殺菌劑、懸浮助劑、鹽類和其它添加劑，例如，澱粉或羧基甲基纖維素或聚合物，其有助於礦物粒子和纖維在研磨期間或研磨之後的交互作用。
無機粒狀材料可具有以下之粒徑分布，至少大約10%重量粒子、例如至少大約20%重量、例如至少大約30%重量、例如至少大約40%重量、例如至少大約50%重量、例如至少大約60%重量、例如至少大約70%重量、例如至少大約80%重量、例如至少大約90%重量、例如至少大約95%重量，或例如大約100%重量粒子具有等效球直徑小於2微米。
另一實施例中，使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀量測的無機微粒材料，可具有粒徑分佈至少大約10%體積粒子、例如至少大約20%體積、至少大約30%體積、至少大約40%體積、至少大約50%體積、至少大約60%體積、至少大約70%體積、至少大約80%體積、至少大約90%體積、至少大約95%體積或大約100%體積粒子具有等效球直徑小於2微米。
無機粒狀物質和纖維素紙漿混合共磨的量可基於無機粒狀材料乾重和紙漿中乾纖維的量自約99.5：0.5至約0.5：99.5的比率變化，例如基於無機粒狀材料乾重和紙漿中乾纖維的量自約99.5：0.5至約50：50的比率。例如，無機粒狀材料和乾纖維的含量比例可自約99.5：0.5至70：30。一實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的比率約為80：20，或例如約為85：15、90：10、91：9、92：8、93：7、94：6、95：5、96：4、97：3、98：2或99：1。一較佳實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為95：5。另一實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為90：10。另一較佳實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為 85：15。另一較佳實施例中，無機粒狀材料與乾纖維的重量比例約為80：20。
一實施例中，組成物未包含太大而無法通過BSS篩子(根據英國標準1796)的纖維，BSS篩子具有標稱孔徑150微米，例如，標稱孔徑大小125微米、106微米、90微米、74微米、63微米、53微米、45微米或38微米。一實施例中，水性懸浮劑係使用具有標稱孔徑125微米的BSS篩子過篩。
因此可了解，假如經研磨或均質化的懸浮劑，經處理以去除超過選定尺寸的纖維，水性懸浮劑中的微纖維化纖維素的量(即%重量)於研磨或均質化後，可小於紙漿中乾纖維的量。因此，可根據微纖維化纖維素的量，調整進料於研磨器或均質器的紙漿與無機粒狀材料的相對量，微纖維化纖維素係去除超過選定尺寸的纖維後為水性懸浮劑所需的。
一實施例中，無機粒狀材料是一種鹼土金屬碳酸鹽，例如碳酸鈣。無機粒狀材料可以是研磨碳酸鈣(GCC)或沈澱碳酸鈣(PCC)或GCC與PCC的混合物。另一實施例，無機粒狀材料是一種天然板狀礦物，例如高嶺土。無機粒狀材料可以是高嶺土和碳酸鈣的混合物，例如高嶺土和GCC的混合物，或高嶺土和PCC的混合物，或是高嶺土、GCC與PCC的混合物。
另一實施例，水性懸浮液經處理以去除至少一部分或實質上全部的水，而形成部分乾或實質上完全乾的產品。例如，至少約10%體積的水性懸浮劑中的水可自水 性懸浮劑中去除，例如，至少約20%體積，或至少約30%體積，或至少約40%體積，或至少約50%體積，或至少約60%體積，或至少約70%體積，或至少約80%體積，或至少約90%體積，或至少約100%體積的水懸浮液中的水可被去除。任何合適的技術可被用於自水性懸浮劑中將水去除，包含藉由重力或真空輔助排水，加壓或不加壓，或藉由蒸發、過濾，或這些技術的組合。部分乾或實質上完全乾的產品，將包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料和其他可在乾燥之前添加至水性懸浮劑之選用的添加劑。部分乾或實質上完全乾的產品可儲存或包裝出售。部分乾或實質上完全乾的產品，可選擇性地使其再次含水及併入此處所述之造紙組成物及其他紙製品。
(紙製品及其製備方法)
包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑可併入造紙組成物，其後續可用於製備紙製品。本發明所用的紙製品一詞，應理解為其係表示所有紙類的形式，包含板狀物，諸如白色襯裡紙板、襯裡紙板、硬紙板、紙板、塗佈紙板等。根據本發明可製造大量形式的塗佈或未塗佈紙類，包含適用於書籍、雜誌、報紙等及辦公室用紙的紙類。紙類可適當壓光或超壓光；例如用於輪轉凹板印刷及膠印(offset printing)之超壓光雜誌用紙可根據本方法製造。適用於輕量塗佈(light weight coating，LWC)、中量塗佈(mediumweightcoating，MWC)或機器精製上色(machine finished pigmentisation，MFP)的紙類也可根據本方法製造。塗佈紙類及具有障壁物性 質的紙板適用於食品包裝等也可根據本方法製造。
典型的造紙製程中，含纖維素的紙漿係以任何適當本領域為人熟知的化學或機械處理或其之組合製備。紙漿可從任何適當的來源，諸如木材、草本植物(例如，甘蔗、竹子)或破布(例如，紡織廢料、棉、麻或亞麻)。紙漿可根據熟知本領域之技術者所熟知的製程漂白，及適用於本發明的這些製程對他們而言是立即明顯的。漂白的纖維素紙漿可被打漿、精製，或兩者兼施至一預定游離度(發表在本領域之如以立方公分表示之加拿大標準游離度(CSF))。接著合適的紙類原料可由漂白和打漿的紙漿製備。
本發明之造紙組成物通常包含除了微纖維化纖維素及無機粒狀材料的水性懸浮劑外，還有紙類原料及其他本領域習知的添加劑。本發明之造紙組成物可包含基於造紙組成物總乾含量，上至約50%重量來自包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑的無機粒狀材料。例如，造紙組成物可包含至少約2%重量，或至少約5%重量，或至少約10%重量，或至少約15%重量，或至少約20%重量，或至少約25%重量，或至少約30%重量，或至少約35%重量，或至少約40%重量，或至少約45%重量，或至少約50%重量，或至少約60%重量，或至少約有70%重量，或至少約80%重量來自包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑的無機粒狀材料。微纖維化纖維材料可具有纖維斜度大於約10，例如自約20至約50、自約25至約40、自約25至約35，或自約30 至約40。造紙組成物也可含有基於包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑的總乾含量，0.1至2%重量範圍量的非離子、陽離子或陰離子滯留助劑或微粒滯留系統。其也可含有例如長鏈烷基烯酮二聚體、含蠟乳液或丁二酸衍生物的施膠劑(sizingagent)。組成物也可含有染料及/或光學增白劑。組成物也可含有乾、濕強度助劑，例如澱粉或氯環氧丙烷共聚物。
根據上述之第八態樣，本發明係有關一種紙製品的製程，包含：(i)獲得或製備一包含適用於做成紙製品的紙漿形式之纖維素的纖維基質；(ii)由步驟(i)之紙漿、本發明包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑及其他選用的添加劑(諸如，滯留助劑、與諸如上述之其他添加劑)，製備一造紙組成物；及(iii)由該造紙組成物形成一紙製品。如上述，形成紙漿之步驟可藉由添加包含乾狀態之纖維素的纖維基質在研磨容器或均質器進行，例如乾碎紙類或廢紙類的形式直接加至研磨容器。研磨容器或均質器的水性環境將有助於紙漿的形成。
一實施例中，一額外填料成分(即不同於與包含纖維素之纖維基質共磨之無機粒狀材料的填料成分)能被添加至以步驟(ii)製備的造紙組成物。示範的填料為PCC、GCC、高嶺土或其之混合物。示範的PCC為偏三角面體PCC。一實施例中，造紙組成物中之無機粒狀材料與額外填料成分的重量比係自約1：1至約1：30，例如，自約1：1至約1：20，自約1：1至約1：15，自約1：1至約1：10，自約1：1至約1：7，自約1：3至約1：6、約1：1、約1：2、 約1：3、約1：4或約1：5。由此造紙組成物製造的紙製品，可展示相較於僅包含諸如PCC作為填料的無機粒狀材料之紙製品大的強度。由此造紙組成物製造的紙製品，當其相較於無機粒狀材料及含有纖維素之纖維基質係分別製備(例如研磨)且混合而形成造紙組成物的紙製品，可展示較大的強度。同樣，根據本發明由造紙組成物製備的紙製品可展示一可與包含較少無機粒狀材料的紙製品比較之強度。換言之，根據本發明可在高裝料水準而不損失強度下由造紙組成物製備紙製品。
自造紙組成物形成最終紙製品的步驟係習知，且為熟習本領域技術者所熟知，一般包含具有標的基重之紙張的形成，該標的基重係視所製造紙類形式而定。
額外經濟上的好處可透過本發明之方法達成，其中用於製造水性懸浮劑的纖維素基質可來自與形成用於製造造紙組成物相同的纖維素紙漿。為此，根據上述第九態樣，本發明係有關一種紙製品之整合性製程，包含：(i)獲得或製備一包含適用於做成紙製品的紙漿形式之纖維素的纖維基質；(ii)依照本發明第一態樣之方法製備一水性懸浮劑，該水性懸浮劑包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料，微纖維化一部份含有纖維素的該纖維基質；(iii)由步驟(i)之紙漿、步驟(ii)製備之水性懸浮劑及其他選用的添加劑，製備一造紙組成物；及(iv)由該造紙組成物形成一紙製品。
因此，由於用於製備水性懸浮劑之纖維素基質，已為了造紙組成物之製造而製備，形成水性懸浮劑不必然 需要製備包含纖維素的纖維基質之分離步驟。出乎預料地發現使用本發明水性懸浮劑製備的紙製品，展示改良的物理及機械性質，而同時使無機粒狀材料能以相當高裝料水準併入。因此，改良的紙類能以較低成本製造。例如，發現由包含本發明之水性懸浮劑的造紙組成物製備的紙製品，相較於不含任何微纖維化纖維素的紙製品，展示無機粒狀材料填料改良的滯留性。也發現由包含本發明之水性懸浮劑的造紙組成物製備的紙製品展示改良的破裂強度及拉伸強度。此外，發現微纖維化纖維素之併入相較於包含相同量的填料而未含微纖維化纖維素之紙類可降低孔隙度。此係有利的，由於高填料裝料水準一般與相當高的孔隙度值有關，且有害於印刷性。
(紙類塗佈組成物及塗佈製程)
本發明之水性懸浮劑可用作為塗佈組成物而不添加其他添加劑。然而，選擇性地，可增加少量的諸如羧甲基纖維素或遇鹼膨脹丙烯酸型(alkali-swellableacrylic)或相關之增稠劑。
根據本發明之塗佈組成物，假如需要可含有一或多個選用的額外成份。此處的此種額外成份係適當地自用於紙類塗佈組成物之已知添加劑選出。這些選用的添加劑中的一些在塗佈組成物中可提供多於一種功用。已知選用的添加劑類型範例如下：
(a)一或多個額外顏料：此處描述的組成物可用作為紙類塗佈組成物中之單一顏料，或與另一個或其他已知顏料搭配使用，諸如硫酸鈣、緞白(satinwhite)和所 謂的「塑膠顏料」。當使用顏料混合物，總顏料固體含量較佳在組成物中以至少塗佈組成物之乾成份總重的75wt%的量呈現；
(b)一或多個黏著劑或共黏劑：例如乳膠，其可選擇性地羧化，包含：苯乙烯丁二烯橡膠乳膠；丙烯酸聚合物乳膠；聚醋酸乙烯乳膠；或苯乙烯丙烯酸酯共聚物乳膠、澱粉衍生物、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇及蛋白質。
(c)一或多個交聯劑：例如上達5%重量水準；例如乙二醛、三聚氰胺甲醛樹脂、碳酸鋯銨；一或多個乾或濕抄紙改善添加劑(dry or wet pick improvement additives)：例如，上達約2%重量水準；例如，三聚氰胺樹脂、聚乙烯乳化劑、尿素甲醛、三聚氰胺甲醛、聚醯胺、硬脂酸鈣、苯乙烯馬來酸酐和其他；一或多個乾或濕的摩擦改善和耐磨添加劑：例如，上達約2%重量水準，例如乙二醛為主的樹脂、氧化聚乙烯、三聚氰胺樹脂、尿素甲醛、三聚氰胺甲醛、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣及其他；一或多個防水添加劑：例如，上達約2%重量水準，例如，氧化聚乙烯、酮類樹脂、陰離子乳膠、聚氨酯、苯乙烯-馬來酸酐(StyreneMaleicAnhydride，SMA)、乙二醛、三聚氰胺樹脂、尿素甲醛、三聚氰胺甲醛、聚醯胺、乙二醛硬脂酸酯及其他市面上可取得具有此功能之材料；
(d)一或多個水滯留助劑：例如，上達約2%重量水準，例如，羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、聚乙烯 醇(PVOH)、澱粉、蛋白質、聚丙烯酸酯、樹膠、褐藻酸鹽、聚丙烯醯胺膨潤土及其他用於此應用之市面上可取得之產品；
(e)一或多個黏度改良劑及/或增稠劑：例如，上達約2%重量水準；例如，丙烯酸結合增稠劑、聚丙烯酸鹽、乳化劑共聚物、雙氰胺、三醇類、聚氧乙烯醚、尿素、硫酸蓖麻油、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纖維素(CMC)，例如羧甲基鈉纖維素、海藻酸鈉、三山膠(xanthangum)、矽酸鈉、丙烯酸共聚物、羥甲基纖維素(HMC)、羥乙基纖維素(HEC)及其他；
(f)一或多個潤滑/壓光助劑：上達約2%重量水準，例如，硬脂酸鈣、硬脂酸銨、硬脂酸鋅、蠟乳化劑、蠟、烷基烯酮二聚體、乙二醇；一或多個亮光墨水封存(gloss-inkhold-out)添加劑：例如，上達約2%重量水準，例如，氧化聚乙烯、聚乙烯乳化劑、蠟、酪蛋白、瓜爾膠、CMC、HMC、硬脂酸鈣、硬脂酸銨、海藻酸鈉及其他；
(g)一或多個分散劑：分散劑是一種化學添加劑，根據正常處理規範，當以足夠量存在時，能作用於無機粒狀材料的粒子，防止或有效地限制粒子絮凝或結塊。在分散劑上達約1%重量水準，及包括例如聚電解質，諸如聚丙烯酸酯和含有聚丙烯酸酯類共聚物，特別是聚丙烯酸酯鹽類(例如，鈉和鋁之選擇性具有第II組金屬鹽類)、六偏磷酸鈉、非離子性多元醇、聚磷酸、濃縮磷酸鈉、非離子表面活性劑、烷醇胺及其他通常用於此種用 途的試劑等。此分散劑，例如可選自通常用於處理和研磨之無機粒狀材料的傳統分散劑材料。此種分散劑將為熟習本領域技術之人所熟知。該等一般為水溶性鹽類，能提供陰離子種類，其在有效量情況下，可以吸附在無機粒子的表面上並從而抑制粒子凝聚。未溶合鹽適當地包括例如鈉之鹼金屬離子。溶合可在某些情況下藉由使水性懸浮劑成弱鹼性促成。合適的分散劑的例子包括：水可溶性濃縮磷酸鹽，例如，聚偏磷酸鹽[一般形式的鈉鹽：(NaPO3)x]諸如，四鈉偏磷酸鹽或所謂的「六偏磷酸鈉」(格拉漢氏鹽)；聚矽酸水溶性鹽；聚電解質；丙烯酸或甲基丙烯酸之均聚物或共聚物鹽類，或丙烯酸其他衍生物之聚合物鹽類，其適當具有小於約20,000之重量平均分子量。六偏磷酸鈉及聚丙烯酸鈉，後者適當具有自約1,500至約10,000範圍內之重量平均分子量係特佳；
(h)一或多個消泡劑和除泡劑：例如，上達約1%重量水準，例如，表面活性劑、三丁基磷酸鹽、脂肪聚氧乙烯酯加上脂肪醇、脂肪酸肥皂、矽酮乳化劑和其他含有組成物之矽酮、蠟、礦油中的無機粒狀物之混合、乳化碳氫化合物和其他市售具有此功用的化合物之混合；
(i)一或多個光學增白劑(OBA)及螢光增白劑(FWA)：例如，上達約1%重量水準，例如反二苯代乙烯(stilbene)衍生物。
(j)一或多個染料：例如上達約0.5%重量水準
(k)一或多個殺菌劑/腐敗控制劑 (spoilagecontrolagents)：例如，在上達約1%重量的水準，例如，氧化殺菌劑諸如氯氣、二氧化氯氣體、次氯酸鈉、次溴酸鈉，過氧化氫、過乙酸氧化物、溴化銨/次氯酸鈉，或非氧化殺菌劑諸如戊二醛(GLUT，化學摘要號碼90045-36-6)、ISO(CIT/MIT)系列的異唑酮(Isothiazolinone，化學摘要號碼55956-84-9&96118-96-6)、ISO(BIT/MIT)系列的異唑酮、ISO(BIT)系列的異唑酮(化學摘要號碼2634-33-5)、2,2-二溴-3-氰基丙醯胺(DBNPA)、溴硝丙二醇(Bronopol)、鄰-苯基苯酚鈉(sodiumo-phenylphenate)、氨基甲酸酯、硫酮(邁隆(Dazomet))、乙烯二氧-二甲醇(EDDM-dimethanol(O-formal))、六氫三嗪(HT-Triazine(N-formal))、四羥甲基硫酸磷(THPS-tetrakis(O-formal))、四羥甲基甘脲(TMAD-diurea(N-formal))、偏硼酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、硫氰酸鹽、有機硫、苯甲酸鈉及其他具有此功用之市售化合物，例如納科(Nalco)化學公司販售的殺蟲劑聚合物。
(l)一或多個整平及均勻助劑：例如，上達約2% 重量水準，例如，非離子多元醇、聚乙烯乳化劑、脂肪酸、酯類和酒精衍生物、酒精/乙烯氧化物、硬脂酸鈣和其他具有此功用之市售化合物。
(m)一或多個抗脂及抗油添加劑：例如上達約2%重量水準，例如，氧化聚乙烯、乳膠、苯乙烯馬來酸酐(SMA)、聚醯胺、蠟、海藻酸鹽、蛋白質、CMC及HMC。
視需要，上述任何添加劑和添加劑類型可單獨使用或彼此混合及與其它添加劑混合。
對於上述添加劑，使用的重量百分比係基於存在組成物中無機粒狀材料(100%)的乾重。該處之添加劑係以一最小量存在，該最小量可基於顏料乾重之約0.01%重量。
塗佈製程係使用標準技術熟習本領域之人熟知的技術進行。塗佈製程也可涉及壓光或超壓光該塗佈產物。
塗佈紙類及其他紙張材料的方法及進行此方法之裝置是廣泛發表和為人熟知的。此已知的方法和裝置可方便地用於製備塗佈紙。例如，有此一方法的文獻回顧係1994年5月發表在紙漿及造紙國際期刊第18頁以下，紙張可在紙張成形機上塗佈，即「機上同時塗佈」或「離機(紙張成形機)」在塗佈機或塗佈機器上塗佈。使用高固體組成物係必須的因為其留下隨後蒸發的水較少。但是，如本領域所熟知，固體量不應如此高，否則會引發高黏度和平整的問題。塗佈方法可使用一裝置進行，該裝置包含(i)一施加，用於施加塗佈組成物至欲塗佈物上；及(ii)一計量裝置，用於確認塗佈組成物施加之正確量。當塗佈組成物過量施加至塗抹器時，計量裝置在其之下游。或者，塗佈組成物之正確量可藉由例如作為一薄膜壓平的計量裝置施加至塗抹器。塗佈施加及計量的點，自逆向筒例如經由一或二塗抹器分佈至空無一物(即，只是拉伸)。在該過量最後被去除前，塗層與紙接觸的時間係存在時間，此可以是短、長或可變的。
塗佈經常藉由塗佈站之塗佈頭添加。根據品質要求，紙類等級是未塗佈、單面塗佈、雙面塗佈及甚至三面塗 佈。當提供多於一塗層，起始塗層(預塗層)可具有廉價配方及塗佈組成物中選用的較粗顏料。施加塗佈在紙類上每一面之塗佈機，視施加在每一面之塗層數而定，將具有二或四個塗佈頭。大部份塗佈頭一次只塗佈一面，但一些滾筒塗佈機(例如薄膜壓平、閘滾筒與大小壓平)一次通過，兩面皆塗佈。
已知可使用的塗佈機例子包括，但未限制，氣刀塗佈機、刮刀塗佈機、桿式塗佈機、棒式塗佈機、多頭塗佈機、滾筒塗佈機、滾筒或刮刀塗佈機、壓鑄塗佈機、實驗室塗佈機、凹版塗佈機、吻合式塗佈機、液體施加系統、逆輥式塗佈機、簾幕式塗佈機、噴霧式塗佈機及擠出塗佈機。
水可加至包含塗佈組成物之固體，以給定一固體濃度，其較佳使得當組成物塗佈所欲標的塗佈重量至紙張上時，該組成物具有合適用以壓力(即，刮刀壓力)介於1至1.5巴之塗佈該組成物的流變。
壓光(calendering)係一種已知製程，其可藉由塗佈紙張通過壓光夾片或滾筒一或多次，改善紙類平滑度與亮光度及降低結塊情形。通常，彈性體塗佈滾筒係使用提供高固體組成物壓力。升溫可以使用。一或多個(上達約12個或有時更高)通過夾片可以使用。
根據本發明製備及其在塗佈中含有光學增白劑之塗 佈紙製品，根據國際標準組織(ISO)標準11475量測，可展示白度(brightness)大於未含根據本發明製備的微纖維化纖維素的塗佈紙製品，至少2單位，例如至少3單位。根據本發明製備之塗佈紙製品，根據ISO標準8971-4(1992)量測，可展示派克印刷表面平滑度(Parker Print Surf，PPS)，其大於未含根據本發明製備的微纖維化纖維素的塗佈紙製品，至少較平滑約0.5微米，例如至少較平滑約0.6微米、或至少較平滑約0.7微米。
(未有可研磨的無機粒狀材料存在下之微纖維化)
另一實施例中，本發明係有關一種水性懸浮劑的製備方法，該水性懸浮劑包含微纖維化纖維素，該方法包含微纖維化纖維基質之步驟，該纖維基質包含存在有一當研磨完成後即被移除的研磨介質研磨水性環境中的纖維素，其中該研磨係在一塔式磨或一篩網研磨器中進行，且該研磨係在未有可研磨的無機粒狀材料存在下進行。
可研磨的無機粒狀材料係在研磨介質存在下將被研磨的材料。
粒狀研磨介質可能是以天然或合成的材料存在。研磨介質，例如可包括球、珠或任何硬的礦物、陶瓷或金屬材料的顆粒。這種材料例如可包括氧化鋁、氧化鋯、矽酸鋯、矽酸鋁或富含莫來石(mullite-rich)材料所產生的煆燒高嶺石黏土在從有關的1300℃到1800℃的範圍內的溫度。例如，在一些實施例中，卡包塑料(Carbolite®)研磨介質較佳。或者，可以使用適當粒徑的天然砂粒子。
一般而言，選用於本發明中的研磨介質之類型和粒子大小可能由以下性質決定，例如，待研磨物質之粒徑和化學組成物、進料懸浮劑。較佳，粒狀的研磨介質包括有平均直徑約0.5毫米到約6.0毫米範圍的粒子。在一實施例中，粒子具有平均直徑約3毫米。
研磨介質可包含具有比重至少2.5之粒子。研磨介質可包含具有比重至少約3、至少約4、至少5或至少6之粒子。
研磨介質(或介質)可以高達約70%進料體積的量存在。研磨介質可以至少約10%進料體積的量存在，例如至少約20%進料體積、至少約30%進料體積、至少約40%進料體積、至少約50%進料體積，或至少約60%進料體積。包括纖維素的纖維基質可被微纖維化，而獲得以雷射光散射測量之具有d50從約5微米至約500微米的微纖維化纖維。包括纖維素的纖維基質可被微纖維化，而獲得具有d50等於或小於約400微米的微纖維化纖維，例如等於或小於約300微米、等於或小於約200微米、等於或小於約150微米、等於或小於約125微米、等於或小於約100微米、等於或小於約90微米、等於或小於約80微米、等於或小於約70微米、等於或小於約60微米、等於或小於約50微米、等於或小於約40微米、等於或小於約30微米、等於或小於約20微米、等於或小於約10微米。
包括纖維素的纖維基質可被 微纖維化，而獲得具有粒徑分佈自約0.1至500微米範圍之木代爾纖維的微纖維化纖維。包括纖維素的纖維基質可被微纖維化，而獲得具有粒徑分佈至少約0.5微米，例如至少約10微米、至少約50微米、至少約100微米、至少約150微米、至少約200微米、至少約300微米、或至少約400微米之木代爾纖維的微纖維化纖維。
包括纖維素的纖維基質可被微纖維化，而獲得具有使用馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀量測之纖維斜度等於或大於約10的微纖維化纖維。纖維斜度(即纖維粒徑分佈之斜度)係以以下公式計算：斜度=100x(d30/d70)
微纖維化纖維可具有纖維斜度等於或小於約100。微纖維化纖維可具有纖維斜度等於或小於約75、等於或小於約50、等於或小於約40，或等於或小於約30。微纖維化纖維可具有纖維斜度自約20至約50、自約25至約40、自約25至約35，或自約30至約40。
一實施例中，研磨容器係一塔式磨。塔式磨可包含靜止區在一或多個研磨區之上。靜止區係位於朝向塔式磨內部的頂部，其中極微或沒有研磨發生，且含有微纖維化纖維素及無機粒狀材料之區域。靜止區係其中研磨介質之粒子沈降至塔式磨之一或多個研磨區之區域。
塔式磨係包含一選別器在一或多個研磨區之上。一 實施例中，該選別器係安裝在鄰近於靜止區之頂部。該選別器可以是一水力旋流器。
塔式磨可包含一篩網在一或多個研磨區之上。在一實施例，篩網係位於鄰近靜止區及/或選別器。篩網大小可適合自包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之產品水性懸浮劑分離出研磨介質，及可增強研磨介質的沈降。
在一實施例，研磨係在柱塞流(plugflow)狀態下進行。在柱塞流狀態下，經過塔式磨的流動會限制經過塔式磨的研磨材料的混合。此意味沿著塔式磨長度上之不同點，水性環境的黏度將會隨微纖維化纖維素的細度增加而不同。因此，實際上，在塔式磨中的研磨區可被視為包含具有一特徵黏度之一或多個研磨區。在該領域具有通常知識者將可了解在鄰近研磨區之間對於黏度無急遽變化的邊界。
在一實施例，在塔式磨的頂部靠近靜止區或在一或多個研磨區之上的選別器或篩網之處添加水，降低在塔式磨之該等研磨區的包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑的黏度。藉由在塔式磨此點上稀釋微纖維化纖維素及無機粒狀材料之產品，發現避免研磨介質溢流靜止區及/或選別器及/或篩網的情形可被改善。此外，經過塔式磨之限制混合，允許處理較高固體物降下至塔式磨，及在具有限制稀釋水返回下至塔式磨進入該一或多個研磨區的回流之頂部稀釋。可有效稀釋包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑產品的黏度的任何合適水量可被添加。水可於研磨程序期間連續或 規則間隔或不規則間隔地添加。
在另一實施例，水係藉由一或多個位於沿著該塔式磨長度的注水點添加至一或多個研磨區，或每一注水點位於對應至一或多個研磨區之位置。有利地，在沿著塔式磨之不同點添加水的能力允許進一步調整在任何或所有沿著塔式磨之位置的研磨條件。
塔式磨可包含一垂直葉輪軸，其整個長度配備有一系列的葉輪轉子圓盤。葉輪轉子圓盤的動作產生整個塔式磨之一系列分離的研磨區。
另一實施例中，該研磨係在一篩網研磨器進行，較佳係一攪拌介質沈砂池。該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約250微米的篩網，例如一或多個具有標稱孔徑大小至少約300微米的篩網，或至少約350微米，或至少約400微米，或至少約450微米，或至少約500微米，或至少約550微米，或至少約600微米，或至少約650微米，或至少約700微米，或至少約750微米，或至少約800微米，或至少約850微米，或至少約900微米，或至少約1000微米。
上述篩網大小可利用於上述塔式磨之實施例。
如上所述，研磨可於研磨介質存在下進行。在一實施例，研磨介質係一包含具有平均粒徑為約1毫米至約6毫米範圍之粒子的粗介質，例如約1毫米至約2毫米、約1毫米至約3毫米、約1毫米至約4毫米、約1毫米至約5毫米。
在另一實施例，研磨介質具有比重至少約2.5，例如 至少約3、至少約3.5、至少約4.0、至少約4.5、至少約5.0、至少約5.5或至少約6.0。
研磨介質(或介質)可以高達約70%進料體積的量存在。研磨介質可以至少約10%進料體積的量存在，例如至少約20%進料體積、至少約30%進料體積、至少約40%進料體積、至少約50%進料體積，或至少約60%進料體積。
在一實施例，該研磨介質係以體積百分比約50%填料的量存在。
對於「填料」係意味填入研磨容器的進料之組成物。填料包含水、研磨介質、包含纖維素的纖維基質及無機粒狀材料，以及選用的添加劑(不同於在此處所提及者)。使用較粗及/或較密的介質具有改良(即較快)沈降速率及降低介質通過靜止區及/或選別器及/或篩網的溢流的優點。
使用較粗篩網之另一優點係較粗或較密的研磨介質可用於微纖維化步驟。此外，使用較粗篩網(即，具有標稱孔徑大小至少約250微米)允許較高的固體產品被處理及自允許較高固體進料(包含含有纖維素的纖維基質及無機粒狀材料)以經濟可實施程序處理之研磨器移除。如以下討論，發現由能量充足的觀點來說，係希望具有高的起始固體含量之進料。另外，亦發現在低固體量時產生的產品(在一給定的能量)具有較粗的粒徑分佈。
如在上述「先前技術」部分所討論，本發明係尋求 解決如何以工業規模經濟地製備微纖維化纖維素的問題。
因此，根據一實施例，該包含纖維素之纖維基質係以起始固體量至少1wt%存在水性環境中。該包含纖維素之纖維基質可以起始固體量至少2wt%存在水性環境中，例如至少約3wt%或至少約4wt%。典型的起始固體量將不大於約10wt%。
另一實施例中，該研磨係在級聯(cascade)研磨容器下進行，其中一或多個研磨容器可包含一或多個研磨區。例如，該包含纖維素之纖維基質及無機粒狀材料可在級聯二或多個研磨容器下研磨，例如級聯三或多個研磨容器、級聯四或多個研磨容器、級聯五或多個研磨容器、級聯六或多個研磨容器、級聯七或多個研磨容器、級聯八或多個研磨容器、級聯九或多個研磨容器或級聯包含上達十個研磨容器。級聯研磨容器係可操作地串聯或並聯或串並聯之組合方式。級聯一或多個研磨容器之輸出及/或輸入可使用於一或多個篩選步驟及/或一或多個選別步驟。
花費在微纖維化程序之總能量可按等比例分攤至級聯之每一研磨容器。或者，能量輸入可介於一些或所有級聯研磨容器而不同。
熟悉本領域技藝者將會明瞭，級聯容器之間每一容器花費能量之不同會視在每一容器中纖維基質被纖維化的量，及選擇性地每一容器之研磨速率、每一容器中研磨歷程及每一容器中研磨介質的型式而定。級聯每一容 器中之研磨條件可不同，以便控制微纖維化纖維素及無機粒狀材料兩者之粒徑分佈。
一實施例中，該研磨係在一密閉迴路中進行。另一實施例中，該研磨係在一開放迴路中進行。
待研磨材料懸浮劑可能具有相當高的黏度，在研磨之前較佳添加適當分散劑至懸浮劑。分散劑可能是，例如水可溶性濃縮的磷酸鹽、聚矽酸或其鹽類，或例如具有數目平均分子量不大於80,000的聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)之水可溶鹽類的聚電解質。分散劑的使用量通常基於乾的無機粒狀固體材料的重量自0.1至2.0%重量的範圍。懸浮劑可適當地在溫度自4℃到100℃的範圍研磨。
可被包含在微纖維化步驟中的其它添加劑包括：羧甲基纖維素、兩性羧甲基纖維素(amphoteric carboxymethyl cellulose)、氧化劑、2,2,6,6-四甲基吡啶-1-氧基(TEMPO)、TEMPO衍生物及木材降解酶。
待研磨材料懸浮劑的pH可約為7或大於7(即為鹼性)，例如，懸浮劑的pH可約為8、9、10或11。待研磨材料懸浮劑的pH可小於約7(即為酸性)，例如，懸浮劑的pH可約為6、5、4或3。待研磨材料懸浮劑的pH可藉由添加適當量的酸或鹼調整。合適的鹼包含鹼金屬氫氧化物，諸如，例如氫氧化鈉。其他合適的鹼為碳酸鈉及氨。合適的酸包含無機酸，諸如鹽酸及硫酸，或有機酸。一種示範的酸為正磷酸。
在典型的研磨製程，獲取所需水性懸浮劑組成物的 總能量輸入通常可介於基於無機粒狀填料總乾重約100至1500kWht-1。總能量輸入可少於約1000k Wht-1，例如少於約800kWht-1，少於約600kWht-1，少於約500kWht-1，少於約400kWht-1，少於約300kWht-1或少於約200kWht-1。為此，本發明人出乎意料地發現，在無機粒狀材料存在下，當纖維素紙漿一起被研磨時，纖維素紙漿可以在相當低的能量輸入而被微纖維化。明顯地，每噸包含纖維素的纖維基質中的乾纖維的總能量輸入將少於10,000kWht-1，例如，少於9000kWht-1，少於8000kWht-1，少於7000kWht-1，少於6000kWht-1，少於5000kWht-1，少於4000kWht-1，少於3000kWht-1，少於2000kWht-1，少於1500kWht-1，少於1200kWht-1，少於1000kWht-1，少於800kWht-1。總能量輸入係取決於纖維基質被微纖維化之乾纖維的量及選擇性的研磨速度和研磨歷程而有所不同。
本發明之實施例僅是以參考以下實施例例示的方式描述：
(實施例)
以下程序係本發明用於特徵化礦物(GCC或高嶺土)及微纖維化纖維素紙漿纖維之粒徑分佈。
(碳酸鈣)
足夠提供3克乾材料之共磨漿料樣品，稱重後加入燒杯中，使用去離子水稀釋至60克，及混合1.5w/v%活性的聚丙烯酸鈉溶液5立方公分。添加更多去離子水攪拌至最終漿料重80克。
(高嶺土)
足夠提供5克乾材料之共磨漿料樣品，稱重後加入燒杯中，使用去離子水稀釋至60克，及混合1.0wt%碳酸鈉及0.5wt%六偏磷酸鈉溶液5立方公分。添加更多去離子水攪拌至最終漿料重80克。
接著漿料以1立方公分等分添加至連接於馬爾文熟練選別器S系列粒徑分析儀之樣品製備單元中的水，直到適當的朦朧程度顯示(正常為10-15%)。接著進行光散射分析程序。儀器選擇範圍為300RF：0.05-900，及光束長度設定為2.4毫米。
對於含有碳酸鈣及纖維之共磨樣品，係使用折射率(1.596)之碳酸鈣。對於含有高嶺土及纖維之共磨樣品，係使用折射率(1.5295)之高嶺土。
使用米氏理論計算粒徑分佈及提供輸出作為差異體積為主的分佈。兩個可區分之突峰出現係解釋為來自礦物(較細突峰)及纖維(較粗突峰)。
較細的礦物突峰係與量測資料點吻合，且自該分佈數學減去而留下纖維突峰，其轉化為累積性分佈。同理，纖維突峰係自原分佈數學減去而留下礦物突峰，其亦轉化為累積性分佈。這兩個累積曲線皆用於計算平均粒徑(d50)和分佈的斜度(d30/d70x100)。差異曲線係用於發現礦物和纖維部份的形式粒徑。
(實施例1)
400立方公分的水及750克的大理石粉末(10wt%<2μm粒徑，使用Sedigraph量測)加入一研磨容 器中及加入1.5公斤陶瓷研磨介質(Carbolite®16/20，可取自CARBO Ceramics Inc.)。混合物950rpm攪拌60分鐘。介質從漿料分離及移出小量樣品以檢查粒徑(使用MicromeriticsSedigraph®粒徑分析儀)，其係57wt%<2μm。
相同研磨器用於每一實施例。此研磨器係包含具有內徑為14.5公分的圓筒狀研磨容器及具有圓形截面及直徑1.8公分的垂直葉輪輪軸之垂直磨。該輪軸係裝置有4個定位為X設計之葉輪。葉輪具有圓形截面及直徑1.8公分。葉輪自垂直軸中心至葉輪尖端係6.5公分長。
(實施例2)
400立方公分的水及750克的大理石粉末(11-15wt%<2μm粒徑，使用Sedigraph量測)加入一研磨容器中及加入1.5公斤陶瓷研磨介質(Carbolite®16/20，可取自CARBO Ceramics Inc.)。混合物950rpm攪拌30分鐘。移出小量樣品及檢查產品粒徑(使用Micromeritics Sedigraph®粒徑分析儀)，其係57wt%<2μm。在瓦利打漿機之等分的漂白軟木紙漿打漿至加拿大標準游離度(CSF)520立方公分經由篩子過濾是為了要獲得含有37.5克乾纖維之20wt%固體的濕紙張。此紙張添加至研磨器及在950rpm持續研磨30分鐘。在研磨期間添加200立方公分的水。介質自紙漿分離出來，及使用具有400網目數的BSS篩子去除大於38微米的纖維。填料組成物的粒徑被量測(使用Micromeritics Sedigraph®)及得到48wt%小於2微米的結果。
(實施例3)
重複實施例2中說明的程序，此次繼續第二研磨階段60分鐘。研磨期間添加200立方公分的水。量測產品之粒徑分佈及提供數值為42wt%<2微米。
(實施例4)
重複實施例2中說明的程序，此次繼續第二研磨階段120分鐘。研磨期間添加650立方公分的水。量測產品之粒徑分佈及提供數值為40wt%<2微米。
(實施例5)
重複實施例2中說明的程序，此次繼續第二研磨階段260分鐘。研磨期間添加1270立方公分的水。量測產品之粒徑分佈及提供數值為40wt%<2微米。
(實施例6)
重複實施例2中說明的程序，此次繼續第二研磨階段380分鐘。研磨期間添加1380立方公分的水。量測產品之粒徑分佈及提供數值為57wt%<2微米。
(實施例7-填料在紙類中之產品的評估)
測試根據上述實施例製備的填料在紙類手抄紙張中之一些產品。使用批次漂白化學軟木紙漿在瓦利打漿機打漿至加拿大標準游離度(CSF)520立方公分。分解及稀釋至2%厚原料後，纖維被稀釋至0.3wt%濃度，用於紙張製作。填料漿料與滯留助劑(供應商之產品型號：Ciba Percol292，基於總供應固體為0.02wt%)一起添加。根據標準方法例如TAPPIT205 or SCANC26：76(M5：76)，使用英國手抄紙張模具製作手抄紙張至一基重80gm-2。
填料之滯留值如下表1所示，及顯示共磨填料具有 比對照填料優良的滯留性。
進行二分開紙張製作研究，結果如下表2及表3所示。紙類性質內插至30wt%裝料及根據標準測試方法，例如TAPPI T220或SCAN C28：76(M8：76)。
●破裂強度：MessemerBüchnel破裂測試器，根據SCAN P24。
●拉伸強度：Testometrics拉伸測試器，根據SCAN P16。
●班德森孔隙度(Bendtsenporosity)：使用BendtsenModel5孔隙度測試器量測，根據SCANP21，SCANP60，BS4420及Tappi UM 535。
●填充體積(bulk)：此為根據SCANP7量測之表觀密度的倒數。
●ISO白度：手抄紙張之ISO白度係根據ISO2470：1999E，藉由ElrephoDatacolour3300白度計搭配第8號濾波器(波長為457奈米)手段量測。
●不透光性：紙類樣品之不透光性係藉由Elrepho Datacolor 3300分光光度計，使用適合不透光性量測之波長的手段量測。標準測試方法係ISO 2471。首先，使用一疊至少10張紙張在黑腔(Rinfinity)上進行入射光反射的百分比量測。接著，該疊紙張以單張紙張取代，及進行黑覆蓋體上單張紙張之反射百分比第二量測(R)。接著，由公式：不透光性百分比=100xR/Rinfinity算出不透光性百分比。
(實施例8)
4公斤乾重的高嶺土填料Intramax®57使用高能混合器分散在6000立方公分的水中。pH值為4.8。此係使用作為另外實驗之原料組成物。(使用Micromeritics Sedigraph®)量測粒徑分佈及給定57wt%<2微米及38wt%<1微米。
(實施例9)
2公斤上述高嶺土原料組成物經處理用於在500巴壓力下通過曼頓高林(Manton Gaulin(APV公司))均質器5次。所得產物用作另外造紙測試的對照組。(使用Micromeritics Sedigraph®)量測粒徑分佈及給定62wt%<2 微米及43wt%<1微米數值。
(實施例10)
另一2公斤原料高嶺土組成物放置在高能混合器上。漂白化學軟木紙漿之組成物在瓦利打漿機打漿至加拿大標準游離度(CSF)520立方公分，及此在標準濃度測試器上過濾，給出一15%乾固體之濕紙張。此濕紙漿133.5克添加至高嶺土懸浮劑及攪拌直至纖維與高嶺土混合良好，給出在乾高嶺土上2.5wt%乾紙漿的水準。440立方公分的水也被添加以改善流動性。此在33wt%固體之懸浮劑然後通過與實施例9相同條件下之高林均質器。(使用Micromeritics Sedigraph®)量測產品粒徑分佈，給出62wt%<2微米及45wt%<1微米的數值。
(實施例11)
重複實施例10中說明的程序，此次添加267克濕紙漿至2公斤原料高嶺土懸浮劑，給出在乾高嶺土上5wt%乾紙漿的水準。懸浮劑也加水440立方公分稀釋至30wt%，及懸浮劑通過與實施例9及10相同條件下之高林均質器處理。(使用Micromeritics Sedigraph®)量測產品粒徑分佈，給出58.5wt%<2微米及42wt%<1微米的數值。
(實施例12-填料在紙類中之產品評估)
測試根據上述實施例製備的填料在紙類手抄紙張中之一些產品。使用批次漂白化學軟木紙漿在瓦利打漿機打漿至加拿大標準游離度(CSF)520立方公分。分解及稀釋至2%厚原料後，纖維被進一步稀釋至0.3wt%濃度，用於紙張製作。填料漿料與滯留助劑(供應商之產品型號 CibaPercol292，基於總供應固體為0.02wt%)一起添加。使用英國手抄紙張模具製作手抄紙張至一基重80gm-2。
填料之滯留值如下表4所示，及顯示共處理填料具有比對照填料優良的滯留性。
進行造紙研究及結果如下表5所示。紙類性質內插於30wt%裝料處。
(實施例13)
400克未精製漂白軟木牛皮紙紙漿(Botnia松木RM90)浸泡在20公升的水中6小時，接著在機械混合器中濺潑(slush)。如此所得之原料倒入實驗室瓦利打漿機及在裝料下精製28分鐘，得到打漿至525cm3加拿大標準游離度(CSF)之精製紙漿樣品。第二樣品係藉由濺潑製備但未精製。游離度結果與精製時間如下表6所示：
接著，每一該等紙漿使用濃度測試器脫水(Testing機器公司)得到介於13至18wt%之間的固體的濕紙漿墊。此係用於以下說明之共磨實驗中。
630克具有60wt%<2μm等效球直徑之粒徑(使用Sedigraph量測)的研磨大理石漿料稱重及加入研磨容器中。乾重233克。加入上述脫水階段之濕紙漿，以給出11.6克(乾重)紙漿。紙漿與礦物漿料徹底混合，及接著加入1485克Carbolite®16/20介質與必須的水，以給出介質體積濃度(MVC)50%與漿料固體含量35wt%。樣品在1000RPM下研磨直到能量輸入2500至5000kWh/t(基於乾纖維表示)已施予該樣品。接著容器自研磨器中移出，及介質使用具有孔隙大小600微米的篩子分離。
由紙漿樣品A(未精製)及B(精製至525cm3)製造的產品係以過濾紙類破裂增加(FPBI)測試(如下說明)比較。結果整理如表7。
(過濾紙類破裂測試)
此測試係發展以預測含有根據上述實施例13之MFC共磨漿料之纖維的增強能力。
使用直徑15公分之過濾紙類(第597號，Schleicher&Schuell)。選擇重量差異在0.02克內之紙張。 通常單一紙張乾重1.4克。
共磨礦物與紙漿之懸浮劑係如上述實施例5至9製備及以水稀釋至0.25%固體量。以上選擇的單一過濾紙類以水弄濕及放置在標準濃度測試裝置(紐約容康科馬的TMI測試機器公司出品)的線上。等份的懸浮劑自150cm3、200cm3、250cm3及300cm3小心使用施加有抽真空的過濾紙及過濾瓶過濾，若是出現混濁，則重新通過墊紙以確保活性成份之良好滯留。接著，過濾紙類及其留存固體支撐在鋼製乾燥圓盤上及由塑膠乾燥環分開(Testing機器公司出品)，在50%RH與23℃下乾燥。
乾燥紙類係使用MessemerBüchel自動破裂測試器測試破裂強度。每一紙張得到5個量測及平均。接著，紙張在100℃下乾燥1小時，放置在密封的皮重容器，及稱重至小數點後三位(3dp)。建構紙張重量對破裂壓力之關係圖，在2.0公斤重的破裂壓力可由關係圖內插獲得(a kPa)，過濾紙類本身的平均破裂壓力(b kPa)也在3張選擇的紙張量測，在相同溫度及濕度的條件。接著，破裂壓力之增加由下列方程式計算：(過濾紙類破裂增加(FPBI)=(a-b)/bx100)
作為對照組，只有水通過過濾紙類圓盤。在破裂方面，此亦有正效應，但明顯小於當微纖維化纖維素(MFC)存在時(參見表7)。
以上產生的樣品另外以使用馬爾文熟練選別器(英國，馬爾文儀器公司)基於其粒子大小特徵化。結果以紙漿部份的平均尺寸(d50)記錄。也記錄纖維部份之粒徑 斜度。該等數據也表列於表7中。
自紙漿A與B作成之樣品進一步在手抄紙張研究中比較。用於該等填料之主紙漿係由相同BotniaRM90批式打漿至520cm3的CSF製備，與樣品B相似。滯留助劑Percol 292(Ciba)係基於總供應固體為0.06wt%添加。手抄紙張係在80gm-2製備及用於測試破裂及拉伸強度、填充體積、班德森孔隙度、457奈米波長下之反射率(ISO白度)，及不透光性。獲得三裝料及結果內插至裝料水準為30wt%(參見表8)。填料號碼參考表7。
表8結果顯示共磨填料可增加強度、減少孔隙度及增加不透光性而不會損及白度、所有所需的性質。強度方面的增加，足以允許欲增加之填料進料量，自使用GCC填料的25wt%增加至具有共磨填料的33wt%。
(實施例14)
400克未精製漂白軟木牛皮紙紙漿(Botnia松木RM90)浸泡在20公升的水中6小時，接著在機械混合器中濺潑(slush)。如此所得之原料倒入實驗室瓦利打漿機及在裝料下精製28分鐘，得到打漿至525cm3加拿大標準游離度之精製紙漿樣品。接著，紙漿使用濃度測試器(測試機器公司(TMI)出品)脫水，獲得19.1wt%固體之濕紙漿墊。接著，此用於以下說明之共磨實驗：651克Carbital60HSTM(固體77.9wt%)漿料稱重及加入研磨鍋。接著添加濕紙漿66.5克與碳酸鹽混合。接著添加1485克Carbolite®16/20研磨介質，隨後加入147克的水，提供50%之介質體積濃度。混合物於1000rpm一起研磨直到已花費10,000kWh/t之能量輸入(基於纖維表示)為止。產物使用600微米的BSS篩子自介質分離。所得漿料之固體含量係59.4wt%及布魯克斐德黏度(100rpm)為10,000mPa.s.。產物之纖維含量藉由灰燼在450℃分析，及礦物與紙漿部份的大小使用馬爾文熟練選別器量測。
(實施例15)
352克Carbital60HSTM(固體77.9wt%)漿料稱重及加入研磨鍋。接著添加濕紙漿71.8克與碳酸鹽混合。接著添加1485克Carbolite®16/20研磨介質，隨後加入296克的水，提供50%之介質體積濃度。混合物於1000rpm一起研磨直到已花費10,000kWh/t之能量輸入(基於纖維表示)為止。產物使用600微米的BSS篩子自 介質分離。所得漿料之固體含量係41.9wt%及布魯克斐德黏度(100rpm)為5000mPa.s.。產物之纖維含量藉由灰燼在450℃分析，及礦物與紙漿部份的大小使用馬爾文熟練選別器量測。
(實施例16)
287克Carbital60HSTM(固體77.9wt%)漿料稱重及加入研磨鍋。接著添加濕紙漿87.9克與碳酸鹽混合。接著添加1485克Carbolite®16/20研磨介質，隨後加入311克的水，提供50%之介質體積濃度。混合物於1000rpm一起研磨直到已花費10,000kWh/t之能量輸入(基於纖維表示)為止。產物使用600微米的BSS篩子自介質分離。所得漿料之固體含量係36.0wt%及布魯克斐德黏度(100rpm)為7000mPa.s.。產物之纖維含量藉由灰燼在450℃分析，及礦物與紙漿部份的大小使用馬爾文熟練選別器量測。
表9顯示除了研磨該纖維至細的粒子大小，GCC的細度及粒徑分佈斜度也增加以匹配那些較細的對照顏料Carbital 90TM及Carbopaque 90TM。
上述的參考資料及共磨顏料作成塗佈色料，及一塗佈研究係根據下列實施例進行。
(實施例17(對照組))
129克Carbital60HS(=100克乾重)稱重及加入燒杯中，及添加14克苯乙烯-丁二烯-丙烯腈乳膠50%懸浮劑(DL920，陶氏化學出品)，使用實驗室攪拌器混合，給出每100份碳酸鈣7份乳膠之黏膠劑量(7pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix10，CPKelco出品)作為12%溶液，隨後加入0.5克光學增白劑溶液(BlankophorP，Kemira出品)。pH值使用NaOH調整至8.7。第二色料係使用增加的乳膠劑量9pph製備。
(實施例18(對照組))
129.7克Carbital90HS(=100克乾重)稱重及加入燒杯中，及添加16克苯乙烯-丁二烯-丙烯腈乳膠50%懸浮劑(DL920，陶氏化學出品)，使用實驗室攪拌器混合，給出每100份碳酸鈣8份乳膠之黏膠劑量(8pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix10，CPKelco出品)作為12%溶液，隨後加入0.5克光學增白劑溶液(BlankophorP，Kemira出品)。pH值使用NaOH調整至8.9。第二色料係使用增加的乳膠劑量10pph製備。
(實施例19(對照組))
139克Carbopaque90(=100克乾重)稱重及加入燒杯 中，及添加16克苯乙烯-丁二烯-丙烯腈乳膠50%懸浮劑(DL920，陶氏化學出品)，使用實驗室攪拌器混合，給出每100份碳酸鈣8份乳膠之黏膠劑量(8pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix10，CPKelco出品)作為12%溶液，隨後加入0.5克光學增白劑溶液(Blankophor P，Kemira出品)。pH值使用NaOH調整至8.6。第二色料係使用增加的乳膠劑量10pph製備。
(實施例20(對照組))
129.7克Carbital90HS(=100克乾重)稱重及加入燒杯中，及添加2.5克市面上可取得用於紙類塗佈之具有1000奈米平均粒徑(製造商提供的數值)的粉末纖維素(Arbocel MF40,J.Rettenmaier&Söhne,Holzmühle，德國)，使用實驗室攪拌器混合。當粉末完全分散，添加15克苯乙烯-丁二烯-丙烯腈乳膠50%懸浮劑(DL920，陶氏化學出品)，給出每100份碳酸鈣7.5份乳膠之黏膠劑量(7.5pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix10，CPKelco出品)作為12%溶液，隨後加入0.5克光學增白劑溶液(Blankophor P，Kemira出品)。pH值使用NaOH調整至8.6。
(實施例21)
根據實施例14製備的產物173.4克(=103克乾重)稱重及加入燒杯中，及添加14克苯乙烯-丁二烯-丙烯腈乳膠50%懸浮劑(DL920，陶氏化學出品)，使用實驗室攪拌器混合，給出每100份碳酸鈣7份乳膠之黏膠劑量(7pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix10， CP Kelco出品)作為10%溶液，隨後加入0.5克光學增白劑溶液(Blankophor P,Kemira出品)。pH值使用NaOH調整至8.8。第二色料係使用增加的乳膠劑量9pph製備。
(實施例22)
根據實施例15製備的產物250.6克(=105克乾重)稱重及加入燒杯中，及添加14克苯乙烯-丁二烯-丙烯腈乳膠50%懸浮劑(DL920，陶氏化學出品)，使用實驗室攪拌器混合，給出每100份碳酸鈣7份乳膠之黏膠劑量(7pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix 10，CP Kelco出品)作為10%溶液，隨後加入0.375克光學增白劑溶液(Blankophor P，Kemira出品)。pH值使用NaOH調整至8.6。第二色料係使用增加的乳膠劑量9pph製備。
使用具有刮刀計量的實驗室捲式塗佈機(陶氏塗佈機)將色料塗佈在70gm-2機械基紙物質上。塗層重量可藉由稀釋色料調整，直到獲得最重的塗層重量，後續增加刮刀負載以降低塗層重量。製造的紙類樣品具有塗層重量數值自約8gm-2至12gm-2。速度約為10mmin-1。
接著，使用DatacolorElrepho3300分光光度計測試白度前，將塗佈紙樣品切成條狀，在50%RH及23℃條件下保存24小時。使用具有或不具有UV成份的入射光光束，在457奈米下，進行反射率量測。具有或不具有UV之反射率數值之間的差異記錄為螢光性。塗佈紙類的平滑度係在1000kPa壓力下，使用派克印刷表面平滑度儀器，藉由空氣洩漏法量測。每一數值與藉由灰燼法量測的塗層重量作圖。接著將結果內插至10gm-2的共同塗層 重量，且列在表11中。
表11中結果顯示本發明可以增加白度、螢光性及增加的平滑度。
(實施例23)
630克具有60wt%<2μm等效球直徑之粒徑(使用Sedigraph量測)的研磨大理石漿料稱重及加入研磨容器中。乾重233克。加入打漿至525cm3的CSF之濕桉樹紙漿(參見表12)54克(11.6克乾重)。紙漿與礦物漿料徹底混合，及接著加入1485克Carbolite®16/20介質與16cm3的水。此等同介質體積濃度(MVC)50%與漿料固體含量35wt%。樣品在1000RPM下研磨直到能量輸入2500至5000kWh/t(基於乾纖維表示)已施予該樣品。溫度達到55℃。接著容器自研磨器中移出，及介質使用具有孔隙大小600微米的篩子分離。
(實施例24)
重複實施例23說明的程序，此次使用漂白牛皮紙軟木紙漿(Botnia松木RM90)打漿至520cm3CSF。
(實施例25)
重複實施例23說明的程序，此次使用具有700cm3CSF 之分解熱機械紙漿樣品。
(實施例26)
重複實施例23說明的程序，此次使用打漿至520cm3CSF的金合歡樹紙漿之樣品。
(實施例27)
重複實施例23說明的程序，此次使用打漿至520cm3CSF的硬木(白樺)紙漿之樣品。
根據上述實施例23至27製備之含有微纖維化纖維素之共磨漿料的纖維強化能力，係使用上述過濾紙類破 裂測試決定。結果如下表12所示。
以上產生的樣品，另外以使用馬爾文熟練選別器(英國，馬爾文儀器公司)基於其粒子大小特徵化。結果以GCC與紙漿部份的平均尺寸(d50)記錄。也記錄纖維部份之粒徑斜度。該等數據也表列於表12中該等結果顯示，當接受與GCC共磨，所有紙漿類型產生強度增加。
(實施例28)
400克未精製漂白軟木牛皮紙紙漿(Botnia松木RM90)浸泡在20公升的水中6小時，接著在機械混合器中濺潑(slush)。如此所得之原料倒入實驗室瓦利打漿機及在裝料下精製28分鐘，得到打漿至525cm3加拿大標準游離度(CSF)之精製紙漿樣品。
使用濃度測試器(Testing機器公司出品)使紙漿脫水，獲得19.1wt%固體含量的濕紙漿墊。接著其使用在以下說明的研磨實驗：
(實施例29)
584克具有60wt%<2μm等效球直徑之粒徑(使用Sedigraph量測)的研磨大理石漿料稱重及加入研磨容器中。乾重係231克。加入上述脫水階段之濕紙漿(實施例28)給定11.6克(乾重)的紙漿。紙漿與礦物漿料徹底混合，及接著加入1485克Carbolite®16/20介質與所需的水，以給定介質體積濃度(MVC)50%與漿料固體含量35wt%。樣品在1000RPM下研磨直到能量輸入2500至5000kWh/t(基於乾纖維表示)已施予該樣品。接著容器自研磨器中移出，及介質使用具有孔隙大小600微米的篩子分離。產物之纖維含量藉由灰燼在450℃分析，及礦物與紙漿部份的大小使用馬爾文熟練選別器量測(參見表13)。
(實施例30)
176克具有60wt%<2μm等效球直徑之粒徑(使用Sedigraph量測)的研磨大理石漿料稱重及加入研磨容器中。乾重係65克。加入上述脫水階段之濕紙漿(實施例28)給定8.5克(乾重)的紙漿。紙漿與礦物漿料徹底混合，及接著加入1485克Carbolite®16/20介質與所需的水，以給定介質體積濃度(MVC)50%與漿料固體含量12.5wt%。樣品在1000RPM下研磨直到能量輸入3750至5000kWh/t(基於乾纖維表示)已施予該樣品。接著容器自研磨器中移出，及介質使用具有孔隙大小600微米的篩子分離。產物之纖維含量藉由灰燼在450℃分析，及礦物與紙漿部份的大小使用馬爾文熟練選別器量測(參見表13)。
(實施例31)
(手抄紙張之評估)
在手抄紙張研究中，比較根據實施例29及30製備的一些樣品。對照填料係相同於用於研磨實驗之60%<2微米研磨大理石。用於該等填料之主紙漿係由相同BotniaRM90批式打漿至520cm3的CSF製備。滯留助劑Percol292(Ciba)係基於總供應固體為0.06wt%添加。手抄紙張係在80gm-2製備及用於測試破裂及拉伸強度、填充體積、班德森孔隙度、457奈米波長下之反射率(ISO白度)，及不透光性。獲得三裝料及結果內插至裝料水準為30wt%(參見表14)。
以上結果顯示，共磨漿料給出增加強度、減少孔隙度及增加不透光性而不會損及白度、所有所需的性質。使用含有11.7%共磨纖維之實施例30填料，強度方面的增加，足以允許欲增加的填料裝料量，自使用標準GCC填料的25%增加至40%而不會喪失破裂強度。
(實施例32)
321克72wt%之填料漿料(WP，伊莫瑞斯出品)稱重 及加入研磨鍋。接著，添加含10.9wt%固體之未漂白北美牛皮紙松木濕紙漿105.9克與額外266cm3的水混合。接著，添加1485克Carbolite®16/20介質及混合物使用250kWh/t之能量輸入(基於乾礦物和纖維表示)於1000rpm一起研磨。使用700微米的篩子分離後的乾產物之纖維含量在950℃燃燒量測為基於礦物的3.9wt%。纖維之平均粒徑(d50)使用馬爾文熟練選別器估算為83微米。
(實施例33)
206克72wt%之填料漿料(WP，伊莫瑞斯出品)稱重及加入研磨鍋。接著添加含10.9wt%固體之未漂白北美牛皮紙松木濕紙漿108.7克與額外326cm3的水混合。接著添加1485克Carbolite®16/20介質及混合物使用400kWh/t之能量輸入(基於乾礦物和纖維表示)於1000rpm一起研磨。使用700微米的篩子分離後的乾產物之纖維含量為6.2wt%。纖維之平均粒徑(d50)使用馬爾文熟練選別器估算為95微米。用於此研究之主紙漿，係與實施例32與33使用之未漂白北美牛皮紙松木紙漿相同。此係使用來自製造商者，依需要，用水稀釋。滯留助劑係Percol292(Ciba出品)，基於總供應固體量之0.14wt%添加。
手抄紙張係使用5wt%標的填料進料量之160gm-2標的重量作成。紙張經加壓二次，及使用加熱鼓乾燥機乾燥，在50%RHand23℃的條件下保存12小時。WP高嶺土漿料之樣品作為對照組。
紙張測試拉伸強度及藉由灰燼法測試黏土含量。結果載於下表15中。
以上結果顯示，在基於未漂白牛皮紙漿之襯裡紙板總供給量中，共磨高嶺土填料具有比未改質高嶺土明顯較小影響。
(實施例34)
400克未精製漂白軟木牛皮紙紙漿浸泡在20公升的水中6小時，接著在機械混合器中濺潑(slush)。如此所得之原料倒入實驗室瓦利打漿機及在裝料下精製28分鐘，得到打漿至525cm3加拿大標準游離度(CSF)之精製紙漿樣品。
接著，每一該等紙漿使用濃度測試器脫水(Testing機器公司)得到介於13至18wt%之間的固體的濕紙漿墊。此係用於以下說明之共磨實驗中。
(實施例35)
750克乾重的英國高嶺土(Intramax60)混合540cm3的水及1.9克40%聚丙烯酸酯分散劑溶液(Accumer9300,Rohm&Haas出品)成漿料。pH值使用 NaOH調整至7，及最終固體量為57.2wt%。接著，漿料轉移至研磨鍋及以上(實施例34)製備的濕紙漿37.5克乾重與之混合。pH值使用NaOH調整至9，及添加1500克Carbolite 16/20研磨介質。混合物一起研磨60分鐘，且視需要加水保持流動性。研磨產物使用700微米孔徑的篩子自介質分離。能量輸入量測為147kWh/t，最終固體係45.8wt%、pH9.2及乾產物具有基於總產物表示為纖維含量4.95wt%。纖維粒子之形式粒徑係以馬爾文熟練選別器量測為44微米(等效球直徑(esd))。
(實施例36)
如上述實施例34，750克乾重的Intramax60稱重及加入研磨鍋，作為57wt%漿料。添加37.5克乾重的濕紙漿及pH值使用10%正磷酸調整至4.0。接著添加1500克Carbolite 16/20介質混合研磨60分鐘，之後溫度抵達54℃。能量輸入為140kWh/t。漿料以前述的方法分離及最終固體為42%。pH值為5.3。產物之纖維含量量測為4.0wt%。出乎預料的，纖維成份之形式粒徑係使用馬爾文熟練選別器量測為0.5微米(esd)，幾乎是比在pH值為9時小一個次幕。此出乎預期的觀察建議，在酸性條件下研磨較在鹼性條件下大大有效。
(實施例37)
750克乾重之大理石粉末與400cm3的水放入研磨鍋，及能量輸入120kWh/t研磨57分鐘。產物顯示藉由Sedigraph量測具有58wt%粒子<2微米esd。接著混合37.5克乾重之濕紙漿(如實施例34製備)及進一步添加水 800cm3，另外持續研磨2小時，及另外消耗313kWh/t。最終溫度為74℃，固體37.4wt%及使用700微米篩子分離後之乾產物之纖維含量為4.4wt%。纖維粒子之形式粒徑係以馬爾文熟練選別器量測為50微米。
(實施例38)
750克乾重之光學HB(偏三角面體的PCC)作為34wt%漿料與37克乾重之濕紙漿(如實施例34製備)混合，及添加200cm3水與1500克Carbolite16/20介質。混合物使用154kWh/t研磨1小時。最終溫度為53℃，及自介質分離後之漿料具有41wt%之固體含量，及乾產物之纖維含量為5.3wt%。纖維成份之形式粒徑係以馬爾文熟練選別器量測為100至200微米。
(實施例39)
(新聞用紙研究)
這些填料進一步在手抄紙張研究中比較。用於這些填料之主紙漿係以濺潑北歐熱機械紙漿樣品製備。由於所接受的紙漿具有50cm3之CSF，未有進一步精製。滯留助劑Percol292(Ciba)係基於總供應固體為0.02wt%添加。手抄紙張係在50gm-2製備及用於測試破裂及拉伸強度、填充體積、班德森孔隙度、457奈米波長下之反射率(ISO白度)，及不透光性。獲得三裝料及結果內插至裝料水準為10wt%(參見表16)。
這些結果顯示共磨纖維，特別是與Intramax，相較於填料對照組可增加強度及減少孔隙度、所有所欲的性質。白度及不透光性只輕微降低。使用Intramax，在強度 方面的增加，足以允許欲增加之填料進料量，自0wt%至至少8wt%之共磨填料，而不會喪失強度。填料紙類將具有低孔隙度及增加的白度與不透光性。
(實施例40)
(超壓光雜誌用紙之研究)
手抄紙張係使用與新聞用紙研究中之紙漿相同。此次紙張作成55gm-2，具有填料裝料量覆蓋範圍從30至 40wt%。因為較高的裝料量，滯留助劑增加至0.07wt% Percol 292。手抄紙張係用於測試破裂及拉伸強度、填充體積、班德森孔隙度、457奈米波長下之反射率(ISO白度)，及不透光性。獲得三裝料及結果內插至裝料水準為32wt%
(參見表17)。
表17手抄紙張之結果：超壓光雜誌，32wt%填料裝料量這些結果顯示，使用共磨纖維可獲得增加的強度及減少的孔隙度，及相似的白度與不透光性。使用Intramax的情況，填料進料量可從30wt%增加至至少36wt%而不 會喪失強度，且具有低的孔隙度及增加的白度與不透光性。
(實施例41)
(手抄紙張之研究)
用於此研究之主紙漿係與漂白化學牛皮紙軟木紙漿相同批次，其係在2%濃度濺潑及在瓦利打漿機打漿至520cm3之CSF。滯留助劑Percol 292(Ciba出品)係基於總供應固體為0.02wt%添加。
兩組紙張係使用偏三角面體沈澱碳酸鈣(Optical HB，伊莫瑞斯礦物公司出品)裝料量為25wt%(A組)及32wt%(B組)作成。另一組紙張(C組)係以25wt%Optical HB加上7wt%來自實施例37之共磨GCC之裝料量作成，如此總裝料量為32wt%。對照組(D組)係以25wt%Optical HB加上7wt%標準GCC之裝料量作成。最後一組(E組)使用50/50混合OpticalHB與來自實施例37之共磨GCC，如此總裝料量為31wt%。
手抄紙張係以80gm-2製備，紙張經加壓二次，及使用加熱鼓乾燥機乾燥，在50%RHand23℃的條件下保存12小時。紙張用於測試拉伸強度、填充體積、班德森孔隙度、457奈米波長下之反射率(ISO白度)，及不透光性。結果載於下表18。
這些結果顯示，共磨GCC填料比只使用PCC，可用於進一步增加PCC填料紙張之填料裝料量，而具有低強度損失。在較高裝料量下，可維持光學性質及減少孔隙度而不會有嚴重的填充體積損失。
(實施例42)
使用裝置有一圓柱體、未加擋板之內徑為14.5公分的研磨容器之實驗室型垂直攪拌介質磨，製備樣品。該垂直攪拌介質磨裝置有一具有直徑1.8公分之圓形橫切面軸的垂直葉輪。該軸在其底部係裝置有4個X型葉輪 臂。葉輪臂係為圓形橫切面且具有直徑1.8公分及自軸心線到頂端的長度為6.5公分。
研磨介質(卡包塑料(Carbolite)，可取自美國CARBO Ceramics Inc.)係16/20網目大小及具有比重2.7。
研磨碳酸鈣(GCC)(Intracarb60，比利時伊莫瑞斯礦物公司出品)具有以Sedigraph量測，60wt%小於2微米粒徑。
紙漿係漂白牛皮軟木紙漿(Botnia松木RM90)打漿至520立方公分加拿大標準游離度(CSF)。
實驗室研磨係基於1.5公斤的研磨介質，50%介質體積濃度(MVC)，紙漿水準為5wt%總固體量，能量輸入為2500千瓦小時/噸紙漿，及葉輪轉速為1000rpm。研磨係以批次模式在固體物水準範圍進行。
在每一次研磨結束，研磨室係自塔式磨移除及移除內容物。接著研磨介質係自產品分離出來至塔式磨外部。
每一次研磨之條件及最終產物特性係顯示在以下表19。B100黏度係以布魯克斐德黏度計(布魯克斐德黏度計公司，英格蘭)在100rpm情況下量測之黏度。
該等數據指示：
●在最高研磨固體物產生的樣品具有最高的黏度、最高的紙漿含量、最細的MFC尺寸及最高(最佳)的填料紙張破裂增加測試。
●在最低研磨固體物產生的樣品具有較低的黏度、較低的紙漿含量、較粗的MFC尺寸及較低的填料紙張破裂增加測試。
●相較於B100黏度通常小於200mPas之典型GCC產品，所有樣品具有高的黏度。
(實施例43)
嘗試完成於裝置有標準250微米篩網之原尺寸攪拌介質沈砂池(SMD)產生一共磨產品。除了紙漿未精製外，研磨介質、GCC及紙漿與實施例42者相同。研磨介質之裝載量為5噸。操作條件也幾乎與使用於實施例42者相似；50%MVC、總固體物之5wt%的紙漿水準、能量輸入為2500千瓦小時/噸紙漿及葉輪不同的每分鐘轉數以提供相似於實驗室型塔式模者的頂端速度。研磨係以連續開放迴路模式進行。
一開始，嘗試在35wt%如實施例42中之總固體物情況下研磨。然而，在該等條件下無法產生任何產品。高黏度產品將無法流過篩網至塔式磨外部。反而，材料增添在塔式磨中。研磨固體將低至小於20wt%以獲得經過塔式磨之可接受的流動，及在該等條件下於紙類操作上不會顯示如較高固體物研磨相同的改良。
例如，實施例42中之樣品1係以實驗室批次研磨於 35wt%固體物產生(50%MVC、總固體物之5wt%的紙漿水準、能量輸入為2500千瓦小時/噸紙漿及葉輪速度1000rpm)。樣品6與7係於裝置有標準250微米篩網之原尺寸攪拌介質沈砂池(SMD)在相似條件下產生，除了固體物低至小於20wt%以便獲得經過塔式磨之流動。每一次研磨之條件及最終產物特性係顯示在以下表20。
該等數據顯示：
●相較於對照組，實驗室及原尺寸兩者產生的MFC允許增加填料裝載量。
●然而，於實驗室在35wt%固體物之批次研磨產生的MFC具有較細的纖維突峰最大值，及相較於在固體物必需低至允許經過塔式磨的流動之攪拌介質沈砂池產生的樣品，允許較高填料裝載量。
●NB是不可能在高固體物條件下，操作攪拌介質沈砂池。
(實施例44)
使用裝置有一圓柱體、內徑為87公分的研磨容器之試驗性規模的垂直攪拌介質磨，製備樣品。該垂直攪拌介質磨裝置有一具有直徑1.8公分之圓形橫切面軸的垂直葉輪。該軸在其底部係裝置有4個X型葉輪臂。葉輪臂係為圓形橫切面，且具有自軸心線到頂端的長度為30公分。
研磨器係以批次模式操作。GCC及紙漿與實施例42者相同。測試係在50%MVC及具有占總固體物5%紙漿水準之39%固體物下進行。研磨器每分鐘的轉數為285。紙漿係未經打漿者。進行兩組測試。第一組使用如同實施例42之16/20研磨介質，第二組使用3毫米具有相同密度者。上述兩組測試之纖維d50與模範礦物粒子尺寸顯示在以下表21。
這些數據顯示纖維研磨行為與較粗介質特別是在較低能量輸入時相似。然而，礦物研磨藉由使用較粗介質係明顯降低。
(實施例45)
這些測試係在如同實施例44中使用的相同試驗性規模之研磨器進行。GCC及紙漿係與實施例42與43者相同。
樣品係在下列條件下以批次模式與未經打漿之紙漿製備。占總固體物20%紙漿水準之總固體物10%；MVC 50%；285rpm；3毫米介質；能量輸入3500千瓦小時/噸紙漿。所獲得樣品(樣品8)具有102微米之纖維d50。
於另一測試，使用相同條件，除了此案例中的研磨器，形態為具有250微米篩網之再循環批次模式。該流率未可接受，因為產品之高黏度及未獲得產品。再一測試中，一樣品係以形態為再循環批次模式之研磨器，及使用1毫米的篩網，與達到高流率60公升/分鐘製備。獲得樣品(樣品9)具有纖維d50為107微米。
二樣品是以實施例43之相同程序，使用在手抄紙張評估中，結果係摘要在表22。
這些數據顯示儘管產品之高黏度，粗介質之使用，及因此粗篩網允許共磨產品在商業可實施、再循環批次模式(或連續式)之形態的製備。
(實施例46)
測試係在試驗規模的塔式磨(HosokawaAlpine型號ANR250)中進行。此係一種垂直攪拌介質磨，具有未加擋板之圓柱體研磨室及一裝置有整個長度之一系列葉輪轉子圓盤之垂直葉輪軸。該塔式磨幾乎三分之二填充有介質。操作上，填料從底部進入該塔式磨及在上升至研磨介質開始沈降遠離產品的靜止區之前通過研磨區。接著，產品經由作為在塔式磨中攔住任何其他研磨介質之選別輪盤離開該塔式磨。
共磨產品係在一開放迴路、連續式形態，在以下條件下與未經打漿之紙漿製備。占總固體物20%紙漿之總固體物12.4wt%；平均MVC22%；500rpm；比重約為6的2至2.5毫米之介質；能量輸入3200千瓦小時/噸紙漿。嘗試以進入塔式磨之流率1.7公升/分鐘在該等條件下進 行，但是未成功，由於研磨介質係溢流進入產品中(先前嘗試使用1毫米介質也是由於介質溢流而未成功)。
接著，在選別輪盤降低離開塔式磨的產品之固體物至8.1wt%前，馬上添加大約1公升/分鐘的水。在這些條件下，所有介質係被攔在塔式磨中。
獲得之樣品(樣品10)具有145微米之纖維d50及木代爾纖維粒徑89微米及是以實施例43之相同程序，使用在手抄紙張評估中，結果係摘要在表23。
該等數據顯示儘管產品之高黏度，粗密介質之使 用，及在塔式磨中之選別輪盤之前馬上添加水，允許共磨產品以商業可實施之形態的製備。
(實施例47)
使用裝置有一圓柱體、未加擋板之內徑為14.5公分的研磨容器之實驗室型垂直攪拌介質磨，製備樣品。該垂直攪拌介質磨裝置有一具有直徑1.8公分之圓形橫切面軸的垂直葉輪。該軸在其底部係裝置有4個X型葉輪臂。葉輪臂係為圓形橫切面且具有直徑1.8公分及自軸心線到頂端的長度為6.5公分。
研磨介質(卡包塑料(Carbolite)，可取自美國CARBO Ceramics Inc.)係16/20網目大小及具有比重2.7。
紙漿係漂白牛皮軟木紙漿(Botnia松木RM90)打漿至520立方公分加拿大標準游離度(CSF)。
實驗室研磨係基於1.5公斤的研磨介質，50%介質體積濃度(MVC)，其可以被改變，紙漿水準涵蓋濃度(consistency)範圍上至10wt%，查得使用葉輪轉速為1000rpm之能量輸入上至20,000千瓦小時/噸紙漿。研磨係以批次模式在固體物水準範圍進行。
在每一次研磨結束，研磨室係自塔式磨移除及移除內容物。接著研磨介質係自產品分離出來至塔式磨外部。
MFC產品之特徵化係在粒徑上使用馬爾文光散射裝置，在B100黏度上使用布魯克斐德黏度計(布魯克斐德黏度計公司，英格蘭)在100rpm情況下量測，及紙張性能評估係使用過濾紙類破裂增加測試及實施例7之手抄紙張的方法，除了未有填料使用或填料係Intracarb(伊莫 瑞斯出品，比利時)。
預料產出的MFC給定增加的過濾紙類破裂增加及較強的手抄紙張。一般認為較高濃度及較高能量處理有利於較細的MFC，及存在有紙張強度性能的最適化MFC大小。最適化性能似乎可在高濃度下處理而最有效地獲得。
(實施例48)
使用裝置有一圓柱體、內徑為87公分的研磨容器之試驗性規模的垂直攪拌介質磨，製備樣品。該垂直攪拌介質磨裝置有一圓形橫切面軸的垂直葉輪。該軸在其底部係裝置有4個X型葉輪臂。葉輪臂係為圓形橫切面，且具有自軸心線到頂端的長度為30公分。
研磨器係以批次模式操作。紙漿係與實施例47者相同。測試係自實施例47之條件最適化下進行。研磨器每分鐘的轉數為285。紙漿係未經打漿者。進行兩組測試。第一組使用如同實施例47之16/20研磨介質，第二組使用3毫米具有相同密度者。
產生的MFC係使用實施例47之方法特徵化及評估。
一般認為研磨介質將提供相似的psdMFC(粒徑分佈微纖維化纖維素)，及這些MFC樣品將允許具有增加強度之手抄紙張的產出。
(實施例49)
測試係在如同使用於實施例43之相同試驗性研磨器中進行。紙漿係與如同在實施例46者相同。研磨介質係3毫米。
MFC樣品係以批次模式在實施例46之最適化條件下製備。獲得樣品之MFCpsd(微纖維化纖維素之粒徑分佈)性質將可被測定。
另一測試中，使用相同條件，除了此案例中的研磨器，形態為具有250微米篩網之再循環批次模式。該流率可能未可被接受，因為產品之高黏度及未獲得產品。
再一測試中，一樣品係以形態為再循環批次模式之研磨器，及使用1毫米的篩網，及預料有高流率。
產出的MFC係使用實施例46之方法特徵化與評估。
預料這些數據將顯示儘管產品之高黏度，粗介質之使用，及因此粗篩網允許細psdMFC在商業可實施、再循環批次模式(或連續式)之形態於高濃度與低能量的製備。
(實施例50)
測試係在試驗規模的塔式磨(HosokawaAlpine型號ANR250)中進行。此係一種垂直攪拌介質磨，具有未加擋板之圓柱體研磨室，及一裝置有整個長度之一系列葉輪轉子圓盤之垂直葉輪軸。該塔式磨幾乎三分之二填充有介質。操作上，填料從底部進入該塔式磨及在上升至研磨介質開始沈降遠離產品的靜止區之前通過研磨區。接著，產品經由作為在塔式磨中攔住任何其他研磨介質之選別輪盤離開該塔式磨。
MFC樣品係在一開放迴路、連續式形態，在實施例47之最適化條件下與未經打漿之紙漿製備。使用具有比重6之2至2.5毫米研磨介質。使用能量輸入2000至15000 千瓦小時/噸紙漿。
預料一開始嘗試在這些條件下操作將不會成功，原因在於因為MFC之高黏度，研磨介質溢流進入產品中。
接著，在選別輪盤降低離開塔式磨的產品之固體物至介質不會溢流之程度前，馬上添加水。在這些條件下，所有介質係被攔在塔式磨中。
產出的MFC係使用實施例47之方法特徵化與評估。
獲得之樣品將具有細的纖維粒徑分佈(psd)。手抄紙張之評估將指示產出的MFC給定增加的紙張破裂強度。
該等數據顯示儘管產品之高黏度，粗密介質之使用，及在塔式磨中之選別輪盤之前馬上添加水，允許MFC以商業可實施之形態的製備。
第一圖係依據本發明之方法，使用GCC製備的微纖維化纖維素之掃描電子顯微鏡影像圖。

Claims (109)

  1. 一種水性懸浮劑的製備方法，該水性懸浮劑包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料，該方法包含微纖維化纖維基質之步驟，該纖維基質包含存在有無機粒狀材料下研磨水性環境中的纖維素，以獲得具有20至50之纖維斜度的該微纖維化纖維素，其中該研磨係在一塔式磨或一篩網研磨器中進行。
  2. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨係包含一靜止區在一或多個研磨區之上。
  3. 如請求項1或2之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨係包含一選別器在一或多個研磨區之上。
  4. 如請求項3之水性懸浮劑的製備方法，其中該選別器係一水力旋流器。
  5. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨係包含一篩網在一或多個研磨區之上。
  6. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在柱塞流狀態下進行。
  7. 如請求項2之水性懸浮劑的製備方法，其中在塔式磨的頂部靠近靜止區之處添加水，降低該包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑的黏度。
  8. 如請求項2之水性懸浮劑的製備方法，其中水係藉由一或多個位於沿著該塔式磨長度的注水點添加至一或多個研磨區。
  9. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨包含一垂直葉輪軸，其整個長度配備有一系列的葉輪 轉子圓盤。
  10. 如請求項9之水性懸浮劑的製備方法，其中該葉輪轉子圓盤具有一或多個孔徑，其大小允許經研磨的填料自該處通過。
  11. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器係一攪拌介質沈砂池。
  12. 如請求項1或11之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約250微米的篩網。
  13. 如請求項12之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約500微米的篩網。
  14. 如請求項13之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約1000微米的篩網。
  15. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係於研磨介質存在下進行。
  16. 如請求項15之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質包括具有平均直徑0.5毫米到6.0毫米範圍的粒子。
  17. 如請求項16之水性懸浮劑的製備方法，其中該粒子具有平均直徑至少3毫米。
  18. 如請求項15至17中任一項之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質具有比重至少2.5。
  19. 如請求項18之水性懸浮劑的製備方法，其中該研 磨介質的粒子具有比重至少3或至少4或至少5或至少6。
  20. 如請求項15之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質係以體積百分比上至70%填料的量存在。
  21. 如請求項20之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質係以體積百分比上至50%填料的量存在。
  22. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該包含纖維素之纖維基質及無機粒狀材料係以起始固體量至少4wt%存在水性環境中，其中至少2wt%為含有纖維素的纖維基質。
  23. 如請求項22之水性懸浮劑的製備方法，其中該起始固體量係至少10wt%或至少20wt%。
  24. 如請求項23之水性懸浮劑的製備方法，其中該起始固體量係至少30wt%。
  25. 如請求項24之水性懸浮劑的製備方法，其中該起始固體量係至少40wt%。
  26. 如請求項23至25中任一項之水性懸浮劑的製備方法，其中至少5wt%該起始固體量為包含纖維素的纖維基質。
  27. 如請求項26之水性懸浮劑的製備方法，其中至少10wt%該起始固體量為包含纖維素的纖維基質。
  28. 如請求項27之水性懸浮劑的製備方法，其中至少15wt%該起始固體量為包含纖維素的纖維基質。
  29. 如請求項28之水性懸浮劑的製備方法，其中至少20wt%該起始固體量為包含纖維素的纖維基質。
  30. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該研 磨係在級聯二個以上研磨容器下進行。
  31. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在一密閉迴路中進行。
  32. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該方法係在一開放迴路中進行。
  33. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該方法使用的能量總量係低於每噸含有纖維素的纖維基質之乾纖維10,000千瓦小時或低於每噸含有纖維素的纖維基質之乾纖維5,000千瓦小時。
  34. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該含有纖維素的纖維基質具有加拿大標準游離度10至700立方公分。
  35. 如請求項34之水性懸浮劑的製備方法，其中該含有纖維素的纖維基質具有加拿大標準游離度300至700立方公分。
  36. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該含有纖維素的纖維基質未被精製。
  37. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料的平均粒徑(d50)未被明顯降低。
  38. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該水性懸浮劑經處理以移除至少一部分的水，而形成部分乾的紙製品，或其中該水性懸浮劑經處理以移除100%體積的水，而形成實質上全乾的紙製品。
  39. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該水性環境於微纖維化步驟期間之pH是酸性的。
  40. 如請求項1之水性懸浮劑的製備方法，其中該水性環境於微纖維化步驟期間之pH是鹼性的。
  41. 一種水性懸浮劑，其是利用請求項1至40中任一項之方法所獲得，適用於造紙或塗佈紙類的方法，且該水性懸浮劑包含具有20至50之纖維斜度的微纖維化纖維素及無機粒狀材料。
  42. 一種水性懸浮劑，包含具有20至50之纖維斜度的微纖維化纖維素、無機粒狀材料及其他適用於造紙或塗佈紙類的方法之添加劑。
  43. 一種水性懸浮劑，係由具有20至50之纖維斜度的微纖維化纖維素、無機粒狀材料及其他適用於造紙或塗佈紙類的方法之添加劑組成。
  44. 一種水性懸浮劑，實質上係由具有20至50之纖維斜度的微纖維化纖維素、無機粒狀材料及其他適用於造紙或塗佈紙類的方法之添加劑組成。
  45. 如請求項41至44中任一項之水性懸浮劑，其中該無機粒狀材料具有基於該無機粒狀材料乾重，至少10%重量的粒子具有小於2微米之等效球直徑的粒徑分佈。
  46. 如請求項41至44中任一項之水性懸浮劑，其中該無機粒狀材料具有基於該無機粒狀材料乾重，以馬爾文熟練選別器S系列粒徑分佈分析儀(Malvern Mastersizer S machine)量測得到至少10%體積的粒子具有小於2微米之等效球直徑的粒徑分佈。
  47. 如請求項41至44中任一項之水性懸浮劑，其中 該水性懸浮劑基於該無機粒狀材料與含有纖維素的纖維基質的乾纖維含量之總乾重，包含上達50%重量的微纖維化纖維素。
  48. 如請求項41至44中任一項之水性懸浮劑，其中該無機粒狀材料係碳酸鈣、高嶺土或其之混合物。
  49. 如請求項48之水性懸浮劑，其中該碳酸鈣係研磨碳酸鈣(GCC)或沈澱碳酸鈣(PCC)。
  50. 如請求項41至44中任一項之水性懸浮劑，其中該微纖維化纖維素具有自5至500微米之平均粒徑(d50)。
  51. 一種造紙組成物，包含請求項41至50項中任一項之水性懸浮劑。
  52. 一種紙製品，係由如請求項51之造紙組成物所製備。
  53. 一種紙類塗佈組成物，包含請求項41至50中任一項之水性懸浮劑及其他選用的添加劑。
  54. 一種紙製品，係以請求項53之紙類塗佈組成物塗佈。
  55. 一種紙板，係以請求項53之紙類塗佈組成物塗佈。
  56. 一種紙製品之製程，包含：(i)獲得或製備一包含適用於做成紙製品的紙漿形式之纖維素的纖維基質；(ii)由步驟(i)之紙漿、請求項41至50項中任一項之水性懸浮劑及其他選用的添加劑，製備一造紙組成物；及 (iii)由該造紙組成物形成一紙製品。
  57. 一種整合性紙製品之製程，包含：(i)獲得或製備一包含適用於做成紙製品的紙漿形式之纖維素的纖維基質；(ii)依照請求項1至40中任一項之水性懸浮劑的製備方法，微纖維化一部份含有纖維素的該纖維基質；(iii)由步驟(i)之紙漿、步驟(ii)製備之水性懸浮劑及其他選用的添加劑，製備一造紙組成物；及(iv)由該造紙組成物形成一紙製品。
  58. 如請求項56之紙製品之製程，更包含使用請求項53之紙類塗佈組成物塗佈該紙製品。
  59. 如請求項57之整合性紙製品之製程，更包含使用請求項53之紙類塗佈組成物塗佈該紙製品。
  60. 一種部份乾的紙製品，包含以請求項40之方法獲得的具有20至50之纖維斜度的微纖維化纖維素及無機粒狀材料。
  61. 一種實質上全乾的紙製品，包含以請求項40之方法獲得的具有20至50之纖維斜度的微纖維化纖維素及無機粒狀材料。
  62. 一種水性懸浮劑之用途，係作為造紙組成物之填料，其中，該水性懸浮劑是請求項41至50中任一項之水性懸浮劑。
  63. 一種水性懸浮劑之用途，係作為紙類塗佈組成物之填料，其中，該水性懸浮劑是請求項41至50中任一項之水性懸浮劑。
  64. 如請求項54之紙製品，具有(i)亮度，根據國際標準組織(ISO)標準11475量測，相較於不含依照請求項1至40製備之微纖維化纖維素的塗佈紙製品至少大於2單位，或(ii)派克印刷表面平滑度(Parker Print Surf，PPS)，根據ISO標準8971-4(1992)量測，相較於不含依照請求項1至40製備之微纖維化纖維素的塗佈紙製品至少平滑0.5微米以上，或(i)和(ii)之任何組合。
  65. 一種水性懸浮劑的製備方法，該水性懸浮劑包含微纖維化纖維素，該方法包含微纖維化纖維基質之步驟，該纖維基質包含存在有一當研磨完成後即被移除的研磨介質研磨水性環境中的纖維素，其中該研磨係在一塔式磨或一篩網研磨器中進行，且該研磨係在未有可研磨的無機粒狀材料存在下進行，其中該微纖維化纖維素具有20至50之纖維斜度。
  66. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在該塔式磨中進行。
  67. 如請求項66之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨係包含一靜止區在一或多個研磨區之上。
  68. 如請求項66或67之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨係包含一選別器在一或多個研磨區之上，其中該選別器係一水力旋流器。
  69. 如請求項66之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨係包含一篩網在一或多個研磨區之上。
  70. 如請求項66之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在柱塞流狀態下進行。
  71. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中在塔式磨的頂部靠近靜止區之處添加水，降低該包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料之水性懸浮劑的黏度。
  72. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中水係藉由一或多個位於沿著該塔式磨長度的注水點添加至一或多個研磨區。
  73. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該塔式磨包含一垂直葉輪軸，其整個長度配備有一系列的葉輪轉子圓盤。
  74. 如請求項73之水性懸浮劑的製備方法，其中該葉輪轉子圓盤具有一或多個孔徑，其大小允許精研摩的填料自該處通過。
  75. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在該篩網研磨器中進行。
  76. 如請求項75之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器係一攪拌介質沈砂池。
  77. 如請求項74或75之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約250微米的篩網。
  78. 如請求項77之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約500微米的篩網。
  79. 如請求項78之水性懸浮劑的製備方法，其中該篩網研磨器包含一或多個具有標稱孔徑大小至少約1000微米的篩網。
  80. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質包括具有平均直徑0.5毫米到6.0毫米範圍的粒子。
  81. 如請求項80之水性懸浮劑的製備方法，其中該粒子具有平均直徑至少3毫米。
  82. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質具有比重至少2.5。
  83. 如請求項82之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質的粒子具有比重至少3或至少4或至少5或至少6。
  84. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質係以體積百分比上至70%填料的量存在。
  85. 如請求項84之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨介質係以體積百分比上至50%的量存在。
  86. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該包含纖維素之纖維基質係以起始固體量至少5wt%存在水性環境中。
  87. 如請求項86之水性懸浮劑的製備方法，其中該起始固體量係至少0.5wt%。
  88. 如請求項87之水性懸浮劑的製備方法，其中該起始固體量係至少1wt%。
  89. 如請求項87或88之水性懸浮劑的製備方法，其中該起始固體量係至少2wt%。
  90. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在級聯二個以上研磨容器下進行。
  91. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該研 磨係在一密閉迴路中進行。
  92. 如請求項65之水性懸浮劑的製備方法，其中該方法係在一開放迴路中進行。
  93. 一種水性懸浮劑的製備方法，該水性懸浮劑包含微纖維化纖維素及無機粒狀材料，該方法包含微纖維化纖維基質之步驟，該纖維基質包含存在有無機粒狀材料之水性環境中的纖維素，以獲得具有20至50之纖維斜度的該微纖維化纖維素。
  94. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該微纖維化步驟，包含在存在有無機粒狀材料的情況下，研磨該含有纖維素的纖維基質。
  95. 如請求項94之水性懸浮劑的製備方法，更包括在未存在該含有纖維素的纖維基質的情況下研磨該無機粒狀材料之起始步驟，以獲得具有所欲粒子大小的無機粒狀材料。
  96. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該微纖維化步驟係在一均質器或精製器(refiner)中進行。
  97. 如請求項96之水性懸浮劑的製備方法，更包括一起始步驟i)在未存在該含有纖維素的纖維基質的情況下，於該均質器中處理該無機粒狀材料，或ii)在未存在該含有纖維素的纖維基質的情況下研磨該無機粒狀材料，以獲得具有所欲粒子大小的無機粒狀材料。
  98. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該含有纖維素的纖維基質係一紙漿的形式。
  99. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該含 有纖維素的纖維基質係化學紙漿、化學熱機械紙漿、機械紙漿、回收紙漿、碎紙漿、造紙廠的廢水、造紙廠的廢棄物或其之組合。
  100. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係鹼土金屬碳酸鹽或硫酸鹽。
  101. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係碳酸鈣、碳酸鎂、白雲岩、石膏、含水高嶺石族黏土、無水(煆燒)高嶺石族黏土或其組合。
  102. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係高嶺土、多水高嶺土、球黏土或其組合。
  103. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係偏高嶺土、完全煆燒高嶺土、滑石、雲母、珍珠岩、矽藻土或其組合。
  104. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係鹼土金屬碳酸鹽。
  105. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係碳酸鈣。
  106. 如請求項93之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係高嶺土。
  107. 如請求項94至95及98至106中任一項之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在一或多個研磨容器中進行。
  108. 一種紙製品，包括如申請專利範圍第41至50項中任一項之水性懸浮劑。
  109. 如申請專利範圍第108項之紙製品，包括塗佈組 成物與黏膠劑，所述塗佈組成物包含如申請專利範圍第41至50項中任一項所述之水性懸浮劑。
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