TWI579428B

TWI579428B - 紙類填料組成物

Info

Publication number: TWI579428B
Application number: TW099115704A
Authority: TW
Inventors: 約翰克勞哈斯本; 帕思凡丁; 大衛羅伯斯庫絲; 塔發茲瓦莫特西
Original assignee: 伊莫瑞斯礦物有限公司
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2017-04-21
Also published as: TW201213636A

Description

紙類填料組成物

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，其可以相對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，且可以相對高裝料水準裝料於紙製品中，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。

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，該方法包含在存在有無機粒狀材料的情況下，而於水性環境中微纖維化含有纖維素的纖維基質之步驟。

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)獲得或製備適用於做成紙製品的紙漿形式之含有纖維素的纖維基質；(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)獲得或製備適用於做成紙製品的紙漿形式之含有纖維素的纖維基質；(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，碳酸鈣進料物質，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，一般來說，用於本發明之無機粒狀材料將含有低於大約5wt%(重量百分比)，較佳低於大約1wt%的其他礦物雜質。

本發明之方法於微纖維化步驟中使用的無機粒狀材料，較佳是具有粒徑分佈至少大約10wt%的粒子具有等效球直徑小於2微米，例如至少大約20wt%、至少大約30wt%、至少大約40wt%、至少大約50wt%、至少大約60wt%、至少大約70wt%、至少大約80wt%、至少大約90wt%、至少大約95wt%或大約100wt%的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50wt%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，於粉末、懸浮劑及乳化劑中的粒子大小可基於米氏理論(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體積%(體積百分比)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%的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%的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50wt%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75wt%的高嶺石，且可包含大於大約90wt%的高嶺石，一些情況下可大於大約95wt%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)，以獲得具有所需的d₅₀值或粒徑分佈的粒子。

(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，包含在無機粒狀材料存在下微纖維化含有纖維素的纖維基質之步驟。依據本方法，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，其基於纖維表示。

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約1300℃到約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毫米約4.0毫米範圍的粒子。研磨介質(或介質)可以高達約70體積%進料(charge)的量存在。研磨介質可以至少約10 體積%進料的量存在，例如至少約20體積%進料、至少約30體積%進料、至少約40體積%進料、至少約50體積%進料，或至少約60體積%進料。

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20wt%，例如具有e.s.d小於2微米的粒子少於約15wt%，或少於約10wt%。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5wt%至約85wt%的懸浮劑的量存在；更佳以約20wt%至約80wt%的懸浮劑的量存在。最佳，粗無機粒狀材料可以約30wt%至約75wt%的懸浮劑存在。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10wt%，例如具有e.s.d小於2微米的粒子至少約20wt%、至少約30wt%、至少約40wt%、至少約50wt%、至少約60wt%、至少約 70wt%、至少約80wt%、至少約90wt%、至少約95wt%、或約100wt%，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減少少於約10%，例如，無機粒狀材料的d₅₀減少少於約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，而獲得具有纖維之單峰值粒徑(modal particle size)自約0.1至500微米範圍的微纖維化纖維及單峰值粒徑自約0.25至20微米範圍的無機粒狀材料。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，而獲得具有纖維之單峰值粒徑至少約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=100 x(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 Agitated Mill，SAM)或愛莎磨(IsaMill))、塔式磨、攪拌介質沈砂池(Stirred Media Detritor，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。

待研磨材料懸浮劑在研磨之前較佳添加適當分散劑至懸浮劑的情況下，可具有一相對高的黏度。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2.0wt%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。

無機粒狀材料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。

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對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持續時間而有所不同。

(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(MantoGaulin(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10wt%的粒子、例如至少大約20wt%、例如至少大約30wt%、例如至少大約40wt%、例如至少大約50wt%、例如至少大約60wt%、例如至少大約70wt%、例如至少大約80wt%、例如至少大約90wt%、例如至少大約95wt%，或例如大約100wt%的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粒狀材料，可具有粒徑分佈至少大約10體積%的粒子、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%的粒子具有等效球直徑小於2微米。

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wt%)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%的水性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，例如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任何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、中量塗佈或機器精製上色(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)。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50wt%的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2wt%，或至少約5wt%，或至少約10wt%，或至少約15wt%，或至少約20wt%，或至少約25wt%，或至少約30wt%，或至少約35wt%，或至少約40wt%，或至少約45wt%，或至少約50wt%，或至少約60wt%，或至少約有70wt%，或至少約80wt%的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乾重，約0.1至2wt%範圍的非離子、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(sizing agent)。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)獲得或製備適用於做成紙製品的紙漿形式之含有纖維素的纖維基質；(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)獲得或製備適用於做成紙製品的紙漿形式之含有纖維素的纖維基質；(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對高裝料水準併入。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對高的孔隙度值有關，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-swellable acrylic)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(satin white)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5wt%的水準；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2wt%的水準；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2wt%的水準，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2wt%的水準，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(Styrene Maleic Anhydride，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2wt%的水準，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2wt%的水準；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(xanthan gum)、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2wt%的水準，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；，例如一或多個亮光墨水封存(gloss-ink hold-out)添加劑：例如，上達約2wt%的水準，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。分散劑以上達約1wt%的水準呈現，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1wt%的水準，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1wt%的水準，例如反二苯代乙烯(stilbene)衍生物。

(j)一或多個染料：例如上達約0.5wt%的水準

(k)一或多個殺菌劑/腐敗控制劑(spoilage control agents)：例如，在上達約1wt%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(sodium o-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2wt%的水準，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2wt% 的水準，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，基於顏料乾重，該最小量可約0.01wt%。

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或有時更高)通過夾片可以使用。

根據本發明製備之塗佈紙製品可展示白度(例如使用 Datacolor Elrepho 3300分光光度計量測)，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，至少約1%，或至少約1.5%，至少約2%，或至少約2.5%，至少約3%，或至少約3.5%，至少約4%，或至少約4.5%，至少約5%。根據本發明製備之塗佈紙製品可展示螢光性(例如使用Datacolor Elrepho 3300分光光度計量測)，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，至少約10%，或約20%，或約30%，或約40%，或約50%。根據本發明製備之塗佈紙製品可展示派克印刷表面平滑度(Parker Print Surf，PPS)(例如於1000kPa量測)，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，至少約1%，或至少約1.5%，至少約2%，或至少約2.5%，至少約3%，或至少約3.5%，至少約4%，或至少約4.5%，至少約5%。

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。兩個可區分之尖峰(peak)出現係解釋為來自礦物(較細尖峰)及纖維(較粗尖峰)。

較細的礦物尖峰係與量測資料點吻合，且自該分佈數學減去而留下纖維尖峰，其轉化為累積性分佈。同理，纖維尖峰係自原分佈數學減去而留下礦物尖峰，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單峰值粒徑。

(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Micromeritics Sedigraph®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 Percol 292，基於總供應固體為0.02wt%)一起添加。根據標準方法例如TAPPI T205 or SCAN C 26：76(M 5：76)，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(M 8：76)。

．破裂強度：Messemer Büchnel破裂測試器，根據SCAN P 24。

．拉伸強度：Testometrics拉伸測試器，根據SCAN P 16。

．班德森孔隙度(Bendtsen porosity)：使用Bendtsen Model 5孔隙度測試器量測，根據SCAN P21，SCAN P60，BS 4420及Tappi UM535。

．填充體積(bulk)：此為根據SCAN P7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Elrepho Datacolour 3300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=100 x R/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懸浮劑。(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懸浮劑經處理用於在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公斤原料高嶺土懸浮劑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Ciba Percol 292，基於總供應固體為0.02wt%)一起添加。根據標準方法例如TAPPI T205 or SCAN C 26：76(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介質與所需的水，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2500及5000kWh/t(基於乾纖維表示)的能量輸入已施予該樣品。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Messemer Büchel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)/bx 100)

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Botnia RM90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，足以允許填料裝料量，自使用標準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Carbital 60HS^TM(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10,000kWh/t之能量輸入(基於纖維表示)付出。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Carbital 60HS^TM(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10,000kWh/t之能量輸入(基於纖維表示)付出。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Carbital 60HS^TM(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10,000kWh/t之能量輸入(基於纖維表示)付出。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顯示除了研磨纖維至細粒子大小，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 90^TM及Carbopaque 90^TM。

上述的參考資料及共磨顏料作成塗佈色料，及塗佈研究係根據下列實施例進行。

(實施例17(對照組))

129克Carbital 60HS(=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(pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix 10，CP Kelco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8.7。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Carbital 90HS(=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(pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix 10，CP Kelco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8.9。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Carbopaque 90(=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(pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix 10，CP Kelco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Carbital 90HS(=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(pph)。接著加入0.3克乾的羧甲基纖維素(Finnfix 10,CP Kelco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(pph)。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0.5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(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(pph)。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Datacolor Elrepho 3300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(ash)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2500及5000kWh/t(基於乾纖維表示)的能量輸入已施予該樣品。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520cm³ CSF。

(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520cm³ CSF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2500及5000kWh/t(基於乾纖維表示)的能量輸入已施予該樣品。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3750及5000kWh/t(基於乾纖維表示)的能量輸入已施予該樣品。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Botnia RM90批式打漿至520cm³的CSF製備。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14)。

以上結果顯示，共磨填料給出增加強度、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，足以允許填料裝料量，自使用標準GCC填料的25wt%增加至40wt%而不會喪失破裂強度。

(實施例32)

321克72wt%之填料高嶺土漿料(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950C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%之填料高嶺土漿料(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Percol 292(Ciba出品)，基於總供應固體量之0.14wt%添加。

手抄紙張係使用5wt%標的填料裝料量之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%RH與23℃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。

(實施例35)

750克乾重的英國高嶺土(Intramax 60)混合540cm³的水及1.9克40%聚丙烯酸酯分散劑溶液(Accumer 9300,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微米孔隙的篩子自介質分離。能量輸入量測為147kWh/t，最終固體係45.8wt%、pH 9.2及乾產物具有基於總產物表示為纖維含量4.95wt%。纖維成份之單峰值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Intramax 60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，纖維成份之單峰值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%。纖維之單峰值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%固體漿料與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%。纖維成份之單峰值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Percol 292(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)。

這些結果顯示共磨填料(filler)，特別是使用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，足以允許具有共磨填料之填料裝料量，自0wt%增加至至少8wt%，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)。

這些結果顯示，使用共磨填料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，裝料量可從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%的60%<2μm的標準GCC之裝料量作成。最後一組(E組)使用50/50混合Optical HB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% RH與23℃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。

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

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，該方法包含在存在有該無機粒狀材料的情況下，而於水性環境中微纖維化含有纖維素的纖維基質之步驟，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，以獲得具有20至50之纖維斜度的該微纖維化纖維素，其中該研磨係在研磨容器中進行。
如申請專利範圍第1項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，以獲得具有所欲粒徑分佈的無機粒狀材料。
如申請專利範圍第1項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中進行。
如申請專利範圍第3項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，以獲得具有所欲粒徑分佈的無機粒狀材料。
如申請專利範圍第1至4項中之任一項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。
如申請專利範圍第1項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。
如申請專利範圍第1項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。
如申請專利範圍第1項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。
如申請專利範圍第1項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。
如申請專利範圍第1項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。
如申請專利範圍第1項之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係碳酸鈣。
如申請專利範圍第1項之水性懸浮劑的製備方法，其中該無機粒狀材料係高嶺土。
如申請專利範圍第1項之水性懸浮劑的製備方法，其中該方法使用的能源總量係低於每噸該含有纖維素的纖維基質之乾纖維10,000千瓦小時。
如申請專利範圍第1項之水性懸浮劑的製備方法，其中該方法使用的能源總量係低於每噸該含有纖維素的纖維基質之乾纖維5,000千瓦小時。
如申請專利範圍第1項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。
如申請專利範圍第15項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。
如申請專利範圍第1項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未精製。
如申請專利範圍第1或2項之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係在滾筒磨、攪拌磨、塔式磨、攪拌介質沈砂池(Stirred Media Detritor，SMD)中進行。
如申請專利範圍第1或2項之水性懸浮劑的製備方法，其中該研磨係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。
如申請專利範圍第1或2項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)被降低。
如申請專利範圍第1項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。
如申請專利範圍第1項之水性懸浮劑的製備方法，其中該水性環境於該微纖維化步驟的期間之pH是酸性的。
如申請專利範圍第1項之水性懸浮劑的製備方法，其中該水性環境於該微纖維化步驟的期間之pH是鹼性的。
一種水性懸浮劑，利用申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法獲得，且適用於造紙或塗佈紙類的方法。
一種水性懸浮劑，利用申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法獲得，且包含微纖維化纖維素、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。
一種水性懸浮劑，利用申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法獲得，且係由微纖維化纖維素、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。
一種水性懸浮劑，利用申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法獲得，且實質上係由微纖維化纖維素、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。
如申請專利範圍第24至27項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10wt%的粒子具有小於2微米之等效球直徑的粒徑分佈。
如申請專利範圍第24至27項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。
如申請專利範圍第24至27項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該含有纖維素的纖維基質的乾纖維含量之總乾重，包含上達50wt%的該微纖維化纖維素。
如申請專利範圍第24至27項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。
如申請專利範圍第31項之水性懸浮劑，其中該碳酸鈣係研磨碳酸鈣(GCC)或沈澱碳酸鈣(PCC)。
如申請專利範圍第24至27項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。
一種造紙組成物，包含申請專利範圍第24至33項中任一項之水性懸浮劑。
一種紙製品，由申請專利範圍第34項之造紙組成物製備。
一種紙類塗佈組成物，包含申請專利範圍第24至33項中任一項之水性懸浮劑及其他選用的添加劑。
一種紙製品，使用申請專利範圍第36項之紙類塗佈組成物塗佈。
如申請專利範圍第37項之紙製品，具有(i)白度(使用資料色彩愛爾瑞佛3300分光光譜儀(Datacolor Elrepho 3300 spectrophotometer)量測)，相較於不含依照申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法製備之該微纖維化纖維素的塗佈紙製品至少大於2%，或(ii)螢光性(使用資料色彩愛爾瑞佛3300分光光譜儀(Datacolor Elrepho 3300 spectrophotometer)量測)，相較於不含依照申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法製備之該微纖維化纖維素的塗佈紙製品至少大於10%，或(iii)派克印刷表面平滑度(Parker Print Surf，PPS)，在1000kPa量測，相較於不含依照申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法製備之該微纖維化纖維素的塗佈紙製品至少平滑2%以上，或(i)、(ii)及(iii)之任何組合。
一種紙板，使用申請專利範圍第36項之紙類塗佈組成物塗佈。
一種紙製品之製程，包含：(i)獲得或製備適用於做成紙製品的紙漿形式之含有纖維素的纖維基質；(ii)由步驟(i)之該紙漿、申請專利範圍第24至33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。
如申請專利範圍第40項之紙製品之製程，更包含使用申請專利範圍第36項之紙類塗佈組成物塗佈該紙製品。
一種紙製品之整合性製程，包含：(i)獲得或製備適用於做成紙製品的紙漿形式之含有纖維素的纖維基質；(ii)依照申請專利範圍第1至23項中任一項之水性懸浮劑的製備方法，微纖維化一部份該含有纖維素的纖維基質；(iii)由步驟(i)之該紙漿、步驟(ii)製備之該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。
如申請專利範圍第42項之整合性紙製品之製程，更包含使用申請專利範圍第36項之紙類塗佈組成物塗佈該紙製品。
一種部份乾的紙製品，包含以申請專利範圍第21項之水性懸浮劑的製備方法獲得的微纖維化纖維素及無機粒狀材料。
一種實質上全乾的紙製品，包含以申請專利範圍第21項之方法獲得的微纖維化纖維素及無機粒狀材料。
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申請專利範圍第24至33項中任一項之水性懸浮劑。
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申請專利範圍第24至33項中任一項之水性懸浮劑。
一種紙製品，包括如申請專利範圍第24至33項中任一項之水性懸浮劑。
如申請專利範圍第48項之紙製品，包括塗佈組成物，所述塗佈組成物包含如申請專利範圍第24至33項中任一項所述之水性懸浮劑與黏著劑。