Изготовление бумаги с использованием латекса с агломерированными полыми частицами
Изобретение касается способа изготовления бумажного материала и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при изготовлении бумажной продукции с малой плотностью. Способ, включающий образование водной суспензии, содержащей целлюлозную волокнистую массу, включает использование в суспензии латекса с агломерированными полыми частицами, а также образование из суспензии влажного листа и высушивание этого листа. Техническим результатом является получение бумажных материалов, обладающих хорошим сочетанием оптических, механических, тактильных свойств, гладкости и объема, а также экономичность процесса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Предпосылки создания изобретения
Данное изобретение относится к изготовлению бумажной продукции, обладающей малой плотностью.
Технология изготовления бумаги является очень древней. За последние годы возник повышенный спрос на печатную бумагу, обладающую исключительными физическими свойствами. C другой стороны, существует большой спрос на снижение веса этой бумаги в целях снижения затрат на ее транспортировку и рассылку. Эти требования были исторически противоречащими друг другу, с учетом того, что высококачественная бумага обычно обладает повышенной плотностью бумаги-основы и повышенной массой покрытия, если покрытие нанесено. Бумагу с пониженной плотностью можно выбрать в целях снижения веса изготовленного из нее бумажного изделия, но это не является идеальным решением, поскольку это может привести к утончению бумаги и снижению «ощущения массы» ожидаемого (потребителем) от бумажной продукции. Кроме того, при снижении плотности бумаги желательно поддерживать жесткость бумаги при пониженной толщине листа. По этим причинам в настоящее время на рынке востребованы высококачественные бумажные изделия, которые придают бумаге повышенную толщину при данной плотности бумаги или пониженную плотность бумаги при данной толщине.
Как широко известно, в ходе изготовления бумаги и аналогичной продукции, такой как картон, для повышения качества конечного продукта в волокнистое полотно включают неорганические наполнители. Наполнители важны для улучшения печатных свойств бумаги за счет улучшения характеристик поверхности, и использование соответствующего наполнителя значительно повышает непрозрачность и яркость листа бумаги. Многие неорганические материалы, как было известно в течение длительного времени, являются эффективными для данной цели, но несмотря на эффективность этих неорганических наполнителей, обладающих малой плотностью, позже для них подыскивалось множество различных заменителей.
Современные изготовители бумаги постоянно ищут способ для получения бумаги, обладающей пониженной плотностью при сокращении желаемых механических свойств, теплоизоляционных и оптических свойств. Были опробованы различные подходы, включая использование в качестве наполнителей различных органических и неорганических материалов.
Использование полимерных микросфер в качестве наполнителей для картона раскрыто в Патенте США № 6379497 B1. Патент США № 2002/014632 A1 раскрывает использование растяжимых микросфер в изготовлении непрозрачной пигментной бумаги. Патент США № 2001/0038893 A1 сообщает, что растяжимые микросферы можно использовать при изготовлении картонного материала, обладающего низкой плотностью и имеющего изолирующие свойства. Японские опубликованные патентные заявки 2000-053351, 01-210054 и 11-006466 раскрывают использование полых полимерных частиц в качестве добавок, используемых на влажном этапе бумажного производства, где полые частицы представляют собой катионные частицы по своей природе. Японская опубликованная патентная заявка 2000-160496 разъясняет использование композитных полых частиц при осуществлении влажного этапа процесса бумажного производства, полученных путем адсорбции амфотерного полиэлектролита с высокой молекулярной массой на поверхности полых частиц. Однако целесообразно, чтобы количество обработанных композитных полых частиц, которое остается в бумаге, было низким. Добавки, применяемые для процесса изготовления бумаги, должны удерживаться листом бумаги для надлежащего функционирования. Патент США № 6139961 раскрывает введение в созданный сырой лист полого сферического неорганического пигмента для повышения прочности и непрозрачности бумаги.
Проблема низкозатратного производства бумажных изделий, имеющих одновременно большой объем и повышенные оптические свойства при сохранении приемлемых механических свойств, в известном уровне техники не решена.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение включает в себя способ для создания бумажного материала, причем способ включает в себя создание водной суспензии, содержащей преимущественно целлюлозную волокнистую массу, образование сырого листа из суспензии и высушивание листа, и данное усовершенствование включает в себя использование в суспензии агломерированных полых частиц латекса. Изобретение также включает в себя состав, содержащий агломерированные полые частицы латекса, а также бумажные материалы, изготовленные с помощью способа по изобретению. Предлагаемое изобретение обеспечивает бумажные материалы, обладающие хорошим сочетанием оптических и механических свойств, тактильных свойств, гладкости и объема.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 и 2 представляют собой электронные микрофотографии агломерированных полых частиц латекса.
На фиг.3 представлены графики распределения по размеру для полых частиц латекса и для агломерированных полых частиц латекса.
Фиг.4 представляет собой линейный график зависимости объема бумаги от процентного содержания загрузки наполнителя.
Фиг.5 представляет собой линейный график зависимости непрозрачности бумаги TAPPI (Техническая ассоциация бумагоделательной промышленности США) от процентного содержания загрузки наполнителя.
Подробное описание изобретения
В способе изготовления бумаги по изобретению использованы агломерированные полые частицы латекса, которые можно получить из полых частиц латекса.
Латекс с полыми частицами широко известен и имеется в продаже. Латексы с полыми частицами, используемые для приготовления агломератов, можно получать с помощью любого из подходящих способов. Многие такие способы известны специалистам в данной области техники. Например, можно рассмотреть Патенты США № 4427836, 4594363 и 5157084. Полые частицы латекса могут иметь сердцевину, содержащую кислоту, или бескислотную сердцевину. Примеры латексов с полыми частицами включают в себя марку латекса HS 3000, используемую Компанией «Доу кемикал», и марку латекса Rhopaque HP 1055, используемую Компанией «Ром энд Хааз». Преимущественно, латекс с полыми частицами, используемый в процессе агломерирования, обладает средним размером частиц, равным 0,1-10 микрон. Гранулометрическое распределение полых частиц латекса, используемых в способе агломерирования, не является решающим для эффективности агломерированных полых частиц в качестве наполнителя в покрытиях для бумаги.
Наиболее широко выпускаемые латексы с полыми частицами имеют 20-40 мас.% твердого вещества. Широкий диапазон возможных объемов пустот в полых частицах латекса обеспечивает широкий диапазон плотностей наполнителя. Является предпочтительным, чтобы диапазон объемов пустот полых частиц латекса составлял от примерно 10 до примерно 70 об.%, более предпочтительно от 30 примерно до 60 об.%, а наиболее предпочтительно - от примерно 40 примерно до 55 об.%. Можно использовать смеси латексов с полыми частицами. В одном варианте воплощения настоящего изобретения агломераты можно приготовить из смеси латекса с полыми частицами и другого наполнителя.
Для агломерации полых частиц латекса используют средство для агломерации частиц. Выбор средства для агломерации частиц определяется желаемым зарядом или дзета-потенциалом агломерированных полых частиц латекса. Подходящие средства для агломерации частиц включают в себя, например, катионные поверхностно-активные вещества, такие как цетилпиридинхлорид, четвертичные аммониевые соли и этоксилированные аммониевые соли; положительно, отрицательно или амфотерно заряженные полиэлектролиты, такие как катионсодержащий крахмал, катионный полиакриламид, полиэтиленимин (ПЭИ), полиакриламид-акриловая кислота, поли(диаллилдиметиламмоний хлорид) (ПДАДМАХ) и т.п; нейтральные водорастворимые полимеры, такие как, например, полиэтиленоксид (ПЭО) и частично гидролизованный поливинилацетат; и агломерирующие соли, такие как, например, хлорид кальция, хлорид цинка, хлорид алюминия и сульфат аммония. Коллоидные стабилизированные частицы, к которым прилипают полые частицы, также являются подходящим средством для агломерации частиц. Примеры предпочтительных средств для агломерации частиц включают в себя цетилпиридиний хлорид и поли(диаллилдиметиламмоний хлорид). Можно использовать смеси средств для агломерации частиц. Средство для агломерации частиц используют в количестве, достаточном для образования агломерированных частиц со средним диаметром частиц, большим, чем средний диаметр частиц неагломерированного латекса. Количество средства для агломерации частиц преимущественно является достаточным для превращения, по меньшей мере, примерно 30 мас.% твердой фазы полых частиц латекса в агломераты, предпочтительно, чтобы это количество составляло, по меньшей мере, примерно 50 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 75 мас.%, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, примерно 90 мас.%. Является предпочтительным, чтобы было использовано примерно от 0,01 примерно до 1,0 г средства для агломерации частиц на 1 г твердой фазы полых частиц латекса, а более предпочтительно - примерно от 0,03 примерно до 0,5 г средства для агломерации частиц на 1 г твердой фазы полых частиц латекса.
Агломерацию осуществляют путем приведения в контакт средства для агломерации частиц с латексом, обладающим полыми частицами, при условиях, достаточных для агломерации полых частиц латекса. Является предпочтительным, чтобы приведение в контакт средства для агломерации частиц с латексом, обладающим полыми частицами, было проведено примерно при комнатной температуре и атмосферном давлении с взбалтыванием. Для достижения желаемой плотности агломерата можно выгодно регулировать количество твердой фазы полых частиц латекса, предназначенного для процесса агломерации. Можно агломерировать полые частицы латекса на рабочем месте для изготовления бумаги.
Агломерированные полые частицы латекса после их образования можно в дальнейшем модифицировать с добавлением стабилизирующего агента. Цель добавления стабилизирующего агента состоит в предотвращении дальнейшего повышения размера частиц за счет процесса созревания или дальнейшей агломерации, вызванной высокой сдвиговой коагуляцией. Примеры подходящих стабилизирующих агентов включают в себя водорастворимые полимеры, такие как, например, поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлоза, и крахмал. Предпочтительным стабилизирующим агентом является поливиниловый спирт. Можно использовать смеси стабилизирующих агентов. Количество стабилизатора преимущественно составляет примерно 0-40 мас.% исходя из массы сухой твердой фазы в полых частицах латекса.
Агломераты, используемые в изобретении, представляют собой агломераты полых частиц латекса, содержащего полые частицы. Агломерированные частицы обычно бывают беспорядочными и неровными. Является предпочтительным, чтобы агломерированные частицы латекса имели содержание твердой фазы примерно от 1 до 30% твердой фазы. Как в случае латекса с полыми частицами, количество твердой фазы в агломерированных полых частицах латекса, используемых на влажном этапе процесса бумажного производства, не является существенно решающим фактором из-за сильного разжижения, которому подвергаются агломерированные полые частицы латекса при его использовании в качестве наполнителя на влажном этапе процесса. В одном варианте воплощения, агломерированные полые частицы можно использовать в форме высушенного редиспергированного порошка. У латекса с агломерированными полыми частицами может быть плотность меньше, а размер частиц больше, чем у латексов, которые можно получать с использованием стандартных технологий эмульсионной полимеризации. Больший размер частиц латекса с агломерированными полыми частицами выгоден тем, что агрегаты легче удерживаются в листе в ходе процесса бумажного производства.
В одном варианте воплощения изобретения агломераты можно с выгодой использовать непосредственно в существующих составах бумаги, без использования дополнительных активирующих добавок, таких как удерживающие добавки, и без изменения поверхности частиц. В другом варианте воплощения изобретения можно по желанию использовать дополнительные активирующие добавки. Если агломераты не удерживаются, накопление наполнителя в водном составе волокнистой разжиженной системы, соответствующей процессу бумажного производства, будет в конечном счете негативно влиять на эффективность наполнителя. Является выгодным, чтобы количество агломерированных полых частиц латекса, удерживаемых в бумажном изделии, составляло, по меньшей мере, примерно 80 мас.% исходя из массы латекса с агломерированными полыми частицами, добавленного в процессе бумажного производства. В различных вариантах воплощения изобретения удерживаемое количество составляет, по меньшей мере, примерно 85 мас.%, исходя из массы латекса с агломерированными полыми частицами, добавленного в процессе бумажного производства, по меньшей мере, примерно 90%, или, по меньшей мере, примерно 95%.
Можно добавлять удерживающие добавки для повышения удержания агломерированных пустот. Катионные удерживающие добавки являются предпочтительными, но можно использовать и анионные добавки. Подходящие удерживающие добавки хорошо известны специалистам в данной области техники и включают в себя такие материалы, как, например, полиакриламид и водорастворимые полимерные продукты реакции эпигалогенгидринов. Подходящие материалы данного типа выпускают серийно под марками PERCOL, KYMENE или CASCAMID.
Является предпочтительным, чтобы агломерированные полые частицы латекса имели средний размер частиц примерно 3-100 микрон, более предпочтительно 5-80 микрон, а наиболее предпочтительно, примерно 5-50 микрон. Стабильность агломерата определяют путем контроля распределения частиц по размерам, осуществляемого с помощью метода рассеяния света, после разрыва агломерата в высокоскоростном измельчителе в течение одной минуты. Является предпочтительным, чтобы распределение частиц агломерата по размерам и распределение частиц по размерам под действием смесителя существенно не изменялось. Можно использовать смеси латексов с агломерированными полыми частицами.
Объем пустот полых частиц латекса, наряду с межчастичными пустотами в наполнителе, позволяет регулировать плотность латекса с агломерированными полыми частицами до плотности конкретного наполнителя, необходимого для данного бумажного изделия. Является предпочтительным, чтобы общий объем пустот в наполнителе составлял примерно 30-90 об.%, а более предпочтительно, примерно 40-80 об.%.
Латекс с агломерированными полыми частицами можно стабилизировать поверхностно-активным веществом или водорастворимым полимером, который взаимодействует с поверхностью агломерата. Полный поверхностный заряд латекса с агломерированными полыми частицами может быть либо отрицательным, либо положительным. Агломерированные полые частицы латекса далее можно охарактеризовать как обладающие положительным, нейтральным или отрицательным дзета-потенциалом.
Процесс бумажного производства хорошо известен специалистам в данной области техники. Латекс с агломерированными полыми частицами успешно используют в качестве наполнителя при осуществлении влажного этапа процесса бумажного производства. Добавление химикатов и наполнителя, соответствующих влажному этапу, можно осуществлять различными способами. Латекс с агломерированными полыми частицами можно добавлять на влажном этапе в любое место, например в образовавшуюся влажную ткань, в вентиляторный насос, в толстый обводной трубопровод для бумажной массы, или в любой другой рабочий участок в бумагоделательной машине, или любое сочетание этих рабочих участков. Является предпочтительным добавлять агломерированный латекс в зону процесса, где бумажная масса разжижена, например, в смесительный танк, вентиляторный насос или перед главной камерой. В качестве альтернативы, можно добавлять агломерированный латекс в место, где концентрация волокнистой массы высока, такое как, например, толстый обводной трубопровод для бумажной массы или смесительный бак.
Количество агломерированных частиц, используемых в процессе бумажного производства, зависит от сорта изготавливаемой бумаги и ограничено объемом материала наполнителя с низкой плотностью. Является предпочтительным, чтобы уровень использования агломерированных частиц составлял примерно 0,5-50 частей агломерированных полых частиц на 100 вес.ч. волокнистой массы, более предпочтительно, примерно 0,75-25 частей, а более предпочтительно, примерно 1-20 частей. Латекс с агломерированными полыми частицами можно использовать в качестве единственного наполнителя или же можно использовать вместе с другими наполнителями, такими как синтетический каолин типа магадиита, диоксид титана, размолотый карбонат кальция, осажденный карбонат кальция, а также включая материалы с низкой плотностью, такие как, например, латекс с полыми частицами, карбонат кальция с полыми частицами или кальцинированную каолиновую глину. В различных вариантах воплощения изобретения, латекс с агломерированными полыми частицами включает в себя, по меньшей мере, примерно 10 мас.% общего количества наполнителя, по меньшей мере, примерно 20 мас.% общего количества наполнителя, по меньшей мере, примерно 50 мас.% общего количества наполнителя, или, по меньшей мере, примерно 80 мас.% общего количества наполнителя.
Использование латекса с агломерированными полыми частицами неожиданно может привести к получению бумаги, обладающей уникальной комбинацией свойств, например, объема, непрозрачности и яркости, по сравнению с бумагой, полученной с использованием только минеральных пигментов или твердых минеральных пигментов.
Конкретный вариант воплощения изобретения
Следующие варианты включены для иллюстрации изобретения и не ограничивают объем формулы изобретения. Все доли и процентные содержания приведены в массовых соотношениях, если не указано иное.
Пример 1: Приготовление исходных материалов для латекса с агломерированными полыми частицами:
HS3000 (CAS#214154-63-9) от Компании «Доу кемикал».
Моногидрат цетилпиридиния хлорида (ЦПХ) (CAS#6004-24-6) от «Сигма Олдрич», Сент-Луис, Миссури, США.
Поливиниловый спирт (PVOH) (CAS#9002-89-5) от «Сигма Олдрич».
Деионизированная вода (CAS#007732-18-5)
Приготавливают исходный раствор, содержащий 8,7% сухого PVOH. Раствор PVOH перед использованием нагревают и перемешивают для обеспечения хорошего растворения и равномерного смешивания, а затем раствор подвергают охлаждению до комнатной температуры перед его добавлением к латексным агломератам.
HS3000 (10% сухого вещества, 40O г) добавляют в контейнер на 900 мл (внешний диаметр 3,5", высота 7,0"). Латекс механически перемешивают при 400 оборотах в минуту (лопасть рабочего колеса: внешний диаметр 1,5" с чередующимися прямоугольными зубцами размером l"x0,4", параллельными перемешивающему валу), в то время как ЦПХ (в количестве 0,28 M, 80 мл) добавляют в течение примерно 20 минут. Для приготовления агломерированного латекса латексную смесь после полного добавления ЦПХ в течение 4 часов перемешивают при комнатной температуре. Затем добавляют 120 г исходного раствора PVOH с продолжительным перемешиванием в течение примерно 3 - 5 минут. Смесь (в данный момент агломерированную) продолжают перемешивать при комнатной температуре в течение примерно 40 минут. После завершения перемешивания размеры агломерированных частиц во влажном состоянии измеряют с помощью динамического рассеяния света. В качестве альтернативы для определения размера агломерированных частиц в сухом состоянии используют электронную микроскопию, которую также можно использовать для определения морфологии сухих агломерированных частиц.
Растровую электронную микроскопию (РЭМ) проводят с помощью РЭМ-аппарата Армрэй-1810 при ускоряющем напряжении 20 кВ. Для анализа готовят разжиженные образцы путем добавления двух капель латекса с агломерированными полыми частицами, полученного выше, к 20 мл деионизированной воды. Разжиженные образцы затем по капле добавляют на предметный столик растрового электронного микроскопа, высушивают при комнатной температуре в течение ночи и подвергают плазменному напылению на тонкий слой золота для повышения проводимости и контрастности полимерного образца под действием электронного луча.
Фиг.1 и 2 показывают непосредственный вид морфологии укрупненного образца, давая также иллюстрацию распределения агломерированных частиц по размерам. Фиг.2 показывает морфологию плотно упакованных агломерированных частиц и, кроме того, на ней показан диаметр периферийной окружности конкретной агломерированной частицы, равный приблизительно 10 мкм.
На фиг.3 для анализа размера, распределения и частичного превращения латекса с полыми частицами в латекс с агломерированными полыми частицами используют динамическое рассеяние света (Системы определения распределения частиц по размерам, «Аккюсайзер Инкорпорэйтед, Модель 770»). Образцы готовят для анализа путем добавления 1 капли описанного выше латекса с агломерированными полыми частицами к 20 мл деионизированной воды. С помощью компьютера записываются данные по распределению частиц по размеру, взвешенные как по количеству, так и по объему частиц. Профиль количественного распределения предполагает, что остается малая процентная доля неагломерированных первичных частиц; тем не менее, количество неагломерированных первичных частиц достаточно мало. Для лучшей иллюстрации повышения общего размера частиц при агломерации на фиг.3 показано объемное распределение частиц по размеру как для агломерированного, так и для неагломерированного образца. Ясно, что первичные частицы превращаются в агрегаты величиной 10-30 мкм (исходя из диаметра периферийной окружности). Эти результаты находятся в соответствии с теми, которые были обнаружены с помощью РЭМ на фиг.1.
Пример 2: Приготовление отливки листа бумаги вручную из латекса с агломерированными полыми частицами
Листы бумаги, изготовленные вручную, получают с использованием Британской стандартной полуавтоматической пресс-формы для изготовления листов бумаги вручную согласно способу TAPPI T-205 sp-95 (способ, разработанный Техническим обществом целлюлозно-бумажной промышленности, TAPPI (Technical Association of Pulp and Paper Industry)), для тестирования эффективности латекса с агломерированными полыми частицами. В качестве контрольного наполнителя используют осажденный карбонат кальция, принятый в качестве рабочего эталона. Также, для сравнения эффективности наполнителей с разными загрузками готовят «чистый» (т.е. без добавленного наполнителя) лист, изготавливаемый вручную.
Листы для данного примера помечены следующим образом:
AGG - Латекс с агломерированными полыми частицами из Примера 1
CaCO3 - (контрольный наполнитель: PCC, Albacar®, минеральный наполнитель скаленоэдрической формы от компании «Спешалти Минералз»)
Чистый - (без наполнителя, данный образец показан на графиках в виде точки на графике с 0% наполнителя)
Каждый образец обрабатывают при трех различных концентрациях наполнителя (6%, 10% и 15%, в расчете на массу бумаги с наполнителем). Все добавляемые наполнители рассчитаны на основе их массы в сухом состоянии. В качестве целевой плотности бумаги используют плотность, равную 80 фунт/3300 фут2 или 118 г/м2.
Базовым загрузочным материалом, используемым для изготовления бумаги, является взятая в соотношении 50/50 смесь твердой древесины и мягкой древесины, очищенная согласно 420-му Канадскому стандарту тонкости помола. Все листы бумаги в данном примере изготавливают из одной и той же пульпы очищенной древесной массы. Смешивают приблизительно 20 л древесной массы, взятой при 0,5%-ной консистенции, и из этого образца получают требуемое количество древесины, необходимое для каждого комплекта листов бумаги, изготавливаемых вручную. Для определения количества, требуемого для каждого образца, консистентные наполнители изготавливают в двух экземплярах для каждого базового загрузочного материала.
Для каждой загрузки наполнителя готовят смеси волокнистого материала и наполнителя. Для контроля PCC наполнитель CaCO3 взвешивают и вместе с разбавляющей водой объемом 700 мл помещают в смеситель на одну минуту. Наполнитель для латекса с агломерированными полыми частицами взвешивают, разбавляют и помещают в смеситель на 1 минуту, наряду с пеногасителем ANTIFOAM 1410 (Доу Корнинг - кремнийорганическое соединение) для регулирования возможного пенообразования, возникающего при перемешивании. Затем наполнитель добавляют к волокнистой пульпе и разбавляют до 8,0 л.
Образец, объемом 500 мл каждой смеси волокнистая масса/наполнитель затем измеряют и помещают на магнитную мешалку. К смеси добавляют катионную удерживающую добавку PERCOL 292 в количестве один фунт удерживающей добавки на тонну смеси волокнистый материал/наполнитель и перемешивают в течение 30 секунд. Затем запускают Британскую стандартную полуавтоматическую пресс-форму для изготовления листов бумаги вручную и в пресс-форму наливают смесь волокнистая масса/наполнитель/удерживающая добавка. Пресс-форму для листов, изготавливаемых вручную, заполняют до требуемой высоты, запускают на перемешивание, с последующей стадией отстаивания, и подвергают сушке. Затем лист вынимают из сетки бумагоделательной машины. Двенадцать листов складывают и сжимают одновременно для получения листов бумаги, изготовленных вручную.
Процентное содержание наполнителя с агломерированными полыми частицами в листе бумаги, изготовленном вручную, определяют путем пиролиза сухого остатка, остающегося в воде после сжатия листов. Твердые фазы, остающиеся в воде от конкретного образца, высушивают и определяют процентное содержание этих твердых фаз. Образец массой 1 мг такого остатка затем подвергают пиролизу при 700°C. Количество имеющегося латекса определяют путем сравнения площадей пиков, соответствующих стиролу, в остаточных образцах, с площадями пиков, соответствующих латексу, используемому в эксперименте. Как было обнаружено, пробы воды содержат в своем остатке менее 3 миллионных частей латекса. Исходный уровень латекса в воде составлял 100 миллионных частей, что означает, что в листах бумаги, изготовленных вручную, содержится более 97% латекса с агломерированными полыми частицами.
Оценка эффективности конечного применения заявляемого изобретения в бумажном производстве
Был проведен сравнительный анализ наполнителей с использованием листов бумаги, полученных вручную. Следующие данные служат примером исключительной эффективности наполнителя в виде латекса с агломерированными полыми частицами по сравнению с наполнителем в виде осажденного карбоната кальция, особенно с точки зрения способности к увеличению объема и оптических свойств. Для каждого из типов образцов было получено двенадцать листов, изготовленных вручную, и подтвержденные свойства касались в среднем 10 листов, с учетом многократных замеров показаний по каждому листу.
Объем листа измеряют как отношение его толщины к плотности бумаги. Толщину измеряют в милах (одна тысячная дюйма), а плотность бумаги определяют взвешиванием листа в граммах и делением данной величины на площадь листа, выраженную в квадратных метрах. Объем затем вычисляют путем деления толщины на плотность бумаги и умножением полученной величины на 25,4 для выражения единиц удельного объема в см3/г. Влияние загрузки наполнителя на объем отображено графически на фиг.4. Максимальная способность к увеличению объема бумаги, проявляемая латексом с агломерированными полыми частицами, является очевидной.
Непрозрачность листов бумаги, изготавливаемых вручную, измеряют методом TAPPI Т519. Результаты изображены на фиг.5, где показано, что латекс с агломерированными полыми частицами превосходит «чистый» лист и осажденный карбонат кальция при всех загрузках наполнителя. Яркость листов бумаги, изготавливаемых вручную, измеряют методом TAPPI Т452. Результаты показаны на фиг.6 (зависимость яркости согласно TAPPI от загрузки наполнителя), где показано, что латекс с агломерированными полыми частицами превосходит по яркости осажденный карбонат кальция, а также «чистый» лист, при всех концентрациях.
Обнаружено, что при частичном замещении агломерированных полых частиц минеральным наполнителем листы бумаги, изготавливаемые вручную, становятся более гладкими и кажутся более мягкими на ощупь (бархатистыми).
1. Способ изготовления бумажного материала, включающий в себя образование водной суспензии, содержащей преимущественно целлюлозную волокнистую массу, образование из суспензии влажного листа и высушивание этого листа, отличающийся тем, что он включает в себя использование в суспензии латекса с агломерированными полыми частицами.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что агломерированные полые частицы имеют средний размер частиц от примерно 3 до примерно 100 мкм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что агломерированные полые частицы имеют катионный поверхностный заряд.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что агломерированные полые частицы имеют анионный поверхностный заряд.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что агломерированные полые частицы имеют нейтральный поверхностный заряд.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют дополнительный наполнитель и агломерированные полые частицы содержат, по меньшей мере, 10 мас.% общего количества используемого наполнителя.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что агломерированные полые частицы получают из полых частиц латекса с объемом внутренней полости, находящимся в диапазоне 10-70% от объема частицы латекса.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что агломерированные полые частицы имеют общий объем внутренней полости, находящийся в диапазоне 30-90%.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что агломерированные полые частицы модифицируют путем добавления стабилизирующего агента.
10. Бумажный материал, полученный по способу согласно п.1.
