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CN110050097A - 基于植物纤维和矿物填料的粘合剂组合物及其制备与用途 - Google Patents

基于植物纤维和矿物填料的粘合剂组合物及其制备与用途 Download PDF

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CN110050097A CN201780073324.XA CN201780073324A CN110050097A CN 110050097 A CN110050097 A CN 110050097A CN 201780073324 A CN201780073324 A CN 201780073324A CN 110050097 A CN110050097 A CN 110050097A
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Abstract

本发明涉及含有水、植物纤维和矿物填料的粘合剂组合物，‑植物纤维和矿物填料之间的重量比在99/1和2/98之间，‑植物纤维和矿物填料已被同时精制，其中精制的纤维的平均尺寸在10到700μm之间，并且其中精制的纤维至少部分地包埋精制的矿物填料。

Description

基于植物纤维和矿物填料的粘合剂组合物及其制备与用途
技术领域
本发明涉及一种粘合剂组合物，其组分可能主要来自回收材料和/或工业废物，或者甚至任何富含矿物填料和纤维素细粒(fines)/纤维的纸流(paper stream)的混合物。该粘合剂组合物主要由矿物填料和植物基有机材料组成。该混合物在下文中称为“粘合剂组合物”。
本发明的使用领域涉及生物材料、复合产品以及造纸工业的产品的生产。它尤其可能涉及生产纸或纸板。
现有技术
纸和纸板等纸制品由木质纤维素纤维的含水悬浮液制备。它们可以由回收纤维制备。
除木质纤维素纤维外，这些产品通常包含矿物填料。这些填料也可以来自回收通道，特别是回收纸浆。
将所谓的“回收”矿物填料和所谓的“天然”(非回收)矿物填料引入回路中，以改变纸或纸板的性能，特别是光学和/或表面性能。该填料还可以降低成品的成本。
例如，造纸工业中常用的所谓天然矿物填料包括碳酸钙、高岭土、二氧化钛、滑石和胶态二氧化硅。
然而，在光学或表面性能方面，即使天然矿物填料提供所需的性能，回收矿物填料通常会引起改变的并且有时是不希望的光学效应。然而，无论其来源如何，所有所谓的天然或回收填料都会降低纸或纸板的成本并影响纸或纸板的机械和光学性能。此外，鉴于矿物填料和木质纤维素纤维之间缺乏化学亲和力、它们的有意或不受控制的引入，并且取决于它们的引入方式，通常需要存在其他固定剂和/或保留剂，例如阳离子聚丙烯酰胺，和/或粘合剂，例如淀粉，其用于改善片材的强度和填料的保留。
还开发了丙烯酰胺基聚合物及其衍生物，以改善填料保留，同时保持纸或纸板的机械性能，例如撕裂强度、内部内聚力和耐破强度。
尽管这些解决方案相对令人满意，但仍然需要替代物，更特别是聚合物和/或淀粉的替代物，以更低的成本用于本体内或表面上以改善纸的物理特性。
广义上讲，这是本发明通过开发粘合剂组合物来解决的问题。该粘合剂组合物可以部分或完全替代干燥状态下的增强剂(淀粉、两性聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和瓜尔胶)的使用。它还可以提高保留和矿物填料含量，同时最大限度地减少纸或纸板的机械性能损失。
发明内容
本发明涉及主要由水、植物基有机材料和矿物填料组成的粘合剂组合物。
更具体地，本发明涉及含有水、植物纤维和矿物填料的粘合剂组合物，
-植物纤维和矿物填料之间的重量比在99/1和2/98之间，有利地在95/5和15/85之间，更有利地在80/20和20/80之间，
-植物纤维和矿物填料已被同时精制。
本发明还涉及该粘合剂组合物的生产方法及其在纸或纸板生产中的用途。
粘合剂组合物
粘合剂组合物的粘合性能源于其制备，并且更具体地，源于在矿物填料存在下的植物基有机材料(植物纤维)的精制。精制对应于机械压缩和剪切处理。通常，精制允许植物基有机材料的原纤化和/或切割。精制进一步允许植物纤维的比表面积和结合力的开发。
在精制过程中矿物填料的存在可以使后者破碎，但也至少部分地用已经精制的植物纤维包覆它们。因此，在根据本发明的粘合剂组合物中，由于在已经精制的植物纤维之间形成网络，矿物填料至少部分地彼此结合。
一旦包覆，粘合剂组合物的矿物填料可以固定和/或包含在木质纤维素纤维网络中以生产纸或纸板。它们在这种具有大的比表面积的纤维网络中的整合可以改善纸或纸板的机械性能和/或柔软性，而通过标准方法添加矿物填料会降低机械特性和/或柔软性。在粘合组合物中，“包覆的矿物填料”是指至少部分包埋在纤维中的矿物填料，优选完全包埋。因此，矿物填料至少部分地被纤维覆盖或包围。
粘合剂组合物的一个特征涉及增加矿物填料水平而不改变纸或纸板的物理特性。实际上，至少一些纸或纸板中存在的矿物填料来自粘合剂组合物，其中矿物填料至少部分地被植物纤维包覆。增加植物纤维的比表面积不仅可以固定精制过程中存在的矿物填料，而且可以改善矿物填料在生产纸或纸板的过程中的保留。因此，粘合剂组合物是指固定矿物填料而不损害纸或纸板的机械特性的组合物。
植物纤维通常是木质纤维素纤维。它们可以从衍生自木质纤维素材料(特别是木材(硬木或软木)和一年生植物)的纤维素纤维获得。它们也可能来自回收纤维素材料。
有利地，粘合剂组合物的植物纤维的平均尺寸平均在10μm和700μm之间。更有利地，纤维的尺寸平均在10μm和500μm之间，甚至更有利地为约10μm至400μm，并且甚至更有利地为约100μm至400μm。这是在矿物填料存在下精制的纤维的平均尺寸。根据另一个实施方案，粘合剂组合物的植物纤维可有利地具有在10μm和600μm之间的平均尺寸，更有利地约100μm至600μm。通常，具有尺寸为10μm至80μm的纤维称为细粒。
尺寸是指植物纤维的最大的维度，例如长度。
通常，诸如尺寸(长度、直径、厚度)的性能可以从常规方法和装置获得，例如MorFi纤维形态分析仪。
根据本发明的粘合剂组合物是纤维组合物。它含有精制纤维，但它可含有细粒(即尺寸为10μm至80μm的纤维)和/或原纤化纤维。通常，粘合剂组合物的精制纤维包括：
-已切割的纤维，这些纤维可能是原纤化的或者不是，
-细粒(10-80μm)，即已切割的纤维或已切割的原纤化纤维。
然而，粘合剂组合物的纤维含量主要由精制纤维制成。精制纤维包括已经切割的纤维和原纤化纤维。粘合剂组合物的99/1至2/98重量比涉及精制纤维和精制填料；因此，它涉及已经切割的纤维和原纤化纤维。
根据一个具体实施方案，粘合剂组合物可具有总百分比优选高于30％长度的细粒(尺寸为10-80μm的纤维)，更优选高于50％，甚至更优选在60和90％之间，并且甚至更优选在70％和90％之间。这些百分比可以从常规方法和装置获得，例如MorFi纤维形态分析仪，长度％细粒。
纤维由微原纤(microfibrils)层组成。更具体地，纤维由数十或数百个微原纤(通常小于500个微原纤)形成，所述微原纤布置在由木质素和/或半纤维素连接的层中。精制纤维的直径通常在10至60μm之间，优选在15至40μm之间，并且长度通常在10μm至700μm之间，更优选在100μm至600μm之间。
原纤化纤维是具有从纤维主芯出来的原纤的纤维。
微原纤由纤维的原纤化产生。它们由原纤的聚集体(通常少于60个原纤)组成。例如，WO2014/091212和WO2010/131016涉及微原纤的形成。
纳米原纤或初级原纤(primary fibrils)由微原纤的原纤化产生。它们由通过氢键缔合的纤维素大分子形成。例如，WO2010/112519和WO2010/115785涉及纳米原纤的形成。
通常，纳米晶体纤维素的宽度为约5nm至50nm，长度为约100nm至500nm。纳米原纤纤维素的宽度为约20nm至50nm，长度为约500nm至2000nm。无定形纳米纤维素(椭圆形)具有约50nm至300nm的平均直径。(见Chamberlain D.，Paper Technology Summer 2017Micro-and Nano-Cellulose Materials–An Overview)
精制允许切割纤维。它还允许纤维溶胀。因此，经过精制的纤维更短且更溶胀。当在精制期间发生纤维剥离时，由于也发生溶胀，所得纤维的尺寸(直径或厚度)不会急剧减小。这两种现象实际上相互抵消了。然而，精制增加了尺寸小于80μm的纤维的量。
总之，根据本发明的精制促进了纤维的切割与纤维的原纤化。
根据本发明的粘合剂组合物具有的平均尺寸为335μm或更大的纤维的百分比优选为粘合剂组合物中纤维总量的10％或更少，更优选地在1％和10％之间，并且甚至更优选地在1％和5％之间。
在精制结束时，植物纤维的比表面积有利地包括在5m2.g-1和200m2.g-1之间，更有利地在10m2.g-1和100m2.g-1之间。
所实施的植物纤维有利地源自纸和/或纸板回收通道。
在粘合剂组合物中，当预先干燥的粘合剂组合物经受425℃的温度至少2小时时，植物纤维(回收的或非回收的)对应于来自能够燃烧的植物的有机材料部分。因此燃烧的质量对应于植物纤维质量部分。
除植物纤维外，粘合剂组合物还包含矿物填料。
通常，任何类型的常规矿物填料都可以在本发明中实施。这可能涉及天然矿物填料，即不是来自回收的填料。
然而，矿物填料有利地源自纸和/或纸板回收通道。
无论其来源如何，矿物填料尤其可选自包括碳酸钙、高岭土、二氧化钛、滑石及其混合物的组。
在粘合剂组合物中，矿物填料的平均尺寸有利地集中于约1μm至100μm，更有利地约10μm至50μm。它们也可以采用单一填料和/或簇的形式。通常，平均尺寸可以集中于1μm至10μm。
尺寸是指最大的维度，例如球形填料或簇的直径。这是在植物纤维存在下精制后的填料的尺寸。
在粘合剂组合物中，当预先干燥的粘合剂组合物经受425℃的温度至少2小时时，回收的或非回收的矿物填料对应于未燃烧的矿物材料部分。
对于源自回收特别是纸或纸板回收的填料和/或植物纤维，可以在425℃的温度下使用相同的燃烧试验至少2小时，以确定回收的材料中含有的植物填料的数量和矿物填料的数量。
当矿物填料和/或植物纤维来自回收通道时，它们可以来自回收材料和/或工业厂房废物。它们也可以来自脱墨污泥和/或其他工业废物。通常，这些组合物主要由矿物填料和/或有机物质组成。
因此，粘合剂组合物可包含：
-水，
-天然(非回收的)植物纤维和/或回收的植物纤维，以及
-天然(非回收的)矿物填料和/或回收的矿物填料。
因此，本发明可以将植物纤维(回收的和/或非回收的)和矿物填料(回收的和/或非回收的)组合在均匀组合物中。
如已经指出的，粘合剂组合物的植物纤维/矿物填料的重量比包含在99/1和2/98之间，有利地在95/5和15/85之间，有利地在80/20和20/80之间。有利地，它每升水包含5至500g植物纤维和矿物填料的混合物，更有利地10g至100g，并且还更有利地20g至50g。
根据一个具体实施方案，粘合剂组合物还可包含至少一种添加剂，例如流变改性剂，或改善机械特性的试剂。在粘合剂组合物中，相对于粘合剂组合物的重量，所述至少一种添加剂有利地在0和50％之间。当存在时，所述至少一种添加剂至少为非零的重量百分比。
然而，除了任意杂质之外，根据本发明的组合物有利地由水、植物纤维(回收的或非回收的)和矿物填料(回收的或非回收的)组成。任意杂质尤其可以来自用于制备粘合剂组合物的植物纤维的纤维悬浮液。当存在时，杂质优选小于粘合剂组合物的10重量％，优选小于5重量％，并且更优选小于1重量％。杂质的量可以根据常规方法测量，例如使用具有0.15mm标准狭槽宽度的萨默维尔筛(Somerville screen)。杂质可包括塑料。
根据本发明的粘合剂组合物对应于其组分在体积上具有均匀分布的组合物，精制可以使矿物填料破碎，并且至少部分地将它们包覆在植物纤维中。
粘合剂组合物的布氏(Brookfield)粘度优选为500cps至20000cps，更优选为800cps至12000cps。
粘合剂组合物的布氏粘度可以用布氏粘度计在25℃下用LV模块测量。本领域技术人员将能够确定适合于测量粘度范围的模块和速度(布氏粘度计，LV模块)。优选以100rpm在100秒后测量布氏粘度。
粘合剂组合物通常是触变的。换句话说，其粘度在剪切时降低并回到原始粘度或在剪切结束时随时间增加。
制备粘合剂组合物的方法：
本发明还涉及制备粘合剂组合物的方法。
如已经指出的，粘合剂组合物的性能源于在矿物填料存在下植物纤维的精制。
该方法包括以下步骤：
-制备植物纤维和矿物填料在水中的悬浮液，植物纤维和矿物填料的重量比包含在99/1和2/98之间，有利地在95/5和15/85之间，更有利地在80/20和20/80之间，
-精制所述悬浮液。
精制不能与研磨过程或原纤化过程相比。申请人已经比较了由研磨纤维素和矿物填料得到的市售混合物。申请人进行的不同实验(参见下面的“实施例”部分)表明，根据本发明的粘合组合物提供了改进的强度性能。
不希望受理论束缚，申请人认为这些改进是由于精制步骤增强了切割纤维的事实。与研磨步骤相反，尽管可发生一些原纤化，但它不会促进纤维的原纤化。另外，根据本发明的原纤化提供了均匀的尺寸分布，其中诸如研磨的原纤化过程提供了不同的尺寸分布。最后，与研磨相反，根据本发明的精制提供以精制纤维包覆或包埋在精制纤维内的矿物填料。
精制提供已切割的纤维。精制纤维主要由长度方面缩短的纤维组成。精制并不意味着原纤化，因为它的目的不是将纤维分裂成微原纤或纳米原纤。然而，如已经提到的，可发生一定量的原纤化。实际上，少量纤维可以部分或完全原纤化。此外，精制可以提供溶胀的纤维(精制步骤在水存在下进行)。
精制通常在两个平行的精制盘之间进行，所述精制盘在盘之间，通常在旋转盘和固定盘之间，具有固定的距离。精制还可以通过一系列平行的成对的盘进行，优选一系列的几对盘(例如，2到6对盘)，其可以具有相同的盘间距离或减小的盘间距离。例如，这些盘可以由钢或不锈钢制成。通常，精制盘包括杆(bars)和凹槽。本领域技术人员将能够选择合适的盘，所述盘将在纤维原纤化时促进切割。
研磨涉及剪切/断裂和压碎纤维。研磨过程中的剪切/断裂肯定大于精制过程中的剪切/断裂。更具体地说，在研磨过程中，纤维暴露于磨损，因为它们被固定并压靠在研磨介质或研磨盘(具有突出的砂粒的盘)上。结果，纤维被分离成断裂的被压碎的单个纤维。另一方面，精制对纤维进行去皮和切割。
原纤化或纳米原纤化提供原纤维，即将纤维分裂成原纤维。然而，这种过程不一定涉及减少纤维的长度。因此，它与精制相反。纳米原纤可以通过超细研磨制备。通常，超细研磨机包括分开一段距离的陶瓷盘，该距离取决于供给研磨机的组合物纤维。在研磨过程中，两个盘之间的距离发生变化。
结果，原纤化纤维的长度通常大于精制纤维的长度。
此外，根据本发明，精制优选在不存在任何研磨介质的情况下进行，如任何硬质材料如陶瓷或金属的珠、球或颗粒。
在精制之前，该方法还可包括分馏步骤和/或酶处理步骤。因此，该方法可包括以下顺序步骤：
a)制备植物纤维和矿物填料在水中的悬浮液，
b)任选地，分馏该悬浮液，
c)任选地，酶处理该悬浮液，
d)精制该悬浮液。
a)制备植物纤维和矿物填料在水中的悬浮液
根据本发明的植物纤维和矿物填料在水中的悬浮液可以由回收的或非回收的植物纤维以及回收的或非回收的矿物填料制备。因此，它可以至少部分地由回收材料产生，例如源自回收纸或纸板的材料。
基于回收材料的性能，可以添加非回收的植物纤维和/或非回收的矿物填料以达到所需的植物纤维/矿物填料重量比。
如前所述，植物纤维和/或矿物填料可以来自回收材料和/或工业厂房废物。例如，它们可能来自造纸污泥，特别是脱墨污泥或污水污泥，和/或其他工业废物，和/或来自造纸机的白水的滤饼。
通常，植物纤维的悬浮液(纤维悬浮液)通常包含每升水5g至500g粘合剂组合物的组分，更有利地10g至100g，并且还更有利地20g至50g。
通常对回收材料进行预处理，使得可以在回收过程中分离富含回收的矿物填料和平均尺寸通常小于2000μm的植物纤维的馏分。
因此，在含水悬浮液中，植物纤维有利地具有小于5000μm的平均尺寸，更有利地小于2000μm，更有利地小于1000μm，并且还更有利地小于800μm。
可以在分馏步骤之前和/或之后任意添加矿物填料。任意添加矿物填料也可以在酶处理步骤之前和/或之后进行。因此，任选的步骤(分馏和酶处理)可以在不存在矿物填料的情况下进行。只有精制步骤必须在植物纤维和矿物填料存在下进行。
b)任选的分馏
分馏步骤任选地在精制之前进行，并且如果适用的话在酶处理之前。
植物纤维悬浮液的分馏可以使得悬浮液富含短植物纤维，所述短植物纤维有利地具有小于2000μm的平均尺寸，更有利地小于1000μm，并且还更有利地小于800μm。如果适用，即当纤维悬浮液包含矿物填料时，分馏也可以使悬浮液富含矿物填料。
因此，与未通过分馏富集的纤维悬浮液相比，富含短植物纤维和/或矿物填料的悬浮液可以促进矿物填料的包覆，并因此以较少的能源促进粘合剂组合物的生产。
分馏可以使用常规技术进行，特别是通过用槽和/或孔和/或水力旋流器和/或增稠器-洗涤器进行筛分。
在分馏结束时，任选地可将矿物填料加入植物纤维悬浮液中。也可加入未分馏的植物纤维，这些植物纤维有利地具有小于5000μm的平均尺寸。
c)任选的酶处理
根据一个具体实施方案，植物纤维可在精制步骤之前进行酶处理。
该处理有利地在分馏步骤之后进行。
因此，根据一个优选的实施方案，制备粘合剂组合物的方法包括以下步骤：
-分馏回收的或非回收的纤维的悬浮液，所述悬浮液也可包含回收的或非回收的矿物填料，
-任选地，将回收的或非回收的矿物填料和/或工业废物添加到由分馏产生的悬浮液中，
-酶处理该悬浮液，
-任选地，将回收的或非回收的矿物填料和/或工业废物添加到该悬浮液中，
-精制该植物纤维和矿物填料的悬浮液。
酶处理可以在存在或不存在矿物填料的情况下进行。实际上，矿物填料可以在酶处理之前或在酶处理和精制之间引入。
酶处理有利地在酶混合物存在下并在精制之前进行。
这些酶能够分解植物纤维的至少一种组分，即木质素和/或纤维素和/或半纤维素。通常，这些酶可通过改变其组分使植物纤维变脆。
本领域技术人员会知道如何选择合适的酶以及基于后者的处理条件。
可以通过将悬浮液暴露于蒸汽来终止酶的活性。
在酶处理结束时，任选地可将矿物填料加入植物纤维悬浮液中。还可以添加未经酶处理的植物纤维。
d)在矿物填料存在下精制植物纤维
如已经指出的，植物纤维的精制是在矿物填料存在下进行的。这可以开发植物纤维的比表面积并且至少部分地用植物纤维包覆矿物填料。
有利地，就植物纤维和矿物填料而言，精制不会改变悬浮液的浓度。因此，有利地在进行精制之前确定粘合剂组合物的每种组分的量。
有利地，精制在分馏步骤和/或酶处理步骤之后进行。
在精制之前，矿物填料通常具有填料块的形式。此外，源自回收的矿物填料块通常对于最粗糙的具有范围为400μm至1000μm的尺寸，这与立即用于生产纸张而没有负面后果是不相容的。
通常，精制纤维悬浮液可以压缩和剪切植物纤维。在目前的情况下，精制还可以减小矿物填料的尺寸，特别是通过打碎矿物填料的聚集体。纤维和填料的同时精制还用于在制备粘合剂组合物方法的过程中至少部分地通过纤维包覆或包埋填料。
精制使得可以使矿物填料(或聚集体)破碎，在精制结束时，回收的矿物填料(或块)相对于其初始比表面积通常经历至少1.5至30倍的增加，优选至少5倍以及可能大约10倍。换句话说，精制增加了回收的矿物填料的比表面积。
然后，精制的并且至少部分地被植物纤维包覆的矿物填料的平均尺寸有利地集中于约1μm至100μm，更有利地约10μm至50μm。通常，平均尺寸可以集中于约1μm至10μm。它们也可以采用单一填料和/或单一填料的簇的形式。
尺寸是指精制步骤后填料或块的最大维度，例如球形填料或块的直径。
因此，该方法特别适用于使用源自纸或纸板回收的产品，由于可能存在矿物填料和细纤维素成分，这些产品直到现在都被认为是不需要的。
如已经提到的，在精制结束时，精制纤维的长度加权平均长度(length-weightedaverage length)有利地在10μm和700μm之间，更有利地在10μm和500μm之间，甚至更有利地约100μm至400μm。根据另一个实施方案，粘合剂组合物的植物纤维可具有有利地在100μm和600μm之间的平均尺寸，更有利地约100μm至600μm。通常，尺寸为10μm至80μm的纤维称为细粒。
根据本领域技术人员的平均知识，平均长度加权长度优选地从下式获得，其中“n”是单个纤维并且“l”是单个纤维的长度：
此外，在精制阶段结束时，粘合剂组合物具有干含量(植物纤维+矿物填料)有利地在每升水5和500g之间，更有利地为每升水约10至100g，并且还更有利地为每升水20g至50g的浓度。
如已经提到的，精制通常在平行的具有固定的盘间距离的精制盘之间进行。根据本发明的一个优选实施方案，待精制的植物纤维和矿物填料的含水悬浮液优选在这些盘之间通过一次或数次。精制通常在通过精制盘10至80次(passages)之后停止，更优选通过10至60次，甚至更优选在通过15至40次之后。
根据本发明的方法具有的总能量输入为每吨植物纤维和矿物填料200至2000kW.h，更优选为每吨300至900kW.h，甚至更优选为每吨400至700kW.h。
根据本发明，精制优选地表示将待精制的植物纤维和矿物填料的含水悬浮液在精制盘之间运行，例如在两个精制盘之间。当精制达到阈值时无需无限期运行悬浮液。此外，由于大多数纤维优选地从不原纤化，因此不会发生过度精制。
在精制阶段之后，可以浓缩粘合组合物，例如可以部分地蒸发水。
粘合剂组合物的用途：
本发明还涉及粘合剂组合物在纸或纸板生产方法中的用途，以及生产纸或纸板的方法。
该粘合剂组合物例如可用于生产纸和/或纸板，和/或生产生物材料和/或复合材料的方法。实际上，它可以改善植物纤维之间的内聚力、将矿物填料固定在成品中并参与改善机械性能。
当粘合剂组合物在常规的生产纸或纸板的方法中用作添加剂时，将其有利地引入稀释的浆料(paste)中，例如在流浆箱(headbox)中，和/或分层的流浆箱中。然后引入的粘合剂组合物的量相对于纤维悬浮液的质量有利地为0.5至10重量％。
粘合剂组合物也可以施用在已经形成的纸或纸板上。然后它涉及表面处理，其中粘合剂组合物有利地通过喷涂杆和/或表面施用，例如在涂层或施胶压榨(size press)中施用。
该粘合剂组合物可以有助于内部内聚力、拉伸、耐爆破、抗压缩等的机械性能，和/或柔软性和/或降低的渗透性和/或更好的填料保留，而不妨碍在纸或纸板形成过程中的排水性。
鉴于其性能，根据本发明的粘合剂组合物可用于制备任意类型的纸或纸板。因此可以将其引入层压制品的特定层(用于非均质层的层压过程)。
它还可用于增加印刷和书写纸和/或卫生或家用纸(纸巾、面巾纸、厕纸、餐巾纸等)中矿物填料的数量。
通过以下附图和实施例，本发明及其优点对于本领域技术人员而言将变得更加明显。
附图说明
图1显示了根据本发明的粘合组合物与通过研磨获得的组合物的纤维长度分布(面积加权纤维长度)。
图2显示了根据本发明的粘合组合物与通过研磨获得的组合物的平均纤维长度。
具体实施方式
实施例
已经将根据本发明的粘合组合物(GP)与在矿物填料存在下的由研磨纤维得到的组合物(CE)进行了比较。
1/制备根据本发明的组合物
在矿物填料存在下将植物纤维作如下处理：
-纸浆的制备(Helico碎浆机)：160kg植物纤维+1300升水在63℃下15分钟，
-生物反应器中的酶处理：
o在50℃下30分钟，
o过滤(Buchner)(％C保留＝4.96％)，
-精制(16英寸)180分钟，每吨纤维和填料的总比能为600kWh。
表1总结了为制备GP0、GP2和GP3组合物而进行的不同处理(同时精制的软木+CaCO3)。
表1：用于制备根据本发明的组合物(GP0、GP2、GP3)的条件。
组合物 碎浆机 酶处理 ％C 精制
GP0 工业 在50℃下30分钟 4.96％ 180分钟
GP2 实验室 在50℃下30分钟 2％ 190分钟
GP3 实验室 在50℃下30分钟 2％ 120分钟
相对于GP组合物的干重，GP0、GP2和GP3的矿物填料分别为2.00、18.60和45.40重量％。矿物填料的量对应于在425℃处理组合物后的灰分含量。
2/对比例(CE)
已将根据本发明的组合物与包含同时研磨的纤维和矿物填料的组合物(CE)进行比较。
CE组合物包含软木纤维和CaCO3矿物填料。在425℃下，其灰分含量为53.6重量％。
3/GP组合物与CE的性能
已经将GP组合物(精制)的尺寸分布与由研磨过程得到的CE组合物进行了比较。
这些分析使用MorFi仪器(Techpap)进行。仅考虑了尺寸为至少80μm的纤维和填料。
根据图1(面积加权纤维长度)，GP0组合物具有集中在约174μm的窄尺寸分布。少于15％的GP0的纤维具有335μm或更大的尺寸。
根据对比例的组合物CE的30％的纤维具有335μm或更大的尺寸。
因此，GP组合物的尺寸分布肯定比CE组合物的尺寸分布更均匀，多种长度测量也证明了这一点(参见图2)。
图2显示了根据本发明的粘合组合物与通过研磨获得的组合物的实际平均纤维长度。平均纤维算术长度(L(n))、平均长度加权纤维长度(L(l))和平均面积加权长度(L(w))分别根据下式计算：
4/涉及根据本发明的组合物和CE组合物的造纸
已经用动态纸页成形器形成纸页(90g/m2)。将5重量％(干重)的GP或CE组合物(参见表2中的“添加的组合物”行)添加到含有植物纤维(软木)的纸浆中，所述植物纤维在25°SR下精制，(参见表2中“初始纸浆”行)。
如表2所示，添加了额外的矿物填料，以达到15重量％的总量(参见表2中的“添加的CaCO3”和“总CaCO3”行)。
表2：纸浆组合物-性能
由GP组合物制成的纸页具有比CE组合物更大的填料保留(参见“灰分保留”行)。包埋了精制填料的精制纤维(GP2和GP3组合物)也促进添加的填料的保留。
填料含量的范围为5.1％(CE)至11.9％(GP2)。如实例CE和GP0(类似灰分含量)所示，矿物填料的量可以显著改变纸页的性能。实际上，GP0提供了8％的拉伸指数改善(65.3对60.5)、22％的TEA改善(拉伸能量吸收；0.263对0.215)、以及27％的Scott结合强度改善(结合强度，490.4对385.9)。
鉴于上述情况，与在矿物填料存在下研磨植物纤维得到的现有技术组合物相比，本发明的组合物明显提供了改善的性能。它还可以改善填料保留。

Claims (14)

1.一种粘合剂组合物，其包含水、植物纤维和矿物填料，
-所述植物纤维和矿物填料的重量比在99/1和2/98之间，
-所述植物纤维和矿物填料已被同时精制，
其中精制的纤维的平均尺寸在10到700μm之间，并且其中精制的纤维至少部分地包埋精制的矿物填料。
2.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其特征在于，所述组合物的植物纤维/矿物填料重量比在95/5和15/85之间，有利地在80/20和20/80之间。
3.根据权利要求1或2所述的粘合剂组合物，其特征在于，所述组合物由水、植物纤维和矿物填料组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的粘合剂组合物，其特征在于，所述矿物填料选自包括碳酸钙、高岭土、二氧化钛、滑石及其混合物的组。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的粘合剂组合物，其特征在于，所述矿物填料和/或植物纤维来自纸或纸板回收通道。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的粘合剂组合物，其特征在于，平均尺寸为335μm或更大的纤维的百分比是所述粘合剂组合物中纤维总量的10％或更少，优选在1％和10％之间，更优选在1％和5％之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物在生产纸或纸板的过程中的用途。
8.一种制备根据权利要求1至6中任一项所述的组合物的方法，其包括以下步骤：
-制备植物纤维和矿物填料在水中的悬浮液，植物纤维和矿物填料之间的重量比在99/1和2/98之间，有利地在95/5和15/85之间，
-精制所述悬浮液。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在精制步骤之前，对植物纤维进行酶处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在酶处理之前引入矿物填料。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的方法，其特征在于，在酶处理和精制之间引入矿物填料。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法的总能量输入为每吨植物纤维和矿物填料200至2000kW.h，优选为每吨300至900kW.h，更优选为每吨400至700kW.h。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，它包括精制前的分馏步骤。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，在精制之前，它包括分馏步骤，然后是酶处理步骤。
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