Бумажная или картонная основа, содержащая целлюлозные волокна и расширяемые микросферы, и упаковочная тара, содержащая эту основу

Бумажная или картонная основа, содержащая целлюлозные волокна и расширяемые микросферы, и упаковочная тара, содержащая эту основу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка притязает на приоритет предварительной патентной заявки США с серийным номером 60/660,703, поданной 11 марта 2005 года, имеющей название "КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ РАСШИРЯЕМЫЕ МИКРОСФЕРЫ И ИОННОЕ СОЕДИНЕНИЕ, А ТАКЖЕ СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к композициям, содержащим расширяемые микросферы и по меньшей мере одно ионное соединение и имеющим электрокинетический потенциал больше или равный нулю милливольт при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль, а также к способам получения и использования композиции.

Уровень техники

Количество дорогостоящих целлюлозных волокон, присутствующих в бумажной основе, частично определяет плотность основы. Поэтому большие количества дорогостоящих целлюлозных волокон, присутствующих в бумажной основе, создают более плотную основу, имеющую высокую стоимость, тогда как низкие количества целлюлозных волокон, присутствующих в бумажной основе, создают менее плотную основу за меньшую стоимость. Уменьшение плотности бумажной продукции с покрытием и/или без покрытия и/или основы неизбежно ведет к уменьшению расходов на ее производство. Это относится к всей продукции бумажных основ и их использованию. Особенно это относится, например, к бумажным основам, используемым в производстве конвертов, картонной тары, а также других упаковочных материалов. Основы, используемые в производстве конвертов и упаковочной тары, имеют определенную толщину. При уменьшении плотности бумажной основы при целевой толщине требуется меньше целлюлозных волокон для получения целевой толщины. Помимо сокращения производственных издержек имеет значение эффективность производства, которая оценивается и реализуется при уменьшении плотности бумажной основы. Эта эффективность производства отчасти вызывается уменьшением требований к сушке (т.е. времени, трудозатрат, денежных средств и т.д.) в производстве бумажной основы.

Примеры уменьшения плотности базовой бумажной основы включают использование:

1) многослойных машин с объемными волокнами, такими как волокна ВСТМР (беленой химико-термомеханической целлюлозы) и другие механические волокна в центральных слоях картона;

2) расширенных секций зон контакта для уменьшения уплотнения при удалении воды;

и

3) альтернативных технологий каландрирования, таких как горячее каландрирование мягкими каландрами, горячее каландрирование стальными каландрами, увлажнение паром, каландрирование в прессах с изогнутыми башмаками и т.д.

Однако эти потенциальные решения требуют высоких капитальных и текущих затрат. Таким образом, они могут быть экономически неосуществимы.

Кроме того, даже если вышеупомянутые дорогостоящие способы уменьшения плотности будут реализованы, давая бумажную основу целевой толщины, такая основа будет использоваться только в том случае, если по такой методике удастся получить приемлемо гладкую и сжимаемую поверхность бумажной основы. В настоящее время существует очень мало потенциальных дешевых решений по уменьшению плотности бумажной основы, имеющей приемлемую гладкость и сжимаемость для достижения значительного снижения пятнистости оттиска при приемлемой гладкости.

Бумажная продукция с покрытием или без покрытия, картон и/или основы низкой плотности крайне желательны с эстетической и экономической точек зрения. Однако, существующие способы дает основы, имеющие плохое качество для печати. Кроме того, приемлемые уровни гладкости трудно достигнуть, используя известные способы. Один способ решения вышеуказанных задач по низкой стоимости заключается в использовании расширяемых микросфер в бумажных основах. Эти способы можно, отчасти, найти в следующих патентах США: 6,846,529, 6,802,938, 5,856,389, и 5,342,649 и опубликованных патентных заявках: 20040065424, 20040052989 и 20010038893, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.

Однако выяснилось, что такие микросферы при применении для производства бумаги относительно плохо удерживаются в получаемой бумажной основе. В результате, расширяемые микросферы не вводятся в белую бумагу, и эффективность введения расширяемых микросфер в бумажные основы низкая, что создает еще одно дорогостоящее решение дополнительно к вышеупомянутому огромному количеству дорогостоящих решений.

Соответственно все еще существует потребность в менее дорогостоящем и более эффективном решении для уменьшения плотности, увеличения объема и сохранения хороших эксплуатационных характеристик, таких как гладкость бумажной основы и отсутствие пятнистости оттиска.

Краткое описание изобретения

В одном аспекте настоящее изобретение относится к композиции, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиции имеет электрокинетический потенциал, больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является по меньшей мере одним соединением, выбираемым из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно полиорганическое соединение. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиамина, и в еще одном варианте осуществления ионное соединение сшитое, разветвленное или представляет собой их сочетание. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиэтиленимина. В еще одном варианте осуществления ионное соединение имеет средневзвешенную молекулярную массу, которая составляет по меньшей мере 600 значений средневзвешенной молекулярной массы. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к композиции, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиция имеет электрокинетический потенциал, больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. В другом варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является катионным. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере один член группы, состоящей из глинозема и кремнезема. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является коллоид и/или золь, содержащие по меньшей мере один член группы, состоящей из кремнезема, глинозема, оксида олова, диоксида циркония, оксида сурьмы, оксида железа и оксидов редкоземельных металлов. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к частице, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиция имеет электрокинетический потенциал, больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше с ионной силой от 10^-6 моль до 0,1 моль. В другом варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы нековалентно связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы является анионной. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является катионным. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно полиорганическое соединение. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиамина. В еще одном варианте осуществления ионное соединение сшитое, разветвленное или представляет собой их сочетание. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиэтиленимина. В еще одном варианте осуществления ионное соединение имеет средневзвешенную молекулярную массу, которая составляет по меньшей мере 600 значений средневзвешенной молекулярной массы. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к частице, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиция имеет электрокинетический потенциал, больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше с ионной силой от 10^-6 моль до 0,1 моль. В другом варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы нековалентно связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы является анионной. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является катионным. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере один член группы, состоящей из глинозема и кремнезема. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является коллоид и/или золь, содержащие по меньшей мере один член группы, состоящей из кремнезема, глинозема, оксида олова, диоксида циркония, оксида сурьмы, оксида железа и оксидов редкоземельных металлов. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления композиций путем контакта по меньшей мере одной расширяемой микросферы с по меньшей мере одним ионным соединением для образования смеси. В еще одном варианте осуществления полученная смесь может быть далее центрифугирована для образования первой фазы, содержащей по меньшей мере одно ионное соединение, и второй фазы, содержащей частицу настоящего изобретения.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления композиции путем адсорбирования по меньшей мере одного ионного соединения на по меньшей мере одной расширяемой микросфере.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к бумажным и/или картонным основам с покрытием и/или без покрытия, содержащим и изготовленным согласно любому из вышеприведенных и нижеприведенных аспектов настоящего изобретения. Поэтому в одном варианте осуществления композиция настоящего изобретения может содержать некоторое множество целлюлозных волокон.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к изделиям и упаковочной таре, изготовленным из бумажных и/или картонных основ с покрытием и/или без покрытия, описанных в настоящем документе.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к основам, изделиям и/или упаковочной таре, содержащим от 0,1 до 5 мас.% множества расширяемых микросфер, причем основа, изделие и/или упаковочная тара имеет гладкость Sheffield меньше 250 единиц, измеренную методом TAPPI Т 538 om-1, и сканируемую пятнистость оттиска 2nd Cyan не больше 6. В одном варианте осуществления настоящего изобретения основа, изделие и/или упаковочная тара могут каландрироваться. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения наружная поверхность расширяемых микросфер связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/или упаковочная тара содержит от 0,1 до 3 мас.% множества расширяемых микросфер. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/или упаковочная тара содержит от 0,1 до 2 мас.% множества расширяемых микросфер. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения основа, изделие и/или упаковочная тара содержит по меньшей мере один слой покрытия. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения слой покрытия состоит из по меньшей мере одного верхнего покрытия и по меньшей мере одного базового покрытия. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/или упаковочная тара имеет гладкость Sheffield меньше 250 единиц, измеренную методом TAPPI Т 538 om-1, и сканируемую пятнистость оттиска меньше 6 после каландрирования. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/+или упаковочная тара имеет гладкость поверхности Parker Print приблизительно от 1,0 до 0,5, измеренную методом TAPPI Т 555 om-99. В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к изделию или упаковочной таре, содержащим по меньшей мере одну бумажную или картонную основу, где по меньшей мере одна основа содержит полотно целлюлозных волокон и наполнитель. В одном варианте осуществления масса изделия равна или меньше одной унции. В еще одном варианте осуществления изделие имеет массу, отличие которой от 1 унции является абсолютным значением, которое больше значения известной упаковочной тары, имеющей такое же количество слоев.

Все вышеуказанные аспекты и варианты осуществления, включая способы их изготовления и использования, подробно описаны ниже. Подробное описание чертежей

Фиг.1: График пятнистости оттиска бумажной основы с покрытием против количества расширяемых микросфер в основе.

Фиг.2: График распределений размеров частиц микросфер до и после адсорбции ионного соединения (например, полиэтиленимина) на них.

Фиг.3: График электрокинетического потенциала частицы, образованной из низкомолекулярного и высокомолекулярного ионного соединения (например, полиэтиленимина), связанного с расширяемой микросферой (например, Х-100) при различном времени перемешивания и при различных массовых отношениях ионного соединения и расширяемой микросферы.

Фиг.4: График результатов анализов Britt Jar и результатов измерений пенообразователя (например, изобутана) как функция ионного соединения (низкомолекулярного и высокомолекулярного ионного соединения) (например, полиэтиленимина) от массового содержания расширяемых микросфер и времени перемешивания.

Фиг.5: График уменьшения плотности бумажных основ, содержащих композицию и/или частицу настоящего изобретения, как функция ионного соединения (низкомолекулярного и высокомолекулярного ионного соединения) (например, полиэтиленимина) от массового содержания расширяемых микросфер и времени перемешивания.

Подробное описание изобретения

Авторы настоящего изобретения нашли менее дорогостоящее и более эффективное решение для уменьшения плотности, увеличения объема и сохранения хороших эксплуатационных характеристик, таких как гладкость и отсутствие пятнистости оттиска бумажной основы.

Настоящее изобретение может быть осуществлено в любом известном способе изготовления бумажных или картонных основ. Примеры таких основ можно найти в учебниках, например указанных в "Handbook for pulp and paper technologists" (Справочник для технологов целлюлозно-бумажной промышленности), G.A. Smook (1992), Angus Wilde Publications, который включен в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.

Поэтому одним вариантом осуществления настоящего изобретения является бумажная или картонная основа, содержащая расширяемые микросферы.

Количество расширяемых микросфер может изменяться и будет зависеть от совокупной массы основы или от конечного продукта в виде бумаги или картона. Бумажная основа может содержать больше 0,001 мас.%, более предпочтительно больше 0,02 мас.%, наиболее предпочтительно больше 0,1 мас.% расширяемых микросфер от совокупной массы основы. Кроме того, бумажная основа может содержать меньше 20 мас.%, более предпочтительно меньше 10 мас.%, наиболее предпочтительно меньше 5 мас.% расширяемых микросфер от совокупной массы основы. Количество расширяемых микросфер может составлять 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10,0, 11,0, 12,0, 13,0, 14,0, 15,0, 16,0, 17,0, 18,0, 19,0 и 20,0 мас.% от совокупной массы основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Расширяемые микросферы могут содержать расширяемую оболочку, образующую пустоту внутри микросферы. Расширяемая оболочка может содержать соединение, содержащее углерод и/или гетероатом. Примером соединения, содержащего углерод и/или гетероатом, может являться органический полимер и/или сополимер. Полимер и/или сополимер могут быть разветвленными и/или сшитыми.

Расширяемыми микросферами предпочтительно являются термически расширяемые пустотелые сферы из термопластичного полимера, содержащие термоактивируемое расширяющее вещество. Примеры композиций расширяемых микросфер, их содержимого, способов изготовления и использования можно найти в патентах США №3,615,972, 3,864,181, 4,006,273, 4,044,176 и 6,617,364, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Также можно сделать ссылку на опубликованные патентные заявки США 20010044477, 20030008931, 20030008932 и 20040157057, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Такие расширяемые микросферы, например, могут быть изготовлены из поливинилиденхлорида, полиакрилонитрила, полиалкилметакрилатов, полистирола или поливинилхлорида.

Хотя расширяемая микросфера настоящего изобретения может содержать любой полимер и/или сополимер, полимер предпочтительно имеет Tg или температуру стеклования в диапазоне от -150 до+180°С, предпочтительно от 50 до 150°С, наиболее предпочтительно от 75 до 125°С. Tg может составлять -150, -140, -130, -120, -110, -100, -90, -80, -70, -60, -50, -40, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170 и 180°С, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Микросферы также могут содержать по меньшей мере один пенообразователь, который после сообщения ему некоторого количества тепловой энергии развивает внутреннее давление на внутренней стенке микросферы таким образом, что давление заставляет микросферу расширяться. Пенообразователями могут быть жидкости и/или газы. Кроме того, примеры пенообразователей могут быть выбраны из молекул с низкой температурой кипения и их композиций. Такие пенообразователи могут выбираться из низших алканов, таких как неопентан, неогексан, гексан, пропан, бутан, пентан и их смесей и изомеров. Изобутан является лучшим пенообразователем для микросфер из поливинилиденхлорида. Подходящие нерасширенные и расширенные микросферы с покрытием раскрыты в патентах США №4,722,943 и 4,829,094, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.

Расширяемые микросферы настоящего изобретения могут иметь средний диаметр в диапазоне от 0,5 до 200 мкм, предпочтительно от 2 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 5 до 40 мкм в нерасширенном состоянии. Средний диаметр может составлять 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 и 200 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Кроме того, расширяемые микросферы настоящего изобретения могут иметь максимальное расширение от 1 до 15 средних диаметров, предпочтительно от 1,5 до 10 средних диаметров, наиболее предпочтительно от 2 до 5 средних диаметров. Максимальное расширение может составлять 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Расширяемые микросферы могут иметь отрицательный или положительный заряд. Кроме того, расширяемые микросферы могут иметь нейтральный заряд. Кроме того, расширяемые микросферы могут быть включены в композицию и/или частицу настоящего изобретения, которая имеет чистый электрокинетический потенциал, больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль.

Одним вариантом осуществления настоящего изобретения является композиция или частица, содержащая расширяемую микросферу.

В композиции и/или частице настоящего изобретения расширяемые микросферы могут иметь нейтральный, отрицательный или положительный заряд, предпочтительно отрицательный заряд.

Кроме того, композиция и/или частица настоящего изобретения может содержать расширяемые микросферы с теми же физическими характеристиками, которые раскрыты выше и ниже, и могут быть включены в бумажную основу согласно настоящему изобретению таким же образом и в таких же количествах, как сказано выше и ниже для расширяемых микросфер.

Еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения является композиция и/или частица, содержащая по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. Расширяемая микросфера может иметь положительный, нейтральный и/или отрицательный заряд. Кроме того, ионное соединение может иметь положительный и/или отрицательный заряд. Предпочтительно ионное соединение имеет чистый заряд, который противоположен чистому заряду расширяемой микросферы. Например, если чистый заряд расширяемой микросферы отрицательный, то чистый заряд ионного соединения может быть любым чистым зарядом, но предпочтительно чистым положительным зарядом.

В одном лучшем варианте осуществления, когда композиция и/или частица настоящего изобретения содержит расширяемые микросферы и по меньшей мере одно ионное соединение, композиция и/или частица настоящего изобретения имеет чистый электрокинетический потенциал, больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. Предпочтительно чистый электрокинетический потенциал составляет от нуля до +500, предпочтительно больше или равен нулю и до+200, более предпочтительно больше или равен нулю и до +150, наиболее предпочтительно от +20 до +130 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль, измеренный стандартными методами измерения электрокинетического потенциала, известными в области анализа и физики, предпочтительно методами, в которых используется микроэлектрофорез при комнатной температуре.

Композиция и/или частица настоящего изобретения имеет чистый электрокинетический потенциал 0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450 и 500 мВ, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

При измерении чистого электрокинетического потенциала частицы настоящего изобретения предпочтительно такие потенциалы измеряют стандартными методами измерения электрокинетического потенциала, известными в области анализа и физики, предпочтительно методами, в которых используется микроэлектрофорез при комнатной температуре при любом значении рН, предпочтительно приблизительно 9,0 или меньше, более предпочтительно приблизительно 8,0 или меньше, наиболее предпочтительно приблизительно 7,0 или меньше, при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. Значение рН может составлять приблизительно 9,0, 8,5, 8,0, 7,5, 7,0, 6,5, 6,0, 5,5, 5,0, 4,5, 4,0, 3,5, 3,0, 2,5, 2,0, 1,5, 1,0 и 0,5, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

При измерении чистого электрокинетического потенциала композиции и/или частицы настоящего изобретения предпочтительно такие потенциалы измеряют стандартными методами измерения электрокинетического потенциала, известными в области анализа и физики, предпочтительно методами, в которых используется микроэлектрофорез при комнатной температуре при любом значении рН, предпочтительно при значении рН приблизительно 9,0 или меньше, предпочтительно приблизительно 8,0 или меньше, наиболее предпочтительно приблизительно 7,0 или меньше, при любой ионной силе, предпочтительно от 10^-6 моль до 10^-1 моль. Ионная сила может составлять 10^-6, 10^-5, 10^-4, 10^-3, 10^-2 и 10^-1 моль, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Ионное соединение может быть анионным и/или катионным, предпочтительно катионным, если расширяемые микросферы являются анионными. Кроме того, ионное соединение может быть органическим, неорганическим и/или их смесями. Кроме того, ионное соединение может быть в форме суспензии и/или коллоида. Кроме того, ионное соединение может иметь размер частиц в диапазоне от 1 нм до 1 мкм, предпочтительно от 2 нм до 400 нм. Ионное соединение может иметь размер частиц 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 325, 350, 375, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000 нм, где 1000 нм равны 1 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Ионное соединение может быть любым из вспомогательных веществ и известных добавок, упомянутых ниже и/или известных в области изготовления бумаги. Более предпочтительно ионное соединение может быть любым одним из или сочетанием средств удержания, упомянутых ниже.

Массовое отношение ионного соединения и расширяемой микросферы в композиции и/или частице настоящего изобретения может составлять от 1:500 до 500:1, предпочтительно от 1:50 до 50:1, более предпочтительно от 1:10 до 10:1, если и пока композиция и/или частица имеет чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. Массовое отношение ионное соединение/расширяемая микросфера может составлять 1:500, 1:400, 1:300, 1:200, 1:100, 1:50, 1:40, 1:30, 1:20, 1:10, 1:5, 1:1, 5:1, 10:1, 20:1, 30:1, 40:1, 50:1, 100:1, 200:1, 300:1, 400:1 и 500:1, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Ионное соединение может быть неорганическим. Примерами неорганического ионного соединения могут являться без ограничения кремнезем, глинозем, оксид олова, диоксид циркония, оксид сурьмы, оксид железа и оксиды редкоземельных металлов. Неорганическое соединение может предпочтительно быть в форме суспензии, и/или коллоида, и/или золя при контакте с расширяемой микросферой и иметь размер частиц в диапазоне от 1 нм до 1 мкм, предпочтительно от 2 нм до 400 мкм, если неорганическое ионное соединение находится в форме коллоида и/или золя, предпочтительное ионное соединение содержит кремнезем и/или глинозем.

Ионное соединение может быть органическим. Примерами ионного органического соединения могут быть соединения, содержащие углерод. Кроме того, ионное органическое соединение может содержать гетероатомы, такие как азот, кислород и/или галоген. Кроме того, ионное органическое соединение может содержать функциональную группу, содержащую гетероатом, такую как гидроксильную группу, аминогруппу, амидо-группу, карбонильную группу, карбоксильную группу и т.д. Кроме того, ионное органическое соединение может содержать больше одного положительного заряда, отрицательного заряда или их смесей. Ионное органическое соединение может быть полимерным и/или сополимерным, которое может кроме того быть циклическим, разветвленным и/или сшитым. Если ионное органическое соединение является полимерным и/или сополимерным, соединение предпочтительно имеет средневзвешенную молекулярную массу от 600 до 5 000 000, более предпочтительно от 1000 до 2 000 000, наиболее предпочтительно от 20 000 до 800 000. Средневзвешенная молекулярная масса ионного соединения может составлять 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 7500, 10 000, 15 000, 20 000, 25 000, 30 000, 40 000, 50 000, 60 000, 70 000, 80 000, 90 000, 100 000, 200 000, 300 000, 400 000, 500 000, 600 000, 700 000, 800 000, 900 000, 1 000 000, 1 250 000, 1 500 000, 1 750 000, 2 000 000, 3 000 000, 4 000 000 и 5 000 000, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Предпочтительно ионное органическое соединение может быть соединением, содержащим аминогруппу. Более предпочтительно ионное органическое соединение может быть полиамином. Примеры включают без ограничения полидиаллилдиметиламмоний-хлорид (DADMAC), поливиниламин и/или полиэтиленимин.

Композиция и/или частица настоящего изобретения может содержать по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. Расширяемая микросфера и ионное соединение могут находиться в контакте друг с другом. Например, ионное соединение находится в контакте с наружной и/или внутренней поверхностью расширяемой микросферы. Предпочтительно ионное соединение находится в контакте с наружной поверхностью расширяемой микросферы. Такой контакт может включать без ограничения ситуации, когда расширяемая микросфера покрыта и/или пропитана ионным соединением. Без привязки к любой теории ионное соединение связано с наружной поверхностью расширяемой микросферы ковалентными и/или нековалентными силами, предпочтительно нековалентными силами, для образования частицы, имеющей внутреннюю расширяемую микросферу и слой ионного соединения на наружной поверхности. Однако участки наружной поверхности расширяемой микросферы могут быть неполностью покрыты слоем ионного соединения, хотя другие участки наружной поверхности расширяемой микросферы могут фактически быть полностью покрыты слоем ионного соединения. Это может привести к тому, что некоторые участки наружной поверхности расширяемой микросферы будут оголены. Кроме того, наружная поверхность расширяемой микросферы может быть полностью покрыта слоем, содержащим по меньшей мере одно ионное соединение.

Композиция и/или частица настоящего изобретения может быть изготовлена путем контакта, смешивания, абсорбции, адсорбции и т.д. расширяемой микросферы с ионным соединением. Относительные количества расширяемой микросферы и ионного соединения могут быть определены известными средствами. Предпочтительно относительные количества расширяемой микросферы и ионного соединения могут быть определены так, чтобы получаемая композиция и/или частица настоящего изобретения имела чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. Предпочтительно массовое отношение ионного соединения, контактирующего с расширяемой микросферой в композиции и/или частице настоящего изобретения, может составлять от 1:100 до 100:1, предпочтительно от 1:80 до 80:1, более предпочтительно от 1:1 до 1:60, наиболее предпочтительно от 1:2 до 1: 50, если и пока композиция и/или частица имеет чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. Массовое отношение ионного соединения, контактирующего с расширяемой микросферой в композиции и/или частице настоящего изобретения, может составлять 1:100, 1:90, 1:80, 1:70, 1:60, 1:50, 1:40, 1:30, 1:20, 1:10, 1:1, 10:1, 20:1, 30:1, 40:1, 50:1, 60:1, 70:1, 80:1, 90:1 и 100:1, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Время контакта между ионным соединением и расширяемой микросферой может изменяться от миллисекунд до нескольких лет, пока ионное соединение и/или расширяемая микросфера имеет чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10^-6 моль до 0,1 моль. Предпочтительно контакт происходит в течение времени от 0,01 секунды до 1 года, предпочтительно от 0,1 секунды до 6 месяцев, более предпочтительно от 0,2 секунды до 3 недель, наиболее предпочтительно от 0,5 секунды до 1 недели.

Перед контактом расширяемой микросферы с ионным соединением и расширяемая микросфера, и ионное соединение могут быть сухими и/или в форме суспензии, мокрого слежавшегося осадка, твердыми, жидкими, в форме дисперсии, коллоида, геля соответственно. Кроме того, и расширяемая микросфера и/или ионное соединение могут быть разбавленными и/или в форме концентрата.

Композиция и/или частица настоящего изобретения может иметь средний диаметр в диапазоне приблизительно от 0,5 до 200 мкм, предпочтительно от 2 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 5 до 40 мкм в нерасширенном состоянии. Средний диаметр композиции и/или частицы может составлять 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 и 200 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Кроме того, композиция и/или частица настоящего изобретения может иметь максимальное расширение от 1 до 15 средних диаметров, предпочтительно от 1,5 до 10 средних диаметров, наиболее предпочтительно от 2 до 5 средних диаметров. Максимальное расширение может составлять 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Композиция и/или частица настоящего изобретения может быть изготовлена посредством вышеупомянутого средства контакта до и/или во время процесса изготовления бумаги. Предпочтительно расширяемая микросфера и ионное соединение контактируют для получения композиции и/или частицы настоящего изобретения, и затем полученная композиция и/или частица настоящего изобретения последовательно и/или одновременно контактирует с волокнами, как указано ниже.

Если бумажная основа настоящего изобретения содержит композицию и/или частицу настоящего изобретения, количество композиции и/или частицы настоящего изобретения может изменяться и будет зависеть от совокупной массы основы или конечного бумажного или картонного продукта. Бумажная основа может содержать больше 0,001 мас.%, более предпочтительно больше 0,02 мас.%, наиболее предпочтительно больше 0,1 мас.% композиции и/или частицы настоящего изобретения от совокупной массы основы. Кроме того, бумажная основа может содержать меньше 20 мас.%, более предпочтительно меньше 10 мас.%, наиболее предпочтительно меньше 5 мас.% композиции и/или частицы настоящего изобретения от совокупной массы основы. Количество композиции и/или частицы настоящего изобретения может составлять 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10,0, 11,0, 12,0, 13,0, 14,0, 15,0, 16,0, 17,0, 18,0, 19,0 и 20,0 мас.% от совокупной массы основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Бумажная основа содержит полотно целлюлозных волокон. Бумажная основа настоящего изобретения может содержать вторичные волокна и/или первичные волокна. Вторичные волокна отличаются от первичных волокон тем, что они прошли процесс сушки по меньшей мере один раз. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть волокон целлюлозы/древесной массы может быть получена из недревесных травянистых растений, включая без ограничения кенаф, коноплю, джут, лен, сизаль или абаку, хотя юридические ограничения и другие соображения могут сделать использование конопли и других источников волокон непрактичным или невозможным. В способе настоящего изобретения может использоваться волокна беленой или небеленой целлюлозы.

Бумажная основа настоящего изобретения может содержать от 1 до 99 мас.%, предпочтительно от 5 до 95 мас.% целлюлозных волокон от совокупной массы основы, включая 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 99 мас.% и включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Предпочтительно источниками целлюлозными волокон являются хвойная и/или лиственная древесина.

Бумажная основа настоящего изобретения может содержать от 1 до 100 мас.%, предпочтительно от 10 до 60 мас.%, целлюлозных волокон из хвойных видов древесины от совокупного количества целлюлозных волокон в бумажной основе. Этот диапазон включает 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мас.%, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах, от совокупного количества целлюлозных волокон в бумажной основе.

Бумажная основа может альтернативно или преимущественно содержать от 0,01 до 100 мас.% волокон хвойных видов древесины, наиболее предпочтительно от 10 до 60 мас.%, от совокупной массы бумажной основы. Бумажная основа содержит не больше чем 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мас.% волокон хвойной древесины от совокупной массы бумажной основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.

Бумажная основа может содержать волокна хвойных видов древесины, которые имеют стандартную канадскую степень помола (csf) от 300 до 750, более предпочтительно от 450 до 750. Этот диапазон включает 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740 и 750 csf, включая все диапазоны и под