改進造紙中的留著和濾水的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請為于2005年12月22日提交的申請?zhí)枮?00580048844. 2的名稱為"改進 造紙中的留著和濾水"的申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉參考
[0003] 本申請要求于2004年12月29日提出的US臨時申請60/640, 167的權(quán)益，其全部 內(nèi)容在此并入作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及使用絮凝體系由纖維素原料來制造紙和紙板的方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 留著和濾水是造紙的重要方面。已知在紙和紙板的生產(chǎn)中特定材料可以提供改善 的留著和/或濾水性能。
[0006] 纖維素纖維紙頁、尤其是紙和紙板的制造包括如下步驟：1)制備還可含有無機礦 物增充劑或顏料的纖維素纖維的含水漿料；2)將該漿料沉積在移動的造紙網(wǎng)或織物上；和 3)通過濾水而由紙漿的固體組分形成紙頁。
[0007] 在前述步驟之后，將紙頁壓榨并干燥以進一步除去水。通常在紙頁形成步驟以前 將有機和無機化學(xué)品加入漿料中以使造紙方法更低廉、更快速和/或在最終的紙成品中獲 得特殊性能。
[0008] 紙工業(yè)持續(xù)努力以改進紙的質(zhì)量、提高生產(chǎn)力并降低制造成本。在纖維漿料到達 造紙網(wǎng)或織物之前通常將化學(xué)品加入其中以改進濾水/脫水和固體保留；這些化學(xué)品稱為 助留劑和/或助濾劑。
[0009] 纖維漿料在造紙網(wǎng)或織物上的濾水或脫水通常是實現(xiàn)更快的造紙機速度的限制 步驟。改進的脫水還可在壓榨和干燥部分中獲得更為干燥的紙頁，導(dǎo)致能耗降低。另外，由 于這在造紙方法中是決定很多紙頁最終性能的步驟，助留劑和/或助濾劑可以影響最終紙 頁的性能。
[0010] 關(guān)于固體，在濾水并形成紙幅的湍流方法的過程中，造紙助留劑用于增加微細(xì)配 料固體在幅中的留著。沒有微細(xì)固體的充分的留著，則它們或者流失到工廠廢水中或者在 回流的白水循環(huán)中累積至高的水平，潛在地造成沉淀堆積。另外，不充分的留著由于意欲吸 附在纖維上的添加劑的損失而增加了造紙成本。添加劑可以為紙?zhí)峁┎煌该餍?、強度、施膠 (sizing)或其它所需性能。
[0011] 傳統(tǒng)上帶有陽離子電荷或陰離子電荷的高分子量（Mff)水溶性聚合物被用作助 留劑和助濾劑。無機微粒的近期發(fā)展顯示其在結(jié)合高麗水溶性聚合物而用作助留劑和 助濾劑時具有比常規(guī)高麗水溶性聚合物更好的留著和濾水效率。US專利4, 294, 885和 4, 388, 150教導(dǎo)了淀粉聚合物與膠體二氧化硅的用途。US專利4, 643, 801和4, 750, 974 教導(dǎo)了陽離子淀粉、膠體二氧化硅和陰離子型聚合物的凝聚粘合劑的用途。US專利 4, 753, 710教導(dǎo)了用高Mff陽離子絮凝劑絮凝紙漿配料，對絮凝的配料誘導(dǎo)剪切，然后將斑 脫土加入配料中。
[0012] 所用聚合物或共聚物的效率根據(jù)其組成的單體的類型、單體在聚合物母體中的排 列、所合成分子的分子量和制備方法而變化。
[0013] 近來已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在特定條件下制備的水溶性共聚物顯示出獨特的物理性質(zhì)。這些聚 合物在沒有化學(xué)交聯(lián)劑下制備。另外，該共聚物在特定應(yīng)用（包括造紙應(yīng)用如助留和助濾 劑）中提供了意想不到的活性。所述顯示獨特性質(zhì)的陰離子型共聚物公開于WO03/050152 Al中，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。顯示出獨特性質(zhì)的陽離子型和兩性共聚物公開于US 序列10/728, 145中，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
[0014] 無機顆粒與丙烯酰胺線型共聚物的用途在本領(lǐng)域中是已知的。近期的專利教導(dǎo)了 這些無機顆粒與水溶性陰離子型聚合物（US6, 454, 902)或特殊交聯(lián)材料（US6, 454, 902、 US6, 524, 439 和US6,616,806)的用途。
[0015] 然而，仍需要改進濾水和留著性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] -種改進造紙方法中的留著和濾水的方法被公開。該方法提供將締合聚合物和聚 (乙烯胺）加入造紙漿料中。
[0017] 另外，一種包括締合聚合物和聚（乙烯胺）及任選還包括纖維素纖維的組合物被 公開。
[0018] 另外，一種包括締合聚合物、聚（乙烯胺）、含硅材料及任選還包括纖維素纖維的 組合物被公開。
[0019] -種改進造紙方法中的留著和濾水的方法被公開。該方法提供將有機微聚合物和 聚（乙烯胺）加入造紙漿料中。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明提供一種協(xié)同組合，其包括在特定條件下制備的水溶性共聚物（下文稱為 "締合聚合物"）和聚（乙烯胺）。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)該協(xié)同組合獲得優(yōu)于其單個組分的留著 和濾水性能。在一起使用組分的組合時具有協(xié)同效應(yīng)。
[0021] 意外地發(fā)現(xiàn)結(jié)合聚（乙烯胺）與締合聚合物如WO03/050152Al或 US2004/0143039Al所公開的共聚物結(jié)合使用導(dǎo)致增強的留著和濾水。
[0022] 本發(fā)明還提供包括締合聚合物和聚（乙烯胺）的組合物。
[0023] 本發(fā)明還提供包括締合聚合物、聚（乙烯胺）和含硅材料的組合物。
[0024] 本發(fā)明還提供包括締合聚合物、聚（乙烯胺）及纖維素纖維的組合物。
[0025] 本發(fā)明還提供包括締合聚合物、聚（乙烯胺）、含硅材料和纖維素纖維的組合物。
[0026] 本發(fā)明還提供包括有機微粒和聚（乙烯胺）的組合物。
[0027] 在紙和紙板的制造中使用多組分體系提供了通過利用對該工藝和/或產(chǎn)品具有 不同影響的材料而使性能得以增強的機會。而且，所述組合可以提供由單獨組分不可得到 的性能。在本發(fā)明的多組分體系中發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。
[0028] 還觀察到將締合聚合物用作助留和助濾劑對造紙體系中的其它助劑的性能具有 影響。改進的留著和/或濾水可以具有直接和間接的影響。直接的影響是指助留和助濾 劑作用以保留添加劑。間接影響是指助留和助濾劑留著填料和細(xì)料（fines)的功效，添加 劑通過物理方法或化學(xué)方法而吸附在所述填料和細(xì)料上。因此，通過增加留著在紙頁中的 填料或細(xì)料的量，伴隨著留著的添加劑的量得以增加。術(shù)語填料是指加入到纖維素紙漿中 以提供特定性能或者成為部分纖維素纖維更低成本的替代物的顆粒材料，其通常為無機性 質(zhì)。它們較小的〇. 2-10微米級的尺寸、低的長徑比和化學(xué)性質(zhì)導(dǎo)致其不被吸附在大纖維上 但它們太小而不會積留在紙頁的纖維網(wǎng)絡(luò)中。術(shù)語"細(xì)料"是指小的纖維素纖維或小纖維， 通常其長度小于〇. 2_和/或能夠穿過200網(wǎng)篩。
[0029] 隨助留和助濾劑加入造紙漿料中的量的增加，留著在紙頁中的添加劑的量增加。 這或者可以使性能增強而使紙頁具有提高的性能，或者可以允許造紙商降低加入體系中的 添加劑的量而使產(chǎn)品的成本得以降低。此外，這些材料在用于造紙體系中的再循環(huán)水或白 水中的量得以降低。所述材料（在某些條件下可以看作不想要的污染物）的水平的下降可 以提供更有效的造紙工藝或者降低用于控制不希望材料的水平而添加的清除劑或其它材 料的需要。
[0030] 材料水平的下降的一個實例為存在于白水的離子物種的減少。離子物種包括鹽 類、離子型聚合物和聚電解質(zhì)。還預(yù)計白水中離子物種水平的下降將降低造紙體系的凈電 荷的波動，改進造紙工藝中的總操作。
[0031] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述離子物種為聚酰胺基胺-環(huán)氧鹵丙烷聚合物。 557H(HerculesIncorporated，Wilmington，DE)是聚酰胺基胺-環(huán)氧齒丙烷 聚合物的一個實例。
[0032] 如這里所用，術(shù)語添加劑是指加入紙漿中以向紙?zhí)峁┨厥庑阅芎?或改進造紙工 藝效率的材料。這些材料包括但并不限于上漿劑、濕強度樹脂、干強度樹脂、淀粉和淀粉衍 生物、染料、污染物控制劑、消泡劑和生物殺滅劑。
[0033] 可用于本發(fā)明的締合聚合物可以形容如下：
[0034] 包含下式的水溶性共聚物組合物：
[0035] [-B-CO-F-] (I)
[0036] 其中B為由一種或多種烯鍵式不飽和非離子單體的聚合而形成的非離子型聚合 物鏈段；F為由一種或多種烯鍵式不飽和陰離子和/或陽離子單體的聚合而形成的陰離 子型聚合物鏈段、陽離子型聚合物鏈段或陰離子和陽離子型聚合物鏈段的組合；B:F的摩 爾％比例為99:1-1:99,優(yōu)選為95:5-5:95 ;并且該水溶性共聚物經(jīng)由油包水乳狀液聚合技 術(shù)制備，該技術(shù)使用了至少一種由至少一種二嵌段或三嵌段聚合表面活性劑組成的乳化表 面活性劑，其中所述至少一種二嵌段或三嵌段的表面活性劑對單體的比例為至少約3:100， 并且其中所述油包水乳液聚合技術(shù)包括如下步驟：(a)制備單體的水溶液，（b)使該水溶液 與含有表面活性劑或表面活性劑混合物的烴液體接觸以形成反相乳液，（C)使乳液中的單 體在約2至小于7的pH下通過自由基聚合而聚合。
[0037] 所述締合聚合物可以為陰離子型共聚物。所述陰離子型共聚物的特征在于其 0. 0025-0. 025重量％的共聚物在0.OlMNaCl中所測定的Huggins常數(shù)（k，）大于0. 75且 1. 5重量％的活性共聚物溶液在4. 6Hz下的儲能模量（G'）大于175Pa。
[0038] 所述締合聚合物可以為陽離子型共聚物。所述陽離子型共聚物的特征在于其 0. 0025-0. 025重量％的共聚物在0.OlMNaCl中所測定的Huggins常數(shù)（k，）大于0. 5且 I. 5重量％的活性共聚物溶液在6. 3Hz下的儲能模量（G'）大于50Pa。
[0039] 所述締合聚