用于提高紙強(qiáng)度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于在造紙過程中提高紙強(qiáng)度的方法，包括將包含陰離子聚丙烯酰胺(APAM)和高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)的組合物添加到紙漿中。本發(fā)明還提供用所述方法獲得的紙。
【專利說明】用于提高紙強(qiáng)度的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及包含陰離子聚丙烯酰胺(APAM)和高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM) 的組合物，及其在造紙過程中用于提高紙強(qiáng)度的用途。
[0002] 發(fā)明背景 紙頁通過使紙漿懸浮液脫水、形成均勻的紙幅并干燥紙幅來制造。在造紙過程期間，通 常添加各種化學(xué)品以增加生產(chǎn)力并還提高紙物理性質(zhì)。例如，將助留劑/助濾劑 (retention/drainage aid)添加到紙漿懸浮液中以增加紙漿脫水速率并還使陰離子物質(zhì) 固定到最終的紙頁上。還常引入紙強(qiáng)度樹脂以提高紙干強(qiáng)度和/或濕強(qiáng)度。
[0003] 乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)通常用于各種紙種以提高干強(qiáng)度和臨時濕強(qiáng)度。其用 于例如提高在使用中與水接觸的很多家庭用紙的初始濕強(qiáng)度。還施用乙二醛化聚丙烯酰胺 以提高很多紙板級紙產(chǎn)品的壓縮強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。
[0004]陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺是熟知的強(qiáng)度樹脂，其常被認(rèn)為是用于產(chǎn)生干強(qiáng)度的 基準(zhǔn)。聚丙烯酰胺骨架通常結(jié)合有小量的陽離子單體，如，二烯丙基二甲基氯化銨 (DADMAC)，使得聚合物自保留在纖維上。GPAM是可與纖維素在脫水之后共價結(jié)合的反應(yīng)性 聚合物。
[0005] US8435382公開了由乙二醛和包含至少約25重量％陽離子單體的陽離子聚丙烯酰 胺原料聚合物之間的反應(yīng)獲得的乙二醛化聚合物。US8435382還公開一種造紙方法，其包括 在含水懸浮液中的纖維素造紙纖維上吸收一定量的乙二醛化聚丙烯酰胺聚合物，使所述懸 浮液成形為濕法(water-laid)紙幅并干燥所述紙幅，其中乙二醛化聚丙烯酰胺聚合物的量 有效提高選自干強(qiáng)度、濕強(qiáng)度或脫水速率中的至少一種紙性質(zhì)。
[0006] US2010/0326615公開一種造紙方法，其包括將含硅微粒和包含至少約25重量％陽 離子單體的乙二醛化聚丙烯酰胺聚合物添加到含有纖維素纖維的含水懸浮液中，并使所述 懸浮液成形為濕法紙幅并干燥所述紙幅以形成紙。在脫水之前，用GPAM聚合物和含硅微粒 的組合處理的纖維懸浮液可具有混合到該纖維懸浮液中的一種或更多種任選的額外添加 劑，例如絮凝劑和凝結(jié)劑。
[0007] US2011/0056640公開用于改善造紙中的濾水的方法，其包括添加有效量的陽離子 GPAM至纖維素纖維的含水懸浮液中，其中使用包含大于10摩爾％的陽離子單體的原料聚合 物制備GPAM產(chǎn)品。
[0008] 開發(fā)一種化學(xué)程序以提高造紙留著率/濾水率及還有紙強(qiáng)度性質(zhì)二者將是有益 的。此二合一程序?qū)@著簡化化學(xué)品的管理，導(dǎo)致操作者錯誤更少。此外，此程序還將降低 化學(xué)品及還有栗送設(shè)備的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在本發(fā)明中，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)當(dāng)將陰離子PAM與高陽離子電荷乙二醛化聚丙烯酰 胺組合時，紙強(qiáng)度可得到顯著提高。另外，還可應(yīng)用該新程序來提高生產(chǎn)率。
[0010] 常規(guī)的GPAM產(chǎn)品通常含有少于0.3 meq/g電荷。結(jié)果，僅可施用低量的APAM，導(dǎo)致 低紙強(qiáng)度及還有弱留著/濾水性能。在更高的APAM劑量下，必須施用顯著更高的GPAM劑量以 確保凈陽離子電荷，導(dǎo)致高施用成本。結(jié)果，常規(guī)的GPAM產(chǎn)品通常與陽離子聚丙烯酰胺 (CPAM)絮凝劑組合施用以促進(jìn)留著/濾水。
[0011] 在本發(fā)明中，開發(fā)了具有高陽離子電荷密度的GPAM產(chǎn)品，其通常具有0.4 meq/g以 上，例如約2.3 meq/g的陽離子電荷密度。陰離子聚丙烯酰胺(APAM)和所述高電荷乙二醛化 聚丙烯酰胺(GPAM)的組合提供比用于各種類型的紙漿懸浮液的現(xiàn)有的商業(yè)程序顯著更高 的留著率/濾水率。如在本發(fā)明中所顯示的，該新程序還顯著提高紙強(qiáng)度性質(zhì)超過現(xiàn)有的商 品Fennobond 3000。該結(jié)果還展示本發(fā)明對于含有高pH和高堿度的紙衆(zhòng)懸浮液特別有效， 其中GPAM單獨不提供顯著的強(qiáng)度益處。
[0012] 本發(fā)明提供用于在造紙過程中提高紙強(qiáng)度的組合物，所述組合物包含陰離子聚丙 烯酰胺(APAM)和高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙 烯酰胺具有0.4 meq/g以上的陽離子電荷密度。
[0013] 本發(fā)明還提供用于在造紙過程中提高紙強(qiáng)度的方法，其包括:將所述包含陰離子 聚丙烯酰胺(APAM)和高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)的組合物添加至紙漿懸浮液中，其 中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺具有0.4 meq/g以上的陽離子電荷密度，和使紙 漿成形為紙。
[0014] 本發(fā)明還提供用于造紙的方法，其包括將所述包含陰離子聚丙烯酰胺(APAM)和高 電荷乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)的組合物添加至紙漿懸浮液中，其中所述高電荷陽離子乙 二醛化聚丙烯酰胺具有〇. 4 meq/g以上的陽離子電荷密度，和使?jié){料成形為紙。
[0015] 本發(fā)明還提供用于在造紙過程中提高紙強(qiáng)度的方法，其包括:將所述包含陰離子 聚丙稀酰胺(APAM)和高電荷乙二醛化聚丙稀酰胺(GPAM, glyoxylated polyacrylamide) 的組合物添加至干燥的紙頁中，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺具有0.4 meq/ g以上的陽離子電荷密度。
[0016] 本發(fā)明還提供用所述方法獲得的紙或紙漿產(chǎn)品。
[0017] 本發(fā)明提供若干優(yōu)勢。在本發(fā)明中，陽離子GPAM通過靜電相互作用和共價鍵合二 者與陰離子PAM形成含水復(fù)合物。相比之下，常規(guī)凝結(jié)劑僅通過靜電相互作用與陰離子絮凝 劑相互作用。陽離子GPAM和陰離子PAM之間的強(qiáng)相互作用提供超過常規(guī)留著程序的令人驚 訝地優(yōu)越的留著/濾水性能。
[0018] 本發(fā)明證明優(yōu)選凈陽離子電荷以實現(xiàn)良好的留著/濾水性能。此外，若GPAM的電荷 密度較高，則需要較低的GPAM劑量以實現(xiàn)相當(dāng)?shù)幕蚋玫牧糁?濾水性能。本發(fā)明可用于大 多數(shù)紙種(paper grade)，例如用于薄頁紙、包裝和紙板、新聞紙和印刷紙/書寫紙，以改善 抗張強(qiáng)度、耐破強(qiáng)度和表面強(qiáng)度。
[0019] 本發(fā)明的另一優(yōu)勢是其提高紙干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度二者。因此，本發(fā)明消除了添加另 一強(qiáng)度樹脂的需要，引起花費降低及還有操作簡化。
[0020] 本發(fā)明的另一優(yōu)勢是其對于含有高填料含量和高堿度水平的循環(huán)配料(recycled furnishes)特別有效。
[0021] 發(fā)明詳述 通常陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺通過使乙二醛與陽離子聚丙烯酰胺原料聚合物在略 微堿性水溶液中反應(yīng)并在酸性條件下穩(wěn)定來制備。該方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知并例如在 所引用的文獻(xiàn)中解釋，所述文獻(xiàn)通過引用全部并入本文。本發(fā)明的高電荷乙二醛化聚丙烯 酰胺可用所述方法來獲得。
[0022]如本文所使用的"高電荷"乙二醛化聚丙烯酰胺是指具有0.4 meq/g以上的高陽離 子電荷密度的GPAM產(chǎn)品。在一個實施例中，所述高陽離子電荷密度在約0.4-5.0 meq/g的范 圍內(nèi)。在一個實施例中，所述高陽離子電荷密度在約0.6-5.0 meq/g的范圍內(nèi)。在一個實施 例中，所述高陽離子電荷密度在約0.6-4.0 meq/g的范圍內(nèi)。在一個實施例中，所述高陽離 子電荷密度在約0.8-3.5 meq/g的范圍內(nèi)。在一個實施例中，所述高陽離子電荷密度在約1-3 meq/g的范圍內(nèi)。
[0023]陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺包含陽離子單體和丙烯酰胺單體。在陽離子聚丙烯酰 胺原料聚合物中的陽離子單體的量可在10-90重量%范圍內(nèi)。在一個實施例中，陽離子聚丙 烯酰胺原料聚合物含有約20-70重量%的陽離子單體。陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺可僅包含 一種類型的陽離子單體，或其可包含多于一種類型的陽離子單體。
[0024]在陽離子GPAM中的丙烯酰胺單體的量可在20-90重量％范圍內(nèi)。在一個施實例中， 陽離子GPAM含有約30-80重量%的丙烯酰胺單體。所述丙烯酰胺可為丙烯酰胺或另一含伯胺 的單體，例如甲基丙烯酰胺、乙基丙烯酰胺、N-乙基甲基丙烯酰胺、N-丁基甲基丙烯酰胺或 N-乙基甲基丙烯酰胺或其組合。
[0025]陽離子單體可為通常用于此類陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺的任何合適的陽離子 單體。陽離子單體的一般實例包括烯丙基胺、乙烯基胺、二烷基氨基烷基丙烯酸酯和甲基丙 烯酸酯及它們的季鹽或酸鹽，包括但不限于，丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯季鹽 (DMAEA.MCQ)、丙稀酸二甲基氨基乙酯甲基硫酸季鹽（dimethylaminoethyl acrylate methyl sulfate quaternary salt)、丙稀酸二甲基氨基乙酯芐基氯季鹽、丙稀酸二甲基氨 基乙酯硫酸鹽、丙烯酸二甲基氨基乙酯鹽酸鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯季鹽、甲 基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基硫酸季鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯芐基氯季鹽、甲基丙 烯酸二甲基氨基乙酯硫酸鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯鹽酸鹽、二烷基氨基烷基丙烯酰 胺或甲基丙烯酰胺和它們的季鹽或酸鹽，例如丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨、二甲基氨基丙 基丙烯酰胺甲基硫酸季鹽、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸鹽、二甲基氨基丙基丙烯酰胺鹽 酸鹽、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺甲基硫酸季鹽、二甲 基氨基丙基甲基丙烯酰胺硫酸鹽、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺鹽酸鹽、丙烯酸二乙基氨 基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、二烯丙基二乙基氯化銨。烷基可為Ci-4烷基。
[0026] 在一個實施例中，單體選自二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)、2-乙烯基吡啶、4-乙 烯基吡啶、2-甲基-5-乙烯基吡啶、2-乙烯基-N-甲基氯化吡啶、對乙烯基苯基三甲基氯化 銨、對乙烯基芐基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基）乙酯、三甲基(對乙烯基芐基） 氯化銨、對二甲基氨基乙基苯乙烯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、硫酸甲酯2-甲基丙烯酰氧基 乙基三甲基銨（me thy lacroyloxy ethyl trimethyl ammonium methylsulfate)、3_ 丙稀酉先胺 基-3-甲基丁基三甲基氯化銨、丙烯酸2-(二甲基氨基）乙酯、[2-(丙烯酰胺基）乙基]三甲基 氯化銨、[2_(甲基丙烯酰胺基）乙基]三甲基氯化銨、[3-(丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化銨、 [3-(甲基丙烯酰胺基）丙基]三甲基氯化銨、N-甲基-2-乙烯基吡啶鹽、N-甲基-4-乙烯基吡 啶鹽、[2-(丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化銨、[2-(甲基丙烯酰氧基）乙基]-三甲基氯化銨、 [3-(丙烯酰氧基）丙基]三甲基氯化銨、[3-(甲基丙烯酰氧基）丙基]三甲基氯化銨及其組 合。在一個具體實施例中，單體是二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)。
[0027]若陽離子聚丙烯酰胺的分子量過高或過低，則紙強(qiáng)度傾向于降低。在一個實施例 中，高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺的陽離子聚丙烯酰胺原料聚合物具有在500-1 000 000道 爾頓范圍內(nèi)的分子量。在一個實施例中，高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺的陽離子聚丙烯酰胺 原料聚合物具有在1000-100 〇〇〇道爾頓范圍內(nèi)的分子量。在一個實施例中，高電荷乙二醛 化聚丙烯酰胺的陽離子聚丙烯酰胺原料聚合物具有在2000-30 000道爾頓范圍內(nèi)的分子 量。在一個實施例中，高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺的陽離子聚丙烯酰胺原料聚合物具有在 3000-20 000道爾頓范圍內(nèi)的分子量。在一個實施例中，高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺的陽離 子聚丙烯酰胺原料聚合物具有在5000-15 000道爾頓范圍內(nèi)的分子量。
[0028] 在一個實施例中，GPAM可以干紙漿的0.01-2重量％的量存在。在一個實施例中， 八?八1可以干紙漿的0.0卜1重量％的量存在。6?41與4?41的比率可在0.01:卜1:0.01的范圍 內(nèi)。在一個實施例中，GPAM與APAM的比率在0.1:1-1:0.1的范圍內(nèi)。在一個實施例中，GPAM與 APAM的比率約為1:1。
[0029] 陰離子聚丙烯酰胺(APAM)是丙烯酰胺和陰離子單體的共聚物。陰離子單體的實例 包括丙烯酸及其鹽，例如丙烯酸鈉和丙烯酸銨、甲基丙烯酸及其鹽，例如甲基丙烯酸鈉和甲 基丙烯酸銨、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、AMPS的鈉鹽、乙烯基磺酸鈉、苯乙烯磺酸 鹽、馬來酸及其鹽，例如鈉鹽和銨鹽、磺酸鹽、衣康酸鹽、磺丙基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或 這些或其它可聚合的羧酸或磺酸的其它水溶性或水分散性形式或其組合。
[0030] 在一個實施例中，陰離子聚丙烯酰胺具有在500-60 000 000道爾頓范圍內(nèi)的分子 量。在一個實施例中，陰離子聚丙烯酰胺具有在500-30 000 000道爾頓范圍內(nèi)的分子量。在 一個實施例中，陰離子聚丙烯酰胺具有在1000-1 〇〇〇 〇〇〇道爾頓范圍內(nèi)的分子量。在一個 實施例中，陰離子聚丙烯酰胺具有100 000-500 000道爾頓范圍內(nèi)的分子量。在一個實施例 中，陰離子聚丙烯酰胺具有約300 000道爾頓的分子量。陰離子聚丙烯酰胺可具有在約-1--2 meq/g范圍內(nèi)，諸如例如約-1.3 meq/g的電荷密度。
[0031] 所述組合物通常作為水溶液存在，所述水溶液可含有至少10% (w/w)的包含APAM 和GPAM的組合物。在一個實施例中，所述水溶液含有至少25% (w/w)的包含APAM和GPAM的組 合物。因為APAM和GPAM在混合之后即刻反應(yīng)，并且所形成的組合物可能不穩(wěn)定，所以通常在 使用之前即時制備所述組合物。在一個實施例中，原位制備所述組合物。在另一實施例中， 現(xiàn)場制備所述組合物。"現(xiàn)場"意指與組合物的目標(biāo)施用分開進(jìn)行制備，并且在制備之后將 使所獲得的組合物立即用于目標(biāo)。原位意指"在反應(yīng)混合物中"，例如在處理過程中。
[0032] 在一個具體實施例中，在水溶液中，所述組合物不含除了所述APAM和所述GPAM之 外的其它組分，即，在水溶液中，所述組合物由所述APAM和所述GPAM組成。
[0033]本發(fā)明對于含有高pH和高堿度的紙漿懸浮液特別有效。所述高pH是指6.5以上的 pH，例如至少7.0、或至少7.5的pH。所述高堿度是指至少30 ppm、例如60 ppm以上、例如至少 90 ppm以上的堿濃度。
[0034] 可在任何合適的位置處(例如在任何合適的濕部位置處)將所述包含APAM和GPAM 的組合的組合物添加至紙漿或紙中，例如添加至紙漿懸浮液中，以生產(chǎn)強(qiáng)度提高的紙或紙 漿產(chǎn)品。所述紙漿懸浮液還可稱為液體漿?？稍谕ǔＬ砑哟祟悘?qiáng)度添加劑的任何點將組合 物添加至造紙過程中。優(yōu)選將組合物作為水溶液添加?？稍谛纬杉堉啊⑵陂g或之后的任何 時間添加組合物。此類時間點或位置的實例包括在精磨紙漿之前或之后、在混合漿栗處、在 流漿箱之前或在流漿箱處、或通過噴霧、印刷、涂布或浸漬在紙幅上、或例如通過槽法施膠 至預(yù)成形紙、或例如通過噴霧在干燥的紙頁上。如本文使用的"強(qiáng)度體系"通常是指所述組 合物及其變體。
[0035] 在示例性實施方式中，所述方法包括將組合物添加至液體漿或紙漿懸浮液中，其 可用于生產(chǎn)紙產(chǎn)品。結(jié)果，所述強(qiáng)度體系分散于整個所得的紙產(chǎn)品。
[0036] 在示例性實施方式中，所述方法包括以下步驟:形成纖維素纖維的含水懸浮液，例 如紙漿，將一定量的組合物添加至所述懸浮液中，使纖維素纖維成形為紙頁并干燥紙頁以 生產(chǎn)紙頁。
[0037] 在示例性實施方式中，所述方法包括將所述組合物添加或施用至預(yù)成形紙頁或干 燥紙頁上。
[0038]在包括GPAM和APAM的強(qiáng)度體系的示例性實施方式中，可首先將各組分組合，并隨 后施用至紙幅或纖維上，或可同時或以任一次序按順序施用兩種組分。在已將兩種組分施 用至紙幅之后，干燥紙幅或纖維并將其充分加熱以實現(xiàn)兩種化合物之間所需的相互作用。
[0039] 僅舉例而言，強(qiáng)度體系（或其組分）的施用可通過以下方法中的任一種或其組合來 施用。在示例性實施方式中，所述方法可包括例如通過在進(jìn)入流漿箱之前將化合物注射到 紙漿中來將強(qiáng)度體系（或其組分)直接添加到纖維質(zhì)紙漿中。在示例性實施方式中，所述紙 漿可為約0.1重量%至約50重量％、約0.2%至10%、約0.3%至約5%、或約0.4%至約4%。
[0040] 在示例性實施方式中，所述方法可包括將強(qiáng)度體系(或其組分)噴霧至纖維質(zhì)紙幅 上。例如，可將噴嘴安裝在移動紙幅上方以向可為潮濕或基本上干的紙幅施用所需劑量的 溶液。
[0041 ]在示例性實施方式中，所述方法可包括通過噴霧或其它方式向移動的帶或織物施 用強(qiáng)度體系（或其組分），其反過來接觸薄頁紙幅以向該紙幅施用化學(xué)品，例如在W0 01/ 49937中所公開的。
[0042]在示例性實施方式中，所述方法可包括例如通過膠版印刷、凹版印刷、柔性版印 刷、噴墨印刷、任何種類的數(shù)字式印刷等等將強(qiáng)度體系(或其組分)印刷到紙幅上。
[0043]在示例性實施方式中，所述方法可包括例如通過刮涂、氣刀涂布、短駐留涂布、鑄 涂等等將強(qiáng)度體系(或其組分)涂布到紙幅的一個或兩個表面上。
[0044] 在示例性實施方式中，所述方法可包括從模頭(die head)擠出溶液、分散液或乳 液、或粘性混合物形式的強(qiáng)度體系(或其組分）。
[0045] 在示例性實施方式中，所述方法可包括將強(qiáng)度體系(或其組分)施用至個體化纖維 上。例如，可將粉碎或急驟干燥的纖維夾帶在與所述化合物的氣溶膠或噴霧組合的空氣流 中，以在結(jié)合到紙幅或其它纖維質(zhì)產(chǎn)品中之前處理各纖維。
[0046] 在示例性實施方式中，所述方法可包括用強(qiáng)度體系(或其組分)的溶液或漿料浸漬 濕紙幅或干紙幅，其中所述強(qiáng)度體系(或其組分)滲透顯著的距離進(jìn)入紙幅厚度，例如約20% 或更多的紙幅厚度、約30%或更多、和約70%或更多的紙幅厚度，包括在整個其厚度的全部范 圍完全滲透紙幅。
[0047] 在示例性實施方式中，用于浸漬潮濕紙幅的方法可包括使用由Black Clawson Corp·，Watertown, Ν·Υ·生產(chǎn)的Hydra-Sizer? 系統(tǒng)，如在"New Technology to Apply Starch and Other Additives," Pulp and Paper Canada, 100(2): T42-T44 (1999年2 月）中所描述。該系統(tǒng)包括模具、可調(diào)節(jié)的支撐結(jié)構(gòu)、捕集槽和添加劑供應(yīng)系統(tǒng)。產(chǎn)生一薄幕 狀下行的液體或漿料，其接觸在其之下的移動紙幅。據(jù)說可實現(xiàn)寬范圍的涂布材料施用劑 量，伴隨良好的流動性。所述系統(tǒng)還可應(yīng)用于幕涂相對干的紙幅，例如恰好在起皺之前或在 起皺之后的紙幅。
[0048] 在示例性實施方式中，所述方法可包括將強(qiáng)度體系(或其組分)泡沫施用至纖維質(zhì) 紙幅上（如泡沫整飾），用于局部施用或用于在壓差的影響下使添加劑浸漬進(jìn)入紙幅中（如 泡沫的真空輔助浸漬）。添加劑（例如粘合劑）的泡沫施用的原理描述于以下出版物：F. Clifford, "Foam Finishing Technology: The Controlled Application of Chemicals to a Moving Substrate Textile Chemist and Colorist, , ^12??, 1978, 第37-40頁；C. ff. Aurich, "Uniqueness in Foam Application" Proc. 1992 Tappi Nonwovens Conference, Tappi Press , Atlanta , Geogia , 1992 ,第15-19頁；W. Hartmann, "Application Techniques for Foam Dyeing & Finishing"，Canadian rejriiJe Jourfla人1980年4月，第55頁；美國專利第4297860號和美國專利第4773110號， 其各自通過引用并入本文。
[0049] 在示例性實施方式中，所述方法可包括將含有強(qiáng)度體系(或其組分)的溶液填塞進(jìn) 入現(xiàn)有的纖維質(zhì)紙幅中。
[0050] 在示例性實施方式中，所述方法可包括強(qiáng)度體系(或其組分)的溶液的輥流體喂料 用于施用至紙幅。
[0051] 當(dāng)施用至紙幅的表面時，本公開的示例性實施方式可包括紙強(qiáng)度體系(如PAE聚合 物和，任選地，醛官能化的聚合物樹脂)的局部施用，其可在楊克式干燥之前或在干燥期間， 和任選地在最終真空脫水已被實施之后在初期紙幅(embryonic web)上發(fā)生。
[0052] 本發(fā)明的方法可應(yīng)用至任何種類的造紙過程。包括所有合適種類和等級的紙，例 如牛皮紙、亞硫酸鹽漿紙、半化學(xué)紙等等，包括使用漂白紙漿、未漂紙漿或其組合生產(chǎn)的紙。 [0053]同樣，可使用本發(fā)明的方法處理任何合適種類的紙漿。這些包括例如原漿和/或回 收的紙衆(zhòng)，例如亞硫酸鹽原衆(zhòng)、損紙衆(zhòng)(broke pulp)、硬木牛皮紙楽；、針葉木牛皮紙楽;、舊瓦 楞紙箱（0CC)、此類紙漿的混合物等等。還可應(yīng)用任何機(jī)械制漿方法，例如熱法機(jī)械漿 (TMP)、磨石磨(SOW)木漿、或預(yù)熱法木片化學(xué)機(jī)械漿(CTMP)。不同類型的紙漿要求不同類型 的紙，盡管很多紙可使用數(shù)種不同類型的紙漿和回收(recycled/recovered)紙的組合或 "共混"。通常紙漿是指含有纖維素纖維的含水懸浮液。
[0054] 本發(fā)明還提供用本文描述的方法獲得的紙或紙漿產(chǎn)品。所述產(chǎn)品可為例如紙頁、 紙板、薄頁紙或墻壁紙板。紙產(chǎn)品包括例如所有等級的紙、新聞紙、掛面紙板、瓦楞原紙和牛 皮紙，以及其它紙材料。薄頁紙的具體實例包括衛(wèi)生紙(hygienic tissue paper)、化妝紙、 毛巾紙、包裝紙、薄衛(wèi)生紙(toi 1 et tissue)、餐巾紙等等。通過分析產(chǎn)品中的APAM和GPAM的 含量，用本發(fā)明的方法獲得的紙或紙漿產(chǎn)品可區(qū)別于任何其它紙或紙漿產(chǎn)品。
[0055] 接下來通過以下實施例來例示本發(fā)明，其中二烯丙基二甲基氯化銨用作GPAM的陽 離子單體，且Fennobond 85用作APAM。在實施例中解釋的一般概念也可應(yīng)用于其它類型的 GPAM和APAM〇 實施例
[0056] 乙二醛化聚丙烯酰胺樣品 如在美國專利3556932、4605702和8435382以及美國專利申請20090071618中所討論 的，通過丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化銨共聚物原料聚合物和乙二醛之間的交聯(lián)反應(yīng)制 備高電荷乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)樣品。表1顯示GPAM樣品的性質(zhì)。
[0057] 表1 · GPAM性質(zhì)
陰離子聚丙烯酰胺 FENN0B0ND 85是具有約300 000道爾頓的分子量和大約-1.3 meq/g的電荷密度的商業(yè) 陰離子聚丙烯酰胺。
[0058] 電荷滴定 首先使用去離子水將所有強(qiáng)度樹脂稀釋至1 .〇重量％，并使用稀HC1或NaOH將pH調(diào)節(jié)至 7.0。然后，將0.5 g的經(jīng)稀釋的強(qiáng)度樹脂和9.5 g的DI水添加至Mutek電荷滴定儀中。0.001 meq PVSK溶液用作陽離子強(qiáng)度樹脂的滴定劑，并且0.001 meq聚DADMAC溶液用作陰離子強(qiáng) 度樹脂的滴定劑。記錄用于將溶液電荷轉(zhuǎn)化成中性的滴定劑的量。相應(yīng)地計算產(chǎn)物的電荷 密度，并且結(jié)果在表1中給出。
[0059] 手工紙制備 使用漂白硬木和漂白針葉木的紙漿混合物制備手工紙。去離子水用于配料制備，并添 加額外150 ppm的硫酸鈉和35 ppm的氯化|丐。在用懸空(overhead)攪拌器混合時，用經(jīng)去離 子水稀釋至1%重量％的各種強(qiáng)度試劑樣品（下述)處理含有8.7 g的纖維素纖維的一批0.6% 固體。在添加強(qiáng)度試劑之后，將液體漿混合30秒。隨后，使用標(biāo)準(zhǔn)(8"x8"）Nobel & Woods手 工紙模具形成4張3 g紙頁，以52 lbs/3000 ft2 (0.51 Pa)的定量為目標(biāo)。將手工紙在約15 psig下在氣動輯式擠衆(zhòng)機(jī)(pneumatic roll press)的壓區(qū)中的毛毯之間擠壓，并于110°C 在回轉(zhuǎn)式干燥器上干燥。將紙樣品在110° C的溫度下用烘箱熟化10分鐘，隨后在標(biāo)準(zhǔn)TAPPI 控制室中過夜進(jìn)行調(diào)整處理。
[0060] 干抗張強(qiáng)度試驗 通過向樣品施加恒速拉伸并記錄斷裂樣本所需的每單位寬度的力來測量抗張強(qiáng)度。該 步驟參考TAPPI試驗方法T494 (2001)，其通過引用并入本文，并如所述進(jìn)行改進(jìn)。
[0061] 初始濕抗張強(qiáng)度試驗 該試驗方法用于測定已與水接觸2秒的紙或紙板的初始濕抗張強(qiáng)度。將1英寸寬的紙條 樣品置于拉力試驗機(jī)中，并用蒸餾水通過漆刷潤濕試條兩側(cè)。在2秒的接觸時間之后，如在 TAPPI試驗方法494(2001)的6.8-6.10中所闡述拉伸試條。初始濕抗張強(qiáng)度可用于評估薄紙 產(chǎn)品、毛巾紙和其它在加工或使用期間經(jīng)受應(yīng)力同時立即潤濕的紙的性能特征。該方法參 考美國專利4233411，其通過引用并入本文，并如所述進(jìn)行改進(jìn)。
[0062]永久濕抗張強(qiáng)度試驗 該試驗方法用于測定已與水接觸30分鐘的延長期的紙或紙板的濕抗張強(qiáng)度。將1英寸 寬的紙條樣品浸入水中30分鐘并置于拉力試驗機(jī)上。如在TAPPI試驗方法494(2001)的6.8-6.10中所闡述拉伸試條。低永久濕抗張強(qiáng)度指示紙產(chǎn)品可在沒有大量機(jī)械能的情況下在水 中再制漿，或容易分散在水中而不堵塞污水系統(tǒng)。
[0063]結(jié)果和討論 已廣泛接受GPAM性能取決于紙漿懸浮液中的堿度水平。增加堿度水平通常降低自GPAM 產(chǎn)品的紙強(qiáng)度提高。如在表3中所顯示，在pH 7.5下具有100 ppm堿度的情況下，9 lb/ton FENN0B0ND 3000不提供任何強(qiáng)度提高。相比之下，F(xiàn)ENN0B0ND 85和實施例2的組合導(dǎo)致高的 干抗張強(qiáng)度提高和高的濕抗張強(qiáng)度提高二者。此外，強(qiáng)度提高取決于GPAM與FENN0B0ND 85 的重量比。在1:1的比率下，紙產(chǎn)品顯示最高的干抗張強(qiáng)度及還有最高的濕抗張強(qiáng)度。GPAM 產(chǎn)品含有醛官能團(tuán)，其可與APAM丙烯酰胺官能團(tuán)共價反應(yīng)。在混合之后，陽離子GPAM和APAM 經(jīng)由靜電相互作用及還有共價相互作用二者形成強(qiáng)復(fù)合物。如在表3中所展示，在最佳 GPAM/APAM比率下該強(qiáng)復(fù)合物形成提供最高的強(qiáng)度提高。
[0064] 在較低比率下，不存在足夠的醛基以提高紙強(qiáng)度。在較高比率下，不存在足夠的 APAM以與GPAM形成復(fù)合物。對于工業(yè)應(yīng)用，常規(guī)的GPAM產(chǎn)品通常應(yīng)用于生產(chǎn)包裝和紙板(P& B)紙種。這些等級的纖維資源通常為回收的舊瓦楞紙箱紙板(0CC)，其含有高填料含量和高 堿度水平。高電荷GPAM和APAM的組合可應(yīng)用于該應(yīng)用以進(jìn)一步提高紙強(qiáng)度。另外，該新程序 還可應(yīng)用于增加生產(chǎn)率、節(jié)約單獨的留著/濾水程序和相關(guān)的栗送設(shè)備的成本。
[0065] 聚酰胺型胺表氯醇（Polyamidoamine ephichlorohydrin, PAE)樹脂通常用于提 高紙濕強(qiáng)度。但是，大多數(shù)商業(yè)PAE樹脂含有被認(rèn)為是致癌物質(zhì)的可吸收的有機(jī)-鹵素化合 物(Α0Χ)。造紙工業(yè)中一直在致力于開發(fā)非PAE紙濕強(qiáng)度樹脂。本發(fā)明中的高電荷GPAM和 APAM的組合提供提高紙濕強(qiáng)度的備選的途徑，特別用于使用含有高堿度水平的回收配料的 造紙廠。
[0066] 表2.強(qiáng)度產(chǎn)品的電荷密度
表3.在高堿度下的紙強(qiáng)度.堿度=100 ppm，50%硬木+ 50%針葉木，加拿大標(biāo)準(zhǔn) 游離度=450 ml, pH = 7.5。
[0067]
【主權(quán)項】
1. 一種組合物，其包含陰離子聚丙烯酰胺(APAM)和高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺 (GPAM)，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺具有0.4 meq/g以上的陽離子電荷密 度。2. 權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述陰離子聚丙烯酰胺具有在500-60 000 000道爾 頓范圍內(nèi)，例如在1000-1 〇〇〇 〇〇〇道爾頓范圍內(nèi)的分子量。3. 權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺的陽離子聚 丙烯酰胺原料聚合物具有在500-1 000 000道爾頓范圍內(nèi)，例如在1000-100 000道爾頓范 圍內(nèi)的分子量。4. 權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺具有在0.4-5 meq/g范圍內(nèi)，例如在0.6-4.0 meq/g范圍內(nèi)的陽離子電荷密度。5. 權(quán)利要求1所述的組合物，其中GPAM與APAM的比率在0.01:1 -1:0.1范圍內(nèi)，例如在 0.01:1-1:0.1 范圍內(nèi)。6. 權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺包含陽離子 單體二烯丙基二甲基氯化銨(DADMC)。7. 權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺包含選自2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙烯基吡啶、2-乙烯基-N-甲基氯化吡啶、對乙烯基 苯基三甲基氯化銨、對乙烯基芐基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基）乙酯、三甲基 (對乙烯基芐基)氯化銨、對二甲基氨基乙基苯乙烯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、硫酸甲酯2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基銨、3-丙烯酰胺基-3-甲基丁基三甲基氯化銨、丙烯酸2-(二甲 基氨基）乙酯、[2_(丙烯酰胺基）乙基]三甲基氯化銨、[2-(甲基丙烯酰胺基）乙基]三甲基氯 化銨、[3-(丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化銨、[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化銨、N-甲基-2-乙烯基吡啶鹽、N-甲基-4-乙烯基吡啶鹽、[2-(丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化銨、 [2-(甲基丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化銨、[3-(丙烯酰氧基）丙基]三甲基氯化銨、[3-(甲 基丙烯酰氧基)丙基]三甲基氯化銨及其組合的陽離子單體。8. 權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述陰離子聚丙烯酰胺(APAM)包含選自丙烯酸及其 鹽，例如丙烯酸鈉和丙烯酸銨、甲基丙烯酸及其鹽，例如甲基丙烯酸鈉和甲基丙烯酸銨、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、AMPS的鈉鹽、乙烯基磺酸鈉、苯乙烯磺酸鹽、馬來酸及其 鹽，例如鈉鹽和銨鹽、磺酸鹽、衣康酸鹽、磺丙基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或這些或其它可 聚合的羧酸或磺酸的其它水溶性或水分散性形式或其組合的陰離子單體。9. 一種用于在造紙過程中提高紙張強(qiáng)度的方法，其包括將包含陰離子聚丙烯酰胺 (APAM)和高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)的組合物添加到紙漿或紙中，其中所述 高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺具有0.4 meq/g以上的陽離子電荷密度。10. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述陰離子聚丙烯酰胺具有在500-60 000 000道爾頓 范圍內(nèi)，例如在1000-1 〇〇〇 〇〇〇道爾頓范圍內(nèi)的分子量。11. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺的陽離子聚丙 烯酰胺原料聚合物具有在500-1 000 000道爾頓范圍內(nèi)，例如在1000-100 000道爾頓范圍 內(nèi)的分子量。12. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺具有在0.4-5 meq/g范圍內(nèi)，例如在0.6-4.0 meq/g范圍內(nèi)的陽離子電荷密度。13. 權(quán)利要求9所述的方法，其中GPAM與APAM的比率在0.01:卜1:0.1范圍內(nèi)，例如在 0.01:1-1:0.1 范圍內(nèi)。14. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺包含陽離子單 體二烯丙基二甲基氯化銨(DADMC)。15. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺包含選自2-乙 烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙烯基吡啶、2-乙烯基-N-甲基氯化吡啶、對乙烯基苯 基三甲基氯化銨、對乙烯基芐基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸2_(二甲基氨基）乙酯、三甲基 (對乙烯基芐基)氯化銨、對二甲基氨基乙基苯乙烯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、硫酸甲酯2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基銨、3-丙烯酰胺基-3-甲基丁基三甲基氯化銨、丙烯酸2-(二甲 基氨基）乙酯、[2_(丙烯酰胺基）乙基]三甲基氯化銨、[2-(甲基丙烯酰胺基）乙基]三甲基氯 化銨、[3-(丙烯酰胺基）丙基]-三甲基氯化銨、[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化銨、 N-甲基_2_乙烯基吡啶鹽、N-甲基_4_乙烯基吡啶鹽、[2_(丙稀醜氧基）乙基]二甲基氣化錢、 [2-(甲基丙烯酰氧基）乙基]-三甲基氯化銨、[3-(丙烯酰氧基)丙基]三甲基氯化銨、[3-(甲 基丙烯酰氧基)丙基]三甲基氯化銨及其組合的陽離子單體。16. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述陰離子聚丙烯酰胺(APAM)包含選自丙烯酸及其 鹽，例如丙烯酸鈉和丙烯酸銨、甲基丙烯酸及其鹽，例如甲基丙烯酸鈉和甲基丙烯酸銨、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、AMPS的鈉鹽、乙烯基磺酸鈉、苯乙烯磺酸鹽、馬來酸及其 鹽，例如鈉鹽和銨鹽、磺酸鹽、衣康酸鹽、磺丙基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或這些或其它可 聚合的羧酸或磺酸的其它水溶性或水分散性形式或其組合的陰離子單體。17. 權(quán)利要求9所述的方法，其中將所述組合物添加到紙漿懸浮液中并使所述紙漿形成 為紙。18. 權(quán)利要求9所述的方法，其中將所述組合物添加到具有6.5以上的pH或至少30 ppm 的堿濃度的紙漿懸浮液中。19. 權(quán)利要求9所述的方法，其中在精磨所述紙漿之前或之后、在混合漿栗處、在流漿箱 之前或在流漿箱處、或通過噴霧、印刷、涂布或浸漬在所形成的紙幅上將所述組合物添加到 所述紙漿中。20. 權(quán)利要求9所述的方法，其中將所述組合物添加到預(yù)成形或干燥紙張上。21. 用權(quán)利要求9所述的方法獲得的紙或紙漿產(chǎn)品。
【文檔編號】D21H21/18GK105899729SQ201480073537
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月24日
【發(fā)明人】C.陸, S.羅森克蘭塞, D.阮
【申請人】凱米羅總公司