专利名称：一种造纸方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸方法，其中在将纤维素纸料从流浆箱喷至网上并脱水形成纸网之前，将造纸添加剂加入到纤维素纸料内。
背景技术：
在造纸技术中，将含有纤维素纤维、任意填料和添加剂的水悬浮体，即所谓的纸料加入流浆箱中，流浆箱将纸料喷射到成型网上。水从纸料中排出，从而在成型网上形成湿纸网，然后将纸网进一步脱水并在造纸机的干燥部分干燥。
通常将助留剂加入纸料中以增加细颗粒如细纤维和填料粒子在纤维素纤维上的吸附，这样它们就与纤维一起留在成型网上。各种各样的助留剂是本领域已知的，例如包括不同分子量的阴离子、非离子、两性离子和阳离子有机聚合物，无机材料，及其混合物。由于是不完全保留，由纸料和湿纸网脱水得到的水称为白水，含有没有保留在成型网上的细小颗粒，白水通常在不同的流程中循环。
在具有稀释流浆箱的造纸机中，用白水在此流浆箱中稀释纸料。因此高稠度纸料流被由白水形成的低稠度流体所稀释。流浆箱可以带有一系列的混合区或遍布流浆箱宽度的稀释线路。将白水注入到混合区以就地控制纸料的稀释度，因此形成一个稠度可变轮廓(profile)并以恒定的体积流量离开唇板开口。这种稀释流浆箱的设计能够更好地控制纸的性能；通过在横穿造纸机的稀释流浆箱的多个点调节稀释液的量，即高稠度流体与低稠度流体的比例，能够以一种改善的方式控制纸网的基本重量并使之基本上沿造纸机横向均匀分布。然而值得注意的是，当使用高性能的助留剂时，根据经验这种造纸方法及其所制的纸张性能仍旧不能完全令人满意，这归因于不能充分控制沥青沉积。
先前已经认识到在生产各种类型纸的过程中，集结在造纸机上的沥青及成品纸内形成的沥青球体会引起问题。沥青通常是指被乳化的疏水性有机化合物。沥青可以定义为在制造浆粕的过程中，从木材中释放出来的粘性、树脂类物质。沥青还包括由涂覆的破碎和回收纤维上的组分如粘合剂，产生的粘性物质，其常被称作胶粘物(stickies)和粘着物(tackies)。在造纸厂的工艺用水中，沥青作为不稳定的疏水性粒子胶态分散体存在。因此，典型的造纸工艺条件，如流体动力的和机械剪切力、和温度以及化学环境和化学平衡的突变，都可能造成胶态沥青粒子凝聚在纤维素悬浮液内或沉积在成型网或其他设备的表面上。这样就可能导致成品的质量缺陷，如形成斑点或孔洞及劣质纸面，缩短设备使用寿命，运转故障，造纸机停工，最终造成工厂效益受损。上述问题在工艺用水高度封闭，如白水大范围循环的工厂中很突出。
发明内容
本发明主要涉及一种造纸方法，其包括(i)提供包含纤维素纤维的主含水流体；(ii)将一种或多种保留组分加入到所述主含水流体中以形成包含一种或多种保留组分的主含水流体；(iii)提供稀释含水流体；(iv)将低分子量阳离子有机聚合物加入到所述稀释含水流体中以形成包含低分子量阳离子有机聚合物的稀释含水流体，上述低分子量阳离子有机聚合物的重均分子量高达5,000,000；(v)将上述包含低分子量阳离子有机聚合物的稀释含水流体加入到包含一种或多种保留组分的主含水流体中以形成所得的含水流体；和然后(vi)将上述所得的含水流体喷至成型网上，并对所得的含水流体进行脱水以形成纸网。
本发明进一步涉及一种在包含稀释流浆箱的造纸机上造纸的方法，此方法包括(i)将一种或多种保留组分加入到含有纤维素纤维的主含水流体中，并把所得到的主含水流体注入到稀释流浆箱中；(ii)将重均分子量高达5,000,000的低分子量阳离子有机聚合物加入到稀释含水流体中，并把所得到的稀释含水流体注入到稀释流浆箱中；(iii)在流浆箱中混合所得到的主含水流体和所得到的稀释含水流体以形成所得的含水流体；和(iv)将上述所得含水流体喷至成型网上，并对所得含水流体进行脱水以形成纸网。
本发明还涉及一种由含有纤维素纤维和任意填料的含水悬浮液造纸的方法，此方法包括将一种或多种保留组分加入到悬浮液中，接着在悬浮液中加入重均分子量高达5,000,000的低分子量阳离子有机聚合物，然后在网上成型并排出悬浮液。
具体实施例方式
按照本发明，已发现通过在纸料在成型网上脱水并形成纸网之前以特定的方式把添加剂加入到纸料中，可以减少沥青问题。此发现特别适用于在带有稀释流浆箱的造纸机上造纸的造纸工艺。还发现按照本发明能够更好地控制造纸系统的沥青沉积。进一步发现本发明的造纸方法能够生产出具有改良性能的纸张。
稀释流浆箱通常可以指这样的设备，包括至少一个用于第一部分体积流体的进料口，至少一个用于第二部分体积流体的进料口，至少一个用于混合各部分体积流体以形成混合体积流体的区域，及至少一个用于喷射混合体积流体的出料口。优选稀释流浆箱包含横跨工作宽度的多个这样的进料口、区域及出料口。合适的稀释流浆箱的例子包括那些在美国专利No.4,909,904、5,196,091、5,316,383、5,545,293及5,549,793中公开的。
本文所用术语“主含水流体”是指进入流浆箱的包含纤维素纤维和任意填料的主要纸料流体，此流体具有高稠度(下称HC)，即高固含量，HC纸料因此代表高稠度流体(下称HC流体)。HC流体的稠度可以在0.1wt％～3.5wt％的范围内，合适值为0.3wt％～2.2wt％，优选为0.4wt％～1.9wt％。本文所用术语“稀释含水流体”是指用于稀释HC流体的含水流体，与HC流体相比，其具有低稠度(LC)，即低固含量，LC纸料因此代表低稠度流体(下称LC流体)。LC流体的稠度可以在0wt％～1.5wt％范围内，合适值为0.002wt％～0.9wt％，优选为0.005wt％～0.8wt％，附加条件是LC流体的稠度要比HC流体的低。优选地，在流浆箱中，例如就在湍流发生器之前，HC流体与LC流体混合从而被稀释以形成所得流体，此所得流体被排放到成型网上并进行脱水。HC流体与LC流体的体积比可在99∶1～50∶50，合适值为97∶3～60∶40，优选为95∶5～75∶25，典型值约为85∶15。如在稀释流浆箱设计中常规的，HC流体与LC流体的体积比优选在横跨流浆箱宽度的多个点上不同以便调节稀释量，从而更好地控制所形成的纸网轮廓的基本重量。优选部分体积流体，即HC流体与LC流体在流浆箱中混合以形成所得HC/LC混合体积流体，该流体从流浆箱中喷出并沿造纸机横向基本上恒定。
用于稀释的含水LC流体可以选自新鲜水、白水及生产过程中回用的其他类型含水流体。稀释LC流体可以包含细纤维和填料，并可以在注入流浆箱之前用任何纯化手段进行处理。可以用于纯化或澄清上述类型流体的合适步骤的例子包括过滤、浮选、沉积、厌氧及有氧处理。优选LC流体是包含例如纤维素细纤维、提取物和在浆粕制造过程中从木材释放出来的其他物质及进入到HC流体但没有保留在成型网上的填料和其他添加剂的白水。所使用的白水优选是由纸料和/或湿纸网在成型网上脱水得到的，并可以在注入稀释流浆箱之前如上所述进行澄清处理。LC流体的组成通常与HC流体不同。当在工艺中使用填料时，填料在LC流体中的含量通常与在HC流体中的不同；以流体中干物质的百分比表示，LC流体中的填料含量通常比HC流体中的填料含量高。
除了如前所述HC流体与LC流体进入流浆箱外，按照本发明还可以至少有一个另外的流体进入到流浆箱。另外的流体优选是只包含水的流体。另外的流体还可以是纸料流或浆粕流，此流体的稠度和/或组成与HC流体的不同。
本发明中加入到HC流体的保留组分可以是单独的助留剂或保留体系，例如后面限定的种类中的任何一种。单独的组分可以是任何一种充当助留剂的组分，优选阳离子聚合物，如后面限定的种类中的任何一种。在该实施方案中，该组分在主含水流体中的添加量应当是充足的以便同不添加该组分的情况相比能给予更好的保留。
在本发明的优选实施方案中，使用了一种保留体系。本文所用术语“保留体系”是指两种或更多种组分或试剂，当将它们加入到纸料中，同不添加上述两种或更多种组分或试剂的情况相比，能给予更好的保留。优选保留体系的组分选自两种或更多种有机聚合物及一种或多种与铝化合物和/或无机微粒混合的有机聚合物。
在本发明的优选实施方案中，使用了一种微粒保留体系。本文所用术语“微粒保留体系”是指包含一种微粒材料，或微粒子，如本文限定的阴离子无机粒子、阳离子无机粒子和有机微粒的保留体系。微粒材料与至少一种其他组分，通常至少一种本文也被称作主聚合物的有机聚合物混合使用，优选阳离子、两性或阴离子聚合物。阴离子微粒优选与至少一种两性和/或阳离子聚合物混合使用，而阳离子微粒优选与至少一种两性和/或阴离子聚合物混合使用。优选微粒为阴离子无机粒子。进一步优选其粒径在胶态范围内的微粒。保留体系如含微粒的体系可以包含两种以上的组分，例如可以是三组分或四组分保留体系。例如，合适的其他组分包括铝化合物和低分子量阳离子有机聚合物。通常，保留体系包括微粒保留体系，同不添加这些组分的情况相比，能给予更好的脱水，而且该体系也常常被称作保留和脱水体系。
在本发明的另一个优选实施方案中，使用包含一种或多种阳离子有机聚合物与一种或多种阴离子有机聚合物的保留体系。合适的这种保留体系包括如本文限定的具有一个或多个芳族基团的阳离子有机聚合物和/或具有一个或多个芳族基团的阴离子有机聚合物。
按照本发明可用的阴离子无机粒子包括阴离子二氧化硅基粒子和蒙脱石类粘土。优选使用阴离子二氧化硅基粒子，即基于SiO2或硅酸的粒子，包括胶态二氧化硅和各种类型的聚硅酸和聚硅酸盐。阴离子二氧化硅基粒子一般都是以胶态水分散体的形式供应，即所谓的溶胶。按照本发明合适的二氧化硅基溶胶还能包含其它元素，例如氮、铝和硼。这些元素可以由于分别使用含有机氮的有机化合物、含铝化合物及含硼化合物的改性而存在。这些化合物可在液态溶胶和/或二氧化硅基粒子中存在。包含合适的阴离子二氧化硅基粒子的保留和脱水体系披露在美国专利No.4,388,150、4,927,498、4,954,220、4,961,825、4,980,025、5,127,994、5,176,891、5,368,833、5,447,604、5,470,435、5,543,014、5,571,494、5,584,966、5,603,805和6,379,500中，在此引入其全部内容作为参考。
阴离子二氧化硅基粒子的平均粒径适宜小于约50nm，优选小于约20nm并更优选约1～10nm。如二氧化硅化学中传统的，粒径指的是基本粒子的平均尺寸，其可能是聚集或非聚集态的。二氧化硅基粒子的比表面积适宜大于5m2/g并优选大于100m2/g。通常，比表面积高达大约1700m2/g并优选最高1000m2/g。在适当地除去或调节任何存在于样品中并有可能干扰滴定的类似铝和硼的元素或化合物之后，按已知方法经NaOH滴定测得比表面积，比如参见Sears的分析化学(Analytical Chemistry)28(1956)12，1981-1983以及美国专利No.5,176,891。由此所得的面积表示粒子的平均比表面积。
在本发明的优选实施方案中，阴离子无机粒子是比表面积为50～1000m2/g、优选100～950m2/g的二氧化硅基粒子。优选阴离子无机粒子处在S值在8～45％、优选10～35％范围内的二氧化硅基溶胶中，其含有比表面积为300～1000m2/g、适宜为500～950m2/g的二氧化硅基粒子，其粒子可以是非铝改性或铝改性的，适宜用铝表面改性。S值可按Iler & Dalton在J.Phys.Chem.60(1956)，955-957中所述的方法测定并计算。S值表示聚集或微凝胶形成的程度且S值较低表明聚集程度较高。
在本发明另外一个优选的实施方案中，阴离子无机粒子选自任意与铝发生反应并具有高比表面积的聚硅酸，比表面积适宜大于约1000m2/g。比表面积范围可为1000～1700m2/g并优选1050～1600m2/g。在现有技术中，聚硅酸还被称为聚合硅酸、聚硅酸微凝胶、聚硅酸盐和聚硅酸盐微凝胶，所有这些都包含在这里所用的聚硅酸一词之中。含铝聚硅酸一般被称为聚铝硅酸盐和聚铝硅酸盐微凝胶，两者都包含在这里所用的聚硅酸一词之中。
本发明工艺中可用的蒙脱石类粘土是现有技术中已知的，包括天然存在、合成和经化学处理的物质。蒙脱石类粘土的适宜例子包括蒙脱土/膨润土、水辉石、贝得石、囊脱石和滑石粉，优选膨润土并且特别是膨胀后其表面积优选为400～800m2/g的膨润土。适宜的粘土披露在美国专利N0.4,753,710、5,071,512和5,607,552中，在此引入作为参考。较后面的专利公开了阴离子二氧化硅基粒子与蒙脱石类粘土优选天然膨润土的混合物。可以使用的阳离子无机粒子包括阳离子二氧化硅基粒子、阳离子氧化铝及阳离子氧化锆。
按照本发明用作助留剂或保留体系的一部分的合适的有机聚合物性质上可以是阴离子、非离子、两性离子或阳离子，它们可以来源于天然或合成原料，而且它们可以是线性，支化或交联的，例如以微粒的形式。优选有机聚合物是水溶性的或水可分散的。
合适的阳离子聚合物的例子包括阳离子多糖，如淀粉、瓜尔胶、纤维素、壳多糖、脱乙酰壳多糖、聚糖、半乳聚糖、葡聚糖、黄原胶、果胶、甘露聚糖、糊精，优选淀粉和瓜尔胶，合适的淀粉包括马铃薯、玉米、小麦、木薯淀粉、稻、含蜡玉米、大麦等；阳离子合成有机聚合物如阳离子链增长聚合物，如阳离子乙烯基加成聚合物如丙烯酸酯-、丙烯酰胺-、乙烯胺-、乙烯基酰胺-和烯丙胺基聚合物，和阳离子逐步增长聚合物，如阳离子聚酰胺基胺、聚亚乙基亚胺、聚胺及聚氨酯。阳离子淀粉和阳离子丙烯酰胺基聚合物是特别优选的阳离子聚合物，两者都可以单独作为保留组分，以及在含或不含阴离子无机粒子的保留体系中。带有一个或多个芳族基团的阳离子有机聚合物适宜的例子包括WO02/12626中公开的那些。阳离子有机聚合物的重均分子量可在宽范围内变化，这尤其取决于所用聚合物的种类，且一般是超过2,000,000，更通常超过3,000,000，合适地超过5,000,000。上限并不重要；它可以是约600,000,000，通常150,000,000和适宜100,000,000。
按照本发明可以加到HC流体中的进一步的合适的阳离子聚合物的例子包括具有低分子量的阳离子有机聚合物。这类阳离子有机聚合物包括一般被称作阴离子废物捕捉剂(下称ATC)的那些。ATC阳离子有机聚合物的重均分子量通常至少为2,000，合适地至少为10,000，并优选至少为50,000，而且其通常高达2,000,000，并一般高达1,500,000。合适的ATC包括线性、支化或交联的聚合物，通常是高度带电的，而且它们可以来源于天然和合成原料。合适的ATC的例子包括低分子量降解多糖，如基于淀粉、瓜尔胶、纤维素、壳多糖、脱乙酰壳多糖、聚糖、半乳聚糖、葡聚糖、黄原胶、果胶、甘露聚糖、糊精的那些，优选淀粉和瓜尔胶的多糖，合适的淀粉包括马铃薯、玉米、小麦、木薯淀粉、稻、含蜡玉米、大麦等；阳离子合成有机聚合物如阳离子链增长聚合物，如阳离子乙烯基加成聚合物如丙烯酸酯-、丙烯酰胺-、乙烯胺-、乙烯基酰胺-和烯丙胺基聚合物，例如基于二烯丙基二烷基氯化铵的均聚物和共聚物，如二烯丙基二甲基氯化铵，及基于(甲基)丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯的均聚物和共聚物；和阳离子逐步增长聚合物如阳离子聚酰胺基胺、聚亚乙基亚胺、聚胺例如二甲基胺-表氯醇共聚物及聚氨酯。
按照本发明阴离子有机聚合物的合适的例子可以选自逐步增长聚合物、链增长聚合物、多糖、天然存在的芳族聚合物及其改性物。合适的阴离子逐步增长聚合物的例子包含阴离子苯基和萘基缩聚物，优选萘磺酸基和萘磺酸盐基缩聚物；以及加成聚合物，即通过逐步增长加成聚合得到的聚合物，如阴离子聚氨酯。合适的阴离子链增长聚合物的例子包括阴离子乙烯基加成聚合物，如包含阴离子或潜在阴离子单体的丙烯酸酯基和丙烯酰胺基聚合物，所述单体如(甲基)丙烯酸和对乙烯基苯酚(羟基苯乙烯)。按照本发明的天然存在的芳族阴离子聚合物及其改性物，即改性的天然存在的芳族阴离子聚合物的合适的的例子，包括木质素基聚合物，优选磺化木质素，如木质素磺酸盐、牛皮纸木质素、磺化牛皮纸木质素和单宁提取液。其他带有一个或多个芳基的阴离子有机聚合物合适的例子包括WO02/12626中公开的那些。阴离子聚合物的重均分子量可在宽限度内变化，这尤其取决于所用聚合物的种类，且通常至少约500，合适地超过约2,000和优选超过约5,000。上限并不重要；它可以是约600,000,000，通常150,000,000，合适地100,000,000和优选10,000,000。
本文所用的术语″逐步增长聚合物″是指通过逐步增长聚合反应得到的聚合物，还分别称作逐步反应聚合物和逐步反应聚合。本文所用的术语″链增长聚合物″是指通过链增长聚合反应得到的聚合物，还分别称作链反应聚合物和链反应聚合。
本发明可用的铝化合物包括明矾、铝酸盐、氯化铝、硝酸铝和聚合铝化合物如聚合氯化铝、聚合硫酸铝、含氯和硫酸根离子的聚合铝化合物、聚合硅酸-硫酸铝，及其混合物。聚合铝化合物也可含有其它阴离子，比如来自磷酸、硫酸、有机酸如柠檬酸和草酸的阴离子。
按照本发明的优选保留体系包括(i)阴离子二氧化硅基粒子与阳离子淀粉、阳离子瓜尔胶或阳离子丙烯酰胺基聚合物组合，任选地与阴离子有机粒子和/或ATC和/或铝化合物组合；(ii)阴离子二氧化硅基粒子和阴离子链增长聚合物，优选阴离子丙烯酰胺基聚合物组合，与阳离子有机聚合物和/或ATC组合；(iii)膨润土与阳离子丙烯酰胺基聚合物组合，任选地与ATC和/或铝化合物组合；(iv)阳离子多糖，优选阳离子淀粉，与阴离子逐步增长聚合物，优选阴离子萘基缩聚物组合，任选地与ATC和/或铝化合物组合；(v)阳离子多糖，任选阳离子淀粉和天然存在的芳族阴离子聚合物及其改性物，优选磺化木质素组合，任选地与ATC和/或铝化合物组合；(vi)阳离子链增长聚合物，优选阳离子丙烯酰胺基聚合物，与阴离子逐步增长聚合物，优选阴离子萘基缩聚物组合，任选地与ATC和/或铝化合物组合；以及(vii)阳离子链增长聚合物，优选阳离子丙烯酰胺基聚合物，与天然存在的芳族阴离子聚合物及其改性物，优选磺化木质素组合，任选地与ATC和/或铝化合物组合；
(viii)阳离子链增长聚合物，优选阳离子丙烯酰胺基聚合物，与ATC组合；以及(ix)阳离子链增长聚合物，优选阳离子丙烯酰胺基聚合物，与阴离子有机粒子组合。
本发明的工艺中，优选在流浆箱中将保留组分加入到与LC流体混合的HC流体中，由此在稀释过程中保留组分进入到所得含水流体中。当采用含一种以上组分的保留体系时，各组分可以以常规方式加入到纸料流体中，优选在不同的点加入，加入顺序可以任意。当采用含有阴离子无机粒子与阳离子聚合物的保留体系时，优选在微粒材料加入前，把阳离子聚合物加入到HC纸料流体中，甚至可以使用相反的加入顺序。当采用含有阳离子与阴离子有机聚合物的保留体系时，优选在阴离子聚合物加入前，把阳离子聚合物加入到HC纸料流体中，甚至可以使用相反的加入顺序。进一步优选在选自抽吸、混合、清洗等的剪切阶段之前加入第一种组分如阳离子聚合物，和在该剪切阶段之后加入第二种组分如阴离子无机微粒或有机聚合物。当采用一种低分子量阳离子有机聚合物作为ATC时，优选在其他保留组分之前或与其他保留组分同时加入到HC纸料流体中。当采用铝化合物时，优选在其他保留组分之前或与其他保留组分同时加入到HC纸料流体中。
向待脱水的纸料中添加保留体系组分，其用量可在很宽的范围内变化，这尤其取块于组分的种类和数量、纸料的种类、填料的类型、填料的含量、添加点等。组分的添加量一般要保证，同不添加这些组分的情况相比，能给予更好的保留。在采用阴离子型无机粒子作为微粒材料时，基于纸料的干物质，通常其总的添加量至少为0.001wt.％，一般至少为0.005wt.％。上限一般为1.0wt.％并适宜为0.6wt.％。在采用阴离子二氧化硅基粒子时，总的添加量适宜为0.005～0.5wt.％，优选0.01～0.2wt.％，以SiO2计算并基于干的纸料物质。有机聚合物如阳离子和阴离子聚合物的总添加量通常至少为0.001％，一般至少为0.005wt.％，基于干的纸料物质。上限一般为3.0％并适宜是1.5wt.％。在采用低分子量阳离子有机聚合物作为ATC时，其添加到HC纸料流体中的量至少为0.01％，适宜用量的范围是0.05～0.5％，基于干的纸料物质。当工艺中采用了铝化合物时，加入到待脱水纸料中的总量取决于所用的铝化合物的类型以及希望其所能起到的其它效果。比如在现有技术中已知利用铝化合物作为松香基上胶剂的沉淀剂。总的添加量一般至少为0.05％，以Al2O3计算并基于干的纸料物质。适宜的用量范围是0.08～2.8％，优选0.1～2.0％。
按照本发明，优选在稀释流浆箱中将低分子量阳离子有机聚合物加入到与HC流体混合的LC流体中。合适的低分子量(下称LMW)阳离子有机聚合物包括线性、支化或交联的聚合物，通常是高度带电的，而且它们可以来源于天然或合成原料。合适的LMW阳离子有机聚合物的例子包括LMW降解多糖，如基于淀粉、瓜尔胶、纤维素、壳多糖、脱乙酰壳多糖、聚糖、半乳聚糖、葡聚糖、黄原胶、果胶、甘露聚糖、糊精的那些，优选淀粉和瓜尔胶，合适的淀粉包括马铃薯、玉米、小麦、木薯淀粉、稻、含蜡玉米、大麦等；LMW阳离子合成有机聚合物如阳离子链增长聚合物，如阳离子乙烯基加成聚合物如丙烯酸酯-、丙烯酰胺-、乙烯胺-、乙烯基酰胺-和烯丙胺基聚合物，如基于二烯丙基二烷基卤化铵如二烯丙基二甲基氯化铵的均聚和共聚物，及基于(甲基)丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯的均聚和共聚物；和LMW阳离子逐步增长聚合物如阳离子聚酰胺基胺、聚亚乙基亚胺、聚胺例如二甲基胺-表氯醇共聚物及聚氨酯。LMW阳离子有机聚合物的重均分子量通常为至少100,000，合适地至少为500,000，并优选至少为1,000,000，并且通常高达5,000,000，合适地高达3,000,000，并优选高达2,000,000。通常，在将阳离子有机聚合物作为助留剂或保留体系的一部分加入到HC流体中的情况下，加入到LC流体中的IMW阳离子有机聚合物的重均分子量要低于加入到HC流体中的阳离子有机聚合物的重均分子量。
LMW阳离子有机聚合物通常加入到LC流体中的量至少为0.01％，基于待脱水纸料干物质。适宜的用量范围是0.05～1.0％，优选0.1～0.5％。
在本发明的优选实施方案中，把含有LMW阳离子有机聚合物的LC流体加混入到含有一种或多种保留组分的HC流体中以形成所得含水流体之后，在所得含水流体中不再加入其他保留组分。所得含水流体优选在稀释流浆箱中形成，不过也可以在流浆箱外形成。
本发明工艺适用于所有的造纸工艺及纤维素悬浮体，特别适用于用高导电率的纸料制造纸张。在这种情况下，在成型网上脱水的纸料的导电率至少约为1.5mS/cm，适宜至少为3.5mS/cm，优选至少为5.0mS/cm。导电率可通过标准设备如Christan Berner制造的WTW LF539型装置进行测定。通过测定喷射到成型网上进行脱水的所得含水流体的导电率而获得上述提到的数值。高导电率水平表明盐(电解质)含量高，其通常源自用以形成纸料的材料、向纸料中引入的各种添加剂、供应给工艺的新鲜水等。此外，在白水广泛循环的工艺中其盐含量通常都较高，这会造成盐在工艺的循环水中大量累积。
本发明进一步包含白水充分循环或再循环的造纸工艺，即白水高度封闭，比如其中每吨所制的干纸使用0～30吨新鲜水，每吨纸一般少于20吨，适宜少于15吨，优选少于10吨并且特别少于5吨新鲜水。新鲜水可在任何的阶段引入工艺中；比如新鲜水可与纤维素纤维混合以形成悬浮体，新鲜水还可以与含有纤维素纤维的浓悬浮体混合以便将其稀释来形成作为高粘稠流体加入到流浆箱中的稀薄悬浮体。
本发明工艺用于造纸。本文所用术语的“纸”，当然不仅包括纸及其制品，还包括其它网状制品如板和纸板及其制品。本工艺可用于用不同类型的含钎维素纤维的悬浮体制造纸张，并且悬浮体适宜地应含有至少25wt.％且优选至少50wt.％的这类纤维，基于干的物质。悬浮体可基于来自化学纸浆如硫酸盐和亚硫酸盐纸浆、热力学纸浆、化学热力学纸浆、有机溶胶纸浆、细木浆或由硬木和软木形成的磨木浆的纤维，或来源于一年生植物如象草、甘蔗、亚麻、稻草等的纤维，并且还可用于基于回收纤维的悬浮体。本发明优选适用于用含木悬浮体造纸的工艺。悬浮体中也可含有常见类型的无机填料如高岭土、陶土、二氧化钛、石膏、滑石以及天然和合成的碳酸钙如白垩、大理石粉、重质碳酸钙和沉淀法碳酸钙。纸料中当然还可以包含常用类型的造纸添加剂，比如湿强剂，如基于松香、烯酮二聚体、烯酮多聚体及烯烃琥珀酸酸酐等的纸料定型剂(stocksizes)，等等。
本发明适用于生产含木纸和基于如SC、LWC及各种类型的书籍和新闻纸的回收纤维的纸张的造纸机，和生产无木印刷和书写纸的造纸机，术语无木是指含木纤维少于约15％。本发明也适用于在单层造纸机上生产板材，又可以在在多层流浆箱中生产纸或板材的机器上和具有多个流浆箱的造纸机上生产板材，其中一层或多层基本上由回收纤维组成。在采用多层流浆箱或多个流浆箱的造纸机中，其中一层或多层都由稀释型的流浆箱生产，本发明适用于一个或多个这些层。本发明造纸机的适宜运转速度在300～2500m/min的范围内，优选为1000～2000m/min。
本发明在如下的实施例中作进一步的说明，但并不对其构成限制。除非另有说明，份数和％分别代表重量份数和wt.％。
实施例本发明的方法通过采用不同的LMW阳离子有机聚合物作为LC纸料添加剂进行测试。
在带有稀释流浆箱的造纸机上用纤维素悬浮体生产纸张并制成SC级。将助留剂添加到HC纸料中；首先加入0.8kg/ton基于干料的重均分子量约为1百万的二甲基胺-表氯醇共聚物，然后再加入0.36kg/ton基于干料的重均分子量为4.6百万的阳离子聚丙烯酰胺。LC纸料由纸料排水得到。
在动态排滤罐(Dynamic Drainage Jar)中加入500ml LC纸料，并以1000rpm的速度混合15秒，之后把LMW阳离子有机聚合物加入到纸料中混合30秒。对于空白试验，在动态排滤罐中加入LC纸料并以1000rpm速度混合45秒，不加LMW阳离子有机聚合物。所得到的LC纸料接着进行排滤，滤出液被收集并通过一个1微米的过滤器。采用具有快速扫描速率的Ocean Optics S2000 UV分光光度计测定表示滤出级分中沥青含量的UV吸收值。
几种LMW阳离子有机聚合物以相同的干剂量(4kg/ton基于LC纸料干物质，相应于约2kg/ton基于总的干卷筒物质吨位)进行测试，结果如下。
LMW-1是重均分子量约为120,000的二甲基胺-表氯醇共聚物；LMW-2是重均分子量约为1,000,000的二甲基胺-表氯醇共聚物；LMW-3是重均分子量约为680,000的聚二烯丙基二甲基氯化铵；LMW-4是重均分子量约为1,800,000的聚二烯丙基二甲基氯化铵；与空白试验相比，按照本发明的所有工艺显示UV吸收值降低。本发明最有效的工艺是使用重均分子量约为1,800,000的聚二烯丙基二甲基氯化铵。
测试结果总结在表1中，显示了按照本发明的工艺与相应于现有技术的空白试验在不同波长下的UV吸收值。
表1不同波长的UV吸收值
权利要求
1.一种在带有稀释流浆箱的造纸机上造纸的方法，其包括(i)将一种或多种保留组分加入到含有纤维素纤维的主含水流体中，并把所得到的主含水流体注入到稀释流浆箱中；(ii)将重均分子量高达5,000,000的低分子量阳离子有机聚合物加入到稀释含水流体中，并把所得到的稀释含水流体注入到稀释流浆箱中；(iii)在流浆箱中混合所得到的主含水流体和稀释含水流体以形成所得含水流体；以及(iv)将上述所得含水流体喷至成型网上，并对所得含水流体进行脱水以形成纸网。
2.一种造纸方法，其包括(i)提供包含纤维素纤维的主含水流体；(ii)将一种或多种保留组分加入到所述主含水流体中以形成包含一种或多种保留组分的主含水流体；(iii)提供稀释含水流体；(iv)将低分子量阳离子有机聚合物加入到所述稀释含水流体中以形成包含低分子量阳离子有机聚合物的稀释含水流体，所述低分子量阳离子有机聚合物的重均分子量高达5,000,000；(v)将上述包含低分子量阳离子有机聚合物的稀释含水流体加入到包含一种或多种保留组分的主含水流体中以形成所得含水流体；以及(vi)将上述所得含水流体喷至成型网上，并对所得含水流体进行脱水以形成纸网。
3.一种用含有纤维素纤维和任意填料的含水悬浮液造纸的方法，其包括将一种或多种保留组分加入到悬浮液中，接着在悬浮液中加入重均分子量高达5,000,000的低分子量阳离子有机聚合物，然后在网上成型并排出悬浮液。
4.如权利要求1或2的方法，其中主含水流体具有比稀释含水流体高的稠度。
5.如权利要求1、2或4的方法，其中稀释含水流体是所得含水流体脱水得到的白水。
6.如上述权利要求任一项的方法，其中保留组分选自由微粒保留体系和含有至少两种有机聚合物的保留体系组成的组。
7.如上述权利要求任一项的方法，其中保留组分包含至少一种阳离子有机聚合物和阴离子二氧化硅基粒子。
8.如上述权利要求任一项的方法，其中保留组分包含阳离子有机聚合物，此阳离子聚合物是阳离子淀粉或阳离子丙烯酰胺基聚合物。
9.如上述权利要求任一项的方法，其中低分子量阳离子有机聚合物的重均分子量在500,000～3,000,000的范围内。
10.如上述权利要求任一项的方法，其中低分子量阳离子有机聚合物是基于二烯丙基二甲基氯化铵的均聚物或共聚物。
11.如上述权利要求任一项的方法，其中保留组分包含至少一种含有一个或多个芳族基团的有机聚合物。
12.如上述权利要求任一项的方法，其中此方法包括在300～2500m/min的机速下生产纸张。
13.如上述权利要求任一项的方法，其中此方法包括循环白水和加入相应于每吨制成的干纸0～30吨的新鲜水。
全文摘要
本发明涉及一种造纸方法，包括步骤(i)提供包含纤维素纤维的主含水流体；(ii)将一种或多种保留组分加入到所述主含水流体中以形成包含一种或多种保留组分的主含水流体；(iii)提供稀释含水流体；(iv)将低分子量阳离子有机聚合物加入到所述稀释含水流体中以形成包含低分子量阳离子有机聚合物的稀释含水流体，上述低分子量阳离子有机聚合物重均分子量高达5,000,000；(v)将上述包含低分子量阳离子有机聚合物的稀释含水流体加入到包含一种或多种保留组分的主含水流体中以形成所得含水流体；以及(vi)将上述所得含水流体喷至成型网上，并对所得含水流体进行脱水以形成纸网。本发明进一步涉及一种在包含稀释流浆箱的造纸机上造纸的方法，此方法包括如下步骤(i)将一种或多种保留组分加入到含有纤维素纤维的主含水流体中，并把所得到的主含水流体注入到稀释流浆箱中；(ii)将重均分子量高达5,000,000的低分子量阳离子有机聚合物加入到稀释含水流体，并把所得到的稀释含水流体注入到稀释流浆箱中；(iii)在流浆箱中混合所得到的主含水流体和稀释含水流体以形成所得含水流体；以及(iv)将上述所得含水流体喷至成型网上，并对所得含水流体进行脱水以形成纸网。本发明还涉及一种用含有纤维素纤维和任意填料的含水悬浮液造纸的方法，此方法包括将一种或多种保留组分加入到悬浮液中，接着在悬浮液中加入重均分子量高达5,000,000的低分子量阳离子有机聚合物，然后在网上成型并对悬浮液排水。
文档编号D21H21/10GK1784525SQ200480012540
公开日2006年6月7日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年5月9日
发明者D·卡尔 申请人:阿克佐诺贝尔公司