造纸生产中保留和排水的改进的制作方法

专利名称：：造纸生产中保留和排水的改进的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种使用絮凝体系从纤维素原料制造纸和纸板的方法。
背景技术：
：保留和排水(retentionanddrainage)是造纸技术的一个重要方面。己知某些材料在纸和域纸板的生产中可以改进保留和/或排水。纤维素纤维纸张，尤其是纸和纸板的制造，包括1)含无机矿物增量剂或颜料的纤维素纤维的浆料的生产；2)将该浆料沉积在移动着的造纸网或织物上；以及3)通过排出水分由该浆料的固体组分形成纸张。在上述步骤后，通过压搾并干燥纸张以进一步除去水分。在形成纸张步骤之前，通常将有机的和无机的化学物质加入至该浆料，以使得造纸方法成本更低、速度更快、和/或在最终的纸产品中实现特定的性能。造纸行业一直力求改善纸张质量，提高生产率，以及降低生产成本。通常在纤维素浆料到达造纸网或织物之前，向纤维素浆料加入化学物质以改善排水/脱水和固体保留；这种化学物质被称为助留剂和/或助排剂。造纸网或织物上的纤维素浆料的排水或脱水通常是实现更快的造纸机速度的限制步骤。脱水作用的改善还可以在压榨和干燥步骤中实现更干燥的纸张，由此节省能源消耗。另外，在造纸方法中的这一阶段决定了纸张的许多最终性能，助留剂和/或助排剂可能影响最终纸张的性能特征。至于固体(solids)，在排水和形成纸幅的湍流方法期间，使用造纸助留剂来提高纸幅中的精细装饰固体(finefornishsolid)的留着量。若不能充分留着精细固体，它们或者流失于碾磨的流出物中或者在循环白水环路中聚集至高的水平，从而有可能导致沉淀聚集。另外，留着不足造成旨在吸附于纤维上的添加剂的流失，从而增加造纸成本。添加剂可以给纸张提供不透明性、强度或施胶或其它希望得到的性能。传统上已经使用具有阳离子电荷或者阴离子电荷的高分子量(MW)水溶性聚合物作为助留剂和助排剂。与传统的高分子量水溶性聚合物相比，无机微米颗粒用作助留剂和助排剂并结合高分子量水溶性聚合物的最近研究进展表现出优异的保留和排水效力。美国专利4,294,885和4,388,150公开了与胶体二氧化硅一起使用淀粉聚合物的方法。美国专利4,643,801和4,750,974公开了阳离子淀粉、胶体二氧化硅和阴离子聚合物的凝聚层粘合剂的使用。美国专利4，753，710公开了用高分子量阳离子絮凝剂絮凝纸浆配料(fimiish)，对絮凝的配料施加诱导剪切力，然后向该配料中引入膨润土。所用聚合物或共聚物的效力取决于组成它们的单体类型、聚合物基体中单体的排列、合成分子的分子量以及制备方法而改变。最近已经发现水溶性共聚物在特定条件下制备时表现出独特的物理特性。这些聚合物是在不用化学交联剂的条件下制备的。另外，共聚物在某些应用中提供了预想不到的活性，包括在造纸工业中用作例如助留剂和助排剂。在WO03/050152Al中公开了表现出独特性质的阴离子共聚物，该专利全部内容以引用方式并入本文中。在编号为10/728,145的美国专利中公开了表现出独特性质的阳离子和两性共聚物，该专利全部内容以引用方式并入本文中。在本领域中与线性丙烯酰胺共聚物一起使用无机颗粒已为人熟知。最近的专利公开了这些无机颗粒与水溶性阴离子聚合物(US6，454，902)或者特殊的交联材料(US6,454,902、US6,524,439和US6，616，806)的使用。但是，仍需要改进保留和排水的性能。
发明内容本发明公开了一种改进造纸工艺中保留和排水的方法。该方法提供了向造纸浆料中添加缔合聚合物(associativepolymer)和水相容的聚合物的方法。另外，本发明公开了一种组合物，其包含缔合聚合物和水相容的聚合物，并且任选地还包含纤维素纤维。另外，本发明公开了一种组合物，其包含缔合聚合物、水相容的聚合物、硅质材料(siliceousmaterial),并且任选地还包含纤维素纤维。具体实施例方式本发明提供了在特定条件下制备的水溶性共聚物(本文以下称作"缔合聚合物")和水相容的聚合物的协同组合。已经惊人地发现这种协同的组合产生优于单种组分的保留和排水性能。当一起组合使用各组分时产生协同作用。已经意外地发现与缔合聚合物(例如在WO03/050152Al或US2004/0143039Al中公开的)与水相容的聚合物组合使用产生改进的保留和排水性能。本发明还提供了一种包含缔合聚合物和水相容的聚合物的新型组合物。本发明还提供了一种包含缔合聚合物、水相容的聚合物和硅质材料的组合物。本发明还提供了一种包含缔合聚合物、水相容的聚合物和纤维素纤维的组合物。本发明还提供了一种包含缔合聚合物、水相容的聚合物、硅质材料和纤维素纤维的组合物。在纸和纸板的制造中使用多组分系统通过使用对工艺和/或产品具有不同作用的材料以提高性能。此外，所述组合提供了单组分不能获得的性质。在本发明的多组分系统中发生协同作用。还发现使用缔合聚合物作为助留剂和助排剂在造纸系统中对其它添加剂的性能有影响。改善的保留和/或排水可能具有直接和间接的影响。直接影响指助留剂和助排剂起到留着添加剂的作用。间接影响指助留剂和助排剂通过物理或者化学方法留着添加剂所附着的填料和精细物。因此，通过增加纸张中留着的填料或精细物的量，以伴随的方式增加了留着的添加剂的量。术语"填料"指添加到纤维素纸浆中以提供特定的属性或者成为一部分纤维素纤维的低成本替代品的颗粒状材料，典型地性质上是无机材料。它们较小的尺寸(在0.2-10微米的量级)、低的长径比和化学性质使其不会被吸附到大的纤维上，又因太小而不会被包埋入纤维网络也就是纸张中。术语"精细物"指小的纤维素纤维或纤丝(fibrils)，典型地长度小于0.2mm和/或能够通过200目筛网。随着助留剂和助排剂的用量水平增加纸张中留着的添加剂的量也增加。这就可以使纸张性质增强，给纸张提供了增加的性能属性，或者允许造纸商降低系统中的添加剂的添加量，从而降低了产品的成本。另外，降低了这些材料在造纸系统中使用的再循环水、或者白水中的量。这就降低了那些在特定条件下可能被视为有害(undesirable)的污染物的材料的量，从而提供更加高效的造纸工艺或者减少用来控制这些有害材料的量的净化剂或其他材料的用量。本文使用的术语"添加剂"指添加到纸浆中给纸张提供特定的属性和/或改善造纸工艺的效率的材料。这些材料包括但不局限于施胶剂、湿强度树脂、干强度树脂、淀粉和淀粉衍生物、染料、污染控制剂、消泡剂和杀菌剂。本发明中使用的缔合聚合物可以描述如下具有如下通式的水溶性共聚物组合物(I)其中B是由一个或多个烯键式不饱和非离子单体的聚合形成的非离子聚合物段;F是由一个或多个烯键式不饱和阴离子和/或阳离子单体聚合形成的阴离子、阳离子聚合物段或者阴离子和阳离子聚合物段的组合；B:F的摩尔％比为95:5-5:95;水溶性共聚物是通过油包水型乳液聚合技术制备的，其使用至少一种由至少一种二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂组成的乳化表面活性剂，其中所述的至少一种二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂与单体的比例为至少约3:100并且其中；所述油包水型乳液聚合技术包括如下步骤(a)制备单体的水溶液，(b)使该水溶液与包含表面活性剂或表面活性剂混合物的烃液接触以形成反相乳液，(c)在从约2至小于7的pH范围下通过自由基聚合使乳液中的单体聚合。缔合聚合物可以是阴离子共聚物。该阴离子共聚物的特征在于在0.01MNaCI中于0.0025重量％-0.025重量％的共聚物之间测定的哈金斯(Huggin)常数(k')大于0.75并且1.5重量n/。的活性(actives)共聚物溶液在4.6Hz下的储存模量(G')大于175Pa。缔合聚合物可以是阳离子共聚物。该阳离子共聚物的特征在于在0.01MNaCI中于0.0025重量％-0.025重量％的共聚物之间测定的哈金斯常数(k')大于0.5并且对于1.5重量％的活性共聚物溶液在6.3Hz下的储存模量(G')大于50Pa。缔合聚合物可以是两性共聚物。该两性共聚物的特征在于在0.01MNaCI中于0.0025重量％-0.025重量％的共聚物之间测定的哈金斯常数(k')大于0.5;并且该共聚物对于1.5重量％的活性共聚物溶液在6.3Hz下的储存模量(G')大于50Pa。反相乳液聚合是制备高分子量水溶性聚合物或共聚物的标准化学方法。反相乳液聚合方法一般包括如下过程1)制备单体的水溶液，2)使该水溶液与包含适当乳化表面活性剂或表面活性剂混合物的烃液体接触以形成反相单体乳液，3)使单体乳液接受自由基聚合，并且任选地，4)在加水时添加破乳表面活性剂来增强乳液的反转。反相乳液聚合物典型地是基于离子性或非离子性单体的水溶性聚合物。可以通过相同的方法制备包含两种或更多种单体的聚合物，也称作共聚物。这些共聚物可以是阴离子的、阳离子的、两性离子的、非离子的、或者它们的组合。典型的非离子单体包括但不局限于丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺如N-甲基丙烯酰胺、N，N-二垸基丙烯酰胺如N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基甲基甲酰胺、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、羟基垸基(甲基)丙烯酸酯如羟基乙基(甲基)丙烯酸酯或羟基丙基(甲基)丙烯酸酯；任意前述物质的混合物等等。在缔合聚合物的制备中还可以使用具有更疏水的性质的非离子单体。此处使用术语"更疏水的"表示这些单体在水溶液中具有降低的可溶性;这种降低可以是基本上为零，意味着该单体在水中不溶的。注意还将所述单体称作可聚合的表面活性剂或表面活性单体(surfCTS)。这些单体包括但不局限于烷基丙烯酰胺、具有具有芳香基和烷基侧基的烯键式不饱和单体，以及通式为CH2=CR'CH2OAmR的醚，其中R'是氢或甲基；A是一种或多种环醚例如环氧乙垸、环氧丙烷和/或环氧丁垸的聚合物；R是疏水基团、乙烯烷醇酸酯、烯丙基垸醇酸酯以及烯丙基苯基多醇醚硫酸酯。示例性的材料包括但不局限于甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、叔辛基丙烯酰胺、以及由Clariant作为EmulsogenAPG2019销售的烯丙基苯基多醇醚硫酸酯。示例性的阴离子单体包括，但不局限于如下物质的游离酸和盐丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、丙烯酰胺乙醇酸、2-丙烯酰胺_2_甲基小丙磺酸、3-烯丙氧基-2-羟基-l-丙磺酸、苯乙烯磺酸、乙烯磺酸、乙烯膦酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷膦酸、任意上述物质的混合物等等。示例性的阳离子单体包括但不局限于阳离子烯键式不饱和单体，例如如下物质的游离碱或盐二烯丙基二垸基卤化铵例如二烯丙基二甲基氯化铵；二垸基氨基垸基化合物的(甲基)丙烯酸酯，例如二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、以及它们的盐和季铵盐；N，N-二烷基氨基垸基(甲基)丙烯酰胺，例如N，N-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、以及它们的盐和季铵盐；以及上述物质的混合物等等。共聚单体可以以任意比例存在。所得缔合聚合物可以是非离子的、阳离子的、阴离子的、或者两性的(包含阳离子和阴离子电荷)。非离子单体与阴离子单体的摩尔比(通式I的B:F)可以在95:5-5:95的范围内，优选该范围是约75:25至约25:75并且更加优选该范围是约65:35至约35:65，并且最优选该范围是约60:40至约40:60。就此而言，B和F的摩尔百分数必须共计为100%。应当理解在通式I中可以存在一种以上的非离子单体。还应当理解在通式I中可以存在一种以上的阴离子单体。在本发明的一个优选实施方案中，当缔合聚合物是阴离子共聚物时，它由通式I定义，其中非离子聚合物段B是在丙烯酰胺聚合后形成的重复单元，并且阴离子聚合物段F是在丙烯酸的盐或游离酸聚合后形成的重复单元，并且B:F的摩尔百分比为约75:25至约25:75。当缔合聚合物是阴离子共聚物时，它的物理特性是独特的其在0.01MNaCI中测定的哈金斯常数(k')大于0.75并且1.5重量％的活性共聚物溶液在4.6Hz下的储存模量(G'汰于175Pa，优选大于190并且更加优选大于205。哈金斯常数大于0.75，优选大于0.9并且更优选大于1.0。非离子单体与阳离子单体的摩尔比(通式l的B:F)可以在99"-50:50、或95:5-50:50、或95:5-75:25、或90:10-60:45的范围内，优选该范围是约85:15至约60:40并且更优选该范围是约80:20至约50:50。就此而言，B和F的摩尔百分数必须共计为100%。应当理解在通式I中可以存在一种以上的非离子单体。还应当理解在通式I中可以存在一种以上的阴离子单体。至于通式I的两性共聚物的摩尔百分数，阴离子、阳离子和非离子单体的最小用量分别为用来形成该共聚物的单体总量的1%。非离子、阴离子或阳离子的最大用量为用来形成该共聚物的单体总量的98%。优选阴离子、阳离子和非离子单体任一种的最小用量为用来形成该共聚物的单体总量的5%，更优选阴离子、阳离子和非离子单体任一种的最小用量为其7%并且更优选阴离子、阳离子和非离子单体任一种的最小用量为用来形成该共聚物的单体总量的10%。就此而言，阴离子、阳离子和非离子单体的摩尔百分数必须共计100%。应当理解在通式I中可以存在一种以上的非离子单体，在通式I中可以存在一种以上的阳离子单体，并且在通式I中可以存在一种以上的阴离子单体。当缔合聚合物是阳离子或两性共聚物时，它的物理特性是独特的其在0.01MNaCI中测定的哈金斯常数(k')大于0.5并且对于1.5重量％的活性共聚物溶液在6.3Hz下的储存模量(G')大于50Pa，优选大于10并且更加优选大于25、或者大于50、或者大于175、或者大于200。哈金斯常数大于0.5，优选大于0.6、或者大于0.75、或者大于0.9或者大于l.O。反相乳液聚合系统中使用的乳化表面活性剂或表面活性剂混合物对制造过程和所得产物都有重要的影响。乳液聚合系统中使用的表面活性剂是本领域技术人员已知的。典型地，这些表面活性剂的HLB(亲水亲油平衡)值的范围取决于总体组成。可以使用一种或多种乳化表面活性剂。用来制备缔合聚合物的聚合产物的乳化表面活性剂包含至少一种二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂。已知这些表面活性剂是高度有效的乳液稳定剂。选择乳化表面活性剂及其用量以得到用于聚合的反相单体乳液。优选地，选择一种或多种表面活性剂来获得特定的HLB值。使用二嵌段或三嵌段聚合物乳化表面活性剂来提供独特的材料。当使用所需量的二嵌段或三嵌段聚合物乳化表面活性剂时，产生表现出独特特性的独特的聚合物，如WO03/050152Al和US2004/0143039Al中所述，上述两文件中全部内容以引用的方式并入本文中。示例性的二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂包括但不局限于基于脂肪酸和聚氧化乙烯的二嵌段或三嵌段共聚物(例如HypermerB246SF,Uniqema，NewCastle，DE)的聚酯衍生物、基于聚异丁烯丁二酸酐和聚氧化乙烯的二嵌段或三嵌段共聚物、环氧乙烷和环氧丙垸与乙二胺的反应产物、任意上述物质的混合物等。优选地，二嵌段或三嵌段共聚物基于脂肪酸和聚氧化乙烯的聚酯衍生物。当使用三嵌段表面活性剂时，优选三嵌段包含两个疏水区和一个亲水区，即疏水-亲水-疏水。二嵌段或三嵌段表面活性剂的用量(基于重量百分数)取决于用来形成缔合聚合物的单体的用量。二嵌段或三嵌段共聚物与单体的比例为至少约3-100。二嵌段或三嵌段共聚物与单体的比例可以大于3-100并且优选为至少约4-100并且更优选5-100,再更优选约6-10。二嵌段或三嵌段表面活性剂是乳化系统的主要表面活性剂。可以添加第二种乳化表面活性剂来便于处理和加工、改善乳液稳定性、和/或改变乳液粘度。第二种乳化表面活性剂的实例包括但不局限于失水山梨糖醇脂肪酸酯，例如失水山梨糖醇单油酸酯(例如AtlasG-946,Uniqema,NewCastle，DE)、羟乙基失水山梨糖醇脂肪酸酯、多聚羟乙基失水山梨糖醇脂肪酸酯、烷基酚的环氧乙烷和/或环氧丙烷加合物、长链醇或脂肪酸的环氧乙垸和/或环氧丙烷加合物、混合的环氧乙烷和/或环氧丙烷嵌段共聚物、垸醇酰胺、磺基琥珀酸酯以及它们的混合物等。可以按照本领域技术人员已知的任意方式进行反相乳液的聚合。实例可以在许多参考文献中找到，例如包括Allcock和Lampe，Co她附/7oraA7尸o/，eA"CAew/WAj,(EnglewoodCliffs,NewJersey,PRENTICE-HALL,1981)，第3-5章。如下进行代表性的反相乳液聚合。向配备了顶上机械搅拌器、温度计、鼓氮管和冷凝器的适当的反应烧瓶中加入油相石蜡油(135.0g,Exxso膨D80oil,Exxon-Houston,TX)和表面活性剂(4.5gAtlasG-946和9.0gHyperme漲B246SF)。然后，调节油相的温度为37°C。单独制备水相，其包含53重量M丙烯酰胺水溶液(126.5g)、丙烯酸(68.7g)、去离子水(70.0g)和Versenex80(DowChemical)螯合剂溶液(0.7g)。然后，添加氢氧化铵水溶液(33.1g，以NH3计29.4重量％)将水相调节至pH5.4。中和后水相的温度为39'C。然后，将该水相加到所述油相中，同时用匀化装置混合，获得稳定的油包水型乳液。然后，用4叶片的玻璃搅拌器混合该乳液，同时鼓氮60分钟。在鼓氮期间，调整乳液的温度为5o土rc。然后，中断鼓氮并且形成了氮气层。通过加入3重量％的在甲苯中的2，2'-偶氮二异丁腈(AIBN)溶液(0.213g)引发聚合。这相当于在总的单体基础上初始的AIBN注入以AIBN计为250ppm。在加料期间，允许物料温度放热至62°C(~50分钟)，然后物料温度保持在62±1°C。在加料后，使物料温度在62土rC下保持1小时。此后，在1分钟内加入3重量％的AIBN甲苯溶液。这相应于在总单体基础上第二次AIBN注入量为100ppm。然后，使物料在62士rC下保持2小时。然后，使物料冷却至室温，并且添加破乳表面活性剂。缔合聚合物乳液典型地在施加位置处反相，得到0.1-1%活性共聚物的水溶液。然后，将该缔合聚合物的稀溶液加到造纸工艺中来影响保留和排水性能。可以将缔合聚合物加入到稠的纸浆或稀的纸浆中，优选添加到稀的纸浆中。可以在一个添加点添加缔合聚合物，或者可以分开加入，使得同时向两个或更多个单独的添加点添加缔合聚合物。典型的浆料添加点包括风机泵前、风机泵后以及压力筛前、或者压力筛后。可以添加任意有效量的缔合聚合物来实现絮凝。共聚物的量可以为每吨纤维素纸浆(干重)中大于0.5Kg。优选地，基于纸浆的干重，缔合聚合物的用量优选为每吨纤维素纸浆中至少约0.03lb至约0.5Kg活性共聚物。共聚物的浓度优选为每吨干的纤维素纸浆约0.05至约0.5Kg活性共聚物。更优选地，基于纤维素纸浆的干重，共聚物的添加量为每吨纤维素纸浆约0.05-0.4Kg，并且更优选约0.1-约0.3Kg。保留和排水系统的第二种组分可以是另一种水相容的聚合物。"水相容"意指该聚合物可以是水溶性的或者遇水膨胀的或者水分散性的。术语"水溶性"用来表示聚合物溶解在溶剂中，不会在溶剂中残留可见的固体材料。当混合自由能是负值时，聚合物在溶剂中溶解。水溶性材料可以是渗出物或树胶、提取物、天然的、改性的天然的、或者合成材料。每一组的实例有黄蓍树胶、果胶、瓜尔胶、纤维素衍生物例如甲基纤维素和聚丙烯酸。合成聚合物可以由选择来给最终聚合物提供特定性质的一种或多种单体组成。遇水膨胀的聚合物是可以吸收水溶剂并膨胀至由包括交联的许多因素影响的有限程度的那些聚合物。因此，聚合物和溶剂之间的相互作用受到限制，并且尽管获得了看起来均匀的溶剂，但是不能获得均匀的分子分散液。一个实例是交联的聚合物。它们可以是水相容和水分散性的。另一方面，支化对溶解性没有负面影响。水分散性材料是在水中不溶解，但是不会相分离的那些材料。典型地，这些材料具有改性的表面，使其能够保持为离散的颗粒状材料悬浮于水中，或者通过添加其它材料可以分散。实例包括乳胶颗粒、水包油乳液和分散性粘土或颜料。乳胶颗粒在造纸行业中用来提供特定的功能特性。乳胶定义为聚合物物质在水介质中稳定的胶体分散液。聚合物颗粒通常大致是球形的并且具有典型的胶体尺寸；颗粒直径可以达到几微米。分散液中聚合物的体积分数可以高达70%。分散介质通常是包含有物质，例如电解质、表面活性化合物、亲水聚合物和引发剂残余的稀的水溶液。英文中优选乳胶(latex)的复数形式是latices，但是本领域广泛使用另一种形式latexes。聚合物乳胶是粘度低于相等浓度典型聚合物溶液粘度的白色可流动的液体。聚合物乳胶还被称作聚合物胶体或者聚合物乳液。聚合物乳胶以几种方法分类，包括按来源分类，例如由单体的乳液聚合制备的合成乳胶；由在分散介质中分散聚合物制备的人造乳胶。乳胶还可以根据聚合物的物理性质分类，比如橡胶乳胶。乳胶还可以根据聚合物的化学性质分类。示例性的材料包括但不局限于在本领域中称作SBR的苯乙烯-丁二烯共聚物乳胶、聚苯乙烯乳胶、聚氯丁二烯乳胶和丙烯腈-丁二烯共聚物乳胶。共聚物乳胶的第四个分类标准是按照其表面的颗粒所携带的电荷。在此情况下，类别有颗粒携带负电荷的阴离子乳胶、颗粒携带正电荷的阳离子乳胶、以及颗粒基本上不带电荷的非离子乳胶。预测包含阴离子和阳离子单体两者的共聚物可能表现出非离子性(正和负电荷平衡从而产生不带电的聚合物)。可选地，根据单体的摩尔比，共聚物乳胶可以具有净正电荷或净负电荷。荷电表面可能是在乳胶颗粒制备中使用离子性单体或者离子性表面活性剂的结果。可选地，可以在聚合后通过使用表面活性剂或者水相容的聚合物改性乳胶颗粒表面的性质。通过乳液聚合从单体制备合成乳胶。乳液聚合反应包括这样的所有公认的类型的反应，很难给出一个简单的有令人满意的定义。合适的定义是一种形成稳定的疏水胶体，即聚合物胶体或乳胶的聚合反应，但该定义清晰地暗示了一定程度的圆形度(circularity)。可以在许多参考文献中找到乳胶反应的资料和实例，包括例如D.C.BlackleyinEncyclopediaofPolymerScienceandEngineering,2ndedition,Wiley-lnterscience，1987，Vol8，647-677以及D.C.Blackley，PolymerLatices:ScienceandTechnology,2nd,Vol1-3,Chapman&Hall，London,1997。用于本发明中的水相容的聚合物的实例包括但不局限于天然材料，例如瓜尔胶和果胶、改性的天然产物例如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟基丙基纤维素、甲纤维素、羟乙基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶和聚丙烯酸。用于本发明中的合成水相容的聚合物的实例包括但不局限于例如如下物质的游离酸和盐的聚合物的材料丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；二烯丙基二烷基卤化铵的游离碱(freebase)或盐，例如二烯丙基二甲基氯化铵；包含单体例如环氧乙浣、环氧丙烷、丙烯酰胺和乙烯醇的聚合物；以及乳胶材料。在本发明中可以使用一种或多种水相容的聚合物。保留和排水系统的第二种组分的添加量基于纸浆的干重可以达到每吨纤维素纸浆中20Kg活性材料，缔合聚合物与第二种组分的比例是1:100-100:1。预测在造纸系统中可以使用一种以上的第二种组分。预测缔合聚合物与水相容的聚合物的组合使用可以提供由水相容的聚合物提供的其它性能属性的提高。这种意外的结果可能是由于保留性能改善的结果，或者可能是协同相互作用的结果。任选地硅质材料可以用作在造纸和纸板中生产中的助留剂和助排剂的一种补充组分。硅质材料可以是选自由二氧化硅基颗粒、二氧化硅微凝胶、无定形二氧化硅、胶体二氧化硅、阴离子胶体二氧化硅、二氧化硅溶胶、二氧化硅凝胶、聚硅酸盐、聚硅酸等中的任意材料组成的组中的一种。这些材料的特征为表面积高、电荷密度高和粒径为亚微米级。这个组包括球形无定形二氧化硅的稳定的胶体分散液，在本领域中称作二氧化硅溶胶。术语"溶胶"指球形无定形颗粒的稳定的胶体分散液。二氧化硅凝胶是三维二氧化硅聚集链，每个都包含几个无定形二氧化硅溶胶颗粒，它也可以用于助留剂和助排剂系统；该链可以是线形的或者分支的。二氧化硅溶胶和凝胶通过将单体硅酸聚合成产生聚硅酸的离散的无定形二氧化硅溶胶的环状结构来制备。这些二氧化硅溶胶可以进一步反应得到三维凝胶网络。各种二氧化硅颗粒(溶胶、凝胶等)可以具有5-50nm的外形尺寸。还可以使用阴离子胶体二氧化硅。可以向纤维素悬浮液中添加基于纤维素悬浮液的干重为每吨至少0.005Kg的硅质材料。硅质材料的用量可以高达每吨50Kg。优选地，硅质材料的用量为每吨约0.05Kg-约25Kg。再更优选地，硅质材料的用量基于纤维素悬浮液的干重为每吨约0.25Kg-约5Kg。任选地，助留剂和助排剂系统的附加组分可以是传统的絮凝剂。传统的絮凝剂一般是丙烯酰胺的线性阳离子或阴离子共聚物。附加组分结合铝化合物和缔合聚合物添加入保留和排水系统的来提供能改善保留和排水的多组分系统。传统的絮凝剂可以是阴离子、阳离子或非离子聚合物。离子单体最经常用来与非离子单体例如丙烯酰胺一起制备共聚物。这些聚合物可以通过许多合成方法来提供，这些方法包括但不局限于悬浮、分散和反相乳液聚合。对于最后的方法，还可以使用微乳液。传统絮凝剂中的共聚单体可以以任意比例存在。所得共聚物可以是非离子、阳离子、阴离子或者两性的(既包含阳离子又包含阴离子电荷)。可以成为本发明系统一部分的另一种组分是铝源，例如明砜(硫酸铝)、聚硫酸铝、聚氯酸铝和氢氯酸铝。可以基本上同时向纤维素悬浮液中添加保留和排水系统的各组分。此处使用术语"保留和排水系统"包括加入造纸浆料中用于改善保留和排水的两种或多种不同的材料。例如，可以单独地在同一阶段或者给料点或者在不同的阶段或给料点处向纤维素悬浮液中添加各组分。当同时添加本发明系统的各组分时可以作为混合物添加任意两种或多种材料。通过在给料点或者在进料线到给料点中结合材料来原位形成混合物。可选地，本发明系统包含预先形成的材料混合物。在本发明的可选形式中，顺序添加本发明系统的各组分。在各组分的添加点之间可以存在或不存在剪切点。可以以任何次序添加各组分。典型地将本发明系统添加到造纸工艺中来影响保留和排水性能。本发明系统可以加入到稠纸浆或者稀纸浆中，优选为稀纸浆。可以在一个加入点加入该系统，或者可以分别加入以使本发明的系统同时被加入至两个或更多个单独的加入点。典型的浆料加入点包括风机泵之前、风机泵之后和压力筛之前或压力筛之后。实施例为了评价本发明的性能，使用合成碱性配料来进行一系列排水试验。该配料由硬木和软木干燥的市售湿浆板以及由水和其它材料制得。首先，分别精制硬木和软木干燥的市售湿浆板。随后以约70重量％硬木与约30重量％软木的比例结合将这些纸浆加入至水介质中。在制备配料中使用的水介质包括当地硬水和去离子水的混合物以达到一种有代表性的硬度。向该介质中添加无机盐使其具有以CaC03计75ppm的总碱度和以CaC03计100ppm的硬度。以典型地重量百分数将沉淀碳酸钙(PCC)加入到纸浆配料中以提供包含80%纤维和20%PCC填料的最终配料。通过用机械混合机在指定的混合机速度下混合材料，并且将各种化学组分加入配料中并且在加入下一种组分之前使每种组分混合指定时间来进行排水试验。在数据表格中描述了具体的化学组分和剂量水平。使用加拿大标准游离度(CSF)测定本发明的排水性能。可以用来确定相对排水速率或脱水速率的CSF试验，市场上可购得的装置(Lorentzen&Wettre，Stockholn^Sweden)在本领域也是公知的；典型的是标准试验方法(TAPPI试验程序T-227)。CSF装置由排水室和速率测量漏斗组成，两者均安装在适当的载体上。排水室是圆柱形的，在底部上配备了穿孔的筛板和铰链板，并且在顶部配备了真空密封铰链盖。速率测量漏斗配备了底部孔板和侧面溢流孔板。用1升配料进行CSF排水试验。该配料用于在方形烧杯中从CSF装置外部进行所述处理来提供湍流混合。在添加剂的添加和混合程序完成后，将处理后的配料倒入排水室中、关闭顶盖，并且立即打开底板。使水自由地排入速率测量漏斗中；超过由底部孔板确定的液面的水流将溢过侧面孔板并且在有刻度的量筒中收集。以滤液的毫升数(ml)描述产生的值；越高的数量值代表越高水平的排水或脱水性能。下面表格显示举例说明了本发明的使用。按下面方法制备试样添加如上所述制备的配料，首先添加每吨配料(干重)5Kg的阳离子淀粉(Stalok⑧400，AE.，Staley，Decatur，IL)，然后添加每吨配料(干重)2.5Kg的明矾(来自DeltaChemicalCorporation,Baltimore,MD，作为50%溶液的十八水合硫酸铝)，接着加入每吨配料(干重)0.25Kg的PerFormPC8138阳离子聚合物(HerculesIncorporated,Wilmington,DE)。然后，将如表格中所指出的相关(ofinterest)添加剂加入在表格中提供的实例中。SP232是PerFormSP9232,在特定条件下制备的助留剂和助排剂(参见PCTWO03/050152A)，它是HerculesIncorporated,Wilmington,DE的产品；二氧化硅是NP780胶体二氧化硅(EkaChemical,Marietta,GA);MC是微晶纤维素(Aldrich，Milwaukee,Wl);AL是阴离子乳胶(Airflex4530，AirProductsPolymers,L.P.，Allentown，PA的产品)；Lignin是Norlig42C木素磺化钠(BorregaardLignotechUSA,Rothschild,Wl);果胶是Slendid100果胶，CPKelco，Wilmington,DE的产品；PD是ZenixDC7888蛋白质防粘剂(HerculesIncorporated,Wilmington,DE);HASE是Acusol842乳液(由Rohm&Haas,Philadelphia,PA生产的丙烯酸基疏水缔合的增溶乳液)；PEO是PB8714聚氧化乙烯(HerculesIncorporated,Wilmington,DE);并且二氧化硅是BMA780，NalcoCompany,Naperville,IL的胶体二氧化硅产品。表1显示了微晶纤维素的数据<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>(a)二氧化硅和SP9232的用量为每吨配料(干重)0.25Kg，并且每吨配料(干重)添加0.25Kg的MCWSM表示同时添加；SEQ表示顺序添加这些数据表明微晶纤维素与PerFormSP9232结合使用提供了显著的改进。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>(a)SP的用量为每吨配料(干重)0.25Kg、AL的用量为每吨配料(干重)5Kg、果胶和木质素的用量为每吨配料(干重)2.5Kg，并且PD用量为每吨配料(干重)0.5Kg，WSM表示同时添加；SEQ表示顺序添加。表2中的数据表明使用阴离子乳胶改善了PerFormSP9232的排水性能。数据表明其它聚合物排水量相对使用SP9232或者二氧化硅的情况都有增加。另外，所有三种的组合都比单独助留剂好。最后，同时和顺序添加都是有效的。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>(a)二氧化硅和SP9232的用量为每吨配料(干重)0.25Kg,HASE的用量为每吨配料(干重)2.5Kg,PEO的用量为每吨配料(干重)0.5Kg。WSM表示同时添加并且SEQ表示顺序添加。权利要求1.一种在造纸工艺中改进保留和排水的方法，其中所述改进包括向造纸浆料中添加缔合聚合物和至少一种水相容的聚合物，其中所述缔合聚合物具有通式[-B-co-F-](I)其中B是包含一个或多个烯键式不饱和非离子单体的非离子聚合物段；F是包含至少一个烯键不饱和的阴离子或阳离子单体的聚合物段；并且B∶F的摩尔百分比为99∶1-1∶99；并且其中所述缔合聚合物具有由有效量的选自二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂中的至少一种乳化表面活性剂所提供的缔合性质，并且其中所述至少一种二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂的量与单体的量之比为至少约3∶10。2.权利要求1的方法，其中所述水相容的聚合物包括瓜尔胶、果胶、改性的天然产物和合成聚合物中的至少一种。3.权利要求2的方法，其中所述水相容的聚合物包括羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶或聚丙烯酸中的至少一种。4.权利要求1的方法，其中所述至少一种水相容的聚合物包括由选自丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的游离酸或盐中的至少一种单体形成的聚合物。5.权利要求1的方法，其中所述至少一种水相容的聚合物包括由选自二烯丙基二甲基氯化铵、二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、氨基乙基(甲基)丙烯酸酯的游离碱或盐、以及它们的季铵盐中的至少一种单体形成的聚合物。6.权利要求1的方法，其中所述水相容的聚合物由选自环氧乙烷、丙烯酰胺、环氧丙烷和乙烯醇中的至少一种单体形成。7.权利要求1的方法，其中所述至少一种水相容的聚合物是乳胶。8.权利要求1的方法，其还包括添加硅质材料。9.权利要求8的方法，其中所述硅质材料选自由二氧化硅基颗粒、二氧化硅基微凝胶、无定形二氧化硅、胶体二氧化硅、阴离子胶体二氧化硅、二氧化硅溶胶、二氧化硅凝胶、聚硅酸盐、聚硅酸以及它们的组合所组成的组中。10.权利要求1的方法，其中所述水相容的聚合物和缔合聚合物作为掺合物同时或者顺序地加入造纸浆料中。11.权利要求l的方法，其中所述缔合聚合物是阴离子性的。12.权利要求1的方法，其中非离子单体包括丙烯酰胺，并且阴离子单体包括丙烯酸的游离酸或盐。13.权利要求1的方法，其中所述缔合聚合物是阳离子性的。14.一种包含缔合聚合物和至少一种水相容的聚合物的组合物，其中所述缔合聚合物具有通式[一B-co-F—](I)其中B是包含一个或多个烯键式不饱和非离子单体的非离子聚合物段；F是包含至少一个烯键不饱和的阴离子或阳离子单体的聚合物段；并且B:F的摩尔百分比为99:1-1:99;并且其中所述缔合聚合物具有由有效量的选自二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂中的至少一种乳化表面活性剂所提供的缔合性质，并且其中所述至少一种二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂的量与单体的量之比为至少约3:10。15.权利要求15的组合物，其还包含纤维素纤维。16.权利要求14的组合物，其中所述水相容的聚合物包括瓜尔胶、果胶、改性的天然产物和合成聚合物中的至少一种。17.权利要求14的组合物，其中所述水相容的聚合物包括羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶或聚丙烯酸中的至少一种。18.权利要求14的方法，其中所述至少一种水相容的聚合物包括由选自二烯丙基二甲基氯化铵、二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、氨基乙基(甲基两烯酸酯的游离碱或盐以及它们的季铵盐中的至少一种单体形成的聚合物。19.权利要求14的方法，其中所述水相容的聚合物由选自环氧乙垸、丙烯酰胺、环氧丙烷和乙烯醇中的至少一种单体形成。20.权利要求14的方法，其中所述水相容的聚合物是乳胶。全文摘要本发明公开了一种在造纸工艺中改进保留和排水的方法。该方法提供了向造纸浆料中添加缔合聚合物、水相容的聚合物及任选的硅质材料。另外，还公开了一种组合物，其包含缔合聚合物和水相容的聚合物并且任选地还包含纤维素纤维。文档编号D21H21/10GK101103154SQ200580045468公开日2008年1月9日申请日期2005年12月22日优先权日2004年12月29日发明者F·J·萨特曼,J·C·哈林顿,R·A·格尔曼申请人:赫尔克里士公司