用含乙烯胺的聚合物和含丙烯酰胺的聚合物处理提高纸张干强度的方法
【专利说明】用含乙烯胺的聚合物和含丙烯酰胺的聚合物处理提高纸张 干强度的方法
[0001] 本申请是2010年12月22日提交的名称为"用含乙烯胺的聚合物和含丙烯酰胺的 聚合物处理提高纸张干强度的方法"的201080059943. 1号申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及使用采用含乙烯胺的聚合物与阳离子或两性的含丙烯酰胺聚合物的 组合处理纸浆浆液、以提高纸张干强度的方法。
【背景技术】
[0003] 造纸行业不断寻找新的合成添加剂，以改善纸制品的干强度。改善的干强度不但 可以产生更高性能的产品，而且还可以使纸张制造商使用更少的纤维素纤维来实现特定的 性能目标。此外，增加的再生纤维用量会导致更弱的纸张，这将迫使纸张制造商或提高纸张 定重，或采用合成强度添加剂。已知的选项存在各种经济和技术上的局限性。例如，根据美 国专利US6, 939, 443,组合使用具有特定的电荷密度和分子量的聚酰胺-表氯醇（PAE)树 脂与阴离子聚丙烯酰胺添加剂可提高纸制品的干强度。然而，这些组合也会将所得纸张的 湿强度提高到使再浆化破碎纸张极其困难和低效的程度。
[0004] 对丙烯酰胺聚合物或包括丙烯酰胺和诸如二烯丙基二甲基氯化铵的单体的共聚 物而言，用诸如乙二醛的二醛化合物处理时，众所周知会产生也可以明显提高纸张干强度 的树脂，然而只有非常有限的持久湿强度性能，从而使纸张制造商能容易地再浆化破碎纸 张。然而，这些树脂也有其局限。这些添加剂不是由于粘度不稳定而使保质期非常短，就是 运输时活性固含量非常低。此外，当以较大的量加入时，这类二醛改性的含丙烯酰胺聚合物 的性能易于达到平台，使得高性能产品难以制造。
[0005] 聚乙烯胺树脂在造纸行业已变得盛行，不但是因为它们能赋予纸张提高的干强 度，而且因为它们容易处理和应用，并能给造纸机带来提高的助留性（retention)和助滤 性（drainage)。然而，以不断增加的量加入时，它们有使纸张过度絮凝的负面效果，原因在 于这些树脂携带大量的阳离子电荷。过度絮凝会导致成形差、更弱的最终产品。
[0006] 其它发明试图放大聚乙烯胺的正面效果。根据美国专利US6, 824, 650和欧洲专 利EP1，579, 071，聚乙烯胺与乙二醛化聚丙烯酰胺树脂组合可在纸浆浆液中产生提高的产 品干强度。然而，乙二醛化的聚丙烯酰胺的上述缺点，即产品的低活性固体和产品有限的粘 度稳定性显然存在。
[0007] 美国专利US6, 132, 558公开了一种造纸体系，其中纸浆浆液首先用高度阳离子 的聚合物处理，该聚合物包括含乙烯胺的聚合物，其摩尔质量为5, 000-3, 000, 000道尔顿， 随后用第二阳离子的含丙烯酰胺聚合物处理，其摩尔质量大于4, 000, 000道尔顿，再经过 剪切阶段，然后用细碎分散的无机絮凝剂处理，例如膨润土、胶态二氧化硅、或粘土。
[0008] 美国专利公布2008/0000601公开了一种造纸方法，其中纸浆浆液用聚合物处理， 该聚合物包括含乙烯胺的聚合物，其摩尔质量大于1，〇〇〇, 〇〇〇道尔顿，以及用第二聚合物 处理，该第二聚合物包括阳离子的含丙烯酰胺聚合物，其摩尔质量大于2, 500, 000道尔顿， 全部处理都是在没有细碎分散的无机絮凝剂的情况下进行。
[0009] 美国专利US6, 746, 542公开了一种造纸方法，其中纸浆浆液用淀粉处理，所述淀 粉已经在高于淀粉胶凝化温度的温度下用高度阳离子的聚合物改性，该聚合物包括含乙烯 胺的聚合物，其摩尔质量低于1，〇〇〇, 〇〇〇道尔顿。纸浆浆液随后用第二聚合物处理，该第二 聚合物包括阳离子的含丙烯酰胺聚合物，其摩尔质量大于1，〇〇〇, 〇〇〇道尔顿。
[0010] 美国专利公布2008/0196852公开了 一种用于造纸的助留剂体系，该体系包括至 少一种聚合物，该聚合物包括含乙烯胺的聚合物，至少一种摩尔质量大于1，〇〇〇, 〇〇〇道尔 顿的线性阴离子聚合物，以及至少一种颗粒的阴离子的交联的有机聚合物。
[0011] 含乙烯胺的聚合物与含丙烯酰胺的聚合物组合可能是在保持造纸机的生产效率 以及再浆化破碎纸张时，最简单也是最有效的生产高性能纸制品的方法。然而，可以包括这 些聚合物的现有技术的实例存在明显的缺点。例如，以前的实例可能要求特殊的计量装置， 在加入纸浆浆液之前处理淀粉的额外的步骤，或者当以足够的量加入高摩尔质量聚合物以 影响干强度时可能会导致纸浆浆液的过度絮凝。
【发明内容】
[0012] 用含乙烯胺水溶液聚合物与阳离子或两性的含丙烯酰胺水溶液聚合物的组合来 处理纸浆浆液，可产生具有提高干强度的纸张。
[0013] 该组合最为有效的条件是：含丙烯酰胺水溶液聚合物的活性聚合物固含量为 5-50重量％，并且含丙烯酰胺聚合物中阳离子单体和阴离子单体的总含量为5% -50%，以 总单体含量的摩尔数计，并且，含丙烯酰胺聚合物的分子量为75, 000道尔顿-1，500, 000道 尔顿。
[0014] 含乙烯胺聚合物最为有效的条件是：其含有以摩尔数计至少50%的N-乙烯基甲 酰胺单体，其中至少10%已经在最终产物中水解，并且其分子量为75, 000道尔顿-750, 000 道尔顿。含有含乙烯胺聚合物的水溶液的聚合物总固含量为5-30重量％。
[0015] 本发明的一个实施方案是用于生产具有提高的干强度的纸张、板、和纸板的方法， 包括向造纸机的湿端加入（a)分子量为75, 000道尔顿-750, 000道尔顿的含乙烯胺水溶液 聚合物，和（b)分子量为75, 000道尔顿-1，500, 000道尔顿的两性或阳离子的含丙烯酰胺 水溶液聚合物，其中阴离子单体和阳离子单体的总和以摩尔数计占含丙烯酰胺单体组合物 的至少5%。
[0016] 在所述方法的一个实施方案中，含乙烯胺聚合物的N-乙烯基甲酰胺含量以带电 荷总单体的摩尔数计为至少50%，其中至少10%已经水解在最终聚合物中，并且活性聚合 物的含量以重量计为5% -30%。
[0017] 在所述方法的一个实施方案中，含丙烯酰胺的水溶液聚合物含有以摩尔数计 5% -50%的阳离子和/或两性单体的总电荷，并且活性聚合物含量以重量计为5% -50%。
[0018] 在所述方法的一个实施方案中，含丙烯酰胺水溶液聚合物为水分散体聚合物。
[0019] 在所述方法的一个实施方案中，含丙烯酰胺水溶液聚合物含有以摩尔数计 5% -50%的阳离子单体电荷，该聚合物的活性聚合物含量以重量计为5% -50%，并且包括 至少一种选自以下组中的阳离子单体：二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC)，2-(二甲氨基）乙 基丙烯酸酯，2-)乙基甲基丙烯酸酯（二甲氨基）乙基甲基丙烯酸酯，2-(二乙氨基乙基） 丙烯酸酯，2-(二乙氨基）乙基甲基丙烯酸酯，3-(二甲氨基）丙基丙烯酸酯，3-(二甲氨 基）丙基甲基丙烯酸酯，3-(二乙氨基）丙基丙烯酸酯，3-(二乙氨基）丙基甲基丙烯酸酯， N-[3-(二甲氨基）丙基]丙烯酰胺，N-[3-(二甲氨基）丙基]甲基丙烯酰胺，N-[3-(二乙 氨基）丙基]丙烯酰胺，N-[3-(二乙氨基）丙基]甲基丙烯酰胺，[2-(丙烯酰氧基）乙基] 三甲基氯化铵，[2-(甲基丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化铵，[3-(丙烯酰氧基）丙基]三 甲基氯化铵，[3-(甲基丙烯酰氧基）丙基]三甲基氯化铵，3-(丙烯酰胺基丙基）三甲基氯 化铵，和3-(甲基丙烯酰胺基丙基）三甲基氯化铵。
[0020] 在所述方法的一个实施方案中，含丙烯酰胺水溶液聚合物含有总体两性的电荷。
[0021] 在所述方法的一个实施方案中，两性的含丙烯酰胺水溶液包含聚电解质络合物， 所述聚电解质络合物由含丙烯酰胺的水溶液聚合物和带有相反电荷的辅助因子组成。
[0022] 在所述方法的一个实施方案中，含乙烯胺的聚合物和含丙烯酰胺的聚合物是单一 的产品共混物，并且两性的含丙烯酰胺聚合物的阳离子部分通过至少一种选自以下组中的 单体产生：二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC)，N-[3-(二甲氨基）丙基]丙烯酰胺，N-[3-(二 甲氨基）丙基]甲基丙烯酰胺，N-[3-(二乙氨基）丙基]丙烯酰胺，N-[3-(二乙氨基）丙 基]甲基丙烯酰胺，3-(丙烯酰胺基丙基）三甲基氯化铵，和3-(甲基丙烯酰胺基丙基）三 甲基氯化铵。
[0023] 在所述方法的一个实施方案中，含乙烯胺的聚合物和含丙烯酰胺的聚合物加入造 纸机的湿端，其中基于聚合物产品的活性聚合物固体，含乙烯胺聚合物与含丙烯酰胺聚合 物的比例为10:1-1:50,直至以干纸浆的重量计总共为1. 25%。
[0024] 本发明的一个实施方案是通过所述方法生产的纸制品，所述方法包括向造纸