聚合物及其制备和用图
【专利说明】聚合物及其制备和用途 发明领域
[0001] 本发明涉及聚合物、其制备和用途。更具体地，本发明涉及水溶性聚合物，其制备 和在纸和纸板的生产中作为增强剂的用途，用于生产纸和纸板的方法，其中将水溶性聚合 物添加至待脱水的含水纤维素悬浮液中，以及含有该聚合物的纸和纸板。
[0002] 发明背景 强度对纤维素产品（如纸和纸板）是重要的，并且增强这样的产品的强度提供若干益 处。例如，增强纸的强度使得可提高填料装载量并降低原生纤维（Virgin fiber)使用，因 此降低造纸工艺中的原料成本。类似地，增强纸板的强度使得可降低纸张定量（grammage) 同时保持由纸板制成的纤维素产品的强度特性，其还导致节省原生纤维的使用并降低运输 成本，因此有环境和经济效益。
[0003] 在纸和纸板的生产中，通过向含水纤维素悬浮液添加天然或合成的聚合物（任选 地与共添加剂（co-additive)结合）可以实现增加的干强度。这样的干强度聚合物的实例 包括淀粉、羧甲基纤维素、阳离子多胺和阳离子聚丙烯酰胺。然而，期望能够提供具有改进 的干强度的纸和纸板。
[0004] 因此，仍然需要赋予纸和纸板更高的强度并在纸和纸板的生产中提供改进的添加 剂。还需要显示改进的干强度效果和贮存稳定性的添加剂。
[0005] 发明概述 本发明的一个目的是提供赋予纸和纸板高强度特性，特别是改进的干强度的聚合物， 并且因此其可在纸和纸板生产中用作干强剂。本发明的另一目的是提供造纸方法，该造纸 方法提供具有改进的强度特性，特别是改进的干强度的纸和纸板。本发明的另一目的是提 供用于制备具有上述有利特性的聚合物的方法。
[0006] 本发明使得可能生产具有改进的强度特性，特别是改进的干强度、耐破强度和耐 压强度的纸和纸板，以及依靠了包括使用具有高含量的盐和胶体物质、高电导率和高度的 白水封闭，即大量的白水再循环和有限的淡水供应的纤维素悬浮液的纸和纸板制造方法。 本发明使得可使用较低用量的增强剂以生产具有高强度的规格内（in-specification)的 纸和纸板，因此导致改进的造纸方法和经济效益。
[0007] 因此，在一个方面，本发明涉及基于丙烯酰胺的水溶性阳离子聚合物，其具有一个 或多个乙酰乙酸酯基。
[0008] 在另一方面，本发明涉及用于制备根据本发明的水溶性阳离子聚合物的方法，其 包括使烯键式不饱和单体在水相中聚合，其中所述单体包括： (a) (甲基）丙烯酰胺， (b) 烯键式不饱和阳离子单体， (c) 具有一个或多个乙酰乙酸酯基的烯键式不饱和单体，和 (d) 任选地，其它烯键式不饱和单体。
[0009] 在另一方面，本发明涉及可通过根据本发明的方法获得的基于丙烯酰胺的水溶性 阳离子聚合物。
[0010] 在另一方面，本发明涉及根据本发明的基于丙烯酰胺的水溶性阳离子聚合物在纸 和纸板生产中作为增强剂的用途。
[0011] 在另一方面，本发明涉及用于生产纸和纸板的方法，其包括： (i) 提供含水纤维素悬浮液， (j) 向悬浮液添加具有一个或多个酮基的水溶性聚合物，和 (ii)将得到的悬浮液脱水。
[0012] 在另一方面，本发明涉及包含根据本发明的水溶性阳离子聚合物的纸和纸板，以 及通过根据本发明的方法生产的纸和纸板。
[0013] 本发明的这些以及其它目的、方面和优点将在下文中进行更详细说明。
[0014] 发明详述 本发明提供赋予纸和纸板高干强度的水溶性聚合物。本发明还提供具有一个或多个 乙酰乙酸酯基的基于丙烯酰胺的水溶性阳离子聚合物。基于丙烯酰胺的水溶性阳离子聚合 物还含有一个或多个阳离子基团并且还可以含有一个或多个阴离子基团，只要聚合物的总 电荷是阳离子的。本发明还提供用于生产纸和纸板的方法，其包括向含水纤维素悬浮液添 加具有一个或多个酮基的水溶性聚合物，合适地，根据本发明的具有一个或多个乙酰乙酸 酯基的基于丙烯酰胺的水溶性阳离子聚合物。
[0015] 根据本发明，通过使烯键式不饱和单体聚合（优选在水相中）可以得到水溶性聚 合物，其中所述单体包括（甲基）丙烯酰胺、具有一个或多个酮基的烯键式不饱和单体，优 选具有一个或多个乙酰乙酸酯基的烯键式不饱和单体，和任选地其它烯键式不饱和单体， 合适地，所述单体包括烯键式不饱和阴离子单体、阳离子单体或其混合物，最优选烯键式不 饱和阳离子单体。
[0016] 本发明的水溶性聚合物可以具有一个或多个存在于聚合物链中，即聚合物主链 中、从聚合物延伸的侧链（即从聚合物主链延伸的侧基）中，或二者的酮基。合适地，水溶 性聚合物具有含有一个或多个酮基，优选乙酰乙酸酯基，优选乙酰乙酸酯基侧基的侧链。
[0017] 如在此所用的，术语"烯键式不饱和单体"和"单体"表示可聚合的烯丙基化合物、 乙烯基化合物或丙烯酸化合物，或具有一个或多个烯键式不饱和键的化合物，其可通过自 由基机理聚合或为自由基聚合性（radically polymerizable)的。如在此所用的，术语"基 于丙烯酰胺的聚合物"表示聚（甲基）丙烯酰胺，即聚丙烯酰胺或聚甲基丙烯酰胺，优选聚 丙烯酰胺，或由包括（甲基）丙烯酰胺，即丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或其混合物，优选丙烯酰 胺的单体，任选地，与一种或多种其它单体结合来制备的聚合物。
[0018] 根据本发明，用于制备水溶性聚合物的单体包括（甲基）丙烯酰胺，即丙烯酰胺、 甲基丙烯酰胺或其混合物，优选丙烯酰胺。所述单体还可以包括，并优选包括烯键式不饱和 阴离子单体、烯键式不饱和阳离子单体或其混合物。优选地，所述单体包括烯键式不饱和阳 离子单体。
[0019] 合适的烯键式不饱和阴离子单体的实例包括烯键式不饱和羧酸及其盐，例如丙烯 酸及其盐，包括丙烯酸钠和丙烯酸铵，甲基丙烯酸及其盐，包括甲基丙烯酸钠和甲基丙烯酸 铵，富马酸及其盐、马来酸及其盐、衣康酸及其盐、丙烯酰胺基甲基丁酸及其盐，包括钠盐和 铵盐，烯键式不饱和磺酸及其盐，例如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、AMPS的钠盐、 乙烯基磺酸钠、苯乙烯磺酸盐、烯丙基磺酸盐、乙烯基磺酸钠、乙烯基磺酸及其盐，烯键式不 饱和膦酸及其盐，例如乙烯基膦酸、烯丙基膦酸，磺甲基化的丙烯酰胺和膦酰基甲基化的丙 稀酰胺。
[0020] 合适的烯键式不饱和阳离子单体的实例包括阳离子（甲基）丙烯酰胺和阳离子 (甲基）丙烯酸酯盐，例如二烷基氨基烷基（甲基）丙烯酰胺和（甲基）丙烯酸二烷基氨 基烷基酯的酸加成盐和季铵盐，其中烷基通常为C1-C4烷基，通常使用如HC1、H2S04等的酸 或季铵化试剂如甲基氯、硫酸二甲醋、苄基氯等制备，例如丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯季 盐（dimethylaminoethyl acrylate methyl chloride quaternary salt) (DMAEA-MCQ)或 丙稀酰氧乙基三甲基氯化按、丙稀酸二甲基氨基乙醋硫酸甲醋季盐（dimethylaminoethyl acrylate methyl sulfate quaternary salt)(DMAEA_MSQ)、丙稀酸二甲基氨基乙醋苄基氯 季盐（dimethylaminoethyl acrylate benzyl chloride quaternary salt) (DMAEA-BCQ)、 丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙 酯甲基氯季盐（DMAEMA-MCQ)、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯季盐（DMAEMA-MSQ)、甲 基丙烯酸二甲基氨基乙酯苄基氯季盐（DMAEMA-BCQ)、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸盐、 甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯盐酸盐、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基丙烯 酰胺甲基氯季盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸 盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺盐酸盐、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基 甲基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺硫酸盐、二甲基氨基丙基甲基 丙烯酰胺盐酸盐、二烯丙基二乙基氯化铵（DADEAC)和二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC)， 优选以上限定的甲基氯季盐、硫酸甲酯季盐和苄基氯季盐。优选的烯键式不饱和阳离子单 体的实例包括阳离子（甲基）丙烯酰胺、阳离子（甲基）丙烯酸酯盐（cationic (meth) acrylate)及其混合物。
[0021] 根据本发明，用于制备水溶性聚合物的单体还包括含有一个或多个酮基的烯键式 不饱和单体，即酮官能单体，或化合物或烯键式不饱和单体，其除了具有烯丙基、乙烯基或 丙烯酸基，合适地为乙烯基或丙烯酸基，优选丙烯酸基之外，还具有一个或多个酮基。合适 的含有一个或多个酮基的烯键式不饱和单体的实例包括具有一个或多个乙酰乙酸酯基的 烯键式不饱和单体、具有一个或多个酮基的（甲基）丙烯酰胺和（甲基）丙烯酸酯、具有一 个或多个乙酰乙酸酯基的（甲基）丙烯酰胺和（甲基）丙烯酸酯，合适地为具有一个或多 个乙酰乙酸酯基的烯键式不饱和单体，优选具有一个或多个乙酰乙酸酯基的（甲基）丙烯 酸酯，例如甲基丙烯酸乙酰乙酸酯基乙酯（AAEMA)或乙酰乙酸2-(甲基丙烯酰氧基）乙酯 (CAS号21282-97-3)、双丙酮丙烯酰胺（DAAM)或N-(l，1-二甲基-3-氧代丁基）丙烯酰胺 (CAS号2873-97-4)和甲基乙烯基酮（MVK) (CAS号78-94-4)，合适地为乙酰乙酸2-(丙烯 酰氧基）乙酯和乙酰乙酸2-(甲基丙烯酰氧基）乙醋，优选乙酰乙酸2-(甲基丙烯酰氧基） 乙