专利名称：：聚乙烯胺在纤维素类产品中改进油和水施胶的应用的制作方法
技术领域：
：本发明涉及在纤维素类材料、尤其是在纸产品中，通过组合使用聚乙烯胺与油和水施胶剂的油/油脂和水施胶中的改进。
背景技术：
：施胶剂被用在造纸方法中排水或油脂如油，以防止其粘附纸张或穿透进纸中，由此劣化和/或玷污纸张。施胶剂可以归类为反应性或非反应性施胶剂。它们也可以归类为内施胶剂或表面施胶剂。反应性施胶剂与纸纤维结合，并通常被用于内施胶。施胶剂可以在配料进入造纸机的湿端之前添加到纸配料中。或者，相同的施胶剂可以随着纸张的通过而喷洒或挤压到刚形成的纸上。如果施胶剂被添加到纸浆浆料(即所述配料)中，则其必须要粘附在纸桨上，或其不可以留在纸中。这可以通过使用带有与纸浆相反电荷的试剂来实现。纸中的施胶剂防止水或油脂过分渗入纸张中。它们被用在纸最终用途中需要耐水或耐油脂的场合。没有施胶剂同时具有足够好的这两种耐受性。最有效的用于纤维素类如纸张的油-施胶剂含有长的、直链的碳氟链。碳氟化合物通常具有低的表面能，并且不易被油基材料润湿。相反，含有非氟化烃链的试剂是良好的水施胶剂。但是，当在造纸方法中组合地将碳氟基试剂用于耐油和将烃基产品用于耐水时，其每一种对于另一种的性能都有不利的影响。因此，更多的材料或产品必须被用来补偿耐受性能的不利损失。如Bottorff在US5,252,754中所描述的，长链的碳氟化合物是用于纤维素类材料如纸张的有效油施胶剂，原因在于其低的表面能。但是，这些基于碳氟化合物的施胶剂通常耐水性不够好，尤其是如果其含有亲水性盐的基团时。相反，经基施胶产品如垸基烯酮二聚体(AKD)是有效的水施胶剂，但是在用于油施胶用途时效率较低。当组合使用烃基材料和碳氟基材料时,它们在纸张中对彼此的性能都有负面的影响。该种相反的关系通常会导致低效率的处理方案，因为在相同的纸中要实现足够的耐油和耐水性能需要提升的产品水平。现在发现，在配料中含有油(或油脂)及水施胶剂的纸张或纸板配料中，聚乙烯胺的存在会令人惊奇地抵消所述的不利影响。
发明内容在一个方面，本发明是一种造纸或造纸板的方法，其中配料含有油施胶剂和水施胶剂。发明的改进之处在于，所述配料也含有聚乙烯胺。本发明的另一方面是添加所述试剂至配料中的顺序。水施胶剂被加入纸配料中。然后，在添加所述水施胶剂之前或之后，将聚乙烯胺加入所述纸配料中，接下来是添加油施胶剂。此外，本发明提供了一种纸配料，其含有至少一种聚乙烯胺、及水施胶剂和油施胶剂。在油施胶剂和水施胶剂被用于造纸方法中时，添加水溶性阳离子聚乙烯胺是本发明的一个重要方面。使配料(即纸浆)通过造纸机，该造纸机由网前箱(headbox)、纸幅成型部和干燥部构成，其全部按顺序排列。可用于本发明中的聚乙烯胺非限制性地包括通过正-乙烯基甲酰胺的自由基溶液聚合而制备的种类。所得的非离子聚乙烯基甲酰胺然后可以被碱水解，由此在聚合物及作为副产物的甲酸钠上产生了伯胺的阳离子官能。可有效用于所述目的的产品非限制性地包括如下的乙烯基胺聚合物，其已经反应至水解度为35-100%、速度(velocity)为50-100%，通过尺寸排阻色谱法(SEC)测得的分子量的范围是300,000-400，000。也可以使用聚乙烯胺的共聚物。共聚单体包括乙酸乙烯酯或丙酸乙烯酯单体。聚乙烯胺聚合物可以加入用于形成纸幅(web)的纤维的悬浮体、即所述配料中。配料意指各种材料的混合物，所述各种材料在原料悬浮体中掺混，纸张或纸板由此悬浮体制备；其主要成分是纤维状材料(纸浆)、施胶材料或强度材料，或其它添加剂如填料和染料。纸浆意指由木材、棉花、草等通过化学或机械方法制得的、用于制造纸张、纸板或纤维素产品中的纤维状材料。造纸网(wire)意指由塑料或金属制得的织造材料，以用于从稀的纸浆浆料形成纸张或纸板的纸幅。网前箱意指一种流送控制室，其从原料制备系统接收配料的稀纸原料或配料，并起到均匀地使流体铺展横跨成形网(formingwire)的全部宽度的作用。纸幅成形意指一种方法，通过该方法，稀纤维配料借助于真空和重力排出作用形成为湿的纸幅。干燥部意指造纸工艺的一部分，该部分包括通过与加热的干燥圆筒的直接接触，从纸张或纸板的湿纸幅除去剩余的水。纸幅意指来自造纸机的纸张或纸板的其全宽度的薄片。适宜的水施胶剂包括烷基烯酮二聚体(AKD)，或烯基乙烯酮二聚体(AKD)、烯基琥珀酸酐(ASA)、松香基施胶剂，例如松香皂、分散的松香等。适宜的油施胶剂包括含碳氟的聚合物，例如具有氟化烷基的那些聚合物。在本发明优选方法的一个方面，油施胶剂和水施胶剂的添加量可以是以总配料固体计0.005%-1%(重量百分数)的活性处理固体，聚乙烯胺的存在量可以是以总配料固体计0.001%-1%的活性处理固体。以下实施例A强调了在需要高含量的水和油施胶的纤维素基系统中，油施胶剂和水施胶剂之间典型的相反关系。具体实施方式实施例A为了制得纸的手抄纸，使用NobleandWood实验室用抄片器来制备基重为160g/m2的20cmx20cm的手抄纸。从需要显著的水和油施胶性能的商业特种产品制造商得到含有漂白的软木Kraft纸浆和漂白的化学-热机械纸浆的配料。将以上所述纸浆以1:1的比例掺混，并在实验室用循环打浆机中精制至470ml的CanadianStandardFreeness(CSF)。如表A中所概述的，商购的水施胶剂和油施胶剂按顺序添加至等分部分的纸浆中。原料搅拌采用高架式混合器组合套件以1400rpm实现。加入水施胶剂30秒钟之后，将油施胶处理物加入所述纸浆(配料)中。手抄纸的制备在油施胶处理之后的另外30秒钟混合时间后开始。在100目的筛网上形成手抄纸，使其经过设置为35psi的毡制辊式压机(一次通过)，并使用鼓式干燥器将其干燥至含3-4%的水分。性能测试采用热水Cobb测试和热油Cobb测试进行，以确定成品纸中的耐水和耐油性能。下面将阐述这些测试的步骤。热水Cobb测试使用切至12.5cmx12.5cm的纸样品，将其称重至最接近O.Olg，然后在100ml的Cobb环装置内部夹住。再将180。F的50ml水样品倒入Cobb环中，并置于纸张的上部。在恰好两(2)分钟与纸样品的接触之后，快速将水从环中倒出。从装置上取下润湿的纸样品，并将其置于两张吸墨纸之间(润湿面向上)。通过在样品上来回移动Cobb手滚筒，不用施加额外力量地除去剩余的水。对润湿的纸样品立刻去重新称重至最接近0.01g。以克/平方米(g/m"计的吸水重量通过用其最终重量减去样品的调理过的重量、并乘以100而得到。热油Cobb测试与热水Cobb测试相同，除了在220°F下使用油(Wessor^玉米油)以代替水。其它差异仅在于油测试中Cobb手滚筒未被用来除去剩余的油，而是将润湿的纸样品用手压在吸墨纸之间，然后轻轻地用干净的Kimwipe^毛巾擦拭样品。使用在热水Cobb测试中相同的计算方法，用热油Cobb测试来量化以克/平方米计的吸收的热油重量。在热水和热油Cobb测试中，较高的测试结果表示纸样品有更大程度的吸收。相反，较低的Cobb测试值表示较低的表面润湿和渗透及更好的施胶性能。表A中的数据显示了水施胶剂对油施胶产品的典型负面影响。例如，随着水施胶处理程度的提高，水施胶改进，同时油施胶性能下降。所述水施胶剂由烷基烯酮二聚体构成，而油施胶剂是含全氟烷基的产品。表A:水和油施胶结果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以下定义适用于表A:商购的AKD水施胶剂Hereon79-HerculesIncorporated商购的油施胶剂impressFP-100-HerculesIncorporated重量％:添加的基于总配料固体的活性处理固体的百分数以下实施例示出了使用聚乙烯胺对需要高水平的水施胶和油施胶的纤维素基系统中耐水性和耐油性的惊人益处。实施例l实施例1的数据汇总在表1中。在此考察中，使用在实施例A中描述的相同步骤制备手抄纸，例外是配料为由精制至480mlCanadianStandardFreeness(CSF)的60%南方漂白软木Kraft纸浆和40%的北方漂白硬木Kraft商购纸浆组成。目标基重为248g/m2。化学品的添加顺序如实施例A中所描述，除了在测试中引入了聚乙烯胺，其是在加入水施胶剂之前30秒钟时加入混合配料中的。手抄纸性能测试使用在实施例A中描述的相同步骤进行，除了进行的是2%环境盐水Cobb测试以替代热水Cobb测试。测试中所用的盐水处于环境温度下，是通过用2重量％的NaCl处理去离子水而得到的。除这些差异之外，测试步骤与实施例A中所描述的热水Cobb测试方法相同。表1中汇总的数据示出了聚乙烯胺对水施胶和油施胶测试结果所同时具有的正面影响。低的盐水和热水Cobb测试值证明，通过加入聚乙烯胺，在耐水性和耐油性之间实现了有效的平衡。水施胶剂由烷基烯酮二聚体构成，而油施胶剂是含全氟烷基的产品。聚乙烯胺是反应至水解度为50%的溶液聚合物。表l:水和油施胶结果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以下定义适用于表l:商购的聚乙烯胺HerculesPPDM-1189-HerculesIncorporated商购的AKD水施胶剂Hereon80-HerculesIncorporated商购的油施胶剂imPressFP-100-HerculesIncorporated重量％:添加的基于总配料固体的活性处理固体的百分数实施例2实施例2的数据汇总在表2中。在此工作中，使用在实施例A中描述的相同造纸步骤和配料掺合物来制备160g/m2的手抄纸。纸浆精制的目标CanadianStandardFreeness是470ml。化学品添加顺序与实施例A中提供的描述相同，除了将一种阴离子聚合物引入测试中，其是在添加水施胶剂之后30秒钟和在添加油施胶剂材料之前30秒钟之时加入混合配料中的。当在测试中加入聚乙烯胺时，其是在添加水施胶剂之前30秒钟时添加至混合配料中的。手抄纸性能测试使用在实施例A中描述的相同步骤进行。表2中的数据进一步示出了聚乙烯胺对水施胶和油施胶性能的有益作用，因为添加聚乙烯胺至试验配料中实现了低的Cobb值。水施胶剂由烷基烯酮二聚体构成。油施胶剂是含全氟烷基的产品，聚乙烯胺是反应至水解度为50%的溶液聚合物。所述阴离子聚合物是丙烯酰胺和丙烯酸的溶液共聚物(Hercobond2000)。阴离子聚合物被用作助留剂，以提高细小固体在纸幅成型加工期间在纸幅中的驻留。表2:水和油施胶结果商购聚乙烯胺商购水施胶剂商购阴离子聚合物商购油施胶剂热水Cobb热油Cobb(重量％)(重量％)(重量％)(重量％)(g/m2)00.35(1)00.24744000.35("0.20.2499510.10.35(1)0.20.2449390.050.125(2)00.24255530.10.125(2)00.2482390.20.125(2)0,10.244335以下定义适用于表2:商购的聚乙烯胺HerculesPPDM-l189-HerculesIncorporated商购的水施胶剂(l):60:40ReTen204LS/Hercon70的掺合物-HerculesIncorporated商购的水施胶剂(2):Hereon70-HerculesIncorporated商购的阴离子聚合物Hercobond2000-HerculesIncorporated商购的油施胶剂imPressFP-100-HerculesIncorporated重量％:添加的基于总配料固体的活性处理固体的百分数实施例3实施例3的数据汇总在表3中。在此考察中，使用在实施例A中描述的相同步骤制备手抄纸，例外是配料为由精制至405mlCanadianStandardFreeness(CSF)的70%南方漂白软木Kraft纸浆和30%的北方漂白硬木Kraft商购纸浆组成。目标基重为149g/m2。化学品的添加顺序与实施例A中所提供的描述一致，除了在测试中引入了聚乙烯胺或支化的聚胺，其是在添加水施胶剂之前30秒钟时加入混合配料中的。另外，阴离子聚合物和胶体二氧化硅在添加水施胶剂之后30秒钟、添加油施胶剂之前30秒钟、且在每种产品的添加之间混合时间为30秒钟时按顺序加入。手抄纸性能测试使用在实施例A中描述的相同步骤进行。表3中的数据汇总了聚乙烯胺对水施胶和油施胶结果的正面作用。与聚乙烯胺相关的趋势进一步证实了可以减少水和油施胶剂的添加量，同时可保持表示高的耐水和耐油性能的有效的低Cobb测试值的平衡。与支化聚胺有关的测试数据显示，与包含聚乙烯胺的测试条件相比，聚胺难以实现在水施胶和油施胶性能上的相同的有效平衡。在此实施例中，支化的聚胺是具有季胺官能的溶液聚合物。聚乙烯胺是反应至水解度为50%的溶液聚合物，其主要是直链结构和伯胺官能。水施胶剂由烷基烯酮二聚体构成，油施胶剂是含碳氟的产品。阴离子聚合物是丙烯酰胺和丙烯酸的乳液共聚物。二氧化硅组分是胶体二氧化硅颗粒的水分散体。阴离子聚合物和胶体二氧化硅被添加至配料中的目的是为了增加细小固体在纸幅成型工艺中的纸幅中的驻留。表3:水和油施胶结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>以下定义适用于表3:商购的支化聚胺Nalco7607-Nalco商购的聚乙烯胺HerculesPPDM-1189-HerculesIncorporated商购的水施胶剂Hereon79-HerculesIncorporated商购的阴离子聚合物PerFormPA8137-HerculesIncorporated商购的胶体二氧化硅Positek8691-Nalco商购的油施胶剂imPressFP-100-HerculesIncorporated重量％:添加的基于总配料固体的活性处理固体的百分数权利要求1.在使用配料的造纸方法中，所述配料含有油施胶剂和水施胶剂作为所述配料中材料的一部分，该方法的改进在于所述配料也含有聚乙烯胺。2.权利要求1的方法，其中所述油施胶剂在所述配料中的存在量以总配料固体计为0.005%-1%的活性处理固体，所述水施胶剂的存在量以总配料固体计为0.005%-1%的活性处理固体；并且所述聚乙烯胺的存在量以总配料固体计为0.001%-1%的活性处理固体。3.权利要求1的方法，其中所述油施胶剂是含碳氟的聚合物，所述水施胶剂是垸基烯酮二聚体。4.权利要求2的方法，其中所述油施胶剂是含碳氟的聚合物，所述水施胶剂是垸基烯酮二聚体。5.权利要求2的方法，其中所述聚乙烯胺的水解度为至少35%。6.权利要求1的方法，其中添加至配料油施胶剂、水施胶剂和聚乙烯胺的顺序是添加水施胶剂，然后在添加所述水施胶剂之前或之后添加聚乙烯胺，接着添加油施胶剂。7.权利要求3的方法，其中添加含碳氟的聚合物、烷基烯酮二聚体和聚乙烯胺的顺序是添加烷基烯酮二聚体，在添加所述烷基烯酮二聚体之前或之后添加聚乙烯胺，接着添加含碳氟聚合物。8.—种纸配料，其含有油施胶剂、水施胶剂以及聚乙烯胺。全文摘要在造纸配料中水施胶剂和油施胶剂的存在都是有害的，因为其每一种对另一种的施胶性能都有不良的影响。现在发现，这些不良的影响可以通过存在于所述配料中的聚乙烯胺来抵消或削弱。文档编号D21H21/16GK101443515SQ200780017160公开日2009年5月27日申请日期2007年5月11日优先权日2006年5月12日发明者D·W·巴顿,T·E·塔格特申请人:赫尔克里士公司